TÓM TẮT Tính toán hệ thống là một khâu hết sức quan trọng trong công tác tư vấn xây dựng Điện. Sáng kiến xin giới thiệu một công cụ tính toán và phân tích hệ thống mạnh mẽ. Etap là phần mềm được phát triển bởi Operation Technology, Inc (OTI) của Mỹ. Nội dung chính của sáng kiến như sau: - Chương 1: Tổng quan về Etap - Chương 2: Trào lưu công suất tải cân bằng - Chương 3: Trào lưu công suất tải không cân - Chương 4: Tính ngắn mạch - Chương 5: Tối ưu trào lưu công suất - Chương 6: Khảo sát ổn định hệ thống - Chương 7: Bù công suất phản kháng - Chương 8: Tính toán lưới nối đất - Chương 9: Tính toán cáp ngầm - Chương 10: Các tính năng khác - Chương 11: Tổng kết - Kết luận
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 hiện nay là Etap 11.
OTI hiện đang cung cấp 50.000 sản phẩm cho hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới, phục vụ cho các công ty, tổ chức và doanh nghiệp 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 hoạt động 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 1.1 Operation Technology, Inc – OTI
GIỚI THIỆU ETAP
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 nên yêu cầu cấu hình máy tinh tối thiểu: Intel Dual/Quad core – 2.0 GHz trở
- Quảng lý hệ thống theo thời gian thực (Real time)
- Quảng lý lưới điện trên sơ đồ đia lý GIS
CÀI ĐẶT (ETAP)
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 giới hạn về tính năng và số nút Hiện nay, phiên bản crack phổ biến trên các diễn đàn HTĐ chỉ hỗ trợ chạy trên hệ điều hành 32bit.
- Khi cài đặt đòi hỏi phải có phần mềm hỗ trợ là Microsoft® NET Framework v1.1 hoặc Microsoft.NET Framework v2.0 Do chương trình hỗ trợ đồ họa cao
Các chức năng tính toán :
Hình 1.3 Các chức năng tính toán
Hình 1.4 Các phần tử AC
Các thiết bị đo lường, bảo vệ:
Hình 1.5 Các thiết bị đo lường, bảo vệ
Nguồn được xem là thay thế cho 1 hệ thống phức tạp vô cùng lớn được đặc trưng bởi các thông số sau:
Hình 1.6 Trang info của nguồn
- IP: 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 1.7 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 Trang Hamnic :
Khi lựa chọn dạng điện áp đầu ra cho hệ thống, cần xem xét các dạng sóng như sin, không sin và các dạng sóng nghịch lưu Đối với hệ thống có điện áp đầu ra hình sin, lựa chọn phù hợp là None.
Hình 1.8 Trang Hamnic của nguồn
Hình 1.9 Trang Reliability của nguồn Các thông số để tính bài toán xác định độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống
- λ A : 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
- r p : thời gian thay thiết bị
- switch Time: thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới
Hình 1.10 Trang Energy Price của nguồn
Giá cung cấp điện của hệ thống có thể được xác định thông qua việc xây dựng hàm chi phí, nhằm tính toán hiệu quả khi áp dụng chức năng vận hành tối ưu nguồn phát.
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 1.11 Trang Energy Price của máy phát
Hình 1.12 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
Hình 1.13 Trang capalibity của máy phát Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát
Hình 1.14 Trang Exciter cuả máy phát Thông tin về hệ thống kích từ và bộ tự điều chỉnh điện áp AVR
Hình 1.15 Trang Govemor của máy phát Thông tin về bộ điều tốc của máy phát
Hình 1.16 Trang info của Bus
- Nominal kV: điện áp định mức
- Bus Voltage: giá trị ban đầu của vòng lập trong tính toán
Hình 1.17 Trang info của đường dây
- From/to: dây nối từ Bus /đến Bus
- Length: chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp
Hình 1.18 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)
- X a : trở kháng của dây pha trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính)
- X a ’ : 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 điện phong phú với đầy đủ thông số kỹ thuật, mang lại sự tiện lợi cho người dùng Thư viện này cho phép tùy chỉnh theo nhu cầu và điều chỉnh của người sử dụng.
Hình 1.19 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 (trương hợp phân pha)
- Ground wires: dây chống sét
Với các thông số trên Etap sẽ tự tính ra trở kháng đường dây
Hình 1.20 Trang Grouping của đường dây Các thông tin về nối đất đường dây (nối dất chống sét, nối đất lập lại…)
Hình 1.21 Trang Earth của đường dây Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn
Hình 1.22 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 1.23 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
+ Ice: độ dày của lớp băng bám trên dây dẫn + Wind: áp lực gió
+ k Factor: hệ số k + Temperature: nhiệt độ vận hành + Tension or Sag: chọn giá trị độ võng hay lực căng dây cho phép
Hình 1.24 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 1.25 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 1.26 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
- Conductor Construction: Cấu trúc lõi dẫn Gồm các cấu trúc sau
The article outlines various product types, including ConRnd, which is a concentric round option that is neither coated nor treated The ConRnd-Coated variant features a coating but remains untreated, while the ConRnd-Treated option is untreated but not coated Additionally, the CmpRnd-Treated is a compact round product that is treated but not coated The Compact Segmental options include CmpSgm, which is neither coated nor treated, CmpSgm-Coated, which is coated but untreated, and CmpSgm-Treated, which is treated without a coating Lastly, the CmpSct-Treated represents a compact sector that is treated but not coated.
- Shielding: có/ không giáp bọc
- Sheath/Shield End Connection: có/không nối đất vỏ cáp
- Sheath/Armor Type: vật liệu giáp bọc Gồm các loại sau
+ Aluminum Sheath + St Armor/30 dg/ 15 W + St Armor/30 dg/ 20 W + St Armor/30 dg/ 25 W + St Armor/45 dg/ 15 W + …
- Jacket Type: vật liệu vỏ ngoài của cáp Gồm các vật liệu sau
+ None + Paper + PE + PVC + XLPE + EPR + SBR + Rubber + Rubber1 + Rubber2 + … Trang loading
- Operating Load/Current: giá trị dòng điện để tính ổn định nhiệt
Giá trị dòng điện cho tải 3 pha cân bằng được gọi là Avg, trong khi giá trị dòng điện của các pha A, B và C cho tải 3 pha không cân bằng lần lượt là Phase A, Phase B và Phase C Hệ số tăng tải trong tương lai được xác định bởi Growth factor (GF).
