Tính toán phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện sử dụng phần mềm ETAP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP SINH VIÊN LÊ VĂN ĐẠI MSSV 16036891 LỚP DHDI12B GVHD TS DƯƠNG THANH LONG Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài (1) Lê Văn Đại, MSSV 16036891 2 Tên đề tài TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦ.

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP SINH VIÊN: LÊ VĂN ĐẠI MSSV : 16036891 LỚP : DHDI12B GVHD : TS DƯƠNG THANH LONG Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Lê Văn Đại, MSSV: 16036891 Tên đề tài TÍNH TỐN PHÂN TÍCH NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) - Giới thiệu phần mềm Etap - Cơ sở lý thuyết ngắn mạch hệ thống điện - Mô hệ thống điện nút (cấp nguồn đơn ) hệ thống điện kiểm tra phân phối IEEE 30 nút sử dụng phần mềm Etap Kết luận đưa giải pháp Kết dự kiến - Bảng thơng số hình ảnh tính tốn ngắn mạch cho lưới điện thực tế - Tài liệu hướng dẫn tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 - Toàn văn báo cáo hướng dẫn sử dụng phần mềm Etap tính tốn ngắn mạch Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên Trưởng môn i năm 2020 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC BẢNG vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ETAP 1.1 Mở đầu 1.2 Giới thiệu Etap 1.2.1 Xây dựng sơ đồ tính tốn: 1.2.2 Các thành phần 1.2.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit 1.2.4 Hộp thoại Short Circuit Stuty Case CHƯƠNG NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 13 2.1 Tổng quan 13 2.2 Tính tốn ngắn mạch 15 2.2.1 Giới thiệu 15 2.2.2 Tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 15 2.3 Phương pháp tính tốn 17 2.3.1Nguồn điện áp tương đương điểm ngắn mạch 17 2.3.2 Phương pháp thành phần đối xứng 19 2.4 Tổng trở hệ số hiệu chỉnh cho phần tử hệ thống điện 20 2.4.1 Vấn đề chung 20 2.4.2 Nguồn hệ thống (network feeder) 20 2.4.3 Máy biến áp (transformers) 22 iii 2.4.4 Đường dây không cáp (overheat line & cable) 24 2.4.5 Máy phát (generator) 25 2.4.6 Động (motor) 28 CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP 30 3.1 Tính tốn dịng ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 30 3.1.1 Vấn đề chung 30 3.1.2 Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu 31 3.1.3 Dòng ngắn mạch đỉnh 34 3.1.4 Thành phần dòng ngắn mạch khơng chu kì 37 3.1.5 Dòng cắt ngắn mạch đối xứng 37 3.1.6 Dòng ngắn mạch ổn định 39 3.2 Tính tốn ngắn mạch hệ thống điện nút (cấp nguồn đơn) 42 CHƯƠNG HỆ THỐNG KIỂM TRA PHÂN PHỐI THANH CÁI IEEE 75 4.1 Phương pháp ngắn mạch theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE 75 4.2 Tiêu chuẩn ANSI/IEEE so với tiêu chuẩn IEC 75 4.3 Hệ thống kiểm tra phân phối IEEE 30 77 4.4 So sánh kết mô ANSI IEC 89 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 5.1 Ảnh hưởng dòng ngắn mạch hệ thống điện 91 5.2 Hướng phát triển đề tài 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 93 LỜI CÁM ƠN 105 iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Tạo dự án Hình Thông tin người dùng Hình Giao diện etap Hình Các chức tính toán Hình Các phần tử AC Hình Các