Tính toán phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện sử dụng phần mềm ETAP 4

Khóa luận tốt nghiệp SV Lê Văn Đại 75 CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG KIỂM TRA PHÂN PHỐI THANH CÁI IEEE 4 1 Phương pháp ngắn mạch theo tiêu chuẩn ANSIIEEE Tiêu chuẩn của Viện Tiêu Chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) là một hướng dẫn ngắn gọn tính toán ngắn mạch để lựa chọn đánh giá thiết bị (bộ ngắt mạch) cho điện mạng Phương pháp ngắn mạch ANSI tính toán thường được sử dụng trên khắp Bắc Mỹ và được chấp nhận rộng rãi trong nhiều quốc gia khác trên thế giới Có ba mạng trở kháng khác nhau được tạo để tính toán tạm t.

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG KIỂM TRA PHÂN PHỐI

THANH CÁI IEEE 4.1 Phương pháp ngắn mạch theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE

Tiêu chuẩn của Viện Tiêu Chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) là một hướng dẫn

ngắn gọn tính toán ngắn mạch để lựa chọn đánh giá thiết bị (bộ ngắt mạch) cho điện mạng Phương pháp ngắn mạch ANSI tính toán thường được sử dụng trên khắp Bắc

Mỹ và được chấp nhận rộng rãi trong nhiều quốc gia khác trên thế giới

Có ba mạng trở kháng khác nhau được tạo để tính toán tạm thời, gián đoạn và dòng ngắn mạch trạng thái ổn định:

 ½ chu kỳ mạng ( mạng phụ )

 Mạng chu kỳ 1,5-4 ( mạng tạm thời)

 30 mạng chu kỳ (mạng trạng thái ổn định) tương ứng

Mạng ½ chu kỳ được tham chiếu với tư cách là mạng phụ do sự đại diện của tất

cả các máy quay bởi phản ứng phụ của nó Tương tự, lý do chủ yếu này được áp dụng cho mạng chu kỳ 1,5-4 và mạng 30 chu kỳ tương ứng

Trong các trường hợp tính giá trị bất đối xứng tạm thời và gián đoạn dòng điện ngắn mạch, thông qua việc sử dụng mạng ½ chu kỳ và 1,5-4 chu kỳ tương ứng, giá trị hiệu dụng đối xứng tạm thời và gián đoạn dòng điện ngắn mạch ban đầu được xác định và sau đó các giá trị này được nhân với các yếu tố nhân có liên quan

4.2 Tiêu chuẩn ANSI/IEEE so với tiêu chuẩn IEC

Về cơ bản, các tiêu chuẩn ANSI và IEC được phát triển để cung cấp kết quả

thông qua các kỹ thuật chi tiết cho các tính toán dòng điện ngắn mạch cho xác định thiết bị bảo vệ Mặc dù cùng một mục đích và mục tiêu trong hai tiêu chuẩn, nhưng ít

có sự tương đồng phổ biến giữa tiêu chuẩn ANSI và IEC cho các tính toán ngắn mạch

Tiêu chuẩn IEC thường được mô tả là một tính toán dựa trên các yếu tố hiệu chỉnh, trong khi đó tiêu chuẩn ANSI là tính toán dựa trên trở kháng.Tiêu chuẩn IEC yêu cầu tính toán dòng điện ban đầu đối xứng để tính toán các loại dòng ngắn mạch khác và áp dụng các hệ số hiệu chỉnh Tuy nhiên, ANSI liên quan đến loại phản ứng được xem xét để tính toán từng loại ngắn dòng điện mạch Sự khác biệt giữa hai

Đặc điểm IEC ANSI

Nguồn điện áp Nguồn, chức năng của hệ

thống điện áp danh định nhân với hệ số c, tùy thuộc vào cấp

điện áp

Điện áp hệ thống định mức

Mạng cấu hình Phân loại thành lưới và không

có lưới mạng

Phân loại thành ba chu kỳ lỗi mạng được chọn tùy thuộc vào mục đích của phép tính: Mạng phụ, mạng tạm thời, mạng trạng thái ổn định Trang thiết bị

Trở kháng

Trở kháng ( máy phát điện, máy biến áp) nhân với hệ số

hiệu chỉnh

Có ba mạng trở kháng khác nhau được tạo để tính toán tạm thời, gián đoạn và dòng ngắn mạch trạng thái ổn định

Vị trí của máy phát Nguồn gần và xa vị trí thiết bị

từ lỗi SC có ý nghĩa phá vỡ và

ổn định ngắn mạch tính toán

dòng điện

Nguồn từ xa và gần vị trí của máy phát điện chỉ xem xét nếu có hai máy biến áp giữa các lỗi vị trí và máy phát điện hoặc nếu chuyển (ở vị trí lỗi

và máy phát) lơn hơn máy phát điện phản ứng

Bảng 4 1 Sự khác nhau giữa hai tiêu chuẩn IEC và ANSI /IEEE

4.3 Hệ thống kiểm tra phân phối thanh cái IEEE 30

Hình 4 1 Sơ đồ một dòng của Hệ thống thanh cái IEEE 30 Bus

 Sơ đồ của hệ thống IEEE 30-Bus được hiển thị như hình trên Các tham

số dữ liệu kiểm tra thanh cái của hệ thống được thống kê như sau:

14 6.2 1.6

Bảng 4 2 Tải dữ liệu

Chọn tải dữ liệu: vào ô Nameplate trên thanh Lumped Load Editor sau đó nhập

các thông số trên bảng 4.2 để được như hình bên dưới

Hình 4 2 Tải dữ liệu

Bảng 4 3 Cài đặt bộ điều khiển máy phát

Nhấp vào thanh Synchronous Genertor Editor để hiển thị bảng trên sau đó nhấn

Imp/Model để tùy chỉnh các thông số trong bảng 4.3

Hình 4 3 Máy phát dữ liệu

Bảng 4 4 Dữ liệu máy biến áp

Nhấp vào thanh 2-Winding Transformer Editor để hiển thị bảng trên sau đó

nhấn ô

Impedance để tùy chỉnh các thông số trong bảng 4.4

Hình 4 4 Dữ liệu máy biến áp

6 2 – 6 0.0581 0.1763 0.0374

36 27–28 0.0 0.3960 0.0

Bảng 4 5 Dữ liệu dòng

Chọn dòng dữ liệu: vào ô Rating trên thanh Impedance sau đó nhập các thông

số trên bảng 4.5 để được như hình bên dưới

Hình 4 5 Dòng dữ liệu

7 132

Bảng 4 6 Cấp điện áp của mỗi thanh cái

 Kết quả chạy bài toán ngắn mạch sử dụng phần mềm ETAP

Tính toán ngắn mạch, trên thanh công cụ ta chọn mục (Short -Circuit Analysis), click vào (Study Case) để tùy chỉnh tính toán

Vào mục trên thanh công cụ để chọn kết quả loại dòng ngắn mạch hiện trên sơ đồ hay vào mục để xem kết quả chi tiết

Hình 4 6 Kết quả mô phỏng trên phần mềm etap

 Kết quả mô phỏng cho tính toán IEC

Kết quả được thiết lập để tính toán dòng ngắn mạch tối đa xác định công suất hoặc định mức của thiết bị điện (IEC) Dòng điện ngắn mạch tối thiểu được tính toán

Hình 4 7 Kết quả mô phỏng cho tính toán IEC

Nhận xét:

 Từ kết quả trên (hình 4.6 ) ta thấy đối với tất cả các loại lỗi được kiểm

tra, dòng điện ngắn mạch (SCC) đối xứng ban đầu( ) và dòng ngắn mạch đỉnh ( )

của lỗi 3-ph xảy ra cao nhất, trong khi dòng ngắn mạch xác lập ( ) của lỗi 3-ph xảy

ra thấp nhất, ngược lại dòng ngắn mạch xác lập ( ) của lỗi LLG xảy ra lớn nhất, có

thể được tóm tắt như sau:

o , ( 3-ph > LLG> LG > LL)

o ( LLG > LG > LL > 3-ph )

 Dòng cắt ngắn mạch đối xứng ( ) của loại lỗi LLG là lớn nhất, trong

khi đó loại lỗi LL là nhỏ nhất ở đây không xét cho dòng ngắn mạch 3-ph (dòng ngắn

mạch 3-ph thuộc thành phần đối xứng mà dòng cắt ngắn mạch đối xứng ( ) là giá trị

hiệu dụng một chu kỳ đầy đủ thành phần xoay chiều đối xứng của dòng ngắn mạch

giả định)

o (LLG > LG > LL)

 Kết quả mô phỏng cho tính toán ANSI

Nghiên cứu được chọn để tính toán ngắn mạch ở giới thiệu này là 1.5-4 chu kỳ Nghiên cứu này thực hiện lỗi ba pha, hai pha trạm nhau, hai pha trạm nhau trạm đất, một pha trạm đất

Bảng 4 7 Kết quả mô phỏng tính toán ANSI

 Nhận xét:

Từ bảng 4.7, quan sát thấy rằng đối với tất cả các loại lỗi được kiểm tra, dòng

điện ngắn mạch (SCC) cao nhất xảy ra tại các thanh cái 10, 11 và 13 Những thanh cái này là kết quả của các trạm biến áp 132/33 kV Việc giảm điện áp khiến SCC tăng Mỗi thanh cái đã phản ứng khác nhau với các loại lỗi được áp dụng Điều này có thể được tóm tắt như sau:

