1
Giới thiệu chung
Điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với cuộc sống con người
Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và dịch vụ Việc điều khiển và vận hành hệ thống điện cần chú ý đến khả năng xảy ra sự cố, đặc biệt là sự cố ngắn mạch Để xác định dòng ngắn mạch, phần mềm Etap được sử dụng để mô phỏng và tính toán các phần tử của lưới điện Để đảm bảo lưới điện hoạt động an toàn và ổn định, các thiết bị bảo vệ và tự động hóa là cần thiết Hệ thống bảo vệ giúp giảm thiểu thiệt hại do sự cố, duy trì hoạt động liên tục, phát hiện nhanh chóng và chính xác các sự cố, cũng như cảnh báo và khắc phục kịp thời.
Định nghĩa về hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm các thành phần thiết yếu như nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải và thiết bị hỗ trợ như thiết bị điều khiển, tụ bù và thiết bị bảo vệ Tất cả những yếu tố này được kết nối chặt chẽ để tạo thành một hệ thống đồng bộ, có nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả.
Hệ thống cung cấp điện chỉ bao gồm khâu phân phối, truyền tải và cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ điện
Hình 1 1 Sơ đồ hệ thống điện
- Truyền tải và phân phối
Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện bao gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện
- Lưới hệ thống (điện áp 110 – 500 kV)
Bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, nối liền với các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện
- Lưới truyền tải (điện áp 35, 110, 200 kV)
Tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian
Làm nhiệm vụ phân phối điện từ trạm trung gian (trạm khu vực hay thanh cái nhà máy điện) đến phụ tải
- Phân phối trung áp (6, 10, 15, 22 và 35 kV)
- Phân phối hạ áp (0,4/ 0,22 kV)
Theo điện áp của thiết bị có thể phân ra:
- Udm > 1000 V Theo tần số có thể phân ra:
- Tần số công nghiệp (50 Hz)
- Tần số khác tần số công nghiệp Theo nguồn cung cấp có thể phân ra:
- Xoay chiều ba pha và một pha
- Một chiều Theo chế độ làm việc có thể phân ra:
Giới thiệu lưới điện 110kV tỉnh Cà Mau
Trạm 220kV Cà Mau 2, nằm tại xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau, cung cấp điện cho toàn tỉnh Với quy mô công suất (250+125)MVA-220/110/22kV, trạm hiện đang đáp ứng nhu cầu tải điện của khu vực.
Bảng 1 1 Tình trạng vận hành các trạm 220kV tỉnh Cà Mau
TT Tên Trạm biến áp Công suất
1.3.2 Trạm biến áp 110kV tỉnh Cà Mau
Hình 1 2 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện 110kV của Thành phố Cà Mau
Hiện nay tỉnh Cà Mau có 10 trạm/16 máy biến áp 110kV với tổng dung lượng đặt là 717 MVA, cụ thể:
Bảng 1 2 Thông số vận hành và nhu cầu phụ tải các trạm biến áp 110 kV
TT Tên Trạm Điện áp
3 Đầm Dơi 110/22 MBAT1x25 Dự phòng
4 Trần Văn Thời 110/22 MBAT1x40 Dự phòng
1.3.3 Lưới điện 110kV tỉnh Cà Mau
Lưới điện 110kV tỉnh Cà Mau được liên kết với hệ thống điện tỉnh Bạc Liêu qua 02 đường dây:
- Đường dây 110 kV 171 Cà Mau - 171 Giá Rai, dây dẫn AC-2x185, chiều dài 12,801 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bạc Liêu;
- Đường dây 110 kV 172 An Xuyên – 171 Hồng Dân, dây dẫn AC-2x185, chiều dài 13,963 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bạc Liêu
Ngoài ra, còn có các đường dây 110 kV liên kết các trạm 110 kV trên địa bàn tỉnh:
- Đường dây 110 kV Khánh An – Cà Mau, dây dẫn AC-240, chiều dài 18,791 km;
- Đường dây 110 kV Đầm Dơi – Cái Nước – Ngọc Hiển, dây dẫn AC-240, chiều dài 56,564km;
- Đường dây 110 kV Trần Văn Thời – Sông Đốc – Tân Hưng Tây, dây dẫn AC-240, chiều dài 34,156km;
- Đường dây 110 kV Ngọc Hiển – Rạch Gốc, dây dẫn AC-330, chiều dài 13,909km
Chi tiết thông số vận hành các tuyến đường dây 110 kV trên địa bàn tỉnh Cà Mau trong năm 2021 trong Bảng 1 3
Bảng 1 3 Thông số, tình hình vận hành các đường dây 110 kV
TT Tên tuyến dây Số mạch
1 171 Cà Mau 2 – 172 Khánh An 2 AC-240 3,428 305,3 50,05
2 171 Khánh An - 172 Cà Mau 4 AC-240 18,791 296,5 48,6
3 172 Cà Mau 2 - 171 An Xuyên 4 AC-240 13,417 363,8 59,7
4 173 Cà Mau 2 - 172 Đầm Dơi 4 AC-240 25,916 467,8 76,7
5 171 Đầm Dơi - 172 Cái Nước 2 AC-185 32,425 124,7 24,5
6 171 Cái Nước - 172 Ngọc Hiển 1 AC-185 24,139 55,8 10,9
8 171 Trần Văn Thời - 172 Sông Đốc 2 AC-240 16,527 176,2 28,9
10 171 Hồng Dân - 172 An Xuyên 2 AC-
11 171 Cà Mau - 171 Giá Rai 1 AC-
12 173 Ngọc Hiển – 172 Rạch Gốc 1 AC-330 13,909 44,4 8,9
6
Khái niệm về ngắn mạch
Phân tích ngắn mạch là một yếu tố thiết yếu trong giải tích hệ thống điện, bao gồm việc xác định điện áp tại các nút và dòng điện trên các nhánh trong tình huống ngắn mạch Ngắn mạch được phân loại thành hai loại chính: ngắn mạch 3 pha đối xứng và ngắn mạch không đối xứng Ngắn mạch không đối xứng có thể là ngắn mạch một dây chạm đất, hai dây không chạm đất, hoặc hai dây chạm đất Thông tin thu được từ bài toán ngắn mạch rất quan trọng cho việc chỉnh định rơle và lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp.
Biên độ dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào tổng trở của mạch kín tại điểm xảy ra sự cố và điện áp của mạng điện Tổng trở trong bài toán ngắn mạch bao gồm tổng trở quá độ của các máy phát trong lưới, bao gồm thành phần siêu quá độ, quá độ và ở trạng thái tĩnh Do đó, việc thiết lập ma trận tổng trở hay tổng dẫn là một trong những thách thức lớn trong phân tích bài toán ngắn mạch.
Trong cung cấp điện, ngắn mạch một pha chạm đất xảy ra với xác suất cao nhất khoảng 65%, trong khi ngắn mạch ba pha có xác suất thấp nhất khoảng 5% Việc phân tích hai dạng ngắn mạch này là cần thiết vì chúng có ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng làm việc của hệ thống điện Mặc dù tính toán ngắn mạch một pha phức tạp hơn so với ngắn mạch ba pha, nhưng trong thực tế thiết kế, người ta thường sử dụng kết quả từ bài toán ngắn mạch ba pha đối xứng.
