Nghiên cứu hiện tượng ngắn mạch trên lưới điện 22kV Thành Phố Đà Nẵng

NỘI DUNG THUYẾT MINH THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÀ NẴNG CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ BẢO VỆ RƠ LE CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

3 Tên đề tài: Nghiên cứu hiện tượng ngắn mạch trên lưới điện 22kV Thành Phố Đà Nẵng

4 Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG Học hàm/Học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét đánh giá đồ án tốt nghiệp

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)

2 Về kết quả giải quyết nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)

4 Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp hoặc nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa là 1đ)

IV Đánh giá

1 Điểm đánh giá: /10 (lấy đến 1 số lẽ thập phân)

2 Đề nghị:  Được bảo vệ đồ án  Bổ sung để bảo vệ  Không được bảo vệ

Đà nẵng, ngày tháng năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

TS NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

3 Tên đề tài: Nghiên cứu hiện tượng ngắn mạch trên lưới điện 22kV Thành Phố Đà Nẵng

II Nhận xét đánh giá đồ án tốt nghiệp

TT Các tiêu chí đánh giá tối đa Điểm đánh giá Điểm

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết

1a

- Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới so với

các ĐATN trước đây)

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng thực

tiễn

15

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức cơ

bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu

- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ, chương

trình, mô hình,…)

50

1c

- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng dụng trong

vấn đề nghiên cứu;

- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng dụng

trong vấn đề nghiên cứu;

- Có kỹ năng làm việc nhóm;

15

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 5

3 Tổng điểm đánh giá theo thang 100:

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Các tồn tại, thiếu sốt cần bổ sung, chỉnh sữa:

- Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:

- Đề nghị:  Được bảo vệ đồ án  Bổ sung để bảo vệ  Không được bảo vệ

Đà nẵng, ngày tháng năm 2019

Giáo viên phản biện

GS.TS LÊ KIM HÙNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

3 Tên đề tài: Nghiên cứu hiện tượng ngắn mạch trên lưới điện 22kV Thành Phố Đà Nẵng

4 Hướng dẫn tại đơn vị: VÕ VĂN PHƯƠNG

II Nhận xét đánh giá đồ án tốt nghiệp

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)

2 Về kết quả giải quyết nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)

4 Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp hoặc nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa là 1đ)

IV Đánh giá

1 Điểm đánh giá: /10 (lấy đến 1 số lẽ thập phân)

2 Đề nghị:  Được bảo vệ đồ án  Bổ sung để bảo vệ  Không được bảo vệ

Đà nẵng, ngày tháng năm 2019

Hướng dẫn tại đơn vị

VÕ VĂN PHƯƠNG

ĐÀ NẴNG

Họ và tên: NGUYỄN NHẬT CƯỜNG Lớp : 14D3

Ngành : Hệ thống điện

I NỘI DUNG THUYẾT MINH THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÀ NẴNG

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ BẢO VỆ RƠ LE

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV

ĐÀ NẴNG

II GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG

III HƯỚNG DẪN TẠI ĐƠN VỊ : VÕ VĂN PHƯƠNG

IV NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 24/ 02/ 2019

V NGÀY HOÀN THÀNH : Ngày 30/ 05/ 2019

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành điện là một ngành luôn phải đi tiên phong trong quá trình phát triển kinh

tế của mọi quốc gia Do đó ngành điện luôn gặp phải những khó khăn, đặc biệt do luôn phải đi trước đón đầu để tạo tiền đề phục vụ cho các ngành kinh tế nói riêng và nền kinh tế nói chung Một trong những vấn đề của ngành điện là ngoài việc cung cấp điện

an toàn, ổn định, liên tục để phục vụ mục đích kinh tế, chính trị của quốc gia, ngành điện còn phải đảm bảo doanh thu để đảm bảo cuộc sống cho cán bộ công nhân viên ngành điện và đầu tư phát triển Ngoài việc đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật, ngành điện cần phải tính toán cân đối ngân sách thu chi và đầu tư vào các dự án sao cho đảm bảo tốt các mục tiêu đề ra Với một khoảng thời gian làm đồ án ngắn và do kiến thức còn hạn chế của em, bản báo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được các thầy cô giáo nhận xét và góp ý để em hoàn thiện tốt hơn báo cáo thực tập

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy Nguyễn Hồng Việt Phương và các cô chú, anh chị Phòng Điều Độ - Công ty TNHH MTV Điện Lực Đà Nẵng đã giúp đỡ và cung cấp các số liệu để em hoàn thành tốt nội dung đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập tại trường, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng đã trang bị cho chúng em những kiến thức hết sức quý báu

Em xin chân thành cảm ơn các cô chú, anh chị tại Phòng Điều Độ - Công ty TNHH MTV Điện Lực Đà Nẵng đặc biệt là anh HOÀNG ĐĂNG NAM - HUỲNH KIM SƠN - VÕ VĂN PHƯƠNG, các thầy trong bộ môn Hệ Thống Điện đặc biệt là thầy giáo TS NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ

em hoàn thành đề tài này

Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy Cô và các anh chị tại Phòng Điều Độ - Công ty TNHH MTV Điện Lực Đà Nẵng sức khỏe, em xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: NGUYỄN NHẬT CƯỜNG xin cam đoan:

Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên cơ sở các

số liệu thực tế và được thực hiện theo sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng nhóm tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào

Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo từ danh mục tài liệu tham khảo

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Đà nẵng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NHẬT CƯỜNG

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÀ NẴNG 3

1.1 Giới thiệu chung về thành phố Đà Nẵng 3

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 3

1.1.2 Tình hình kinh tế xã hội 3

1.2 Giới thiệu về Hệ Thống Điện Đà Nẵng 4

1.2.1 Giới thiệu chung 4

1.2.2 Chế độ vận hành của lưới phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng 5

1.3 Tình hình ngắn mạch và bảo vệ rơ le lưới điện Đà Nẵng 5

1.3.1 Tình hình ngắn mạch lưới điện Đà Nẵng 5

1.3.2 Bảo vệ rơ le lưới điện Đà Nẵng 7

1.4 Kết luận 8

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ BẢO VỆ RƠ LE 10

2.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT và mô phỏng 10

2.1.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT 10

2.1.2 Mô phỏng 12

2.2 Tính toán ngắn mạch 13

2.2.1 Lý thuyết bài toán ngắn mạch 13

2.2.2 Phương pháp tính toán ngắn mạch của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 18

2.3 Giới thiệu về một số bảo vệ chính trong lưới phân phối 22kV Đà Nẵng 21

2.3.1 Rơle SEL 751 21

2.3.2 Các loại Recloser và tủ điều khiển 23

2.4 Các chức năng về bảo vệ rơ le trên đường dây trung áp 33

2.4.1 Các dạng sự cố và bảo vệ của đường dây tải điện 33

2.4.2 Các loại bảo vệ chuyên dùng để bảo vệ đường dây 33

2.5 Kết luận 39

CHƯƠNG III: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO XUẤT TUYẾN 476-E14 CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV ĐÀ NẴNG 40