- Loading current for sizing: giá trị dòng điện để xác định tiết diện cáp tối ưu + Operating current: dòng điện cáp đang tải (theo sơ đồ 1 sợi)
+ FLA of Element: dòng điện theo thiết bị cáp cấp điện + User-Defined: người dùng nhập
- UnderGround raceway (UGS): tính toán mương cáp
+ Sheath/Armor Current: giá trị dòng điện chạy trong vỏ cáp (tính theo % dòng trong lõi cáp)
+ Optimization options: lựa chọn này để xác định bài toán tính ổn định nhiệt theo tiết diện tối ưu
Fixed Current: cố định dòng điện Fixed size: cố định kích thước cáp
Hình 1.27 Trang loading của cáp + Load factor: hệ số mang tải (qui về tải đỉnh) Được tính như sau
Trong đó: i: Các khoảng thời gian tải hoạt động kWi: công suất tải ở khoảng i
Ti: Thời gian trong khoảng i kWp: công suất đỉnh ở khoảng i
Tt = Ton + Toff (Ton thời gian tải hoạt động; Toff thời gian tải nghỉ) + Transient load profile: dạng đồ thị phụ tải
Hình 1.27 Trang protection của cáp
- Themal capability: đường cong khả năng chịu nhiệt của cáp, đường cong này phụ thuộc vào loại cách điện, nhiệt độ ruột dẫn và số sợi cáp mỗi pha
+ Conductor Temperature: nhiệt độ cáp bắt đầu quá giới hạn cho phép
- Reference kV: giá trị điện áp tham khảo tính công suất ngắn mạch
Dòng ngắn mạch (Sym, ms) là giá trị mà cáp phải chịu đựng, giúp xác định kích thước cáp tối ưu và trở kháng tương đương.
- Installation: hình thức lắp đặt cáp Chọn tiêu chuẩn và hình thức lắp đặt cáp
- Temperature/RHO: Nhiệt độ hoạt động và nhiệt trở suất
+ T a : nhiệt độ môi trường + T c : nhiệt độ tối đa cho phép của cáp + RHO: nhiệt trở suất môi tường
- Ampacity: Dòng tải hoạt động của cáp
+ Operating: Dòng điện cáp đang hoạt động + Base: dòng điện định mức của cáp
+ Derated: dòng điện trong điều kiện lắp đặt cụ thể (theo tiêu chuẩn tính toán lựa chọn)
- Allowable Ampacity (Alert): dòng tối đa cho phép của cáp Dùng để cảnh báo khi quá giới hạn và giới hạn cho tính toán tối ưu
Hình 1.27 Trang ampacity của cáp
- Standard: tiêu chuẩn tính toán (được chọn trong trang ampacity)
- Results: kết quả tính tối ưu kích thước cáp
- Requirements: yêu cầu của phụ tải
- Cable Application: hế số nhân dòng (yêu cầu của thiết bị)
- Options: xem xét hệ số tăng trưởng phụ tải
- Cable Library Selection: lựa chọn cáp trong thư viện (cùng một nhóm/ tất cả các cáp có trong thư viện)
Hình 1.28 Trang sizing của cáp
Hình 1.29 Trang routing của cáp
- Routed Raceways: các mương cáp mà đặt cáp này
- Available Raceways: Các mương cáp đang tồn tại trong dự án
1.2.4.6 Máy biến áp 2 cuộn dây
Hình 1.24 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 1.25 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 biểu thị tỉ lệ giữa trở kháng và điện trở của MBA.
+ Z variation: tổng trở khi điều chỉnh đầu phân áp MBA
Hình 1.26 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 MBA có đầu phân áp hay không Để thiết lập các giá trị đầu phân áp, hãy nhấn vào LCT.
Hình 1.27 Chỉnh đầu phân áp máy biến áp
Hình 1.28 Trang Grounding của máy biến áp
Tổ đấu dây và kiểu nối đất MBA
Hình 1.29 Trang Sizing của máy biến áp
Hổ trợ chọn dung lượng MBA dựa vào phụ tải và dự báo tốc độ tăng trưởng
Hình 1.30 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 1.31 Trang Reliability của máy biến áp Các thông tin về độ tin cậy của MBA
1.2.4.7 Máy biến áp 3 cuộn dây
Giống MBA 2 cuộn dây, có thêm các thông tin về cuộn thứ 3
Hình 1.32 Trang Info của tải
- Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B hay C
Hình 1.33 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 1.34 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
1.2.5 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN
Sau khi khởi động Etap, chọn New để tạo 1 project mới :
Hình 1.35 Thông tin ban đầu khi tạo dự án mới
Để chọn một phần tử trong cửa sổ chính của dự án, bạn chỉ cần nhấp vào phần tử đó và kéo thả vào cửa sổ thiết kế.
Hình 1.37 Kết nối các phần tử
Mỗi phần tử có đầu để kết nối, ta nhấp vào đầu kết nối đó và rê chuột đến phần tử muốn kết nối với nó
Xoay các phần tử: chọn phần tử muốn xoay vào Tools trên thanh Menu, chọn
Rotate và góc cần xoay
Hình 1.38 Thao tác xoay các phần tử
Trong Theme Editor trên thanh Toolbars 1, bạn có thể thay đổi màu sắc của từng phần tử theo các chế độ 1 pha, 3 pha, AC-DC và cấp điện áp.
Hình 1.39 Thay đổi màu các phần tử
Tùy chỉnh các thông số của phần tử hiện thị trên sơ đồ: vào Display Options
Edit để thay đổi các thông tin muốn hiển thị trên sơ đồ bằng cách check vào thông tin muốn hiện thị
Hình 1.40 Thay đổi thông tin hiển thị
1.2.6 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 khó khăn với một số phần tử như 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, Etap sẽ không thể xác định vị trí các phần tử trên giao diện đồ họa trong quá trình chuyển đổi.
Thư viện Etap bao gồm 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 một cách linh hoạt và không giới hạn.
Từ thanh menu chọn mục library, chọn thiết bị cần thay đổi (mở rộng), thay đổi thông số theo mục đích sử dụng
Thư viện cáp lực được xây dựng nhằm phục vụ cho việc tính toán trong sáng kiến này, bao gồm các sản phẩm của hãng ABB và LS VINA, cùng với dây dẫn trên không LS VINA.
