Luận văn thạc sĩ thiết bị mạng và nhà máy điện khảo sát mô hình dg phân tích ngắn mạch và ảnh hưởng của dg lên phối hợp bảo vệ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu thiết bị mạng và nhà máy điện khảo sát mô hình dg phân tích ngắn mạch và ảnh hưởng của dg lên phối, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Đặng Tuấn Khanh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Phân Tích Ngắn Mạch Trong Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phân Tích Ngắn Mạch

Phân tích ngắn mạch là một phần quan trọng trong thiết kế và vận hành của thiết bị mạng và nhà máy điện. Nó giúp xác định các điều kiện hoạt động của hệ thống điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch. Việc này không chỉ đảm bảo an toàn cho thiết bị mà còn bảo vệ người vận hành. Phân tích ngắn mạch cho phép các kỹ sư đánh giá khả năng chịu đựng của các thiết bị điện và xác định các biện pháp bảo vệ cần thiết. Theo đó, việc thực hiện phân tích hệ thống điện là rất cần thiết để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho toàn bộ hệ thống.

1.1 Định Nghĩa Phân Tích Ngắn Mạch

Phân tích ngắn mạch được định nghĩa là quá trình xác định dòng điện ngắn mạch trong một hệ thống điện khi có sự cố xảy ra. Điều này bao gồm việc tính toán các thông số như dòng điện ngắn mạch tối đa, điện áp và các yếu tố khác ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống. Việc này giúp các kỹ sư thiết kế các thiết bị bảo vệ phù hợp, đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động an toàn trong mọi tình huống. Bảo vệ ngắn mạch là một phần không thể thiếu trong thiết kế hệ thống điện, giúp ngăn ngừa thiệt hại cho thiết bị và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

1.2 Tầm Quan Trọng Của Phân Tích Ngắn Mạch

Tầm quan trọng của phân tích ngắn mạch không chỉ nằm ở việc bảo vệ thiết bị mà còn ở việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện. Khi thực hiện phân tích này, các kỹ sư có thể xác định được các điểm yếu trong hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mà còn tiết kiệm chi phí vận hành. Hơn nữa, việc quản lý năng lượng hiệu quả cũng phụ thuộc vào khả năng phân tích và dự đoán các tình huống ngắn mạch có thể xảy ra trong hệ thống.

II. Các Phương Pháp Phân Tích Ngắn Mạch

Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại hệ thống và yêu cầu cụ thể. Các phương pháp phổ biến bao gồm phương pháp dòng điện, phương pháp điện áp và phương pháp mô hình hóa. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa kết quả phân tích và đảm bảo tính chính xác trong việc dự đoán các tình huống có thể xảy ra.

2.1 Phương Pháp Dòng Điện

Phương pháp dòng điện là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong phân tích ngắn mạch. Phương pháp này dựa trên việc tính toán dòng điện ngắn mạch tối đa có thể xảy ra trong hệ thống. Các kỹ sư sử dụng các công thức và mô hình để xác định các thông số cần thiết, từ đó đưa ra các biện pháp bảo vệ phù hợp. Phương pháp này thường được áp dụng cho các hệ thống điện lớn, nơi mà dòng điện ngắn mạch có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị.

2.2 Phương Pháp Điện Áp

Phương pháp điện áp tập trung vào việc phân tích các thay đổi về điện áp trong hệ thống khi xảy ra ngắn mạch. Phương pháp này giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện. Việc phân tích điện áp cũng giúp đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống. Điều này rất quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của hệ thống điện và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phân Tích Ngắn Mạch

Phân tích ngắn mạch có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành điện. Nó không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện. Các kỹ sư có thể sử dụng kết quả phân tích để thiết kế các thiết bị bảo vệ phù hợp, từ đó giảm thiểu rủi ro và chi phí vận hành. Hơn nữa, việc thực hiện phân tích ngắn mạch định kỳ cũng giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn trong hệ thống, từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời.

