Tải bản đầy đủ

Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN VĂN HẬU

GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN
LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------------

NGUYỄN VĂN HẬU


GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN
LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT
1
2
3
4
5

Họ và tên

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV




TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp. HCM, ngày......tháng........năm 20...

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN HẬU

Giới tính: NAM

Ngày, tháng, năm sinh:

Nơi sinh:

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

MSHV:

I- Tên đề tài:
GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tổng quan tình hình ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
- Đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY
CÁN BỘ HUỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố ở bất kỳ đâu.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn.
Tôi cũng xin cam đoan các nội dung tham khảo trong Luận văn đã được trích
dẫn đầy đủ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Văn Hậu


LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, xin chân thành cám ơn Thầy PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho quá trình thực hiện
Luận văn này.
Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi các kiến thức quý báu trong quá
trình học tập giúp tôi đủ năng lực để thực hiện Luận văn này.
Xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện Luận văn này.
Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM; Viện Khoa
học Kỹ thuật HUTECH; Viện Đào tạo sau Đại học và Cơ quan nơi tôi đang công
tác đã tạo các điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện Luận văn này.

Nguyễn Văn Hậu


i

Tóm tắt
Hiện nay, yêu cầu cao hơn trong quan hệ điện - động lực học cũng như
độ bền nhiệt của các phần tử trong hệ thống điện được đặt ra. Đồng thời, yêu
cầu cao hơn về độ tin cậy của thiết bị đóng cắt và bảo vệ rơ le cũng được đặt ra.
Do đó, cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch
nhằm nâng cao tính an toàn trong vận hành các thiết bị đóng cắt và các phần tử
khác trong hệ thống điện.
Đây cũng chính là chủ đề được lựa chọn nghiên cứu trong luận văn này,
“Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải”.
Một sơ đồ hệ thống điện truyền tải được lựa chọn với các giả lập cho các
dạng sự cố ngắn mạch khác nhau trong hệ thống điện.
Trên cơ sở các phân tích, luận văn sẽ đề xuất các giải pháp nhằm giảm
dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải đang được lựa chọn để khảo sát.
Luận văn sẽ bao gồm các nội dung như sau:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải
+ Chương 3: Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện
truyền tải
+ Chương 4: Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện
truyền tải
+ Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai


ii

Abstract
At present, the higher requirements in the electrical-dynamic
relationship as well as the thermal stability of the elements in the electrical
system are posed.
At the same time, higher requirements on relay reliability and relay
protection are also set.
Therefore, it is necessary to study solutions for limiting short circuit
currents which allow to improve safety in the operation of switchgear and other
components in the power system.
This is also the topic chosen for research in this thesis, "Solutions for
reducing a short-circuit current in transmission line systems".
A transmission power system diagram is selected to simulate for various
short circuit types in the power system.
Based on the analysis, the thesis will propose solutions to reduce the
short circuit current for the selected transmission grid.
The thesis will include the following contents:
+ Chapter 1: Introduction
+ Chapter 2: Literature review for reducing a short-circuit current in
transmission line systems
+ Chapter 3: Proposals for reducing a short-circuit current in
transmission line systems
+ Chapter 4: Applying of solutions for reducing a short-circuit current in
transmission line systems
+ Chapter 5: Conclusions and future works