Nguyên nhân chủ yếu gây ra ngắn mạch là do hỏng cách điện Hỏng cách điện có thể xảy ra do nhiều yếu tố, bao gồm sự lão hóa sau thời gian dài sử dụng, cũng như ảnh hưởng từ nhiệt độ, môi trường và khí hậu.
2.1.3 Hậu quả của ngắn mạch
Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ cao, gây cháy nổ
Sụt áp lưới điện có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất làm việc của máy móc thiết bị Điều này dẫn đến sự mất ổn định trong hệ thống điện, khi các máy phát không còn cân bằng công suất và hoạt động với các vận tốc khác nhau.
2.1.4 Mục đích tính toán ngắn mạch
Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch
Tính toán hiệu chỉnh bảo vệ role
Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch
Bài toán tính toán dòng ngắn mạch rất quan trọng trong việc lựa chọn sơ đồ mạch cung cấp điện và thiết kế nhà máy điện Việc chọn lựa thiết bị điện phù hợp và dây dẫn đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện.
- Thiết kế chỉnh định bảo vệ rơle
- Tính toán quá điện áp trong hệ thống điện
- Nghiên cứu ổn định hệ thống điện
- Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng
- So sánh, đánh giá, chọn sơ đồ nối điện
Phân loại ngắn mạch
Ngắn mạch gián tiếp là hiện tượng ngắn mạch xảy ra qua một điện trở trung gian, bao gồm điện trở do hồ quang điện và các điện trở khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất Điện trở hồ quang điện có sự biến đổi theo thời gian, thường phức tạp và khó xác định một cách chính xác Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra những đặc điểm này.
R I (2.1) trong đó: I - dòng ngắn mạch [A], l - chiều dài hồ quang điện [m]
Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại)
Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp
3 pha ở tình trạng đối xứng
Ngắn mạch không đối xứng: là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dòng, áp 3 pha mất đối xứng.
Tính toán ngắn mạch đối xứng
Trong hệ thống điện ba pha, khi xảy ra ngắn mạch bap ha trực tiếp, điện áp tại điểm ngắn mạch của cả ba pha sẽ bằng không, trong khi dòng điện trong bap ha đối xứng và lệch nhau 120 độ Điều này có nghĩa là việc tính toán dòng ngắn mạch chỉ cần thực hiện cho một dây dẫn, tương tự như cách tính cho các đặc tính tải đối xứng.
2.3.1 Tính toán ngắn mạch dùng định lý Thevennin Đây là lý thuyết được sử dụng trong hầu hết các bài toán ngắn mạch Theo lý thuyết Thevenin, dòng sự cố được tính như sau:
Với: ZTh – tổng trờ nhìn từ chỗ xảy ra ngắn mạch về hệ thống khi các nguồn bị nối tắt
ZTh có thể tìm được nhờ vào việc biến đổi tương đương sơ đồ tổng trở hay từ ma trận tống trở thanh cái
Điện áp tương đương Thevenin (VTh) là điện áp tại chỗ ngắn mạch trước sự cố, có thể xác định thông qua việc phân tích dòng công suất trong mạch Trong tình huống trước sự cố, dòng tải thường rất nhỏ so với dòng ngắn mạch, do đó có thể bỏ qua dòng tải trong tính toán ngắn mạch Điều này đồng nghĩa với việc coi như không có dòng chạy trên các đường dây, dẫn đến việc điện áp tại mỗi vị trí trong mạch đều giống nhau và bằng điện áp đầu cực máy phát hoặc điện áp đầu cực hệ thống cung cấp: VTh = Vdm.
2.3.2 Phương pháp tính trong đơn vị có tên
Trong phương pháp này, các đại lượng như dòng, áp, công suất và tổng trở được biểu diễn theo đúng đơn vị của chúng, ví dụ tổng trở tính bằng ohm (Ω) Tuy nhiên, nếu hệ thống điện có nhiều cấp điện áp, giá trị ohm sẽ thay đổi theo bình phương tỷ lệ của các cấp điện áp Điều này có nghĩa là giá trị ohm sẽ khác nhau từ phía bên này sang phía bên kia của máy biến áp Cụ thể, trong hệ thống điện có 3 cấp điện áp, mỗi thành phần như cáp, máy biến áp, và động cơ sẽ có 3 giá trị khác nhau Khi thực hiện tính toán, các giá trị tổng trở cần được quy về một cấp điện áp nhất định.
Hệ thống điện được mô tả trong ví dụ 2.1 có máy phát hoạt động không tải tại điện áp định mức, với giả định bỏ qua tất cả điện trở Khi xảy ra sự cố ngắn mạch ba pha tại đầu nhận của đường dây (tại điểm N), cần xác định dòng ngắn mạch trong hệ thống.
Hình 2 1 Sơ đồ một dây của ví dụ 2.1
Tính toán khi quy về phía I sơ cấp máy biến áp (13kV):
Kháng trở quá độ 2 máy phát:
Kháng trở máy biến áp:
Kháng trở tương đương hai máy phát: d1 d 2 d d1 d 2
Kháng trở tương đương nhìn từ điểm ngắn mạch về nguồn: tdI dI TI LI
Quy về phía II thứ cấp máy biến áp (220kV):
Kháng trở quá độ hai máy phát:
Kháng trở máy biến áp:
XLII 160 ( ) Kháng trở tương đương hai máy phát: d1 d 2 dII d1 d 2
Kháng trở tương đương nhìn từ điểm ngắn mạch về nguồn: tdII dII TII LII
X X' X X 116,1677, 44 160 353, 6 ( ) Dòng sự cố phía II:
Quy về phía I sơ cấp:
Tính toán hệ thống điện bằng phương pháp phần trăm tương tự như phương pháp đơn vị tương đối, với hệ số 100 (giá trị phần trăm = 100 x giá trị đơn vị tương đối) Tuy nhiên, phương pháp này ít được áp dụng trong tính toán hệ thống điện vì dễ dẫn đến sai số.
Ví dụ: 50% dòng điện x 100% điện trở = 50% điện áp chứ không phải bằng 5000% điện áp như theo phép tính 50 x 100
2.3.4 Phương pháp đơn vị tương đối
Khi tính toán hệ thống điện với nhiều cấp điện áp, cần chuyển đổi các đơn vị tổng trở về một cấp điện áp nhất định Giá trị dòng điện được tính toán cũng thuộc cấp điện áp đó và cần quy đổi lại để biết giá trị chính xác trong mạch Do đó, trong hệ thống điện, người ta thường sử dụng hệ thống đơn vị tương đối cho các đại lượng như công suất, dòng điện, điện áp và tổng trở, được biểu diễn dưới dạng số thập phân hoặc bội số thập phân của các đại lượng cơ bản Hệ thống này giúp loại bỏ sự xuất hiện của các cấp điện áp khác nhau, biến mạng điện thành một hệ thống các tổng trở không có đơn vị.
Giá trị trong đơn vị tương đối của một đại lượng được xác định bằng cách chia giá trị thực của đại lượng đó cho giá trị cơ bản của nó.
* * * đvtđ đvtđ đvtđ đvtđ cb cb cb cb
(2.3) Ở đây, các tử số (giá trị thực) là các đại lượng có hướng hay các giá trị phức, còn mẫu số (giá trị cơ bản) luôn là số thực
Thông thường, công suất cơ bản ba pha Scb (MVAcb) và điện áp dây cơ bản
Vcb (kVcb) sẽ được lựa chọn dựa trên các giá trị danh định, trong khi dòng điện cơ bản và tổng trở cơ bản phụ thuộc vào Scb và Vcb Điều này cần tuân theo các định luật dòng điện để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong hệ thống điện.