CÁC PHẦN TỬ CHÍNH
Nguồn được xem là thay thế cho 1 hệ thống phức tạp vô cùng lớn được đặc trưng bởi các thông số sau:
Hình 1.6 Trang info của nguồn
- IP: 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 1.7 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 Trang Hamnic :
Khi lựa chọn điện áp đầu ra cho hệ thống, cần xem xét các dạng sóng hài như sin, không sin và các dạng sóng nghịch lưu Đối với hệ thống yêu cầu điện áp đầu ra hình sin, lựa chọn phù hợp là None.
Hình 1.8 Trang Hamnic của nguồn
Hình 1.9 Trang Reliability của nguồn Các thông số để tính bài toán xác định độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống
- λ A : 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
- r p : thời gian thay thiết bị
- switch Time: thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới
Hình 1.10 Trang Energy Price của nguồn
Giá cung cấp điện trong hệ thống có thể được xác định thông qua hàm chi phí, giúp tính toán hiệu quả khi áp dụng chức năng vận hành tối ưu cho nguồn phát.
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 1.11 Trang Energy Price của máy phát
Hình 1.12 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
Hình 1.13 Trang capalibity của máy phát Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát
Hình 1.14 Trang Exciter cuả máy phát Thông tin về hệ thống kích từ và bộ tự điều chỉnh điện áp AVR
Hình 1.15 Trang Govemor của máy phát Thông tin về bộ điều tốc của máy phát
Hình 1.16 Trang info của Bus
- Nominal kV: điện áp định mức
- Bus Voltage: giá trị ban đầu của vòng lập trong tính toán
Hình 1.17 Trang info của đường dây
- From/to: dây nối từ Bus /đến Bus
- Length: chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp
Hình 1.18 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)
- X a : trở kháng của dây pha trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính)
- X a ’ : 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 tiện lợi, cho phép người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu của mình.
Hình 1.19 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 (trương hợp phân pha)
- Ground wires: dây chống sét
Với các thông số trên Etap sẽ tự tính ra trở kháng đường dây
Hình 1.20 Trang Grouping của đường dây Các thông tin về nối đất đường dây (nối dất chống sét, nối đất lập lại…)
Hình 1.21 Trang Earth của đường dây Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn
Hình 1.22 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 1.23 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
+ Ice: độ dày của lớp băng bám trên dây dẫn + Wind: áp lực gió
+ k Factor: hệ số k + Temperature: nhiệt độ vận hành + Tension or Sag: chọn giá trị độ võng hay lực căng dây cho phép
Hình 1.24 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 1.25 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 1.26 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
- Conductor Construction: Cấu trúc lõi dẫn Gồm các cấu trúc sau
The article discusses various types of round and segmental products, categorized by their coatings and treatments The ConRnd series includes options such as ConRnd (none coated, none treated), ConRnd-Coated (coated, none treated), and ConRnd-Treated (none coated, treated) Similarly, the CmpRnd-Treated represents a compact round option that is treated but not coated The CmpSgm series features CmpSgm (none coated, none treated), CmpSgm-Coated (coated, none treated), and CmpSgm-Treated (none coated, treated) Lastly, the CmpSct-Treated indicates a compact sector that is treated but not coated.
- Shielding: có/ không giáp bọc
- Sheath/Shield End Connection: có/không nối đất vỏ cáp
- Sheath/Armor Type: vật liệu giáp bọc Gồm các loại sau
+ Aluminum Sheath + St Armor/30 dg/ 15 W + St Armor/30 dg/ 20 W + St Armor/30 dg/ 25 W + St Armor/45 dg/ 15 W + …
- Jacket Type: vật liệu vỏ ngoài của cáp Gồm các vật liệu sau
+ None + Paper + PE + PVC + XLPE + EPR + SBR + Rubber + Rubber1 + Rubber2 + … Trang loading
- Operating Load/Current: giá trị dòng điện để tính ổn định nhiệt
Giá trị dòng điện cho tải 3 pha cân bằng được gọi là Avg, trong khi giá trị dòng điện cho các pha không cân bằng được phân chia thành Phase A, Phase B và Phase C Phase A đại diện cho giá trị dòng điện của pha A, Phase B cho pha B, và Phase C cho pha C Hệ số tăng tải trong tương lai được xác định bởi Growth factor (GF).
- Loading current for sizing: giá trị dòng điện để xác định tiết diện cáp tối ưu + Operating current: dòng điện cáp đang tải (theo sơ đồ 1 sợi)
+ FLA of Element: dòng điện theo thiết bị cáp cấp điện + User-Defined: người dùng nhập
- UnderGround raceway (UGS): tính toán mương cáp
+ Sheath/Armor Current: giá trị dòng điện chạy trong vỏ cáp (tính theo % dòng trong lõi cáp)
+ Optimization options: lựa chọn này để xác định bài toán tính ổn định nhiệt theo tiết diện tối ưu
Fixed Current: cố định dòng điện Fixed size: cố định kích thước cáp
Hình 1.27 Trang loading của cáp + Load factor: hệ số mang tải (qui về tải đỉnh) Được tính như sau
Trong đó: i: Các khoảng thời gian tải hoạt động kWi: công suất tải ở khoảng i
Ti: Thời gian trong khoảng i kWp: công suất đỉnh ở khoảng i
Tt = Ton + Toff (Ton thời gian tải hoạt động; Toff thời gian tải nghỉ) + Transient load profile: dạng đồ thị phụ tải
Hình 1.27 Trang protection của cáp
- Themal capability: đường cong khả năng chịu nhiệt của cáp, đường cong này phụ thuộc vào loại cách điện, nhiệt độ ruột dẫn và số sợi cáp mỗi pha
+ Conductor Temperature: nhiệt độ cáp bắt đầu quá giới hạn cho phép
- Reference kV: giá trị điện áp tham khảo tính công suất ngắn mạch
Dòng ngắn mạch (Sym, ms) là giá trị mà cáp phải chịu đựng, và nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước cáp tối ưu cũng như trở kháng tương đương.