iii

MỤC LỤC
Tóm tắt ....................................................................................................... i
Mục lục..................................................................................................... iii
Danh sách hình vẽ ......................................................................................vi
Danh sách bảng ....................................................................................... viii
Chương 1 - Giới thiệu chung ....................................................................1
1.1. Giới thiệu .............................................................................................1
1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .........................................................3
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................3
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................4
1.5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................4
1.6. Bố cục của luận văn .............................................................................4
Chương 2 - Tổng quan về dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ....5
2.1. Giới thiệu .............................................................................................5
2.2. Tương đương hệ thống điện .................................................................6
2.2.1. Xác định các thông số mạng hai cửa..................................................9
2.2.2. Tổng trở tương đương từ thông số mạng hai cửa ............................. 11
2.2.3. Mạch tương đương đường dây khi ngắn mạch ba pha qua tổng trở
chạm ZN .................................................................................................... 12
2.3. Phân tích sự cố ba pha trên đường dây ............................................... 14
2.3.1. Trước sự cố ..................................................................................... 14
2.3.2. Khi có sự cố .................................................................................... 15
2.3.3. Khi có sự cố nhưng không xét đến dòng tải ..................................... 16
2.4. Nguyên nhân dòng ngắn mạch tăng cao ............................................. 17
2.5. Thông số ảnh hưởng đến sự tăng dòng ngắn mạch ............................. 17
2.5.1. Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng) ................................... 17
2.5.2. Khi ngắn mạch không đối xứng N(1), N(1,1), N(2) ......................... 17
2.5.3. Điện kháng thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK) của các phần


iv

tử .............................................................................................................. 18
2.5.4. Sơ đồ thay thế (song song, nối tiếp, . . .) .......................................... 21
2.5.5. Công suất, điện áp và dòng điện ngắn mạch .................................... 22
Chương 3 - Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện
truyền tải ................................................................................................. 24
3.1. Nguyên nhân tăng cao dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ........ 24
3.2. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải................... 24
3.2.1. Giải pháp sử dụng hệ thống truyền tải điện DC ............................... 24
3.2.2. Giải pháp sử dụng bộ DVR (Dynamic Voltage Restorer) ................ 27
3.2.3. Giải pháp gỡ bỏ cuộn tam giác trong máy biến áp ........................... 29
3.2.4. Giải pháp ứng dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng
hạn chế dòng ngắn mạch ........................................................................... 29
3.2.5. Giải pháp sử dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng hạn
dòng và tụ điện bù dọc .............................................................................. 30
3.3. Đánh giá và lựa chọn giải pháp .......................................................... 32
3.4. Lựa chọn kháng hạn dòng ngắn mạch ................................................ 35
3.4.1. Giới thiệu ........................................................................................ 35
3.4.2. Các sơ đồ lắp kháng ........................................................................ 35
3.4.3. Tính toán lựa chọn thông số kháng hạn dòng................................... 37
3.5. Kiểm tra giá trị TRV và RRRV máy cắt ngăn lắp đặt kháng hạn chế dòng
ngắn mạch................................................................................................. 38
3.6. Hạn chế TRV và RRRV cho máy cắt có lắp kháng hạn chế dòng ngắn
mạch ......................................................................................................... 39
Chương 4 - Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền
tải ............................................................................................................. 42
4.1. Giới thiệu ........................................................................................... 42
4.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch trên lưới điện truyền tải .................... 42
4.2.1. Thông số của lưới điện .................................................................... 42
4.2.2. Ngắn mạch 3 pha cân bằng .............................................................. 47


v

4.2.3. Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................. 55
4.2.4. Ngắn mạch 2 pha............................................................................. 60
4.2.5. Ngắn mạch 2 pha chạm đất ............................................................. 65
4.3. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch bằng cách lắp đặt kháng điện trên
đường dây truyền tải ................................................................................. 70
4.3.1. Giới thiệu ........................................................................................ 70
4.3.2. Ngắn mạch 3 pha cân bằng .............................................................. 72
4.3.3. Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................. 78
4.3.4. Ngắn mạch 2 pha............................................................................. 83
4.3.5. Ngắn mạch 2 pha chạm đất ............................................................. 88
4.4. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch bằng cách thay đổi tổng trở ngắn mạch
của máy biến áp đầu cực máy phát ............................................................ 94
Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai.............................. 96
5.1. Kết luận ............................................................................................. 96
5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................. 97
Tài liệu tham khảo .................................................................................. 99


vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1. Đường dây khảo sát và tương đương hệ thống .............................7
Hình 2.2. Thông số mạng hai cửa tương đương ......................................... 10
Hình 2.3. Sơ đồ tương đương hai cửa ........................................................ 10
Hình 2.4. Mạng hai cửa đường dây sự cố .................................................. 12
Hình 2.5. Hệ thống trước sự cố ................................................................. 14
Hình 2.6. Hệ thống bị sự cố qua tổng trở chạm ......................................... 15
Hình 2.7. Hệ thống bị sự cố không xét đến dòng tải .................................. 16

