tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện miền nam việt nam sử dụng phần mềm etap

Nhiệm vụ Nội dung và số liệu ban đầu - Cơ sở lý thuyết về ngắn mạch trong hệ thống điện  Giới thiệu về module tính ngắn mạch ở Etap - Mô phỏng trên hệ thống điện chuẩn IEEE 9 nút và hệ

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM – VIỆT NAM SỬ

116Monday, June 10, 20248:56:02 PM8:56:02 PM116Monday, June 10, 20248:56:02 PM8:56:02 PM116Monday, June 10, 20248:56:02 PM8:56:02 PM

Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem Etap

Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem Etap

116Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapMonday, June 10, 2024

Trang 2

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): Trương Sĩ Thạc, MSSV: 15072801

2 Tên đề tài

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM - VIỆT NAM SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP

3 Nhiệm vụ (Nội dung và số liệu ban đầu)

- Cơ sở lý thuyết về ngắn mạch trong hệ thống điện

 Giới thiệu về module tính ngắn mạch ở Etap

- Mô phỏng trên hệ thống điện chuẩn IEEE 9 nút và hệ thống điện 220-500 kV

Miền Nam - Việt Nam sử dụng phần mềm Etap

 Mô phỏng mạng điện và cài đặt thông số

 Tính toán các dạng sự cố trong hệ thống điện

 So sánh số liệu từ Etap và tính tay theo tiêu chuẩn IEC 60909 - Kết luận và đưa ra giải pháp

Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem Etap

Trang 3

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2019 Sinh viên

Trưởng bộ môn

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem Etap

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 5

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

1.2 Giới thiệu Etap 1

1.2.1 Các khả năng tính toán của Etap 16.0.0 1

1.2.2 Giao diện 2

1.2.3 Các thành phần chính 3

1.2.4 Xây dựng sơ đồ một sợi 4

1.2.5 Trao đổi dữ liệu với phần mềm khác 6

1.2.6 Thư viện thiết bị 7

1.3 Module tính toán ngắn mạch 7

1.3.1 Tổng quan 7

1.3.2 Thanh công cụ IEC Short Circuit 8

1.3.3 Hộp thoại Short Circuit Study Case 9

CHƯƠNG 2 NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12

2.1 Những vấn đề chung 12

2.2 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 60909 13

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 6

2.5.2 Nguồn hệ thống (Network Feeders) 25

2.5.3 Máy biến áp (Transformers) 26

2.5.4 Đường dây trên không và cáp 28

2.5.5 Cuộn kháng hạn chế dòng ngắn mạch 30

2.5.6 Động cơ 30

2.5.7 Máy phát 31

2.5.8 Tải tĩnh và tụ điện 33

2.6 Các hệ số dùng trong tiêu chuẩn IEC 60909 33

2.6.1 Hệ số hiệu chỉnh tổng trở của máy biến áp hai cuộn dây 33

2.6.2 Hệ số hiệu chỉnh tổng trở của máy phát đồng bộ 34

2.6.3 Hệ số điện áp c 35

2.6.4 Hệ số 𝛋 35

2.6.5 Hệ số 𝛍 35

2.6.6 Hệ số q 35

2.7 Tính toán dòng ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 36

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 7

2.7.2 Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu 37

3.1 Tính toán ngắn mạch hệ thống điện gồm 9 Bus 52

3.1.1 Tổng quan hệ thống điện 9 Bus 52

3.2.1 Sơ đồ hệ thống điện Miền Nam – Việt Nam, lưới 220-500 kV 84

3.2.2 Mô phỏng hệ thống điện Miền Nam-Việt Nam, lưới 220-500 kV bằng phần mềm Etap 84

3.2.3 Kết quả chạy bài toán tính dòng ngắn mạch sử dụng phần mềm Etap 853.2.4 Nhận xét 86

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 89

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 8

4.2 Hướng phát triển của đề tài 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 91

LỜI CÁM ƠN 115

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 9

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Giao diện chính của Etap 2

Hình 1.2 Các chức năng tính toán của phần mềm Etap 2

Hình 1.3 Các phần tử AC 3

Hình 1.4 Các thiết bị đo lường và bảo vệ 3

Hình 1.5 Thông tin ban đầu khi khởi tạo dự án mới 4

Hình 1.6 Cửa sổ chính sau khi khởi tạo dự án 4

Hình 1.7 Kết nối các phần tử 5

Hình 1.8 Thao tác xoay các phần tử 5

Hình 1.9 Thay đổi thông tin thết bị 6

Hính 1.10 Thư viện đường dây truyền tải 7

Hình 1.11 Các chức năng trên thanh công cụ IEC Short Circuit 8

Hình 1.12 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case 9

Hình 1.13 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case 11

Hình 2.1 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra ở xa máy phát 13