Đối với thanh cái 1, 2, 3, 11 và 13: kết quả lỗi một pha trạm đất (LG) cao hơn hai pha trạm nhau trạm đất (LLG) và 3-pha các kết quả Đối với thanh cái 4, 5, 6, 10

và 12: kết quả lỗi LLG cao hơn 3-pha và LG Trong khi đối với thanh cái 8 và 9, lỗi LLG có kết quả lớn hơn LG và 3-pha Tuy nhiên, đối với phần còn lại của thanh cái bắt đầu từ thanh cái 14 đến thanh cái 30, dòng điện ngắn mạch cho lỗi 3-pha là cao nhất; nhiều hơn LLG và LG, được tóm tắt như sau:

o Tại các thanh cái 1,2,3,11 và 13: LG>LLG>3-ph

o Tại các thanh cái 4,5,6,10 và 12: LLG>3-ph>LG

o Tại thanh cái 8 và 9 : LLG>LG>3-ph

o Tại thanh cái 14 ->30 :3-ph>LLG>LG

 Kết luận:

Từ kết quả mô phỏng ở 2 tiêu chuẩn dòng ngắn mạch tại các thanh cái 132 kV đều dưới ngưỡng cho phép 31.5 kA Với dòng ngắn mạch ba pha cao nhất tại thanh

cái 1 ở cả tiêu chuẩn ANSI và IEC chỉ đạt ngưỡng xấp xỉ 10 kA (hình 4.6 và bảng 4.7 )

Dòng ngắn mạch trên lưới 33 kV và 11 kV hầu hết dưới 25 kA được trình bày trong hình 4.6 và bảng 4.7

4.4 So sánh giữa kết quả mô phỏng ANSI và IEC

Ta nhận thấy rằng các dòng điện đối xứng ban đầu IEC được tìm thấy cao hơn dòng ANSI đối xứng Yếu tố này có thể được quy cho các yếu tố sau, được xem xét bởi IEC cho các dòng đối xứng ban đầu phép tính:

o Hệ số điện áp c được sử dụng trong nguồn điện áp tương đương

o Trở kháng phụ được xem xét cho tất cả các tải quay trong hệ thống

o Sử dụng các hệ số hiệu chỉnh trở kháng

Trong so sánh giữa kết quả mô phỏng ANSI và IEC cho cùng một hệ thống, cả hai tiêu chuẩn cung cấp mô hình chi tiết cho ngắn mạch Tuy nhiên tính toán IEC yêu cầu dữ liệu hệ thống điện chi tiết hơn ANSI Tiêu chuẩn ANSI liên quan đến trở kháng, trong đó hệ số nhân được áp dụng để đảm bảo kết quả đáng tin cậy an toàn Tiêu chuẩn IEC liên quan đến sự đóng góp ngắn mạch ban đầu của từng nguồn riêng biệt Hơn nữa, ta thường thấy phương thức IEC mang giá trị cao hơn nhiều so với phương pháp ANSI Do đó, kết quả được tìm thấy do trở kháng hệ số hiệu chỉnh các yếu tố và hệ số điện áp c được xem xét theo phương pháp IEC

Phát hiện rõ ràng nhất xuất hiện từ kết quả mô phỏng này là về ngắn mạch tính toán bằng phương pháp IEC dẫn đến kết quả thận trọng hơn tiêu chuẩn ANSI Phát hiện rõ ràng thứ hai là tất cả các loại lỗi đều rất quan trọng và không có loại lỗi nào chiếm ưu thế hơn hoặc phổ biến hơn các loại khác

- Phương pháp hạn chế dòng ngắn mạch

Với tốc độ phát triển lưới và nguồn điện như hiện nay, việc xuất hiện dòng ngắn mạch tại các thanh cái trong hệ thống điện tăng cao là điều không thể tránh khỏi

Do đó, việc nghiên cứu áp dụng các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch cho các thanh cái có dòng ngắn mạch cao là hết sức cần thiết

Đối với giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch có giá trị lớn trên lưới truyền tải bằng thiết bị giúp hạn chế dòng ngắn mạch thì giải pháp khả thi nhất là lắp đặt điện

kháng nối tiếp trên lưới điện Ta lắp đặt cuộn kháng tại một số Bus như Claytor 13_2

và Fieldale 13_5, so sánh giá trị dòng ngắn mạch trước và sau khi lắp đặt cuộn kháng ngắn mạch, cụ thể được thể hiện trong bảng 4.8, 4.9 ;

Bảng 4 8 Kết quả trước và sau khi lắp cuộn kháng ngắn mạch tại Bus Claytor 13_2 và Bus

Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn ANSI

Bảng 4 9 Kết quả trước và sau khi lắp cuộn kháng ngắn mạch tại Bus Claytor 13_2 và Bus

Fieldale 13_5 theo tiêu chuẩn IEC

Thực tế, do chi phí lắp đặt điện kháng rất mắc, đòi hỏi công nghệ cao và cũng không phải là biện áp tối ưu nhất, hệ thống điện Quốc gia trong nhiều năm qua tiếp tục vận hành trong khó khăn với mức tăng trưởng phụ tải cao