Tính toán đứt dây trong hệ thống điện việt nam

Nh vậy trong chế độ đứt dây ngồi mơ men cơ của tua bin, có hai mô men điện tác dụng lên trục của rotor là: mô men không đổi của dòng thứ tự thuận nh lúc có tải đối xứng bình thờng và

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜ NG Đ Ạ I HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trầ Độ n

LUẬN VĂN TH C SĨ Ạ KHOA HỌC

H TH Ệ Ố NG ĐI Ệ N

Hà Nội, 2006

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131561201000000

TRƯỜ NG Đ Ạ I HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Môc lôc

Trang

Lời Mở đầu

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, hệ thống điện Việt Nam phát triển không ngừng theo thời gian, mở rộng theo không gian và ngày càng trở nên phức tạp Vận hành lới điện an toàn và hiệu quả là nhiệm vụ hàng

đầu của ngành điện Trong quá trình vận hành của lới điện Việt Nam hiện nay đôi khi xảy ra sự cố đứt dây và sự cố này gây ảnh hởng xấu đến máy phát, đến sự tác động mất tin cậy của các thiết bị bảo vệ rơle Ngoài ra, đây cũng là nguyên nhân làm tăng tổn thất trong mạng và độ tin cậy cung cấp điện giảm xuống Vì những lý do trên, cần phải tính toán các thông số chế độ trong

đồng thời đa mạng quay trở về trạng thái ban đầu

nghiên cứu, tính toán và đa ra những phơng pháp đối xứng hoá lới điện khi lới điện bị mất đối xứng do sự cố đứt dây gây nên

Tuy nhiên do khuôn khổ có hạn nên với đề tài đề ra một số phần đợc trình bày và nghiên cứu ở mức độ chi tiết nhất định Tác giả hy vọng qua bản luận văn này nắm bắt thêm đợc một lĩnh vực cần đợc quan tâm của hệ thống điện Vì vậy tác giả rất mong nhận đợc những chỉ dẫn góp ý của các thầy cô giáo cũng nh các đồng nghiệp để luận văn của tác giả đợc hoàn thiện hơn

Văn Hoà bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trờng Đại học Bách Khoa Hà

Nội đã tận tình giúp đỡ hớng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và ngời thân

đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn !

Ngời thực hiện

Trần Độ

Chơng 1

Tổng quan về chế độ đứt dây trong hệ thống điện

1.1 Khái quát chung

Trong quá trình nghiên cứu và học tập trớc đây chúng ta chủ yếu xem xét chế độ ngắn mạch trong hệ thống điện( HTĐ ) Đây là loại sự cố gây nên

đối xứng ngang trong HTĐ Bên cạnh đó còn các loại sự cố nữa gây nên không đối xứng dọc là các sự cố đứt dây: đứt dây một pha và đứt dây hai pha

Sự tổ hợp của đứt dây và ngắn mạch xảy ra đồng thời gọi là sự cố phức tạp Vị trí ngắn mạch và đứt dây có thể tồn tại ở những vị trí khác nhau trong HTĐ Trong thực tế xác suất xảy ra sự cố phức tạp thờng rất thấp và có thể là các sự cố phức tạp sau:

mạch hai pha, hai máy cắt hai đầu cắt không đồng thời)

1.2 ảnh hởng của các sự cố phức tạp đến hệ thống điện

Tuy xác suất xảy ra ít nhng các sự cố phức tạp vẫn có thể gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị trong hệ thống điện

1.2 1 Đối với máy phát điện đồng bộ ba pha

Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ làm việc với lới có trung tính cách điện Do đó khi đứt dây một pha trong máy phát điện không tồn tại thành phần dòng thứ tự không

Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trờng quay đồng bộ với rotor nên không quét qua rotor và tác dụng của nó giống nh lúc máy phát điện có phụ tải đối

xứng bình thờng (trong rotor không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích một chiều)

Hệ dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trờng quay ngợc chiều rotor với vận tốc đồng bộ do đó nó quét qua rotor với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ, kết quả là trong các mạch rotor (mạch cuộn dây kích thích khi khép mạch, mạch cuộn cảm, dòng xoáy trong lõi rotor) có dòng cảm ứng tần số 100 Hz Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy phát điện đồng bộ

Dòng có tần số cao 100 Hz chạy trong các mạch rotor sẽ gây nên phát nóng phụ, nhất là ở dây tần số cao 100Hz, do hiệu ứng mặt ngoài lớn làm cho

sự phát nóng trầm trọng hơn Đối với các máy phát điện nhiệt điện (rotor khối) dòng tần số 100 Hz khá lớn nên gây phát nóng mạnh hơn, còn trong các máy phát thuỷ điện (rotor cực lồi) dòng này có giá trị nhỏ hơn nên sự phát nóng không bằng so với các máy phát nhiệt điện

