Chương 1: Tổng quan hệ thống điện Bảng 1. 2 Thông số vận hành và nhu cầu phụ tải các trạm biến áp 110 kV Điện áp Công suất Pmax Mang TT Tên Trạm Ghi chú (KV) (MVA) (MW) Tải (%) 1 Cà Mau 110/22 MBAT1x63 23,0 36,5 110/22 MBAT2x63 20,3 32,3 2 An Xuyên 110/22 MBAT1x40 21,7 54,3 110/22 MBAT2x40 Dự phòng 3 Đầm Dơi 110/22 MBAT1x25 Dự phòng 110/22 MBAT2x40 20,7 51,8 4 Trần Văn Thời 110/22 MBAT1x40 Dự phòng 110/22 MBAT2x40 11,8 29,5 5 Ngọc Hiển 110/22 MBAT1x40 17,8 44,4 110/22 MBAT2x40 Dự phòng 6 Khánh An 110/22 MBAT1x63 23,2 36,9 110/22 MBAT2x63 Dự phòng 7 Cái Nước 110/22 MBAT2x40 17,9 44,8 8 Tân Hưng Tây 110/22 MBAT1x40 14,9 37,3 9 Sông Đốc 110/22 MBAT1x40 12,3 30,6 10 Rạch Gốc 110/22 MBAT1x40 10,5 26,3 1.3 Lưới điện 110kV tỉnh Cà Mau Lưới điện 110kV tỉnh Cà Mau được liên kết với hệ thống điện tỉnh Bạc Liêu qua 02 đường dây: - Đường dây 110 kV 171 Cà Mau - 171 Giá Rai, dây dẫn AC-2x185, chiều dài 12,801 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bạc Liêu; - Đường dây 110 kV 172 An Xuyên – 171 Hồng Dân, dây dẫn AC-2x185, chiều dài 13,963 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bạc Liêu. Ngoài ra, còn có các đường dây 110 kV liên kết các trạm 110 kV trên địa bàn tỉnh: SVTH: Nguyễn Thanh Phục 5 Chương 1: Tổng quan hệ thống điện - Đường dây 110 kV Khánh An – Cà Mau, dây dẫn AC-240, chiều dài 18,791 km; - Đường dây 110 kV Đầm Dơi – Cái Nước – Ngọc Hiển, dây dẫn AC-240, chiều dài 56,564km; - Đường dây 110 kV Trần Văn Thời – Sông Đốc – Tân Hưng Tây, dây dẫn AC-240, chiều dài 34,156km; - Đường dây 110 kV Ngọc Hiển – Rạch Gốc, dây dẫn AC-330, chiều dài 13,909km. Chi tiết thông số vận hành các tuyến đường dây 110 kV trên địa bàn tỉnh Cà Mau trong năm 2021 trong Bảng 1.
SVTH: Nguyễn Thanh Phục 6 Chương 1: Tổng quan hệ thống điện Bảng 1. 3 Thông số, tình hình vận hành các đường dây 110 kV Dây Chiều Tải Mang Số TT Tên tuyến dây dẫn, dài, max, tải mạch mm2 km (A) (%) 1 171 Cà Mau 2 – 172 Khánh An 2 AC-240 3,428 305,3 50,05 2 171 Khánh An - 172 Cà Mau 4 AC-240 18,791 296,5 48,6 3 172 Cà Mau 2 - 171 An Xuyên 4 AC-240 13,417 363,8 59,7 4 173 Cà Mau 2 - 172 Đầm Dơi 4 AC-240 25,916 467,8 76,7 5 171 Đầm Dơi - 172 Cái Nước 2 AC-185 32,425 124,7 24,5 6 171 Cái Nước - 172 Ngọc Hiển 1 AC-185 24,139 55,8 10,9 174 Cà Mau 2 - 172 Trần Văn 7 4 AC-240 25,333 242,8 39,8 Thời 171 Trần Văn Thời - 172 Sông 8 2 AC-240 16,527 176,2 28,9 Đốc 171 Sông Đốc - 131 Tân Hưng 9 2 AC-240 17,629 82,2 13,5 Tây AC- 10 171 Hồng Dân - 172 An Xuyên 2 13,963 253,1 24,8 2x185 AC- Dự Dự 11 171 Cà Mau - 171 Giá Rai 1 12,801 2x185 phòng phòng 12 173 Ngọc Hiển – 172 Rạch Gốc 1 AC-330 13,909 44,4 8,9 SVTH: Nguyễn Thanh Phục 7 Chương 2: Lý thuyết tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2. Khái niệm về ngắn mạch 2. Khái niệm Phân tích ngắn mạch là một phần quan trọng trong giải tích hệ thống điện.
