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 tây ninh

MAI PHONG PHI LONG 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 TÂY NINH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số:

MAI PHONG PHI LONG

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 TÂY NINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

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: TS LÊ KỶ

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhật xét 2: PGS TS VŨ PHAN TÚ

(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 04 tháng 01 Năm 2020

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Mai Phong Phi Long MSHV: 1870254

Ngày tháng năm sinh: 21/02/1976 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201

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 Tây Ninh

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

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

Ninh, Tổng công ty Điện lực Miền Nam

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

- Nghiên cứu phần mềm ứng dụng 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 Tây Ninh 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: 19/08/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019

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 đề tài luận văn này

Xin cám ơn Ban Giám Đốc, cùng bạn bè đồng nghiệp Công ty Điện lực Tây Ninh

đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu 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, ngày 07 tháng 12 năm 2019

Người thực hiện

Mai Phong Phi Long

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn tập trung nghiên cứu mô phỏng 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 Tây Ninh

Thông qua các thông số vận hành thông qua các phần mềm mô phỏng EMTP, thực hiện đánh giá hiện trạng vận hành lưới điện của Công ty Điện lực Tây Ninh 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 focuses on transient and steady state analysis of loop switching in a MV distribution network at Tay Ninh Power Company

By using EMTP software, the steady and surge current due to closing or opening loop distribution feeders are calculated From that, this thesis will evaluate the distribution power system managed by Tay Ninh Power Company and propose solutions for design and 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 đảm bảo chính xác, tin cậy, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Mai Phong Phi Long

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Lý do chọn đề tài 1

3 Mục tiêu 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 Tình hình nghiên cứu gần đây 3

7 Bố cục luận văn 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH VẬN HÀNH

LƯỚI ĐIỆN 5

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY NINH 5

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN QUẢN LÝ 5

1.2.1 Khối lượng nguồn cung cấp điện, đường dây và trạm biến áp 5

1.2.2 Sơ đồ kết lưới 7

1.2.3 Kết cấu lưới điện 8

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH QUẢN LÝ VẬN HÀNH VÀ THỰC HIỆN ĐÓNG CẮT MẠCH VÒNG TRUNG ÁP 9

1.3.1 Tình hình vận hành lưới điện 9

1.3.2 Tình hình thực hiện đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp 9

1.3.3 Quy định về thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp 9

1.3.4 Những vấn đề xảy ra khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng trên lưới điện 11

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN, 12

2.1 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12

2.1.1 Hệ thống điện 12

2.1.2 Các đại lượng trong hệ thống điện 13

2.1.3 Định luật Kirchhoff 15

2.1.5 Sơ đồ thay thế và thông số tính toán các phần tử trong hệ thống điện: 16 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ VÀ TÍNH TOÁN

CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 21

2.2.1 Tính toán chế độ xác lập lưới điện phân phối 21

2.2.2 Phân tích quá trình quá độ lưới điện phân phối 26

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

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI ĐÓNG CẮT MẠCH VÒNG 45

3.1 GIỚI THIỆU CÁC MẠCH VÒNG TIÊU BIỂU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂY NINH 45

3.1.1 Mô tả tuyến dây trung áp 46

3.1.2 Mô tả kết lưới các trường hợp đóng cắt 48

3.1.3 Phương án đóng cắt 51

3.1.4 Mục đích của quá trình mô phỏng 52

3.2 CÁC TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 53

3.2.1 MẠCH VÒNG 1(MV1): Tuyến 471&481TN tại tủ RMU 27 Mít Một 53

3.2.2 MẠCH VÒNG 2 (MV2): Tuyến 481TN&472TN tại LBS trụ 80/46 61

3.2.3 MẠCH VÒNG 3 (MV3): Tuyến 471TN& 472SD tại LBS Thanh Điền

69

3.2.4 MẠCH VÒNG 4 (MV4): Tuyến 471TN& 474TĐ tại Recloser trụ 182 78 3.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN EMTP 86

3.4 ĐỘ TIN CẬY KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN EMTP 87

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88

4.1 KẾT LUẬN 88

4.2 KIẾN NGHỊ 89

4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 93

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

EVNSPC : Tổng công ty Điện lực Miền Nam

PC Tây Ninh : Công ty Điện lực Tây Ninh

SCADA : Supervisory Control And Data Acquition - Hệ thống điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu MDAS : Metering data analysis system - hệ thống thu thập và quản

lý dữ liệu công tơ

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 Công ty Điện lực Tây Ninh Hình 1.2 Sơ đồ nối điện chính trạm trung gian 110/22kV