- Installation: hình thức lắp đặt cáp Chọn tiêu chuẩn và hình thức lắp đặt cáp
- Temperature/RHO: Nhiệt độ hoạt động và nhiệt trở suất
+ T a : nhiệt độ môi trường + T c : nhiệt độ tối đa cho phép của cáp + RHO: nhiệt trở suất môi tường
- Ampacity: Dòng tải hoạt động của cáp
+ Operating: Dòng điện cáp đang hoạt động + Base: dòng điện định mức của cáp
+ Derated: dòng điện trong điều kiện lắp đặt cụ thể (theo tiêu chuẩn tính toán lựa chọn)
- Allowable Ampacity (Alert): dòng tối đa cho phép của cáp Dùng để cảnh báo khi quá giới hạn và giới hạn cho tính toán tối ưu
Hình 1.27 Trang ampacity của cáp
- Standard: tiêu chuẩn tính toán (được chọn trong trang ampacity)
- Results: kết quả tính tối ưu kích thước cáp
- Requirements: yêu cầu của phụ tải
- Cable Application: hế số nhân dòng (yêu cầu của thiết bị)
- Options: xem xét hệ số tăng trưởng phụ tải
- Cable Library Selection: lựa chọn cáp trong thư viện (cùng một nhóm/ tất cả các cáp có trong thư viện)
Hình 1.28 Trang sizing của cáp
Hình 1.29 Trang routing của cáp
- Routed Raceways: các mương cáp mà đặt cáp này
- Available Raceways: Các mương cáp đang tồn tại trong dự án
1.2.4.6 Máy biến áp 2 cuộn dây
Hình 1.24 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 1.25 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.
+ Z variation: tổng trở khi điều chỉnh đầu phân áp MBA
Hình 1.26 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 biến áp (MBA) có đầu phân áp hay không Để thiết lập các giá trị đầu phân áp, hãy nhấn vào LCT.
Hình 1.27 Chỉnh đầu phân áp máy biến áp
Hình 1.28 Trang Grounding của máy biến áp
Tổ đấu dây và kiểu nối đất MBA
Hình 1.29 Trang Sizing của máy biến áp
Hổ trợ chọn dung lượng MBA dựa vào phụ tải và dự báo tốc độ tăng trưởng
Hình 1.30 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 1.31 Trang Reliability của máy biến áp Các thông tin về độ tin cậy của MBA
1.2.4.7 Máy biến áp 3 cuộn dây
Giống MBA 2 cuộn dây, có thêm các thông tin về cuộn thứ 3
Hình 1.32 Trang Info của tải
- Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B hay C
Hình 1.33 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 1.34 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
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN
Sau khi khởi động Etap, chọn New để tạo 1 project mới :
Hình 1.35 Thông tin ban đầu khi tạo dự án mới
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.
Hình 1.37 Kết nối các phần tử
Mỗi phần tử có đầu để kết nối, ta nhấp vào đầu kết nối đó và rê chuột đến phần tử muốn kết nối với nó
Xoay các phần tử: chọn phần tử muốn xoay vào Tools trên thanh Menu, chọn
Rotate và góc cần xoay
Hình 1.38 Thao tác xoay các phần tử
Trong Theme Editor trên thanh Toolbars 1, người dùng có thể thay đổi màu sắc cho từng phần tử theo các chế độ 1 pha-3 pha, AC-DC, và cấp điện áp.
Hình 1.39 Thay đổi màu các phần tử
Tùy chỉnh các thông số của phần tử hiện thị trên sơ đồ: vào Display Options
Edit để thay đổi các thông tin muốn hiển thị trên sơ đồ bằng cách check vào thông tin muốn hiện thị
Hình 1.40 Thay đổi thông tin hiển thị
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 gặp một số hạn chế, như 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, Etap sẽ không nhận diện được vị trí các phần tử trên giao diện đồ họa trong quá trình chuyển đổi.
THƯ VIỆN THIẾT BỊ
Thư viện của Etap bao gồm nhiều thiết bị như cáp, dây dẫn, dây chống sét, thiết bị đóng cắt và relay, cho phép người dùng thực hiện các thay đổi và mở rộng không giới hạn.
Từ thanh menu chọn mục library, chọn thiết bị cần thay đổi (mở rộng), thay đổi thông số theo mục đích sử dụng
Thư viện cáp lực được xây dựng nhằm hỗ trợ tính toán cho sáng kiến này, bao gồm các sản phẩm của hãng ABB và LS VINA, cùng với dây dẫn trên không của LS VINA.
TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TẢI CÂN BẰNG
TỔNG QUAN
Tính trào lưu công suất là một yếu tố quan trọng trong quy hoạch phát triển hệ thống điện, giúp thiết kế, vận hành và thay đổi đấu nối hiệu quả Vì vậy, hầu hết các phần mềm hệ thống điện hiện nay đều tích hợp tính năng này để phục vụ nhu cầu của người dùng.
Các phần mềm hiện nay sử dụng phổ biến 3 phương pháp sau:
- Phương pháp phân lập nhanh
MODULE TÍNH TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG ETAP
Hình 2.2 Các tùy chỉnh trường hợp phân tích Cửa sổ Edit Study Case :
- Study Case ID: tên trường hợp đang tùy chỉnh( trong cùng 1 sơ đồ ta có thể thử chạy nhiều trường hợp khác nhau)
- Method: phương pháp phân tích
+ Max Iteration: số lần lập tối đa + Precision: độ chính xác
+ Accel Factor: hệ số tăng tốc (phương pháp lập nhanh) + Apply XFMR Phasles –Shift: trong quá trình phân tích có xét đến đầu phân áp MBA
- Update: cập nhật điều kiện ban đầu của các phần tử
- Report: các tùy chỉnh báo cáo
- Initial Voltage Condition: điều kiện ban đầu của bus là tùy từng Bus (Bus Initial Voltages) hay thống nhất (User Defined Fixed Value )
- Loading Category: chế độ vận hành của phụ tải
- Generation Category: chế độ vận hành của nguồn Nguồn (máy phát, hệ thống)
Các tùy chỉnh cảnh báo Khi vượt quá giới hạn này Etap sẽ hiện thị thông báo cảnh báo quá tải và đổi màu thiết bị
- Critical: cảnh báo quá tải
- Marginal: cảnh báo non tải
Cho sơ đồ HTĐ và các thông số như hình vẽ:
Hình 3.7 Hình thức trụ các đường dây Tiến hành xây dựng sơ đồ 1 sợi trong Etap và nhập các thông số của các phần tử
- Trang info nhập tên phụ tải (mục ID), 3pha/1pha (mục conection)
- Trang nameplate nhập P, cosφ (muc rating), thành phần tải (mục load type) mức tải ở các thời điểm khác nhau (mục loading categoy)
Hình 3.8 Thông số tải số 4
- Trang info nhập tên đường dây (mục ID), chiều dài đường dây (mục length)
Hình 3.9 Thông số đường dây 6-7
Trang nhập thông số dây dẫn cho phép người dùng lựa chọn dây dẫn từ thư viện với các thông số đã được thiết lập sẵn Ngoài ra, người dùng cũng có thể thiết lập thông số cho dây chống sét trong mục dây tiếp đất.