3.1 Giới thiệu về xuất tuyến 476-E14 của lưới điện phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng 40

3.1.1 Tổng quan 40

3.1.2 Quy mô đường dây 40

3.1.3 Các thiết bị bảo vệ trên xuất tuyến 476-E14 40

3.2 Tính toán ngắn mạch cho xuất tuyến 476-E14 41

3.3 Tính toán các loại bảo vệ cho đường dây 42

3.3.1 Phân loại các trường hợp đứt dây dẫn ở lưới điện phân phối trung áp 42

3.3.2 Các nguyên lý hiện đại dùng trong chức năng bảo vệ đứt dây dẫn trở kháng cao 43

3.3.4 Chức năng quá dòng thứ tự nghịch I 2 45

3.3.5 Phần trăm tỉ số giữa dòng thứ tự nghịch và thứ tự thuận (I 2 /I 1 %) 52

3.3.6 Chức năng bảo vệ quá dòng chạm đất 50/51N 60

3.3.7 Chức năng bảo vệ quá dòng cực đại (51) và bảo vệ cắt nhanh (50) 69

3.4 Kết luận 78

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch 6

2.2 Giá trị ước lượng của đất và dây trung tính k0 18

3.1 Dòng điện làm việc cực đại các máy cắt trên xuất tuyến

3.2 Chương trình tính toán dòng TTT, TTN và TTK 47 3.3 Kiểm tra độ lệch dòng tải của MC476-E14 48 3.4 Kiểm tra độ lệch dòng tải của Recloser 473-Lê Tấn Trung 49 3.5 Kiểm tra độ lệch dòng tải của Recloser 472-Hồ Nước Xanh 50 3.6 Kiểm tra độ lệch dòng tải của Recloser 475-Bãi Bắc 51 3.7 Tổng kết giá trị cài đặt bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch I2 52 3.8 Giá trị của dòng thứ tự nghịch ở các điều kiện tải khác nhau 52

3.12 Các hằng số tính toán theo tiêu chuẩn loại đường cong 62 3.13 Tổng kết giá trị cài đặt dòng thứ tự không I0 68 3.14 Tổng kết giá trị cài đặt bảo vệ quá dòng 50-51 77 3.15 Phiếu chỉnh định rơle máy cắt 476-E14 - 476E14 79 3.16 Phiếu chỉnh định rơle Recloser 473-Lê Tấn Trung - 476E14 81 3.17 Phiếu chỉnh định rơle Recloser 472-Hồ Nước Xanh - 476E14 83 3.18 Phiếu chỉnh định rơle Recloser 475-Bãi Bắc - 476E14 84 3.19 Tổng kết giá trị cài đặt dòng điện cho rơ le 86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2.7 Tổng trở tương đương Thevenin quy từ nút đến hệ thống 20

2.12 Màng hình LED thể hiện tình trạng làm việc của Recloser 27

3.1 Biểu đồ phân bố dòng ngắn mạch trên xuất tuyến 476-E14 41 3.2 Đứt dây về phía nguồn với trở kháng thấp 42 3.3 Đứt dây về phía nguồn với trở kháng cao 43

3.6 Biểu đồ thời gian và dòng điện của bảo vệ quá dòng TTN I2 51 3.7a MC 476-E14 làm việc tương ứng 25% dòng làm việc max 54

3.7b MC 476-E14 làm việc tương ứng 50% dòng làm việc max 54

3.7c MC 476-E14 làm việc tương ứng 75% dòng làm việc max 55

3.7d MC 476-E14 làm việc tương ứng 100% dòng làm việc max 55

3.8a MC 473-Lê Tấn Trung làm việc tương ứng 25% dòng làm

3.8b MC 473-Lê Tấn Trung làm việc tương ứng 50% dòng làm

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU & CHỮ VIẾT TẮT

PSS/ADEPT The Power System Simulator / Advanced Distribution

Engineering Productivity Tool PSS/E Power System Simulator for Engineering

gia Hoa Kỳ SCADA Supervisory Control And Data Acquistion: Hệ thống giám sát,

điều khiển và thu thập dữ liệu FCO Fuse Cut Out: Cầu chì tự rơi

AV-240 Dây nhôm bọc cách điện có tiết diện 240mm

XLPE Cáp ngầm có lớp cách điện giữa các pha của cáp là chất cách điện

XLPE

M-300 Dây cáp có tiết diện 300mm

A-75 Dây nhôm trần xoắn, tiết diện là 75mm

MBA Máy biến áp

XT Xuất tuyến

TBA Trạm biến áp

EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay, việc nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa đang được phổ biến rộng rãi trong hầu hết các ngành sản xuất Ngành điện là một ngành luôn phải đi tiên phong trong quá trình phát triển kinh tế của mọi quốc gia Do đó ngành điện luôn gặp phải những khó khăn, đặc biệt do luôn phải

đi trước đón đầu để tạo tiền đề phục vụ cho các ngành kinh tế nói riêng và nền kinh tế nói chung Một trong những vấn đề của ngành điện là ngoài việc cung cấp điện an toàn, ổn định, liên tục để phục vụ mục đích kinh tế, chính trị của quốc gia và các hộ tiêu thụ Do sự đòi hỏi cao về chất lượng điện năng và đảm an toàn cho con người nên việc ứng dụng những thành tựu về tự động hóa trong ngành điện nói chung và lưới điện phân phối nói riêng càng phải được chú trọng, trong đó các sự cố đứt dây gây nguy hiểm cho con người trong năm vừa qua là vấn đề nóng mà toàn xã hội quan tâm

vì vậy ngành điện cần chú ý triển khai biện pháp khắc phục và đó cũng là lý do mà nhóm sinh viên chúng em chọn đề tài bảo vệ đứt dây dẫn của lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng làm đề tài báo cáo tốt nghiệp Việc áp dụng biện pháp này vào hệ thống điện sẽ đem lại hiệu quả rất cao, nâng cao tính an toàn cho con người Việc nghiên cứu ứng dụng bảo vệ đứt dây vào lưới điện phân phối là thiết thực và là nhu cầu tất yếu cho việc vận hành, phát triển hệ thống lưới điện Việt Nam nói chung và lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng nói riêng trong thời kì mới

Thành phố Đà Nẵng là thành phố lớn nhất miền Trung, lưới điện thành phố Đà Nẵng phát triển nhanh, số xuất tuyến ngày càng được mở rộng, số lượng phụ tải và công suất phụ tải ngày càng lớn, các trạm biến áp ngày càng nhiều vì vậy mà công tác giám sát, vận hành lưới điện phân phối và an toàn cho con người sẽ được đảm bảo độ tin cậy an toàn hơn khi có rơ le bảo vệ đứt dây

