Nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán chế độ xác lập khi đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện trung áp công ty điện lực thủ đức

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan về lưới điện và tình hình vận hành lưới điện tại Công ty Điện lực Thủ Đức, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh - Cơ sở nghiên cứu về quá trính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NHẬT DUY KHANH

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ

VÀ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP KHI ĐÓNG, CẮT MẠCH VÒNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỦ ĐỨC

TRANSIENT AND STEADY STATE ANALYSIS OF LOOP SWITCHING IN THE MV DISTRIBUTION NETWORK OF THU DUC POWER COMPANY

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2019

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS NGUYỄN VĂN LIÊM

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhật xét 2: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 31 tháng 08 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS NGUYỄN VĂN NHỜ

2 PGS TS NGUYỄN VĂN LIÊM

3 PGS TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Nhật Duy Khanh MSHV: 1670806

Ngày tháng năm sinh: 02/02/1980 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật điện (60520202) Khóa: 2016

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán chế độ xác lập khi

đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Thủ Đức

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tổng quan về lưới điện và tình hình vận hành lưới điện tại Công ty Điện lực

Thủ Đức, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

- Cơ sở nghiên cứu về quá trính quá độ và tính toán xác lập khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp

- Nghiên cứu phần mềm ứng dụng PSS/ADEPT và EMTP

- Thực hiện mô phỏng và phân tích quá trình quá độ, tính toán chế độ xác lập trên tuyến dây trung áp hiện hữu Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý

- Đánh giá các thông số vận hành lưới điện ở chế độ xác lập và quá độ khi đóng cắt mạch vòng với thông số kỹ thuật của lưới điện hiện hữu

- Đề xuất các giải pháp trong thiết kế và vận hành lưới điện

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/04/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/08/2018

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Phạm Đình Anh Khôi

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn PGS TS Phạm Đình Anh Khôi Xin cám ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu và kinh nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn này

Xin cám ơn tập thể thầy cô bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện -Điện Tử đã truyền đạt những bài học quý giá trong những năm tháng học đại học và cao học để học viên có nền tảng kiến thức quý giá thực hiện luận văn

Xin cám ơn Ban Giám Đốc và bạn bè đồng nghiệp Công ty Điện lực Thủ Đức đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn Xin cám ơn gia đình và những người thân đã luôn bên cạnh, tạo nhiều điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2019

Người thực hiện

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn tập trung nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán các thông số

hệ thống điện khi đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp trên địa bàn Công ty Điện lực Thủ Đức

Thông qua các thông số vận hành thông qua các phần mềm mô phỏng như PSS/ADEPT và EMTP, thực hiện đánh giá hiện trạng vận hành lưới điện của Công ty Điện lực Thủ Đức và đề xuất các giải pháp để đảm bảo vận hành an toàn trong quá trình thực hiện đóng kết mạch vòng lưới điện

ABSTRACT

In order to increase efficiency without reducing reliability and security, this thesis will approach for transient and steady state analysis of loop switching

in Thu Duc Power Company medium voltage network

By using some simultaneous software such as PSS/ADEPT and EMTP, the steady current and surge current due to closing or opening loop distribution feeders are calculated From the result, this thesis will revaluate the distribution power system in Thu Duc Power Company and propose solutions for design, operations

Keywords: distribution network; closing loop; angle changing; steady-state current; surge current

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Nhật Duy Khanh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Lý do chọn đề tài 1

3 Mục đích nghiên cứu 2

3.1 Mục tiêu tổng quát 2

3.2 Mục tiêu cụ thể 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG I 5

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỦ ĐỨC 5

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN QUẢN LÝ 5

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH VÀ THỰC HIỆN ĐÓNG CẮT MẠCH VÒNG TRUNG ÁP 8

CHƯƠNG II 13

2.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN 13

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ VÀ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 21

1.3 GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 30

CHƯƠNG III 51

3.1 HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG 51

3.2 TUYẾN DÂY NHẬN ĐIỆN CÙNG 01 MBA CỦA TRẠM 110KV 52

3.3 TUYẾN DÂY NHẬN ĐIỆN KHÁC MBA CỦA TRẠM 110KV 59

3.4 NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 64

CHƯƠNG IV 66

4.1 HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG 66

4.2 MÔ TẢ TUYẾN DÂY TRUNG ÁP VÀ MÔ PHỎNG TRÊN EMTP 66

4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN EMTP 72

4.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN EMTP 77

CHƯƠNG V 78

5.1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 78

5.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 78

5.3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 84

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 91

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

EVNHCMC : Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

PC Thủ Đức : Công ty Điện lực Thủ Đức

SCADA : Supervisory Control And Data Acquition - Hệ thống điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu SAIFI : Tần suất mất điện bình quân hệ thống trong năm

SAIDI : Thời gian mất điện bình quân hệ thống trong năm

PSS/ADEPT : Power System Simulator/Advanced Distribution

Engineering Productivity Tool EMTP : Electromagetic Transients Program

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Biểu đồ phụ tải điển hình 1 ngày tại PC Thủ Đức

