CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM THEO TIÊU CHUẨN IEEE 1366 BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT
5.4 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT vào công tác điều tra sự cố trên lưới điện
Khái niệm Phân tích ngắn mạch là một phần quan trọng trong giải tích hệ thống điện.
Bài toán ngắn mạch bao gồm việc xác định điện áp tại các nút và dòng điện chạy trên các nhánh trong quá trình xảy ra ngắn mạch. Ngắn mạch trong hệ thống điện được chia thành ngắn mạch 3 pha đối xứng (balanced faults) và ngắn mạch không đối xứng (unbalanced faults). Ngắn mạch không đối xứng gồm ngắn mạch một dây chạm đất, ngắn mạch hai dây không chạm đất, ngắn mạch hai dây chạm đất. Các thông tin có được từ bài toán ngắn mạch sẽ phục vụ cho công việc chỉnh định rơle và chọn lựa thiết bị bảo vệ . Biên độ của dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào tổng trở của khép kín qua điểm xảy ra ngắn mạch và điện áp của mạng điện. Tổng trở trong bài toán ngắn mạch bao gồm cả tổng trở quá độ của các máy phát trong lưới (bao gốm thành phần siêu quá độ, quá độ và ở trạng thái tĩnh). Chính vì vậy một trong những vấn đề khó của bài toán ngắn mạch là thành lập ma trận tổng trở hay tổng dẩn. Trong cung cấp điện ngắn mạch một pha chạm đất là ngắn mạch có xác suất xảy ra lớn nhất (khoảng 65%) và ngắn mạch ba pha có xác suất thấp nhất (khoảng 7%). Tuy nhiên, chúng ta cần phân tích hai dạng này bởi các ảnh hưởng của nó là đáng kể đến tình trạng làm việc của hệ thống điện. Mặc khác việc tính toán ngắn mạch một pha tương đối phức tạp hơn so với ngắn mạch ba pha, nên trong thực tế thiết kế người ta hay dùng kết quả của bài toán ngắn mạch ba pha đối xứng.
Nguyên nhân ngắn mạch: Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Lý do cách điện bị hỏng có thể lứ: bị già cõi khi làm việc lâu ngày, chịu tác động của nhiệt độ… Hậu quả của ngắn mạch: Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ cao, gây cháy nổ. Gây sụt áp lưới điện, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc thiết bị Gây ra mất ổn định hệ thống điện do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau.
Mục đích tính toán ngắn mạch: Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch tính toán hiệu chỉnh bảo vệ rơle Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch, những bài toán liên quan đến tính toán dòng ngắn mạch: lựa chọn sơ đồ mạch cung cấp
điện, nhà máy điện Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn, thiết kế chỉnh định bảo vệ rơle tính toán quá điện áp trong hệ thống điện Tính toán nối đất Nghiên cứu ổn định hệ thống điện.
Phương pháp xác định khu vực xảy ra sự cố trên lưới điện thông qua dòng ngắn mạch.
Phương pháp được đề cập dưới đây chỉ có thể áp dụng trong trường hợp xảy ra sự cố trên lưới điện mà các thiết bị đóng cắt có trang bị relay bảo vệ quá dòng tác động.
Xem xét lưới điện như hình vẽ sau:
Khi xảy ra ngắn mạch tại Bus B thì Inm có giá trị như sau:
Dòng điện này cũng chính là dòng điện được ghi nhận tại thiết bị bảo vệ quá dòng đầu đường dây (MN). Điều đó có nghĩa là, khi xảy ra sự cố trên lưới điện mà relay bảo vệ quá dòng tại A ghi nhận giá trị Inm = N, một cách gần đúng (xem như mọi ngắn mạch đều là chạm đất trực tiếp) có thể kết luận là vị trí xảy ra sự cố là tại B.
