Tài liệu Đồ án ứng dụng phần mềm etap cho bài toán tính toán ngắn mạch áp dụng cho hệ thống điện miền nam

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO BÀI TOÁN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM NĂM 2017 SINH VIÊN : TẠ ANH KIỆT MSSV : 14046801 LỚP : DHDI10B GVHD : TS. NGUYỄN TRUNG NHÂN TP. HCM, NĂM 2018 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Tạ Anh Kiệt, MSSV: 14046801 2. Tên đề tài ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO BÀI TOÁN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM NĂM 2017 3. Nội dung - Tìm hiể u bài toán tính toán ngắn mạch. - Tìm hiểu về Hệ thống điện Việt Nam và hệ thống điện Miền Nam năm 2017. - Xử lý dữ liệu sơ đồ Hệ thống điện Miền Nam năm 2017 phục vụ bài toán tính toán ngắn mạch. - Tìm hiểu về phần mềm Etap và cách sử dụng các thanh công cụ. - Dùng phần mềm Etap áp du ̣ng cho hê ̣ thố ng điê ̣n Miền Nam năm 2017. - Xuất kết quả và nhận xét. 4. Kết quả - File dữ liệu cho bài toán tính toán ngắn mạch của Hệ thống điện Miền Nam năm 2017. - Kết quả chạy chương trình Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, ngày tháng Sinh viên TS. NGUYỄN TRUNG NHÂN TẠ ANH KIỆT i năm 20.. NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------iii LỜI CẢM ƠN Suốt thời gian 4 năm học tập tại Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM, em đã học hỏi được nhiều kiến thức mới trong học tập và cả trong cuộc sống thông qua sự giúp đỡ tận tình của các quý Thầy Cô trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu về kiến thức chuyên ngành và các kinh nghiệm sống là nền tảng sau khi ra trường và định hướng trong tương lai. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Trung Nhân, Thầy là người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận. Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo Khoa Điện Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp. iv MỤC LỤC v vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch ........................................... 29 Bảng 2.2 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng ½ chu kỳ ..................................................... 30 Bảng 2.3 Mô tả điện kháng siêu quá độ mạng ½ chu kỳ .............................................. 30 Bảng 2.4 Loại thiết bị và nhiệm vụ 1/5 - 4 chu kỳ ........................................................ 31 Bảng 2.5 Mô tả điện kháng quá độ mạng lưới 1/5 – 4 chu kỳ ...................................... 31 Bảng 2.6 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng lưới 30 chu kỳ ............................................. 32 Bảng 2.7 Mô tả điện kháng trong mạng lưới 30 chu kỳ................................................ 32 Bảng 2.8 Giá trị hệ số c ................................................................................................. 35 Bảng 3.1: Danh mục các công trình nguồn điện mới dự kiến vận hành năm 2017 ...... 41 Bảng 3.2 Thông số máy phát ......................................................................................... 50 Bảng 3.3 Thông số nút .................................................................................................. 51 Bảng 3.4 Thông số máy biến áp hai cuộn dây .............................................................. 56 Bảng 3.5 Thông số tải tĩnh ............................................................................................ 58 Bảng 3.6 Thông số tụ bù ............................................................................................... 59 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Giao diện chính ................................................................................................ 2 Hình 1.2 Các chức năng tính toán của ETAP ................................................................. 2 Hình 1.3: Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh ................................................ 3 Hình 1.4: Các hệ thống trong ETAP ............................................................................... 3 Hình 1.5: Các phần tử AC (Chế độ chỉnh sửa) ............................................................... 4 Hình 1.6: Các thiết bị đo lường, bảo vệ .......................................................................... 4 Hình 1.7: Thẻ Info của nguồn ......................................................................................... 5 Hình 1.8: Thẻ Rating của nguồn ..................................................................................... 5 Hình 1.9: Thẻ Short Circuit của nguồn ........................................................................... 6 Hình 1.10: Thẻ Reliability của nguồn ............................................................................. 7 Hình 1.11: Thẻ Info máy biến áp .................................................................................... 8 Hình 1.12: Thẻ Rating máy biến áp ................................................................................ 9 Hình 1.13: Thẻ Impedance máy biến áp ....................................................................... 