Hình 1.2 Sơ đồ nối điện chính trạm trung gian 110/22kV

Hình 1.3 Sơ đồ kết lưới một tuyến dây trung áp điển hình

Hình 1.4 Sơ đồ đóng kết mạch vòng 02 tuyến dây trung áp

Hình 1.5 Phân loại đóng kết mạch vòng trung áp

Hình 2.1 Mô hình hệ thống điện

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế máy phát điện

Hình 2.3: Mô hình đường dây ngắn

Hình 2.4: Mô hình đường dây trung bình

Hình 2.5: Mô hình máy biến áp 2 cuộn dây

Hình 2.6: Mô hình máy biến áp 2 cuộn dây giản đơn

Hình 2.7: Mô hình máy biến áp 3 cuộn dây

Hình 2.8: Sơ đồ mạng điện hở

Hình 2.9: Sơ đồ mạng điện với nguồn 2 nguồn cung cấp với điện áp bằng

nhau Hình 2.10: Sơ đồ mạch điện RL

Hình 2.11: Dòng điện quá độ trong mạch R-L

Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện RC

Hình 2.13: Điện áp quá độ trên tụ điện trong mạch R - C

Hình 2.14: Sơ đồ đóng kết mạch vòng 02 tuyến dây trung áp

Hình 2.15: Sơ mạch tương đương khi đóng kết mạch vòng

Hình 2.16: Giao diện phần mềm mô phỏng PSS/ADEPT

Hình 2.17: Thanh menu chính trong PSS/ADEPT

Hình 2.18: Thanh công cụ vẽ sơ đồ lưới điện trong PSS/ADEPT

Hình 2.19: Các cửa sổ view trong PSS/ADEPT

Hình 2.20: Các cửa sổ Progress View trong PSS/ADEPT

Hình 2.21: Các cửa sổ Report Preview trong PSS/ADEPT

Hình 2.22: Chu trình thực hiện mô phỏng tính toán trong PSS/ADEPT

Hình 2.23: Cài đặt tùy chọn trong PSS/ADEPT

Hình 2.24: Sử dụng thanh công cụ thiết lập mô phỏng sơ đồ lưới điện

PSS/ADEPT Hình 2.25: Giao diện hiển thị trào lưu công suất trong PSS/ADEPT

Hình 2.26: Mối quan hệ thông tin khi sử dụng EMTP

Hình 2.27: Giao diện phần mềm EMTP

Hình 2.28: Mô hình đường dây Constant Parameter trên EMTP

Hình 2.29: Giao diện nhập thông số đường dây Constant Parameter trên EMTP Hình 2.39: Module Line Data – Cable Data trong EMTP

Hình 2.31: Thông số của cáp đơn lõi Single core

Hình 2.32: Module máy biến áp Y -  trong EMTP

Hình 2.33: Module nguồn V with imdepance trong EMTP

Hình 2.34 Bảng thông số nguồn trong EMTP

Hình 2.35: Module phụ tải PQ trong EMTP

Hình 2.36 Bảng thông số phụ tải PQ trong EMTP

Hình 2.37 Kết quả mô phỏng trong EMTP

Hình 3.1: Các trường hợp đóng kết mạch vòng trung áp

Hình 3.2: Sơ đồ đơn tuyến 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân

Hình 3.3 Mô phỏng tuyến dây Dưỡng Sanh – Linh Xuân trong PSS/ADEPT Hình 3.4 Phân bổ công suất tuyến Dưỡng Sanh – Linh Xuân (Thiết bị giao

lưới mở) Hình 3.5 Phân bổ công suất tuyến Dưỡng Sanh – Linh Xuân (Thiết bị giao

lưới đóng) Hình 3.6 Sơ đồ đơn tuyến 472 – Lạc Cảnh và 474 – Suối Cái

Hình 3.7 Mô phỏng tuyến dây Lạc Cảnh – Suối Cái trong PSS/ADEPT Hình 3.7 Phân bổ công suất tuyến Lạc Cảnh – Suối Cái trong PSS/ADEPT

(Thiết bị giao lưới mở) Hình 3.8 Phân bổ công suất tuyến Lạc Cảnh – Suối Cái (Thiết bị giao lưới

mở) Hình 3.9 Phân bố công suất Lạc Cảnh – Suối Cái (Thiết bị giao lưới đóng) Hình 4.1: Mô hình tuyến dây đóng kết mạch vòng trung áp

Hình 4.2: Sơ đồ đơn tuyến 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân

Hình 4.2: Mô phỏng tuyến dây 475 – Dưỡng Sanh trong EMTP

Hình 4.3: Mô phỏng tuyến dây 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân trong

EMTP Hình 4.4a: Mô phỏng thông số nguồn trong EMTP

Hình 4.4b: Mô phỏng thông số nguồn trong EMTP

Hình 4.5: Mô phỏng thông số cáp ngầm 3M240 trong EMTP

Hình 4.6: Mô phỏng thông số dây nổi 3xACV240 trong EMTP

Hình 4.7: Kết quả mô phỏng tuyến Dưỡng Sanh (Steady state)

Hình 4.8: Kết quả mô phỏng tuyến Linh Xuân (Steady state)

Hình 4.9: Kết quả mô phỏng tại HD (trường hợp Close loop)

Hình 4.10: Kết quả mô phỏng tại DS2 (trường hợp Close loop)

Hình 4.11: Kết quả mô phỏng tại LX2 (trường hợp Close loop)

Hình 4.12: Kết quả mô phỏng tại LX2 (trường hợp Open loop)

Hình 4.13: Kết quả mô phỏng tại DS2 (trường hợp Open loop)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Độ tin cậy cung cấp điện 2015 – 2018

Bảng 1.2 Số phương án và số lần đóng kết mạch vòng trung áp 2015 – 2018 Bảng 2.1 Phân loại các nút trong hệ thống điện

Bảng 3.1 Thông số tải P, Q tuyến dây 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân Bảng 3.2 Thông số tải qua các thiết bị đóng cắt Dưỡng Sanh – Linh Xuân

(Thiết bị giao lưới mở) Bảng 3.3 Thông số tải qua các thiết bị đóng cắt Dưỡng Sanh – Linh Xuân

(Thiết bị giao lưới đóng) Bảng 3.4 Thông số tải qua các thiết bị đóng cắt Dưỡng Sanh – Linh Xuân

(Giảm tiết diện) Bảng 3.5 Thông số tải P, Q tuyến dây 472 – Lạc Cảnh và 474 – Suối Cái Bảng 3.6 Thông số tải qua các thiết bị đóng cắt Lạc Cảnh – Suối Cái (Thiết

bị giao lưới mở) Bảng 3.7 Thông số tải qua các thiết bị đóng cắt Lạc Cảnh – Suối Cái (Thiết

bị giao lưới đóng) Bảng 4.1 Thông số tải P, Q tuyến dây 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển kinh tế, chất lượng cuộc sống của người dân được nâng cao, yêu cầu chất lượng điện năng cung cấp của khách hàng ngày càng cao Tình trạng gián đoạn cung cấp điện, thậm chí gián đoạn trong thời gian rất ngắn cũng sẽ gây ra những hậu quả đáng kể cho nền kinh tế và xã hội Các nguyên nhân mất điện như cắt điện để đấu nối cấp điện khách hàng mới, hệ thống lưới điện mới trên lưới điện phân phối, sự cố lưới điện, thí nghiệm định kỳ thiết bị, bảo trì, sửa chữa lưới điện với tần suất mất điện lớn, thời gian mất điện kéo dài sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến đến độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm kinh tế, văn hóa, xã hội lớn nhất của cả nước Nguồn điện cung cấp ổn định, chất lượng và tin cậy đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của thành phố