Tổng trở cơ bản trở thành:
cb 2 cb 2 cb cb cb cb
Các bước thực hiện tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối:
Bước 1: Vẽ sơ đồ một dây có thông số của từng phần tử sơ đồ, đánh số từng điểm nút của sơ đồ
Bước 2: Chọn một giá trị công suất cơ bản cho toàn hệ thống, thường chọn bằng công suất danh định của máy phát điện hay máy biến áp
Bước 3: Lựa chọn một điện áp cơ bản, thường là giá trị điện áp định mức của thiết bị đã sử dụng để xác định công suất cơ bản Sau đó, tính toán các điện áp cơ bản khác dựa trên giá trị đã chọn và theo tỷ số điện áp dây không tải của từng máy biến áp tương ứng.
Bước 4: Tính các tổng trở cơ bản tại các vị trí khác nhau và tính toán tất cả tổng trở trong hệ đơn vị tương đối vừa chọn
Bước 5: Vẽ sơ đồ tổng trở cho toàn hệ thống bằng cách xây dựng sơ đồ Thevenin Kết hợp các tổng trở nối tiếp và song song để biến đổi thành sơ đồ tổng trở tương đương Thevenin đơn giản (Zth).
Bước 6: Tính toán dòng sự cố
Thevenin th * *2 *2 1/2 th th th
Bước 7: Chuyển đổi dòng sự cố trở về trong đơn vị có tên:
Thông số tổng trở của máy phát và máy biến áp thường được cung cấp dưới dạng phần trăm hoặc giá trị tương đối so với định mức của thiết bị Trong khi đó, tổng trở của đường dây truyền tải thường được biểu diễn bằng ôm (Ω) Khi phân tích hệ thống điện, tất cả các tổng trở cần được chuyển đổi sang đơn vị tương đối từ hệ cơ bản định mức của thiết bị sang hệ cơ bản đã chọn, vì tổng trở định mức (Zđvtđ) phụ thuộc vào tổng trở cơ bản (Zcb), trong khi tổng trở thực (Zthực) không phụ thuộc vào giá trị này.
cu dvtd cu cb moi dvtd moi cb
Suy ra cu cu 2 moi moi cu cb cu cb cb dvtd dvtd moi dvtd moi cu cb cb cb
Trong ví dụ 2.2, chúng ta xem xét một hệ thống điện với sơ đồ một dây, bao gồm thông số của máy biến áp, đường dây và tổng trở tải ba pha được trình bày Nguồn điện phát có điện áp 13,2kV (điện áp dây) Nhiệm vụ là xác định dòng nguồn phát, dòng đường dây, dòng tải, điện áp tải và công suất truyền cho tải.
Hình 2 2 Sơ đồ một dây ví dụ 2.2
Bắt đầu từ sơ đồ một dây hình 2.2, trong đó có ba cấp điện áp được xác định qua ba phạm vi (I), (II), (III) Chúng ta sẽ chọn cơ bản phù hợp với từng phạm vi này.
Chọn S 3p cb cho toàn hệ thống: S 3p cb 10 MVA
Chọn một điện áp dây cơ bản Chọn V cbII 138 kV Tính được các điện áp cơ bản còn lại bởi tỷ số biến áp: V cbI 13,8 kV; V cbIII 69 kV
Các chỉ số (I), (II) và (III) chỉ phạm vi áp dụng giá trị chọn
Tính tổng trở cơ bản cho 3 phạm vi, và tính các giá trị tổng trở trong đơn vị tương đối:
Tính các dòng điện cơ bản:
169 Đổi X T1 sang hệ cơ bản mới chọn:
Đối với X T 2 , hệ cơ bản không đổi, nên trong hệ cơ bản được chọn, nó vẫn giữ nguyên giá trị: X * T1 0,08 đvtđ
Biểu diễn áp nguồn trong đơn vị tương đối: * s 13, 2
Sự cố bất đối xứng
Trong hệ thống điện, ngoài ngắn mạch 3 pha đối xứng, còn tồn tại ngắn mạch không đối xứng, bao gồm ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch 2 pha và ngắn mạch 2 pha chạm đất Sự xuất hiện của các dạng ngắn mạch này làm cho hệ thống véctơ dòng và áp 3 pha trở nên không còn đối xứng.
Tính toán ngắn mạch không đối xứng là một nhiệm vụ phức tạp khi sử dụng các hệ phương trình vi phân dựa trên định luật Kirchoff và Ohm Do đó, phương pháp thành phần đối xứng thường được áp dụng Phương pháp này chuyển đổi ngắn mạch không đối xứng thành ngắn mạch 3 pha đối xứng giả tưởng, từ đó sử dụng các phương pháp giải quyết đã biết để tìm ra kết quả.
2.4.2 Phương pháp thành phần đối xứng
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc Fortesene-Stokvis Một hệ thống 3 véctơ a b c
F , F , F không đối xứng bất kỳ (hình 2.6) có thể phân tích thành 3 hệ thống véctơ đối xứng:
- Hệ thống véctơ thứ tự thuận : Fa1, Fb1,Fc1
- Hệ thống véctơ thứ tự nghịch: Fa2, Fb2,Fc2
- Hệ thống véctơ thứ tự không : Fa0, Fb0,Fc0
Theo điều kiện phân tích ta có:
Các thành phần thứ tự thuận Các thành phần thứ tự nghịch Các thành phần thứ tự không
Hình 2 3 Các thành phần đối xứng Dùng toán tử pha ae j120 0 , ta có: a 0
Khi Fa+Fb+Fc?0=0 thì hệ thống 3 véctơ là cân bằng
- Hệ số không cân bằng: b0 = F0/F1
- Hệ số không đối xứng: b2 = F2/F1
Hệ thống véctơ thứ tự thuận và thứ thự nghịch là đối xứng và cân bằng, hệ thống véctơ thứ tự không là đối xứng và không cân bằng
2.4.3 Các phương trình cơ bản của thành phần đối xứng
Quan hệ giữa các đại lượng dòng, áp, tổng trở của các thành phần đối xứng cũng tuân theo định luật Ohm:
U jI X trong đó: X1, X2, X0 - điện kháng thứ tự thuận, nghịch và không của mạch
Khi phân tích ngắn mạch không đối xứng, chúng ta coi tình trạng mạch như là sự chồng chất của các mạch tương ứng với các thành phần đối xứng, tuân theo các phương trình cơ bản.
U 0 jI X trong đó: UN1, UN2, UN0, IN1, IN2, IN0 - các thành phần thứ tự của dòng và áp tại điểm ngắn mạch
Nhiệm vụ tính toán ngắn mạch không đối xứng bao gồm việc xác định các thành phần đối xứng từ các phương trình cơ bản và điều kiện ngắn mạch, nhằm mục đích tìm ra các đại lượng toàn phần.
2.4.4 Sơ đồ các thành phần thứ tự
Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch
Sơ đồ thứ tự thuận là công cụ tính toán trong chế độ đối xứng, nơi các máy phát và các thành phần khác được thay thế bằng sức điện động và điện kháng tương ứng, tùy thuộc vào phương pháp và thời điểm tính toán.