Hình 3.1. Mô tả truyền sóng của MAXWELL........................................... 25
Hình 3.2. Giới hạn chiều dài ổn định nhiệt ................................................ 25
Hình 3.3. Sử dụng vỏ bọc bằng chì để kiểm soát trường điện cáp ngầm .... 26
Hình 3.4. Ảnh hưởng tụ kí sinh đối với cáp ngầm ..................................... 26
Hình 3.5. Giới hạn chiều dài khi truyền tải với cáp ngầm .......................... 26
Hình 3.6. Truyền tải điện một chiều .......................................................... 27
Hình 3.7. Sơ đồ tính ngắn mạch được đơn giản hóa .................................. 27
Hình 3.8. Sơ đồ vectơ dòng và áp sự cố .................................................... 28
Hình 3.9. Sơ đồ tính ngắn mạch đơn giản hóa có lắp đặt bộ DVR ............. 28
Hình 3.10. Sơ đồ vectơ dòng và áp sự cố khi có DVR ............................... 29
Hình 3.11. Giải pháp ứng dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị
kháng hạn chế dòng ngắn mạch ................................................................ 30
Hình 3.12. Giải pháp sử dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị
kháng hạn dòng và tụ điện bù dọc ............................................................. 31
Hình 3.13. Phương án 1: Lắp ngăn phân đoạn mới có kháng điện phân
đoạn song song với ngăn phân đoạn hiện hữu ........................................... 36
Hình 3.14. Phương án 2: Lắp như PA1 và thêm kháng ngăn MBA.......... 36
Hình 3.15. Phương án 3: Lắp kháng phân đoạn giữa các thanh cái 220 kV
hiện hữu .................................................................................................... 37
Hình 3.16. Phương án 4: Lắp kháng tại ngăn phân đoạn hiện hữu, kèm dao
nối tắt DS .................................................................................................. 37


vii

Hình 3.17. Sử dụng 1 bộ tụ mắc shunt 1 bên cuộn kháng hạn dòng phía
đường dây ................................................................................................. 40
Hình 3.18. Sử dụng 1 bộ tụ mắc shunt 1 bên cuộn kháng hạn dòng phía máy
cắt ............................................................................................................. 40
Hình 3.19. Sử dụng 2 bộ tụ mắc shunt 2 bên cuộn kháng hạn dòng ........... 40
Hình 3.20. Sử dụng 1 bộ tụ mắc song song (paralell) với cuộn kháng hạn
dòng .......................................................................................................... 40
Hình 3.21. Sử dụng 1 bộ tụ (grading capacitor) mắc song song (paralell)
với máy cắt ............................................................................................... 41
Hình 4.1. Sơ đồ lưới điện khảo sát ............................................................ 43
Hình 4.2. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ........................................................ 45
Hình 4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự không ....................................................... 45


viii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Giá trị trung bình x2 và x0 của máy điện đồng bộ ................................ 19
Bảng 4.1. Thông số đường dây của lưới điện ..................................................... 43
Bảng 4.2. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch ..................................................... 75
Bảng 4.3. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch sau khi đã đặt thêm các kháng điện
hạn dòng trên các đường dây D4A, D4B và D5 ..................................................... 94
Bảng 4.4. Kết quả hạn chế dòng ngắn mạch sau lắp đặt kháng điện ................... 94
Bảng 4.5. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch sau khi thay đổi tổng trở ngắn mạch
các máy biến áp T7, T8, T9 và T10 trên đầu cực máy phát G3, G4, G5 và G6 ......... 95
Bảng 4.6. Kết quả hạn chế dòng ngắn mạch sau thay đổi tổng trở ngắn mạch máy
biến áp đầu cực máy phát................................................................................... 95


1

Chương 1
Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu
Hệ thống điện được hình thành bởi 3 thành phần chính mà bao gồm: các
nhà máy điện, lưới điện và phụ tải.