Hình 1.3 Sơ đồ một tuyến dây trung áp điển hình

Hình 2.1 Mô hình các phần tử trong 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 2.13 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 Mối quan hệ thông tin khi sử dụng EMTP

Hình 2.17 Giao diện phần mềm EMTP

Hình 2.18 Mô hình đường dây Constant Parameter trên EMTP

Hình 2.19 Giao diện nhập thông số đường dây Constant Parameter trên EMTP Hình 2.20 Module Line Data – Cable Data trong EMTP

Hình 2.21 Thông số của cáp đơn line data

Hình 2.22 Thông số của cáp đơn lõi Single core

Hình 2.23 Module máy biến áp Y -  trong EMTP

Hình 2.24 Module nguồn V with imdepance trong EMTP

Hình 2.25 Bảng thông số nguồn trong EMTP

Hình 2.26 Module phụ tải PQ trong EMTP

Hình 2.27 Thông số phụ tải PQ trong EMTP

Hình 2.28 Kết quả mô phỏng trong EMTP

Hình 3.1 Sơ đồ đơn tuyến 04 trường hợp tiêu biểu đóng cắt mạch vòng trung áp

Hình 3.2 Mô hình tuyến dây đóng kết mạch vòng trung áp tại tủ RMU 27

Hình 3.3 Mô hình tuyến dây đóng kết mạch vòng trung áp tại trụ 80/46

Hình 3.4 Mô hình tuyến dây đóng kết mạch vòng trung áp tại trụ 164/2

Hình 3.5 Mô hình tuyến dây đóng kết mạch vòng trung áp tại trụ 316 (182)

Hình 3.6 Thông số điện áp chạy bằng phần mềm PSS/ADEPT MV1 Hình 3.7 Giao lưới 471TN và 481TN (RMU27) của MV1

Hình 3.8 Điện áp ở 2 đầu tại điểm giao lưới 471TN&481TN MV1

Hình 3.9 Dòng quá độ đi qua thiết bị 471TN&481TN (tđ=0ms) MV1

Hình 3.10 Dòng quá độ đi qua thiết bị 471TN&481TN (tđ=5ms) MV1

Hình 3.11 Dòng quá độ đi qua thiết bị 471TN&481TN (tđ=10ms) MV1

Hình 3.12 Dòng quá độ đi qua thiết bị 471TN&481TN (tđ=15ms) MV1

Hình 3.13 Điện áp tại cột 26_ 471TN khi mở khép vòng MV1

Hình 3.14 Điện áp tại cột 26_ 471TN khi mở khép vòng zoom nhỏ MV1

Hình 3.15 Điện áp tại cột 27_ 481TN khi mở khép vòng MV1

Hình 3.16 Điện áp tại cột 27_ 481TN khi mở khép vòng Zoom nhỏ MV1

Hình 3.17 Thông số điện áp bằng phần mềm PSS/ADEPT MV2

Hình 3.18 Giao lưới 472TN và 481TN tại LBS trụ 80/46 MV2

Hình 3.19 Điện áp ở 2 đầu tại điểm giao lưới 472TN&481TN MV2

Hình 3.20 Dòng quá độ đi qua thiết bị 472TN&481TN (tđ=0ms) MV2

Hình 3.21 Dòng quá độ đi qua thiết bị 472TN&481TN (tđ=5ms) MV2

Hình 3.22 Dòng quá độ đi qua thiết bị 472TN&481TN (tđ=10ms) MV2

Hình 3.23 Dòng quá độ đi qua thiết bị 472TN&481TN (tđ=15ms) MV2

Hình 3.24 Điện áp ở 2 đầu tại điểm giao lưới 472TN-481TN MV2

Hình 3.25 Điện áp tại T80/46 tuyến 472-481TN, zoom nhỏ tại thời điểm quá độ -MV2 Hình 3.26 Điện áp tại cột 80/47 tại thời điểm quá độ-MV2