Sơ đồ thứ tự nghịch và sơ đồ thứ tự thuận có cấu trúc tương đồng, vì cả hai đều có đường đi giống nhau Tuy nhiên, điểm khác biệt chính giữa chúng là cách thức thể hiện thứ tự.
- Các nguồn sức điện động bằng không
- Các điện kháng thứ tự nghịch không thay đổi, không phụ thuộc vào dạng ngắn mạch và thời điểm tính toán
Điểm đầu của sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch là nơi kết nối tất cả các trung tính máy phát và phụ tải, với thế điện bằng không Điểm cuối của sơ đồ này là điểm xảy ra sự cố Điện áp giữa điểm cuối và điểm đầu tương ứng với điện áp ngắn mạch thứ tự thuận và thứ tự nghịch.
Sơ đồ thứ tự không có đặc điểm khác biệt so với thứ tự thuận và thứ tự nghịch, chủ yếu phụ thuộc vào cách nối dây của máy biến áp cũng như chế độ nối đất điểm trung tính trong hệ thống điện.
Để thành lập sơ đồ thứ tự, không nhất thiết phải bắt đầu từ điểm ngắn mạch; ta có thể coi cả 3 pha tại điểm đó nhập chung với điện áp UN0 Sơ đồ thứ tự bao gồm các phần tử mà dòng thứ tự không thể đi qua Tổng trở nối đất của các điểm trung tính cần được nhân ba, vì sơ đồ thứ tự không chỉ áp dụng cho một pha mà còn liên quan đến dòng thứ tự không của cả 3 pha qua tổng trở nối đất.
Mạng thứ tự của tải a) b) c)
Hình 2 4 Các mạng thứ tự tải tổng trở đấu Y với trung tính nối đất qua Zg g
Hình 2 5 Mạng thứ tự không của tải đấu Y không nối đất trung tính a) b) c)
Hình 2 6 Các mạng thứ tự tải tổng trở đấu Y với trung tính nối đất qua ∆
Hình 2.7 mô tả các mạng thứ tự máy phát, bao gồm: a) Đường dẫn dòng thứ tự thuận, b) Mạch thứ tự thuận, c) Đường dẫn dòng thứ tự nghịch, d) Mạch thứ tự nghịch, e) Đường dẫn dòng thứ tự không, và f) Mạch thứ tự không.
Hình 2.8 minh họa các tổ đấu cuộn dây của máy biến áp hai cuộn dây thông thường và mạch thứ tự không tương ứng a) Máy biến áp đấu Y/Y với cả hai dây trung tính được nối đất cùng mạch thứ tự không tương ứng b) Máy biến áp đấu Y/Y chỉ với một dây trung tính nối đất và mạch thứ tự không tương ứng c) Máy biến áp đấu tam giác và mạch thứ tự không tương ứng d) Máy biến áp đấu sao tam giác với trung tính nối đất và mạch thứ tự không tương ứng e) Máy biến áp đấu sao tam giác với trung tính cách ly và mạch thứ tự không tương ứng.
Máy biến áp ba cuộn dây thường gặp có nhiều dạng khác nhau, bao gồm: a) Máy biến áp đấu Y/Y/Δ với hai dây trung tính của cuộn Y đều nối đất; b) Máy biến áp đấu Y/Y/Δ với một cuộn Y nối đất trung tính; c) Máy biến áp đấu Y/Y/Δ không có trung tính nào nối đất; d) Máy biến áp đấu Y/Δ/Δ với trung tính cuộn Y nối đất; e) Máy biến áp đấu Y/Δ/Δ với trung tính cuộn Y không nối đất.
Tính toán sự cố bất đối xứng
Hầu hết các sự cố trong hệ thống điện đều là sự cố bất đối xứng, dẫn đến dòng điện bất đối xứng chạy trên ba pha của hệ thống.
Khảo sát sự cố bất đối xứng trong hệ thống điện có thể thực hiện bằng cách áp dụng lý thuyết Thevenin cho từng mạng thứ tự, giúp xác định dòng điện sự cố thông qua việc thay thế hệ thống bằng một nguồn áp và một tổng trở nối tiếp.
Trong các phương trình mô tả các phần tử đối xứng trong một mạng điện, dòng điện chảy ra ngoài hệ thống cân bằng ban đầu từ các điểm a, b, c tại vị trí sự cố được ký hiệu là I_a, I_b, I_c Dòng điện từ mỗi dây dẫn vào vị trí sự cố được chỉ định bởi các mũi tên Na, Nb, Nc nằm cạnh các nút giả tưởng kết nối với mỗi dây tại nơi xảy ra sự cố Hình thức kết nối của ba đầu nối phụ thuộc vào loại sự cố; ví dụ, kết nối trực tiếp giữa đầu nối b và c tạo thành sự cố hai pha không chạm đất với tổng trở bằng không Tại đầu nối giả tưởng a, dòng điện bằng không và I_Nb = -I_Nc.
Hình 2 trình bày sơ đồ một dây của hệ thống ba pha, bao gồm ba mạng thứ tự: mạng thứ tự thuận, mạng thứ tự nghịch và mạng thứ tự không Đặc biệt, sơ đồ này thể hiện mạch tương đương Thevenin ứng với sự cố tại N (nút k) cho từng loại mạng Cụ thể, phần a) minh họa sơ đồ một dây của hệ thống ba pha cân bằng, trong khi các phần b), c) và d) lần lượt mô tả mạng thứ tự thuận, nghịch và không Cuối cùng, các phần e), f) và g) cung cấp mạch tương đương Thevenin cho từng mạng thứ tự, giúp phân tích và hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống trong các tình huống khác nhau.
Hai máy đồng bộ được kết nối với đường dây thông qua các máy biến thế ba pha, như thể hiện trong hình 2.20 Công suất và kháng trở của các máy biến thế này là yếu tố quan trọng cần lưu ý.
Máy biến thế T1 và T2: 100MVA, 20/345Y kV; X = 8% Đường dây: với Scb = 100MVA; Ucb = 345 kV thì kháng trở đường dây là X1
= X2 = 15% và X0 = 50% Hãy vẽ ba mạch thứ tự và tìm ma trận tổng trở nút thứ tự không theo thuật toán xây dựng Znút
Hình 2 11 Sơ đồ một dây của hệ thống ví dụ 2.4
Hình 2 12 Sơ đồ thứ tự hệ thống ví dụ 2.4 a) Mạng thứ tự thuận b) Mạng thứ tự không của hệ thống
Các nút và và là hai nút trong của biến áp
Giải Chọn Scb3p = 100 MVA; Vcb1 = 345 kV phía cao hai máy biến áp; Vcb2 20kV phía hạ áp máy biến áp
Các giá trị kháng trở trong đơn vị tính điện trở của các phần tử trong hệ thống đã được cung cấp, và chúng phù hợp với cơ bản đã chọn Do đó, các giá trị này có thể được sử dụng trực tiếp để tạo thành các mạng thứ tự, với cơ bản là Scb3p = 100 MVA.
Hình 2.12a thể hiện mạng thứ tự thuận, mạng này cũng chính là mạng thứ tự nghịch khi nối tắt các sức điện động
Mạng thứ tự không trong Hình 2.12b có kháng trở 3Xg = 0,15 đvtđ nối giữa trung tính của mỗi máy phát với đất Mỗi máy biến thế có một nút bên trong, với nút cho máy biến thế T1 và nút cho máy biến thế T2, nhưng các nút này không quan trọng trong phân tích hệ thống Để áp dụng thuật toán xây dựng Znút, chúng ta sẽ đánh số các nhánh thứ tự không từ (1) đến (6) như trong Hình 2.12.