Bài toán ngắn mạch bao gồm việc xác định điện áp tại các nút và dòng điện chạy trên các nhánh trong quá trình xảy ra ngắn mạch. Ngắn mạch trong hệ thống điện được chia thành ngắn mạch 3 pha đối xứng (balanced faults) và ngắn mạch không đối xứng (unbalanced faults). Ngắn mạch không đối xứng gồm ngắn mạch một dây chạm đất, ngắn mạch hai dây không chạm đất, ngắn mạch hai dây chạm đất. Các thông tin có được từ bài toán ngắn mạch sẽ phục vụ cho công việc chỉnh định rơle và chọn lựa thiết bị bảo vệ.
Biên độ của dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào tổng trở của khép kín qua điểm xảy ra ngắn mạch và điện áp của mạng điện. Tổng trở trong bài toán ngắn mạch bao gồm cả tổng trở quá độ của các máy phát trong lưới (bao gồm thành phần siêu quá độ, quá độ và ở trạng thái tĩnh). Chính vì vậy một trong những vấn đề khó của bài toán ngắn mạch là thành lập ma trận tổng trở hay tổng dẫn. Trong cung cấp điện ngắn mạch một pha chạm đất là ngắn mạch có xác suất xảy ra lớn nhất (khoảng 65%) và ngắn mạch ba pha có xác suất thấp nhất (khoảng 5%).
Tuy nhiên, chúng ta cần phân tích hai dạng này bởi các ảnh hưởng của nó là đáng kể đến tình trạng làm việc của hệ thống điện. Mặc khác việc tính toán ngắn mạch một pha tương đối phức tạp hơn so với ngắn mạch ba pha, nên trong thực tế thiết kế người ta hay dùng kết quả của bài toán ngắn mạch ba pha đối xứng. Nguyên nhân ngắn mạch Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Lý do cách điện bị hỏng có thể lứ: bị già cõi khi làm việc lâu ngày, chịu tác động của nhiệt độ, môi trường, khí hậu,… SVTH: Nguyễn Thanh Phục 6 Chương 2: Lý thuyết tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện 2.
Hậu quả của ngắn mạch Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt độ cao, gây cháy nổ. Gây sụt áp lưới điện, ảnh hưởng năng suất làm việc của máy móc thiết bị. Gây ra mất ổn định hệ thống điện do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau. Mục đích tính toán ngắn mạch Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch Tính toán hiệu chỉnh bảo vệ role Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch Những bài toán liên quan đến tính toán dòng ngắn mạch: Lựa chọn sơ đồ mạch cung cấp điện, nhà máy điện Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn - Thiết kế chỉnh định bảo vệ rơle - Tính toán quá điện áp trong hệ thống điện - Tính toán nối đất - Nghiên cứu ổn định hệ thống điện - Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng - So sánh, đánh giá, chọn sơ đồ nối điện 2.
Phân loại ngắn mạch Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất. Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian, thường rất phức tạp và khó xác định chính xác. Theo thực nghiệm: 1000.1) I SVTH: Nguyễn Thanh Phục 7 Chương 2: Lý thuyết tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện trong đó: I - dòng ngắn mạch [A], l - chiều dài hồ quang điện [m] Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại). Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp 3 pha ở tình trạng đối xứng.