Hình 1.1. Hệ thống điện
Hình 1.1 mô tả một hệ thống điện, trong đó:
1) Nhà máy điện;
2) Trạm biến áp tăng áp;
3) Lưới truyền tải;
4) Trạm biến áp giảm áp;
5) Lưới phân phối;
6) Phụ tải (Hộ tiêu thụ sử dụng điện).
Gần đây, nhằm đáp ứng cho sự phát triển nhanh của phụ tải, nguồn và
lưới điện cũng được mở rộng thêm. Điều này đã dẫn đến các thông số mạch
của hệ thống điện thay đổi theo. Trong số đó, có dòng ngắn mạch trong lưới


2

điện, đặc biệt là lưới điện truyền tải tăng cao làm ảnh hưởng xấu đến các phần
tử trong hệ thống điện ở chế độ sự cố.
Vấn đề này đặt ra yêu cầu cao hơn trong quan hệ điện - động lực học
cũng như độ bền nhiệt của các phần tử trong hệ thống điện. Đồng thời, yêu cầu
cao về độ tin cậy của thiết bị đóng cắt và bảo vệ rơ le. Do đó, cần thiết phải
nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch để nâng cao tính an toàn trong
vận hành các thiết bị đóng cắt và các phần tử khác trong hệ thống điện.
Mặt khác, vấn đề này cũng hoàn toàn phù hợp với chủ trương và xu
hướng phát triển của ngành điện thông qua các văn bản pháp lý sau:
+ Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ
phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 –
2020 có xét đến năm 2030 [1];
+ Quyết định số 3134/QĐ-BCT, ngày 13/6/2014 của Bộ Công Thương
về việc phê duyệt kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện truyền tải năm 2015, có
xét đến năm 2019 [2];
+ Các quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực của các tỉnh,
thành phố [3];
+ Thông tư số 12/2010/TT-BCT ngày 15/4/2010 của Bộ Công Thương
về việc quy định hệ thống điện truyền tải [4];
+ Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ
Công Thương về việc quy định hệ thống điện phân phối [5];
+ Quyết định số 216/QĐ-NPT ngày 22/3/2011 về việc phê duyệt đề
cương chi phí khảo sát, lập báo cáo nghiên cứu và đề xuất giải pháp tổng thể
hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 10 năm
(2011-2020) [6];
+ Công văn số 0187/NPT-KH-KT ngày 19/01/2011 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia về việc lập giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch
cho lưới điện truyền tải [7];


3

+ Công văn số 1077/NPT-QLĐT ngày 05/04/2012 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia về việc báo cáo giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn
mạch cho lưới truyền tải [8];
+ Công văn số 704/EVNNPT-KT ngày 11/03/2013 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia về việc báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế
dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [9];
+ Công văn số 3281/EVNNPT-KT ngày 17/09/2013 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng
ngắn mạch cho lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [10];
+ Thông báo số 98/TB-EVN ngày 05/4/2016 của EVN kết luận của Phó
Tổng giám đốc Ngô Sơn Hải tại cuộc họp về đề án nghiên cứu và đề xuất giải
pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai
đoạn 2011-2020 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia [11];
+ Công văn số 1362/EVNNPT-KT+KH ngày 12/04/2016 của Tổng công
ty truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng
thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [12];
+ Công văn số 2934/EVNNPT-ĐTXD ngày 12/04/2016 của PTC4 về
việc tiếp tục hoàn thiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn
mạch cho lưới truyền tải giai đoạn 2011-2020 [13];
+ Công văn số 1418/EVNNPT-KT-KH ngày 15/04/2016 của Tổng công
ty truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng
thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [14];
1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Đề tài “Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải” sẽ
được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau:
- Nghiên cứu tổng quan dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
- Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới
điện truyền tải.
- Áp dụng các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.


