(Luận văn thạc sĩ) giải pháp dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM ÐÌNH ÐỨC GIẢI PHÁP DỊNG NGẮN MẠCH CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 SKC005888 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM ĐÌNH ĐỨC GIẢI PHÁP DỊNG NGẮN MẠCH CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM ĐÌNH ĐỨC GIẢI PHÁP DÒNG NGẮN MẠCH CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Đình Đức i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Hùng, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, cán phịng Đào Tạo giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình học tập q trình hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn cha mẹ người thân bên động viên tơi nhiều để tơi hồn thành khóa học Phạm Đình Đức ii TĨM TẮT Trong vận hành hệ thống điện, tình trạng bị ngắn mạch tránh khỏi nhiều nguyên nhân khách quan chủ quan khác Hiện tượng ngắn mạch trực tiếp tượng ngắn mạch nguy hiểm chúng thường có dịng ngắn mạch cao vị trí khác Hiện tượng dịng điện tăng cao đột ngột vượt khả chịu đựng thiết bị công suất bảo vệ làm phát sinh cố cho hệ thống điện cháy nổ máy cắt, rờ le bảo vệ đường dây Ngoài ra, với nhu cầu điện sinh hoạt sản xuất ngày tăng làm gia tăng phức tạp vận hành đường dây xuất ngày nhiều có nhiều đường dây truyền tải mắc vào Điều làm gia tăng dòng ngắn mạch Đây ngun nhân làm tăng dịng ngắn mạch truyền tải Để giải vấn đề này, nhiều phương pháp đề xuất chuyển hướng dịng cơng suất, thay thiết bị sử dụng cuộn kháng hạn dòng Trong phương pháp phương án dùng cuộn kháng hạn dịng phù hợp với tình hình khó khăn kinh tế nước ta Luận văn đề xuất phương pháp phối hợp sử dụng kháng phân đoạn kháng hạn dòng nhằm làm giảm dòng ngắn mạch xuống giá trị định mức thiết bị bảo vệ phương pháp đề xuất chứng minh tính hiệu q trình mơ với phần mềm Matlab Các kết thu chứng tỏ hiệu phương pháp đề xuất iii ABSTRACT In the operation of the electrical system, the short circuit is unavoidable for various reasons Short-circuit currents at the busbars are the most dangerous shortcircuit because they tend to have higher currents than other locations The surge in power surges dramatically beyond the capacity of the power and protection devices, which causes problems with electrical systems such as fire, breakers, and line protectors In addition, with the increasing demand for electricity in daily operations and production, the complexity of line operation is increasing as more and more transmission line are connected to the busbars This greatly increases the shortcircuit current in busbars This is one of the major reasons for short circuits on the current busbars To solve this problem, many proposed methods such as power line redirection, new equipment changeover and use of current fault limiter In these methods, the use of current fault limiter is more appropriate than the current economic difficulties as our country The thesis proposed combination methods using current fault limiter with difference configurations to reduce bar bus short-circuiting below protective device level The proposed method is proven to be effective during simulation with Matlab software The results show the effectiveness of the proposed method iv MỤC LỤ LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT MỤC LỤC MỤC LỤC CÁC HÌNH MỤC LỤC CÁC BẢNG Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1Đặt vấn đề 1.2Mục tiêu luận văn 1.3Phạm vi nghiên cứu 1.4Nhiệm vụ luận văn 1.5Phương pháp nghiên cứu 1.6Điểm luận văn 1.7Nội dung luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1Hiện trạng nguồn lưới điện việt nam 2.1.1 