3.1 Bảo Vệ Thiết Bị

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của phân tích ngắn mạch là bảo vệ thiết bị trong hệ thống điện. Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện có thể tăng lên mức nguy hiểm, gây hư hỏng cho các thiết bị. Việc phân tích giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đưa ra các biện pháp bảo vệ cần thiết. Điều này không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo an toàn cho người vận hành.

3.2 Tối Ưu Hóa Hiệu Suất

Phân tích ngắn mạch cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện. Các kỹ sư có thể sử dụng kết quả phân tích để điều chỉnh các thông số trong hệ thống, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động. Việc này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành. Hơn nữa, việc tối ưu hóa hiệu suất cũng giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Hình 1.8: Caùc nguoàn naêng löôïng sinh khoái Hieän nay naêng löôïng sinh khoái ñöôïc söû duïng raát roäng töø nhaø beáp ñeán saûn xuaát ra ñieän naêng döôùi daïng nguyeân lieäu. Noù ñöôïc ñoát tröïc tieáp ñeå taïo ra nhieät phuïc vuï saûn xuaát vaø naáu aên trong gia ñình. Noù goùp phaàn giaûi quyeát caùc vaán ñeà veà moâi tröôøng, tieát kieäm naêng löôïng vaø tieát kieäm nguyeân vaät lieäu. Vì vaäy vieäc loaïi boû caùc chaát thaûi theo quan nieäm truyeàn thoáng laø hoaøn toaøn baát hôïp lyù vaø ñaõ ñöôïc thay theá baèng khaùi nieäm taïo ra giaù trò cho chaát thaûi baèng caùch bieán chuùng thaønh caùc saûn phaåm coù ích nhö bieán caùc chaát thaûi höõu cô trong noâng nghieäp vaø coâng nghieäp thaønh caùc chaát ñoát “ngheøo” maø ta coù theå taän duïng ñöôïc.

™ Nhöõng lôïi ích veà kinh teá vaø moâi tröôøng Naêng löôïng sinh khoái coù theå caïnh tranh vôùi xaêng daàu Nhöõng saûn phaåm coù nguoàn goác töø naêng löôïng sinh khoái coù theå sinh ra naêng löôïng töông ñöông vôùi xaêng daàu coù giaù dao ñoäng töø 0.91$/galon vaøo naêm 2015, trong khi ñoù giaù cuûa saûn phaåm xaêng vaøo khoaûng 0. Ñaây laø möùc giaù coù theå caïnh tranh vôùi saûn phaåm xaêng daàu. Naêng löôïng sinh khoái - Nguoàn thu nhaäp môùi cuûa noâng daân : GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 11 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 1 Theo öôùc tính caùc saûn phaåm naêng löôïng sinh khoái coù töø noâng nghieäp coù theå ñaït ñeán 200 trieäu taán vaøo naêm 2025. Vôùi möùc giaù 40 $/taán thì toång thu nhaäp seõ laø 5.

Tuy nhieân saûn löôïng naøy chæ baèng 1/6 so vôùi toång saûn löôïng naêng löôïng sinh khoái maø ngöôøi noâng daân taïo ra vaøo naêm 2050. Khi ñoù thò tröôøng naêng löôïng sinh khoái seõ mang laïi nhieàu lôïi nhuaän cho ngöôøi noâng daân vì ngoaøi nguoàn thu töø noâng saûn hoï coøn thu ñöôïc lôïi nhuaän töø caùc chaát thaûi cuûa noâng saûn nhö voû, thaân caây… Sinh khoái vaø moâi tröôøng Sinh khoái haáp thuï CO2 trong suoát quaù trình phaùt trieån, vaø thaûi ra moâi tröôøng raát ít löôïng CO2 khi bò ñoát chaùy neân goùp phaàn laøm giaûm aûnh höôûng cuûa hieäu öùng nhaø kính. Maët khaùc, naêng löôïng sinh khoái khoâng chöùa löu huyønh vaø khi ñoát chaùy chæ sinh ra moät löôïng nhoû CO, ñaëc bieät khoâng sinh ra caùc chaát ñoäc haïi. Vì vaäy duøng naêng löôïng sinh khoái thì muïc tieâu giaûm oâ nhieãm khoâng khí seõ ñöôïc caûi thieän so vôùi duøng naêng löôïng coù nguoàn goác töø xaêng daàu.