Hình 2.2 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra gần máy phát 14

Hình 2.12 Trường hợp hệ thống không có máy biến áp 25

Hình 2.13 Trường hợp hệ thống có máy biến áp 25

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 10

Hình 2.15 Dòng ngắn mạch riêng phần của 1 máy phát điện nối trực tiếp vào 1 lưới

điện 34

Hình 2.16 Sơ đồ véc tơ của máy phát đồng bộ ở điều kiện định mức 35

Hình 2.17 Biểu đồ xác định loại ngắn mạch cho giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất 37Hình 2.18 Ngắn mạch cấp từ nguồn hệ thống nối với một máy biến áp 38

Hình 2.19 Ngắn mạch cấp từ một máy phát (không có máy biến áp) 38

Hình 2.20 Ngắn mạch cấp điện từ một trạm đơn vị (bao gồm một máy phát và một máy biến áp) 38

Hình 3.2 Sơ đồ đơn tuyến 9 Bus 55

Hình 3.3 Cài đặt thông số cho trang Info của hộp thoại Study Case 56

Hình 3.4 Kết quả dòng ngắn mạch theo từng sự cố tai 9 Bus khi mô phỏng qua phần mềm Etap 56

Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật thực hiện nhiệm vụ tính toán 57

Hình 3.6 Tổng trở thứ tự thuận 60

Hình 3.7 Tổng trở thứ tự nghịch 61

Hình 3.8 Tổng trở thứ tự không 61

Hình 3.9 Sự cố ngay tại Bus 3 62

Hình 3.10 Thu hẹp sơ đồ tại điểm ngắn mạch 63

Hình 3.11 Tổng trở quy về dạng delta-wye 64

Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống thứ tự biểu diễn sự cố ngắn mạch hai pha 66

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 11

Hình 3.14 Sơ đồ hệ thống thứ tự khi ngắn mạch hai pha chạm đất tại Bus 3 72

Hình 3.15 Sơ đồ tương đương hệ thống thứ tự khi ngắn mạch hai pha chạm đất tại Bus 3 72

Hình 3.16 Dạng sóng dòng ngắn mạch ba pha tại 9 nút 79

Hình 3.17 Biên độ thành phần xoay chiều ngắn mạch ba pha tại 9 nút 80

Hình 3.18 Đường bao trên dạng sóng dòng ngắn mạch ba pha tại 9 nút 80

Hình 3.19 Thành phần một chiều sự cố ngắn mạch ba pha tại 9 nút 81

Hình 3.20 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện Miền Nam – Việt Nam lưới 220-500 kV qua phần mềm Etap 84

Hình 3.21 Kết quả dòng ngắn mạch hệ thống điện Miền Nam-Việt Nam lưới 500 kV 86

220-Hình 3.22 Trang Rating của máy phát 91

Hình 3.23 Trang Imp/Model của máy phát 92

Hình 3.24 Trang Info của bus 93

Hình 3.25 Trang Info của đường dây 94

Hình 3.26 Trang Parameter của đường dây 94

Hình 3.27 Trang Configuration của đường dây 95

Hình 3.28 Trang Impedance của đường dây 96

Hình 3.29 Trang Sag & Tension của đường dây 97

Hình 3.30 Trang Info của máy biến áp hai cuộn dây 99

Hình 3.31 Trang Rating của máy biến áp hai cuộn dây 100

Hình 3.32 Trang Grouding của máy biến áp 101

Hình 3.33 Trang Info của tải 101

Hình 3.34 Trang Nameplate của tải 102

Hình 3.35 Trang Short Circuit của tải 103

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 12

Bảng 3.3 Thông số máy biến áp 53

Bảng 3.4 Thông số thứ tự thuận các đường dây 54

Bảng 3.5 Thông số thứ tự không các đường dây 54

Bảng 3.6 Tính toán các tổng trở và hệ số hiệu chỉnh cho may phát G1, G2, G3 59

Bảng 3.7 Tính toán các tổng trở và hệ số hiệu chỉnh cho các máy biến áp 60

Bảng 3.8 Kết quả ngắn mạch ba pha 77

Bảng 3.9 Kết quả ngắn mạch hai pha 78

Bảng 3.10 Kết quả ngắn mạch một pha chạm đất 78

Bảng 3.11 Kết quả ngắn mạch hai pha chạm đất 79

Bảng 3.12 Kết quả trước và sau khi lắp cuộn kháng ngắn mạch tại Bus Cầu Bông và Bus Hóc Môn 87

