Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng để phân tích các chế độ vận hành hệ thống điện nhà máy lọc dầu dung quất bằng phần mềm etap

Đề tài đã thực hiện xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm ETAP bao gồm máy phát 13 trạm điện đường dây 22kV và các phụ tải cấp 6 6kV và cấp 0 4kV Dựa trên cơ sở dữ liệu đã xây dựng đề tài đã thực hiện việc tính toán phân bố công suất tính ngắn mạch và bảo vệ rơ le cho một số trạm điển hình Kết quả mô phỏng được so sánh với các thông số vận hành thực tế cũng như thông số tính toán của các nhà thầu đã thực hiện trước đó Kết quả so sánh cho thấy rằng mô hình mô phỏng được xây dựng bằng phần mềm Etap độ chính xác cao có thể được sử dụng để tính toán thiết kế các phần điện mở rộng của nhà máy điện trong tương lai cũng như việc rà soát nguy cơ sự cố của toàn hệ thống Dựa trên mô hình đã xây dựng đề tài cũng phân tích một số sự cố xảy ra trong nhà máy và đưa ra các giải pháp để hệ thống điện hoạt động an toàn và ổn định Kết quả của mô hình cũng được làm dữ liệu cho tính toán sau này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỮU CHIẾN

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỮU CHIẾN

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

LỜI CAM ĐOAN

PHỎNG ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi

Các kết quả tính toán, số liệu trong luận văn thực tế, đảm bảo theo yêu cầu của đề tài và chưa từng được ai nghiên cứu, công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trong nhà máy lọc dầu Dung Quất

Người thực hiện

Ngô Hữu Chiến

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tôi gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến các quí thầy cô giảng viên khoa Điện – Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng, những người thầy cô đã không những truyền đạt dạy dỗ cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quí báu mà còn hướng dẫn tận tình cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ này Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn chân thành nhất của tôi đến các quí thầy cô và đặc biệt là thầy : Tiến sĩ Trịnh Trung Hiếu đã tận tình, chu đáo, dành thời gian và tâm huyết hướng dẫn em trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã luôn động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã có nhiều cố gắng đề thực hiện đề tài 1 cách hoàn chỉnh nhất, tuy nhiên do hạn chế về kiến thức, khả năng và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự nhận xét, đánh giá và góp ý quý báu của quý thầy cô

Chân thành cảm ơn!

Quảng Ngãi ngày 15 tháng 06 năm 2018

Ngô Hữu Chiến

MỤC LỤC

I MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề thực hiện đề tài 1

1.1 Tình hình nghiên cứu, áp dụng trong và ngoài nước: 1

1.2 Sự cần thiết/cấp thiết và những lợi ích mà kết quả ĐT/NV mang lại: 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Nội dung/nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.5.Phương pháp, nguyên lý, biện pháp nghiên cứu 3

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD DUNG QUẤT VÀ PHẦN MỀM ETAP 4

1.1 Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD) 4

1.1.1 Nguồn điện: 4

1.1.2 Hệ thống phân phối: 4

1.1.3 Tải tiêu thụ: 4

1.1.4 Độ tin cậy vận hành của hệ thống: 4

1.1.5 Nhu cầu năng lượng trong nâng cấp, mở rộng nhà máy: 5

1.2 Tổng quan mô hình hóa hệ thống điện bằng phần mềm ETAP 5

1.2.1 Giới thiệu ETAP 5

1.2.2 Các chức năng của ETAP: 5

1.2.3 Sơ bộ mô tả các phần tử trong hệ thống bằng phần mềm ETAP 7

Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA NMLD DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM ETAP 24

2.1.Xây dựng mô hình hóa hệ thống, thiết bị trạm SS1 24

2.1.1 Xây dựng mô hình thiết bị cấp 22kV 24

2.1.1.1 Xây dựng mô hình cụm Máy phát tuabine hơi 24

2.1.1.2 Xây dựng mô hình cụm Xuất tuyến nối lưới 27

2.1.1.3 Xây dựng mô hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Máy biến áp 28

2.1.2 Xây dựng mô hình hệ thống thiết bị cấp 6.6kV 30

2.1.2.1 Xây dựng mô hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-3-1 30

2.1.2.2 Xây dựng mô hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Máy biến áp 6.6/0.4kV 31 2.1.2.3 Xây dựng mô hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Động cơ 6.6kV 32

2.1.2.4 Xây dựng mô hình cụm Tải tổng 6.6kV 33

2.1.3 Xây dựng mô hình hệ thống thiết bị cấp 0.4kV 33

2.1.3.1 Xây dựng mô hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-4-1, 1-SW-4-2 33 2.1.3.2 Xây dựng mô hình cụm Tải tổng 0.4kV 34

2.2 Xây dựng mô hình hóa hệ thống, thiết bị các trạm SS2, SS4, SS5, SS7, SS8A, SS8B, SS8C, SS9, SS10, SS11, SS12, SS PP 35