Thực hiện nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, ổn định đáp ứng nhu cầu phát triển của thành phố, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh đã triển khai nhiều giải pháp kỹ thuật, đầu tư xây dựng hiện đại hóa lưới điện để nâng cao độ chất lượng và độ tin cậy lưới điện Một trong những giải pháp đó là phát triển hệ thống lưới điện với cấu trúc mạch vòng, liên kết với nhau và vận hành đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện phân phối để thay đổi phương thức vận hành lưới điện phù hợp với nguồn điện cung cấp nhưng không gây gián đoạn cung cấp điện khách hàng [1] Việc đóng, cắt mạch vòng được thực hiện thông qua các thiết bị đóng cắt giao lưới và các thiết bị phân đoạn trên tuyến dây

2 Lý do chọn đề tài

Việc thực hiện đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện phân phối sẽ làm thay đổi cấu trúc vận hành hiện hữu, làm thay đổi thông số vận hành lưới điện một cách nhanh chóng, có thể gây quá tải thiết bị vận hành và làm tăng nguy cơ sự cố của thiết bị Ngoài ra, tại thời điểm đóng cắt sẽ tạo những dòng điện xung lớn, có thể gây ảnh hưởng đến hệ thống bảo vệ và điều này sẽ tác động trực tiếp đến vận hành an toàn và tin cậy lưới điện [2]

Qua thực tế vận hành đóng cắt mạch vòng lưới điện phân phối năm 2018 trên địa bàn quận Thủ Đức [3] thuộc Công ty Điện lực Thủ Đức – đơn vị thành viên của

Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh – quản lý cũng đã xảy ra một số trường hợp ảnh hưởng đến quá trình vận hành lưới điện: dòng tải trên lưới điện phân phối tăng cao hơn so với công suất phụ tải trên lưới điện khi đóng kết mạch vòng giữa

2 tuyến dây khác trạm 110kV (có thêm sự truyền tải điện qua lại giữa các thanh cái 22kV của trạm 110kV); dao động điện áp, xung dòng gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của khách hàng, tác động của thiết bị bảo vệ Tuy nhiên, các hiện tượng trên vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ để khắc phục

Xuất phát từ những lý do trên, việc nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán chế

độ xác lập khi đóng cắt mạch vòng lưới điện phân phối trên lưới điện phân phối Công

ty Điện lực Thủ Đức cần được thực hiện Kết quả của nghiên cứu là cơ sở cần thiết để đánh giá hiện trạng lưới điện và đề xuất các giải pháp về thiết kế, vận hành lưới điện nhằm nâng cao độ tin cậy lưới điện trên lưới điện và là cơ sở áp dụng cho các khu vực

có lưới điện phân phối tương tự.

3 Mục đích nghiên cứu

4 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán chế độ xác lập khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng trên mạch vòng lưới điện phân phối tiêu biểu thuộc Công ty Điện lực Thủ Đức; từ đó đánh giá hiện trạng lưới điện và đề xuất các giải pháp trong thiết kế, vận hành lưới điện và làm cơ sở áp dụng cho các khu vực có lưới điện phân phối tương tự trong Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh và các khu vực khác

5 Mục tiêu cụ thể

- Khảo sát, đánh giá thông số vận hành lưới điện và tình hình đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp trên địa bàn Công ty Điện lực Thủ Đức – Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh;

- Nghiên cứu và tính toán quá trình quá độ và xác lập khi đóng, cắt mạch vòng trung áp 22kV trên các tuyến dây cụ thể tại Công ty Điện lực Thủ Đức;

- Đánh giá các thông số vận hành lưới điện ở chế độ xác lập và quá độ khi đóng cắt mạch vòng với thông số kỹ thuật của lưới điện hiện hữu;

- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật trong thiết thiết kế và vận hành lưới điện cho Công ty Điện lực Thủ Đức nói riêng và Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh nói chung

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu khảo sát, tính toán trên lưới điện trung áp 22kV thuộc địa bàn quận Thủ Đức do Công ty Điện lực Thủ Đức, thành viên của Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

- Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu quá trình quá độ, tính toán chế

độ xác lập về dòng điện, điện áp trên lưới điện và thực hiện mô phỏng và tính toán quá trình quá độ và xác lập trên tuyến dây trung áp khảo sát bằng phần mềm mô phỏng EMTP và PSS/ADEPT

7 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu tham khảo cơ sở lý thuyết quá trình quá độ, tính toán chế

độ xác lập lưới điện phân phối;

- Thu thập các dữ liệu nguồn, tuyến dây trung áp phục vụ tính toán quá trình quá độ, xác lập khi thực hiện đóng kết mạch vòng;

- Thực hiện mô phỏng và tính toán quá trình quá độ và xác lập trên tuyến dây trung áp khảo sát;

- Đánh giá, đối chiếu các thông số vận hành lưới điện ở chế độ xác lập khi đóng cắt mạch vòng với thông số kỹ thuật của lưới điện hiện hữu đang vận hành

- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật trong thiết thiết kế và vận hành lưới điện

Đặt tên đề tài:

Căn cứ vào mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau: “Nghiên cứu quá trình quá độ và tính toán chế độ xác lập khi đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp Công ty Điện lực Thủ Đức”

8 Bố cục luận văn

Chương 1: Tổng quan về lưới điện và tình hình vận hành lưới điện tại Công ty Điện lực Thủ Đức, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh

vòng lưới điện phân phối năm 2015 – 2018;

Chương 2: Mô hình hệ thống điện, cơ sở lý thuyết về quá trính quá độ và tính toán xác lập khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp và các phần mềm

mô phỏng

Chương 3: Thực hiện mô phỏng và tính toán chế độ xác lập trên tuyến dây trung áp hiện hữu Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý

đóng kết mạch vòng);

PSS/ADEPT khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng

Chương 4: Thực hiện mô phỏng quá trình quá độ trên tuyến dây trung áp hiện hữu Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý

đóng kết mạch vòng);

trình EMTP khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng

Chương 5: Đánh giá các thông số vận hành lưới điện ở chế độ xác lập v à quá

độ khi đóng cắt mạch vòng với thông số kỹ thuật của lưới điện hiện hữu, đề xuất các giải pháp trong thiết kế và vận hành lưới điện Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỦ ĐỨC – TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC TPHCM

Chương này giới thiệu về Công ty Điện lực Thủ Đức, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, lưới điện quản lý, tình hình thực hiện đóng kết mạch vòng trung áp và những vấn đề xảy ra trong quá trình thực hiện đóng, cắt mạch vòng lứoi điện trung áp

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỦ ĐỨC

Công ty Điện lực Thủ Đức là doanh nghiệp được tổ chức hoạt động dưới hình thức là đơn vị hạch toán phụ thuộc của Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh (tên viết tắt là EVNHCMC)