Bước 1: Thêm nhánh (1) cho nút điện thế không (nút gốc):
Bước 2: Thêm nhánh (2) cho nút gốc:
Bước 3: Thêm nhánh (3) giữa nút và
Bước 4: Thêm nhánh (4) giữa nút và
Bước 5: Thêm nhánh (5) giữa nút và
Bước 6: Thêm nhánh (6) nối giữa nút và nút gốc
Nút và là các nút giả trong máy biến thế, giúp áp dụng máy vi tính hiệu quả cho thuật toán xây dựng Znút Chúng ta không đề cập đến các phép tính cho các nhánh có kháng trở rất lớn tương ứng với mạch hở.
Ma trận tổng trở nút tương ứng với sáu nút trong hệ thống, nhưng nếu không cần quan tâm đến việc cắt nhánh máy biến áp đấu Y/Δ do mở máy cắt, ta chỉ cần xem xét bốn nút , , và Để có được ma trận này, chỉ cần loại bỏ hàng 5, hàng 6, cột 5 và cột 6 từ ma trận ban đầu.
Các phần tử bằng 0 trong Znút0 cho thấy rằng dòng thứ tự không đổ vào nút hoặc nút không thể tạo ra điện áp tại các nút khác do sự tồn tại của đoạn mạch hở trong mạng bởi máy biến thể Y/ Đặc biệt, kháng trở j0,08 đvtđ nối tiếp với đoạn mạch hở giữa nút và không ảnh hưởng đến Znút0 vì nhánh này không thể tải dòng điện.
Tương tự, áp dụng thuật toán xây dựng Znút vào mạng thứ tự thuận và mạng thứ tự nghịch, ta được:
Các dạng ngắn mạch qua điện trở trung gian ZN được cho ở hình 2.13 a b c a) a b c b) a b c c) a b c d)
Hình 2.13 trình bày sơ đồ nối kết của các đầu nối giả tưởng cho các sự cố qua tổng trở chạm, bao gồm bốn loại sự cố: a) sự cố ba pha; b) sự cố một pha chạm đất; c) sự cố hai pha không chạm đất; và d) sự cố hai pha chạm đất.
Na 1Na Nb Na N kk c Na
Khi ngắn mạch trực tiếp, lúc đó 1Na N kk
2.5.3 Ngắn mạch một pha chạm đất
Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất là loại sự cố phổ biến nhất trong hệ thống điện, thường xảy ra do sét đánh hoặc dây dẫn tiếp xúc với đất Hình 2.17 minh họa sự cố một pha chạm đất qua tổng trở chạm ZN, trong đó pha a là pha chạm Tại nút k, nơi xảy ra sự cố, ba dòng điện trên ba pha lần lượt chảy ra khỏi nút k là I Na, I Nb.
INc Trong trường hợp này I Na là dòng điện chạy ra khỏi nút k vào đất a b c
Hình 2 14 Sự cố pha a chạm đất qua tổng trở chạm ZN
Sự cố được biểu diễn bởi các phương trình sau:
Với Vka là điện áp pha so với đất tại nút k
Do I Nb I Nc 0, các thành phần đối xứng của dòng điện chạy ra khỏi nút k được cho bởi:
0 0 0 1 1 0 2 2 0 ka kk Na k a N kk Na ka kk N a
Tổng các phương trình này và lưu ý: ka N Na 0
V 3Z I , ta nhận được công thức sau:
0 1 2 0 1 2 0 ka ka ka ka N kk kk kk Na
Có thể sử dụng các công thức thành phần đối xứng để xác định điện áp và dòng điện tại vị trí sự cố N khi xảy ra chạm đất trực tiếp.
Khi mạch tương đương Thevenin của ba mạng thứ tự được mắc nối tiếp, dòng điện và điện áp trong mạch sẽ tuân theo các công thức đã nêu Tổng trở Thevenin nhìn vào bả mạng thứ tự tại nút sự cố sẽ kết hợp với tổng trở chạm 3Z N và nguồn áp trước sự cố.
Hình 2 15 Kết nối các mạch tương đương Thevenin của các mạng thứ tự để biểu diễn sự cố một pha chạm đất tại pha a với tổng trở chạm ZN
2.5.4 Ngắn mạch hai pha không chạm đất
Sự cố hai pha không chạm đất xảy ra với pha b và c qua tổng trở chạm ZN được biểu diễn trong hình 2.10 a N b c k k k
Hình 2 16 Sự cố hai pha không chạm đất qua tổng trở chạm ZN
Ta có các phương trình biểu diễn sự cố như sau:
Na Nb Nc kb kc Nb N
Do I Nb I Nc và I Na 0, các thành phần đối xứng của dòng điện được cho bởi công thức:
Khai triển công thức trên, ta có:
Do không có nguồn áp thứ tự không và do dòng
Khi I = 0, không có dòng điện chạy vào mạng thứ tự không trong trường hợp có sự cố, và điện áp đầu cực của mạng này không bằng không Do đó, việc tính toán ngắn mạch hai pha không chạm đất không liên quan đến mạng thứ tự không để đảm bảo thỏa mãn công thức.
I I , ta phải nối mạch tương đương Thevenin của mạng thứ tự thuận và mạng thứ tự nghịch song song nhau, như trên hình 2.20 k k
Hình 2 17 Kết nối hai mạch tương đương Thevenin của hai mạng thứ tự thuận và nghịch để biểu diễn sự cố hai pha không chạm đất
Khi liên kết hai mạng thứ tự như thế thì công thức V kb V kc I Z Nb N cũng được thỏa mãn
Nb N Nb Nb N Na Na N
39
Operation Technology, Inc – OTI
OTI, thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp giải pháp phân tích hệ thống điện, bao gồm mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa và tự động hóa Phiên bản mới nhất của phần mềm này là ETAP 11.
OTI hiện đang cung cấp 50.000 sản phẩm cho các công ty và tổ chức ở hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới Điểm nổi bật của ETAP là khả năng kiểm soát và điều khiển hệ thống theo thời gian thực, giúp tăng cường độ tin cậy và tối ưu hóa vận hành hệ thống một cách tiết kiệm.
OTI sở hữu một đội ngũ kỹ sư, chuyên gia giàu kinh nghiệm hàng đầu thế giới luôn tiếp cận những tiến bộ công nghệ mới nhất
Hình 3 1 Operation Technology, Inc – OTI
Giới thiệu ETAP
3.2.1 Các khả năng tính toán của ETAP
- Tính trào lưu công suất tải cân bằng
- Tính trào lưu công suất tải không cân bằng
- Đóng ngắt động cơ, máy điện quay
- Khảo sát ổn định hệ thống
- Phối hợp các thiết bị bảo vệ
- Tối ưu trào lưu công suất
- Tính độ tin cậy hệ thống
- Bù tối ưu công suất phản kháng
- Thiết kế mạch điều khiển
- Quảng lý hệ thống theo thời gian thực (Real time)
- Quảng lý lưới điện trên sơ đồ đia lý GIS
ETAP hoạt động hiệu quả trên các hệ điều hành Windows XP, Vista và Windows 7 Người dùng có thể tải bản demo tại www.etap.com/demo, tuy nhiên, phiên bản này có nhiều tính năng và số lượng nút bị giới hạn Hiện nay, bản crack phổ biến trên các diễn đàn HTĐ là Etap 12.6.0, tương thích với cả hệ điều hành 32bit và 64bit.