4

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện truyền tải.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn
mạch trên lưới điện truyền tải. Đồng thời, tìm giải pháp hợp lý để hạn chế dòng
ngắn mạch cho lưới điện truyền tải của Việt Nam.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải là cơ
sở tính toán các chế độ vận hành bình thường và sự cố của hệ thống điện.
- Các giải pháp này cũng nhằm khắc phục các ảnh hưởng xấu của dòng
ngắn mạch đến các phần tử khác trong hệ thống điện.
- Ý nghĩa thực tiễn lớn nhất là giúp các cơ quan quản lý và vận hành
lưới điện vạch ra chiến lược quy hoạch, thiết kế và vận hành lưới điện an toàn,
hiệu quả.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu về hiện trạng và quy hoạch phát triển của hệ thống điện.
- Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
- Phân tích và lựa chọn giải pháp thích hợp để triển khai.
- Áp dụng các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.
1.6. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm 5 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải
+ Chương 3: Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền
tải
+ Chương 4: Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải
+ Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai


5

Chương 2
Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải
2.1. Giới thiệu
Ngắn mạch trong hệ thống điện là không thể tránh khỏi, ngắn mạch xuất
hiện từ các yếu tố tự nhiên khách quan hoặc yếu tố vận hành chủ quan, ngắn
mạch làm dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, các dạng ngắn mạch trong
hệ thống điện gồm có ngắn mạch 1 pha chạm đất, ngắn mạch 2 pha hoặc 2 pha
chạm đất, ngắn mạch 3 pha, trong đó ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất do
thường gây ra dòng điện ngắn mạch là cao nhất. Dòng ngắn mạch cao có thể
làm hỏng hóc các thiết bị như máy biến áp, thiết bị đóng cắt, đường dây trên
không, cáp ngầm.
Dòng ngắn mạch trong hệ thống điện có xu hướng tăng do nhiều nguồn
điện mới đưa vào vận hành và liên kết lưới điện tăng. Dòng ngắn mạch có thể
vượt quá khả năng chịu đựng của các thiết bị. Vì vậy, vấn đề tìm nguyên nhân
và giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch trong hệ thống điện ngày càng trở nên
quan trọng và cấp bách.
Nghiên cứu và đề xuất giải pháp giảm dòng ngắn mạch cho lưới điện
truyền tải nhằm xem xét giải pháp tổng thể để hạn chế dòng ngắn mạch đang
tăng quá cao. Từ đó, đưa ra tiến trình thực hiện giải pháp tổng thể để đạt yêu
cầu quy định tiêu chuẩn hoá về dòng điện ngắn mạch cho thiết bị.
Đối với hệ thống điện Việt Nam từ quy hoạch điện VI đến quy hoạch
điện VII và quy hoạch điện VII điều chỉnh, dòng ngắn mạch tại các nút tập
trung nguồn điện hoặc phụ tải lớn có dòng ngắn mạch tăng nhanh. Theo báo
cáo tổng kết của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia trong trường hợp vận
hành các sơ đồ điện của các trạm điện đúng thiết kế thì dòng ngắn mạch tại các
nút này tăng quá giá trị dòng chịu đựng ngắn mạch định mức của thiết bị là
40kA ở cấp 500kV và 220kV; 31,5kA ở cấp 110kV do Bộ Công thương quy
định. Thậm chí, hiện nay tại một số trạm có dòng ngắn mạch lớn hơn 63kA.
Dòng ngắn mạch trong hệ thống điện có xu hướng tăng do:


6

+ Nhiều nguồn điện mới đưa vào vận hành;
+ Liên kết lưới điện tăng.
Dòng sự cố có thể vượt quá khả năng chịu đựng của các thiết bị. Vì vậy,
vấn đề giảm dòng ngắn mạch trong hệ thống điện ngày càng trở nên quan trọng
và cần thiết.
Hầu hết, việc tính toán sự cố trong lưới điện truyền tải được thực hiện
trong đơn vị tương đối với ma trận tổng trở nút. Khi tính toán, thông thường giả
thiết rằng dòng tải không đáng kể so với dòng sự cố hay cho hở mạch tại các
nút tải. Khi ấy:

[V ] = [Z ][I ]

(2.1)

V&
Z&ii = i
I&i

(2.2)
I&k = 0 , i =1, 2 ,...n , k ≠ i

Trong đó:
Zii: phần tử thứ i trên của đường chéo của ma trận tổng trở nút, là tổng trở
tương đương Thevenin nhìn từ nút i vào hệ thống khi nút i bị sự cố. Điện áp
tương đương Thevenin là điện áp hở mạch tại nút i hay điện áp danh định trước
sự cố. Thông thường, điện áp này được giả sử bằng 1,0 đvtđ. Mặc dù, giá trị
này có thể được điều chỉnh như mong muốn vì mạng là tuyến tính. Tổng trở Zik
trong ma trận Znút là một giá trị tổng trở phản ánh quan hệ giữa điện áp tại nút i
với dòng điện đổ vào nút k.
Ma trận tổng trở nút của mạng thứ tự nghịch và thứ tự không cũng được
sử dụng trong tính toán ngắn mạch trong lưới điện truyền tải. Thông thường,
giả thiết rằng mạng thứ tự nghịch giống như mạng thứ tự thuận, ngoại trừ các
kháng trở máy phát. Như vậy, khi biết được các mạng thứ tự, bằng việc sử
dụng ma trận tổng trở nút hay biến đổi mạch tương đương Thevenin, có thể
tính toán được bất cứ dòng sự cố yêu cầu nào tại các nút truyền tải.
2.2. Tương đương hệ thống điện
Giả sử rằng cần tính toán bảo vệ cho một đường dây truyền tải hay một
phần tử nào đó trong hệ thống truyền tải. Mạng kết nối với phần tử là một


7

mạng tích cực có chứa nguồn cũng như các nhánh tải song song, tụ điện, cuộn
kháng… Trong các mạng lớn, số phương trình mô tả mạng điện tương đương
với số nút. Trong nhiều trường hợp, yêu cầu biết thông tin tại bất kì nút nào của
mạng, cần phải giải số lượng lớn phương trình mô phỏng hệ thống.
Trong lĩnh vực bảo vệ, thông thường quan tâm đến ảnh hưởng của hệ
thống lên phần tử cần bảo vệ, nên cần thu gọn mạng đơn giản hơn để phục vụ
cho yêu cầu tính toán bảo vệ. Giả sử rằng khảo sát phần tử bảo vệ là đường dây
hay máy biến áp trong nhánh nào đó nối giữa hai nút của hệ thống. Khi ấy, xét
đường dây truyền tải nối giữa hai nút trong hệ thống điện. Giả thiết rằng cần
biết dòng, áp tại vị trí hai đầu đường dây. Để xác định các giá trị này cần tương
đương hệ thống trừ đường dây đang khảo sát thành một mạng tương đương hai
cửa tích cực chứa nguồn và các tổng trở tương đương như hình 2.1.