™ Caùc phöông phaùp saûn xuaát nhieân lieäu sinh khoái Ñoát tröïc tieáp : ñaây laø phöông phaùp ñôn giaûn vaø coå ñieån nhaát ñeå taïo ra naêng löôïng töø nguyeân lieäu sinh khoái. Goã, chaát thaûi gia suùc hay chaát thaûi cuûa noâng nghieäp ñöôïc thu gom laïi vaø saáy khoâ, sau ñoù ñem ñi ñoát. Thoâng thöôøng goã ñöôïc ñoát trong caùc loø söôûi ñeå söôûi aám vaø ñun naáu thöùc aên, nhöng noù cuõng coù theå ñöôïc duøng ñeå cung caáp nhieät cho caùc ngaønh coâng nghieäp vaø saûn xuaát ñieän naêng. Goã ñöôïc ñun thaønh than seõ trôû thaønh nhieân lieäu maø khi ñoát seõ taïo ra ít khoùi hôn vaø nhieät löôïng ñöôïc söû duïng hieäu quaû hôn.

Ñieàu naøy goùp phaàn caûi thieän ñöôïc tình traïng oâ nhieãm moâi tröôøng. Phaân huûy khí (Anaerobic digestion ): laø phöông phaùp duøng vi khuaån phaân huûy chaát thaûi ñaëc bieät laø phaân huûy caùc loaïi phaân vaø caùc chaát thaûi coù daïng buøn. Phöông phaùp naøy taïo ra saûn phaåm laø khí meâtan - thaønh phaàn chính trong khí ñoát töï nhieân. Chaát khí naøy cuõng ñöôïc duøng cho vieäc söôûi aám, naáu aên vaø saûn xuaát ñieän.Nguyễn Hoàng Việt 12 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 1 Hình 1.9 Leân men chaát thaûi Phöông phaùp leân men : laø phöông phaùp duøng men ñeå leân men chaát thaûi, ñaëc bieät laø caùc chaát thaûi noâng saûn coù haøm löôïng ñöôøng cao.

Saûn phaåm thu ñöôïc chöùa haøm löôïng ethel alcohol vaø ethanol cao coù theå chöng caát vaø söû duïng laøm nhieân lieäu cho caùc loaïi xe. Xe coä thöôøng söû duïng hoån hôïp goàm 10% ethanol vaø 90% xaêng daàu. Phöông phaùp khí hoùa vaø hoùa loûng : laø phöông phaùp duøng hoaù chaát vaø nhieät ñeå chuyeån ñoåi sinh khoái töø daïng raén sang daïng loûng vaø khí coù naêng löôïng cao hôn. Caùc saûn phaåm loûng vaø khí naøy ñöôïc söû duïng döôùi hình thöùc nhö nhieân lieäu daàu thoâ.