Bảng 3.13 Danh sách các máy phát hiện hành 104

Bảng 3.14 Danh sách các bus hiện hành 106

Bảng 3.15 Danh sách các máy biến áp hiện hành 110

Bảng 3.16 Danh sách các tải tĩnh hiện hành 112

Bảng 3.17 Danh sách các tụ bù hiện hành 114

1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ETAP 1.1 Mở đầu

OTI được thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp các giải pháp để phân tích hệ thống điện, mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa Phiên bản

mới nhất hiện nay là Etap 19.0

Hiện OTI đã cung cấp 50.000 sản phẩm cho các công ty, tổ chức, doanh nghiệp ở

hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới

Điểm nổi bật nhất của Etap là Real-Time: kiểm soát và điều khiển hệ thống trực tiếp theo thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy, và vận hành hệ thống một cách tối ưu

và 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

1.2 Giới thiệu Etap

1.2.1 Các khả năng tính toán của Etap 16.0.0

Phần mềm Etap được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán hệ thống điện chủ yếu như sau:

- Bài toán phân bố công suất (Load Flow Analysis)

- Bài toán phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow Analysis)

- Bài toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)

- Bài toán khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis) - Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

- Bài toán phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)

- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Device Coordination) - Bài toán độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment)

- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)

Tinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem EtapTinh toan ngan mach trong he thong dien Mien Nam Viet Nam su dung phan mem Etap1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM1162410068:56:00 PM8:56:00 PM

Trang 14

Hình 1.1 Giao diện chính của Etap

1.2.2 Giao diện

Các chức năng tính toán cụ thể:

Hình 1.2 Các chức năng tính toán của phần mềm Etap

Trang 15

Các phần tử AC:

Hình 1.3 Các phần tử AC Các thiết bị đo lường và bảo vệ:

Hình 1.4 Các thiết bị đo lường và bảo vệ

1.2.3 Các thành phần chính

Các thành phần chính sẽ được trình bày chi tiết hơn trong phần phụ lục 1

Trang 16

1.2.4 Xây dựng sơ đồ một sợi

Sau khi khởi động phần mềm Etap, chọn mục New để tạo một dự án mới:

Hình 1.5 Thông tin ban đầu khi khởi tạo dự án mới

Hình 1.6 Cửa sổ chính sau khi khởi tạo dự án

Muốn mô phỏng phần tử nào ta chỉ cần kéo thả vào cửa sổ thiết kế (Edit Mode) Khi kết nối các phần tử lại với nhau, ta nhấp vào đầu kết nối và kéo chuột đến phần tử còn lại muốn kết nối

Trang 17

Trang 18

Hình 1.9 Thay đổi thông tin thết bị

1.2.5 Trao đổi dữ liệu với phần mềm khác

Etap có thể trao đổi dữ liệu với nhiều phần mền khác với đinh 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 cầu lưới nối đất từ định dạng file XML

- Nhập dữ liệu từ file định dạng.raw của PSS/E phiên bản từ 29 trở lên Tuy nhiên có một số phần tử không trao đổi được như: máy phát, bộ điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp…nếu sơ đồ một sợi không được xây dựng trên giao diện đồ họa (PSS/E) thì Etap sẽ không hiểu được vị trí các phần tử trên giao diện đồ họa khi chuyển đổi

Trang 19

1.2.6 Thư viện thiết bị

Thư viện của Etap gồm các thiệt bị như cáp, dây dẫn, dây chống sét, thiết bị đóng cắt, relay… thư viện này cho phép người dùng 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

Hính 1.10 Thư viện đường dây truyền tải

1.3 Module tính toán ngắn mạch 1.3.1 Tổng quan

Phần mềm Etap 16 tính toán ngắn mạch theo hai tiêu chuẩn ANSI/IEEE và IEC 60909, hơn hết phần mềm cho phép người dùng tính toán các dạng ngắn mạch khác nhau (một pha chạm đất, 2 pha trạm nhau, 2 pha trạm nhau trạm đất, 3 pha trạm nhau) theo tiêu chuẩn IEC 60909, IEC 61363, ANSI/IEEE Trong giới hạn tìm hiểu này chỉ giới thiệu chức năng tính ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC

Trang 20

1.3.2 Thanh công cụ IEC Short Circuit

Thanh công cụ này cung cấp cho ta những tùy chọn khi phân tích ngắn mạch, phân tích sóng hài …, và các tùy chọn khác để theo dõi kết quả của quá trình phân tích

Hình 1.11 Các chức năng trên thanh công cụ IEC Short Circuit

Khi nhấn chức năng tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC-60909, ETAP sẽ tính toán hết các trường hợp ngắn mạch ETAP mặc định sẽ hiển thị dòng ngắn mạch 3 pha trên màn hình

Nếu muốn xem thêm kết quả các sự cố ngắn mạch khác, ta cần tùy chỉnh kết quả

tại thanh công cụ IEC Short Circuit

Trang 21

1.3.3 Hộp thoại Short Circuit Study Case

Trang info của hộp thoại này cung cấp cho ta thông tin về cách tính dòng ngắn mạch và chọn phân tích các điểm ngắn mạch

Hình 1.12 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case

- Transformer Tab: tùy chọn cách sử dụng điện áp cho quá trình tính toán ngắn mạch