Hình 3.27 Điện áp tại cột 80/47, zoom nhỏ tại thời điểm quá độ-MV2

Hình 3.28 Thông số điện áp bằng phần mềm PSS/ADEPT MV3

Hình 3.29 Sơ đồ mô phỏng quá độ xảy ra khi khép vòng 02 tuyến 471TN-472SD MV3 Hình 3.30 Điện áp tại 2 đầu điểm giao lưới tuyến 471TN-472SD MV3

Hình 3.31 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-472SD (tđ=0ms) MV3

Hình 3.32 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-472SD (tđ=5ms) MV3

Hình 3.33 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-472SD (tđ=10ms) MV3

Hình 3.35 Điện áp tại cột 164/2 tuyến 472SD MV3

Hình 3.36 Điện áp tại cột 164/2 tuyến 472SD zoom nhỏ MV3

Hình 3.37 Điện áp tại cột 164/2 tuyến 471TN MV3

Hình 3.38 Điện áp tại cột 164/2 tuyến 471TN zoom nhỏ MV3

Hình 3.39 Thông số điện áp bằng phần mềm PSS/ADEPT MV4

Hình 3.40 Sơ đồ mô phỏng quá độ xảy ra khi khép vòng hai tuyến 471TN-474TĐ MV4 Hình 3.41 Điện áp tại 2 đầu điểm giao lưới tuyến 471TN-474TĐ MV4

Hình 3.42 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-474TĐ (tđ =0ms) MV4

Hình 3.43 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-474TĐ (tđ =5ms) MV4

Hình 3.44 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-474TĐ (tđ =10ms) MV4

Hình 3.45 Dòng đi qua thiết bị đóng cắt tuyến 471TN-474TĐ (tđ =15ms) MV4

Hình 3.46 Điện áp tại 2 đầu điểm cắt lưới tuyến 471TN-474TĐ MV4

Hình 3.47 Điện áp tại điểm giao lưới tuyến 474TĐ zoom nhỏ MV4

Hình 3.48 Điện áp tại điểm giao lưới tuyến 471TN MV4

Hình 3.49 Điện áp tại điểm giao lưới tuyến 471TN, zoom nhỏ MV4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Độ tin cậy cung cấp điện Công ty Điện lực Tây Ninh 2016-2019 Bảng 1.2 Số liệu đóng kết mạch vòng Công ty Điện lực Tây Ninh 2017-2019 Bảng 2.1 Phân loại các nút trong hệ thống điện

Bảng 2.2 Nguyên nhân của quá độ và phạm vi tần số liên quan

Bảng 3.1 So sánh chênh lệch điện áp bằng chương trình PSS/ADEPT MV1 Bảng 3.2 Điện áp chênh lệch thực tế tại điểm khép MV1

Bảng 3.3 Dòng tải thực tế khi thao tác chuyển mạch vòng 1 trên lưới

Bảng 3.4 Trào lưu công suất mô phỏng từ chương trình PSS/ADEPT MV1 Bảng 3.5 Trị số cài đặt Recloser trụ 29, 28B tuyến 471TN và 481TN MV1 Bảng 3.6 Bảng tính toán so sánh chênh lệch thời gian tác động MV1

Bảng 3.7 So sánh chênh lệch điện áp bằng chương trình PSS/ADEPT MV2 Bảng 3.8 Điện áp chênh lệch thực tế tại điểm khép MV2

Bảng 3.9 Dòng tải thực tế khi thao tác chuyển mạch vòng trên lưới MV2 Bảng 3.10 Trào lưu công suất mô phỏng từ chương trình PSS/ADEPT MV2 Bảng 3.11 Trị số cài đặt Recloser trụ 38, 28B tuyến 472TN và 481TN MV2 Bảng 3.12 Bảng tính toán so sánh chênh lệch thời gian tác động MV2

Bảng 3.13 So sánh chênh lệch điện áp bằng chương trình PSS/ADEPT MV3 Bảng 3.14 Điện áp chênh lệch thực tế tại điểm kép MV3

Bảng 3.15 Dòng tải thực tế khi thao tác chuyển mạch vòng trên lưới MV3 Bảng 3.16 Trào lưu công suất mô phỏng từ chương trình PSS/ADEPT MV3 Bảng 3.17 Trị số cài đặt Recloser trụ 29, 83 tuyến 471TN và 472SD MV3 Bảng 3.18 Bảng tính toán so sánh chênh lệch thời gian tác động MV3

Bảng 3.19 So sánh chênh lệch điện áp bằng chương trình PSS/ADEPT MV4 Bảng 3.20 Điện áp chênh lệch thực tế tại điểm kép MV4