thiết bị đo lường, bảo vệ Hình Thiết lập tiêu chuẩn dự án Hình Thao tác xoay phân tử Hình Thay đổi màu phần tử Hình 10 Thay đổi thông tin hiển thị Hình 11 Thư viện dây dẫn Hình 12 Các chức công cụ IEC Short Circuit Hình 13 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case 10 Hình 14 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case 12 Hình Dạng sóng dịng ngắn mạch cố xảy xa máy phát 16 Hình 2 Dạng sóng dịng ngắn mạch cố xảy gần máy phát 16 Hình Sơ đồ hệ thống 17 Hình Sơ đồ thay (tương đương) hệ thứ tự thuận vị trí ngắn mạch 18 Hình Trường hợp hệ thống khơng có máy biến áp 21 Hình Trường hợp hệ thống có máy biến áp 21 Hình Hệ thống thứ tự không theo tổ đấu dây máy biến áp 23 Hình Dòng ngắn mạch riêng phần máy phát điện nối trực tiếp vào lưới điện 27 Hình Sơ đồ véc tơ máy phát đồng điều kiện định mức 28 Hình Ngắn mạch cấp từ nguồn hệ thống nối với máy biến áp 31 Hình Ngắn mạch cấp từ máy phát (khơng có máy biến áp) 31 Hình 3 Ngắn mạch cấp điện từ trạm đơn vị (bao gồm máy phát máy biến áp) 31 v Hình Hệ số cho mạch nối tiếp hàm R/X hay X/R 35 Hình Hệ số dùng để tính tốn dịng cắt ngắn mạch đối xứng 39 Hình a,b Hệ số cho máy phát kiểu tua bin 40 Hình a,b Hệ số cho máy phát cực lồi 41 Hình Sơ đồ hệ thống điện nút 42 Hình Thông số nguồn lưới 43 Hình 10 Thơng số tải tĩnh 44 Hình 14 Thơng số máy biến áp 45 Hình 12 Thơng số đường dây cáp 46 Hình 13 Thơng số động 47 Hình 14 Sơ đồ đơn tuyến Bus 48 Hình 15 Cài đặt thông số cho trang Info hộp thoại Study Case 49 Hình 16 Kết sơ đồ mô đơn tuyến Bus 50 Hình 17 Kết dòng ngắn mạch theo cố tai Bus mô qua phần mềm ETAP 50 Hình 18 Tổng trở thứ tự thuận 54 Hình 19 Tổng trở thứ tự nghịch 54 Hình 20 Tổng trở thứ tự khơng 55 Hình 21 Thu hẹp sơ đồ điểm ngắn mạch 55 Hình 22 Dạng sóng dịng ngắn mạch ba pha nút 71 Hình 23 Biên độ thành phần xoay chiều ngắn mạch ba pha nút 71 Hình 24 Đường bao dạng sóng dịng ngắn mạch ba pha nút 72 Hình 25 Thành phần chiều cố ngắn mạch ba pha nút 72 Hình Sơ đồ dòng Hệ thống IEEE 30 Bus 77 Hình Tải liệu 79 Hình Máy phát liệu 80 Hình 4 Dữ liệu máy biến áp 81 Hình Dịng liệu 83 Hình Kết mơ phần mềm etap 85 Hình Kết mơ cho tính tốn IEC 86 Hình Trang Rating máy phát 93 vi Hình Trang Imp/Model máy phát 94 Hình 10 Trang Info bus 95 Hình 11 Trang Info đường dây 96 Hình 12 Trang Parameter đường dây 96 Hình 13 Trang Configuration đường dây 97 Hình 14 Trang Impedance đường dây 98 Hình 15 Trang Sag & Tension đường dây 99 Hình 16 Trang Info máy biến áp hai cuộn dây 100 Hình 17 Trang Rating máy biến áp hai cuộn dây 101 Hình 18 Trang Grouding máy biến áp 102 Hình 19 Trang Info tải áp 102 Hình 20 Trang Nameplate tải 103 Hình 21 Trang Short Circuit tải 104 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Các dạng ngắn mạch 15 Bảng 2 Bảng kí hiệu dịng ngắn mạch 15 Bảng Hệ số điện áp c 19 Bảng Tần số tương đương 37 Bảng Thông số nguồn lưới 43 Bảng 3 Thông số tải tĩnh 43 Bảng Thông số máy biến áp 44 Bảng Thông số thứ tự thuận đường dây cáp 45 Bảng Thông số thứ tự không đường dây cáp 45 Bảng Thông số động 46 Bảng Tính tốn tổng trở hệ số hiệu chỉnh cho máy biến áp 52 Bảng Kết ngắn mạch ba pha 69 Bảng Sự