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là cài đặt bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch và cài đặt ứng dụng bảo vệ rơ le đứt dây vào lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng Nhằm đảm bảo tính

an toàn cho con người khi xảy ra hiện tượng đứt dây, đáp ứng tốt các yêu cầu, mục đích, cũng như nâng cao hiệu quả an toàn, vận hành và để điều độ điện lực có khả năng đảm bảo trách nhiệm, khối lượng và chất lượng trong công tác v.v

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Phần mềm PSS/ Adept

- Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

- Bảo vệ đứt dây dẫn %I2/I1

- Phối hợp chỉnh định bảo vệ rơ le

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:

 Sử dụng phần mềm PSS/Adept để tính toán về xuất tuyến khảo sát

 Áp dụng các đặc tính của rơ le để phối hợp chỉnh định bảo vệ rơ le

4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận đề tài

Thu thập tài liệu lý thuyết liên quan đến đề tài Sử dụng phần mềm tính toán và phân tích kết quả thu được Thông qua các số liệu tính toán áp dụng để phối hợp chỉnh

định bảo vệ rơ le

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với phần mềm để giải quyết vấn đề

5 Giới hạn về đề tài nghiên cứu

Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường Trong hệ thống có các dạng ngắn mạch 3 pha, 2 pha, 1 pha và 2 pha chạm đất Trên thực tế trong lưới điện phân phối nói chung và lưới điện 22kV Thành phố Đà Nẵng nói riêng thì chủ yếu xảy

ra ngắn mạch 1 pha Phương pháp phát hiện truyền thống là sử dụng bảo vệ quá dòng thứ tự không ( F50/51N), nhưng phương pháp này có rất nhiều điểm hạn chế Điển hình là khi ngắn mạch qua tổng trở cao bảo vệ có thể không tác động nhưng vẫn gây nguy hiểm đến tính mạng của con người Đó là vấn đề nóng mà ngành điện cần triển khai biện pháp khắc phục để đảm bảo tính an toàn cho con người Chính vì vậy đề tài của chúng em sẽ nghiên cứu về hiện ngắn mạch thông qua trở kháng cao trên một xuất tuyến của lưới điện 22kV Thành phố Đà Nẵng và các biện pháp khắc phục để đảm bảo

an toàn cho con người khi xảy ra sự cố

6 Bố cục của đề tài

Chương I: Giới thiệu tổng quan về hệ thống điện Đà Nẵng

Chương II: Tính toán ngắn mạch và bảo vệ rơ le

Chương III: Áp dụng tính toán cho xuất tuyến 476-E14 của lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÀ NẴNG

1.1 Giới thiệu chung về thành phố Đà Nẵng

1.1.1 Điều kiện tự nhiên

Khí hậu của thành phố Đà Nẵng hình thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô

- Mùa khô từ tháng 4 đến tháng 9, ngày nóng đêm mát, gió thịnh hành là gió Đông, lượng hơi nước bốc hơi nhiều, quang mây Mùa khô mực nước các dòng sông xuống thấp, nước mặn thường thâm nhập vào thềm lục địa, gây nhiễm mặn cho các nguồn nước khu vực

- Mùa mưa từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, khí hậu mát mẻ, gió thịnh hành

là gió Bắc, Tây - Bắc, mưa nhiều và thường có bão, lũ lụt thường xảy ra vào tháng 10)

Do địa lý và đặc điểm địa hình bán sơn địa, phía Bắc có đèo Hải Vân và bán đảo Sơn Trà vươn ra biển, hình thành vịnh Đà Nẵng được che chắn, ít chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc Biên độ dao động nhiệt độ giữa các tháng liên tiếp trong năm

và các ngày không lớn: khoảng 3oC đến 5oC

1.1.2 Tình hình kinh tế xã hội

Đà Nẵng, thành phố lớn nhất miền Trung Việt Nam và lớn thứ tư Việt Nam, là thành phố trực thuộc Trung ương kể từ tháng 4 năm 1997, diện tích 1280𝑘𝑚2 và 1,1 triệu dân Thành phố bao gồm 6 quận (Hải Châu, Thanh Khê, Liên Chiểu, Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn và Cẩm Lệ) và 1 huyện (Hòa Vang) Về hệ thống hạ tầng cơ sở: Đà Nẵng có Cảng Hàng Không quốc tế, cảng biển, các khu Công nghiệp (Hòa Khánh, Liên Chiểu…), khu Chế xuất (An Đồn), khu Du lịch (Non Nước, Bà Nà…) Thành phố hiện đang được đầu tư nhiều trong việc phát triển cơ sở hạ tầng như nâng cấp sân bay, mở rộng và nâng cấp Cảng, phát triển các khu Công nghiệp, chỉnh trang và mở thêm nhiều tuyến đường, xây dựng một số cầu, xây dựng nhiều khu dân cư mới…nhằm chỉnh trang đô thị, thu hút đầu tư trong và ngoài nước

Vừa qua, chính phủ đã phê duyệt điều chỉnh quy hoạch chung cho TP Đà Nẵng đến năm 2030 Theo đó, Đà Nẵng được xác định là đô thị trung tâm cấp quốc gia và trung tâm vùng kình tế trọng điểm của Miền Trung với chức năng: trung tâm kinh tế (cảng, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, du lịch, tài chính, ngân hàng), đầu mối giao thông, giao lưu trong nước, quốc tế, đồng thời là trung tâm văn hóa, thể dục thể thao, giáo dục - đào tạo, khoa học kỹ thuật và công nghệ: có vị trí chiến lược quan trọng về quốc phòng an ninh khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và cả nước

Về phát triển hệ thống điện: toàn bộ các quận, huyện (đến cả các phường, xã) đều có lưới điện phân phối, đang được cải tạo nâng cấp và làm mới bằng các nguồn vốn trong nước và nước ngoài để tạo một cơ sở hạ tầng hiện đại để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của thành phố trong tương lai

1.2 Giới thiệu về Hệ Thống Điện Đà Nẵng

1.2.1 Giới thiệu chung

Thành phố Đà Nẵng nhận điện từ Trạm biến áp 500kV Đà Nẵng (E51) qua 12 Trạm biến áp 110, 220 kV (Hòa Khánh 220, Hòa Khánh 2, Liên Chiểu, Xuân Hà, Liên Trì, Cầu Đỏ, Ngũ Hành Sơn 220, An Đồn, Hoà Liên, Hòa Xuân, Ngũ Hành Sơn 110, hầm Hải Vân) với tổng công suất đặt là 1096 MVA và 75 xuất tuyến 22kV (đang vận

hành) phân bố trải đều trên địa bàn

- Các trạm biến áp 220-110kV Hòa Khánh 220 (E9), 110kV Hòa Khánh 2 và 110kV Liên Chiểu (Elc): cấp điện khu vực quận Liên Chiểu, huyện Hòa Vang, các khu công nghiệp Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng, Liên Chiểu, khu công nghệ cao, các khu du lịch Bà Nà, Xuân Thiều