Bảng 3.21 Dòng tải thực tế khi thao tác chuyển mạch vòng trên lưới MV4 Bảng 3.22.Trào lưu công suất mô phỏng từ chương trình PSS/ADEPT MV4 Bảng 3.23 Trị số cài đặt Recloser trụ 29, 48 tuyến 471TN và 474TĐ MV4 Bảng 3.24 Bảng tính toán so sánh chênh lệch thời gian tác động MV4

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển kinh tế đất nước, đời sống của người dân ngày càng được nâng cao, do đó yêu cầu chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng ngày càng cấp thiết 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 các doanh nghiệp sản xuất, cho 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

Tỉnh Tây Ninh là nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía nam của cả nước có tốc độ phát triển kinh tế nhanh 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 Tây Ninh

Thực hiện nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, ổn định đáp ứng nhu cầu phát triển của tỉnh, Tổng công ty Điện lực Miền Nam 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 đường dây

Qua thực tế vận hành đóng cắt mạch vòng lưới điện phân phối năm 2017-2019 trên địa bàn thuộc Công ty Điện lực Tây Ninh [3] đơn vị thành viên của Tổng công ty Điện lực Miền Nam 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 nêu 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 Công ty Điện

lực Tây Ninh là cần thiết 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 kế hoạch đầu tư, thiết kế, vận hành lưới điện nhằm nâng cao độ tin cậy lưới điện trên lưới điện và là cơ sở áp dụng cho cáckhu vực có mô hình lưới điện phân phối tương đồng

3 Mục tiêu nghiên cứu

3.1 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 04 trường hợp tiêu biểu thuộc Công ty Điện lực Tây Ninh; từ đó đánh giá hiện trạng lưới điện và đề xuất các giải pháp trong

kế hoạch đầu tư, 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 Miền Nam

3.2 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 Tây Ninh – Tổng công ty Điện lực Miền Nam;

- 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 Tây Ninh;

- 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 kế hoạch đầu tư thiết thiết kế và vận hành lưới điện cho Công ty Điện lực Tây Ninh nói riêng và Tổng công ty Điện lực Miền Nam nói chung

4 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 ( 05 xuất tuyến: 471TN, 481TN, 472TN, 472SD và 474TĐ) thuộc địa bàn Công ty Điện lực Tây Ninh, thành viên của Tổng công ty Điện lực Miền Nam

- 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 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

5 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

6 Tình hình nghiên cứu gần đây

- Nghiên cứu phát triển đề tài luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn N Duy Khanh; Hạn chế đề tài:

+ Mô phỏng quá độ: Chưa thấy có quá độ dòng và xung áp nên chưa có kết luận ảnh hưởng của quá trình quá độ trong việc đóng cắt mạch vòng lưới điện

+ Chế độ xác lập: Chưa so sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với điện áp và trào lưu công suất lưới điện trước và sau khi đóng cắt mạch vòng các tuyến dây

- Hướng nghiên cứu phát triển thêm:

+ Nghiên cứu quá trình quá độ và chế độ xác lập khi đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp áp dụng thực tiển lưới điện Công ty Điện lực Tây Ninh

+ Mô phỏng thấy được quá trình quá độ, so sánh đánh giá kết quả giữa mô phỏng

và thực nghiệm từ đó kết luận áp dụng thực tiển

+ Đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với điện áp và trào lưu công suất lưới điện trước và sau khi đóng cắt mạch vòng các tuyến dây

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 chế độ xác lập khi đóng cắt mạch vòng lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh”

7 Bố cục luận văn

Chương 1: Tổng quan về lưới điện và tình hình vận hành lưới điện tại Công ty

Điện lực Tây Ninh, Tổng công ty Điện lực Miền Nam

- Giới thiệu về Công ty Điện lực Tây Ninh;

- Tổng quan về lưới điện Công ty Điện lực Tây Ninh;

- Tổng quan về tình hình vận hành lưới điện và thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện phân phối năm 2017 – 2019;

- Cơ sở pháp lý thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện phân phối;

Chương 2: Mô hình các phần tử trong hệ thống điện, cơ sở lý thuyết về quá trình

quá độ và tính toán xác lập khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng lưới điện trung áp và các phần mềm mô phỏng