- Trang configuration chọn hình thức trụ (mục configuration type), khoảng cách các pha (phase), phân pha (muc conductors), dây chống sét (mục ground wires)
- Trang info nhập tên MBA (mục ID)
- Trang rating nhập điện áp, công suất MBA (mục rating), điện áp ngắn mạch, tỉ số X/R (mục impedance)
- Trang tap chọn vị trí bộ điều áp dưới tải, số nấc điều áp, % mỗi nấc (mục LTC/voltage regulator)
- Trang grounding chọn tổ đấu dây
Hình 3.10 Thông số đường dây 6-7
Hình 3.10 Thông số máy phát
- Trang info nhập tên MBA (mục ID), chọn chức năng máy phát trong hệ thống điện (mục operation mode)
- Trang rating nhập công suất máy phát
- Trang imd/mode nhập tổng trở (mục impedance), thông số mô phỏng quá độ (mục dynamic mode)
- Trang grounding chọn tổ đấu dây
- Trang inertia nhập thông số bộ điều tốc
- Trang exciter nhập thông số bộ kích từ
- Trang govemor nhập thống số bộ điều chỉnh điện áp
- Trang fuel cost nhập hàm chi phí giá phát điện
Để chuyển từ cửa sổ thiết kế sang module trào lưu công suất, hãy truy cập mục (Edit Study Case) để tùy chỉnh các thông số tính toán Để chạy kết quả phân bố công suất, nhấp vào mục (Run) và bạn sẽ nhận được kết quả trực tiếp trên sơ đồ như hình minh họa.
Hình 3.14 Kết quả phân tích trên sơ đồ
Bạn có thể điều chỉnh cách hiển thị kết quả trên sơ đồ bằng cách chọn các thông số cần xem và đơn vị hiển thị trong mục tương ứng Ngoài ra, để xem kết quả tính toán chi tiết, hãy truy cập vào mục chuyên biệt.
TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TẢI KHÔNG CÂN
TỔNG QUAN
Trong thực tế, việc cung cấp điện thường không đạt được trạng thái tải 3 pha cân bằng do các thiết bị trong xí nghiệp và nhà máy thường sử dụng điện áp 1 pha hoặc điện áp dây giữa 2 pha Sự sắp xếp phụ tải trên các pha gặp khó khăn trong việc duy trì sự cân bằng Do đó, cần phân tích ảnh hưởng của sự mất cân bằng này đến hệ thống, từ đó đưa ra bài toán phân bố lưu lượng tải không cần bằng.
Etap cung cấp chức năng phân tích này phân tích cả với mạch hình tia và mạch vòng, cho kết quả với đầy đủ các thông tin cần thiết.
MODULE TÍNH TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TẢI KHÔNG CÂN
Module này tương tự module tính trào lưu công suất tải cân bằng nhưng ở đây Etap tính cho từng pha riêng biệt
Etap sử dụng phương pháp “Newton-Raphson 3 pha” Với phương trình được lập lại
: độ lệch điện áp : độ lệch dòng giữa giá trị qui định và giá trị tính trong lần lập
- Y abc : ma trận tổng dẫn
Cho sơ đồ lưới điện trung thế đơn giản như hình 7.2, nút 3 có 1 tải 1 pha 50kVA (mắc ở pha A), dây dẫn và hình thức trụ như hình 7.1
Hình 7.1 Dây dẫn và hình thức trụ
Vào mục để chuyển sang module tính trào lưu tải không cân, vào mục (run) để bắt đầu tính toán, vào để tùy chọn kết quả hiện thị
Hình 7.2 Kết quả tính trào lưu tải không cân
TÍNH NGẮN MẠCH
TÍNH NGẮN MẠCH
Tính ngắn mạch là một vấn đề quan trọng trong hệ thống điện, giúp kỹ sư lựa chọn thiết bị phù hợp, cài đặt thiết bị bảo vệ và kết 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 trạm nhau, hai pha trạm nhau chạm đất và ba pha trạm nhau, phù hợp với các tiêu chuẩn IEC 60909, IEC 61363 và ANSI/IEEE.
4.1.1 MODULE TÍNH NGẮN MẠCH Ở ETAP 7.0 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
Dòng ngắn mạch là hệ số nhân của điện áp nguồn, trong đó trường hợp tối thiểu xem xét yếu tố tích cực liên quan đến 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 4.3 Công cụ tính toán
4.1.1.1 TÍNH THEO IEC 60909 (phương pháp thành phần đối xứng)
Dòng ngắn mạch được xác định bằng cách thay thế hệ thống bằng một nguồn và tổng trở tương đương từ điểm ngắn mạch Hệ số c được áp dụng để nhân với điện áp nguồn thay thế, nhằm tính toán dòng cực đại và cực tiểu trong các trường hợp cụ thể.
Để tính toán ngắn mạch không đối xứng, hệ số c có thể thay đổi theo từng người dùng và được phân tích thành ba thành phần: đối xứng theo thứ tự thuận, đối xứng theo thứ tự nghịch và không đối xứng.
Hình 4 5 Thành phần thứ tự thuận, nghịch và không Ngắn mạch 3 pha:
Hình 4.6 Ngắn mạch 3 pha Ngắn mạch 1 pha trạm đất:
Hình 4.7 Ngắn mạch 1 pha trạm đất Ngắn mạch 2 pha trạm nhau trạm đất:
Hình 4.8 Ngắn mạch 2 pha trạm nhau trạm đất Ngắn mạch 2 pha trạm nhau:
Hình 4.9 Ngắn mạch 2 pha trạm nhau
Tiêu chuẩn IEC 60909 hướng dẫn cách tính sai số điện trở thiết bị khi nhiệt độ thay đổi, bao gồm biên độ dòng điện ip (giá trị lớn nhất) và trị hiệu dụng dòng trong chu kỳ đầu tiên khi xảy ra ngắn mạch để kiểm tra thiết bị cắt dòng ngắn mạch Bên cạnh đó, tiêu chuẩn cũng chỉ ra cách xác định trở kháng của các thiết bị và dòng DC.