- Tên công ty: Chi nhánh Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh TNHH – Công ty Điện lực Thủ Đức;

- Tên viết tắt: Công ty Điện lực Thủ Đức

- Địa chỉ: Số 647 Tỉnh lộ 43, phường Tam Bình, quận Thủ Đức, TpHCM

- Phạm vi hoạt động: quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh

- Chức năng, nhiệm vụ: Công ty Điện lực Thủ Đức hoạt động theo ủy quyền của EVNHCMC bao gồm: Kinh doanh điện năng; Vận hành ổn định, an toàn, liên tục, chất lượng lưới điện phân phối; Sửa chữa, cải tạo, nâng cấp lưới điện phân phối và một

số dịch vụ khác liên quan; Tư vấn giám sát thi công xây lắp các công trình lưới điện; Các dịch vụ khác liên quan đến ngành điện và công nghệ thông tin

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN QUẢN LÝ

1.2.1 Khối lượng nguồn cung cấp điện, đường dây và trạm biến áp

Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý lưới điện phân phối và kinh doanh điện năng trên địa bàn Quận Thủ Đức, là địa bàn phía Đông Bắc thành phố Hồ Chí Minh, khu vực được quy hoạch xây dựng khu chế xuất, khu công nghiệp và khu dân cư tập trung mới để giãn dân từ trung tâm thành phố

a Trạm nguồn 110kV

Tính đến ngày 30/04/2019, lưới điện Công ty Điện lực Thủ Đức đang nhận điện

từ 08 trạm biến áp trung gian 110/22kV trên địa bàn với 54 tuyến dây trung áp 22kV

- Trạm Thủ Đức: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM) và 03 tuyến dây Công ty Điện lực Thủ Thiêm (Quận 2, Quận 9, TpHCM)

- Trạm Thủ Đức Bắc: Trạm Thủ Đức: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM), 01 tuyến dây Công

ty Điện lực Thủ Thiêm (Quận 2, Quận 9, TpHCM) và 02 tuyến dây Công ty Điện lực Bình Dương (Thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương)

- Trạm Linh Trung 1: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 13 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM)

- Trạm Linh Trung 2: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM) Hiện Công ty Điện lực Thủ Đức đang thi công xây dựng mới 02 tuyến dây Tam Châu, Gò Dưa, dự kiến đóng điện hoàn thành đưa vào vận hành trong tháng 10/2019

- Trạm Hiệp Bình Phước: công suất 40MVA (110/22kV), cấp điện cho 05 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM)

- Trạm Bình Triệu: công suất 40MVA (110/22kV), cấp điện cho 04 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM) và 03 tuyến dây Công ty Điện lực Gia Định (Quận Bình Thạnh, TpHCM)

- Trạm Nhà máy nước Thủ Đức : công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 04 tuyến dây Công ty Điện lực (Quận Thủ Đức, TpHCM) và 01 tuyến dây Công ty Điện lực Thủ Thiêm (Quận 9, TpHCM) Hiện Công ty Điện lực Thủ Đức đang thi công xây dựng mới 02 tuyến dây Nước BOO 1, Nước BOO 2, dự kiến đóng điện hoàn thành đưa vào vận hành trong tháng 10/2019 và 01 tuyến dây Hoàng Diệu, dự kiến đóng điện hoàn thành tháng 03/2020

Ngoài ra, Công ty Điện lực Thủ Đức cấp điện chuyên dùng cho Công ty Cổ phần Thép Thủ Đức (Km9 Xa lộ Hà Nội, Phường Trường Thọ, TpHCM) thông qua trạm 110kV Vikimco: công suất 63MVA (110/22kV, trạm thuộc tài sản khách hàng)

b Lưới điện trung áp

Tổng chiều dài lưới điện trung áp là 373,827 km, trong đó 237,743 km trung áp nổi và 136,084 km trung áp ngầm Tổng số trạm biến áp là 1343 trạm với 1752 máy biến áp và tổng công suất lắp đặt là 773.482,5KVA Công suất cực đại khoảng 264,11MW

Cung cấp điện đến 131.005 khách hàng với sản lượng điện tiêu thụ 04 tháng đầu năm 2019 là 563,79 triệu KWh với tốc độ tăng trưởng 8,62% so với cùng kỳ 2018

biến áp 40MVA hoặc 63MVA với 1 đến 4 thanh cái trung áp 22kV (Hình 1.2)

Các tuyến dây trung áp nhận điện từ thanh cái trung áp qua máy cắt đầu nguồn

Chế độ vận hành bình thường của lưới trung áp là vận hành hở dạng hình tia và dạng xương cá Các tuyến dây trung áp được phân chia thành từ 2 đến 5 phân đoạn với

Hình 1.2: Sơ đồ nối điện chính trạm trung gian 110/22kV

50.00 100.00

các thiết bị đóng cắt và bảo vệ trung áp: Dao cách ly – DS – Disconected Switch, dao cắt tải – LBS – Load Break Switch, máy cắt tự động đóng lại – ACR – Auto Circuit Recloser, gọi tắt là Recloser, tủ đóng cắt trung thế - RMU – Ring Main Unit

Trên mỗi phân đoạn tuyến dây trung áp có các các thiết bị đóng cắt trung áp giao lưới với các tuyến dây trung áp khác tạo thành mạch vòng kín nhưng vận hành hở

(Hình 1.3)

Các thiết bị đóng cắt trung áp được lắp đặt thao tác vận hành tại chỗ hoặc từ xa qua hệ thống điều khiển SCADA kết nối với Trung tâm Điều độ Thành phố Hồ Chí Minh

1.2.3 Kết cấu lưới điện

Lưới điện trung áp 22kV Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý vận hành là lưới điện trung áp 3 pha 4 dây, trung tính nối đất trực tiếp

Lưới điện trung áp nổi: được lắp đặt trên trụ bê tông ly tâm với chiều cao từ 12 đến 14m với cánh xà dài từ 2,0 – 2,4m; dây dẫn được bọc cách điện 24kV với tiết diện ACSR 240mm2 đối với đường trục và ACSR 95mm2 đối với nhánh rẽ

Lưới điện trung áp ngầm: Sử dụng cáp ngầm trung áp 3 pha cách điện 24kV, lắp đặt trong ống bảo vệ cáp ngầm được chôn trực tiếp trong đất (tại vị trí đầu nguồn cáp ngầm được lắp đặt trong mương cáp); Tiết diện cáp ngầm 3M240-XLPE đối với đường trục (2 mạch cáp ngầm) và cáp ngầm 3M50-XLPE hoặc 3M95-XLPE đối với nhánh rẽ (1 hoặc 2 mạch cáp ngầm)