I&R

V&1 = V&R

I&Q

V&2 = V&Q

Hình 2.1. Đường dây khảo sát và tương đương hệ thống
Mạng hình 2.1 được mô tả bởi phương trình mạng hai cửa mạch hở như
sau:
V&1   Z&11
&=&
V2  Z 21

Z&12   I&1  V&S1 
  +  
Z& 22   I&2  V&S 2 

(2.3)

hay

[V ] = [Z][I ] + [VS ]

(2.4)

Các phần tử trong ma trận tổng trở Z được gọi là các thông số mạng hở,
nghĩa là I&1 = 0 hay I&2 = 0 . Các véc-tơ điện áp V&S1 và V&S 2 trong (2.3) là véc-tơ
điện áp nguồn, biểu diễn ảnh hưởng của nguồn trong hệ thống. Xác định sơ đồ


8

tương đương hai cửa của hệ thống khi tháo đường dây ra. Trong đó: V&1 và V&2
là điện thế các nút 1 và 2 so với nút gốc. Các dòng điện I&1 và I&2 là các dòng
điện đổ vào hệ thống tại các nút 1 và 2. Trước hết, khi hai cửa mạng tương
đương để hở nghĩa là I&1 = I&2 = 0 trong phương trình (2.3).
Khi ấy:
V& 
V&1 
=  S1 
&
&
V2  I1 = I 2 = 0 VS 2 

(2.5)

Từ phương trình (2.5) nhận thấy rằng điện áp nguồn V&S 1 và V&S 2 chính là
các giá trị điện áp mạch hở tại các cửa 1 và 2 khi đường dây được tháo bỏ. Các
giá trị này thể hiện ảnh hưởng của nguồn trong hệ thống. Có thể xem đây như
là các điện áp Thevenin tương đương và được xác định từ việc giải bài toán
phân bổ dòng công suất trong hệ thống khi tháo bỏ đường dây ra khỏi hệ thống.
Mặt khác, trong trường hợp không có các nguồn trong hệ thống. Khi ấy:
V&S1 = V&S 2 = 0

(2.6)

Mạng 2 cửa trở thành mạng thụ động và các thông số mạng hai cửa
được xác định bằng cách lần lượt bơm dòng vào mỗi cửa.
Trong điều kiện bơm nguồn vào, điện thế tại hai cửa được đo hoặc tính
và so sánh với dòng điện bơm vào. Các thông số mạng hai cửa là như sau:
V&
Z&11 = &1
I1

I 2 =0

V&
Z&12 = &1
I2

I1 = 0

V&
Z& 21 = &2
I1

I 2 =0

V&
Z& 22 = &2
I2

I1 = 0

(2.7)

(2.8)

(2.9)

(2.10)


9

2.2.1. Xác định các thông số mạng hai cửa
Thông số mạng hai cửa có thể được xác định từ các phương trình mô tả
mạng điện. Các phương trình có thể ở dạng tổng trở nút hay tổng dẫn nút. Do
hệ thống điện thực tế có nhiều nút, nhiều nhánh nên số lượng phương trình rất
lớn và giải hệ phương trình cần sự hỗ trợ của máy tính. Do các chương trình
tính tóan ngắn mạch thường sử dụng ma trận tổng trở nên người ta thường xác
định thông số mạng hai cửa từ các phương trình ở dạng tổng trở nút.
Chúng ta mô tả mạng điện bằng ma trận tổng trở nút, để đơn giản, ta bỏ
qua nguồn điện thế:
& 1   Z& 11 Z& 1i
V
  
...
 ...  ...
&
&
& ii
 Vi   Z i1 Z
 ...  =  ...
...
  
&
&
V
Z
Z
 k   k1 & ki
...  ...
...
 &  &
& ni
 Vn   Z n1 Z

& 1k
Z
...
& ik
Z
...
& kk
Z
...
Z& nk

& 1n   &I1 
Z
 
...   ... 
Z& in   &I i 
...   ... 
Z& kn  &I k 
...  ... 
& nn   &I n 
Z
 

(2.11)

Giả sử rằng nhánh được khảo sát nối giữa nút i và k, dòng điện bơm vào
mạng là những dòng chảy ra mỗi đầu nhánh. Các dòng này ký hiệu là I&1 và I&2
ở phương trình (2.1). Tất cả các dòng khác bằng không. Dùng các phương pháp
toán học biến đổi và rút gọn hệ phương trình (2.11) về dạng:
V&i   Z& ii
& =&
Vk   Z ki

