Nghiên cứu bảo vệ chống sét lan truyền cho trạm biến áp bằng phần mềm Emtp-RV

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
10 Số 15 tháng 2-2018 
NGHIÊN CỨU BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN 
CHO TRẠM BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MỀM EMTP-RV 
CALCULATION MODEL FOR PROTECTING AGAINST LIGHTNING PROPAGATION 
IN TRANSMISSION SUBSTATIONS USING EMTP 
Đặng Thu Huyền 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 22/10/2017, Ngày chấp nhận đăng: 18/12/2017, Phản biện: TS. Trần Th nh Sơn 
Tóm tắt: 
Bài báo giới thiệu nghiên cứu ứng d ng phần mềm EMTP-RV để tính toán sóng sét lan truyền trong 
trạm bi n áp. Mô hình mô phỏng một trạm bi n áp điển hình c a Việt N m đư c xây dựng thành 
công trong EMTP-RV ph c v cho nghiên cứu sóng sét lan truyền và ảnh hưởng c a vị tr đặt chống 
sét van trong trạm. K t quả tính toán cho thấy các vị tr đặt chống sét van trong trạm không có ảnh 
hưởng nhiều tới hiệu quả bảo vệ trạm. 
Từ khoá: 
Sét, chống sét lan truyền, vị trí chống sét van, EMTP-RV, trạm bi n áp. 
Abstract: 
This paper deals with the EMTP-RV software application for studying the protection of transmission 
substations against lightning propagation. The simulation model of a typical substation in Vietnam is 
successfully constructed in EMTP-RV for the researches related to the lightning propagation s and 
the influence of the position of the surge arrester. The results show that the position of the surge 
arrester in the substation has no effect on protection efficiency in the substation. 
Keywords: 
Surge, lightning propagation protection, arrester position, EMTP-RV, substation. 
1. GIỚI THIỆU CHUNG 
Máy biến áp là một phần tử quan trọng 
trong hệ thống điện, có ảnh hưởng lớn 
đến độ tin cậy cung cấp điện và có giá 
thành rất đắt so với thiết bị khác trên hệ 
thống. Do đó trong quá trình thiết kế, vận 
hành, việc bảo vệ máy biến áp là một yếu 
tố được đặt lên hàng đầu. Có nhiều hệ 
thống bảo vệ máy biến áp khác nhau 
chống lại các sự cố. Trong đó có bảo vệ 
chống sét lan truyền. Khi quá điện áp khí 
quyển, sét có thể đánh vào đường dây với 
biên độ dòng sét rất lớn, từ vài kA đến vài 
trăm kA. Sóng sét này lan truyền trên 
đường dây vào trạm biến áp gây ra quá 
điện áp tại trạm. Nếu quá điện áp vượt 
quá mức cách điện cho phép trong trạm 
biến áp sẽ dẫn đến phá huỷ cách điện và 
làm hỏng máy biến áp cũng như các thiết 
bị khác trong trạm gây hậu quả nghiêm 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 11 
trọng. Để hạn chế quá điện áp tác động 
lên máy biến áp, người ta lắp đặt hệ thống 
chống sét van ở các phía của máy biến áp. 
Để lựa chọn được chống sét van thích hợp 
và đảm bảo việc bảo vệ máy biến áp được 
hiệu quả ta cần tính toán sóng sét lan 
truyền trong trạm. Do cấu trúc của trạm 
biến áp thường phức tạp và quá trình lan 
truyền sét là rất nhanh nên việc tính toán 
đòi hỏi sử dụng các công cụ và phần mềm 
dựa trên các thuật toán mạnh, có khả năng 
thực hiện tính toán quá trình quá độ với 
khoảng thời gian rất ngắn đến cấp độ µs. 
EMTP là một trong những phần mềm đáp 
ứng được vấn đề này. Đây là một phần 
mềm được ứng dụng rộng rãi để tính toán 
quá độ điện áp. EMTP có thư viện các 
phần tử của hệ thống điện như máy điện 
quay, máy biến áp, xung sét, chống sét, 
các loại dây dẫn, cột cho phép người 
dùng mô tả hệ thống điện gần với thực tế 
nhất [1-7]. 
Bài báo này giới thiệu các kết quả của tác 
giả về nghiên cứu ứng dụng phần mềm 
EMTP-RV để tính toán mô phỏng cho 
một trạm biến áp điển hình ở Việt Nam, 
trong đó có sét đến ảnh hưởng của vị trí 
đặt chống sét van trong trạm. Bài báo 
gồm 4 phần: 
 Phần 1: Giới thiệu chung. 