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH VÀ THỰC HIỆN ĐÓNG CẮT MẠCH VÒNG TRUNG ÁP

1.3.1 Tình hình vận hành lưới điện

Trong các năm vừa qua, Công ty Điện lực Thủ Đức luôn cung cấp đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của khách hàng Độ tin cậy cung cấp điện luôn được nâng cao qua các năm Cụ thể:

Bus 22kV

Switch - Close Switch - Open

Hình 1.3: Sơ đồ một tuyến dây trung áp điển hình

Chỉ tiêu độ tin cậy Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017 Năm 2018

1.3.2 Tình hình thực hiện đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp

Nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, từ năm 2015, Công ty Điện lực Thủ Đức áp dụng việc đóng kết mạch vòng lưới điện trung áp để phục vu chuyển nguồn công tác, chuyển nguồn trạm trung gian, qua đó, giảm số lầ, thời gian mất điện hệ thống điện Cụ thể:

1.3.3 Mô hình đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp

Việc đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp được thực hiện tại thiết bị đóng cắt giao lưới, thiết bị đóng cắt phân đoạn của các tuyến dây trung áp Sơ đồ đóng / cắt mạch vòng trung thế như hình 1.4

Việc đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp bao gồm 4 loại (Hình 1.5) bao

gồm các loại sau:

Bảng 1.1: Độ tin cậy cung cấp điện 2015 – 2018

Bảng 1.2: Số phương án và số lần đóng kết mạch vòng trung áp 2015 - 2018

Bus 22kV

TR 110/22kV

Feeder 1

Bus 22kV

TR 110/22kV

SW2.1 (NC)

SW2.2 (NC)

SW2.3 (NC)

Feeder 2

Switch - Close Switch - Open

SW - Switch NC - Normal Close NO - Normal Open

Hình 1.4: Sơ đồ đóng kết mạch vòng 02 tuyến dây trung áp

- Loại 1: Đóng kết mạch vòng giữa 02 tuyến dây trung áp nhận điện cùng 01 máy biến áp trạm trung gian 110kV;

- Loại 2: Đóng kết mạch vòng giữa 02 tuyến dây trung áp nhận điện từ 02 máy biến áp của một trạm trung gian 110kV;

- Loại 3: Đóng kết mạch vòng giữa 02 tuyến dây trung áp nhận điện từ 02 trạm trung gian 110kV và cùng nguồn 220kV;

- Loại 4: Đóng kết mạch vòng giữa 02 tuyến dây trung áp nhận điện từ 02 trạm trung gian 110kV và khác nguồn 220kV;

Type 3

TR2 220/110kV

TR4 110/22kV

Type 4

Bus 22kV Bus 110kV

Hình 1.3: Phân loại đóng kết mạch vòng trung áp

1.3.4 Quy định về thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp

a Quy định pháp lý thực hiện

Quy định về thực hiện thao tác đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp được thực hiện theo Điều 31 và 32 của Thông tư 44/2014/TT-BCT ngày 28/11/2014 của Bộ Công thương về Quy định quy trình thao tác trong hệ thống điện quốc gia [4] Cụ thể như sau:

Điều 31 Thao tác khép mạch vòng

1 Chỉ được phép khép kín 01 (một) mạch vòng trong hệ thống điện khi tại điểm khép mạch vòng đã chắc chắn đồng vị pha và cùng thứ tự pha

2 Điều kiện khép mạch vòng trên hệ thống điện:

a) Góc lệch pha của điện áp giữa hai phía điểm khép vòng:   300;

b) Chênh lệch điện áp giữa hai phía điểm khép vòng: U  10%

3 Thao tác khép mạch vòng phải kiểm tra điều kiện góc lệch pha và chênh lệch điện áp theo quy định tại Khoản 2 Điều này Trường hợp không kiểm tra được góc lệch pha thì phải có tính toán trước để kiểm tra góc lệch pha

4 Lưu ý đến hoạt động của rơ le bảo vệ và tự động, thay đổi trào lưu công suất

và điện áp trong hệ thống điện khi khép mạch vòng

Điều 32 Thao tác mở mạch vòng

1 Trước khi thao tác mở mạch vòng, phải điều chỉnh giảm công suất hoặc dòng điện qua máy cắt là nhỏ nhất và tính toán kiểm tra không bị quá điện áp phục hồi của máy cắt trước khi thực hiện thao tác mở mạch vòng này

2 Khi thao tác tách các hệ thống điện ra vận hành độc lập, các cấp điều độ phải cùng phối hợp để điều chỉnh công suất giữa các nhà máy hoặc cân bằng công suất các hệ thống điện sao cho duy trì được tình trạng vận hành bình thường của các hệ thống điện sau khi mở vòng mất liên kết hệ thống

b Trình tự thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp

Việc đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp nhằm mục đích thay đổi phương thức vận hành lưới điện, chuyển nguồn phục vụ công tác, xử lý sự cố, từ đó hạn chế việc giảm mức cung cấp điện (mất điện) khách hàng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng

Trình tự thao tác đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp tại Công ty Điện lực Thủ Đức:

1 Lập phương án đóng kết mạch vòng 02 tuyến dây trung áp: dòng tải vận hành; Tiết diện dây dẫn; Dòng tải định mức; Vị trí / chỉ danh thiết bị đóng mạch vòng; Vị trí / chỉ danh thiết bị đóng cắt mở mạch vòng; Thời gian dự kiến thao tác vận hành

2 Lập phiếu thao tác đóng, cắt mạch vòng trung áp, bao gồm các nội dung và trình tự thao tác:

- Kiểm tra đồng vị pha và thứ tự pha tại vị trí thiết bị đóng cắt dự kiến thao tác đóng mạch vòng;

- Kiểm tra độ lệch áp giữa 02 tuyến dây tại vị trí thiết bị đóng cắt dự kiến thao tác đóng mạch vòng (U  10%);

- Kiểm tra góc lệch pha điện áp giữa 02 tuyến dây tại vị trí thiết bị đóng cắt dự kiến thao tác đóng mạch vòng (  300);

- Thao tác đóng thiết bị đóng cắt đóng mạch vòng trung thế (thực hiện thao tác tải chỗ hoặc thao tác xa SCADA);

- Thao tác cắt thiết bị đóng cắt mở mạch vòng trung thế (thực hiện thao tác tải chỗ hoặc thao tác xa SCADA);