™ Nhöõng thuaän lôïi vaø khoù khaên khi söû duïng naêng löôïng sinh khoái a) Thuaän lôïi: - Nguoàn nguyeân lieäu sinh khoái nhieàu vaø coù ôû khaép nôi : chaát thaûi cuûa gia suùc, chaát thaûi noâng nghieäp töø caùc noâng traïi, raùc sinh hoaït ôû thaønh thò… - Raát reõ vaø ñoâi khi…mieãn phí - Coù theå taùi taïo ñöôïc - Coâng ngheä, kyõ thuaät ñôn giaûn deã aùp duïng - Saûn phaåm ñöôïc cheá taïo ña daïng ôû theå raén, loûng vaø khí deã löu tröõ, buoân baùn cuõng nhö söû duïng GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 13 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 1 b) Khoù khaên : - Khi ñoát sinh khoái thaûi khí CO2 vaø buïi tro ra moâi tröôøng goùp phaân gaây neân hieäu öùng nhaø kín vaø oâ nhieãm moâi tröôøng. - Khai thaùc goã laøm caïn kieät taøi nguyeân röøng gaây ra luõ luït - Söû duïng caây vaø chaát thaûi cuûa gia suùc cheá bieán nhieân lieäu seõ laøm maát ñi nguoàn phaân boùn cho ñaát troàng, töø ñoù ñaát trôû neân baïc maøu vaø cho naêng suaát thaáp. - Nhieân lieäu sinh khoái cung caáp naêng löôïng ít hôn nhieân lieäu hoaù thaïch ôû cuøng moät theå tích - Giaù thaønh nhieân lieäu sinh khoái cao hôn nhieân lieäu hoaù thaïch 1.2 Saûn xuaát ñieän töø nguyeân lieäu sinh khoái ™ Tình hình saûn xuaát “ñieän sinh khoái” treân theá giôùi Ñieän naêng sinh khoái laø moät daïng naêng löôïng ñieän môùi ñaõ ñöôïc coâng nhaän coù saûn löôïng khoaûng 11000 MW, chieám hôn 1% toång dung löôïng cuûa tuï buø ñöôïc laép ñaët treân löôùi ôû Myõ. Hieän taïi vieäc phaùt ñieän baèng naêng löôïng môùi chieám khoaûng 11% trong ñoù naêng löôïng sinh khoái ñöùng ôû vò trí thöù hai chæ sau thuûy ñieän.10 Tình hình saûn xuaùt naêng löôïng sinh khoái theá giôùi GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 14 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 1 Söï thuaän lôïi cuûa vieäc phaùt ñieän baèng nhieân lieäu sinh khoái mang laïi moät soá aùp duïng coù tính kinh teá haáp daãn nhö keát hôïp phaùt ñieän giöõa hôi/nhieät vaø ñieän cuûa moät soá ngaønh coâng nghieäp.

Vaøo cuoái naêm 1998, caùc nhaø maùy ñieän sinh khoái ôû Myõ saûn xuaát gaàn 1900 MW vôùi nguyeân lieäu chuû yeáu laø goã, trong khi ñoù neáu keát hôïp giöõa saûn xuaát ñieän baèng nguyeân lieäu goã vaø saûn löôïng ñieän coù ñöôïc cuûa ngaønh coâng nghieäp giaáy thì seõ ñaït ñöôïc 5500 MW. Quaù trình chính ñeå chuyeån sinh khoái thaønh ñieän naêng laø duøng kyõ thuaät ñoát tröïc tieáp sinh khoái taïo ra nhieät löôïng cho caùc tuabin hôi. Moät trong nhöõng kyõ thuaät ñoát tröïc tieáp laø keát hôïp giöõa sinh khoái vaø boät than ñaù ñang ñöôïc aùp duïng ôû moät soá nhaø maùy ñieän nôi maø ñang phaûi ñoái dieän vôùi vieäc phaûi tieát kieäm nhieân lieäu hoaù thaïch vaø giaûm thaûi ra moâi tröôøng caùc chaát oâ nhieãm nhö SO2, NO2, CO2. Ngoaøi ra coøn coù caùc kyõ thuaät cung caáp ñieän naêng sinh khoái khaû duïng khaùc ñang phaùt trieån nhö kyõ thuaät nhieät phaân vaø khí hoùa.

Kyõ thuaät khí hoùa sinh khoái ñöôïc xem laø moät giaûi phaùp trieån voïng nhaát ñeå naâng ñieän sinh khoái leân moät taàm cao môùi. Höôùng phaùt trieån töông lai cuûa ñieän sinh khoái laø taïo ra moät ngaønh coâng nghieäp naêng löôïng döïa vaøo caùc noâng traïi chuyeân troàng caùc loaïi caây nguyeân lieäu cuûa naêng löôïng sinh khoái nhö caùc loaïi caây phaùt trieån nhanh (caây döông, caây lieãu), caùc loaïi coû thaân meàm (switchgrass) vaø coû linh laêng (alfalfa). Xu höôùng naøy chuyeån ngaønh coâng nghieäp ñieän sinh khoái töø vò trí leä thuoäc vaøo vieäc vaän chuyeån nguyeân lieäu trong röøng vaø caùc chaát thaûi cuûa noâng nghieäp ôû caùc caùnh ñoàng ñeán nhaø maùy ñieän trôû thaønh caùc nhaø maùy coù nguoàn cung caáp chuyeân duïng, vaø theo caùch naøy chuùng ta coù theå môû roäng quy moâ nguoàn taøi nguyeân taùi taïo coù töø caùc noâng traïi.Nguyễn Hoàng Việt 15 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 1 ™ Moâ hình saûn xuaát “ñieän sinh khoái” Hình 1.11 Moâ hình saûn xuaát ñieän sinh khoái Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa traïm phaùt “sinh khoái” Raùc sau khi ñöôïc thu gom vaø ñöa ñeán baõi raùc seõ ñöôïc choân laáp trong caùc hoá choân laáp nhaèm taïo khí. Sau thôùi gian töø 3 ñeán 5 naêm seõ ñöôïc söû duïng.