Với cách ý tưởng như trên, thì ta có thể xây dựng một bảng tra dòng ngắn mạch tại các điểm có lắp đặt thiết bị bảo vệ cho tất cả các điểm nút trên lưới điện ví dụ như bảng sau:
Bảng tra dòng ngắn mạch tại MC-A
Node Inm(1P) Inm(1P) Inm(3p)
A I1 I1 I1
B I2 I2 I2
C I3 I3 I3
Khi xảy ra sự cố trên lưới điện, căn cứ dòng ngắn mạch ghi nhận tại MC-A, ta có thể xác định gần đúng vị trí xảy ra sự cố.
Tính toán ngắn mạch tuyến dây Thủ Thiêm bằng phần mềm PSS/ADEPT:
Đối với phương pháp đề nghị như trên cùng với sự hỗ trợ của phần mềm PSS/ADEPT việc tính toán để xây dựng bảng tra dòng điện ngắn mạch cho các điểm nút trên lưới điện được thực hiện tương đối dễ dàng
Các bước xây dựng bảng tra dòng điện ngắn mạch bằng phần mềm PSS/ADEPT.
Mô phỏng lưới điện thực tế bằng PSS/ADEPT.
Yêu cầu dữ liệu:
- Tên nguồn (nên đặt là: tên trạm+phát tuyến, Vd: Tuyến Thủ Thiêm);
- Loại, điện áp định mức;
- Công suất định mức;
- Tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch của nguồn.
Hình 5.3: Thông số nguồn phát Trong đó:
Tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch của nguồn được tính toán từ giá trị Công suất định mức, dòng ngắn mạch 1 pha và 3 pha tại nút nguồn theo công thức sau (trang A1- 31 - Electrical Distribution System Protection - Cooper Power Systems, 1990).
) 3 3 (
3
1
=
=
f
dmLL
f I
U I
Z V ; 2 ( )
3 2 3
3
1 1
1 1
0 −
=
−
= Z
I Z U
I Z V
f dmLL
f
.
ta có:
cb
pu Z
Z1 = Z1 ;
cb
pu Z
Z0 = Z0 ;
cb dmLL cb
cb cb
cb cb
cb S
U S U Icb
U I
Z V
2 2
3 = =
=
= .
Từ đó có: ( )
3 3
_
1 pu
I U Z S
f dm
rating Base pu
= và
) ( 2 3
3
1 1
_
0 Z pu
I U Z S
f dm
rating Base
pu −
=
Hay
) (
3 _
1 pu
S Z S
f rating Base
= và 3 ( ) 2 ( )
1 1
_
0 pu Z pu
S Z S
f rating
Base −
=
. Trong đó:
UđmLL: Điện áp dây định mức tính bằng (kV).
If3: Dòng ngắn mạch 3 pha tại TC 22kV tính bằng (kA).
If1: Dòng ngắn mạch 1 pha tại TC 22kV tính bằng (kA).
Sbase_rating: 100 (MVA).
Sf3: Công suất ngắn mạch 3 pha tính bằng (MVA) Sf1: Công suất ngắn mạch 1 pha tính bằng (MVA)
Thông thường do ta chỉ có được giá trị biên độ của dòng ngắn mạch 1 pha và 3 pha tại nút nguồn và R1<< X1, Ro<< Xo nên chấp nhận X1~Z1 và Xo~Zo nghĩa là R1 = Ro
= 0.
Quy ước khi mô hình lưới điện 22kV thanh cái 22kV của trạm 110kV được mô hình bằng 1 nguồn với công suất của nguồn là 100MVA.