Tùy theo loại đóng cắt của thiết bị, việc đóng cắt thiết bị được thực hiện bởi Trung tâm Điều độ Hệ thống điện TpHCM (đối với thiết bị thao tác xa SCADA) và Công ty Điện lực Thủ Đức (đối với thiết bị thao tác trực tiếp tại chỗ)

1.3.5 Những vấn đề xảy ra khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện

Trong quá trình vận hành lưới điện đóng kết mạch vòng lưới điện trung áp trên địa bàn Công ty Điện lực Thủ Đức đã xảy ra 02 hiện tượng bất thường sau:

- Khi thực hiện thao tác đóng kết mạch vòng lưới điện trung áp để chuyển tra bình thường phương thức vận hành tuyến 475 – Dưỡng Sanh và 477 – Linh Xuân đã xảy ra hiện tượng bật Recloser Hồng Điệp do vượt dòng chỉnh định 51N

- Do hư hỏng (chạm chập) cáp điều khiển thiết bị đóng cắt, thiết bị đóng cắt giao lưới giữa 02 tuyến dây 472 – Lạc Cảnh và 474 – Suối Cái tự động đóng và vận hành mạch vòng giữa 02 tuyến dây gây quá tải đường dây tuyến 474 - Suối Cái

CHƯƠNG II

MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ

QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ GIỚI THIỆU

CÁC PHẦM MỀM MÔ PHỎNG

Chương này giới thiệu về mô hình hệ thống điện, mô hình toán học các phần tử trong hệ thống điệ, cơ sở lý thuyết về quá trình quá độ, tính toán hệ thống điện ở chế

độ xác lập khi đóng, cắt mạch vòng lưới điện và giới thiệu các phần mềm mô phỏng

tính toán lưới điện phân phối PSS/ADEPT và EMTP

(2.1) (2.2)

(2.3) (2.4)

(2.5)

Phân tích hệ thống điện ở trạng thái xác lập bằng phương pháp mô phỏng toán học đóng một vai trò quan trọng trong vận hành hệ thống và quy hoạch phát triển Phần này đưa ra mô hình toán học và các đại lượng trong hệ thống điện Mô hình này được sử dụng để tính toán phân bố công suất và quá độ trong hệ thống điện

2.1.2 Các đại lượng trong hệ thống điện

Để mô hình hóa một hệ thống điện, trước hết cần thiết mô hình hóa các đại lượng tính toán trong hệ thống điện, cũng như mối quan hệ toán học giữa các đại lượng này Các đại lượng trong hệ thống điện bao gồm: điện áp, dòng diện, tổng trở và công suất ở trạng thái xác lập Các đại lượng này quan hệ với nhau theo định luận Ohm, định luật Kirchhoff

a Điện áp và dòng điện

Trong hệ thống điện xoay chiều xác lập, điện áp và dòng điện được biểu diễn bằng hàm lượng giác theo thời gian với tần số gốc  Thường các đại lượng này được biểu diễn theo hàm cos:

Trong đó, j là đại lượng ảo và j 2 = -1

Các đại lượng điện áp và dòng điện biến thiên điều hòa theo tần số gốc ω, nên

ejt là không cần thiết để mô tả điện áp hoặc dòng điện khi hệ thống trạng thái ổn định Khi đó đại lượng phức j V

e V

e I

I max  độc lập của thời gian t (xét tại thời điểm t = 0)

Trong hệ thống điện, thường mô tả điện áp và dòng điện theo trị số hiệu dụng RMS Khi đó, điện áp và dòng điện được viết lại như sau:

V

j

e V

V   với

I

j

e I

I  với

b Công suất

Điện áp và dòng điện có thể được viết lại với biểu thức như sau:

)Re(

)(

)

t Cos V t

)(

(2.6)

(2.8) (2.7)

Với  V  Ilà góc hệ số công suất (power factor angle) và coslà hệ số công suất (power factor)

Công suất tức thời p(t) được tính bởi công thức:

Trong đó:

 Cos I V

P  gọi là công suất tác dụng (W – watt)

 Sin I V

Q  gọi là công suất phản kháng (VAr – Volt ampere reactive) Công suất tác dụng và công suất phản kháng có thể viết theo số phức:

= | || | = ( | || | ( )) = ( ∗)

= | || | = ( | || | ( )) = ( ∗) Trong đó:

I* là thành phần liên hợp phức của I Vì vậy, công suất biểu kiến trong hệ thống điện xoay chiều AC:

S = P + jQ = V.I*

S: Công suất biểu kiến (VA)

c Trở kháng và tổng dẫn

Trở kháng là khái niệm mở rộng của điện trở trong hệ thống điện xoay chiều

AC Trở kháng Z được biểu thị bằng công thức:

Z = R + jX () Phần thực R ≥ 0 được gọi là điện trở

Phần ảo X: Nếu X > 0 được gọi là điện kháng (jX = jL) và X < 0 gọi là điện dung (jX = -j/(C))

- Dẫn nạp Y:

Trong đó:

(2.9) (2.10)

(2.11)

(2.12)

(2.13)

)()

)2()

2(1

)(

)()

(2

)(

)(2

)

(2

)(

)()

()(

t Sin Q t Cos P

t p

t Sin Sin I V t Cos Cos

I V t p

t Cos t Cos I V t p

t Cos I t Cos V t

p

t i t v t p

1

Z

X j Z

R Z jB G

G = R/Z2 gọi là điện dẫn

B = - X/Z2 gọi là điện nạp

Theo định luật Ohm trong mạch AC: V=Z.I và I = Y.V

Khi đó, công suất biểu kiến

2.1.3 Định luật Kirchhoff

a Định luật Kirchhoff 1 (KCL – Kirchhoff’s current law)

Tại một nút trong hệ thống điện, tổng dòng điện đi vào nút bằng tổng dòng điện

đi ra khỏi nút

b Định luật Kirchhoff 2 (KVL – Kirchhoff’s voltage law)

Tổng sai biệt điện thế dọc theo mạch vòng kín theo một chiều nhất định bằng không

2.1.4 Mô hình hóa hệ thống điện

Hệ thống điện được mô hình hóa bằng sơ đồ của các nút (bus - node) và các nhánh (branch) Tại mỗi nút I, có 4 đại lượng quan trọng:

Vi : độ lớn điện áp i : góc lệch pha của điện áp

Pi : công suất tác dụng ra khỏi nút

Qi : công suất phản kháng ra khỏi nút

Phân loại các nút:

Bảng 2.1: Phân loại các nút trong hệ thống điện

1 Nút tải (Load bus, PQ-bus) Pi, Qi Vi, i

2 Nút phát (Generation bus, PV bus) Pi, Vi Qi, i

2.1.5 Sơ đồ thay thế và thông số tính toán các phần tử trong hệ thống điện:

a Máy phát (Generator)

Trong tính toán hệ thống điện, máy phát điện đồng bộ được thay thế tương đương bằng một sức điện động nối tiếp với tổng trở đồng bộ

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế máy phát điện

b Đường dây tải điện (Line)

Các đường dây truyền tải được mô hình bằng một mạch tương đượng với các thông số trên cớ sở theo từng pha

- Điện áp được tính theo pha-trung tính

- Dòng điện được biểu diễn cho từng pha

- Hệ thống ba pha được đơn giản hóa thành mạng 1 pha tương đương

Tất cả các đường dây được cấu thành từ điện kháng và điện trở nối tiếp, tụ điện

và điện dẫn ngang rãi Các thông số đường dây bao gồm: R, L, G, B

Các loại mô hình:

- Tùy thuộc vào độ dài và cấp điện áp

- Các mô hình đường dây ngắn, trung bình và dài

 Mô hình đường dây ngắn

Mô hình này được sử dụng khi: Độ dài đường dây ngắn hơn 80km hay điện áp đường dây không quá 69kV

Mô hình thông số đường dây truyền tải

- Điện dẫn và điện dung ngang được bỏ qua

- Điện trở và điện kháng đường dây được xử lý như là thông số tập trung

Hình 2.3: Mô hình đường dây ngắn

 Mô hình đường dây trung bình

Mô hình này được sử dụng khi: chiều dài đường dây lớn hơn 80km nhưng dưới 250km

Mô hình các thông số:

- Một nửa điện dung ngang được coi như là thông số tập trung ở mỗi đầu đường dây

- Điện trở và điện kháng dọc đường dây được xử lý như thông số tập trung

Hình 2.4: Mô hình đường dây trung bình

c Máy biến áp (Transformer)

 Máy biến áp 2 cuộn dây

Loại máy biến áp thông dụng nhất là máy biến áp hai dây quấn một pha hoặc ba pha, tất cả đều được biểu diễn trên cơ sở một pha Sau đây là hai mạch tương đương của máy biến áp

Hình 2.5: Mô hình máy biến áp 2 cuộn dây

Iφ : dòng điện từ hóa lõi sắt,

Io : dòng điện không tải

1

.

U : điện áp phía sơ cấp

.

2

U : điện áp thứ cấp qui về sơ cấp

Vì tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trong lõi sắt máy biến

áp gần như không đổi, tuy rằng khi điện áp thay đổi quanh trị số định mức thì mức độ bão hòa cũng có ảnh hưởng, có thể vẽ sơ đồ thay thế trong đó nhánh từ hóa được biểu diễn bởi tổn thất công suất trong lõi sắt như sau:

Hình 2.6: Mô hình máy biến áp 2 cuộn dây giản đơn

Thông thường với máy biến áp nhà chế tạo cung cấp bốn tham số sau:

- ΔP cuđm: tổn thất công suất trong đồng khi máy biến áp mang tải định mức,

mạch IN = Iđm

- U N %: phần trăm của điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức:

- i kt %:phần trăm dòng điện không tải I0 so với dòng điện định mức:

- ΔP Fe là tổn thất công suấ tác dụng trong lõi thép và bằng tổn hao không tả

ΔP0

Để tính RB, XB, GB, BB, lý thuyết máy điện đưa ra các công thức của sau:

 Máy biến áp 3 cuộn dây

Máy biến áp ba dây quấn có thể là máy một pha có hai cuộn thứ cấp hoặc là máy biến áp ba dây quấn ba pha Hình bên dưới là một sơ đồ máy biến áp ba pha ba dây quấn, hai cuộn thứ cấp mang tải hoặc có thể là máy biến áp ba pha có hai cuộn mắc Y–Y với cuộn dây thứ ba mắc Δ để khử họa tần

Hình 2.7: Mô hình máy biến áp 3 cuộn dây

Có ba thí nghiệm ngắn mạch dùng để xác định Z1, Z2, Z3, cả ba thí nghiệm đều tiến hành tương tự, trong mỗi thí nghiệm đều cho một cuộn hở mạch, một cuộn ngắn mạch và đưa một điện áp nhỏ vào cuộn còn lại sao cho dòng điện chạy trong cuộn ngắn mạch bằng dòng điện định mức Điện áp đó gọi là điện áp ngắn mạch UN% Trong máy biến áp ba dây quấn, người chế tạo cho phần trăm điện áp ngắn mạch giữa các cuộn dây UN(1–2)%, UN(2–3)%, UN(1–3)%

Đối với máy biến áp ba dây quấn công suất lớn (X>>R) nên điện áp rơi trên cảm kháng (Ur) có thể lấy bằng điện áp ngắn mạch (UN) và giả thiết các điện áp ngắn

mạch phần trăm được qui đổi về công suất cơ bản bằng công suất định mức Sđm của phía sơ cấp

Từ các phương trình trên, giải được:

Cám kháng của cuộn dây 1 được tính bởi công thức:

Cảm kháng của cuộn dây 2 và cuộn dây 3 được tính theo công thức tương tự

d Phụ tải (Load)

Các mô hình được chọn lọc dựa trên cả 2: loại phân tích và các đặc tính tải

được nối vào một nút mạng và đất (hoặc điểm trung tính hệ thống)

công suất hằng số, độc lập với điện áp nút Cũng được coi là nguồn dòng bơm vào mạng

số độc lập với điện áp và dòng điện bơm vào Cũng được coi như là một nguồn công suất âm bơm vào mạng

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ VÀ TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

2.2.1 Tính toán chế độ xác lập lưới điện phân phối

Khi thực hiện thao tác đóng hoặc cắt mạch vòng lưới điện trung áp, điều này đồng nghĩa với việc chuyển chế độ vận hành lưới điện trung áp từ dạng tia (mạng điện hở) sang mạng điện kín với 02 nguồn cung cấp hoặc chuyển từ mạng điện kín sang lưới điện dạng tia (mạng điện hở)

Trong tính toán mạng điện phân phối, một số giả thiết cần đưa ra như sau:

- Do điện áp lưới điện phân phối thấp, chiều dài dường dây ngắn không xét đến ảnh hưởng của điện dung đường dây Tuy vậy, đối với cáp ngầm có chiều dài lớn thì có thể công suất phản kháng của điện dung phát ra là khá lớn cũng cần phải xét đến