2.3 Mô phỏng trào lưu công suất của hệ thống (Load flow analysis) 36

2.3.1 Mục đích nghiên cứu 36

2.3.2 Các phương pháp tính phân bố công suất của ETAP 36

2.3.3 Cấu hình hệ thống cho nghiên cứu phân bố công suất 36

2.3.4 Kết quả mô phỏng 37

2.4 Mô phỏng tính toánngắn mạch ( Short circuit calculation) 37

2.4.1 Mục đích của mô phỏng tính toán ngắn mạch 37

2.4.2 Phương pháp tính toán 37

2.4.3 Cấu hình hệ thống cho mô phỏng tính toán ngắn mạch 41

2.4.4 Kết quả nghiên cứu: 41

2.4.5 So sánh kết quả với kết quả tính toán của nhà thầu Technip: 41

2.5 Phối hợp bảo vệ relay ( Protection relay coordination) 44

2.5.1 Mục đích nghiên cứu 44

2.5.2.Phương thức thực hiện 44

2.5.3.Kết quả mô phỏng 44

2.6 Kết luận 48

Chương 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỂ RÀ SOÁT, ĐÁNH GIÁ CÁC RỦI RO CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD DUNG QUẤT 49

3.1 Mô phỏng sự cố chạm đất cáp ngầm xuất tuyến 22kV gây mất nguồn toàn bộ phân xưởng PP 49

3.1.1 Mô tả sự cố: 49

3.1.2 Mô phỏng sự cố 51

3.1.3 Phương án kỹ thuật khắc phục 53

3.2.Điều phối bảo vệ chạm đất cấp 0.4kV cho các tủ phân phối 55

3.2.1 Mô tả hiện trạng 55

3.2.2 Đánh giá giải pháp hiện tại 57

3.2.3 Đề xuất giải pháp mới 57

3.2.4.Đánh giá giải pháp mới 57

3.2.2.Mô tả tình huống giả định 61

3.2.3.Nhận xét 63

3.2.4.Kết luận 63

4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

4.1.Kết luận: 64

4.2 Hướng phát triển và ứng dụng của đề tài: 64

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC:

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài đã thực hiện xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm ETAP bao gồm, máy phát, 13 trạm điện, đường dây 22kV và các phụ tải cấp 6,6kV và cấp 0,4kV Dựa trên cơ sở dữ liệu đã xây dựng đề tài đã thực hiện việc tính toán phân bố công suất, tính ngắn mạch và bảo vệ rơ le cho một số trạm điển hình Kết quả mô phỏng được so sánh với các thông số vận hành thực tế cũng như thông số tính toán của các nhà thầu đã thực hiện trước đó Kết quả so sánh cho thấy rằng mô hình mô phỏng được xây dựng bằng phần mềm Etap độ chính xác cao, có thể được sử dụng để tính toán thiết kế các phần điện mở rộng của nhà máy điện trong tương lai cũng như việc ra soát nguy cơ sự cố của toàn hệ thống Dựa trên mô hình đã xây dựng, đề tài cũng phân tích một số sự cố xảy ra trong nhà máy và đưa ra các giải pháp để hệ thống điện hoạt động an toàn và ổn định Kết quả của mô hình cũng được làm dữ liệu cho tính toán sau này :

- Stabilizers System;

- Harmonic;

- Relay coordination;

-

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số mô hình MBA 26

Bảng 2.2 Thông số mô hình Cáp 26

Bảng 2.3 Thông số mô hình MBA 27

Bảng 2.4.Thông số mô hình Cáp 22kV 28

Bảng 2.5 Thông số mô hình Cáp 29

Bảng 2.6 Thông số mô hình MBA 30

Bảng 2.7 Thông số mô hình Cáp 31

Bảng 2.8 Thông số mô hình Cáp 6,6kV 31

Bảng 2.10 Thông số mô hình MBA 33

Bảng 2.11 Phân bố công suất trong hệ thống điện của NMLD 37

Bảng 2.12 Bảng so sánh kết quả tính toán ngắn mạch với nhà thầu 42

Bảng 3.1 Thông số điện áp hệ thống 59

Bảng 3.2 Thông số điện áp hệ thống 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Trang info của nguồn 7