(Vì: A2 sử dụng Scb=100MVA để tính toán dòng ngắn mạch tại các thanh cái 22kV các trạm 110/22kV)
Thành phần thứ tự thuận (3pha)
Giá trị ĐV Ghi chú
Inm3p 11,458 A Gia tri tu TTDD
U 22000 V Điện áp nguồn
Znguồn =U/Inm 1.92 Omh
Scb 100000000 VA công suất cơ bản 100MB
Ucb 22000 V
Zcb=Ucb*Ucb/Scb 4.84 Omh tổng trở cơ bản
Z* = Znguồn/Zcb 0.39670 dvtd đơn vị tương đối Z*- pha=Z*/sqrt(3) 0.22903 dvtd đơn vị tương đối
Góc pha 89.80
R1 0.00080
Thành phần thứ tự không (1pha)
Giá trị ĐV Ghi chú
Inm1p 14685.7 A Gia tri tu TTDD
U 22000 V Điện áp nguồn
Znguồn =U/Inm 1.50 Omh
Scb 100000000 VA công suất cơ bản 100MB
Ucb 22000 V
Snm1p 559600328 VA
Góc pha 89.80
Xo = 3Scb/Snm1p 0.07803 đvtđ đơn vị tương đối
Ro 0.00027 đvtđ đơn vị tương đối
Hình 5.4: Thông số đưa vào chương trình PSS/ADEPT Ghi chú: Số 1 biểu thị cho thứ tự thuận, số 0 biểu thị thứ tự không
Hình 5.5: Tính toán ngắn mạch sử dụng chức năng tính Fault All Current
Hình 5.6: Sơ đồ tính toán ngắn mạch 3p tuyến dây Thủ Thiêm
Hình 5.7: Sơ đồ tính toán ngắn mạch 1P chạm đất tuyến dây Thủ Thiêm
Kết quả tính toán chi tiết từng vị trí điểm nút dây Thủ Thiêm, xem kết quả tính toán tại phần phụ lục 2 tính toán ngắn mạch cho dây Thủ Thiêm.
Lưu ý: Kết quả tính toán từ phần mềm PSS/ADEPT cho ta được giá trị dòng điện ngắn mạch 3 pha, 3 pha chạm đất, ngắn mạch 02 pha và ngắn mạch 1 pha chạm đất tại từng điểm nút trên sơ đồ mô phỏng, một cách gần đúng có thể xem giá trị này gần bằng với giá trị ghi nhận tại các thiết bị bảo vệ quá dòng phía trước khi xảy ra sự cố tại điểm nút tương ứng.
Kết luận
Việc mô phỏng các phần tử lưới điện đặc biệt là phần tử nguồn quyết định đến tính chính xác của kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch. Do đó, Bảng tra dòng điện ngắn mạch cần thường xuyên cập nhật khi có biến động về kết cấu lưới điện đặc biệt ở lưới điện trên 110kV.
PSS/ADPET là một phần mềm khá hữu ích trong quản lý kỹ thuật và quản lý vận hành lưới điện phân phối. Nhiều chức năng của phần mềm này đã Tổng Công ty Điện lực TPHCM đào tạo và triển khai cho các Công ty Điện lực thành viên thực hiện, có thể kể đến như tính toán phân cố công suất, tính toán các bài toán CAPO, TOPO, tính toán phối hợp bảo vệ. Ngoài ra, việc vận dụng kết quả tính toán ngắn mạch từ phần mềm PSS/ADEPT như trình bày ở trên sẽ góp phần nhanh chóng xác định và cô lập điểm xảy ra sự cố để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng.
Lưới điện 22kV, do chỉ sử dụng phổ biến các relay bảo vệ quá dòng nên việc xác định khu vực xảy ra sự cố gặp nhiều khó khăn. Với mong muốn đưa ra một phương pháp để phân vùng khu vực xảy ra sự cố trên lưới điện 22kV giúp nhanh chóng xác định và cô lập điểm sự cố nhằm giảm thiểu thời gia mất điện của khách hàng. Phương pháp này đã được triển khai tương đối hiệu quả tại Công ty Điện lực Thủ Thiêm. Để làm được điều này, ngoài việc phải có những giải pháp kỹ thuật để giảm thiểu xảy ra sự cố trên lưới điện, việc nhanh chóng tái lập cung cấp điện khi xảy ra sự cố cũng hết sức quan trọng.