- Các trạm biến áp 110kV Xuân Hà (E10) và Liên Trì (E11): cấp điện khu vực trung tâm thành phố như quận Hải Châu, Thanh Khê, các bệnh viện lớn như Bệnh viện Đà Nẵng, bệnh viện C, C17, Hoàn Mỹ, các Trung tâm hành chính, sở ban ngành của Thành phố

- Trạm biến áp 110kV Cầu Đỏ (E12), Hòa Xuân: cấp điện khu vực huyện Hòa Vang, quận Cẩm Lệ, khu công nghiệp Hòa Cầm, các nhà máy nước Cầu Đỏ, Sân bay, bơm phòng mặn An Trạch

- Các trạm biến áp 220kV Ngũ Hành Sơn (E13), 110kV An Đồn (E14), Ngũ Hành Sơn 110: cấp điện khu vực quận Ngũ Hành Sơn, Sơn Trà, các khu du lịch dọc đường Hoàng Sa - Trường Sa, bán đảo Sơn Trà, cảng Tiên Sa, khu công nghiệp An Đồn và dịch vụ thủy sản Thọ Quang

- TBA 110kV Hòa Liên: cấp điện cho Khu Công Nghệ Cao và một số phụ tải thuộc các xã Hòa Liên, Hòa Bắc

- TBA 110kV Hầm Hải Vân (tài sản khách hàng): cấp điện cho Hầm Hải Vân

Tổng công suất tải cực đại Pmax năm 2018 đạt 540MW, sản lượng ngày cực đại Amax đạt 11,2 triệu kWh Phụ tải đỉnh hệ thống diễn ra vào lúc 18g00 đến 21g00 hàng ngày

1.2.2 Chế độ vận hành của lưới phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng

Lưới điện phân phối Thành phố Đà Nẵng cũng có các đặc điểm chung của lưới điện phân phối: phân bố trên diện rộng, mạng lưới chằng chịt, nhiều nhánh rẽ Trước đây, lưới phân phối thành phố cũng tồn tại nhiều cấp điện áp như 6, 15, 22, 35kV nhưng qua thời gian cải tạo theo quy hoạch đến cuối năm 2012 chỉ còn một cấp điện

áp 22kV

Cấu trúc của lưới phân phối 22kV trên địa bàn thành phố Đà Nẵng là 3 pha 3 dây, trung tính nối đất trực tiếp tại đầu nguồn - phía 22kV của máy biến áp 110/22kV, chế độ vận hành bình thường là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các xuất tuyến 22kV liên lạc với nhau tại các điểm mở bằng dao cách ly, dao cách ly có tải hoặc recloser tạo nên cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở, chủ yếu để phục vụ chuyển tải cấp điện khi cắt điện công tác hoặc xử lý

sự cố Công ty cũng đã đưa vào vận hành dự án thí điểm tự động hóa lưới điện phân phối với chức năng chính là tự động xác định và cô lập vị trí sự cố, khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải không bị ảnh hưởng

Hầu hết lưới điện có cấu trúc mạch vòng vận hành hở, một số khu vực ít dân cư chủ yếu là mạng hình tia

1.3 Tình hình ngắn mạch và bảo vệ rơ le lưới điện Đà Nẵng

Trong hệ thống có trung tính cách điện với đất hay nối đất qua tổng trở lớn, hiện tượng chạm chập 1 pha với đất được gọi là chạm đất Dòng chạm đất chủ yếu là

do điện dung giữa các pha so với đất Như vậy, trong hệ thống này chỉ có các dạng ngắn mạch 3 pha và 2 pha

Ngoài ra còn có các dạng ngắn mạch: ngắn mạch gián tiếp, ngắn mạch trực tiếp, ngắn mạch đối xứng, ngắn mạch không đối xứng và sự cố phức tạp

Ví dụ: đứt dây kèm theo chạm đất, chạm đất 2 pha tại hai điểm khác nhau trong

hệ thống có trung tính cách đất

Trên bảng 1.1 là số liệu thống kê về xác suất xảy ra các dạng ngắn mạch khác nhau trong hệ thống điện có trung tính nối đất trực tiếp

Bảng 1.1: Kí hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch

Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ước Kí hiệu Xác suất xảy ra %

Hậu quả là tùy thuộc vào vị trí và thời gian kéo dài của ngắn mạch mà hậu quả của nó có tính chất cục bộ hoặc có ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống như sau:

 Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần do dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất

 Gây mất ổn định: khi không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả nghiêm trọng nhất

Đối với lưới điện Đà Nẵng nói chung và lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng nói riêng có dòng ngắn mạch rất lớn lên đến 25kA (bởi vì lưới điện gần trạm 500kV, tổng trở Z nhỏ và lưới trung tính nối đất) thường rất nguy hiểm và có thể đứt dây gây nguy hiểm đến tính mạng của con người Để giải quyết vấn đề trên nhóm em đã xem xét và nghiên cứu về rơ le bảo vệ đứt dây đối với lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng nhằm đảm bảo an toàn cho con người khi xảy ra sự cố

1.3.2 Bảo vệ rơ le lưới điện Đà Nẵng

Khi thiết kế vận hành bất kì hệ thống điện nào, chúng ta đều mong muốn hệ thống điện đó được vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế nhất Một hệ thống điện thường rộng lớn về quy mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau

từ phần kháng điện, truyền tải và phân phối điện năng Do đó, trong bất cứ hệ thống điện nào cũng có thể phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường đối với các phần tử trong hệ thống điện đó Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng hay các sự cố rất đa dạng: như giông bão, động đất và lũ lụt, sai sót trong tính toán thiết kế trong công tác vận hành và các yếu tố khác như là già cõi cách điện, thiết bị quá cũ, tình trạng bất thường của hệ thống điện

Ngoài các loại ngắn mạch trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường Phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, lúc đó dòng điện tăng làm tăng nhiệt độ của các phần tử dẫn điện Nếu tình trạng quá tải kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng quá giới hạn cho phép dẫn đến các sự cố nguy hiểm gây ra ngắn mạch

Do đó, nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơ le phát hiện và nhanh chóng loại trừ các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố Ngoài ra, thiết bị bảo vệ còn ghi nhận và phát hiện các tình trạng làm việc không bình thường của phần tử trong hệ thống điện

Ngày nay lưới điện Việt Nam nói chung và lưới điện thành phố Đà Nẵng nói riêng đang dần dần đưa vào vận hành tự động hóa không người trực nên thiết bị bảo vệ

rơ le ngày càng được sử dụng rộng rãi và đặc biệt quan trọng trong quá trình tự động hóa khi đó thiết bị bảo vệ rơ le ngày càng phát triển và đa chủng loại, lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng cũng không ngoại lệ đã đang sủ dụng các loại rơ le như Sel-751, Recloser (F6-S280-70-4, NOJA-5002-08, ADVC)

Trong các năm gần đây thường xuyên xảy ra các sự cố đứt dây dẫn điện điển hình như các vụ xảy ra sau đây:

 Trong cơn mưa lớn lúc

15h30 (13/10/2018) đã

khiến một số dây điện

nằm trong lưới điện

trung thế phía trước

cố đứt dây dẫn trong lưới điện phân phối 22kV Chính vì vậy nhóm em đã chọn đề tài bảo vệ rơ le đứt dây trong lưới điện phân phối 22kV để làm nội dung nghiên cứu đề tài tốt nghiệp để đảm bảo cho vận hành lưới điện được tin cậy và an toàn cho con người

1.4 Kết luận

Lưới điện Đà Nẵng nói chung và lưới điện phân phối 22kV nói riêng với một mạng lưới phức tạp sau nhiều lần cải tạo và nâng cấp sẽ là một lưới điện có nhiều điểm liên lạc hoặc phân đoạn với các thiết bị đóng cắt có thể được giám sát và điều khiển từ

xa hoặc tại chỗ

Qua những vấn đề được đề cập ở trên ta nhận thấy rằng, lưới điện Đà Nẵng vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho thành phố Tuy nhiên điều độ điện lực phải đối mặt với những vấn đề liên quan đến tình trạng dòng ngắn mạch xảy ra trong lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng Nhằm nâng cao chất lượng điện năng và độ an toàn cung cấp điện cũng như an toàn cho con người, chính vì vậy Phòng điều độ Đà Nẵng đã triển khai kế hoạch cho nhóm sinh viên chúng em về nghiên cứu thiết kế rơ le bảo vệ đứt dây cho lưới điện phân phối 22kV khi xảy ra sự cố trên mạng lưới Dự án này giúp phát hiện và xử lý nhanh sự cố cũng như việc đảm bảo an toàn tính mạng con người được cải thiện

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ BẢO VỆ RƠ LE

2.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT và mô phỏng

Lưới điện phân phối và truyền tải không ngừng phát triển mở rộng về quy mô cũng như phức tạp Theo đó, các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng Thiết bị trên lưới điện phân phối hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lặp đi lặp lại nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị

tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và xử lý thông tin Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dụng chúng ta có thể ngăn chặn trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện Những thành tựu mới về công nghệ thông tin như về khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, đã cung cấp những phương tiện và công cụ mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng

Để đáp ứng kịp thời các yêu cầu trên, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã chỉ đạo

áp dụng thí điểm phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lưới điện theo địa bàn do các đơn vị trực thuộc quản lý

2.1.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT

Phần mềm PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm mới nhất trong họ phần mềm PSS của hãng Shaw Power Technologies, Inc được sử dụng rất phổ biến Mỗi phiên bản tùy theo yêu cầu người dùng kèm theo khóa cứng dùng chạy trên máy đơn hay máy mạng Với phiên bản chạy trên máy đơn và khóa cứng kèm theo, chỉ chạy trên một máy tính duy nhất

Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích

sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn Điều này, nhằm giúp Công ty Điện lực từng bước hệ thống hoá, chuẩn hoá kiến thức áp dụng tính toán về điện trong các hoạt động của Công ty nhất là công tác quản lý kỹ thuật vận hành lưới điện Ưu tiên là các bài toán: phân bố công suất trên lưới, ngắn mạch, bù công suất phản kháng, độ tin cậy, là các vấn đề mà các đơn vị cần giải quyết hàng ngày, thậm chí hàng giờ Các Công ty Điện lực cần triển

khai công tác đào tạo đến mức độ chi tiết về sử dụng phần mềm tính toán kỹ thuật điện chuyên ngành như PSS/U, PSS/ADEPT, PSS/E, để các đơn vị trực thuộc sử dụng thành thạo các chương trình này

a Chức năng

 Các chức năng ứng dụng:

PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ (Tools) cho chúng ta trong việc thiết

kế và phân tích một luới điện cụ thể Với PSS/ADEPT, chúng ta có thể:

 Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa

 Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút

 Hiển thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

 Xuất kết quả dưới dạng report sau khi phân tích và tính toán

 Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua data sheet của mỗi thiết bị trên

sơ đồ

 Các phân hệ của PSS/ADEPT:

Nhiều module tính toán trong hệ thống điện không được đóng gói sẵn trong phần mềm PSS/ADEPT, nhưng chúng ta có thể mua từ nhà sản xuất từng module sau khi cài đặt chương trình Các module bao gồm:

 Bài toán tính phân bố công suất (Load Flow – module có sẵn): phân tích và tính toán điện áp, dòng điện, công suất trên từng nhánh và từng phụ tải cụ thể

 Bài toán tính ngắn mạch (All Fault- module có sẵn): tính toán ngắn mạch tại tất

cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha

và 3 pha

 Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) phân tích điểm dừng tối ưu: tìm

ra những điểm có tổn hao công suất nhỏ nhất trên lưới và đó chính là điểm dừng lưới trong mạng vòng 3 pha

 Bài toán CAPO (Optimal Capacitor Placement) đặt tụ bù tối ưu: tìm ra những điểm tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho tổn thất công suất trên lưới là nhỏ nhất

 Bài toán tính toán các thông số của đường dây (Line Properties Culculator): tính toán các thông số của đường dây truyền tải

 Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and Coordination)

 Bài toán phân tích sóng hài (Hamornics): phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới

 Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới điện (Distribution Reliability Analysis): tính toán các thông số độ tin cậy trên lưới điện như SAIFI (System Average Interruption Frequency Index: số lần mất điện kéo dài của 1 khách hàng trong 1 năm), SAIDI (System Average Interruption Duration Index: thời gian mất điện của khách hàng kéo dài trong 1 năm), CAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index: chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm), CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index: chỉ số này thể hiện thời gian trung bình cần để phục hồi cung cấp điện cho khách hàng trong một lần mất điện (vĩnh cửu))

b Các cửa sổ View

Cửa sổ ứng dụng View bao gồm 4 cửa sổ chính:

 Diagram View (luôn luôn xuất hiện)

 Equipment List View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn)

 Progress View (chúng ta có thể ẩn đi)

 Report Preview (xuất hiện khi chúng ta thực hiện report)

2.1.2 Mô phỏng

Hình 2.1: Mô phỏng PSS/ADEPT

Tính toán ngắn mạch sẽ sử dụng trạng thái hệ thống trước khi sự cố xuất hiện Khi không có sự cố, dòng tải sẽ được tìm và điện áp tại các nút trước sự cố được tính

Đối với tải tĩnh thì được quy đổi thành kháng trở không đổi tính theo công suất

và điện áp tại nút mà tải được nối

Máy phát được nối nguồn điện áp nối tiếp một kháng trở, độ lớn và góc của nguồn được xác định từ lời giải dòng tải Sau đây trình bày phần lý thuyết bài toán ngắn mạch

2.2.1 Lý thuyết bài toán ngắn mạch

a Phương pháp đơn vị tương đối

Xét phương trình đơn giản giữa điện áp, dòng điện và tổng trở:

E, I, Z được tính theo đơn vị Vôn, Ampe và Ohm Chia cả 2 vế của phương trình trên cho cùng một số do đó sự cân bằng không bị phá vỡ, gọi số này là điện áp cơ bản Ecb:

Cuối cùng, các đại lượng trong đơn vị tương đối được xác định như sau:

 Tính toán trong hệ thống điện một pha:

Đối với hệ thống điện 1 pha hay hệ thống điện 3 pha, dòng điện pha, điện áp pha và công suất mỗi pha được tính như sau:

𝑆𝑐𝑏 = 𝑘𝑉𝐴𝑐𝑏: Công suất cơ bản mỗi pha hoặc công suất cơ bản 1 pha

𝐸𝑐𝑏: Điện áp pha cơ bản, điện áp 1 pha, tính bằng kV

 Tính toán trong hệ thống điện 3 pha:

𝑆𝑐𝑏 = 𝑘𝑉𝐴𝑐𝑏: Công suất cơ bản 3 pha kVA

𝐸𝑐𝑏: Điện áp dây cơ bản, tính bằng kV

b Tổng trở tương đương Thevenin

Hình 2.2: Mạch tương đương Thevenin

𝑉𝑖𝑓 = 𝑉𝑖0− 𝑍𝑖𝑟𝐼𝑓 (𝑖 = 1,2, … , 𝑛) (2.16)

c Sự cố không đối xứng

 Tổng trở thứ tự và mạng thay thế của đường dây

Hình 2.3: Mạng thứ tự của đường dây

𝑍1 = 𝑗(𝑋𝑠 − 𝑋𝑚) (2.17)

Trong đó:

 𝑋𝑠: Điện kháng thứ tự thuận của đường dây

 𝑋𝑚: Điện kháng tương hỗ của cặp dây dẫn

Giả sử đường dây có hoán vị:

 Kháng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch bằng nhau

 Kháng trở thứ tự không lớn hơn so với thứ tự thuận và thứ tự nghịch

d Xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện

Người ta sử dụng mạng thứ tự của những phần tử riêng biệt hệ thống điện khác nhau như động cơ đồng bộ, máy biến áp, đường dây, từ đó xây dựng mạng thứ tự của

hệ thống điện một cách dễ dàng Bắt đầu với mạng thứ tự thuận được xây dựng từ sơ

đồ đơn tuyến của hệ thống Từ mạng thứ tự thuận suy ra mạng thứ tự nghịch dễ dàng

Từ mạng thứ tự không của các phần tử trong hệ thống điện có thể dễ dàng kết hợp với nhau để hoàn thành sơ đồ mạng thứ tự không của hệ thống Bất kỳ tổng trở nối trung tính nào gồm cả máy phát, máy biến áp có trung tính đều bằng 3 lần giá trị của

nó ở mạng thứ tự không Đặc biệt cần chú ý đến tổ đấu dây của máy biến áp ở mạng thứ tự không

Từ những mạng trên của hệ thống điện, chúng ta xây dựng ma trận tổng trở thứ tự thanh cái của mạng: [𝑍𝑏𝑢𝑠1 ] , [𝑍𝑏𝑢𝑠2 ], [𝑍𝑏𝑢𝑠0 ]

 Ngắn mạch 2 pha:

𝐼𝑏 = −𝐼𝑐 = −𝑗√3𝑉𝑓0

Hình 2.5 : Ngắn mạch 2 pha chạm nhau

e Sự cố trên đường dây phân phối hình tia

Hình 2.6: Trạm phân phối và đường dây hình tia

 𝑉𝐹 : Điện áp tương đương Thevenin (1÷1,1)

 𝑍𝑆: Kháng trở tương đương Thevenin của nguồn

 𝑍𝑇: Kháng trở máy biến áp

 𝑍𝐹: Kháng trở sự cố

 𝑍𝐿: Kháng trở đường dây phân phối

 30÷40 (Ω) cho trường hợp sự cố cực tiểu

 0 (Ω) cho trường hợp sự cố cực đại

 𝑘0: Hệ số nhân

Bảng 2.2: Giá trị ước lượng của k0

𝒌𝟎 Các điều kiện giữa đất và dây trung tính

4 Dây nối đất cùng cỡ với dây pha 4.6 Dây nối đất một cỡ nhỏ hơn dây pha

2.2.2 Phương pháp tính toán ngắn mạch của phần mềm PSS/ADEPT 5.0

Khảo sát mô hình cơ bản giải bài toán tính ngắn mạch trong PSS/ADEPT được liệt kê dưới đây

 Nguồn

Trong bài toán tính ngắn mạch, các nguồn được xem như có điện áp không đổi

và tổng trở phải được xác định rõ Tổng trở nguồn dựa trên hệ đơn vị cơ bản của hệ

thống (kVA)

 Đường dây và cáp

Dây nối liền hai nút với nhau và tối thiểu phải có ít nhất một dây pha Một dây

có thể có 1, 2 hoặc 3 dây pha Dây chuyển vị được đặc trưng bởi tổng trở thứ tự thuận

và thứ tự không, và bởi điện nạp thứ tự thuận và không

Dây một và hai pha còn được đặc trưng bởi thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp Dây một pha chỉ có một tổng trở nối tiếp và một thành phần

độ dẫn nạp Khi nhập dữ liệu cho dây một pha, đặt thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp bằng nhau

Dây dẫn hai pha có tổng trở tự cảm Zs và hổ cảm Zm Khi nhập liệu cho dây hai pha đặt thành phần tổng trở thứ tự thuận và không như cách đặt cho dây ba pha (ví dụ: Z1 = Zs – Zm và Z0 = Zs + 2 * Zm) Dây hai pha có hai thành phần độ dẫn nạp, Bs đặc trưng cho mỗi dây dẫn đến đất, Bm đặc trưng cho hai dây dẫn với nhau

Tương tự, rút ra cách làm cho dây ba pha, B1 = Bs + 2*Bm, B0 = Bs Cách đơn giản để nhập vào tổng trở/độ dẫn nạp là sử dụng luôn giá trị của dây ba pha; sai số nếu

Vì PSS/ADEPT quản lý các loại máy biến thế và cách nối dây khác với PSS/U,

sẽ có vài thay đổi trong chuyển đổi dữ liệu khi sử dụng file dữ liệu thô raw data (*.dat) giữa các chương trình này

 Mô hình máy điện

Trong tính toán ngắn mạch, máy điện đồng bộ được xem như có điện áp không đổi và có tổng trở Chúng ta có thể chọn tổng trở quá độ hoặc siêu quá độ tùy theo yêu cầu của chúng ta trong việc tính ngắn mạch

Động cơ không đồng bộ đang hoạt động được biểu trưng như động cơ đồng bộ trong tính ngắn mạch, có nghĩa cũng có điện áp không đổi và tổng trở