10 Hình 1.14: Thẻ Tap máy biến áp ................................................................................... 10 Hình 1.15: Thẻ Info máy phát đồng bộ ......................................................................... 11 Hình 1.16: Thẻ Rating của máy phát đồng bộ .............................................................. 12 Hình 1.17: Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ ....................................................... 13 Hình 1.18 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ ........................................................ 13 Hình 1.19: Thẻ Info của Bus ......................................................................................... 14 Hình 1.20: Thẻ Rating của trở kháng ............................................................................ 15 Hình 1.21: Thẻ Info của Đường dây truyền tải ............................................................. 16 Hình 1.22: Thẻ Parameter của Đường dây truyền tải ................................................... 17 Hình 1.23: Thẻ Configuration của Đường dây truyền tải ............................................. 18 viii Hình 1.24: Thẻ Impedance của Đường dây truyền tải .................................................. 19 Hình 1.25 Thẻ Info của Lumped Load .......................................................................... 20 Hình 1.26 Thẻ Nameplate của Lumped Load ............................................................... 21 Hình 1.27 Thẻ Short-Circuit của Lumped Load ........................................................... 22 Hình 1.28 Điền tên dự án và tên người lập ................................................................... 24 Hình 1.29 Cài đặt thông số các phần tử ........................................................................ 25 Hình 1.30 Hộp thoại báo cáo với công cụ Tính ngắn mạch .......................................... 26 Hình 2.1 Sơ đồ tương đương tại vị trí ngắn mạch......................................................... 34 Hình 2.2 Thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch và không .................................... 35 Hình 2.3 Ngắn mạch 3 pha ............................................................................................ 35 Hình 2.4 Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................................ 36 Hình 2.5 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau ......................................................................... 36 Hình 2.6 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất .......................................................... 37 Hình 3.1 Diễn biến phát triển các loại nguồn điện giai đoạn 1999-2017 ..................... 40 Hình 3.2 Cơ cấu các loại nguồn điện trong HTĐ Việt Nam hiện trạng ........................ 40 Hình 3.3 Công suất nguồn điện tăng thêm các miền giai đoạn 2000-2017 .................. 42 Hình 3.4 Biểu đồ tăng trưởng điện thương phẩm Viêt Nam giai đoạn 2005-2017....... 43 Hình 3.5 Diễn biến cơ cấu tiêu thụ điện theo thành phần kinh tế g/đ 2005-2017......... 43 Hình 3.6 Sản lượng tiêu thụ điện phân theo các TCT Điện lực .................................... 44 Hình 3.7 Công suất đỉnh toàn quốc và các miền giai đoạn 2005-2017......................... 44 Hình 4.1 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case .............................................. 61 Hình 4.2 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case ...................................... 62 Hình 4.3 Thanh công cụ IEC Short Circuit ................................................................... 63 Hình 4.4 Sờ đồ HTĐ Miền Nam trên Etap ................................................................... 64 Hình 4.5 Kết quả chạy chương trình Etap ..................................................................... 65 ix ii Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt GIỚI THIỆU ETAP 1.1 Tổng quan về ETAP Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển kinh tế mạnh, nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao, hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối không ngừng phát triển mở rộng về quy mô cũng như độ phức tạp, đặt ra vấn đề đảm bảo cung cấp điện liên tục phục vụ xã hội với chất lượng điện năng cao. Để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống điện một cách có hiệu quả, không thể sử dụng các công cụ tính toán và phân tích thông thường để giải quyết. Sự phát triển rất nhanh của các phần mềm phân tích chuyên dụng đã cho ra đời nhiều phần mềm tính toán mô phỏng hệ thống điện. Một trong số đó, ETAP, là lựa chọn hàng đầu của nhiều Công ty điện lực cũng như các Nhà máy có hệ thống điện phức tạp trên toàn thế giới; một công cụ mạnh có nhiều ưu điểm, không ngừng phát triển và cập nhật nhiều tính năng mới để giải quyết nhiều vấn đề trong hệ thống điện, đáp ứng được những đòi hỏi khắt khe nhất. ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI); là phần mềm phân tích và tính toán lưới điện với quy mô số lượng nút không giới hạn. ETAP gồm 2 mảng: thiết kế lưới điện, tính toán các thông số một lưới điện tĩnh và quản lý lưới điện trong thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong vận hành. ETAP được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán hệ thống điện sau: - Phân bố công suất (Load Flow Analysis) - Phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow Analysis) - Ngắn mạch (Short-Circuit Analysis) - Khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis) - Phân tích sóng hài (Harmonic Analysis) - Phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis) - Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Analysis) - Phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis) - Độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment) - Đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement) 1 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt 1.2 Giao diện phần mềm ETAP ETAP tổ chức công việc trên nền tảng dự án. ETAP cung cấp tất cả những công cụ cần thiết hỗ trợ cho việc mô hình hóa và phân tích một hệ thống điện. Hình 1.1 Giao diện chính Hình 1.2 Các chức năng tính toán của ETAP 2 Khóa Luận Tốt Nghiệp Quản lý dữ liệu - Không giới hạn - Các chỉnh sửa và lưu các bộ các đặc tính kỹ thuật - Xem sự khác biệt giữa dữ liệu cơ sở SV: Tạ Anh Kiệt Các cấu hình Các hiển thị - Không giới hạn - Các cấu hình để lưu trạng thái các khóa điện của thiết bị hoặc tải - Không giới hạn - Các mô tả để thiết lập các khác biệt của cùng một hệ thống và chỉnh sửa Các mạng điện hỗn hợp Hiển thị nhanh danh sách các mạng điện hỗn hợp được ghép vào mạng điện chính Hình 1.3 Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh Project View Network Systems (A C or DC One-Line Diagrams) Star Systems (Star Views) Underground Raceway Systems (UGS) Ground Grid Systems (GGS) Cable Pulling Systems ETAP Real-Time Systems (PSMS) Geographical Information Systems (GIS Map) Control System Diagrams (CSD) User-defined Dynamic Model Graphical Editor (UDM) System Dumpster Scenario Wizard Study Wizard Project Wizard Hình 1.4 Các hệ thống trong ETAP 3 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt Thanh cái MBA 2 cuộn dây MBA có cuộn Δ hở Cáp Cuộn cảm hạn dòng MBA 3 cuộn dây Đường dây truyền tải Trở kháng Máy phát Nguồn lưới Máy phát turbin gió Máy điện cảm ứng Lumped Load Động cơ đồng bộ MOV Tụ Bộ lọc sóng hài Tải tĩnh Panel pin mặt trời Thiết bị nối đất Composite Network Contactor Máy cắt hạ thế Cầu chì Máy cắt cao thế Tự đóng lại Lưới nối đất Hình 1.5 Các phần tử AC (Chế độ chỉnh sửa) Máy biến dòng điện Volt kế Multi-meter Máy biến điện áp Ampe kế Rờ le điện áp 25/29 Rờ le tần số 81 Rờ le bảo vệ motor Rờ le so lệch Rờ le định hướng công suất 32 Rờ le 51 Rờ le quá dòng 51 Rờ le nhiều chức năng Hình 1.6 Các thiết bị đo lường, bảo vệ 4 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt 1.3 Các phần tử cơ bản của ETAP 1.3.1 Nguồn (Power Grid)  Thẻ Info Hình 1.7 Thẻ Info của nguồn ID: Tên của nguồn (hệ thống) tối đa 25 ký tự. Bus: Nút mà nguồn kết nối (kèm điện áp định mức) Mode: Chọn chức năng của nguồn Swing: Nút cân bằng Voltage Control: Điều khiển điện áp Mvar Control: Điều khiển công suất phản kháng PF Control: Điều khiển hệ số công suất  Thẻ Rating Hình 1.8 Thẻ Rating của nguồn 5 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt Rated kV: nhập điện áp định mức của hệ thống Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/không cân bằng  Thẻ Short Circuit Hình 1.9 Thẻ Short Circuit của nguồn Grounding: chọn kiểu đấu dây (Y/Δ), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S, TN-CS…) SC Rating: xác định công suất cho sự cố ngắn mạch ba pha và một pha. Khi nhập hay điều chỉnh thông số công suất ngắn mạch (MVAsc) hoặc tỉ số trở kháng của tổng trở thay thế X/R, ETAP sẽ tính toán lại giá trị trở kháng. SC Impedance: trở kháng ngắn mạch phần trăm trên 100 MVA. Giá trị này bao gồm trở kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không. Nếu nhập hoặc điều chỉnh giá trị ở mục này ETAP sẽ tính phần SC Rating.  Thẻ Reliability: bao gồm các thông số để tính bài toán xác định độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống: 6 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt Hình 1.10 Thẻ Reliability của nguồn λA: số lần sự cố/ năm MTTR: thời gian sửa chữa (giờ)/ năm μ: tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ=8760/MTTR) FOR = MTTR/(MTTR + 8760/ λA) MTTF: khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng rp : thời gian thay thiết bị Switch Time : thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới 7 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt 1.3.2 Máy biến áp 2 cuộn dây (2-Winding Transformer)  Thẻ Info Hình 1.11 Thẻ Info máy biến áp ID: tên máy biến áp. Prim./Sec.: tên nút kết nối và điện áp phía sơ cấp/thứ cấp. 8 Khóa Luận Tốt Nghiệp SV: Tạ Anh Kiệt  Thẻ Rating Hình 1.12 Thẻ Rating máy biến áp Voltage Rating: Prim./Sec.: điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của MBA. FLA (Full Load Amperes): dòng đầy tải ở định mức. Power Rating: công suất định mức máy biến áp. Installation: thiết lập độ cao (Altitude) và nhiệt độ môi trường vận hành (Ambient Temp.) của máy biến áp. Type/Class: tùy tiêu chuẩn lựa chọn mà phân ra thành các loại MBA. 9