 Adjust Base kV: sử dụng tỷ số biến thế của máy biến áp

 Use Nominal Tab: tính toán điện áp khi sử dụng đầu phân áp của máy biến

Trang 22

- Report: chọn hiển thị báo cáo

 Contribution Level: tùy chọn cách đóng góp và dòng điện ngắn mạch mạch theo khoảng cách của bus Mặc định là 1 không nên đặt quá 3 trừ khi được yêu cầu Vì những dòng này ở các bus xa và không có đóng góp nhiều vào dòng ngắn mạch

- Motor Contribution Based on: tùy chọn cách đóng góp vào dòng ngắn mạch của các động cơ có trong hệ thống

 Motor Status: các động cơ chạy ở chế độ Continuous (liên tục) hoặc Intermittent (gián đoạn) thì sẽ kết với dòng điện ngắn mạch của hệ thống Còn động cơ chạy ở chế độ Spare (không tải) thì không tham gia vào ngắn mạch của hệ thống, Loading Category: dòng điện ngắn mạch của hệ thống khi các tải khác không, khi các tải bằng không thì không tham gia vào dòng ngắn mạch, Both: là kết hợp của hai trường hợp trên

- Bus Selection: chọn bus có sự cố để đưa vào phân tích Chọn bus muốn phân tích ngắn mạch rồi ấn Fault để đưa vào phân tích ngắn mạch

Trang Standard của hộp thoại này cung cấp thông tin về cách tính toán dòng ngắn mạch của Etap:

 Standard: tùy chọn cách tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn nào, gồm có 3

tiêu chuẩn IEC, ANSI, GOST

 Short –Circuit Current: Etap cho ta chọn hằng số C để tính toán dòng ngắn

mạch Ta có thể để Etap tự nhập hoặc nhập theo như bảng hệ số C

 Cmax for Z Adustment (<1001V): giá trị lớn nhất khi hiệu chỉnh trở kháng của máy biến áp, máy phát điện (Kt, KG) Các hệ số Kt và KG cách tính xem

trong tiêu chuẩn IEC 60909

 Calculation Method: chọn phương pháp tính toán dòng ngắn mạch Sử dụng tỷ số X/R trong ba phương pháp để tính giá trị biên độ dòng ngắn mạch 𝑖𝑝nhằm kiểm tra thiết bị cắt ngắn mạch Etap mặc định chọn phương pháp C vì

phương pháp này có độ chính xác cao nhất (xem tiêu chuẩn IEC 60909)

Trang 23

Hình 1.13 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case

Trang 24

CHƯƠNG 2 NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Những vấn đề chung

Trong quá trình vận hành, không thể tránh khỏi xảy ra những hư hỏng trên các phần tử lưới điện trong hệ thống điện Hư hỏng thường xảy ra nhất trên các đường dây truyền tải điện và trong số các hư hỏng này, thường gặp nhất là hư hỏng do sét đánh

Ngoài ra các đường dây trên không và thiết bị cột đỡ có thể hư hỏng do gió bão, cây đổ … Hầu hết các sự cố này dẫn đến ngắn mạch trong lưới điện Ngay cả trong chế độ của hệ thống điện thay đổi đột ngột sẽ phát sinh quá trình quá độ điện từ, trong đó quá trình phát sinh do ngắn mạch là nguy hiểm nhất

Dòng điện ngắn mạch lớn nhất sẽ xảy ra ngay sau thời điểm sự cố (hay còn gọi là

dòng ngắn mạch siêu quá độ), điện áp giảm xuống (gần bằng không)

Nếu không kịp thời thao tác, xử lý và nhanh chóng cô lập điểm ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang chế độ ngắn mạch duy trì

Hậu quả của việc ngắn mạch:

- Sự nguy hiểm do dòng ngắn mạch rất lớn chạy trong lưới điện, dòng này lớn hơn

nhiều so với dòng của các phụ tải và gây hư hỏng đến các thiết bị điện khi nó đi

qua

- Điện áp giảm và mất đối xứng: làm ảnh hưởng đến các phụ tải

- Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống sẽ mất ổn định làm ảnh hưởng đến tính liên tục về cung cấp điện

Mục đích tính toán ngắn mạch: tính toán dòng ngắn mạch nhằm mục đích sau

- Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian

Trang 25

2.2 Giới thiệu về tiêu chuẩn IEC 60909

Tiêu chuẩn IEC 60909 được giới thiệu nhằm cung cấp những hướng dẫn và thông tin cần thiết cho công tác kiểm tra các thiết bị, khả năng bảo vệ bảo đảm an toàn cho hệ thống

Tiêu chuẩn IEC giải quyết việc tính toán dòng ngắn mạch cân bằng và không cân

bằng Nhìn chung, dòng ngắn mạch được tính như sau: - Chọn dòng ngắn mạch cực đại để chọn thiết bị