 Phần 2: Mô hình mô phỏng của trạm 
biến áp trong phần mềm EMTP-RV. 
 Phần 3: Giới thiệu các kết quả tính 
toán sóng sét lan truyền với vị trí đặt 
chống sét van khác khau. 
 Phần 4: Một số kết luận. 
2. MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM 
EMTP-RV 
Bài báo thực hiện mô phỏng tính toán 
sóng sét lan truyền và hiệu quả làm việc 
của chống sét van cho trạm biến áp với sơ 
đồ xây dựng trong phần mềm EMTP-RV 
như trên hình 1. 
Hình 1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống trong EMTP/RV 
Mô hình cột điện sử dụng trong mô phỏng 
là mô hình CPDL (Constant parameter 
Distributed Line) của IEEE [9-10]. Mỗi 
cột được chia thành bốn phần (hình 2). Ba 
phần đầu là các đoạn giữa bốn xà. Phần 4 
tính từ đất tới xà thấp nhất, phần này được 
xem như là phần tử truyền sóng, nó được 
đặc trưng bởi tổng trở sóng và chiều dài 
truyền sóng. Trong EMTP phần này được 
mô hình hoá bằng thông số hằng số và mô 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
12 Số 15 tháng 2-2018 
hình đường dây. Với các thông số được 
tính toán theo công thức sau: 
 [ { 
 (
)}] 
Trong đó: 
 [
] 
i = 1, 2, 3, 4 
Hình 2. Mô hình mô phỏng cột điện 
trong EMTP-RV 
Trong mô phỏng sóng sét truyền, đường 
dây được mô hình hoá bằng mô hình 
thông số rải [7]. 
 Mô hình chống sét van sử dụng trong mô 
phỏng là một điện trở phi tuyến của các 
phần tử MOV, nối tiếp với khe hở phóng 
điện. Đặc tính của chống sét van được lấy 
từ nhà sản xuất [12]. Chống sét van dùng 
trong mô phỏng có các thông số như sau: 
 Điện áp danh định: 110kV. 
 MCOV: 78 kVrms. 
 Dòng phóng điện định mức: 10kA. 
Đặc tính phi tuyến V-A của chống sét van 
như trên hình 3. 
Hình 3. Đặc tính V-A của chống sét 
van cấp điện áp 110kV dùng trong mô phỏng 
Nguồn sét sử dụng trong mô phỏng là 
dạng sóng tiêu chuẩn theo IEC 60243-
3:2001 với xung 1,2/50 ms. Xung này đạt 
giá trị điện áp đỉnh sau xấp xỉ 1,2 ms và 
giảm xuống còn 50% giá trị đỉnh sau 
khoảng thời gian 50 ms tính từ thời điểm 
bắt đầu của dạng sóng. Trong EMTP-RV, 
xung này được mô phỏng như một nguồn 
dòng nối song song với một điện trở 
400Ω (hình 4) với giá trị đỉnh là 150 kA. 
Hình 4. Mô phỏng nguồn sét trong EMTP 
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO 
LUẬN 
Tính toán ảnh hưởng của vị trí đặt chống 
sét van tới điện áp đầu cực cao áp của 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 13 
máy biến áp khi sét đánh vào đường dây 
ngay phía trước cột tới trạm được thực 
hiện trong 2 trường hợp: điểm đặt ngay 
sau cột tới trạm và điểm đặt tại thanh góp 
nhận điện tới máy biến áp của trạm. 
Khoảng cách giữa hai vị trí này được 
chọn để tính toán mô phỏng là 30m. Mọi 
điều kiện mô phỏng khác đều giữ nguyên: 
dạng và biên độ sóng sét, điện trở nối đất 
của cột điện, cấu trúc lưới điện. 
Hình 5. CSV đƣợc đặt ngay sau cột tới trạm 
Hình 6. CSV đƣợc đặt tại thanh góp cao áp 
Kết quả lần lượt được trình bày trên hình 
5 và hình 6 cho thấy: khi có sóng quá điện 
áp do sét lan truyền từ đường dây vào 
trạm, vị trí điểm đặt chống sét van gần 
như không có ảnh hưởng gì tới điện áp tại 
đầu cực cao áp của máy biến áp trong 
trạm, điều này có thể được giải thích bởi 
đặc tính của sóng sét - tồn tại trong một 
thời gian rất ngắn (bậc µs) và lan truyền 
với tốc độ tương tự như tốc độ của ánh 
sáng, do đó khoảng cách từ cột điện tới 
trạm tới thanh góp của trạm được coi 
là rất nhỏ so với tốc độ lan truyền của 
sóng sét. 