Dòng tần số 100 Hz gây nên mô men đập mạch (đổi dấu) Nh vậy trong chế độ đứt dây ngoài mô men cơ của tua bin, có hai mô men điện tác dụng lên trục của rotor là: mô men không đổi của dòng thứ tự thuận nh lúc có tải đối xứng bình thờng và mô men đổi dấu sinh ra bởi dòng thứ tự nghịch Mô men

đổi dấu đập mạch với các tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz

Thực tế ta chỉ xét đến mô men đập mạch tần số 100 Hz vì biên độ của các mô men có tần số càng cao càng nhỏ Mô men đập mạch khi thì cùng chiều, khi thì ngợc chiều với mô men không đổi Kết quả là mô men đập mạch làm cho máy phát điện bị rung gây nên những ứng suất phụ Đối với máy phát nhiệt điện rotor khối có độ bền cao nên ảnh hởng của mô men đổi dấu không đáng kể, còn máy phát thuỷ điện do rotor cực lồi đợc lắp ghép từ nhiều cực với các lá thép nên ảnh hởng bởi mô men đổi dấu có tác dụng làm rung đáng kể

1.2 2 Đối với động cơ không đồng bộ

Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ đợc đấu tam giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ đứt dây phần tĩnh của

nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Tác dụng từ trờng quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rotor là sinh mô men không đồng bộ nh trong chế độ bình thờng và khi đó dòng rotor có tần số f1s ( s ở đây là độ trợt giữa vận tốc quay của rotor và vận tốc đồng bộ,

f1 tần số dòng phần tĩnh)

Từ trờng quay của dòng thứ tự nghịch quay ngợc chiều với rotor nên sinh dòng cảm ứng trong rotor với tần số (2 - s)f1 Điện trở tác dụng tơng đối

kháng tản từ của rotor cũng chỉ vào khoảng 0,1; trong khi đó điện kháng từ hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ữ 4) Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi nh bằng điện kháng ngắn mạch của

nó X2 = XN = 0,1 ữ 0,3 tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận Nh vậy ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không

đồng bộ cũng có dòng thứ tự nghịch rất lớn

Trong chế độ đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai pha còn lại gấp

3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rotor tăng hai lần Vì vậy trong chế độ đứt dây động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ này có thể giảm xuống đến hai lần

1.2 3 Đối với các phần tử tĩnh (máy biến áp, đờng dây, kháng điện, )

Có thể thấy rằng trong chế độ sự cố phức tạp tổn thất trên đờng dây và các phần tử tĩnh khác tăng lên Thí dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha

đờng dây có dòng điện I, điện trở R là 3I2R Còn trong chế độ sự cố, nếu

dòng trong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên ∆ ∆I, còn dòng trong pha thứ ba vẫn bằng I thì tổn thất trên đờng dây khi đó là:

R[(I + ∆I)2+ (I ∆I) - 2 + I2] = R(3I2 + 2∆I2)

Ngoài ra chế độ sự cố của đờng dây tải điện có thể làm nhiễu các đờng dây thông tin ở gần

Trong máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối xứng về áp các pha tại điểm đấu nối phía sơ cấp và không đối xứng về dòng các pha gây ra bởi phụ tải không đều phía sau máy biến áp Không đối xứng

về áp tại điểm đấu nối sẽ gây không đối xứng điện áp đầu ra máy biến áp, làm tăng không đối xứng về dòng điện Nhiều trờng hợp hệ thống rã tải khi có sự trùng lặp về không đối xứng trong cùng pha cả ở phía cấp cho phụ tải và phía

đấu nối máy biến áp Một số trờng hợp không đối xứng làm cho máy biến áp khi vận hành bị rung, tổn hao lớn suy hao tuổi thọ Dòng trong các pha của máy biến áp không cân bằng gây nên sự chênh lệch nhiệt độ các cuộn dây pha riêng biệt Trong trờng hợp không đối xứng về dòng điện làm cho nhiệt độ cuộn dây tăng quá giới hạn cho phép Nhiều khi gây ra cháy máy biến áp trong khi máy vẫn đang làm việc trong giới hạn tải cho phép

Chế độ không đối xứng có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị chỉnh lu, phản chỉnh lu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hoá