Z& ik   I&i 
 
Z& kk   I&k 

(2.12)

Nếu chọn nút i, k là 1 và 2 thì :
V&1   Z& 11
& =&
V2   Z 21

Z& 12   I&1 
 
Z& 22   I&2 

(2.13)

Lưu ý rằng ma trận (2.13) được xác định khi nhánh đường dây khảo sát
được tháo ra khỏi mạng. Sơ đồ thay thế tương đương nhìn từ hai nút i, k của
mạng điện cho bởi hình 2.2 khi không kể đường dây khảo sát.


10

I&1 = 0

I&2 = 0

I&i

Z& S

I&i

Z& ik

Z& ik

Z& E

E& S

Z&U

I&k

E&U

I&k

I&n = 0

Hình 2.2. Thông số mạng hai cửa tương đương
Một mạng tương đương hai cửa đơn giản nhất của hệ thống 3 nút, nút 1
(cửa 1), nút 2 (cửa 2), và nút tham chiếu (nút gốc) gồm 3 tổng trở tương đương
như trình bày trên hình 2.2 và vẽ lại hình 2.3. Các sức điện động tượng trưng
cho ảnh hưởng của các nguồn trong mạng, được xác định khi tính toán hở mạch
tại nút 1 và 2. Tổng trở ZL trên hình 2.3 biểu diễn tổng trở đường dây khảo sát.
ZE được gọi là tổng trở tương đương mạch ngoài.
R

I&1

Z& S

+ E&



Q

Z& L
1

V&1 = V&R

Z& E

I&2
2

V&2 = V&Q

I&S

Z&U
I&U

+ E&


U

S

Hình 2.3. Sơ đồ tương đương hai cửa

Các thông số mạng hai cửa được xác định khi tháo đường dây ra khỏi
hệ thống:
+ Đầu tiên ta tính điện áp tại các nút trong tình trạng hở mạch đường dây (ảnh
hưởng của nguồn khi I& 1 = I& 2 = 0 ):


11

I& =

E& s − E& U
E& − E& U
= s
&
Z& S + Z& E + Z
Z& ∑
U

(2.14)

Trong đó:
& =Z
& + Z& + Z
&
Z

S
E
U

(2.15)

Điện áp tại các nút 1 và 2 như sau:
&R
& 1  V
V
1  Z& E + Z& U
&  =&  = &  &
V2   VQ  Z ∑  Z U

&S
Z

  E& S 
& S  E& U 
Z& E + Z
 

(2.16)

+ Xem xét các thông số mạng hai cửa khi hở mạch đường dây và nối tắt các
sức điện động.
Cho I&1 = 1 đơn vị và I&2 = 0 , tìm được cột đầu của ma trận tổng trở:
&
& = V1
Z
11
&I
1
&
& = V2
Z
21
&I
1

=

Z& S (Z& E + Z& U )
Z&

(2.17)

& Z&
Z
S U
Z&

(2.18)



I2 =0

=



I2 =0

Cho I&1 = 0 và I&2 = 1 , tìm được cột thứ hai của ma trận tổng trở:
&
& 12 = V1
Z
&I 2
&
& 22 = V2
Z
I&

=

Z& S Z& U
&∑
Z

=

Z& U (Z& E + Z& S )
Z&

I1 = 0

2 I1 = 0

(2.19)

(2.20)



2.2.2. Tổng trở tương đương từ thông số mạng hai cửa
Thông số mạng hai cửa có thể được xác định từ việc đơn giản hoá ma
trận tổng trở nút mô tả mạng như biểu thức (2.12). Để xác định các tổng trở và
nguồn trong mạng tương đương 2 cửa, dựa vào các phương trình trên và nhận
được:
Z& Z& − Z& 12 Z& 21
Z& S = 11 22
Z& 22 − Z& 21

(2.21)


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×