4.1.1.2 PHƯƠNG PHÁP IEC 61363 (giải hệ phương trình vi phân)
Tiêu chuẩn IEC 61363 sử dụng phương pháp giải hệ phương trình vi phân để tính toán ngắn mạch 3 pha, cho phép phân tích toàn diện quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Phương pháp này cung cấp giá trị tức thời của dòng điện và điện áp theo thời gian kể từ thời điểm xảy ra ngắn mạch.
Sử dụng lại hệ thống ở ví dụ 2.1, tính dòng ngắn mạch ở nút số 3
Vào mục để chuyển sang module tính ngắn mạch, vào mục (Edit Study Case) để tùy chỉnh tính toán
Hình 4.10 Chọn nút cần tính ngắn mạch
Hình 4.11 Các tùy chọn tính toán Vào mục để tính dòng ngắn mạch theo IEC 60909
Vào mục trên thanh công cụ để chọn kết quả loại dòng ngắn mạch hiện trên sơ đồ hay vào mục để xem kết quả chi tiết
Hình 4.12 Chọn kết quả hiển thị trên sơ đồ
Hình 4.13 Kết quả tính ngắn mạch 3 pha trên sơ đồ
Vào mục để tính dòng ngắn mạch theo IEC 61363, vào mục để xem kết quả tính toán dạng đồ thị
Hình 4.14 Chọn kết quả cần vẽ đồ thị
Hình 4.15 Dòng ngắn mạch tại nút 3 theo IEC 61363
MODULE PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ
Chức năng này mô phỏng trực quan sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ, bao gồm trình tự và thời gian tác động, cũng như cho phép thay đổi thiết kế các đường cong đặc tính của thiết bị bảo vệ và đường cong hư hại của thiết bị chính.
Thư viện mở rộng được trang bị đa dạng thiết bị như rơle, cầu chì, contactor, biến dòng và biến điện áp, cung cấp đầy đủ các sản phẩm từ các hãng sản xuất lớn trên toàn cầu.
Hình 4.16 Công cụ mô phỏng
- Study Case ID: tên trường hợp phân tích
- Transformer Tap: có hay không sử dụng đầu phân áp MBA
- Motor Contribution Based on: lựa chọn động cơ có tham gia tính ngắn mạch
- Bus Selection: chọn bus có sự cố
- Standard: tiêu chuẩn IEC hay ANSI
- Zero Sequence Z: xem xét đến giá trị điện dung (B)
- Short Circuit Current: hệ số nhân điện áp nguồn tùy điện áp định mức
- Cmax for Z Adjustment : hệ số điều chỉnh trở kháng
Hình 4.19 Trang Seq of OP
- Fault Value: đối xứng hay không đối xứng
- Fault Type: chọn loại ngắn mạch
- Protective Devices Operated: số lần chớp tắt khi thiết bị tác động
- Protective Devices Considered: số lần chớp tắt khi có sự cố
Trang Adjustment : Sai số của các thiết bị
Khảo sát một hệ thống điện đơn giản bao gồm nguồn điện, cáp dẫn, và biến áp cung cấp năng lượng cho động cơ Hệ thống này được trang bị các thiết bị bảo vệ như cầu chì, công tắc tự động (CB) và rơle quá dòng để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Mỗi thiết bị đều có những thông số đặc trưng riêng, có thể được lấy từ nhà sản xuất khi cập nhật thiết bị từ thư viện hoặc do người sử dụng tự thiết lập.
Hình 4.21 Thư viện relay quá dòng
Hình 4.22 Đường cong đặc tính của relay quá dòng
Hình 4.23 Đường đặc tính của các thiết bị bảo vệ Ngoài ra Etap còn cung cấp một công cụ để thao tác với các đường cong đăc tuyến này:
Hình 4.24 Công cụ thao tác trên các đường đặc tuyến Kết quả mô phỏng ngắn mạch 3 pha tại bus 2:
Hình 4.25 Kết quả mô phỏng trên sơ đồ Thời gian tác động của các thiết bị khi ngắn mạch 3 pha tại bus 2:
TỐI ƯU TRÀO LƯU CÔNG SUẤT
TỔNG QUAN
Mỗi nguồn điện có những đặc điểm riêng, ảnh hưởng bởi công nghệ, nguồn năng lượng sơ cấp và vị trí địa lý, dẫn đến sự khác biệt trong chi phí phát điện Do đó, việc tính toán công suất phát của các nguồn điện một cách kinh tế là rất quan trọng để nâng cao tính cạnh tranh của giá điện.
ETAP cho phép người dùng tìm ra trạng thái vận hành tối ưu nhất của hệ thống với nhiều mục tiêu lựa chọn khác nhau.
MODULE TỐI ƯU TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG ETAP
Chức năng tối ưu trào lưu công suất trong ETAP là một công cụ tính toán mạnh mẽ, cho phép đạt được kết quả nhanh chóng với nhiều mục tiêu khác nhau có thể thực hiện đồng thời.
Cửa sổ Edit Study Case :
- Study Case ID: tên trường hợp phân tích
+ Max.Iteration: số lần lập tối đa
- Load Diversity Factor: hiệu chỉnh phụ tải
- Initial Condition: điện áp ban đầu của Bus
- Update: các loại thiết bị được hiệu chỉnh trong quá trình phân tích
+ Generator Voltage: máy phát điều chỉnh điện áp + LTC: đầu phân áp MBA
+ Generator var: máy phát phát Q cố định + Generator MV: máy phát phát P cố định + Shunt Compensation: thiết bị bù phản kháng
- Fuel / Energy Cost: chọn loại giá phát điện
- Infeasibility Handing: chọn các yếu tố có thể bỏ qua khi mục tiêu không thỏa mãn
Hình 5.3 Điều kiện bỏ qua khi không hội tụ Trang Objective:
- Objective: mục tiêu hiệu chỉnh
To enhance energy efficiency and reduce operational costs, it is essential to minimize real power losses, reactive power losses, and swing bus power Additionally, optimizing the use of shunt VAR devices can further decrease reactive power capacity requirements Finally, focusing on minimizing fuel costs is crucial for sustainable power generation.