Để cài đặt phần mềm, cần có Microsoft® NET Framework v1.1 hoặc v2.0 Chương trình yêu cầu cấu hình máy tính tối thiểu là Intel Dual/Quad core với tốc độ 2.0 GHz trở lên và RAM 2GB.
Các tính năng tính toán:
Hình 3 3 Các chức năng tính toán Các phần tử AC:
Hình 3 4 Các phần tử AC
Nguồn được xem là thay thế cho 1 hệ thống phức tạp vô cùng lớn được đặc trưng bởi các thông số sau:
Hình 3 5 Trang info của nguồn
- ID: tên của nguồn (hệ thống)
- Bus: kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức)
- Mode: chọn chức năng của nguồn
+ Swing: nút cân bằng + Voltage Control: điều chỉnh điện áp + Mvar Control: điều chỉnh công suất kháng + PF control: điều chỉnh hệ số công suất
Hình 3 6 Trang Rating của nguồn
- Rated: điện áp định mức (kèm kiểu đấu dây)
- Balanced/Unbalanced: ba pha cân bằng/ không cân bằng
- Generation Categories: các thiết lập các thông số hoạt động của nguồn
- Operating: các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất
- SC Rating: Công suất ngắn mạch và trở kháng hệ thống
- SC Imp (100MVA base): trở kháng hệ thống ở công suất cơ bản 100MVA
Khi lựa chọn dạng điện áp đầu ra cho hệ thống, cần xem xét các yếu tố như sóng hài và loại sóng (sine, non-sine, các dạng sóng nghịch lưu) Nếu hệ thống yêu cầu điện áp đầu ra hình sin, thì lựa chọn phù hợp là None.
Hình 3 7 Trang Hamnic của nguồn
Hình 3 8 Trang Reliability của nguồn Các thông số để tính bài toán xác định độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống
- λA: số lần sự cố/ năm
- MTTR: thời gian sửa chữa (giờ)/ năm
- μ: tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ60/MTTR)
- MTTF: khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng
- rp: thời gian thay thiết bị
- switch Time: thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới
Giá cung cấp điện của hệ thống có thể được phân tích thông qua hàm chi phí, giúp tối ưu hóa hoạt động của nguồn phát Việc này cho phép chúng ta tính toán hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng.
Máy phát cũng tương tự như nguồn chỉ khác 1 vài điểm sau:
+ MW: công suất P định mức + kV: điện áp định mức + %PF: hệ số công suất + MVA: công suất S định mức + %Eff: hiệu suất làm việc
+ FLA: dòng pha ở công suất định mức
+ RPM: tốc độ đồng bộ
- PrimeMover Rating: công suất liên tục và cao điểm dùng để tính các cảnh bảo lúc khởi động các phụ tải động cơ
- Mvar Limits: giới hạn công suất kháng lúc cao điểm Có thể cài đặt hoặc Etap tự tính theo PrimeMover Rating
Hình 3 10 Trang Rating của máy phát
Hình 3 11 Trang Imp/Mode của máy phát
- Impedance: thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, nghịch, không dùng trong tính toán ngắn mạch
- Dynamic Model: mô hình máy phát và các thông số (bộ thông số chuẩn) để phân tích ổn định hệ thống
- Type: kiểu máy phát (hơi, khí, thủy điện) và loại rotor (cực ẩn, cực lồi)
- IEC 60909 S.C: giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE 60909
Hình 3 12 Trang capalibity của máy phát Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát
Hình 3 13 Trang Exciter cuả máy phát Thông tin về hệ thống kích từ và bộ tự điều chỉnh điện áp AVR
Hình 3 14 Trang Govemor của máy phát Thông tin về bộ điều tốc của máy phát
Hình 3 15 Trang info của Bus
- Nominal kV: điện áp định mức
- Bus Voltage: giá trị ban đầu của vòng lập trong tính toán
Hình 3 16 Trang info của đường dây
- From/to: dây nối từ Bus /đến Bus
- Length: chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp
Hình 3 17 Trang parameter của đường dây
- Conductor Type: loại dây đồng hay nhôm
- R-T2: điện trở ở nhiệt độ T2 (R-T1 và R-T2 là 2 điểm để Etap nội suy ra điện trở đường dây ở các nhiệt độ khác)
- Outside Diameter: đường kính ngoài của dây
- GMR: bán kính trung bình nhân giữa các nhóm dây dây cùng pha (Dm)
- Xa: trở kháng của dây pha trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính)
- Xa’: dung dẫn của dây pha (với khoảng cách trung bình hình học giữa các dây pha là 1 ft) trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính)
- Ground Wire: thông số dây nối đất
Etap cung cấp một thư viện dây phổ biến với đầy đủ thông số kỹ thuật, mang lại sự tiện lợi cho người dùng Thư viện này cho phép tùy biến theo các điều chỉnh của người dùng, giúp nâng cao hiệu quả sử dụng.
Hình 3 18 Trang configuration của đường dây
- Configuration: cách bố trí dây (thẳng đứng, nằm ngang, tam giác, mạch kép)
- GMD: khoảng cách trung bình nhân giữa các dây pha (Dm)
- Phase: khoảng các giữa các dây pha, các dây pha với đất
- Transposed: chọn nếu dây dẫn có hoán vị đầy đủ
- Separation: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây (trường hợp phân pha)
- Conductors/phase: số dây trong cùng một pha (trường hợp phân pha)
- Ground wires: dây chống sét
Với các thông số trên Etap sẽ tự tính ra trở kháng đường dây
Hình 3 19 Trang Grouping của đường dây Các thông tin về nối đất đường dây (nối dất chống sét, nối đất lập lại…)
Hình 3 20 Trang Earth của đường dây Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn
Hình 3 21 Trang impedance của đường dây
- Calculated: nhận kết quả tính từ Etap (R, X, B)
- User Defined: nhập số liệu có sẵn (R, X, B)
- Impedance (per phase): các thông số R, X, B cho thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không
Hình 3 22 Trang Sag & Tension của đường dây
+ Same Tower Height: các cột có cùng độ cao + Op Temp: nhiệt độ vận hành của đường dây + Horiz Tension: lực căng ngang
+ Ruling Span: khoảng vượt (khi các cột có cùng độ cao) + Span: khoảng vượt cụ thể
+ Height Diff: sai biệt độ cao giữa 2 cột + Span: khoảng vượt
+ Weight: trọng lượng dây + k Factor:
+ Ice: độ dày lớp băng bám trên dây + Wind: áp lực gió
+ Elongation Coefficient: hệ số giản nở của dây dẫn
- Al/Cu Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần dẫn điện
- Steel Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần chịu lực
- Modulus of Elasticity: khả năng chiu lực kéo
- Known Conditions: các điều kiện
Hình 3 23 Trang info của cáp
- Connection: cáp cấp điện cho tải 1pha/3pha
- Tolerance: sai số chiều dài
- conductors/phase: số sợi cáp/1 pha
Hình 3 24 Trang impedance của cáp
- Impedance(per conductor): trở kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch
- Units: đơn vị trở kháng
- Cable temperature: nhiệt độ cáp
+ Base: nhiệt độ tính R (ở mục trở kháng) + Min: nhiệt độ vận hành nhỏ nhất
+ Max: nhiệt độ vận hành lớn nhất Giá trị nhiệt độ này dùng để nội suy ra điện trở của cáp ở nhiệt độ hoạt động khác nhau
Hình 3 25 Trang physical của cáp
- Cable OD: đường kính ngoài
- Condutor OD: đường kính lõi
- Insulation t: chiều dày cách điện
- Sheath t: chiều dày giáp bọc
- Jacket t: chiều dày vỏ bọc
- Wright: khối lượng cáp trên một đợn vị chiều dài
- Max.Tension: lực kéo lớn nhất cho phép trên mộ đơn vị điện tích
- Max.SW: áp lực lớn nhất cho phép trên một đợn vị chiều dài
Hình 3 26 Trang loading của cáp
3.2.4.6 Máy biến áp 2 cuộn dây
Hình 3 27 Trang Info của máy biên áp
- Prim: tên bus kết nối phía cao áp, điện áp phía cao áp
- Sec: tên bus kết nối phía hạ áp, điện áp phía hạ áp
- Standard: theo tiêu chuẩn ANSI hay IEC
- Type/class: tùy từng loại tiêu chuẩn MBA phân ra làm nhiều loại và nhiều lớp khác nhau ( giải nhiệt, làm mát, vật liệu…….)