- Mô hình các phần tử trong hệ thống điện

- Cơ sở lý thuyết phân tích quá độ và tính toán chế độ xác lập lưới điện

- Giới thiệu chương trình mô phỏng quá độ lưới điện EMTP

Chương 3: Mô phỏng quá trình quá độ trên tuyến dây trung áp hiện hữu Công ty

Điện lực Tây Ninh quản lý

- Mô tả, thông số kỹ thuật lưới điện phân phối (tuyến dây trung áp thực hiện đóng kết mạch vòng)

- Thực hiện mô phỏng phân tích quá độ dòng điện và điện áp 04 trường hợp mạch vòng tiêu biểu bằng chương trình EMTP khi thực hiện đóng, cắt mạch vòng

- Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN

CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY NINH – TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC MIỀN NAM

Chương này giới thiệu về Công ty Điện lực Tây Ninh, Tổng công ty Điện lực

Miền Nam, 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 lưới điện trung áp

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY NINH

Công ty Điện lực Tây Ninh là doanh nghiệp được tổ chức hoạt động dưới hình

thức là đơn vị hạch toán phụ thuộc của Tổng công ty Điện lực Miền Nam (tên viết tắt là

EVNSPC)

- Tên công ty: Chi nhánh Tổng công ty Điện lực Miền Nam TNHH – Công ty

Điện lực Tây Ninh;

- Tên viết tắt: Công ty Điện lực Tây Ninh

- Địa chỉ: Số 607 Cách Mạng Tháng Tám, Phường 3, Thành phố Tây Ninh, Tỉnh

Tây Ninh

- Phạm vi hoạt động: Địa bàn hoạt động, quản lý 08 huyện (Gò Dầu, Hòa Thành,

Châu Thành, Dương Minh Châu, Tân Châu, Tân Biên, Trảng Bàng, Bến Cầu); 01 thành

phố Tây Ninh

- Chức năng, nhiệm vụ: Công ty Điện lực Tây Ninh hoạt động theo ủy quyền của

EVNSPC 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 Tây Ninh quản lý lưới điện phân phối và kinh doanh điện năng

trên địa bàn tỉnh, khu vực được quy hoạch xây dựng khu chế xuất, khu công nghiệp

a Trạm nguồn 110kV

Đường dây và TBA 110kV (tài sản Công ty): Ngày 22/09/2019 trạm 110kV Tân

Hưng đã đóng điện nâng công suất máy T2 giai đoạn 1 từ 40MVA lên 63MVA (giai

đoạn 2 đang triển khai thi công) Khối lượng quản lý đến ngày 30/9/2019 như sau: 314,2

km đường dây 110kV, 12 TBA 110kV (với tổng dung lượng 1.064 MVA)

+ Trạm Thạnh Đức: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 07 tuyến đường dây Trong đó có 01 tuyến đường dây dự phòng (tuyến 477TĐ)

+ Trạm Bến Cầu: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến đường dây Trong đó có 01 tuyến đường dây dự phòng (tuyến 477BC)

+ Trạm Thành Công: công suất 63MVA (110/22kV), cấp điện cho 05 tuyến đường dây Toàn bộ 5 xuất tuyến cấp điện khu công nghiệp Thành Thành Công

+ Trạm Trảng Bàng: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 08 tuyến đường dây

+ Trạm KCN Trảng Bàng: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến đường dây Trong đó có 01 tuyến đường dây dự phòng (tuyến 480TB) Toàn bộ các xuất tuyến cấp điện khu công nghiệp Trảng Bàng

+ Trạm Tây Ninh: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 11 tuyến đường dây

+ Trạm Suối Dộp: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 10 tuyến đường dây Trong đó có 2 tuyến dự phòng (tuyến 479, 480 SD)

+ Trạm Tân Hưng: công suất 40+63MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến đường dây Trong đó có 01 tuyến đường dây dự phòng (tuyến 474TH)

+ Trạm Tân Biên: công suất 2x40MVA (110/22kV), cấp điện cho 09 tuyến đường dây Trong đó có 03 tuyến đường dây dự phòng (tuyến 477, 472, 480TBI)

+ Trạm Phước Đông: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 11 tuyến đường dây Toàn bộ 11 xuất tuyến cấp điện khu công nghiệp Phước Đông