+ Minimize Control: giảm các điều chỉnh các bộ tự điều chỉnh như AVR, LTC, shunt comp…
+ Optimize Voltage Security Index + Optimize Line Flow Security Index + Rat Voltage Profile: hạn chế sự khác biệt điện áp ở các nút
- Weight: hệ số quang trọng của mục tiêu
Hình 5.5 Trang Bus Voltage Constraint
- Enforced Constraints: các bus được chọn để giữ điện áp theo ý muốn
- Select: chọn bus từ hệ thống vào Enforced Constraints
- Deselect: xóa bus từ Enforced Constraints
- Default Settings: các điều kiện max, min của Bus khi được chọn vào Enforced
- Enforced Constraints: các thiết bị được chọn để giữ các thông số theo ý muốn
- Select: chọn thiết bị từ hệ thống vào Enforced Constraints
- Deselect: xóa thiết bị từ Enforced Constraints
- Default Settings: các thông số của thiết bị khi được chọn vào Enforced
Hình 5.6 Các điều kiện giới hạn khi phân tích
Hình 5.7 Trang Branch Flow Constraint
Tương tự trang Bus Voltage Constraint nhưng ở đây là chọn đầu phân áp MBA
Tương tự trang Bus Voltage Constraint nhưng ở đây là chọn giới hạn điều chỉnh điện áp máy phát
Tương tự trang Bus Voltage Constraint nhưng ở đây là chọn giới hạn điều chỉnh công suất phát của máy phát
Tương tự trang Bus Voltage Constraint nhưng ở đây là chọn giới hạn điều chỉnh công suất phản kháng của thiết bị bù
Trang Adjustment: các tùy chọn sai số thiết bị
Cũng như các phương pháp khác Etap sử dụng hàm mục tiêu
Min f ( x, u) Điều kiện bắt buộc
SQ( x,u) 0 Điều kiện ràng buộc (mục tiêu) u min u u max y(x,u) min y(x,u) y(x,u) max Trong đó:
+ x: vector điện áp Bus (biến trạng thái) + u: vector điều khiển (biến điều khiển) + f: hàm mục tiêu
+ y: biến đầu ra như dòng công suất…(hàm của x và u) + P: công suất thực
+ Q: công suất phản kháng Phương pháp lặp của Etap đạt kết quả nhanh và chính xác “nhưng không đề cập”
Cho sơ đồ HTĐ, trang 295 [9] :
- Nhập hàm chi phí cho các máy phát: ví dụ máy phát 1
Để sử dụng phần mềm Etap, cần chuyển đổi đơn vị từ $/h sang $10/h bằng cách nhân các hệ số với 10, vì Etap chỉ hỗ trợ các hệ số đến 2 chữ số lẻ Mở trang chi phí nhiên liệu của máy phát 1, chọn loại mô hình là Equation (dạng hàm); nhập Min MW là 10, Max MW là 85; thiết lập C0 là 2000, C1 là 70 và C2 theo yêu cầu.
Hình 5.13 Chi phí phát điện MF 1 Các máy phát khác làm tương tự
- Vào chương trình tối ưu dòng công suất chọn Study Case cửa sổ Study Case hiện ra, thiết lập các thông số như hình 5.14, 5.15 và 5.16
Hình 5.14 Thiết lập các thông số trang Info Mục tiêu là cực tiểu chi phí phát điện và tổn hao công suất tác dụng, công suất kháng
Hình 5.15 Đặt mục tiêu phân tích Điện áp các bus được giới hạn 99÷102 % (tùy người dùng)
Hình 5.16 Bus được giới hạn điện áp Chạy chương trình ta được kết quả :
Kết quả phân tích cho thấy rằng điện áp và công suất phát của các máy phát được duy trì trong giới hạn cho phép, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và an toàn.
Từ kết quả phân tích cho thấy tổn hao P là 1,95 MW, số lần lập là 9 lần
Từ công suất phát các MF ta tính ra chi phí phát điện là 1596.541 $/h
Phương pháp Tổn hao (ΔP MW Chi phí (C $/h)
So sánh kết quả trên ta thấy rằng Etap cho kết quả tốt hơn (tổn hao và chi phí phát điện đều thấp hơn).
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG
TỔNG QUAN
Hệ thống điện là một tập hợp phức tạp gồm các phần tử phát, dẫn và phân phối, với nhiều nhiễu tác động Để duy trì tính ổn định trong bối cảnh các nhiễu động này, cần phải có những tính toán tiên lượng cho các tình huống xấu nhất nhằm đảm bảo an toàn vận hành Etap cung cấp công cụ mô phỏng cho nhiều trạng thái hoạt động khác nhau của hệ thống như ngắn mạch, mất tải, và hòa máy phát, giúp kỹ sư nắm bắt đầy đủ thông tin cần thiết về tình trạng hệ thống như điện áp, góc pha, tốc độ máy phát, và các sự cố như rơ le tác động hay sụp đỗ hệ thống.
MODULE KHẢO ỔN ĐỊNH TRONG ETAP
Etap 7.0 mô phỏng rất nhiều dạng biến đổi xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống như sự cố đường dây, máy phát, đóng cắt các máy cắt, thay đổi phụ tải, khởi động motor, thay đổi đầu phân áp … cho phép xem giản đồ thay đổi điện áp, tấn số, góc pha, dòng điện, góc công suất, tốc độ quay, công suất phát… trong hệ thống
Bài toán khảo sát tính ổn định trong hệ thống điện là một thách thức phức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố như mô hình máy phát, động cơ, bộ tự điều chỉnh điện áp, tần số và quán tính rotor của máy phát Khi thực hiện đóng cắt máy cắt, cần xem xét độ lệch điện áp và tần số có nằm trong giới hạn cho phép hay không, vì vậy dữ liệu đầu vào để mô phỏng bài toán thường rất lớn.