Löôïng khí naøy ñöôïc laáy ra töø hoá choân laáp thoâng qua caùc gieáng khoan, sau ñoù qua heä thoáng caùc ñöôøng oáng ñeán heä thoáng laøm laïnh nhaèm loaïi boû hôi nöôùc. Luùc naøy luoàng khí ñaõ ñöôïc loaïi boû hôi nöôùc seõ qua heä thoáng chieát xuaát ga loaïi boû caùc taïp khí, luùc naøy ta ñöôïc löôïng khí metan theo yeâu caàu (50 – 60%) , löôïng khí naøy laïi ñöôïc daãn theo caùc ñöôøng oáng ñeán maùy phaùt ñieän chaïy baèng gas, ñieän aùp ñaàu ra cuûa maùy phaùt ñieän seõ qua heä thoáng taêng aùp sau ñoù hoaø vaøo löôùi ñieän. Caùc phaàn taïp khí cuõng nhö khí dö thöøa seõ ñöôïc ñoát hoaëc söû duïng vaøo caùc muïc ñích khaùc trong saûn xuaát nhö : taïo gas töø cacbonic … GVHD: TS.Nguyễn Hoàng Việt 16 HVTH:Đặng Tuấn Khanh Luận văn tốt nghiệp Chương 2 Chương 2 TÍNH TOAÙN NGẮN MẠCH VAØ PHOÁI HÔÏP BAÛO VEÄ 2.1) Giôùi thieäu: Phöông phaùp phaân tích doøng söï coá ñaõ ñöôïc nghieân cöùu kyõ töø laâu. Phaàn naøy ñöa ra moät vaán ñeà môùi trong phaân tích doøng söï coá, ñoù laø tính toaùn ñoä taêng doøng ngaén maïch khi coù DG keát noái vaøo maïng ñieän.

Ñeå tính toaùn doøng ngaén maïch taïi moät thanh caùi heä thoáng, ta söû duïng moâ hình ñôn giaûn Thevenin. Vôùi moâ hình naøy, heä thoáng ñöôïc xem nhö moät ñieän aùp noái tieáp vôùi moät toång trôû heä thoáng. Toång trôû heä thoáng laø toång trôû Thevenin nhìn töø choã xaûy ra söï coá veà heä thoáng khi caùc nguoàn bò noái taét. Ñieän aùp Thevenin laø ñieän aùp taïi choã ngaén maïch tröôùc söï coá.

Toång trôû Thevenin ñôn giaûn laø phaàn töû j,j cuûa ma traän toång trôû Zbus; j laø thanh caùi söï coá. Ma traän Zbus moâ hình hoùa toaøn boä heä thoáng (bao goàm maïng truyeàn taûi, maïng truyeàn taûi thöù caáp, maïng phaân phoái, vaø baát kyø maùy phaùt naøo coù trong heä thoáng). Caùc maùy phaùt ñöôïc moâ hình hoùa laø moät ñieän khaùng quaù ñoä.3 ñöa ra moät heä thoáng phaân phoái khoâng söï coá vaø moät DG ñöôïc noái keát taïi thanh caùi k. Giaû söû heä thoáng khoâng coù DG taïi thanh caùi k ñöôïc moâ hình laø ma traän toång trôû Zorig.

Sau khi laép ñaët DG taïi thanh caùi k, moät thanh caùi môùi p ñöôïc boå sung vaøo heä thoáng. ÔÛ ñaây ta seõ giaûi quyeát cuï theå söï coá ba pha ñoái xöùng.