1.3 Kết luận

Qua trên thấy rằng việc tính toán xác định dòng khi sự cố phức tạp xảy ra

là rất cần thiết để có phơng án xử lí, vận hành hệ thống điện đợc tốt hơn Trong luận văn này không đi sâu đánh giá hậu quả do sự cố phức tạp gây

ra mà chủ yếu giới thiệu tính toán hệ thống điện trong một số sự cố điển hình

có một hiệu điện thế, còn hai pha B, C có hiệu điện thế bằng không; về dòng

điện: pha A không có dòng điện còn hai pha B và C thì vẫn co dòng Nh vậy tại chỗ đứt tồn tại các hệ 3 vectơ không đối xứng Cũng nh trong ngắn mạch,

ở đây sử dụng phơng pháp vectơ thành phần đối xứng để tính toán sự cố đứt dây Tơng ứng với mỗi vectơ thành phần nhất thiết phải có các sơ đồ thay thế cần tơng ứng Đó là sơ đồ thay thế thứ tự thuận, sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

và sơ đồ thay thế thứ tự không Vấn đề cần xem xét là trong sơ đồ thay thế các thứ tự này có gì giống và khác biệt so với sơ đồ thay thế các thứ tự trong tính toán ngắn mạch trớc đây Trớc hết ta xem xét đồ các thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không đợc xây dựng nh thế nào

đều ở dạng sức điện động tự cảm, do các điện kháng tơng ứng gây ra Bởi vậy sơ đồ thay thế thứ tự nghịch đợc thành lập từ điện kháng Đối với các

phần tử tĩnh của hệ thống điện nh đờng dây, máy biến áp, kháng điện, điện kháng thứ tự nghịch bằng điện kháng thứ tự thuận Đối với máy quay nh máy phát điện, động cơ, phụ tải tổng hợp thì điện kháng thứ tự nghịch khác điện kháng thứ tự thuận Thờng thì điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không của máy phát đồng bộ gần bằng nhau nên không nhất thiết phải lập sơ đồ thứ tự nghịch cho toàn lới điện vì điện kháng của các phần tử là nh nhau Trong trờng hợp này sơ đồ thứ tự nghịch chỉ khác thứ tự thuận là sức điện động của máy phát đồng bộ bằng không Dòng điện và điện áp thứ tự nghịch đạt giá trị cực đại tại điểm ngắn mạch mà chúng đợc tạo bởi tỷ số giữa các giá trị pha Vì vậy, đối với sơ đồ thay thế thứ t nghịch, chỗ ngắn mạch nh là nguồn cung cấp, còn suất điện động tại nguồn máy phát có giá trị bằng không

2.1. 3 Sơ đồ thay thế thứ tự không (TTK).

Dòng điện và điện áp trong sơ đồ thứ tự không là không cân bằng nên dòng thứ tự không có thể không đi qua tất cả các phần tử của hệ thống điện ba pha Vì vậy, việc thành lập sơ đồ thay thế thứ tự không nên xuất phát từ chỗ ngắn mạch Sơ đồ thứ tự không khác nhiều về dạng so với sơ đồ thứ tự thuận

và thứ tự nghịch

Dới đây ta hãy xem xét sơ đồ thay thế cho từng phần tử chính: máy phát

điện, máy biến áp, đờng dây và phụ tải

2.2 Máy phát điện( MF)

thế trong tính toán ngắn mạch, có khác ở giá trị suất điện động và giá trị điện kháng trong sơ đồ thay thế thứ tự thuận

từ kết quả tính toán chế độ xác lập chứ không đợc lấy gần đúng nh trong quá trình tính toán ngắn mạch

toán ngắn mạch: suất điện động nối tắt, còn điện kháng chọn nh

điện khángthứ tự nghịch XF2

sơ đồ thay thế thứ tự không vì nó nối với MBA có cuộn dây phía

MF đấu sao Cuộn dây đấu sao tạo dòng điện thứ tự không chạy quẩn trong đó, không cho đi vào ba pha đầu cực MF

2.3 Máy biến áp( MBA )

Sơ đồ thay thế của máy biến áp trong sơ đồ thay thế các thứ tự thuận , nghịch, không khi tính toán sự cố đứt dây không có gì khác với sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch, không khi tính toán ngắn mạch

2.4 Đờng dây

Sơ đồ thay thế của đờng dây trong sơ đồ thay thế các thứ tự thuận và nghịch khi tính toán đứt dây không có gì khác so với sơ đồ thay thế các thứ tự thuận và nghịch khi tính toán ngắn mạch Nhng sơ đồ thay thế của nó trong sơ đồ thay thế thứ tự không các điện kháng và điện trở đợc xác định tuỳ theo từng loại đờng dây dùng trong truyền tải nh:

2.5 Phụ tải

- Phụ tải trong sơ đồ thay thế thứ tự thuận nhất thiết phải đợc tính đầy

đủ và đợc thể hiện dới dạng tổng trở phức, giá trị của nó đợc xác định theo các công thức:

Q S

U S

U X

P S

U S

U R

pt

pt

sin

.

cos

.