Hình 3 28 Trang Rating của máy biến áp
- kV: điện áp định mức
- MVA: công suất định mức
- Max MVA: khả năng quá tải của MBA
Giá trị phần trăm Z của tổng trở MBA so với Zcb được xác định dựa trên điện áp và công suất định mức của MBA Tỉ số X/R thể hiện mối quan hệ giữa trở kháng và điện trở của MBA, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của thiết bị.
+ Z variation: tổng trở khi điều chỉnh đầu phân áp MBA
Hình 3 29 Trang Tap của máy biến áp
- Fixed Tap: chọn đầu phân áp MBA Ta có thể chuyển đổi từ chọn theo các nấc đầu phân áp hay theo kV bằng cách nhấn vào nút %Tap
LTC/Voltage Regulator cho phép người dùng thiết lập giá trị điện áp cho từng nấc đầu phân áp và lựa chọn việc sử dụng MBA có đầu phân áp hay không Để điều chỉnh các giá trị đầu phân áp, hãy nhấn vào LCT.
Hình 3 30 Chỉnh đầu phân áp máy biến áp
Hình 3 31 Trang Grounding của máy biến áp Tổ đấu dây và kiểu nối đất MBA
Hình 3 32 Trang Sizing của máy biến áp
Hổ trợ chọn dung lượng MBA dựa vào phụ tải và dự báo tốc độ tăng trưởng
Hình 3 33 Trang protection của máy biến áp Các thông tin về đường cong hư hại của MBA
- Short Circuit contribution: các giá trị trở kháng để tính toán ngắn mạch và dòng sự cố
- Magnetizing Inrush: xác định đường cong hư hỏng
Hình 3 34 Trang Reliability của máy biến áp
Các thông tin về độ tin cậy của MBA
3.2.4.7 Máy biến áp 3 cuộn dây
Giống MBA 2 cuộn dây, có thêm các thông tin về cuộn thứ 3
Hình 3 35 Trang Info của tải
- Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B hay C
Hình 3 36 Trang Nameplate của tải
- Model Type: loại phụ tải(cân bằng, không cần, biến đổi theo điện áp, tần số…dạng hàm)
- Ratings: công suất tải, hệ số công suất…
- Load Type: tỉ lệ tải tĩnh và tải động
- Loading: giá trị mang tải trong các trường hợp khác nhau
Hình 3 37 Trang Short Circuit của tải
- % LRC: dòng sự cố khi ngắn mạch do động cơ trả về
- % Total Load: % tải động cơ
- X/R: tỉ số trở kháng / điện trở của động cơ
3.2.5 Xây dựng sơ đồ tính toán
Sau khi khởi động Etap, chọn New để tạo 1 project mới:
Hình 3 38 Thông tin ban đầu khi tạo dự án mới Cửa sổ chính :
Để chọn một phần tử trong dự án, bạn chỉ cần nhấp vào phần tử đó và kéo thả nó vào cửa sổ thiết kế.
3.2.6 Trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác
Etap có thể trao đổi dữ liệu với nhiều phần mềm khác với các định dạng file khác nhau Đáng chú ý nhất là:
- Trao đổi dữ liệu với Autocad:
Xuất sơ đồ hệ thống với định dạng DXF
Nhập dữ liệu kết cấu lưới nối đất từ định dạng file XML
Nhập dữ liệu từ file định dạng raw của PSS/E phiên bản 29 trở lên có thể gặp một số hạn chế, như việc không thể trao đổi thông tin về máy phát và bộ điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp Nếu sơ đồ một sợi không được xây dựng trên giao diện đồ họa của PSS/E, thì Etap sẽ không nhận diện được vị trí các phần tử trên giao diện đồ họa trong quá trình chuyển đổi.
Thư viện Etap cung cấp nhiều thiết bị như cáp, dây dẫn, dây chống sét, thiết bị đóng cắt và relay, cho phép người dùng thay đổi và mở rộng không giới hạn Để thực hiện việc này, người dùng chỉ cần truy cập vào thanh menu, chọn mục thư viện, sau đó chọn thiết bị cần thay đổi hoặc mở rộng và điều chỉnh các thông số theo nhu cầu sử dụng.
Trong sáng kiến này, chúng tôi đã xây dựng một thư viện cáp lực bao gồm các sản phẩm của hãng ABB và LS VINA, cùng với dây dẫn trên không từ LS VINA, nhằm phục vụ cho việc tính toán hiệu quả.
Tính ngắn mạch
3.3.1 Khái niệm tính ngắn mạch
Tính ngắn mạch là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện, giúp kỹ sư lựa chọn thiết bị phù hợp, cài đặt thiết bị bảo vệ và đấu nối lưới điện để đạt hiệu suất vận hành tối ưu.
Etap cung cấp khả năng tính toán các dạng ngắn mạch đa dạng, bao gồm một pha chạm đất, hai pha chạm nhau, hai pha chạm nhau với một pha chạm đất, và ba pha chạm nhau, theo các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60909, IEC 61363 và ANSI/IEEE.
3.3.2 Module tính ngắn mạch ở ETAP Ở chức năng này Etap tính ngắn mạch theo 2 phương pháp là tiêu chuẩn ANSI/IEEE, IEC và chức năng phân tích hồ quang điện khi ngắn mạch Trong giới hạn tìm hiểu này chỉ giới thiệu chức năng tính ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC
- Bus Selection: Chọn bus bị sự cố
- Motor Contribution Based On: xét đến tải khi tính toán
- Tranfomer Tap: có xét đến đầu phân áp MBA hay không
- Cable & OL Heater: xét đến cáp nối thiết bị và ảnh hưởng của nhiệt độ Trang Standard
Dòng ngắn mạch là hệ số nhân điện áp nguồn, trong đó trường hợp tối thiểu xem xét yếu tố tích cực của sai số thiết bị, trong khi hai trường hợp còn lại đánh giá ở khía cạnh tiêu cực của sai số thiết bị.