Hình 1.2 Trang Rating của nguồn 8

Hình 1.3 Trang Short Circuit của nguồn 9

Hình 1.4 Trang hamnic của nguồn 9

Hình 1.5 Trang Reliability của nguồn 10

Hình 1.6 trang Rating của máy phát 11

Hình 1.7 trang Imp/Model của máy phát 12

Hình 1.8 trang Capability của máy phát 13

Hình 1.9 Trang Info của máy biến áp 13

Hinh 1.10 Trang Nameplate của động cơ 14

Hình 1.11 Trang Imp Của động cơ 15

Hình 1.12 Trang Inertial Của động cơ 16

Hình 1.13 Trang Load Của động cơ 16

Hình 1.14 Trang Infor Của đường dây 17

Hình 1.15 Trang Impedance Của đường dây 17

Hình 1.16 Trang Rating Của Máy cắt 18

Hình 1.17 Trang Interlock Của Máy cắt 18

Hình 1.18 Trang Input Của Relay 19

Hình 1.19 Trang output Của Relay 19

Hình 1.20 Trang OCR Của Relay 20

Hình 1.21 Trang OLR Của Relay 21

Hình 1.22 Trang Infor Của CT 21

Hình 1.23 Trang Rating Của CT 22

Hình 1.24 Trang Rating Của Cầu chì 22

Hình 2.1 Thông số hệ thống kích từ 25

Hình 2.2 Thông số mô hình hệ thống kích từ 25

Hình 2.3 Mô hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-3-1 30

Hình 2.4 Mô hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 0.4kV 33

Hình 2.5.Mô hình toàn bộ trạm SS1 35

Hình 2.6.So sánh kết quả tính toán ngắn mạch theo IEC 60909 40

Hình 2.7 Mô hình sơ đồ một sợi thể hiện hệ thống bảo vệ Rơ le trạm 8A 45

Hình 2.8 Tiêu biểu phối hợp bảo vệ Rơ le trạm 8A 46

Hình 2.9 Thử nghiệm tuần tự tác động của bảo vệ 47

Hình 3.1 Sự cố chạm đất phân xưởng PP 49

Hình 3.2 Chi tiết phối hợp bảo vệ chạm đất: 50

Hình 3.3 Điểm sự cố cách 380m về phía trạm SS1 51

Hình 3.4 Điểm sự cố cách 400m về phía trạm SS1 52

Hình 3.5 Điểm sự cố cách 1100m về phía trạm SS1 53

Hình 3.6 Chi tiết phối hợp bảo vệ của phương án đề xuất: 54

Hình 3.7 Hiệu quả phương án đề xuất 55

Hình 3.8 Sơ đồ tủ 4PDB41: 56

Hình 3.9 Sơ đồ phân phối một sợi 56

Hình 3.10 Chi tiết hiệu chỉnh bảo vệ chạm đất của trạm SS4 đến tủ 4PDB41 58

Hình 3.11.Thông số điện áp đầu cực động cơ 59

Hình 3.12 Thông số dòng khởi động động cơ 60

Hình 3.13 Thông số tốc độ động cơ 60

Hình 3.14 Thông số công suất tác dụng động cơ 61

Hình 3.15 Thông số điện áp đầu cực động cơ 62

Hình 3.16 Thông số dòng khởi động động cơ 62

Hình 3.17 Thông số công suất tác dụng động cơ 63

I MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề thực hiện đề tài

1.1 Tình hình nghiên cứu, áp dụng trong và ngoài nước:

Mô hình hóa hệ thống/thiết bị là công việc xây dựng các mô hình ảo thiết bị/hệ thống nhằm giả lập các trạng thái vận hành/phản ứng của thiết bị/hệ thống

Mô hình hóa hệ thống điện là yêu cầu thực hiện cho hầu hết các dự án công nghiệp lớn trên thế giới từ các ngành công nghiệp khai thác, chế biến đến sản xuất đặc biệt được áp dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng Một mô hình ảo của hệ thống điện được xây dựng chi tiết và chính xác sẽ là công cụ hỗ trợ hiệu quả cho các công việc từ thiết kế hệ thống, đánh giá thay đổi hệ thống, thiết bị đến tối ưu năng lượng, đánh giá rủi ro, hỗ trợ vận hành…

Trong quá khứ, mô hình hóa hệ thống điện là một công việc quá phức tạp để thực hiện do bởi bao gồm yêu cầu thực hiện một công việc tính toán quá lớn với yêu cầu dữ liệu đầu vào khổng lồ Trong những năm gần đây, với sự phát triển bởi công nghệ máy tính, công việc này đã được hiện thức hóa với các công cụ phần mềm hỗ trợ, tiêu biểu

là ETAP

1.2 Sự cần thiết/cấp thiết và những lợi ích mà kết quả ĐT/NV mang lại:

Mô phỏng cơ bản một phần hệ thống điện đã được thực hiện bởi nhà thầu Technip và Huyndai để thiết kế và chọn lựa thông số trong giai đoạn thiết kế hệ thống điện nhà máy lọc dầu và phân xưởng PP Cơ sở dữ liệu đầu vào phần lớn là dữ liệu ước đoán (typical data) do vậy độ chính xác của kết quả mô phỏng có độ sai số cao

Do không yêu cầu trong hợp đồng, các mô hình này đã không được chuyển giao cho BSR, chỉ một số báo cáo được thực hiện cho yêu cầu thiết kế

Mô hình hóa hệ thống là cơ sở quan trọng, không thể thiếu trong việc quyết định các vấn đề quan trọng trong hệ thống điện NMLD hiện nay:

- Kết nối hệ thống điện NMLD với lưới điện EVN;

- Đánh giá tổn thất năng lượng, độ tin cậy trong các trường hợp vận hành 2 máy phát/ 3 máy phát;