 Tổng trở tương đương Thevenin

Tổng trở tương đương Thevenin là tổng trở từ một nút đến hệ thống điện cần tính toán Trong hệ thống, tất cả các tải và nguồn được thay thế bằng tổng trở tương đương và điện áp tương đương như hình sau:

Hình 2.7: Tổng trở tương đương Thevenin từ nút đến hệ thống

Trong hệ thống điện 3 pha không cân bằng, tổng trở tương đương Thevenin là một ma trận phức tạp chứ không đơn giản là một số cố định Điện áp tương đương là dạng vector, cụ thể như dưới dây trong hệ thống 3 pha (ABC)

Trong hệ thống đối xứng (012), tổng trở Thevenin cũng ở dạng ma trận và điện

Trong đó các thành phần 𝑍01, 𝑍02, 𝑍12, 𝑍10, 𝑍20 và 𝑍21 thường không quan trọng và bỏ qua Hệ số tỷ lệ giữa điện kháng và điện trở là một hệ số quan trọng dùng trong việc tính toán tổng trở tương đương Thevenin

Dòng thứ tự không: Zero sequence “X over R” ratio: Im(𝑍00)/Re(𝑍00)

Dòng thứ tự thuận: Positive sequence “X over R” ratio: Im(𝑍11)/Re(𝑍11)

Dòng thứ tự nghịch: Negative sequence “X over R” ratio: Im(𝑍22)/Re(𝑍22) Dòng ngắn mạch:

Tổng trở tương đương Thevenin được xác định để tính dòng ngắn mạch và biểu trưng như hình vẽ dưới đây

Hình 2.8: Tổng trở tương đương Thevenin

Tính toán ngắn mạch theo phương pháp này có ưu điểm là rất nhanh, đặc biệt là trong việc tính toán nhiều loại ngắn mạch khác nhau trên cùng một hệ thống (lưới điện) Chú ý rằng nó không tính được dòng ngắn mạch trong máy biến áp, thiết bị đóng cắt, trên đường dây, mà chỉ tính được dòng ngắn mạch tại các nút

2.3 Giới thiệu về một số bảo vệ chính trong lưới phân phối 22kV Đà Nẵng

Hiện nay trên lưới phân phối 22kV Đà Nẵng đang sử dụng nhiều thiết bị bảo vệ cho hệ thống như: Rơle đầu nguồn, máy cắt tự động đóng lặp lại (Recloser), dao cách

ly có tải (LBS), cầu chì tự rơi Mục đích của thiết bị bảo vệ này là giảm thời gian mất điện cho phụ tải, nhanh chóng đóng lại mạch điện khi có sự cố mang tính chất thoáng qua, đáp ứng phần nào việc cung cấp điện liên tục Dưới đây là một số thiết bị đóng cắt đã đang sử dụng trên lưới điện phân phối 22kV Đà Nẵng

2.3.1 Rơle SEL 751

a Tổng quan về rơle SEL 751

- Giới thiệu chung

Rơle SEL 751 là hợp bộ rơle dòng điện, điện áp kĩ thuật số, được dùng để bảo

vệ đường dây cao áp trên không hoặc cáp ngầm, bảo vệ dòng điện máy biến áp

Rơle có các chức năng chính như sau:

 Bảo vệ quá dòng điện (50/51)

 Bảo vệ quá & kém điện áp (59/27)

 Bảo vệ quá & kém tần số (81)

 Bảo vệ hướng công suất (32)

 Bảo vệ lỗi máy cắt (50BF)

 Kiểm tra đồng bộ điện áp (25) & đóng lặp lại (79)

Ngoài ra, SEL 751 còn có chức năng hiển thị đo lường (dòng điện, điện áp, tần

số, công suất, điện năng…), ghi các thông tin sự cố và các nhiễu loạn do sự cố

- Phần cứng cơ bản của rơle:

 Pano phía trước với màn hình hiển thị LCD

 Thẻ (card) nguồn nuôi với 3 đầu ra (Output) và 3 đầu vào (Input)

 Thẻ xử lý và giao tiếp

 Các khe cắm mở rộng cho các thẻ tùy ý

 04 thẻ đầu vào cho dòng điện / điện áp 3 pha

 Thẻ giao thức: cổng RS232, Ethernet, quang, đồng bộ thời gian

- Các thông số kỹ thuật chính:

 Điện áp nguồn nuôi cấp cho rơ le: 85-264Vac hoặc 85-275Vdc

 Điện áp lớn nhất mà output có thể chịu được là 240Vac/275Vdc

 Điện áp điều khiển input là: 15-312.5Vdc hoặc 14-312.5Vac tùy thuộc vào mức cài đặt (từ 176-275Vdc cho mức cài đặt là 220Vdc)

 Dòng định mức đầu vào của khối dòng: 1/5A Dòng liên tục chịu được tương ứng 3/15A

 Điện áp AC cho khối áp: 0-300Vac

 Tần số định mức: 50-60Hz Tần số đầu tự điều chỉnh: 40-65Hz

 Mặt trước của rơle:

Hình 2.9: Mặt trước rơle SEL 751

Mặt trước của rơle gồm có màn hình hiển thị, các phím bấm di chuyển, cài đặt thông số và reset rơle, các nút ấn kèm đèn có thể lập trình, đèn báo các tín hiệu hoạt động và cổng RS232 để kết nối máy tính

b Kết nối rơ le SEL 751 với máy tính

Để kết nối được rơle với máy tính, trên máy tính phải cài phần mềm AcSELerator QuickSet, trình tự kết nối, tải dữ liệu, cài đặt các thông số và đọc sự cố tương tự như

bài giảng hướng dẫn sử dụng phần mềm SEL 5030 AcSELerator QuickSet

2.3.2 Các loại Recloser và tủ điều khiển

 Giới thiệu chung về recloser:

Recloser là loại máy cắt trung thế có chức năng tự đóng lại Khi đường dây bị

sự cố (sự cố lần 1), recloser sẽ tác động cắt lần 1 mở các tiếp điểm Sau một khoảng thời gian do người vận hành cài đặt, recloser sẽ tự đóng lại (đóng lại lần 1) Nếu sự cố

là sự cố thoáng qua, và sự cố tự bản thân nó đã giải trừ (ví dụ con rắn bò lên đường dây, khi bị phóng điện tạo sự cố, con rắn rơi xuống đất nên sự cố tự giải trừ), khi đó,

hệ thống vận hành bình thường Nếu sự cố là vĩnh cữu (ví dụ do bị đứt dây), recloser

sẽ tác động cắt lần 2, số lần tự đóng lại của recloser do người vận hành cài đặt

Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) điều khiển điện tử là một thiết bị bảo vệ quá dòng rất tin cậy, dùng cho lưới điện phân phối điện áp lên đến 38kV Do kết cấu gọn nhẹ, các thiết bị này dễ dàng lắp đặt lên trụ hay trong các trạm Các loại máy cắt

tự động đóng lặp lại trong nhóm này qua thực tế làm việc cho thấy có độ tin cậy và tuổi thọ cao Nhờ bộ phận điều khiển tự động đóng lại, các máy tự động đóng lại này cho phép có được sự phối hợp rất tốt và có khả năng ứng dụng vào các thiết bị rơ le bảo vệ khác của hệ thống khó có thể

