Chương 1: Giới thiệu chung. + Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch và các giải pháp giảm dòng ngắn mạch. + Chương 3: Bài toán cấu trúc lưới điện để giảm dòng ngắn mạch. + Chương 4: Hiện trang lưới điện khu vực Nam sông Tiền, tỉnh Đồng Tháp.
+ Chương 5: Tính toán tái cấu trúc lưới điện để giảm dòng ngắn mạch. Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 4 + Chương 6: Kết luận và hướng phát triển tương lai. Kết luận: Từ tình hình thực tế lưới điện 110kV và các thông số trên chương trình PSS/ADEPT sơ đồ lưới điện 110kV khu vực Nam sông Tiền, tỉnh Đồng Tháp, tác giả đề xuất giải pháp tái cấu trúc lưới điện 110kV để làm giảm dòng ngắn mạch trên trên thanh cái 22kV các trạm 110kV bằng thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) làm đề tài của luận văn.
Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 5 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGẮN MẠCH VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH 2. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản: 2. Khái niệm: Ngắn mạch trong hệ thống điện chỉ hiện tượng các dây dẫn pha chạm chập nhau hoặc chập đất (trong hệ thống điện có trung điểm nối đất).
Khi xảy ra ngắn mạch thì tổng trở của hệ thống giảm đi (giống như mạch điện bị ngắn lại), dòng điện tăng lên đáng kể gọi là dòng ngắn mạch [6]. Ngắn mạch một pha (chạm đất) trong mạng có trung tính nối đất trược tiếp là hiện tượng chạm đất của một pha xuống đất và dòng ngắn mạch chạy qua điểm trung tính là khá lớn. Chạm đất một pha trong mạng điện có trung tính không nối đất hay nối đất qua cuộn dây dập hồ quang là hiện tượng mà tại nơi chạm đất dòng điện chạy qua rất bé và chạy qua các điện dung ký sinh trở về điểm chạm đất, thường rất bé nên không thể được xem là dòng ngắn mạch. Tổng trở ngắn mạch là tổng trở trung gian tại chổ ngắn mạch, trị số của nó phụ thuộc vào độ tiếp xúc, mức độ phát hồ quang, chất liệu … Trường hợp nguy hiểm nhất là ngắn mạch qua tổng trở bằng 0 gọi là ngắn mạch trực tiếp.
Các dạng ngắn mạch: - Ngắn mạch ba pha: được định nghĩa là ngắn mạch xảy ra đồng thời ở cả 03 pha, tuy không thường xuyên xảy ra nhưng đây là loại sự cố nặng nề nhất. - Ngắn mạch chạm đất 01 pha. - Ngắn mạch 02 pha không chạm đất. - Ngắn mạch 02 pha chạm đất.
Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 6 2. Nguyên nhân và hậu quả: - Nguyên nhân: nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hư hỏng, mà tác nhân gây hư hỏng cách điện có thể là: bị già cỗi do thời gian làm việc quá lâu, chịu tác động về mắt cơ khí (như đào đất, thả diều, xe cộ va quẹt…), hay do các loài vật (chim chóc, rắn, thú vật …) hoặc do gió bão, sấm sét hoặc ngắn mạch xảy ra có thể do thao tác đóng cắt nhầm. - Hậu quả: • Phát nóng cục bộ rất nhanh gây cháy nổ, già cỗi cách điện.
• Sinh ra lực cơ khí lớn làm hư hỏng các thiết bị xung quanh. • Gây sụt áp lưới ảnh hưởng đến sản xuất. • Gây mất ổn định hệ thống ảnh hưởng đến an ninh mạng. • Tạo các phần tử gây nhiễu từ các dòng điện bất đối xứng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
• Làm gián đoạn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ … 2. Mục đích của việc tính toán ngắn mạch: - Lựa chọn các trang thiết bị phù hợp. - Tính toán hiệu chỉnh các phần tử bảo vệ cho hệ thống. - Lựa chọn các sơ đồ hệ thống thích hợp cho vận hành.
- Lựa chọn các thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch. - Nghiên cứu các hiện tượng quá độ điện từ trong hệ thống. - Nghiên cứu ổn định hệ thống. Cách tính ngắn mạch: Tóm tắt công thức tính toán dòng ngắn mạch: GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 7 Gọi Z là ma trận tổng dẫn của lưới. Cho sự cố tại nút thứ n của lưới. - Ngắn mạch 3 pha: &' !"#$ = (")#$ !"#* = !"#+ = 0 (2.1) - Ngắn mạch một pha chạm đất: -.
- Ngắn mạch hai pha chạm nhau: &' !"#$ = !"#+ = (""#$ + (""#+ + (' !"#* = 0 (2.3) - Ngắn mạch hai pha chạm nhau chạm đất: -. 3/0015 - Điện áp tại nút k bất kỳ khi xảy ra sự cố: &D#* 0 (D"#* 0 0 C&D#$ E = C&' E C 0 (D"#$ 0 E (2.7) &D#+ 0 0 0 (D"#$ Với In-1 , In-2 , In-0 dòng ngắn mạch thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. Znm-1, Znm-2, Znm-0: ma trận tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. Từ các kết luận trên, rút ra tổng kết các nguyên tắc chọn giải pháp tổng thể giảm dòng ngắn mạch trên lưới truyền tải như sau: GVHD: TS.
Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 8 Cấu hình hệ thống điện cần thỏa mãn tiêu chí về vận hành tin cậy, điện áp nút và dòng ngắn mạch tổng tại các nút ở mức tối ưu (đáp ứng quy định). Đây là giải pháp quan trọng nhất và kinh tế nhất. Để đạt yêu cầu về dòng ngắn mạch cần thực hiện các giải pháp tiếp sau để tăng tổng trở hệ thống (xΣ) lớn nhất có thể.