+ Trạm Phước Đức: công suất 2x63MVA (110/22kV), cấp điện cho 11 tuyến đường dây Trong đó 10 xuất tuyến cấp điện khu công nghiệp Phước Đông, 01 xuất tuyến cấp điện Công ty Điện lực Tây Ninh (huyện Gò Dầu)

+ Trạm Hòa Thành: công suất 40MVA (110/22kV), cấp điện cho 05 tuyến đường dây Trong đó 01 xuất tuyến dự phòng (tuyến 480HT)

b Lưới điện trung hạ áp

Đường dây và TBA từ 22kV trở xuống: Toàn tỉnh có 2.944,37 km đường dây trung áp, 9.746 TBA (1.307,26 MVA), 4.731,79 km đường dây hạ áp Trong đó tài sản Công ty là 2.430,617 km đường dây trung áp, 4.792 TBA (334,45 MVA), 4.452,065 km

đường dây hạ áp Đồ thị phụ tải điển hình một ngày của Công ty Điện lực Tây Ninh

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

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

050 100 150 200 250 300

-1 2 3 4 5 6 7 8 9 -10 -1-1 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 20 2-1 22 23 24

21/05/2019

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 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 Scada và Công ty Điện lực Tây Ninh (đối với thiết bị thao tác trực tiếp tại chỗ)

1.2.3 Kết cấu lưới điện

Lưới điện trung áp 22kV Công ty Điện lực Tây Ninh 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)

Bus 22kV

Switch - Close Switch - Open

SW - Switch NC - Normal Close NO - Normal Open

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

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 Tây Ninh 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:

Bảng 1.1 Độ tin cậy cung cấp điện Công ty Điện lực Tây Ninh 2016-2019

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 2017, Công ty Điện lực Tây Ninh 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 lần, thời gian mất điện hệ thống điện Cụ thể:

Bảng 1.2 Số liệu đóng kết mạch vòng Công ty Điện lực Tây Ninh 2017-2019

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 Tây Ninh:

- 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

- 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);

* Việc đóng cắt thiết bị được thực hiện bởi Trung tâm điều khiển xa - Công ty Điện lực Tây Ninh (đối với thiết bị thao tác xa SCADA) và Trực ban vận hành – Điện lực Huyện (đối với thiết bị thao tác trực tiếp tại chỗ)

1.3.4 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 Tây Ninh đã xảy ra 02 hiện tượng bất thường sau:

Khi thực hiện thao tác đóng kết mạch vòng lưới điện trung áp để chuyển điện theo phương thức vận hành tuyến 471TN cấp điện tuyến 474TĐ đã xảy ra hiện tượng bật Recloser Cẩm Giang trụ 316 (182) do vượt dòng chỉnh định 51N

Các thiết bị Recloser thường xuyên mất kết nối SCADA, phải thao tác tay khi chuyển điện, đóng cắt mạch vòng Vụ việc xảy ra trên Recloser Bông Trang trụ 48 tuyến 474TĐ

Các vấn đề trên chỉ mang tính tiêu biểu, tần suất chỉ xảy ra một lần không lặp lại

CHƯƠNG II

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG 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 các phần tử trong hệ thống điện, mô hình toán học các phần tử trong hệ thống điện, 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 phần

mềm mô phỏng tính toán lưới điện EMTP

2.1 MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1.1 Hệ thống điện

Hệ thống lưới điện bao gồm các nhà máy điện, hệ thống điện truyền tải và hệ thống điện phân phối để cung cấp điện từ nhà máy sản xuất đến người tiêu dùng

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:

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

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

)Re(

)(

)(t VmaxCos t V Vmaxe j e j t

)Re(

)(

)(t ImaxCos t I Imaxe j e j t

(t VmaxCos t

)(

)(t ImaxCost

i

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:

𝑃 = |𝑉||𝐼|𝐶𝑜𝑠𝜑 = 𝑅𝑒( |𝑉||𝐼|𝑒𝑗𝜛(𝛿 𝑉 −𝛿 𝐼 )) = 𝑅𝑒( 𝑉 𝐼∗)

𝑄 = |𝑉||𝐼|𝑆𝑖𝑛𝜑 = 𝐼𝑚( |𝑉||𝐼|𝑒𝑗𝜛(𝛿𝑉−𝛿𝐼)) = 𝐼𝑚( 𝑉 𝐼∗) Trong đó:

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

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:

(2.8)

(2.9) (2.7)

)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

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 rải 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