Tăng trưởng 2.1.2 Hiện trạng n 2.1.3 Hiện trạng l 2.2Chương trình phát triển điện lực toàn quốc 2.2.1 Nhu cầu ph 2.2.2 Chương trìn 2.3Ngun nhân dịng ngắn mạch tăng cao 2.4Thông số ảnh hưởng đến tăng dòng ngắn mạch 2.4.1 Căn lý th 2.4.1.1 Khi ngắn mạch pha (ngắn mạch đối xứn v 2.5 CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH 3.1Nguyên nhân tăng cao dòng ngắn mạch 3.2Giải pháp quy hoạch lưới điện truyền tải 3.2.1Giảm số đư 3.2.2Liên kết đấ 3.2.3Giảm số liê 3.3Giải pháp thay đổi cấu hình vận hành lưới điện t 3.4Giải pháp trang bị mba đầu cực máy phát có 3.5Giải pháp lắp đặt kháng điện hạn dịng 3.5.1Vị trí kháng 3.5.2Các cấu hìn 3.5.2Lựa chọn g 3.6Giải pháp 5: chiến lược cắt để giảm dòng 3.7Giải pháp 6: thay thiết bị 3.8Đánh giá lựa chọn giải pháp 3.8.1Đánh giá cá 3.8.2Giải pháp đ Chương 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1Cấu hình lưới điện lựa chọn mô 4.2Phương pháp lắp kháng phân đoạn 4.3Phương pháp lắp kháng phối hợp kháng phân đoạ vi 4.3.1 Khi dòng ngắn mạch đường dây 20 KA 37 4.3.2 Khi dòng ngắn mạch đường dây 25 KA 41 4.3.3 Khi dòng ngắn mạch đường dây 30 KA 45 4.3.4 Khi dòng ngắn mạch đường dây 35 KA 48 4.3.5 Khi dòng ngắn mạch đường dây 40 KA 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 55 5.1 Kết luận 55 5.2 Kiến nghị 56 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN 57 vii NDVINHTA VTN15SMY VTN16SMY VTN17SMY VTN18SMY NDPHMY NDPHMY NDPHMY22 NDPHMY3 NDPHMY4 DONG_NAI SONG_MAY 5SONGMAY CAU_BONG 5CAUBONG CBG47DL2 CBGDL248 CBG49DL2 CBGDL251 NHA_BE 5_NHA_BE PHU_LAM 5PHU_LAM PL_OMO NDTRAVIN NDOMON NDOMON OMO_PL OMO_NB THOT_NOT 4.3.4 Khi dòng ngắn mạch đường dây 35 KA Tính tốn trường hợp dịng điện ngắn mạch định mức đường dây thiết lập 35 KA thực mô kết đạt thể bảng thông số sau Kết lắp kháng hạn dòng thể Bảng 4.16 bên Với u cầu đường dây có dịng ngắn mạch 35 48 KA lắp đặt kháng hạn dòng nên số lượng đường dây lắp kháng hạn dòng 30 đường dây Bảng 4.16 Kết lắp kháng hạn dòng nối tiếp đường dây FBUS 6500 6500 6500 6572 6572 6572 6780 6782 6782 6782 7782 7782 7782 7852 7852 7852 9712 42642 42642 43132 43272 43272 44252 44322 44392 49142 49282 49282 51572 59002 49 Với cấu hình sau lắp đặt 30 kháng hạn dòng đường dây, kết lắp đặt kháng phân đoạn để giảm dòng ngắn mạch thực thi kết thu trình bày Bảng 4.17 Qua bảng thấy cần lắp thêm 19 kháng phân đoạn để dòng ngắn mạch giảm xuống giá trị dòng ngắn mạch định mức 40 KA Bảng 4.17 Kết lắp kháng phân đoạn BUS NUM Sau trình lắp kháng phân đoạn kháng hạn dòng cho đường dây truyền tải, kết tính tốn dịng ngắn mạch thể Bảng 4.18 bên Qua kết nhận thấy dòng điện ngắn mạch tương ứng giảm xuống giá trị định mức 40 KA Như với việc gắn 19 kháng phân đoạn 30 kháng hạn dịng hệ thống đảm bảo yêu cầu dòng ngắn mạch nhỏ giá trị dòng ngắn mạch định mức 40 KA Bảng 4.18 Kết tính tốn dịng ngắn mạch sau lắp kháng BUS BINHDUON PL_MFTU2 PL_MFTU1 DI_LINH MY_PHUOC MF_PLTU1 50 MF_PLTU2 TAN_DINH 5TANDINH NDVINHTA NDVINHTA VTN15SMY VTN16SMY VTN17SMY VTN18SMY NDPHMY NDPHMY NDPHMY22 NDPHMY3 NDPHMY4 DONG_NAI SONG_MAY 5SONGMAY CAU_BONG 5CAUBONG CBG47DL2 CBGDL248 CBG49DL2 CBGDL251 NHA_BE 5_NHA_BE PHU_LAM 5PHU_LAM PL_OMO NDTRAVIN NDOMON NDOMON OMO_PL OMO_NB THOT_NOT BINHTAN CATLAI CUCHI 51 4.3.5 Khi dòng ngắn mạch đường dây 40 KA Tính tốn trường hợp dịng điện ngắn mạch định mức đường dây thiết lập 40 KA thực mô kết đạt thể bảng thông số sau Kết lắp kháng hạn dòng thể Bảng 4.19 bên Với u cầu đường dây có dịng ngắn mạch 40 KA lắp đặt kháng hạn dòng nên số lượng đường dây lắp kháng hạn dòng 22 đường dây Bảng 4.19 Kết lắp kháng hạn dòng nối tiếp đường dây FBUS 6572 6572 6572 6782 