Ngắn mạch không đối xứng: là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dòng, áp 3 pha mất đối xứng. Tính toán ngắn mạch đối xứng Đối với một hệ thống điện ba pha, trường hợp ngắn mạch bap ha trực tiếp thì điện áp của cả ba pha tại điểm ngắn mạch đều bằng không, dòng điện trong bap ha đối xứng và lệch nhau một góc 1200 (không kể điểm ngắn mạch chạm đất hay không chạm đất). Do đó, chỉ cần tính dòng ngắn mạch cho một dây dẫn như cho các đặc tính tải đối xứng. Tính toán ngắn mạch dùng định lý Thevennin Đây là lý thuyết được sử dụng trong hầu hết các bài toán ngắn mạch.
Theo lý thuyết Thevenin, dòng sự cố được tính như sau: 3 V Th ZN 0 IN (2.2) ZTh Z Th Với: ZTh – tổng trờ nhìn từ chỗ xảy ra ngắn mạch về hệ thống khi các nguồn bị nối tắt. ZTh có thể tìm được nhờ vào việc biến đổi tương đương sơ đồ tổng trở hay từ ma trận tống trở thanh cái. VTh, VN(0) – điện áp tại chỗ ngắn mạch trước sự cố gọi là điện áp tương đương Thevenin. Điện áp này có thể tìm được nhờ vào việc giải dòng công suất trong mạch trước sự cố.
Dòng tải trước sự cố rất bé so với dòng ngắn mạch, nên khi tính toán ngắn mạch dòng tải thường được bỏ qua, nghĩa là coi như mạch trước sự cố không có dòng chạy trên các đường dây, và cũng có nghĩa là điện áp tại mỗi vị trí trong SVTH: Nguyễn Thanh Phục 8 Chương 2: Lý thuyết tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện mạch đều như nhau và đều bằng điện áp đầu cực máy phát hay điện áp đầu cực hệ thống cung cấp: VTh = Vdm. Phương pháp tính trong đơn vị có tên Trong phương pháp này, các đại lượng như dòng, áp, công suất, tổng hợp đều được biểu diễn theo đúng đơn vị của chúng. Ví dụ, tổng trở được tính theo đơn vị ohm (). Tuy nhiên, nếu hệ thống điện bao gồm nhiều hơn một cấp điện áp thì các giá trị tính theo đơn vị ohm sẽ thay đổi bằng bình phương tỷ lệ của các cấp điện áp.
Hay nói cách khác, giá trị ohm sẽ thay đổi từ phía bên này sang phía bên kia của máy biến áp. Ví dụ, nếu hệ thống điện có 3 cấp điện áp, khi đó mỗi thành phần trong hệ thống điện (cáp, máy biến áp, động cơ,.) sẽ có 3 giá trị. Khi tính toán theo phương pháp này, đòi hỏi các giá trị tổng trở phải được quy về một cấp điện áp.1: Cho hệ thống điện như hình. Máy phát ban đầu không tải vận hành không tải tại điện áp định mức.
Bỏ qua tất cả điện trở. Một sự cố ngắn mạch ba pha xảy ra tại đầu nhận của đường dây (điểm N). Xác định dòng ngắn mạch. 1 Sơ đồ một dây của ví dụ 2.1 Tính toán khi quy về phía I sơ cấp máy biến áp (13kV): Kháng trở quá độ 2 máy phát: 2 X'd1 % VdmI 132 X'd1I 0, 24 0,676 () 100 Sdm1 60 2 X'd 2 % VdmI 132 X'd 2I 0, 24 1,014 () 100 Sdm2 40 SVTH: Nguyễn Thanh Phục 9 Chương 2: Lý thuyết tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện Kháng trở máy biến áp: 2 X't % VdmI 132 XTI 0,16 0, 2704 () 100 ST 100 Tổng trở đường dây: 2 2 V 13 X LI X LII I 160 0,5587 () VII 220 Kháng trở tương đương hai máy phát: X'd1.