2

2 2

2

2 2

Hoặc ở dạng tơng đối cơ bản

2 2

cb

cb pt cb

pt tdcb pt

cb

cb pt cb

pt tdcb pt

U

S X Z

X X

U

S R Z

R R

- Trong sơ đồ thay thế thứ tự không không tồn tại nhánh phụ tải vì phụ tải thờng đấu sau máy biến áp có tổ dây đấu tam giác Cuộn tam giác của máy biến áp không cho dòng thứ tự không đi vào phụ tải

Chơng 3

Các phơng pháp tính toán sự cố đứt dây

Qua phần trình bày ở trên thấy có nhiều nguyên nhân gây đứt dây trong

hệ thống và tác hại gây ra cũng rất lớn Vậy ta cần có những phơng pháp nghiên cứu cụ thể, ứng dụng vào tính toán sự cố đứt dây trong hệ thống điện

điện thế và dòng điện tại chỗ bị đứt thành các véctơ thành phần đối xứng thứ

tự thuận, nghịch, không và sẽ có 6 ẩn là: ∆ Ua1, ∆ Ua2, ∆ Ua0, Ia1, Ia2, Ia0 Vậy bài toán sẽ đợc giải quyết thông qua 6 phơng trình độc lập trong đó có 3

phơng trình cơ bản cho mọi sự cố đứt dây và 3 phơng trình riêng đặc thù cho từng loại sự cố đứt dây

Dù là một pha hay hai pha đứt dây thì hệ thống điện đều có thể biến đổi

từ sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch, không về dạng đơn giản (tối giản) nh trên sơ đồ dới đây

Cũng nh khi ngắn mạch, pha A đợc coi là pha đặc biệt: khi đứt dây một pha thì pha A bị đứt, còn trong đứt dây hai pha thì pha A lại là pha không

bị đứt Tơng tự nh chế độ ngắn mạch, trong chế độ đứt dây có thể thiết lập

đợc hệ phơng trình cơ bản gồm 3 phơng trình cho các véctơ thành phần của pha A nh sau:

Σ Σ

0 0

0

.

2 2

2

.

1 1

1

0

0

X I j U

X jI U

X I j E U

a a

a a

a a

a

3.1.2 Ba phơng trình riêng cho từng loại đứt dây

Căn cứ vào trạng thái của từng loại đứt dây mà ta thành lập đợc phơng trình riêng đặc thù cho từng loại sự cố đứt dây nh sau:

3.1.2.1 Đứt dây một pha

Khi đó pha A bị đứt, ta có hệ phơng trình sau:

.

c b a

U U

3 1.2.2 Đứt dây hai pha

Khi đó pha A không bị đứt, ta có hệ phơng trình sau:

cho trờng hợp đứt dây hai pha giống hệt nh đối với ngắn mạch một pha chạm đất

Thật vậy ta xét một sơ đồ hệ thống bao gồm hai nguồn phát, hai máy biến áp và một đờng dây với các tình huống đứt dây khác nhau

Khi đứt dây một pha (pha A), sơ đồ sự cố có dạng nh sau:

Tơng tự nh ngắn mạch hai pha chạm đất, sơ đồ phức của trờng hợp này nh trên sau:

X1M, X2M, X0M - các điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không của HTĐ phía bên trái kể từ điểm đứt dây

X1N, X2N, X0N - các điện kháng thứ tự thuận, thuận, không của HTĐ phía bên phải kể từ điểm đứt dây

X2Σ , X0Σ - các điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch và thứ tự không

∆ Ua1, ∆ Ua2, ∆ Ua0, Ia1, Ia2, Ia0 - Hiệu điện thế và dòng các vectơ thành phần của pha A tại chỗ đứt dây

EI, EII - suất điện động các nguồn

Trờng hợp đứt dây một pha cũng nh ngắn mạch hai pha chạm đất là

điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch và thứ tự không nối song song với sơ đồ thay thế thứ tự thuận tại chỗ sự cố, nhng có điểm khác nhau là:

- Trong ngắn mạch hai pha chạm đất thì hai điện kháng X2Σ , X0Σ song song mắc rẽ nhánh vào điểm ngắn mạch của sơ đồ thay thế thứ tự thuận và đất (mắc ngang, nên đợc gọi là tình trạng đối xứng ngang)