khác hai tiêu chuẩn IEC ANSI /IEEE 76 Bảng Tải liệu 78 Bảng Cài đặt điều khiển máy phát 79 vii Bảng 4 Dữ liệu máy biến áp 80 Bảng Dữ liệu dòng 83 Bảng Cấp điện áp 84 Bảng Kết mơ tính tốn ANSI 88 Bảng Kết trước sau lắp cuộn kháng ngắn mạch Bus Claytor 13_2 Bus Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn ANSI 90 Bảng Kết trước sau lắp cuộn kháng ngắn mạch Bus Claytor 13_2 Bus Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn IEC 90 viii SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ETAP 1.1 Mở đầu OTI thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp giải pháp để phân tích hệ thống điện, mơ phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm sốt, tối ưu hóa, tự động hóa Phiên Etap 19.0 Điểm bật Etap Real-Time: kiểm soát điều khiển hệ thống trực thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy, vận hành hệ thống cách tối ưu tiết kiệm Etap phần mềm có khả tính tốn phân tích hệ thống điện bus sơ đồ đơn tuyến, ngồi phần mềm cịn cho biết dịng áp bus hệ thống cái, nhờ mà ta kiểm sốt, điều chỉnh hay sửa chữa hệ thống kịp thời tránh trường hợp đáng tiếc xảy OTI sở hữu đội ngũ kỹ sư, chuyên gia giàu kinh nghiệm hàng đầu giới tiếp cận tiến công nghệ 1.2 Giới thiệu Etap Các khả tính tốn Etap 12.6.0 Phần mềm Etap sử dụng tính tốn liên quan tới tốn hệ thống điện chủ yếu sau: - Bài toán phân bố cơng suất (Load Flow Analysis) - Bài tốn phân bố công suất tải không cân (Unbalanced Load Flow Analysis) - Bài toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis) - Bài toán khởi động động (Motor Acceleration Analysis) - Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis) - Bài tốn phân tích ổn định độ (Transient Stability Analysis) - Bài toán phối hợp thiết bị bảo vệ (Star-Protective Device Coordination) - Bài toán độ tin cậy lưới điện (Reliability Assessment) - Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement) SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp 1.2.1 Xây dựng sơ đồ tính tốn:  Sau khởi động ETAP, chọn New để tạo project mới: Hình 1 Tạo dự án Hình Thơng tin người dùng  Cửa sổ xuất hiện: SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình Giao diện etap Muốn mô phần tử ta cần kéo thả vào cửa sổ thiết kế (Edit Mode) Khi kết nối phần tử lại với nhau, ta nhấp vào đầu kết nối kéo chuột đến phần tử lại muốn kết nối  Các chức tính tốn etap: Hình Các chức tính tốn  Một số phần tử AC hay dùng: SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình Các phần tử AC  Các thiết bị đo lường, bảo vệ: Hình Các thiết bị đo lường, bảo vệ 1.2.2 Các thành phần Các thành phần trình bày chi tiết phần phụ lục Trước xây dựng sơ đồ tính tốn, ta cần thiết lập tiêu chuẩn dự án: Vào Project, chọn Standards SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình Thiết lập tiêu chuẩn dự án +Standard: Chọn tiêu chuẩn chung cho thư viện Có thể chọn IEC ANSI +Frequency: Chọn tần số cho hệ thống Chọn 50 theo tần số điện Việt Nam +Unit System: Chọn tiêu chuẩn đơn vị, Chọn Metric +Date format: Chọn định dạng ngày tháng Xây dựng sơ đồ tính tốn: +Muốn chọn phần tử ta nhấp phần tử kéo thả vào cửa sổ + Mỗi phần tử có đầu để