- Dòng ngắn mạch cực tiểu để lựa chọn cầu chì, cài đặt thiết bị bảo vệ và kiểm tra

khả năng chạy lấy đà của động cơ

Dòng ngắn mạch là một hàm số theo thời gian từ lúc ngắn mạch cho đến khi dòng ngắn mạch bị loại trừ, nó cũng biến thiên theo giá trị tức thời của điện áp tại thời điểm bắt đầu ngắn mạch

Hình 2.1 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra ở xa máy phát

Trang 26

Hình 2.2 Dạng sóng dòng ngắn mạch khi sự cố xảy ra gần máy phát

Trang 27

2.3 Các giả thiết tính toán trong IEC 60909

Tính toán dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu theo các giả thiết sau :

- Trong suốt thời gian ngắn mạch, không có sự thay đổi về loại ngắn mạch, điều đó có nghĩa là ngắn mạch 3 pha vẫn là ngắn mạch 3 pha và ngắn mạch pha chạm

đất vẫn là ngắn mạch pha chạm đất trong suốt thời gian ngắn mạch - Trong suốt thời gian ngắn mạch, cấu hình mạng điện không thay đổi

- Tổng trở máy biến áp quy đổi về đầu phân áp chính Điều này có thể chấp nhận được vì đã thêm vào hệ số hiệu chỉnh tổng trở KT cho máy biến áp

- Bỏ qua điện trở hồ quang điện

- Bỏ qua tất cả tổng trở ngang và điện dung của đường dây và tải tĩnh, ngoại trừ hệ thống thứ tự không

Tuy những giả thiết này không chính xác hoàn toàn cho hệ thống điện xem xét nhưng

kết quả tính toán vẫn đạt được độ chính xác cao chấp nhận được

Đối với các trường hợp ngắn mạch đối xứng và không đối xứng, sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng để tính ngắn mạch sẽ có lợi hơn (xem mục 2.4.2)

2.3.1 Dòng ngắn mạch cực đại

Khi tính toán dòng ngắn mạch cực đại, cần phải theo điều kiện sau:

- Hệ số điện áp cmax được áp dụng cho việc tính toán dòng ngắn mạch cực đại trong

trường hợp không có vào tiêu chuẩn quốc gia

- Chọn cấu hình hệ thống và sự đóng góp tối đa từ các nhà máy điện và nguồn lưới dẫn đến các giá trị lớn nhất của dòng ngắn mạch ở vị trí ngắn mạch

- Khi trở kháng tương đương nguồn lưới ZQ được sử dụng để thể hiện mạng điện bên ngoài, mức tối thiểu trở kháng ngắn mạch tương đương phải được sử dụng

tương ứng với sự đóng góp dòng ngắn mạch cực đại từ nguồn lưới - Động cơ phải được tính toán theo tổng trở tương đương

- Điện trở RL của đường dây (trên không và cáp) được tính ở nhiệt độ cơ bản 200C

Trang 28

2.3.2 Dòng ngắn mạch cực tiểu

Khi tính toán dòng ngắn mạch cực tiểu, cần phải theo điều kiện sau:

- Hệ số điện áp cmin được áp dụng cho việc tính toán dòng ngắn mạch cực tiểu - Chọn cấu hình của lưới điện, trong một vài trường hợp, phương thức đấu nối các

nguồn điện và tuyến dây nhằm hạn chế dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch ở

mức tối thiểu

- Các động cơ điện đều không được xét đến

- Điện trở RL của đường dây (trên không và cáp) được tính ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ cơ bản 200C :

RL=[1+𝛼(𝜃𝑒− 200𝐶)] 𝑅𝐿20 Trong đó:

RL20 : điện trở ở nhiệt độ 200C ;

𝜃𝑒 : nhiệt độ dây dẫn tính bằng độ C ở thời điểm diễn ra ngắn mạch ;

𝛼 : hệ số gần bằng 0,004/K, hợp lệ với độ chính xác đủ cho hầu hết các mục đích thực tế cho hợp kim bằng đồng, nhôm và hợp kim nhôm

2.4 Phương pháp tính toán

Tính toán ngắn mạch được thực hiện lần lượt qua hai phương pháp:

2.4.1 Nguồn điện áp tương đương tại điểm ngắn mạch

Trong tất cả các trường hợp được mô tả ở hình 2.1 và 2.2 chúng ta có thể xác định được dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch F nhờ một nguồn điện áp tương đương Các số liệu vận hành về phụ tải tĩnh của người tiêu thụ, về vị trí bộ đổi nối nấc phân áp của các máy biến áp, dòng kích từ của máy phát v.v đều không cần thiết, các tính toán thêm về những phụ tải khác nhau có thể phát sinh tại thời điểm ngắn mạch là không cần kể đến

Ở đây nguồn điện áp tương đương là nguồn chủ động (tích cực) duy nhất Tất cả những nguồn cung cấp của lưới điện, các máy đồng bộ và không đồng bộ đều được thay thế bằng tổng trở bên trong của chúng