- Cmax for Z Adjustment: hiệu chỉnh tổng trở khi thay đổi điện áp so với định mức của thiết bị (máy biến áp, máy phát)
- Zero Sequence Mdl: xét đến điện dung của dây dẫn và tụ bù khi tính toán (đưa vào trở kháng thứ tự không)
- Calculation Method: sử dụng tỷ số X/R trong 3 biện pháp khác nhau để tính giá trị biên dòng ngắn mạch ip để kiểm tra thiết bị cắt ngắn mạch
- Protective Device Duty: Đánh giá thiết bị cắt ngắn mạch
- LV CB Breaking: chọn dòng để đánh giá thiết bị cắt ngắn mạch
Hình 3 43 Công cụ tính toán
3.3.3 TÍNH THEO IEC 60909 (phương pháp thành phần đối xứng)
Dòng ngắn mạch được xác định bằng cách thay thế hệ thống điện bằng một nguồn và tổng trở tương đương, cho phép tính toán chính xác Hệ số c được áp dụng để nhân với điện áp nguồn thay thế, giúp xác định dòng cực đại và cực tiểu trong các tình huống khác nhau.
Hình 3 44 Sơ đồ thay thế
Giá trị hệ số c có thể thay đổi tùy thuộc vào người dùng Để tính toán ngắn mạch không đối xứng, cần phân tích thành ba thành phần: đối xứng thứ tự thuận, đối xứng thứ tự nghịch và không đối xứng.
Hình 3 45 Thành phần thứ tự thuận, nghịch và không Ngắn mạch 3 pha:
Ngắn mạch 1 pha chạm đất:
Hình 3 47 Ngắn mạch 1 pha chạm đất Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất:
Hình 3 48 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất
Ngắn mạch 2 pha chạm nhau:
Tiêu chuẩn IEC 60909 hướng dẫn cách tính sai số điện trở thiết bị khi nhiệt độ thay đổi và xác định biên độ dòng điện ip (giá trị lớn nhất) cùng trị hiệu dụng dòng trong chu kỳ đầu tiên khi xảy ra ngắn mạch Điều này giúp kiểm tra hiệu suất của thiết bị cắt dòng ngắn mạch và xác định trở kháng của các thiết bị cũng như dòng DC.
Mô hình hóa đường dây 110kV Thành phố Cà Mau
Hình 3 50 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện 110kV của Thành phố Cà Mau
Mô hình hóa hệ thống điện cơ bản bao gồm các phần tử như nguồn, thanh cái, dây dẫn, phụ tải và thiết bị bảo vệ Để chọn Bus, người dùng vào View → AC Mode Toolbar, nhấp vào biểu tượng và nhập tên của Bus, giá trị điện áp tại thanh cái cùng với loại kết nối.
Điện áp tại Bus 1: 110 kV
Hình 3 51 Thông số Bus Cà Mau 2
Để chọn nguồn, bạn hãy nhấp vào biểu tượng trên thanh Mode Toolbar và nhập các thông số cần thiết cho nguồn cung cấp, bao gồm điện áp 110 kV, %V (phần trăm hoạt động của điện áp), góc lệch pha, công suất ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch.
Công suất ngắn mạch: 2500 MVA
Hình 3 52 Thông số nguồn cung cấp
Để chọn dây dẫn truyền tải cho hệ thống, trước tiên bạn cần nhấp vào biểu tượng và nhập các thông số cần thiết cho đường dây, bao gồm chiều dài, loại kết nối, điện trở và điện kháng của dây Ngoài ra, hãy lựa chọn loại dây dẫn phù hợp và xác định đường kính dây.
Chiều dài của từng tuyến đơn vị km
Loại kết nối: 3 pha Điện trở đường dây: R-T1 (25 o C) = 0.0895 /km, R-T2 (75 o C) = 0.1056 /km Điện kháng đường dây: 0.4571 /km
Loại dây dẫn: nhôm Đường kính dây: 21.6 mm
Hình 3 53 Thông số đường dây truyển tải
Để cài đặt thông số cho tải, bạn cần nhấp vào biểu tượng tương ứng Tiếp theo, nhập các thông số cần thiết như trạng thái, loại kết nối, điện áp, công suất, hiệu suất của tải và cách đấu dây của tải.
Loại kết nối 3 pha Điện áp: 110 kV
Công suất phụ thuộc vào từng phụ tải
Cách đấu của tải: dạng sao
Tiếp theo, chúng ta chọn thiết bị bảo vệ cho tải bằng cách nhấp vào biểu tượng, sau đó nhập các thông số như điện áp, dòng điện định mức và dòng cắt định mức Tất cả các số liệu của thiết bị bảo vệ đều có sẵn trong thư viện etap.lib, và chúng ta cần chọn dòng điện phù hợp với phụ tải.
Hình 3 55 Thông số cầu chì
Hình 3 56 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện 110kV Thành phố Cà Mau trên Etap
Sụt áp trên các Bus của lưới điện
Run chế độ Load Flow Analysis Tiếp tục ta cài chế độ hiển thị độ sụt áp vào
Display Options → Voltage → Bus để hiển thị điện áp tại từng bus của đường dây
Hình 3 57 Thông số sụt áp trên các Bus của lưới điện
Bảng 3 1 Thông số sụp áp trên các Bus của lưới điện
Tên Bus Điện áp định mức
(kV) Điện áp trên các Bus (kV) Sụt áp (%)
Từ bảng 3.1, có thể thấy rằng điện áp trên các Bus đều bị giảm, với Bus Cà Mau 2 có độ sụt áp thấp nhất là 0,09%, trong khi Bus Rạch Gốc ghi nhận độ sụt áp cao nhất là 4,85% Nguyên nhân chính của độ sụt áp lớn tại Bus Rạch Gốc là do khoảng cách dây dẫn xa nguồn điện và trạm mới đưa vào vận hành, dẫn đến tính ổn định chưa cao Hiện tượng sụt áp này xảy ra do tổng điện trở trên dây dẫn, mặc dù giá trị nhỏ nhưng với chiều dài đường truyền lớn và tải lớn, sụt áp sẽ luôn tồn tại ở đầu và cuối dây Dù sụt áp có phần lớn, nhưng chất lượng điện lưới vẫn được đảm bảo ở mức cần thiết cho sản xuất và sinh hoạt.
Sử dụng Etap mô phỏng các trường hợp ngắn mạch
Trang Info của hộp thoại Short Circuit Study Case cung cấp thông tin về cách tính dòng ngắn mạch và chọn phân tích các điểm ngắn mạch
Hình 3 58 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case Trong đó:
Transformer Tab: ta chọn Adjust Base kV sử dụng tỷ số biến thế máy biến áp để tính toán ngắn mạch
Motor Contribution Based on: chọn Motor Status các động cơ chạy ở chế độ liên tục hoặc gián đoạn
Bus Selection: chọn Bus có sự cố để đưa vào phân tích Chọn Bus muốn phân tích ngắn mạch rồi ấn Fault để đưa vào phân tích ngắn mạch
Hình 3 59 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case
Trang Standard của hộp thoại này cung cấp thông tin về cách tính toán ngắn mạch của Etap
Standard: chọn tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC
Short – Curiut Current: Etap chọn hằng số C để tính toán toán ngắn mạch ta để
Cmax for Z Adustment (