6782 6782 7782 7782 7782 7852 7852 7852 42642 42642 43132 43272 43272 44252 44322 44392 49282 49282 Với cấu hình sau lắp đặt 22 kháng hạn dòng đường dây, kết lắp đặt kháng phân đoạn để giảm dòng ngắn mạch thực thi 52 kết thu trình bày Bảng 4.20 Qua bảng thấy cần lắp thêm 22 kháng phân đoạn để dòng ngắn mạch giảm xuống giá trị dòng ngắn mạch định mức 40 KA Bảng 4.20 Kết lắp kháng phân đoạn BUS NUM Sau trình lắp kháng phân đoạn kháng hạn dòng cho đường dây truyền tải, kết tính tốn dòng ngắn mạch thể Bảng 4.21 bên Qua kết nhận thấy dòng điện ngắn mạch tương ứng giảm xuống giá trị định mức 40 KA Như với việc gắn 22 kháng phân đoạn 22 kháng hạn dịng hệ thống đảm bảo yêu cầu dòng ngắn mạch nhỏ giá trị dòng ngắn mạch định mức 40 KA Bảng 4.21 Kết tính tốn dịng ngắn mạch sau lắp kháng BUS BINHDUON PL_MFTU2 PL_MFTU1 DI_LINH MY_PHUOC MF_PLTU1 53 MF_PLTU2 TAN_DINH 5TANDINH NDVINHTA NDVINHTA VTN15SMY VTN16SMY VTN17SMY VTN18SMY NDPHMY NDPHMY NDPHMY22 NDPHMY3 NDPHMY4 DONG_NAI SONG_MAY 5SONGMAY CAU_BONG 5CAUBONG CBG47DL2 CBGDL248 CBG49DL2 CBGDL251 NHA_BE 5_NHA_BE PHU_LAM 5PHU_LAM PL_OMO NDTRAVIN NDOMON NDOMON OMO_PL OMO_NB THOT_NOT BINHTAN CATLAI CUCHI HIBPHUOC 54 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Qua trình thực luận văn, số kết luận đưa sau:  Dòng ngắn mạch vị trí có dịng ngắn mạch vượt ngưỡng cho phép lưới điện truyền tải có xu hướng ngày tăng nguồn lưới điện ngày đầu tư xây dựng với khối lượng lớn, điều đặt yêu cần cấp bách phải có giải pháp để hạn chế dịng ngắn mạch lưới điện truyền tải;  Các vị trí có dịng ngắn mạch lớn vượt ngưỡng cho phép chủ yếu tập trung trung tâm phụ tải khu vực, nơi có mật độ nguồn lưới điện cao  Việc áp dụng giải pháp hạn dòng ngắn mạch đơn lẽ giảm dòng ngắn mạch hệ thống, nhiên khơng giải triệt để giảm dịng ngắn mạch ngưỡng cho phép thông tư 12/2010/TT-BCT;  Trong nhóm giải pháp xem xét, đánh giá báo cáo giải pháp kết hợp: Lắp kháng phân đoạn cái, vận hành hở mạch vòng đường dây truyền tải đem lại hiệu lớn việc vận hành mở mạch vòng giảm tính linh hoạt quản lý vận hành;  Nhằm tăng cường an toàn quản lý vận hành, cần thiết phải xem xét tổng thể nhóm giải pháp hạn dòng ngắn mạch lắp kháng phân đoạn cái, lắp kháng hạn dòng đường dây thay thiết bị có khả chịu dịng ngắn mạch lớn  Qua q trình mơ phỏng, nhận thấy việc phối hợp kháng hạn dòng đường dây kháng phân đoạn cho hiệu tốt sử dụng kháng phân đoạn  Việc lựa chọn giá trị dòng ngắn mạch định mức đường truyền khác ảnh hưởng không nhỏ đến kết lắp đặt cuộn kháng hạn dịng Cần phải có nghiên cứu chun sâu để xác định mối liên hệ thông 55 số dòng ngắn mạch cực đại đường dây số lượng cuộn kháng sử dụng 5.2 Kiến nghị  Kiến nghị thực giải pháp tổng thể phối hợp nhiều phương pháp nhằm nâng cao hiệu hoạt động giảm chi phí đầu tư cho hệ thống thiết bị hạn dòng ngắn mạch có  Áp dụng thuật tốn tối ưu nhằm tìm cấu hình lắp cuộn khác khác nhằm mục tiêu giảm dòng ngắn mạch nâng cao hiệu truyền tải điện hệ thống điện  Mở rộng phạm vi nghiên cứu lên hệ thống điện truyền tải quốc gia nhằm có nhìn tổng quát phương pháp hạn dòng ngắn mạch 56 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN [1] J L Chung, Y Lu, W S Kao, and C J Chou, “Study of solving the coordination curve intersection of inverse-time overcurrent relays in subtransmission systems,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol 23, no pp 1780–1788, 2008 [2] R Razzaghi and K Niayesh, “Current limiting reactor allocation in distribution networks in presence of distributed generation,” 2011 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering, EEEIC.EU 2011 - Conference Proceedings 2011 [3] R E M Farrokhifar, A Zeiaee, “Consideration of Asymmetrical Switching Overvoltages On Subtransmission Transformers.pdf,” ICTPE-2011, pp 16– 19, 2011 [4] and G A S V V Ershevich, L F Krivushkin, B N Neklepaev, V D Shinovich, “Short circuit current levels and basic concepts for limiting them.” CIGRE, p paper 23-09, 1982 [5] J Popczk and A Blasszcky, ““Result of probabilistic short circuit studies for HV grids,” GIGRE Symp Bruxelles, p paper 100-4, 1985 [6] S Machi and J Schwaz, “Short circuit currents in the interconnecting grid of western Europe,” GIGRE Symp., no paper 1005 [7] and K A T Kawamavra, Y Setsuta, Y Hashimoto, “Consideration on the short circuit currents in power transmission system in Japan.” GIGRE Symposium Bruxelles, p paper 100-6, 1985 [8] and H K J Gezan, J E Beehler, W Knauer, “Application and development of a fault current limiting device.” CIGRE, p paper 23-05, 1978 [9] J W P G Slade, J.L Wu, E J Stacey, W F Stubler, R E.Voshall, J J Bond and and L H Porter, “The Utility Requirements for a Distribution Fault Current Limiting,” IEEE Trans Power Deliv., vol 7, no 2, pp 507–515, 1992 [10] H E Gallagher and J Grzan, “145 kV current limiting device, field tests,” 57 IEEE Trans Power Appar Syst., vol PAS-9, pp 69–77, 1980 [11] S Palanichamy and P Chnnasamy, “Semiconductor fault current limiters.” IEE Proceedings, vol 131, Pt.c, no [12] and K I H Nakayama, T Fukazu, Y Shinozaki, “Development of high voltage self-heating current limiting element and verification of its operating parameters as CLD for distribution substations,” IEEE Trans power Deliv., vol 4, no 1, pp 342–348, 1989 [13] G G Karaday, “Principles of fault current limitation by a resonant LC circuit,” in IEE Proceeding -C, vol 139, pp 1–6 [14] and J S S H M Pflanz, J A Acreen, “Development and testing of power assisted current limiting fuses to 600 A and 38 kV,” IEEE Trans power Deliv., vol 3, no [15] and S H H I Lee, R Garberry, W Kuuer, B A Rest, “An ultra fast fault sensor for a fault current limiting device,” ” IEEE Trans Power Appar Syst., vol PAS-8, no [16] and J G C A Falcone, J E Beehler, W E Mekolites, “Current limiting device - a utility’s need,” IEEE Trans Power Appar Syst., vol PAS 9, pp 968–1775 [17] M Okazaki and T Inaba, “Development of a new multi-divided type of commutating elements for fault current limiters on distribution lines,” IEEE Trans power Deliv., vol 6, no 4, pp 1498–1502 [18] and W K H J King, H E Gallagher, ““145KV Current limiting DeviceDesign, Construction, and Factory Test,” IEEE Trans Power Appar Syst., vol 99, pp 911–918 [19] J G Leach, ““New application flexibility for medium voltage current limiting fuses,” IEEE Trans Ind Appl., vol 21, no 4, p 1075 1081 [20] Hồ Văn Hiến, hệ thống điện truyền tải phân phối 2005 [21] S Tongsrichantra, T Suwanasri, and C Suwanasri, “System Study and Fault Level Reduction Techniques for a Small Scale Power Plant in Thailand,” 58 GMSARN International Journal, vol pp 73–80, 2009 59 ... dịng điện ngắn mạch thu qua trình cho ngắn mạch ghi nhận dòng ngắn mạch tương ứng Bước 3: Xác định tình trạng dòng ngắn mạch cho phép Dòng ngắn mạch so sánh với dòng ngắn mạch cực đại cho phép thiết... phương pháp tính tốn dòng ngắn mạch Đề xuất phương pháp giảm dòng ngắn mạch lưới truyền tải Qua giải pháp đề xuất giải pháp phù hợp với tình hình cụ thể lưới điện Miền Nam Việt Nam  Chương 4: Giải. .. đến tăng dòng ngắn mạch 2.4.1 Căn lý th 2.4.1.1 Khi ngắn mạch pha (ngắn mạch đối xứn v 2.5 CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH 3.1Nguyên nhân tăng cao dòng ngắn mạch 3. 2Giải pháp quy