Trang 29

Hơn nữa, khi dùng phương pháp này tất cả điện dung của đường dây và các điện dẫn song song của các phụ tải không quay, ngoại trừ các thông số trong hệ thứ tự không đều có thể bỏ qua

Hình 1.16 nêu lên một ví dụ về nguồn điện áp tương đương tại điểm ngắn mạch F, nguồn điện áp này được xem như là điện áp tích cực duy nhất của hệ thống trong trường hợp hệ thống hạ áp được cấp bởi một máy biến áp duy nhất Tất cả những điện áp tích cực khác trong hệ thống được xem như bằng không Như vậy nguồn cung cấp của lưới điện trong hình 2.3 được biểu thị bằng tổng trở trong ZQt của nó mà thôi

Các tổng dẫn song song (có nghĩa là các điện dung đường dây và các phụ tải bị động) không cần xem xét đến khi tính toán các dòng ngắn mạch ở hình 2.4

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế (tương đương) hệ thứ tự thuận tại vị trí ngắn mạch

Trang 30

Nguồn điện áp tương đương 𝑐 𝑈𝑛⁄√3 tại điểm ngắn mạch F được cấp bởi hệ số điện áp c, điện áp danh định 𝑈𝑛 của hệ thống và hằng số √3 Hệ số điện áp c có giá trị khác nhau khi tính các dòng ngắn mạch cực đại hoặc cực tiểu Nếu không có các tiêu chuẩn quốc gia tương ứng, tốt nhất là nên chọn hệ số c theo bảng 2.1, có giả thiết rằng điện áp cao nhất trong một hệ thống thông thường tính trung bình chênh lệch quá +5% (đối với hạ áp) và +10% (đối với cao áp) so với điện áp danh định

Hình 2.3 và 2.4 minh họa cách tính toán dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu 𝐼𝑘′′theo phương pháp nguồn điện áp tương đương

Hình 2.5 Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận

Hình 2.6 Tổng trở ngắn mạch thứ tự nghịch

Trang 31

Hình 2.7 Tổng trở ngắn mạch thứ tự không Bảng 2.1 Hệ số điện áp c

Hạ áp : 100V đến 1000V (IEC 60038, bảng 1)

1,053

Trung áp : >1kV đến 35kV (IEC 60038, bảng 3)

Cao áp 2) >35kV

(IEC 60038, bảng 4)

1) cmax Un không vượt quá điện áp cao nhất Um cho thiết bị hệ thống điện

2) Nếu điện áp danh định không được xác định, cmax Un= Um hoặc cmin Un= Um nên được áp dụng

3) Cho hệ thống hạ áp có độ lệch điện áp +6%, ví dụ hệ thống thay tên từ 380V đến 400V

4) Cho hệ thống hạ áp với độ lệch điện áp +10%

Chú thích: 𝑐 𝑈𝑛 không được vượt quá điện áp cao nhất 𝑈𝑚 của thiết bị trong hệ thống điện

Trang 32

Trang 33

Trong trường hợp ngắn mạch ba pha cân bằng của hệ thống xoay chiều ba pha trên hình 2.8 là một ví dụ tiêu biểu, bởi vì loại hình sự cố này thường cho ta dòng ngắn mạch có trị số khá lớn và việc tính toán trở nên đặc biệt đơn giản do tính chất cân bằng của nó

Trong lúc tính toán dòng ngắn mạch ta chỉ cần xét đến tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận 𝑍(1) = 𝑍𝑘 nhìn từ điểm ngắn mạch mà thôi

Trang 34

Trong các hệ thống ba pha, việc tính toán trị số dòng ngắn mạch phát sinh khi ngắn mạch không cân bằng được đơn giản hóa bằng phương pháp thành phần đối xứng Phương pháp này yêu cầu xác định ba thành phần độc lập hệ thống, tránh sự móc vòng của các tổng trở tương hỗ

Dùng phương pháp này, dòng điện trong mỗi pha được xác định bằng cách xếp chồng các dòng điện của ba hệ thống thành phần đối xứng:

- Dòng thứ tự thuận 𝐼(1); - Dòng thứ tự nghịch 𝐼(2); - Dòng thứ tự không 𝐼(0);

Lấy pha L1 làm hệ tham chiếu, các dòng 𝐼𝐿1, 𝐼𝐿2, 𝐼𝐿3 được tính theo công thức: IL1 = I(1) + I(2) + I(0)

Trang 35

Mỗi một trị số trong ba thành phần đối xứng nói trên đều có tổng trở riêng của nó (xem mục 2.7.1)

Phương pháp thành phần đối xứng dựa trên tiên đề là các tổng trở của hệ thống đều đối xứng, ví dụ như trong trường hợp với các đường dây đảo pha Các kết quả tính toán ngắn mạch này cũng đạt được độ chính xác khả dĩ đối với đường dây không đảo pha

