Thí nghiệm hệ thống Điện ii hướng dẫn thí nghiệm sử dụng phần mềm etap

Phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống như dòng điện, công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống.. 1.3 Cài đặt các phần tử cơ bản của hê thống điện ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Bộ môn Hệ Thống Điện

THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN II Hướng dẫn thí nghiệm

sử dụng phần mềm

ETAP

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Anh

Hà Nội, ngày 07 tháng 01 năm 2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 Hướng dẫn cơ bản sử dụng phần mềm ETAP 19 - 2

CHƯƠNG 2 Cài đặt các phần tử thường dùng để phối hợp bảo vệ Relay - 7

2.1 Nguồn (Hệ thống) – Power Grid - 7

2.2 Bus - 9

2.3 Máy biến áp 2 cuộn dây – 2 Winding Transformer - 9

2.4 Đường dây cáp - Cable - 12

2.5 Biến dòng điện – Current Transformer - 14

2.6 Biến điện áp – Potential Transformer - 14

2.7 Máy cắt – Low Voltage Circuit Breaker - 15

2.8 Rơle quá dòng – Overcurrent Relay (OCR) - 15

CHƯƠNG 3 Hướng dẫn tính toán ngắn mạch và chỉnh định rơ le bằng phần mềm ETAP - 21

3.1 Bài 1 – Phân bố dòng ngắn mạch qua máy biến áp - 21

3.2 Bài 2 – Phân bố dòng thứ tự không - 32

3.3 Bài 3 – Bảo vệ khoảng cách - 42

CHƯƠNG 1 HƯỚNG DẪN CƠ BẢN SỬ DỤNG PHẦN MỀM

ETAP

 Link download ETAP 19: Tại đây

 Hướng dẫn cài đặt ETAP 19: Tại đây

1.1 Giới thiệu phần mềm ETAP

ETAP là sản phẩm của công ty Nhật Operation Technology, Inc, một trong những phần mềm thương mại được sử dụng phổ biến để mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa hệ thống điện Phần mềm được dùng để thiết kế và mô phỏng dựa vào các khối có sẵn để mô

tả sự vận hành của hệ thống Phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống như dòng điện, công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống Đối với hệ thống, mạch điện có độ phức tap lớn, việc tính toán bằng tay hết sức phức tạp và mất nhiều thời gian, trong khi sử dụng phần mềm ETAP, kết quả tương đối hợp lí, sai khác so với tính tay <5%

 Các ứng dụng chính của phần mềm bao gồm:

 Khảo sát và phân tích một hệ thống điện đơn tuyến và nhiều nguồn cung cấp

 Xây dựng sơ đồ đơn tuyến của hệ thống điện cần phân tích

 Phân tích phân bố công suất trên hệ thống điện, phân bố tổn thất công suất trên đường dây, sụt áp trên đường dây, quá tải trên đường dây, hệ số công suất của tải

 Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắn mạch đối xứng, chế độ ngắn mạch không đối xứng, ngắn mạch một pha chạm đất, 2 pha chạm đất, ngắn mạch giữa 2 dây pha, tính toán dòng ngắn mạch

 Phân tích sóng hài, khởi động động cơ…

 Phối hợp bảo vệ rơ le

 Tối ưu vị trí đặt tụ bù, tối ưu phân bố công suất trên lưới điện và tối ưu sơ đồ nối điện

1.2 Hướng dẫn khởi tạo một lưới điện mô phỏng

Sau khi cài đặt xong ETAP ver 19.0.1 giao diện phần mềm hiện ra như sau, thực

hiện các bước như trên hình vẽ để tạo file mô phỏng mới

Bước 1:

Tạo file mô phỏng mới

4 Chọn OK

3 Chọn

tần số

2 Chọn OK

Bước 4:

Bước 5: Giao diện mô phỏng như sau

3 Chọn OK

Bước 6: Cài đặt tiêu chuẩn

Project -> Standard

Chọn tiêu chuẩn ANSI

 Các Tab cơ bản thường dùng trong ETAP

1 Quản lý các phần tử đã vẽ

2 Sơ đồ 1 sợi

3 Vẽ đặc tính các phần tử

4 Vẽ đặc tính relay khoảng cách

5 Thùng rác ( xoá các phần tử không

sử dụng để tránh bị đánh số phần tử sai)