- Bỏ qua thành phần vuông góc (PX – QR)/U trong công thức tính sụt áp vì thành phần này không đáng kể khi điện trở lớn và hệ số công suất thấp

- Dùng điện áp định mức Uđm trong công thức tính sụt áp và tổn thất công suất

a Tính toán mạng điện hở

Mạng điện hở có một số phụ tải còn được gòi là mạng liên thông Sơ đồ thay thế của mạng điện có được bằng cách ghép nối sơ đồ thay thế từng đoạn đường dây Đối với mạng lưới điện phân phối vời đường dây ngắn, đường dây được thay thế bằng tổng trở nối tiếp, bỏ qua đường dung đường dây

Xét mạng điện phân phối dạng liên thông có sơ đồ như Hình 2.8 bên dưới, với

các ký hiệu:

pi, qi : công suất phụ tải i

Pi, Qi : công suất đi trên đoạn đường dây i

∆U =P R + Q X

UđSụt áp từ đầu nguồn đến phụ tải cuối đường dây:

P = p và Q = q

Công thức tính tổn thất điện áp có thể viết lại như sau:

∆U = 1

Uđ . (p R + q X )Trong trường hợp dây dẫn cùng tiết diện và cùng cách bố trí trên cột, nghĩa là

có cùng thông số ro, xo trên mỗi km chiều dài đường dây, khi đó tổn thất điện áp có thể viết lại như sau:

∆U = 1

U đ r P l + x Q l Dòng điện chạy trên từng đoạn dây dẫn được xác định theo điện áp định mức:

İ =

∗ ̇

√3U đ

(2.18) (2.19) (2.20) (2.21) (2.22) (2.23) (2.24) (2.25)

Với ∗ ̇ là giá trị phức liên hợp của công suất toàn phần chạy trên đoạn m

b Tính toán mạng điện kín với 02 nguồn cung cấp

 Trường hợp 1: 02 nguồn điện với điện áp bằng nhau tương ứng trường hợp

đóng kết mạch vòng 02 tuyến dây trung áp cùng 01 thanh cái

Tính toán phân bố chính xác trong mạng điên kín là vấn đề khó khăn Với những tính toán kỹ thuật không cần độ chính xác cao, có thể dùng phương pháp tính gần đúng

Xét mạng điện kín có 02 nguồn điện cung cấp từ nút A và nút B với điện áp

bằng nhau (về modul và góc pha) như Hình 2.8 bên dưới:

Với quy ước chiều công suất như hình vẽ, theo định luật Kirchoff, phương trình cân bằng áp:

İ Z + İ Z − İ Z = 0 Ṡ∗

̇∗ = ̇

∗( ̅ + ̅ ) + ̇∗ ̅

Đối với mạng điện dây dẫn có cùng tiết diện và cùng cách bố trí trên cột, nghĩa

là tỷ số là hằng số không thay đổi trên tất cả các đoạn dây, khi đó:

Ṡ∗ =∑ Ṡ

∗Z

n i=1

Z và Ṡ

∗Z

n i=1

ZTrong đó: Z là tổng trở từ nút i đến nguồn B và Z là tổng trở từ nút i đến nguồn A Có thể triển khai để có các biểu thức tính theo số thực

Ṡ = P + jQ Trong đó:

Và

Ṡ = P + jQ Trong đó:

Với công suất đi đến từ 2 phía nguồn có thể tính công suất, dòng điện trên từ đoạn đường dây Nút có công suất đi đến từ hai phía gọi là điểm phân công suất, điểm này có điện áp thấp nhất đường dây Công suất tác dụng và phản kháng đi vào điểm này từ 2 phía

Để tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất trên đường dây, có thể tách mạng điện thành hai mạng điện hở tại điểm phân công suất

(2.47)

(2.48)

 Trường hợp 2: 02 nguồn điện khác điện áp tương ứng trường hợp đóng kết

mạch vòng 02 tuyến dây trung áp khác thanh cái

Việc tính toán mạng điện kín với 02 nguồn điện khác điện áp được giải bằng nguyên lý xếp chồng

- Trước hết, giả thiết điện áp hai nguồn bằng nhau và tính công suất từ hai nguồn như trường hợp 1

- Tình trạng thứ hai ứng với đường dây không tải, khi đó dòng cần bằng I0

giả sử theo chiều từ A đến B (UA > UB):

İ =U̇ − U̇

√3ZKhi đó Ṡ = √3U̇ İ∗ và Ṡ = √3U̇ İ∗

Xếp chồng hai tình trạng, công suất nguồn:

̇ = Ṡ + Ṡ = √3U̇ İ∗+ ∑ Ṡ

∗Z

n i=1

Z

̇ = Ṡ + Ṡ = √3U̇ İ∗+ ∑ Ṡ

∗Z

n i=1

Z

2.2.2 Phân tích quá trình quá độ lưới điện phân phối

a Hiện tượng quá độ

Quá độ là giai đoạn chuyển tiếp giữa 2 trạng thái xác lập khi có sự thay đổi trạng thái, tính chất của hệ thống điện Trong giai đoạn này các giá trị biên độ, dòng điện, tần số có thể vượt qua ngưỡng giá trị của chúng ở trạng thái xác lập và có thể gây

ra mất điện trên lưới, hư hỏng các thiết bị điện đang vận hành, phá hủy cách điện, làm giảm chất lượng điện năng lưới điện, ảnh hưởng trực tiếp các thiết bị khách hàng (người sử dụng điện) và gây thiệt hại cho nền kinh tế

Các quá trình quá độ xảy ra trên lưới điện có thể kể ra như: xung sét, quá điện thế do đóng cắt lưới điện, điện áp chập chờn (flicker), sóng hài (harmonic), sự cố ngắn mạch, mất điện thời gian ngắn (sag hay interruptions) Việc phân tích quá trình quá

độ trên là cơ sở để giải thích các hiện tượng bất thường xảy ra trong hệ thống điện

(2.52) (2.50)

(2.51)

b Quá độ trong mạch RL với nguồn xoay chiều u(t) = U m Sin(t + )

Xét sơ đồ mạch điện như hình 2.10 bên dưới:

Trong đó:  = R/L (hằng số thời gian)

Quá trình biến thiên của dòng điện qua mạch có dạng như hình 2.11 bên dưới:

Hình 2.11: Dòng điện quá độ trong mạch R-L

c Quá độ trong mạch RC với nguồn xoay chiều u(t) = U m Sin(t + )

Xét sơ đồ mạch điện như hình 2.12 bên dưới:

(2.54) (2.53)