Khi tính toán ngắn mạch ba pha cân bằng, chỉ có tổng trở thứ tự thuận là đại lượng thích hợp duy nhất được sử dụng Trong trường hợp này 𝑍𝑡 = 𝑍(1)

Tổng trở ngắn mạch thứ tự nghịch 𝑍(2) tại điểm ngắn mạch F được xác định từ hình 2.6 khi ta đặt một điện áp đối xứng thứ tự nghịch vào tại điểm ngắn mạch F

Chỉ khi tính toán ngắn mạch xa máy phát nên chúng ta được phép lấy 𝑍(2) = 𝑍(1) Tổng trở ngắn mạch thứ tự không 𝑍(0) được xác định từ hình 2.7 khi ta đặt một điện áp xoay chiều vào giữa hai bên, một bên là các pha ngắn mạch và một bên là đường về chung (ví dụ: hệ thống dây đất, dây trung tính, các dây đất, vỏ cáp, đai thép bọc cáp)

Việc bỏ qua điện dung thứ tự không của đường dây trong các hệ thống trung tính cách li sẽ làm cho các kết quả thu được sẽ cao hơn trị số thực tế của dòng điện ngắn mạch

Trang 36

Sự sai lệch này phụ thuộc vào một vài thông số của hệ thống, ví dụ như chiều dài của đoạn đường dây từ máy biến áp đến điểm nối đất trung tính

Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, các tổng trở ngắn mạch thứ tự không thường có trị số với tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận

2.5 Tổng trở cho từng phần tử trong hệ thống điện 2.5.1 Vấn đề chung

Trong các nguồn hệ thống, máy biến áp, đường dây trên không, cáp, cuộn kháng ngắn mạch và các thiết bị khác Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận và thứ tự nghịch là bằng nhau 𝑍(2) = 𝑍(1)

Tổng trở ngắn mạch thứ tự không được xác định của một đường dây, 𝑍(0) = 𝑈(0)/𝐼(0)được xác định với giả thiết là có một nguồn điện áp xoay chiều đặt vào giữa các dây dẫn song song và đường dây tải điện về (ví dụ: cơ cấu nối đất, dây trung tính, dây đất, vỏ cáp và đai thép bọc cáp) Trong trường hợp này dòng thứ tự không chập ba sẽ chạy trong đường về

Tổng trở của máy phát (G), máy biến áp (T) và tổ trạm điện (S) nên được tính bằng cách nhân với các hệ số chính xác KG, KS, KT hoặc KSO khi tính toán dòng ngắn mạch với nguồn điện áp tương đương tại vị trí ngắn mạch theo tiêu chuẩn

Khi tính dòng ngắn mạch trong các hệ thông có nhiều mức điện áp khác nhau ta cần phải quy đổi tổng trở, dòng điện và điện áp từ mức này sang mức khác

Tổng trở của các thiết bị trong các lưới điện xếp chồng hoặc lưới tọa độ cần phải chia cho hoặc nhân bình phương của tỉ số biến đổi định mức 𝑡𝑟

Các trị số điện áp và dòng điện cũng cần phải quy đổi theo tỉ số biến đổi định mức 𝑡𝑟 hay 𝑡

Trang 37

2.5.2 Nguồn hệ thống (Network Feeders)

Nếu hiện tượng ngắn mạch xảy ra như hình 2.12, được cấp điện từ lưới mà lưới đó ta chỉ biết được công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu 𝑆𝑘𝑄′′ hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu tại điểm đấu nối tuyến dây Q, thì tổng trở tương đương 𝑍𝑄 của lưới điện (tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận) tại điểm đấu nối tuyến dây Q sẽ được xác định bằng:

𝑍𝑄 =𝑐 𝑈𝑛𝑄

𝑆𝑘𝑄′′ =

𝑐 𝑈𝑛𝑄√3𝐼𝑘𝑄′′

Nếu tỷ số RQ/XQ được biết, XQ được tính bằng cách dưới đây : 𝑋𝑄 = 𝑍𝑄

√1 + (𝑅𝑄/𝑋𝑄)2

Hình 2.12 Trường hợp hệ thống không có máy biến áp

Hình 2.13 Trường hợp hệ thống có máy biến áp

Trang 38

Nếu hiện tượng ngắn mạch như trên hình 2.13, được cấp điện từ một máy biến áp trong lưới trung áp hay cao áp mà ở lưới đó ta chỉ biết được công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu 𝑆𝑘𝑄′′ hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu tại điểm đấu nối tuyến dây Q, thì tổng trở tương đương 𝑍𝑄 về phía hạ áp của máy biến áp có thể được xác định bởi công thức:

𝑍𝑄 =𝑐 𝑈𝑛𝑄

𝑆𝑘𝑄′′ .1

𝑡𝑟2 = 𝑐 𝑈𝑛𝑄√3𝐼𝑘𝑄′′

Trong đó:

𝑈𝑛𝑄 : điện áp danh định của hệ thống ngay ở điểm nối Q của tuyến dây ;

𝐼𝑘𝑄′′ : dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu ngay vị trí điểm nối Q của tuyến dây;

𝑐 : hệ số điện áp theo điện áp danh định 𝑈𝑛𝑄 ;

tr : tỷ số biến đổi định mức ứng với vị trí chính của bộ điều áp (mục 2.5.3)

Trong trường hợp nguồn cấp điện áp cao có điện áp danh định trên 35 kV được cung cấp từ các đường dây trên không , tổng trở tương đương 𝑍𝑄 trong một số trường hợp có thể xem như một điện kháng (𝑍𝑄= 0 + jXQ )

Trị số của công suất ngắn mạch đối xứng ban đầu 𝑆𝑘𝑄′′ hoặc dòng điện ngắn mạch đối xứng ban đầu về phía cao áp của máy biến áp cung cấp được cho bởi công ty sản xuất Tổng trở ngắn mạch thứ tự không tương đương của các tuyến dây trên lưới đều không cần thiết phải tính toán Tuy nhiên trong một vài trường hợp đặc biệt cũng dùng đến tổng trở này

2.5.3 Máy biến áp (Transformers) Máy biến áp hai cuộn dây: - Thứ tự thuận

Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của máy biến áp hai cuộn dây ZT = RT +jXT có thể được tính từ các thông số định mức của máy biến áp theo cách sau:

𝑍𝑇 = 𝑢𝑘𝑟100%

Trang 39

𝑅𝑇 = 𝑢𝑅𝑟100%

𝑆𝑟𝑇 =𝑃𝑘𝑟𝑇3 𝐼𝑟𝑇2𝑋𝑇 = √𝑍𝑇2 − 𝑅𝑇2Trong đó:

𝑈𝑟𝑇 : điện áp định mức của máy biến áp ở phía cao áp hay về phía hạ áp ;

𝐼𝑟𝑇 : dòng điện định mức của máy biến áp ở phía cao áp hay về phía hạ áp;

𝑆𝑟𝑇 : công suất biểu kiến định mức của máy biến áp ;

𝑃𝑘𝑟𝑇: tổn thất tổng trong cuộn dây của máy biến áp ở dòng định mức ;

𝑢𝑘𝑟 : điện áp ngắn mạch định mức, tính theo % ;

𝑢𝑅𝑟 : điện áp thuần trở định mức, tính theo % ;

Thành phần điện trở 𝑢𝑅𝑟 có thể được tính từ tổng tổn thất 𝑃𝑘𝑟𝑇 trong cuộn dây ở dòng điện định mức 𝐼𝑟𝑇 , cả 2 đều được xem như cùng một phía máy biến áp

Thông thường tỉ số X/R tăng tỉ lệ với kích thước của máy biến áp Đối với máy biến áp lớn, giá trị điện trở bé đến mức có thể xem như tổng trở chỉ gồm có thành phần điện kháng khi tính toán độ lớn của dòng điện ngắn mạch Chỉ cần xét đến điện trở khi phải tính toán dòng điện ngắn mạch đỉnh 𝑖𝑝 hoặc thành phần chu kì tắt dần 𝑖𝑑𝑐 mà thôi

Tổng trở thứ tự không Z(0)T = R(0)T +jX(0)T có thể thu được thông số từ nhà sản xuất

Trang 40

Hình 2.14 Hệ thống thứ tự không theo tổ đấu dây của máy biến áp

2.5.4 Đường dây trên không và cáp Thứ tự thuận

Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận 𝑍𝐿 = 𝑅𝐿 + 𝑗𝑋𝐿 có thể tính từ số liệu của dây dẫn, ví dụ như tiết diện dây dẫn hoặc cự li tâm giữa các lõi

Ta có thể tính được tổng trở thứ tự không của dây dẫn 𝑍(0)𝐿 = 𝑅(0)𝐿 + 𝑗𝑋(0)𝐿 xem ở tiểu mục 2.5.1 Đôi khi có thể tính tổng trở thứ tự không bằng tỷ số : 𝑅(0)𝐿/𝑅𝐿 và 𝑋(0)𝐿/𝑋𝐿 Trị số tổng trở 𝑍(1)𝐿 và 𝑍(0)𝐿 của đường cáp hạ áp và cao áp phụ thuộc vào trình độ công nghệ và tiêu chuẩn của từng quốc gia, có thể tìm được trong các sổ tay kĩ thuật hoặc bảng thông số kỹ thuật của nhà chế tạo

Điện trở hiệu dụng theo đơn vị chiều dài 𝑅𝐿′ của đường dây trên không ở nhiệt độ môi trường 200C có thể được tính từ tiết diện định mức 𝑞𝑛 và điện trở suất ρ