kết nối, ta nhấp vào đầu kết nối rê chuột đến phần tử muốn kết nối với + Xoay phần tử: chọn phần tử muốn xoay vào Tools Menu, chọn Rotate góc cần xoay, nhấn tổ hợp phím ctrl +r: Hình Thao tác xoay phân tử SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp +Thay đổi màu phần tử: vào Theme Editor Toolbars số tùy chọn xuất hiện, ta đổi màu sắc phần tử theo 1pha-3 pha, AC-DC, cấp điện áp Hình Thay đổi màu phần tử +Tùy chỉnh thông số phần tử hiển thị sơ đồ: vào Default, chọn Display Options để thay đổi thông tin muốn hiển thị sơ đồ cách check vào thông tin muốn hiển thị SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình 10 Thay đổi thơng tin hiển thị +Thư viện Etap gồm thiết bị cáp, dây dẫn, dây chống sét, thiết bị đóng cắt, relay… thư viện cho phép người dùng thay đổi mở rộng không giới hạn Từ menu chọn mục library, chọn thiết bị cần thay đổi (mở rộng), thay đổi thơng số theo mục đích sử dụng SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình 11 Thư viện dây dẫn 1.2.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit Thanh công cụ cung cấp cho ta tùy chọn phân tích ngắn mạch, phân tích sóng hài …, tùy chọn khác để theo dõi kết q trình phân tích SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình 12 Các chức công cụ IEC Short Circuit Khi nhấn chức tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC-60909, ETAP tính tốn hết trường hợp ngắn mạch ETAP mặc định hiển thị dòng ngắn mạch pha hình Nếu muốn xem thêm kết cố ngắn mạch khác, ta cần tùy chỉnh kết công cụ IEC Short Circuit 1.2.4 Hộp thoại Short Circuit Stuty Case Trang info hộp thoại cung cấp cho ta thông tin cách tính dịng ngắn mạch chọn phân tích điểm ngắn mạch SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp Hình 13 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case - Transformer Tab: tùy chọn cách sử dụng điện áp cho q trình tính tốn ngắn mạch  Adjust Base kV: sử dụng tỷ số biến máy biến áp  Use Nominal Tab: tính tốn điện áp sử dụng đầu phân áp máy biến áp - Report: chọn hiển thị báo cáo  Contribution Level: tùy chọn cách đóng góp dòng điện ngắn mạch mạch theo khoảng cách bus Mặc định không nên đặt trừ u cầu Vì dịng bus xa khơng có đóng góp nhiều vào dịng ngắn mạch - Motor Contribution Based on: tùy chọn cách đóng góp vào dịng ngắn mạch động có hệ thống  Motor Status: động chạy chế độ Continuous (liên tục) Intermittent (gián đoạn) kết với dịng điện ngắn mạch hệ thống Còn động chạy chế độ Spare (khơng tải) khơng tham gia vào ngắn mạch hệ thống, Loading Category: dòng điện ngắn mạch hệ 10 SV: Lê Văn Đại Khóa luận tốt nghiệp thống tải khác không, tải không khơng tham gia vào dịng ngắn mạch, Both: kết hợp hai trường hợp - Bus Selection: chọn bus có cố để đưa vào phân tích Chọn bus muốn phân tích ngắn mạch ấn Fault để đưa vào phân tích ngắn mạch Trang Standard hộp thoại cung cấp thơng tin cách tính tốn dịng ngắn mạch Etap:  Standard: tùy chọn cách tính tốn ngắn mạch theo tiêu chuẩn nào, gồm có tiêu chuẩn IEC, ANSI, GOST  Short –Circuit Current: Etap cho ta chọn số C để tính tốn dịng ngắn mạch Ta để Etap tự nhập nhập theo bảng hệ số C  Cmax for Z Adustment (