Cửa sổ Edit Study Case:
- ID: tên trường hợp phân tích
- Initial Load Flow: phương pháp phân tích phân bố dòng công suất
- Load Diversity Factor: điều kiện tải
+ None: theo dữ liệu đã đặt ở tải
+ Bus maximum: phụ tải sẽ đươc nhân với hệ số maximun của bus mà tải kết nối
+ Bus minimum: phụ tải sẽ đươc nhân với hệ số minimun của bus mà tải kết nối
+ Global: tất cả các phụ tải sẽ nhân với 1 hệ số
- Initial Voltage Condition: điện áp ban đâu của bus
+ Event ID : tên sự kiện + Time : thời gian xảy ra sự kiện
- Actions: các biến động xảy ra trong sự kiện
Biến đổi trong sự kiện được phân loại theo các yếu tố chính: loại phần tử (Device Type) xác định loại thiết bị xảy ra sự biến động, tên phần tử (Device ID) chỉ ra danh tính của thiết bị, và loại biến động (Action) mô tả bản chất của sự biến động đó.
- Total Simulation Time: tổng thời gian mô phỏng
- Simlation Time Step: bước mô phỏng
- Plot Time Step: hệ số nhân với bước mô phỏng để được bước lưu dữ liệu để vẽ đồ thị
- Device Type: loại phần tử muốn vẽ đồ thị
- Plot options: chọn phần tử muốn xem kết quả trên sơ đồ
Các tùy chọn sai số
- Dynamic Modeling: loại thiết bị có được xét dạng mô hình năng động khi phân tích hay không
- Dynamic Modeling During Simulation: các thiết bị được xét trong quá trình phân tích như tự điều chỉnh đầu phân áp MBA, động cơ khởi động
- Starting Load for Accelerating Motors: loại mô hình của động cơ điện
- Threshold Voltage (VLC Limit): giới hạn điện áp tải sẽ bị cắt
- Delta V: sai số cho phép so với mức giới hạn
- Synchoronization Check to Close Tie CBs: điều kiện khi đóng các tiểu hệ thống vào hệ thống lớn
- Apply Saturation Factor Sbreak: bảo hòa mạch từ có xét đến hệ số Sbreak
6.2.1 MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Máy điện đồng bộ có thể được thay thế bằng một nguồn điện áp, điện trở và điện kháng trong, với các giá trị thay thế được tính toán khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc máy, như rotor cực ẩn hoặc cực lồi Điều này thể hiện qua việc mô tả các phương trình vi phân khác nhau.
Hình 6.8 Mạch điện thay thế máy điện đồng bộ
Khi khảo sát ổn định hệ thống điện, quá trình quá độ của máy phát là yếu tố quan trọng Để thuận tiện cho việc tính toán và phân tích, ta chuyển sang hệ tọa độ dqO Quá trình quá độ của máy phát đồng bộ được đặc trưng bởi các thông số cụ thể.
'' : điện kháng siêu quá độ dọc trục d
- X ' : điện kháng quá độ dọc trục d
: điện kháng xác lập dọc trục d : điện kháng siêu quá độ dọc trục q
- X ' : điện kháng quá độ dọc trục q
- X q : điện kháng xác lập dọc trục q
: điện kháng rò stator : điện trở stator
' : hằng số thời gian quá độ hở mạch trục d
'' : hằng số thời gian siêu quá độ hở mạch trục d
' : hằng số thời gian quá độ hở mạch trục q
'' : hằng số thời gian siêu quá độ hở mạch trục q
Etaps cung cấp các mô hình mô phỏng máy phát điện đồng bộ sau : a Mô hình Subtransient: mô hình 1 cuộn cản
Hình 6.9 Mô hình Subtransient trục d
Hình 6.10 Mô hình Subtransient trục q Các phương trình sau được sử dụng :
Bộ thông số đầu vào :
Cách tính các thông số :
Nếu bỏ qua rotor cực lồi T' và hiệu ứng điện xoáy của khối thép rotor cực ẩn, mô hình Transient sẽ được rút gọn, không tính đến quá trình siêu quá độ và cuộn cản trục q.
Hình 6.11 Mô hình Transient trục d q hq d h d
Hình 6.12 Mô hình Transient trục q Trong mô hình này : R eq R h và X eq X h
R a d q j( X ' X ' ) / 2 Các phương trình sau được sử dụng :
Bộ thông số đầu vào :
Nếu bỏ qua rotor cực lồi T', mô hình tương đương sẽ trở nên đơn giản hơn, không tính đến quá trình siêu quá độ, cuộn cản và hiệu ứng điện xoáy trên rotor Trong mô hình này, điện trở tương đương R_eq sẽ bằng R_a, và phản kháng tương đương X_eq sẽ bằng X_q.
+ H: hằng số quán tính (MJ/MVA) + WR 2 : momen quán tính
+ RPM: tốc độ quay (vòng/phút) Bảo hòa mạch từ:
Hình 6.13 Đường cong từ hóa mạch từ
- If: dòng kích từ mà điện áp đạt 100% định mức theo đường từ hóa được tuyến tính
- If100: dòng kích từ mà điện áp đạt 100% định mức
- If120: dòng kích từ mà điện áp đạt 120% định mức
- Sbreak: điểm mà đường cong từ hóa thực và đường cong từ hóa được tuyến tính rời nhau
- 2 phương trình đặc trưng khi khảo sát quá độ máy phát đồng bộ :
+ Phương trình momen điện từ :
Trong đó : T : momen điện từ
sr : từ thông khe hở không khí dưới mỗi cực từ
Fr : sức từ động dây quấn kích từ δ : góc lệch giữa Fr và + Phương trình cơ :
Ví dụ 6.1
Trong ví dụ 2.1, khi đường dây 1-2 gặp sự cố ngắn mạch ba pha tại giữa đường dây, sau khoảng thời gian 0.5 giây, máy cắt sẽ tự động tác động để tách đường dây ra khỏi hệ thống.
Vào mục để chuyển sang module tối ưu trào lưu công suất, vào mục
(Edit Study Case) để tùy chỉnh tính toán
Visit the Events page to create incidents within the system Select the 'Add' option in the Events section to introduce a new incident, and use the Actions section to define the corresponding developments for that incident.
Hình 6.14 Tạo sự kiện NM tại thời điểm 0.5s Vào mục (run) để bắt đầu mô phỏng
Hình 6.15 Xem diễn biến của hệ thống trên sơ đồ theo thời gian Vào mục xem các kết quả tính dạng đồ thị
Hình 6.16 Chọn kết quả vẽ đồ thị
Hình 6.17 Điện áp tại nút 2
Hình 6.18 Tốc độ quay của MP1
Hình 6.19 Điện áp kích từ MP1