- Còn trong đứt dây hai pha thì hai điện kháng X2Σ , X0Σ song song

đợc mắc chen vào chỗ đứt của sơ đồ thay thế thứ tự thuận (mắc dọc, nên

Tơng tự nh ngắn mạch một pha chạm đất, sơ đồ phức của trờng hợp này nh sau:

Trong trờng hợp đứt dây hai pha cũng nh ngắn mạch một pha chạm đất

là điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch nối tiếp với điện

kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự không mắc nối tiếp với sơ đồ thay thế thứ tự thuận tại chỗ sự cố, nhng có điểm khác là:

- Trong ngắn mạch một pha chạm đất hai điện kháng nối tiếp (X2Σ +

(mắc ngang, nên đợc gọi là tình trạng đối xứng ngang)

- Còn trong đứt dây hai pha hai điện kháng nối tiếp (X2Σ + X0Σ ) đợc mắc chen vào chỗ đứt của sơ đồ thay thế thứ tự thuận (mắc dọc, nên đợc gọi

là tình trạng đối xứng dọc)

Căn cứ vào sơ đồ thay thế phức hợp có thể tính các thành phần của dòng

và của hiệu điện thế tại chỗ đứt dây theo các công thức sau:

- Trạng thái mọi nguồn máy phát bằng 0 nhng tồn tại hiệu điện áp tại chỗ sự cố Trạng thái này còn gọi là trạng thái riêng sự cố Dễ thấy rằng có thể thay tơng đơng nguồn áp phụ thêm đặt vào vị trí đứt dây bằng nguồn dòng

cùng trị số nhng ngợc chiều với dòng pha trớc khi có sự cố (để chế độ tổng hợp có dòng pha đứt dây bằng 0)

Chế độ trớc khi bị đứt dây đã biết hoặc tính toán đợc (chế độ xác lập trớc sự cố), còn giải mạch theo chế độ riêng sự cố khá đơn giản bởi các mạch của sơ đồ thứ tự đều không nguồn, dễ dàng đẳng trị thành một tổng trở đẳng trị Nói riêng cũng áp dụng đợc sơ đồ phức hợp để tính toán dòng phân bố cho chế độ riêng của sự cố

3.3 Kết luận

Trong luận văn với tiêu đề “ Tính toán đứt dây trong hệ thống điện Việt Nam” ta có thể dùng phơng pháp thành phần đối xứng và phơng pháp xếp chồng để tính toán

Chơng 4

4.1 Đặc điểm của đờng dây siêu cao áp 500kV

- Đờng dây siêu cao áp không đợc hoán vị vì khoảng cách giữa các pha lớn làm chỗ hoán vị phức tạp, làm việc kém tin cậy Do đó tổng trở các pha thờng khác nhau

- Đờng dây siêu cao áp có chiều dài khá lớn, đợc phân pha để tăng khả năng tải và giảm tổn thất vầng quang nên điện dung rất lớn, trong tính toán chế độ không đối xứng chúng phải đợc tính đến

-xứng có thể bỏ qua điện dung nên khi một pha bị cắt thì thực tế pha đó đợc cách ly khỏi lới và không còn ảnh hởng gì đến các pha còn lại Vì vậy một pha đờng dây bị cắt tức là trong hệ thống có một chỗ đứt mạch

Ngợc lại đối với đờng dây siêu cao áp , do điện dung lớn nên pha bị cắt bằng máy cắt ở hai đầu đờng dây vẫn tiếp tục tham gia vào quá trình điện từ với các pha còn lại Vì vậy một pha bị cắt phải đợc xem nh trong hệ thống

Trên hình 3-1 đờng dây nối hệ thông I và II bị cắt pha A Mặc dù pha A

bị cắt hai đầu tơng ứng với các điểm đứt mạch M,N và Q,P nhng nó vẫn liên

hệ với hai pha còn lại qua điện dung

4.2 Các phơng pháp nghiên cứu chế độ đứt dây của đờng dây siêu

4.2.1.1 Sơ đồ thay thế phức hợp của đờng dây siêu cao áp

Với lới điện phức tạp bất kỳ khi xảy ra đứt một pha của đờng dây siêu cao áp ta có thể vẽ sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK)

có dạng 3 điểm tựa I, II và H nh hình 3 – 2, trong đó với β = 2 ta có sơ đồ thứ tự nghịch còn với = 0 ta có sơ đồ thứ tự thuận β

) I I Z I

Z

) I I )(

Z Z

( I Z Z

( U

R

.Y

.'LY

.'N

R

.Y

.LH

Y

.NM

y

ββββ

β

ββββ

βββ

β

+ +

=

+ +

+ +

=

−

(4.1)