- Hạn chế số mạch song song là ít nhất. - Hạn chế các đường dây song song vận hành cùng điểm đầu điểm cuối, tách thanh cái để tăng tổng trở hệ thống điện. - Mức độ tập trung nguồn phải được quy định về dòng ngắn mạch của nguồn đổ vào hệ thống trong giới hạn. - Nâng cao điện áp truyền tải nếu có thể: 110kV lên 220kV, lên 500kV.
Đây là bài toán kinh tế - kỹ thuật. Quy định của Việt Nam về ngắn mạch: - Quy định về dòng ngắn mạch tại các trạm 110kV được quy định tại Điều 9 Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ Công Thương về Thông tư Quy định hệ thống điện phân phối và được sửa đổi bổ sung theo Thông tư số 30/2019/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2019 của Bộ Công Thương về Thông tư Sửa đổi, bổ sung một số điều của Thông tư số 25/2016/TT-BCT ngày 30 tháng 11 năm 2016 của Bộ trưởng Bộ Công Thương quy định hệ thống điện truyền tải và Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ trưởng Bộ Công Thương quy định hệ thống điện phân phối [6, 7]. - Công văn số 6270/EVN-KTSX ngày 18 tháng 9 năm 2020 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc ngăn ngừa sự cố MBA 110kV đến 500kV trên hệ thống điện [1]. - Công văn số 8479/EVN SPC-KT ngày 01 tháng 10 năm 2020 của Tổng công ty Điện lực miền Nam về việc triển khai các giải pháp ngăn ngừa sự cố MBA 110kV trên hệ thống điện [2].
Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 9 Theo Điều 9 Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố như bảng 2.1: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự cố Thời gian tối Thời gian chịu đựng tối thiểu Dòng ngắn đa loại trừ sự của thiết bị (s) Điện áp mạch lớn nhất cố của bảo vệ Áp dụng tới ngày Áp dụng từ ngày (kA) chính (ms) 31/12/2017 01/01/2018 Trung áp 25 500 03 01 110kV 31.5 150 03 01 Theo khoản 6 điều 2 Thông tư 30/2019/TT-BCT sửa đổi điều 9 Thông tư 39/2015/TT-BCT, quy định dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố như bảng 2.2: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự cố Dòng ngắn mạch lớn nhất Thời gian tối đa loại trừ sự Điện áp (kA) cố của bảo vệ chính (ms) 110kV 31.5 150 Trung áp 25 500 Để ngăn ngừa sự cố MBA 110kV đến 500kV trên hệ thống điện, Tập đoàn Điện lực Việt Nam có Công văn số 6270/EVN-KTSX ngày 18/09/2020 và Tổng công ty Điện lực miền Nam có Công văn 8479/EVN SPC-KT ngày 01/10/2020. Qua đó, để hạn chế sự cố xảy ra trên lưới điện trung áp do các Đơn vị quản lý, các Đơn vị quản lý vận hành phải thực hiện: - Cô lập chức năng tự đóng lại (F79) các phát tuyến 22kV khi có dòng điện ngắn mạch lớn hơn 10kA. Trước khi đóng lại phải kiểm tra tìm được và loại trừ nguyên nhân sự cố trên đường dây trung áp.
- Phải thí nghiệm lại đáp ứng tần số quét để đánh giá sự xô lệch của các bối dây nếu trong chu kỳ thí nghiệm, MBA có chịu sự cố dòng điện ngắn mạch lớn hơn hoặc bằng 10kA đối với máy 63MVA và lớn hơn hoặc bằng 6kA đối với máy 40MVA. Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 10 2. Một số giải pháp giảm dòng ngắn mạch hiện nay: 2.
Giải pháp tái cấu trúc lưới điện: Trên thực tế, giải pháp thay đổi cầu hình lưới điện (tách lưới) là giải pháp đơn giản, ít tốn kém hơn so với phương án nâng cấp các thiết bị đóng cắt. Nhược điểm của giải pháp này là làm giảm tính linh hoạt trong vận hành hệ thống điện, tăng tổn thất công suất, tổn thất điện năng do có một lượng công suất bị cưỡng bức truyền tải phi tự nhiên. Đối với các hệ thống điện phát triển nhanh, có dòng điện ngắn mạch vượt quá mức cho phép của thiết bị nhưng chưa có giải pháp nào đề xử lý một cách triệt để và phù hợp thì có thể coi tách lưới như một bước trung gian để đảm bảo an toàn vận hành hệ thống điện, tránh nguy cơ hư hỏng thiết bị do dòng điện ngắn mạch khi xảy ra sự cố.1: Giải pháp tách thanh cái tại trạm biến áp Trong hình vẽ (a), máy cắt CB1 đóng, nếu có ngắn mạch xảy ra ở vị trí N1 (hoặc N2) thì dòng ngắn mạch tổng sẽ bao gồm 10 thành phần từ 10 xuất tuyến đường dây. Trong hình vẽ (b), khi máy cắt CB1 mở, nếu có ngắn mạch xảy ra tại N1 thì dòng điện này chỉ có các thành phần từ các xuất tuyến 1, 2, 3, 7, 8 và tương tự đối với điểm N2, dòng ngắn mạch chỉ bao gồm các thành phần từ các xuất tuyến 4, 5, 6, 9, 10.
Như vậy, dòng điện ngắn mạch giảm đi do giảm được nguồn cung cấp công suất ngắn mạch đến điểm sự cố. Nguyễn Phúc Khải HVTH: Huỳnh Minh Trí Ths. Phạm Thị Minh Thái 11 2.