Hình 7. Dòng điện qua chống sét van; chống 
sét van cấp 110kV; Rnđ = 8Ω 
Hiệu quả làm việc của chống sét van được 
thể hiện thông qua tham số dòng điện lớn 
nhất Imax đi qua nó mà đặc tính cách điện 
của nó vẫn được đảm bảo. Với cấp điện 
áp 110kV, để đảm bảo cho chống sét van 
làm việc hiệu quả thì dòng lớn nhất cho 
phép là 10kA. Trong quá trình tính toán 
mô phỏng phía trên, năng lực làm việc 
của chống sét van cũng được kiểm tra 
trong tất cả các trường hợp mô phỏng. Tất 
cả các trường hợp kiểm tra đều cho thấy 
dòng điện đều đảm bảo nhỏ hơn 10kA. 
Hình 7 là kết quả tính toán trong trường 
hợp điện trở nối đất của cột có giá trị 8Ω. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo giới thiệu ứng dụng phần mềm 
EMTP-RV trong tính toán bảo vệ chống 
sét lan truyền. Các kết quả tính toán với vị 
trí khác nhau của chống sét van trong 
trạm đã chỉ ra rằng vị trí của chống sét 
van phía 110kV không ảnh hưởng tới kết 
quả điện áp trên đầu cao áp của máy. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
14 Số 15 tháng 2-2018 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] A.Ametani, T. Kawamura, "A method of a lightning surge analysis recommended in Japan 
using EMTP," IEEE Transactions on Power Delivery, Pp. 867-875, Vol.20, No.2, 2005. 
[2] T. Sadovic, S. Sadovic, "EMTP-RV modelling for the transmission line lightning performance 
computation", User Group Meeting, 20 April 2009, Dubrovnik, 2009. 
[3] K rthik Munutkutl Vij y Vitt l Ger ld T.Heydt D ryl Chipm n Br in Keel “ Pr ctic l 
Ev lu tion of Surge rrester pl cement for Tr nsmission Line Lightning Protection ” IEEE 
Transactions on Power Delivery, Vol.25, No.3, July 2010. 
[4] Akihiro Ametani, "Lightning surge analysis by EMTP and numerical electrimagnetic analysis 
method." 30th International Conference on Lightning Protection, 2010. 
[5] Omar Saad, "Computation of power system transients: Modeling portability using EMTP-EV DLL", 
IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2011. 
[6] R. Ziemba, G. Maslowski, K. Baran, "Modeling of surge currents in lightning protection system 
using ATP-EMTP," ICHVE International Conference on High Voltage Engineering and Application, 
2014. 
[7] Saeed Mohajeryami, Milad Doostan, "Including surge arresters in the lightning performance 
analysis of 132kV transmission line," IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and 
Exposition (T&D), 2016. 
[8] G. H. Kusumadevi; G. R. Gurumurthy, "Simulation analysis of surge behaviour of power 
transformer model winding represented by large number of sections," IEEE Conference on 
Electrical Insulation and Dielectric Phenomena , pp.534-537, 2014. 
[9] M. Ishii, T. Kawamura, T. Kouno, E. Ohsaki, K. Murotani, T. Higuchi, "Multistory Transmission 
Tower Model for Lightning Surge Analysis," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 6, no. 3, pp.1327-
1335, July 1991. 
[10] T. Ueda; T. Ito; H. Watanabe; T. Funabashi; A. Ametani, "A comparison between two tower 
models for lightning surge analysis of 77 kV system," International Conference on Power System 
Technology. Proceedings, pp.433-437 vol.1, 2000. 
[11] Saad Dau, "Modelling of metal oxide surge arresters as elements of overvoltage protection 
systems," International Conference on Lightning Protection (ICLP), pp.1-5, 2012. 
[12] ABB High Voltage Technologies Ltd, 2009, Dimensioning, testing and application of metal oxide 
surge arresters in MV networks. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Đặng Thu Huyền tốt nghiệp Trường Đại học Bách kho Hà Nội năm 2003 
nhận bằng Thạc sĩ năm 2006 và bằng Ti n sĩ năm 2010 chuyên ngành hệ thống 
điện tại Học viện Bách kho Grenoble (INPG) - Cộng hòa Pháp. 
Lĩnh vực nghiên cứu: vật liệu điện kỹ thuật điện c o áp.