Chọn các phần tử ở tab Edit

1.3 Cài đặt các phần tử cơ bản của hê thống điện phục vụ bài thí nghiệm

1.3.1 Nguồn (Hệ thống) – Power Grid

 Tab Info

 Connection: Chọn nguồn 3 pha

 Configuration - Operation mode: để phối hợp trong bài thí nghiệm, chọn Swing để nguồn là nút cân bằng công suất

 SC rating: Chọn công suất ngắn mạch 1 pha và 3 pha của hệ thống Chỉ cần nhập một trong các thông số như công suất ngắn mạch, dòng ngắn mạch hoặc tỉ số X/R, phần mềm sẽ tự tính toán các thông số còn lại

 Grounding: Chọn chế độ làm việc của điểm trung tính

1.3.2 Thanh góp - Bus

 Nominal kV: chọn điện áp danh định cho bus

1.3.3 Máy biến áp 2 cuộn dây – 2 Winding Transformer

 Tích chọn Symbols để hiện biểu tượng tổ đấu dây trên phần Edit

 Primary: Chọn tổ đấu dây phía sơ cấp Ví dụ ở ảnh dưới là nối sao không

 Secondary: Chọn tổ đấu dây phía thứ cấp Ví dụ ở ảnh dưới là nối tam giác

S cơ bản

1.3.4 Đường dây cáp - Cable

Lựa chọn dây cáp thay vì đường dây trên không (Transmission Line) vì các thông số của đường dây trên không phức tạp hơn, không cần thiết cho bài thí nghiệm

 Tab Info

 Chọn cáp nối từ bus nào đến bus nào (From – To)

 Length: Chọn chiều dài dây cáp Chiều dài dây cáp sẽ ảnh hưởng đến tổng trở đường dây nếu chọn nhập các thông số theo điện trở hay điện kháng đơn vị

thông số được sao chép y nguyên từ phần tử đã lựa chọn

Copy thông số Dán thông số đã sao chép

1.3.5 Biến dòng điện – Current Transformer

1.3.6 Biến điện áp – Potential Transformer

 Tab Info:

Nhập tương tự biến dòng

 Tab Rating

Nhập tỉ số biến điện áp

1.3.7 Máy cắt – Low Voltage Circuit Breaker

Trong bài thí nghiệm, lựa chọn máy cắt hạ áp và không cần cài đặt thông số

1.3.8 Rơle quá dòng – Overcurrent Relay (OCR)

1 Nhấn add để thêm output

3 Cài đặt máy cắt nhận tín hiệu

2 Nhấn add để thêm tín hiệu máy cắt

 Ở mục output nhấn add để tạo output

 Tiếp tục nhấn add ở phần interlock để thêm máy cắt nhận tín hiệu từ relay

 Device Type: Chọn LVCB, máy cắt hạ áp

 Device ID: Chọn máy cắt nhận tín hiệu

 Action: Chọn hành động khi máy cắt nhận được tín hiệu từ relay, ở đây chọn Open, máy cắt mở ra khi nhận tín hiệu relay quá dòng

 Tab OCR

 Library: Chọn loại relay

 Manufacturer: Chọn hãng relay Ví dụ Siemens

 Model: Chọn dòng relay Ví dụ 7SJ600 có chức năng bảo vệ quá dòng và bảo

 Curve Type: Lựa chọn đặc tính (Độc lập, Phụ thuộc-dốc, rất dốc, cực dốc)

 Pickup Range: Lựa chọn khoảng dòng điện khởi động

 Pickup: Lựa chọn dòng điện khởi động

 Time Dial: Tham số TMS

 Instantaneous: Quá dòng cắt nhanh (bỏ chọn nếu không dùng)

 Pickup Range, Pickup: Tương tự quá dòng có trễ

 Delay: Thời gian trễ, muốn cắt nhanh đặt bằng 0 giây

Lưu ý bỏ chọn chức năng bảo vệ quá tải (OLR) nếu không sử dụng Trong bài thí

nghiệm không kiểm tra chức năng quá tái nên ta bỏ dấu tích tại ô Thermal và Acceleration như hình dưới

CHƯƠNG 2 HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHẦN MỀM

ETAP 2.1 Bài 1 – Phân bố dòng ngắn mạch qua máy biến áp

Sơ đồ:

2.1.1 Xây dựng mô hình tính toán ngắn mạch trên etap

1 Nhập thông số nguồn điện (Grid)

Hình 2.1 Chọn nguồn điện (Power Grid) trên ETAP

Sau khi chọn được nguồn điện (Grid), Click 2 lần vào nguồn để nhập thông số

Hình 2.2 Nhập điện áp định mức cho Grid

Hình 2.3 Nhập thông số công suất ngắn mạch của nguồn (vô cùng lớn)

2 Nhập thông số cho máy biến áp

Hình 2.4 Chọn máy biến áp 2 cuộn dây và nối vào nguồn điện (Grid)

Sau khi chọn được máy biến áp 2 cuộn dây (2-Winding Transformer), Click 2 lần vào MBA

để nhập thông số

Hình 2.5 Nhập công suất định mức và điện áp 2 đầu cuộn dây của máy biến áp

Hình 2.6 Nhập thông số điện trở và điện kháng thứ tự thuận và thứ tự không của máy biến

Hình 2.7 Nhập thông số tổ đấu dây của máy biến áp (tam giác tương ứng đấu tam giác, Y tương

ứng đấu sao, Grouding Solid tương ứng với nối đất trực tiếp)

3 Nối đường dây (Cable) vào thanh cái và nhập thông số đường dây

Click 2 lần vào phần đường dây vừa chọn để nhập thông số

Hình 2.8 Nhập chiều dài đường dây

Hình 2.9 Nhập thông số điện trở và điện kháng của đường dây (TTT và TTK)

 Nối máy biến áp 2 cuộn dây DTX1 và tải để hoàn thiện sơ đồ

Hình 2.10 Nhập thông số máy biến áp 2 cuộn dây DTX1

 Nối rơ-le, biến dòng, máy cắt và nhập thông số

Hình 2.11 Chọn máy biến dòng cho sơ đồ

Hình 2.12 Nhập thông số cho máy biến dòng điện CT

Hình 2.13 Ghép rơ-le vào dưới biến dòng

Hình 2.14 Ghép máy cát hạ áp (LVCB) vào sơ đồ

Hình 2.15 Hoàn thiện sơ đồ như hình vẽ

2.1.2 Chỉnh định cài đặt rơ le

Vào phần role chuyển sang phần OCR, vào phần Library để chọn loại role

Chọn loại role Siements và loại 7SJ601

Chọn loại đặc tính của role

 Đối với role 51

 Điều chỉnh hệ số pickup sao cho dòng Prim Amps lớn hơn dòng điện làm việc cưỡng bức của tải

 Điều chỉnh hệ số Time Dial chính là hệ số TMS của từng loại đặc tính của Curve Type

 Đối với role 50

 Cũng điều chỉnh hệ số Pick up tương tự như role 50

 Hệ số Delay để bằng 0 Tương tự với role còn lại sẽ là bảo vệ cấp trên nên hệ số Pickup và Time Dial sẽ khác

Hình 2.16 Giao diện kiểm tra phối hợp bảo vệ rơle

Điều chỉnh các thông số xong thì sẽ chọn điểm ngắn mạch để kiểm tra

2.2 Bài 2 – Phân bố dòng thứ tự không

 Sơ đồ:

2.2.1 Xây dựng mô hình tính toán ngắn mạch trên etap

 Nhập thông số nguồn điện (Grid)

Hình 2.17 Chọn nguồn điện (Power Grid) trên ETAP

Sau khi chọn được nguồn điện (Grid), Click 2 lần vào nguồn để nhập thông số

Hình 2.18 Nhập điện áp định mức cho Grid

Hình 2.19 Nhập thông số công suất ngắn mạch của nguồn (vô cùng lớn)

 Nhập thông số cho máy biến áp

Hình 2.20 Chọn máy biến áp 2 cuộn dây và nối vào nguồn điện (Grid)

Sau khi chọn được máy biến áp 2 cuộn dây (2-Winding Transformer), Click 2 lần vào MBA

để nhập thông số

Hình 2.21 Nhập công suất định mức và điện áp 2 đầu cuộn dây của máy biến áp

Hình 2.22 Nhập thông số điện trở và điện kháng thứ tự thuận và thứ tự không của máy biến

