I. Tổng Quan Về Tính Toán Đứt Dây Trong Hệ Thống Điện
Trong quá trình nghiên cứu và học tập về hệ thống điện, chế độ ngắn mạch thường được xem xét kỹ lưỡng. Tuy nhiên, sự cố đứt dây dẫn điện cũng là một vấn đề quan trọng, gây ra mất cân bằng trong hệ thống. Đứt dây có thể là đứt một pha hoặc hai pha. Sự kết hợp của đứt dây và ngắn mạch tạo thành sự cố phức tạp. Vị trí ngắn mạch và đứt dây có thể xảy ra ở nhiều vị trí khác nhau trong hệ thống. Cần phải tính toán các thông số chế độ khi xảy ra sự cố để xem xét mức độ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống và đưa mạng trở về trạng thái ban đầu. Luận văn này nghiên cứu và đưa ra những phương pháp đối xứng hóa lưới điện khi lưới điện bị mất đối xứng do sự cố đứt dây gây nên. Tác giả hy vọng qua bản luận văn này nắm bắt thêm được một lĩnh vực cần được quan tâm của hệ thống điện.
1.1. Khái niệm sự cố đứt dây và ảnh hưởng tới hệ thống
Sự cố đứt dây trong hệ thống điện gây ra mất cân bằng, ảnh hưởng đến hoạt động của máy phát, bảo vệ rơ le và làm tăng tổn thất điện năng. Sự cố có thể là đứt một pha hoặc hai pha, hoặc kết hợp với ngắn mạch tạo thành sự cố phức tạp. Việc tính toán các thông số khi xảy ra sự cố là cần thiết để đánh giá ảnh hưởng và khôi phục hệ thống về trạng thái ban đầu.
1.2. Các loại sự cố phức tạp thường gặp trong hệ thống điện
Trong thực tế, xác suất xảy ra sự cố phức tạp thường rất thấp nhưng vẫn có thể gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị trong hệ thống điện. Các sự cố phức tạp thường gặp bao gồm: một pha bị đứt, một pha bị đứt và rơi xuống đất gây ngắn mạch, ngắn mạch hai pha đồng thời đứt dây hai pha (xảy ra khi ngắn mạch hai pha và hai máy cắt ở hai đầu cắt không đồng thời).
II. Ảnh Hưởng Của Đứt Dây Đến Các Thiết Bị Hệ Thống Điện
Sự cố đứt dây có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến các thiết bị trong hệ thống điện. Đối với máy phát điện đồng bộ, dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều rotor có thể gây tác dụng nhiệt và cơ. Đối với động cơ không đồng bộ, dòng thứ tự nghịch có thể gây phát nóng mạnh và giảm mô-men cực đại. Các phần tử tĩnh như máy biến áp và đường dây cũng chịu ảnh hưởng, với tổn thất tăng lên và nguy cơ nhiễu đường dây thông tin. Việc tính toán dòng điện khi xảy ra sự cố phức tạp là rất cần thiết để có phương án xử lý vận hành hệ thống điện được tốt hơn.
2.1. Tác động của đứt dây đến máy phát điện đồng bộ 3 pha
Khi đứt dây một pha trong máy phát điện trung tính cách điện, không tồn tại thành phần dòng thứ tự không. Dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều rotor, quét qua rotor với vận tốc gấp đôi vận tốc đồng bộ, gây dòng cảm ứng tần số 100 Hz. Dòng này gây tác dụng nhiệt và cơ, đặc biệt là phát nóng phụ và mô-men đập mạch, ảnh hưởng đến độ bền của máy phát điện.
2.2. Ảnh hưởng của đứt dây đến động cơ không đồng bộ
Trong chế độ đứt dây, động cơ không đồng bộ chỉ tồn tại thành phần dòng thứ tự thuận và nghịch. Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch sinh dòng cảm ứng trong rotor với tần số (2-s)f1. Do điện kháng thứ tự nghịch nhỏ, ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ vẫn có dòng thứ tự nghịch rất lớn. Trong chế độ đứt một pha, dòng hai pha còn lại có thể gấp 3 lần dòng thứ tự thuận, gây phát nóng mạnh và giảm mô-men cực đại.
2.3. Ảnh hưởng của đứt dây đến các phần tử tĩnh của hệ thống điện
Trong chế độ sự cố phức tạp, tổn thất trên đường dây và các phần tử tĩnh khác tăng lên. Sự cố của đường dây tải điện có thể làm nhiễu các đường dây thông tin ở gần. Máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối xứng về áp các pha tại điểm đầu nối phía sơ cấp và không đối xứng về dòng các pha gây ra bởi phụ tải không đều phía sau máy biến áp. Chế độ không đối xứng có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị chỉnh lưu, phản chỉnh lưu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hóa.
III. Cách Tính Toán Sự Cố Đứt Dây Bằng Phương Pháp Đối Xứng
Khi đứt dây, điện áp và dòng điện tại chỗ đứt của ba pha sẽ không còn đối xứng. Tương ứng với mỗi vector thành phần nhất thiết phải có các sơ đồ thay thế cần tương ứng. Đó là sơ đồ thay thế thứ tự thuận, sơ đồ thay thế thứ tự nghịch và sơ đồ thay thế thứ tự không. Phương pháp thành phần đối xứng được sử dụng để tính toán sự cố đứt dây. Tương ứng với mỗi vector thành phần, cần có các sơ đồ thay thế tương ứng: sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không.