- Mở rộng NMLD;

- Xây dựng chiến lược sa thải tải hiệu quả;

- Đánh giá độ tin cậy, phối hợp bảo vệ trong lưới điện 400V

Trong quá trình vận hành nhà máy, một số sự cố gây thiệt hại lớn về sản xuất do phối hợp bảo vệ relay chưa tối ưu bao gồm: sự cố chạm đất tuyến cáp 22kV cấp điện phân xưởng PP gây dừng phân xưởng PP, các sự cố liên quan phối hợp bảo vệ trong lưới điện 400V gây dừng phân xưởng, nhà máy Do vậy, một mô hình chính xác để rà soát lại tất cả các rủi ro trong thiết kế hệ thống là rất cần thiết

Các công việc liên quan đến rà soát thay đổi, thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu trong hệ thống điện gặp rất nhiều khó khăn do:

- Không có cơ sở đánh giá tác động các thay đổi cấu hình trong hệ thống, đặc biệt đối với bảo vệ relay

- Chi phí thuê tư vấn cho việc đánh giá phối hợp bảo vệ là rất cao, trị giá hơn 2 tỉ VNĐ cho hợp đồng tư vấn đánh giá bảo vệ cho tủ 400V

Do vậy, để đáp ứng các yêu cầu chính xác trong các cơ sở dữ liệu tính toán để làm tiền đề cho các nghiên cứu tối ưu tổn thất năng lượng, đánh giá các quá trình quá

độ, đánh giá rủi ro và nâng cao độ tin cậy hệ thống, một mô hình mới toàn diện và chi tiết với các dữ liệu thực của thiết bị là yêu cầu bắt buộc Sau khi được thực hiện hoàn chỉnh, dự án mô hình hóa hệ thống điện sẽ đem lại các lợi ích thiết thực bao gồm:

- Là cơ sở để rà soát và đánh giá các rủi ro tiềm ẩn trong thiết kế hệ thống điện hiện tại của nhà máy

- Là cơ sở để thực hiện thí nghiệm các thay đổi liên quan hệ thống điện, qua đó đánh giá rủi ro, quan sát các kết quả thay đổi trước khi thay đổi được phê chuẩn và áp dụng

- Là cơ sở để thực hiện nghiên cứu đánh giá tổn hao năng lượng trong hệ thống, qua đó các nghiên cứu về tiết kiệm năng lượng có thể được thực hiện

- Là cơ sở để thực hiện việc nghiên cứu kết nối hệ thống điện Nhà máy lọc dầu với lưới điện EVN

- Là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu yêu cầu hiện nay cho hệ thống điện bao gồm đánh giá chất lượng điện năng và an toàn phóng điện (arcflash)

- Là một công cụ hỗ trợ hữu hiệu cho vận hành cũng như đào tạo nhân viên bảo dưỡng và vận hành hệ thống thông qua việc mô phỏng trực quan các chế độ hoạt động của thiết bị và hệ thống

- Là một trong các yêu cầu bắt buột trong dự án mở rộng nhà máy

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Mô hình hóa toàn bộ hệ thống điện NMLD bằng phần mềm Etapnhằm đánh giá các chế độ vận hành của HTĐ NMLD

1.4 N i ng/nhiệm vụ nghi n ứ

- Xây dựng mô hình sơ đồ một sợi mô phỏng toàn bộ hệ thống điện NMLD;

- Mô hình hóa với dữ liệu chính xác tất cả các máy phát, động cơ cao áp, máy biến áp, hệ thống cáp điện;

- Mô hình hóa toàn bộ bảo vệ relay của hệ thống điện;

- Thực hiện nghiên cứu phân bố tải (Load flow) trong toàn hệ thống;

- Thực hiện nghiên cứu các quá trình quá độ (Transient study) cần thiết trong hệ thống bao gồm khởi động động cơ công suất lớn, các sự cố phổ biến trong hệ thống;

- Thực hiện đánh giá phối hợp bảo vệ relay trong hệ thống (Relay coordination study);

- Đánh giá kết quả mô phỏng với giá trị vận hành thực của nhà máy

1.5 hư ng ph p ng n l iện ph p nghi n ứu

Phương pháp nghiên cứu (Đối với đề tài):

Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

Phương pháp nguyên cứu lý thuyết:

- Lý thuyết xây dựng mô hình máy phát điện, hệ thống kích từ, hệ thống điều tốc;

- Lý thuyết xây dựng mô hình các thiết bị trong hệ thống điện;

- Lý thuyết phân tích hệ thống điện;

- Lý thuyết bảo vệ relay trong hệ thống điện

Phương pháp thực nghiệm:

- Trên cơ sở dữ liệu của tất cả thiết bị điện của nhà máy;

- Trên cơ sở các chế độ vận hành, thống số cài đặt và các thông số vận hành của nhà máy;

- Trên cơ sở các nghiên cứu sẵn có của nhà máy

Phương pháp mô phỏng:

- Thực hiện mô phỏng thông qua phần mềm ETAP;

- Thực hiện các báo cáo đánh giá thông qua mô hình mô phỏng

Nguyên lý của phương pháp (Đối với tiêu chuẩn):

- Tuân theo các tiêu chuẩn và khuyến cáo IEEE, IEC

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD

DUNG QUẤT VÀ PHẦN MỀM ETAP

1.1 Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD)

1.1.1 Nguồn điện:

Nguồn điện cung cấp cho NMLD bao gồm:

- 04 tổ máy điện tuabin hơi (STG) công suất: 04 x 27 MW

Trong chế độ vận hành bình thường 03 tổ máy phát làm việc, 01 tổ máy dự phòng

sẽ đủ cung cấp cho nhu cầu điện năng của nhà máy Mạch kép 22 KV cung cấp điện trong quá trình khởi động nhà máy và là nguồn dự phòng khi một trong các tổ máy bị

sự cố, đồng thời là nơi xuất điện lên lưới khi nhà máy dư công suất

EDG dùng trong trường hợp mất điện hoàn toàn nhà máy để cung cấp cho các phụ tải quan trọng

32, 55 và 60.Trạm SS7 cung cấp điện cho khu nhà hành chính và các xưởng bảo dưỡng, phòng thí nghiệm.Trạm SS8A cung cấp điện cho các phân xưởng 15, 16, 17 và 21.Trạm SS8B cung cấp điện cho các phân xưởng 11, 12, 13 và 14.Trạm SS8C cung cấp điện cho các phân xưởng 18, 19, 20, 22, 23 và 24.Trạm SS9 cung cấp điện cho các phân xưởng 52, 53 và trạm biến áp số 10.Trạm SS10 cung cấp điện cho các phân xưởng 81, Jetty và trạm biến áp số 10A.Trạm SS10A cung cấp điện cho các phân xưởng 81 và Jetty.Trạm SS11 cung cấp điện cho các phân xưởng 34.Trạm SS12 cung

cấp điện cho các phân xưởng 33, 57, 58

1.1.3 Tải tiêu thụ:

Các loại tải chính trong NMLD phân bố ở 2 cấp điện áp, cấp điện áp 6.6kV và cấp 0,4kV

Cấp điện áp 6.6kV có 114 động cơ không đồng bộ công suất từ 150 đến 4500 kW

và 3 động cơ đồng bộ công suất 2050kW

Cấp điện áp 0.4kV có khoảng 1200 động cơ đồng bộ công suất đến 132kW ; Các

bộ gia nhiệt bằng điện; phụ tải chiếu sáng các loại và các tải khác

1.1.4 Đ tin cậy vận hành của hệ thống:

Hệ thống điện NMLD vận hành tin cậy và ổn định Trong hơn 10 năm vận hành, một số sự cố liên quan đến hệ thống:

Các sự cố liên quan đến lỗi phối hợp chạm đất trong tủ phân phối cấp 400V gây mất điện sự cố một số cụm tải Vấn đề này đã và đang tiếp tục rà soát để khắc phục trong phạm vi toàn nhà máy

Sự cố mất nguồn toàn bộ phân xưởng PP do chạm đất tại một trong 2 xuất tuyến cấp nguồn 22kV cho phân xưởng Vấn đề đã được khắc phục bằng giải pháp bổ sung bảo vệ chạm đất có hướng cho máy cắt đầu vào và hiệu chỉnh phối hợp bảo vệ

Sự cố mất kết nối với lưới điện EVN do dao động công suất lớn khi nối lưới Vấn

đề này đang được nghiên cứu khắc phục

1.1.5 Nhu cầ năng lượng trong nâng cấp, mở r ng nhà máy:

- Mở rộng thêm 4 phân xưởng mới;

- Lắp đặt bổ sung 3 trạm điện mới;

- Công suất dự kiến bổ sung khoảng 38MW

Trước tình hình đó việc chủ động về công nghệ là rất cần thiết để các kỹ sư của NMLD có thể tự thiết kế các phần mở rộng này Đảm bảo cho HTĐ NMLD vận hành

an toàn và giảm đáng kể chi phí thiết kế Do đó, việc sử dụng phần mềm thiết kế có độ tin cậy cao, đúng với thực tế như phần mềm Etap là rất cần thiết hiện nay

1.2 Tổng quan mô hình hóa hệ thống điện bằng phần mềm ETAP

1.2.1 Giới thiệu ETAP

Etap là một phần mềm mô phỏng (Etap simulator), là sản phẩm của công ty Operation Teachnology Inc (OTI) ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi máy tính điện toán bắt đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc.Phần mềm được dùng để thiết kế và mô phỏng dựa vào những khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệ thống điện.Phần mềm ETAP phân tích và tính toán lưới điện rất mạnh, với qui mô số lượng nút không giới hạn và hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi trong việc tính toán, quản lý

và vận hành hệ thống điện ở Việt Nam

Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chính là ETAP Off-line và ETAP Real Time.ETAP Off-line cung cấp cái nhìn đầu tiên, mô phỏng hệ thống điện cần quy hoạch trên mô hình và kiểm tra trước khi thi công dự án ETAP Real Time hướng đến

hệ thống điện tự hành, bao gồm thu nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến

cố có thể xảy ra, quy hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành Bên cạnh đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của quá trình tính toán, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các khâu hay bảo trì, vận hành dễ dàng do sử dụng một nền tảng, ngôn ngữ chung