Trong hình 2.5:

Iφ : dòng điện từ hóa lõi sắt,

Io : dòng điện không tải,

U1 : điện áp phía sơ cấp,

U2 : 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,

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

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

- Tổng trở hằng số, Zload: Tải được cấu thành từ các phần tử R, L, và C được

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

- Dòng điện hằng số, I load : Tải có một biên độ dòng điện hằng số I và hệ số công

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

- Công suất hằng số, S load : Tải có một công suất thực P và kháng Q là hằng 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 gọi 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,

ri, xi : điện trở và cảm kháng đoạn i,

Ri, Xi : điện trở và cảm kháng tính từ đầu nguồn đến nút i

(2.26)

(2.27)

(2.28)

(2.29)

Pi= ∑ pi và Qi= ∑ qi

n i=1

∆U = 1

Uđm (r0∑ Pili

n i=1

+ x0∑ Qili

n i=1

) Dòng điện chạy trên từng đoạn dây dẫn được xác định theo điện áp định mức:

İm = 𝑆∗̇ 𝑚

√3UđmVới 𝑆∗̇ 𝑚 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:

İA1Z̅1+ İ12Z̅2− İB2Z̅3 = 0 ṠA1∗

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

ṠA1∗ Z̅1+ Ṡ12∗ Z̅2 − ṠB2∗ Z̅3 = 0

Vì bỏ qua tổn thất công suất nên:

ṠA1+ ṠB2 = Ṡ1′ + Ṡ2′ = Ṡ1+ Ṡ2Suy ra

ṠB2 = Ṡ1+ Ṡ2− Ṡ𝐴1Phương trình cân bằng dòng tại nút 1:

Ṡ12= Ṡ𝐴1− Ṡ1Thay các đại lượng ṠB2 và Ṡ12 vào phương trình cân bằng áp và sắp xếp lại:

𝑆̇𝐴1∗ =𝑆̇1

∗(𝑍̅2+ 𝑍̅3) + 𝑆̇2∗𝑍̅3𝑍̅1+ 𝑍̅2+ 𝑍̅3 = 𝑃𝐴1− 𝑗𝑄𝐴1

Và tương tự:

𝑆̇𝐵1∗ =𝑆̇2∗(𝑍̅1+ 𝑍̅2) + 𝑆̇1∗𝑍̅1

𝑍̅1+ 𝑍̅2+ 𝑍̅3 = 𝑃𝐵2 − 𝑗𝑄𝐵2Đối với mạng điện dây dẫn có cùng tiết diện và cùng cách bố trí trên cột, nghĩa

A Có thể triển khai để có các biểu thức tính theo số thực

ṠA1 = PA1+ jQA1Trong đó:

Và

ṠBn = PBn+ jQBnTrong đó:

𝑃𝐵𝑛 = 𝐺𝐴𝐵∑(𝑝𝑖𝑅𝑖𝐴+ 𝑞𝑖𝑋𝑖𝐴) + 𝐵𝐴𝐵∑(𝑝𝑖𝑋𝑖𝐴− 𝑞𝑖𝑅𝑖𝐴)

𝑄𝐵𝑛= −𝐺𝐴𝐵∑(𝑝𝑖𝑋𝑖𝐴− 𝑞𝑖𝑅𝑖𝐴) + 𝐵𝐴𝐵∑(𝑝𝑖𝑅𝑖𝐴+ 𝑞𝑖𝑋𝑖𝐴)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

 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):

İ0 =U̇A − U̇B

√3Z̅ABKhi đó ṠA′′ = √3U̇Aİ0∗ và ṠB′′ = √3U̇Bİ0∗

Xếp chồng hai tình trạng, công suất nguồn:

𝑆̇𝐴 = ṠA′ + ṠA′′ = √3U̇Aİ0∗ + ∑ Ṡn i∗Z̅iB

i=1

Z̅AB𝑆̇𝐵 = ṠB′ + ṠB′′ = √3U̇Bİ0∗+ ∑ Ṡn i∗Z̅iA

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

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:

Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện R - C

Với nguồn xoay chiều hình sin, được đóng mạch tại thời điểm t = 0

Điện áp trên tụ:

Dòng qua tụ bù được tính theo biểu thức sau:

Quá trình biến thiên của điện áp trên tụ điện có dạng như hình bên dưới:

(2.55)

(2.56)

(2.57)