Các loại máy cắt tự động đóng lặp lại trên đường dây 476-E14 lưới điện phân phối 22kV Đà nẵng:

 Recloser của hãng COOPER và tủ điều khiển FXD

 Recloser của hãng NOJA-OSM27 và tủ điều khiển RC10-ES

 Recloser của hãng NU-LEC và tủ điều khiển ADVC 2-A45-27.01

Các recloser này có dãy thông số định mức rộng đáp ứng được các nhu cầu khác nhau của hệ thống điện Ngoài ra các phụ kiện điều khiển cho phép đáp ứng chương trình bảo vệ đặt tính linh động tối đa khi vận hành hệ thống

Một bộ máy cắt tự động đóng lặp lại điều khiển điện tử gồm các phần sau:

 Máy cắt tự động đóng lại và phụ kiện

 Bộ điều khiển điện tử và phụ kiện

 Cáp nối mạch điều khiển

 Phụ kiện treo máy cắt tự động đóng lại (theo yêu cầu)

 Giới thiệu chung về tủ điều khiển điện tử:

- Mô tả hoạt động của tủ điều khiển

Ba biến dòng chân sứ lắp bên trong, mỗi biến dòng trên mỗi pha, sẽ cảm nhận dòng điện qua recloser Khi dòng điện hay dòng pha thứ tự không (qua đất) vượt quá giá trị cắt nhỏ nhất được lập trình, tủ điều khiển sẽ khỏi động trình tự dòng cắt đã được lập trình cho recloser Nếu sự cố chỉ là tạm thời, tủ điều khiển sẽ ngưng điều khiển recloser sau lần đóng lại thành công, và tủ sẽ được reset trở về trình tự hoạt động ban đầu sau một khoản thời gian trì hoãn được ấn định trước Nếu sự cố là vĩnh viễn, tủ điều khiển sẽ thực hiện trình tự hoạt động đã được lập trình và khóa luôn recloser khi đang trong tình trạng mở Mỗi khi đã khóa, tủ điều khiển phải được reset trở về điểm suất phát của trình tự hoạt động và khi đó đồng thời cũng đóng recloser lại

a Recloser OSM của hãng NOJA

Hình 2.10: Recloser OSM 27-312

- Nguyên lý vận hành recloser OSM:

Máy cắt OSM có ba cực, mỗi cực được trang bị một bộ ngắt mạch chân không

và cần truyền động cách điện nằm trong vỏ điện môi cứng Mỗi cực có một bộ truyền động từ riêng nằm trong hộp cơ Ba cực và hộp cơ được lắp vào trong tủ kín Hộp cơ

có chỉ số IP65 được trang bị một ống thông hơi bằng gốm sứ nhằm ngăn chặn hiện tượng nước ngưng tích tụ

Năng lượng vận hành được lấy từ các tụ nằm trong tủ điều khiển máy cắt (RC10-ES) Ba bộ truyền động từ, được khóa liên động cơ khí, sẽ đảm bảo vận hành

ba pha đồng thời Chốt từ tính sẽ giữ cơ cấu luôn nằm ở vị trí đóng Nhờ đó, có thể thực hiện hoạt động hành trình hỗ trợ lò xo bằng cách đảo ngược hướng hiện tại của cơ cấu truyền động để tạo ra lực truyền động vào vị trí đối nghịch để đóng hoạt động

Ngoài ra, chúng ta có thể vận hành máy cắt bằng cách dùng một thanh móc để kéo vòng chu kỳ cơ khí về phía sau Bộ định vị nằm ở đáy tủ và nhờ đó người vận hành có thể nhìn thấy bộ định vị này trên nền Tình trạng đóng/mở máy cắt sẽ được RC10 phát hiện bằng cách giám sát tình trạng của các công tắc phụ trợ cho thấy vị trí của cơ cấu truyền động Hiện trên thiết bị cũng được lắp thêm bộ đếm hành trình cơ khí tùy chọn Điện áp được đo tại tất cả sáu điểm bằng cách sử dụng bộ cảm biến được ghép điện dung vào các thiết bị đầu cuối cao áp Dòng điện sẽ được đo trong cả ba pha bằng cách dùng máy biến dòng Theo đó, chúng ta sẽ biết được số đo dòng pha đối với

số đo dòng dư, bảo vệ quá dòng pha và chỉ báo để chỉ báo và bảo vệ quá dòng chạm đất các máy biến dòng thứ cấp được tự động đóng nhanh khi ngắt bể ra khỏi tủ điều khiển

b Tủ điều khiển RC10 của hãng NOJA

Tủ điều khiển máy cắt tuân thủ theo các tiêu chuẩn sau đây:

 IEC 62271-1111/ANSI/IEEEE C37.60

 IEC 62271

Hình 2.11: Hình ảnh tổng quan về tủ điều khiển máy cắt

Tủ điều khiển máy cắt (RC10) được làm bằng thép không gỉ phủ bột và cung cấp tiêu chuẩn bảo vệ định mức IP65 cho thiết bị chính

- Module bên trong và chức năng cấu kiện của bộ điều khiển máy cắt OSM:

 Module bảng thao tác: bao gồm giao diện người dùng để kiểm soát thao tác

 Module nguồn (PSM): tiếp nhận đầu vào AC phụ trợ và cung cấp nguồn

DC cho SIM

 Module giao diện máy cắt (SIM): có chức năng quản lý nguồn, sạc ắc quy và kết hợp với tụ điện cung cấp năng luợng hành trình và năng lượng đóng cho tủ OSM

 Module rơle: gồm có chức năng điều khiển bộ vi xử lý chính, chức năng DSP, cổng truyền thông và đầu vào kỹ thuật số tiêu chuẩn

- Giao diện truyền thông của tủ điều khiển RC10:

Có thể truyền thông từ xa với bộ điều khiển RC10 bằng cách kết nối tới giao diện truyền thông hoặc bằng cách sử dụng các Module I/O tùy chọn:

 Đầu vào kỹ thuật số

 Module I/O tùy chọn

 Đầu nối RS-232

 Cổng truyền thông USB

 Cổng truyền thông mạng LAN Internet

Bảng điều khiển được sử dụng để truy cập các thông tin sau:

 Kiểm soát và chỉ định recloser

 Chi tiết thao tác đóng/mở (CO) xem

 Thay đổi hệ thống và cài đặt bảo vệ

 Xem, thay đổi cài đặt liên lạc và trạng thái cổng

 Xem tất cả các bộ đếm

 Xem nhật ký sự kiện

Hình 2.12: Màn hình led thể hiện tình trạng làm việc của recloser

 Mất khả năng phát hiện nguồn cung cấp (LSD)

 Điều khiển lặp lại điện áp (VRC)