) I I Z I

Z

) I I )(

Z Z

( I Z Z

( U

R

.Y

.'LY

.'Q

R

.Y

.LH

Y

.PQ

R

ββββ

β

ββββ

βββ

β

+ +

=

+ +

+ +

=

−

(4.2)

Trong đó β = 0 ; 2

Các biểu thức (4.1) và (4.2) là các điều kiện bờ tại chỗ cắt

Các phơng trình thể hiện trạng thái đứt pha A:

0 U

0 U

0 I

C.B.A

.2

1

U 3

1 U U

.1

= +

Z Z

( ' I Z I Z

.y

.LH

y

.Ny

.My

ββββ

ββββ

) ' I ' I )(

Z Z

( ' I Z I Z

.Qy

.PR

ββββ

ββββ

Do Y

.Y

I '

.R

I '

với (4.1) và (4.2) Điều đó chứng tỏ rằng sơ đồ thay thế phức hợp nh hình 4-2 không thỏa mãn điều kiện bờ tại chỗ cắt nên không thể dùng đợc trong tính toán đối với đờng dây siêu cao áp

Tuy nhiên nếu dịch chuyển điểm đứt M1, N1; Q1, P1; M2, N2; Q2, P2; M0,

N0; Q0, P0 tơng ứng đến các điểm M1’, N1’; Q1’, P1’; M2’, N2’; Q2’, P2’;

.Y

I '

.R

I '

Iβ = β Khi đó các phơng trình (4.3), (4.4) trùng với (4.1) và (4.2) Nh vậy sơ đồ hình 4 4 thoả mãn điều - kiện bờ tại chỗ cắt nên đợc dùng để khảo sát chế độ đứt dây của đờng dây siêu cao áp

C1

4.2.1.2 áp dụng nguyên lý xếp chồng để khảo sát chế độ đứt dây

Trạng thái đứt dây có thể đợc coi là sự xếp chồng hai trạng thái:

- Trạng thái hoạt động bình thờng của nguồn (sức điện động máy phát) với các nguồn áp xuất hiện tại chỗ đứt bằng không Đó chính là chế độ xác lập trớc sự cố

- Trạng thái mà các nguồn máy phát bằng không nhng có nguồn áp xuất hiện tại chỗ sự cố Trạng thái này gọi là trạng thái riêng sự cố Ta thấy rằng có thể thay thế tơng đơng nguồn áp phụ đặt thêm vào vị trí đứt dây bằng nguồn dòng cùng trị số nhng ngợc chiều với dòng pha trớc sự cố (để chế độ tổng hợp có dòng trong pha đứt dây bằng không)

Với sự cố đứt dây đờng dây siêu cao áp thì trong sơ đồ thay thế phức hợp có hai nguồn dòng đặt vào hai chỗ đứt nên ta áp dụng nguyên lý xếp

chồng: lần lợt cho từng nguồn dòng tác động vào mạch khi nguồn kia bằng không

Chú ý phơng pháp dịch chuyển điểm đứt chỉ dùng để tính toán chế độ không đối xứng của đờng dây siêu cao áp khi một pha bị cắt

4.2.2 Phơng pháp sơ đồ thuận mở rộng

Phơng pháp thành phần thứ tự thuận mở rộng dùng để khảo sát chế độ của đờng dây khi vận hành một pha cũng nh hai pha

4.2.2.1 Khi một pha bị cắt, vận hành hai pha

4.2.2.1.1 Sơ đồ thay thế phức hợp

Đối với đờng dây cao áp khi bỏ qua điện dung thì bao giờ cũng có thể

đẳng trị sơ đồ thứ tự nghịch và không về một tổng trở hai tổng trở này nối song song với nhau và nối tiếp với sơ đồ thứ tự thuận tại chỗ đứt Nhng đối với dờng dây siêu cao áp khi kể đến điện dung thì sơ đồ thứ tự nghịch và không lại chỉ có thể đẳng trị về sơ đồ tối giản dới dạng một hình sao tổng trở Hình sao tổng trở có các tổng trở đợc kí hiệu là Z'βN, Z'βQ, Z'βL.Ta sẽ tính các tổng trở đó

Từ sơ đồ thứ tự nghịch và không (sau khi đã dịch chuyển điểm đứt) trên hình 4-4 ta biến đổi đợc sơ đồ tơng đơng nh hình 4-5

.1

U 3

1 U U

.2

.1

= + +

Từ đó ta lập đợc sơ đồ thay thế phức hợp nh hình 4-6:

'Q2

Z 21R

.I

) I

I 2R

.Y2

.+

−

R0

.I10

.IY

1

.I

'1M

'L2Z

'N2

'M0Z

I

.E

Z1L

) I

I 0R

.Y0

.+

−

Hình 4-6

) I

I 0R

.Y0

.+

−

C

4.2.2.1.2 áp dụng nguyên lý xếp chồng để giải sơ đồ thay thế phức hợp

Nguyên lý xếp chồng đợc áp dụng nh ở phơng pháp dịch chuyển

điểm đứt

4.2.2.2 Khi hai pha bị cắt, vận hành một pha

4.2.2.2.1 Sơ đồ thay thế phức hợp

Các phơng trình thể hiện trạng thái đứt 2 dây:

0 U

0 I

0 I

A.C.B

1

I I

0 U U

.2

1

= +

Khi kể đến điện dung thì:

Y0

.Y2

R0

.R2

) U U

(

.Y2

.Y

(

.R2

.R

Z Z

( I Z Z

(

.Y2

.L2H2Y2

.N2M2Y

2

+ +

+ +

=

) I I )(

Z Z

( I Z Z

(

.Y0

.L2H2Y0

.N0M0Y

0

+ +

+ +

.

) )(

( ) (

1

1

20 1

20

1

1

0 0 2 2 1

0 0 2 2 1

.

R Y L Y N

R Y L H L H Y N M N M Y

I I Z I Z

I I Z Z Z Z I Z Z Z Z U

+ +

=

= + +

+ + +

+ + +

=

ở đây: Z20N = Z2M + Z2N + Z0M + Z0N ;

Z20L = Z2H + Z2L + Z0H + Z0L

Tơng tự nh vậy ta cũng có:

) 12 4 ( ) (

.

) )(

( ) (

1

1

20 1

20

1

1

0 0 2 2 1

0 0 2 2 1

.

R Y L R Q

R Y L H L H R

Q P Q P Y

I I Z I Z

I I Z Z Z Z I Z Z Z Z U

+ +

=

= + +

+ + +

+ + +

=

ở đây Z20Q = Z2P + Z2Q + Z0P + Z0Q

Từ các quan hệ dòng và áp ở các biểu thức (4 11), (4 12) ta thấy rằng sơ

đồ thứ tự nghịch và không có thể biểu diễn bằ ng một hình sao tổn g trở và

đợc nối vào điểm đứt của sơ đồ thứ tự thuận nh hình 4-7:

'1

P

'1

M

R1

Z

'Q20

Z

'N20

4.2.2.2.2 áp dụng nguyên lý xếp chồng để giải sơ đồ thay thế phức hợp

Nguyên lý xếp chồng đợc áp dụng nh ở phơng pháp dịch chuyển

điểm đứt

4.3 Tính toán đứt dây đối với đờng dây siêu cao áp.

Để khảo sát chế độ đứt dây của đờng dây siêu cao áp 500kV ta có thể xét một ví dụ sau: Nhà máy phát điện lên hệ thống thông qua đờng dây 500kV, với các thông số nh sau:

- Nhà máy có 4 tổ máy mỗi tổ máy có công suất 300MW, cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát 22kV, phụ tải điện áp trung 220kV và phát lên

hệ thống 500kV

thống tự dùng ở cấp điện áp 6,3kV có Ptd max = 60MW, cosϕ = 0,85

- Phụ tải cấp điện áp 220kV có Pmax = 600MW, cosϕ = 0,8

- Nhà máy liên lạc với hệ thống có công suất 18000MVA thông qua

4.3.1 Dòng điện làm việc bình thờng của đờng dây ở chế độ xác lập

trớc khi đứt dây

2i

ảt

S

1i

ảt

'' S

1i

ảt

' S

1i

ảt

MVA Trong hệ đơn vị tơng đối với Scb = 1000 MVA thì Stải1 0 , 452 j 0 , 339

+

= Dòng điện pha ở đầu đờng dây khi lấy điện áp bằng điện áp định mức:

339 , 0 j 452 , 0 1

339 , 0 j 452 , 0 U

S I

dm

i

ảt

*1i

ảt

Bỏ qua điện trở của đờng dây thì tổn thất công suất phản kháng đầu

đờng dây là:

033 , 0 ) 2 / 205 , 0 (

1

339 , 0 452 , 0 ) 2 / X ( U

Q P

22

D2

tb

21i

ảt

21i

ảt

∆

−

.1

1

523 , 0 452 , 0 ) 2 / X ( U

D2

tb

21i

ảt

21i

ảt

∆

Công suất ở phía cuối đờng dây:

474 , 0 j 452 , 0 049 , 0 j 523 , 0 j 452 , 0 Q j

474 , 0 j - 452 , 0 U

S I

dm

2i

ảt

*2i

ảt

=

=

=

4.3.2 Tính điện kháng trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản

4.3.2.1 Điện kháng của máy phát điện đồng bộ

94 , 352

1000

195 , 2 S

Do máy biến áp hai dây quấn có kiểu đấu dây Y0/ ∆ nên:

TTT: XT3-1 = XT4-1= 0,275

TTN: XT3-2 = XT4-2 = XT3-1 = 0,275

TTK: XT3-0 = XT4-0 = XT3-1 = 0,275

4.3.2.3 Điện kháng của máy biến áp tự ngẫu

Do máy biến áp tự ngẫu có trung tính nối đất trực tiếp ở phía cao và trung

1000 sin

S

S X

m220

cb1

-TTN: Có thể lấy gần đúng Xpt2(đm) = 0,45 (Nút phụ tải tính ở cấp điện áp

220 kV) Do đó trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản đã chọn điện kháng thứ tự nghịch của phụ tải 220 kV:

6 , 0 750

1000 45 , 0 S

S X

X

220

cb)dm(2pt2

- TTK: Xpt0 = ∞

4.3.2.6 Điện kháng của phụ tải địa phơng

- TTT :

Xpt(22kV): Điện kháng của phụ tải địa phơng tính đến trạm địa phơng

Xc1 : Điện kháng của cáp

XTđp : Điện kháng của máy biến áp địa phơng

12 , 72 392 , 0 48 , 43

1000 8 sin S

S 8 sin S

S 2 sin

S 2

1

S X

dpm

cb4

/dpmcbmax

hộ1

cb)

S l

- TTN: Xđp2 = XTđp +

2

1 (Xc2 + Xpt2(22kV))

Có thể lấy gần đúng Xđp2(đm) = 0,45 (Nút phụ tải tính ở cấp điện áp 22 kV) Do đó trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản đã chọn điện kháng thứ tự nghịch của mạch tự dùng mỗi máy:

Xđp2(22kV)

= 82 , 796

48 , 43

1000 45 , 0 8 S

S X

8 S

2 1

S

X

maxdp

cb)dm(td)

y

ám1max(

dp

cb)

dm(2

Xtd1(6,3kV): Điện kháng thứ tự thuận của phụ tải tính đến phía hạ áp của máy biến áp tự dùng bậc 1:

863 , 29 527 , 0 59 , 70

1000 4 sin S

S 4

sin S

S sin

S

S X

maxtdcb

4max/

td

cb)

y

ám1max(

td

cb)

kV3

=

= ϕ

= ϕ

ám1max(

td

cb)

dm(2

S X

= 19 , 833

59 , 70

1000 35 , 0 4 S

S X

4

maxtd

cb)dm(2

Vậy: Xtd2 = 19,833 + 0,8 +

2

1 6 = 23,633

4.3.2.8 Điện kháng của đờng dây siêu cao áp

- Đờng dây siêu cao áp đợc thay thế bằng sơ đồ hình T trong đó điện kháng đợc chia đôi còn điện dung đặt ở giữa đờng dây

1 U

S l B

1

26

2cb

cb0

Để đơn giản ta tiến hành đẳng trị điện kháng thứ tự thuận phía nhà máy

đối với điểm đứt dây Sơ đồ thay thế điện kháng phía nhà máy nh hình 5 12 - Biến đổi sơ đồ phía nhà máy ta đợc sơ đồ thứ tự thuận nh sau:

Để đơn giản ta đẳng trị sơ đồ thứ tự nghịch phía nhà máy đối với điểm

đứt M2, N2 và P2, Q2 Sơ đồ điện kháng thứ tự nghịch phía nhà máy nh hình 4-15 Biến đổi sơ đồ ta có đợc sơ đồ thứ tự nghịch nh sau:

HT

XHT0 0,5XD0

4.3.4 Tính toán chế độ đứt dây

4.3.4.1 áp dụng phơng pháp dịch chuyển điểm đứt để tính toán chế

độ đứt pha A

4.3.4.1.1 Sơ đồ thay thế phức hợp

Nh đã trình bày ở trên, khi cắt pha A ta phải xem có hai chỗ đứt M, N

và P, Q ở hai đầu đờng dây và có điện dung pha nối với đất

Dựa vào các sơ đồ TTT, TTN, TTK và các điều kiện bờ của sự cố đứt dây pha A, ta lập đợc sơ đồ thay thế phức hợp nh hình 4- 20

.I