Hình 2.23 Nhập thông số tổ đấu dây của máy biến áp (tam giác tương ứng đấu tam giác, Y tương

ứng đấu sao, Grouding Solid tương ứng với nối đất trực tiếp)

 Nối đường dây (Cable) vào thanh cái và nhập thông số đường dây

Click 2 lần vào phần đường dây vừa chọn để nhập thông số

Hình 2.24 Nhập chiều dài đường dây

Hình 2.25 Nhập thông số điện trở và điện kháng của đường dây (TTT và TTK)

 Nối máy biến áp 2 cuộn dây DTX1 và tải để hoàn thiện sơ đồ

Hình 2.26 Nhập thông số máy biến áp 2 cuộn dây DTX1

 Nối rơ-le, biến dòng, máy cắt và nhập thông số

Hình 2.27 Chọn máy biến dòng cho sơ đồ

Hình 2.28 Nhập thông số cho máy biến dòng điện CT

Hình 2.29 Ghép rơ-le vào dưới biến dòng

Hình 2.30 Ghép máy cát hạ áp (LVCB) vào sơ đồ

Phần nhập thông số cho rơ-le sẽ được nhắc ở phần sau

2.2.2 Tính toán ngắn mạch trên etap

Bước 1:Chọn mục như hình dưới để tính toán ngắn mạch

Bước 2: Sau đó lựa chọn nơi để tính ngắn mạch bằng cách click chuột phải vào thanh cái muốn tính ngắn mạch và tích vào “Fault”

Bước 3: Lựa chọn dạng ngắn mạch muốn tính toán bằng cách chọn “Display Options”

Bước 4: Chọn Run LG, LL, LLG, 3-phases fault

Bước 5: In báo cáo tính toán ngắn mạch (Chọn Report Manager

CompleteChọn định dạng báo cáo muốn in (PDF, Word, )OK)

2.3 Bài 3 – Bảo vệ khoảng cách

Sơ đồ này tương tự với sơ đồ của bài 2 trừ thành phần đường dây (Line 6) Thành phần Line 6 được chia làm 5 đoạn dây với thông số 5 đoạn dây giống nhau

Ta có: Thông số của một đoạn dây trong Line 6

Để dễ dàng và tiết kiệm thời gian hơn ta có thể nhập thông số cho

một đường dây và copy thông số sang đường dây khác

2.3.1 Xây dựng mô hình tính toán ngắn mạch

Bước 1: Chọn mục như hình dưới để tính toán ngắn mạch

Bước 2: Sau đó lựa chọn nơi để tính ngắn mạch bằng cách click chuột phải vào thanh cái muốn tính ngắn mạch và tích vào “fault”

Bước 3: Lựa chọn dạng ngắn mạch muốn tính toán bằng cách chọn “Display Options”

Bước 4: Chọn Run LG, LL, LLG, 3-phases fault

Bước 5: In báo cáo tính toán ngắn mạch (Chọn Report Manager

CompleteChọn định dạng báo cáo muốn in (PDF, Word, )OK)

2.3.2 Chỉnh định cài đặt rơ-le bảo vệ khoảng cách

 Nhập thông số rơ-le:

 Trước hết ta nhập tỷ số biến dòng là 20/1 (A)

 Sau đó ta liên kết rơ-le để gửi tín hiệu tới máy cắt hạ áp CB1 (Chọn Output Chọn Add ở mục Output Chọn Add ở mục interlock Đổi HVCB sang LVCB rồi chọn CB1)

 Sau đó lựa chọn rơ-le của một hãng nào đó có chức năng khoảng cách (VD: chọn rơ-le 7SA61 của Siemens)

 Cách nhập thông số của rơ-le

 Cài đặt thông số bảo vệ 3 vùng (Distance Zones Quad) tương ứng Zone 1: 80%, Zone 2: 150%, Zone 3: 220%

 Sau đó chọn StarZ – Protection & Coordination để kiểm tra bảo vệ rơ-

le

 Sau đó chọn Edit Case Study để lựa chọn nơi xảy ra sự cố

 Sau đó chọn OK

 Tiếp theo, muốn kiểm tra bảo vệ rơ le Chọn Run StarZ Study

 Muốn xem đặc tính cắt của rơ-le, chọn Create StarZ View