3.1. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận nghịch và thứ tự không
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận giả thiết chỉ có dòng thứ tự thuận đi qua. Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch giả thiết chỉ có dòng thứ tự nghịch đi qua. Sơ đồ thay thế thứ tự không có dạng khác nhiều so với sơ đồ thứ tự thuận và nghịch, việc thành lập sơ đồ nên xuất phát từ chỗ ngắn mạch.
3.2. Hệ phương trình cơ bản trong tính toán sự cố đứt dây
Chỗ pha bị đứt dây sinh ra một hiệu điện áp và không có dòng điện. Cần phân tích điện áp và dòng điện thành các vector thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch và không. Bài toán sẽ được giải quyết thông qua 6 phương trình độc lập, trong đó có 3 phương trình cơ bản cho mọi sự cố đứt dây và 3 phương trình riêng đặc thù cho từng loại sự cố.
3.3. Phương trình riêng cho đứt dây một pha và hai pha
Khi đứt dây một pha, dòng điện ở pha bị đứt bằng 0 và điện áp khác 0. Khi đứt dây hai pha, dòng điện ở hai pha bị đứt bằng 0 và điện áp khác 0. Từ các điều kiện này, có thể thiết lập các phương trình riêng để giải quyết bài toán tính toán dòng điện và điện áp trong hệ thống.
IV. Phương Pháp Xếp Chồng Trong Tính Toán Sự Cố Đứt Dây
Phương pháp xếp chồng là một kỹ thuật hữu ích để phân tích các hệ thống điện phức tạp khi xảy ra sự cố đứt dây. Phương pháp này cho phép chia bài toán thành các trường hợp đơn giản hơn, tính toán độc lập từng trường hợp và sau đó tổng hợp kết quả để có được giải pháp cuối cùng. Điều này đặc biệt hữu ích khi hệ thống có nhiều nguồn và tải phức tạp.
4.1. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp xếp chồng
Phương pháp xếp chồng dựa trên nguyên tắc rằng trong một mạch tuyến tính, dòng điện hoặc điện áp tại một điểm bất kỳ là tổng đại số của các dòng điện hoặc điện áp do từng nguồn tác động riêng lẻ khi tất cả các nguồn khác bị vô hiệu hóa. Điều này giúp đơn giản hóa việc phân tích bằng cách chia bài toán thành các phần nhỏ hơn.
4.2. Ứng dụng phương pháp xếp chồng trong tính toán đứt dây
Khi áp dụng phương pháp xếp chồng cho sự cố đứt dây, có thể chia bài toán thành các trường hợp: hệ thống bình thường (không sự cố) và hệ thống chỉ có nguồn sự cố (điện áp hoặc dòng điện cưỡng bức tại điểm đứt). Tính toán dòng điện và điện áp trong mỗi trường hợp, sau đó cộng lại để có kết quả cuối cùng.
V. Khảo Sát Chế Độ Đứt Dây Đường Dây Siêu Cao Áp 500kV Việt Nam
Đường dây 500kV là xương sống của hệ thống điện Việt Nam. Việc khảo sát chế độ đứt dây trên đường dây này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và tin cậy cung cấp điện. Các phương pháp nghiên cứu chế độ đứt dây bao gồm mô phỏng, tính toán và phân tích kết quả.
5.1. Đặc điểm của đường dây siêu cao áp 500kV Việt Nam
Đường dây 500kV Việt Nam có đặc điểm là điện áp cao, công suất truyền tải lớn, chiều dài lớn, và chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Các đặc điểm này ảnh hưởng đến khả năng xảy ra và mức độ nghiêm trọng của sự cố đứt dây.
5.2. Các phương pháp nghiên cứu chế độ đứt dây đường dây 500kV
Có nhiều phương pháp nghiên cứu chế độ đứt dây đường dây 500kV, bao gồm: mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng (ETAP, DIgSILENT PowerFactory, PSSE), tính toán bằng phương pháp thành phần đối xứng và xếp chồng, và phân tích các sự cố thực tế đã xảy ra.
5.3. Tính toán đứt dây đối với đường dây siêu cao áp 500kV
Việc tính toán đứt dây đối với đường dây siêu cao áp 500kV cần xét đến nhiều yếu tố, bao gồm: thông số đường dây, cấu hình hệ thống, điều kiện tải, và các thiết bị bảo vệ. Kết quả tính toán giúp đánh giá ảnh hưởng của sự cố và thiết kế các biện pháp bảo vệ phù hợp.
VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Tính Toán Đứt Dây
Bài viết đã trình bày tổng quan về tính toán đứt dây trong hệ thống điện, ảnh hưởng của nó đến các thiết bị, phương pháp tính toán cơ bản và ứng dụng thực tiễn trên đường dây 500kV. Nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp tiên tiến và tích hợp phần mềm mô phỏng là hướng đi quan trọng để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện.
6.1. Tổng kết các phương pháp tính toán sự cố đứt dây
Các phương pháp tính toán đứt dây, bao gồm phương pháp thành phần đối xứng và phương pháp xếp chồng, cung cấp công cụ hiệu quả để phân tích ảnh hưởng của sự cố đến hệ thống. Lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của hệ thống và yêu cầu về độ chính xác.
6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai
Các hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai bao gồm: tích hợp các phương pháp tính toán vào phần mềm mô phỏng, phát triển các phương pháp tính toán nhanh và chính xác hơn, và nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự cố đứt dây.