1.2.2 Các chứ năng ủa ETAP:

Phần mềm Etap sử dụng phương pháp mô phỏng qua mô hình tính toán.Các phần

tử trên lưới được thiết kế dành riêng cho những người chuyên làm về điện.Người sử dụng chỉ cần hiểu sâu về các vấn đề kỹ thuật và các thuật tính toán liên quan tới thiết

kế mạng điện Phần mềm Etap được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các vấn

đề sau:

- Bài toán phân bố công suất (Load Flow Analysis)

Etap sử dụng phương pháp Gauss-Seidel, Newton-Raphson, Fast – decoupled để

phân tích và tính toán điện áp, dòng điện, công suất, tổn thất công suất trên các nhánh, các nút và các phụ tải trong mạng điện có số nút lớn

- Bài toán phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow

Analysis)

Phần mềm Etap phân tích phân bố công suất trên tải không cân bằng bằng cách tính toán điện áp thanh cái, hệ số công suất, dòng điện, dòng công suất cho mỗi pha thông qua toàn hệ thống điện Các mô đun cho phép điều chỉnh điện áp quy định và nguồn công suất không được kiểm soát với nhiều tiện ích và kết nối với máy phát

- Bài toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)

Bài toán ngắn mạch rất quan trọng trong việc xác định các thiết bị bảo vệ cho hệ thống Tính toán ngắn mạch cho tất cả các nút trên lưới, bao gồm tất cả các loại ngắn mạch như: ba pha chạm nhau, hai pha chạm đất và không chạm đất, ngắn mạch một pha Etap đồng thời có khả năng tính toán dòng ngắn mạch tại các vị trí khác nhau

- Bài toán khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis)

Mục đích của việc thực hiện nghiên cứu khởi động động cơ gồm hai phần: để kiểm tra động cơ bắt đầu có thể hoạt động hiệu quả dưới các điều kiện hoạt động khác nhau và để xem hoạt động khởi động động cơ sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng như thế nào đối với các tải trọng khác trong hệ thống điện

- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

Etap cung cấp các công cụ tốt để mô hình chính xác các hiện tượng sóng hài của

hệ thống điện, xác định năng lượng khác nhau của thành phần hệ thống và các thiết bị bao gồm sự phụ thuộc tần số, phi tuyến và các đặc điểm dưới sự hiện diện của nguồn sóng hài

- Bài toán phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)

Chương trình này được thiết kế để kiểm tra những phản hồi hoạt động hệ thống

và giới hạn ổn định của một hệ thống trước, trong suốt, và sau khi thay đổi hệ thống

- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Device Coordination)

Phối hợp các thiết bị trên lưới là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảo các thiết

bị hoạt động nhịp nhàng và hiệu quả.Do vậy, việc phối hợp giữa các thiết bị phải tuân theo những quy định nghiêm ngặt Kết hợp với bài toán tính ngắn mạch ở trên, ta lựa chọn được thiết bị bảo vệ phù hợp bảo đảm độ tin cậy và kinh tế Phần mềm Etap được lập trình cho phép người dùng lựa chọn, sử dụng các thiết bị hiệu quả

- Bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis)

Phân bố công suất tối ưu là một chương trình mô phỏng cực kỳ mạnh cho thiết kế

hệ thống điện, lập kế hoạch và vận hành Nó giải quyết hệ thống phân bố công suất,

nhưng đồng thời có thể tối ưu hóa điều kiện vận hành và tự động điều chỉnh khi các giá trị thay đổi, trong khi đảm bảo hệ thống vận hành không được vi phạm

- Bài toán độ tin cậy trên lưới điện(Reliability Assessment)

Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kì dưới các điều kiện vận hành đã được thực nghiệm Bài toán về độ tin cậy nhằm đánh giá tình trạng

sự cố trên lưới điện, các vấn đề tính toán số lần xảy ra sự cố trong một đơn vị thời gian, xác suất xảy ra sự cố, thống kê số vụ mất điện, có thể do đột xuất, hay báo trước Tính số giờ mất điện

- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)

Là bài toán đặt tụ bù tối ưu trong mạng điện Lý do là sự thay đổi công suất phản kháng ảnh hưởng tới biến đổi điện áp trong mạng điện từ nơi sản xuất tới nơi tiêu thụ Phân tích, tính toán các điểm đặt tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù không cố định nhằm đảm bảo tổn thất công suất và hệ số công suất tối ưu Khi lựa chọn số tụ bù

cố định và ứng động cần bổ sung cho hệ thống điện, chương trình sẽ tìm ra vị trí hiệu quả nhất để đặt tụ bù sao cho tổn thất là nhỏ nhất Tụ bù cố định được vận hành liên tục, tụ bù ứng động chỉ hoạt động khi cần thiết

1.2.3 S mô tả các phần tử trong hệ thống bằng phần mềm ETAP

`Network Feeder (Nguồn)

Hệ thống được xem là thay thế cho hệ thống phức tạp bằng một điện áp định mức, tổng trở Thevenin và công suất ngắn mạch

Trang info

Hình 1.1 Trang info của nguồn

 Mod: Chọn chức năng của nguồn

 Swing: Nút cân bằng

 Volt Control: Cố định điện áp và công suất tác dụng

 Mvar control: Cố định công suất tác dụng và công suất phản kháng

 PF control: Cố định công suất tác dụng và hệ số công suất

Trang Rating:

Mô tả các thông tin sơ bộ của nguồn:

Hình 1.2 Trang Rating của nguồn

thiết lập các thông số

Trang Short Circuit:

Hình 1.3 Trang Short Circuit của nguồn

bản là 100MVA các giá trị thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Nếu phần này nhập giá trị thì ETAP sẽ tính lại phần SC Rating

Trang Harmonic:

Hình 1.4 Trang hamnic của nguồn

 Cung cấp các thông tin về dạng điện áp đầu ra và dạng sóng hài của hệ thống Nếu

là hệ thống cho điện áp đầu ra hình sin thì chọn None

năng lượng mặt trời khi đó điện áp đầu ra không phải hình sin mà theo một tiêu chuẩn hoặc của một nhà sản xuất nào đó Ta truy cập vào thư viện để chọn một dạng điện áp đầu ra thích hợp

 r p : Thời gian thay thiết bị

Máy phát

Máy phát giống với nguồn chỉ khác một vài điểm sau

Trang Rating:

Hình 1.6 trang Rating của máy phát

%PF, công suất S định mức (kVA),hiệu suất làm việc (%Eff), số cực của máy phát (Poles),dòng pha ở công suất định mức(FLA)

động các phụ tải động cơ

theo PrimeMover Rating

Trang Imp/Model:

Hình 1.7 trang Imp/Model của máy phát

máy phát dùng trong tính toán ngắn mạch

tích ổn định hệ thống

Trang Capalibity:

Hình 1.8 trang Capability của máy phát

Máy biến áp

Hình 1.9 Trang Info của máy biến áp

 Thông tin về máy biến áp ( Info);

Hinh 1.10 Trang Nameplate của động cơ

%PF: Hệ số công suất, %EFF: Hiệu suất động cơ, Poles:Số cực của động cơ,

%Slip: độ trượt của động cơ, RPM: Tốc độ của động cơ

Trang Imp:

Hình 1.11 Trang Imp Của động cơ

Trang Inertia:Mô tả các thông số liên quan quán tính động cơ và tải

Hình 1.12 Trang Inertial Của động cơ

Trang Load:Mô tả các thông số liên quan mô men động cơ và tải

Hình 1.13 Trang Load Của động cơ

Đường dây

Trang Info

Hình 1.14 Trang Infor Của đường dây

Trang Impedance:

Hình 1.15 Trang Impedance Của đường dây

hay tự tính toán

nhật tự động

Máy cắt (HV&LV CB)

Trang Rating

Hình 1.16 Trang Rating Của Máy cắt

kiểu CB (Model/Class), theo dòng điện, điện áp định mức phù hợp…

nhật tự động theo CB ta vừa chọn trong thư viện (Library)

Trang Interlock:Quy định các liên động khóa của máy cắt

Hình 1.17 Trang Interlock Của Máy cắt

Relay bảo vệ đa chức năng

Trang Input:Thông tin CT, PT đưa vào Relay

Hình 1.18 Trang Input Của Relay

Trang Output: Các tín hiệu cắt Máy cắt, Contactor từ Relay

Hình 1.19 Trang output Của Relay

Trang OCR: Các tín hiệu cắt Máy cắt, Contactor từ Relay

Hình 1.20 Trang OCR Của Relay

 Library (thư viện rơle): Lựa chọn rơle phù hợp theo yêu cầu tính toán Có nhiều

hãng, kiểu rơle với các chức năng bảo vệ và tầm làm việc khác nhau

Thẻ N etral:Chỉnh định bảo vệ trung tính

Thẻ Gro n :Chỉnh định bảo vệ chạm đất

Thẻ Sen Gro n :Chỉnh định bảo vệ chạm đất độ nhạy cao

Trang OLR:Chỉnh định các thông số bảo vệ liên quan đến động cơ: Bảo vệ quá nhiệt,

kẹt trục, thời gian khởi động

Hình 1.21 Trang OLR Của Relay

Biến dòng

Thẻ Info:

Hình 1.22 Trang Infor Của CT

 Standard: lựa chọn tiêu chuẩn tính toán (IEC hay ANSI)

 Library: để lựa chọn cầu chì (Fuse) từ thư viện (Library), ta click vào Library

Sau đó, ta lựa chọn Fuse theo hãng sản xuất (Manufacturer), kiểu (Model), điện áp (Max.kV) và tốc độ (Speed)

nhật theo loại Fuse tương ứng

mô phỏng, theo dõi, kiểm soát, tối ưu, tự động hóa trong thiết kế và vận hành hệ thống Sau khi xem xét, ETAP thực sự hiệu quả đối với mục đích nghiên cứu của đề tài với các khả năng thực hiện xây dựng mô phỏng nhanh và cho kết quả chính xác dựa vào

hệ thống thư viện thiết bị rộng lớn của ETAP

Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA

NMLD DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM ETAP 2.1 Xây dựng mô hình hóa hệ thống, thiết bị trạm SS1

2.1.1 Xây dựng mô hình thiết bị cấp 22kV

2.1.1.1 Xây dựng mô hình cụm M ph t t a ine h i

a Máy phát đồng bộ

Các thông số dữ liệu của máy phát đồng bộ được nhập vào phần mềm bao gồm: loại máy phát, công suất, điện áp, số cặp cực và tốc độ quay

Thông số cơ bản: Máy phát cực lồi, 27MW, 11kV, 4 cực, tốc độ: 1500 rpm

Hình 2.1 thể hiện thông số máy pháp được nhập vào phần mềm, hình 2.2 thể hiện sơ

đồ mô phỏng của máy phát

b Tua bin hơi và bộ điều tốc

Thông số, dữ liệu đưa vào phần mềm:

Loại tuabine: Tuabine hơi

Bồ điều tốc: Woodward 505E

Phương thức làm việc: Droop Cài đặt: 4%

c Bộ kích từ

Thông số, dữ liệu:

Loại mô hình Kích từ: IEEE Type1

Hình 2.1 Thông số hệ thống kích từ

Xây dựng Mô hình:

Hình 2.2 Thông số mô hình hệ thống kích từ

d Máy biến áp

Thông số, dữ liệu:

Thông số cơ bản: 34MVA, 11/23.1kV, Dyn11, Z=10%

Căn cứ theo TransformersDatasheet[4]

Xây dựng Mô hình:

Thể hiện tại Hình 3.1.1, SS1 Single Line Diagram

Bảng 2.1 Thông số mô hình MBA

Loại: SCHNEIDER ELECTRIC SF2;

Thông số cơ bản: 24kV, Rated: 1250A AC Breaking: 80kA

Căn cứ theo Tài liệu One line Diagram with component data, chi tiết tài liệu tại

Tài liệu tham khảo

Bảng 2.2 Thông số mô hình Cáp

Tiết diện (mm 2 )

Đường kính dây dẫn (mm)

Độ dày cách điện (mm)

Bán kính lõi (mm)

Đường kính lớp chống

va đập (mm)

Độ dày Sheath (mm)

Khối lượng Kg/km

2.1.1.2 Xây dựng mô hình cụm Xuất tuyến nối lưới

Thể hiện tại Hình 3.1.1, SS1 Single Line Diagram

Bảng 2.3 Thông số mô hình MBA

Loại: SCHNEIDER ELECTRIC SF2;

Thông số cơ bản: 24kV, Rated: 630A AC Breaking: 31,5kA

Bảng 2.4.Thông số mô hình Cáp 22kV

Tiết diện (mm 2 )

Đường kính dây dẫn (mm)

Độ dày cách điện (mm)

Bán kính lõi (mm)

Đường kính lớp chống

va đập (mm)

Độ dày Sheath (mm)

Khối lượng Kg/km

Xây dựng Mô hình:

Thể hiện tại Hình 3.1.1, SS1 Single Line Diagram

2.1.1.3 Xây dựng mô hình cụm L tuyến cấp nguồn Máy biến áp

a Máy cắt

Thông số, dữ liệu:

Loại: SCHNEIDER ELECTRIC SF2;

Thông số cơ bản: 12kV, Rated: 630A AC Breaking: 31,5kA

Căn cứ theo Tài liệu One line Diagram with component data, chi tiết tài liệu tại

Tài liệu tham khảo

Xây dựng Mô hình:

Thể hiện tại Hình 3.1.1, SS1 Single Line Diagram

Thể hiện chi tiết trong Chương trình mô phỏng

b Relay bảo vệ

Thông số, dữ liệu:

CT : Tùy xuất tuyến ; ZCT : CSH200 ;

Relay bảo vệ : Type: Sepam

Mô tả

Tiết diện (mm 2 )

Đườn

g kính dây dẫn (mm)

Độ dày cách điện (mm )

Bán kính lõi (mm )

Đường kính lớp chống

va đập (mm)

Độ dày Sheat

h (mm)

Khối lượng Kg/k

m

Số sợi / 1 pha