Tài liệu Luận văn giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- NGUYỄN VĂN HẬU GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- NGUYỄN VĂN HẬU GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT 1 2 3 4 5 Họ và tên Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. HCM, ngày......tháng........năm 20... NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN HẬU Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV: I- Tên đề tài: GIẢI PHÁP GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tổng quan tình hình ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. - Nghiên cứu ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. - Đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY CÁN BỘ HUỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố ở bất kỳ đâu. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn. Tôi cũng xin cam đoan các nội dung tham khảo trong Luận văn đã được trích dẫn đầy đủ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Văn Hậu LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, xin chân thành cám ơn Thầy PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho quá trình thực hiện Luận văn này. Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi các kiến thức quý báu trong quá trình học tập giúp tôi đủ năng lực để thực hiện Luận văn này. Xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn này. Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM; Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH; Viện Đào tạo sau Đại học và Cơ quan nơi tôi đang công tác đã tạo các điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện Luận văn này. Nguyễn Văn Hậu i Tóm tắt Hiện nay, yêu cầu cao hơn trong quan hệ điện - động lực học cũng như độ bền nhiệt của các phần tử trong hệ thống điện được đặt ra. Đồng thời, yêu cầu cao hơn về độ tin cậy của thiết bị đóng cắt và bảo vệ rơ le cũng được đặt ra. Do đó, cần thiết phải nghiên cứu các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch nhằm nâng cao tính an toàn trong vận hành các thiết bị đóng cắt và các phần tử khác trong hệ thống điện. Đây cũng chính là chủ đề được lựa chọn nghiên cứu trong luận văn này, “Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải”. Một sơ đồ hệ thống điện truyền tải được lựa chọn với các giả lập cho các dạng sự cố ngắn mạch khác nhau trong hệ thống điện. Trên cơ sở các phân tích, luận văn sẽ đề xuất các giải pháp nhằm giảm dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải đang được lựa chọn để khảo sát. Luận văn sẽ bao gồm các nội dung như sau: + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 3: Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 4: Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai ii Abstract At present, the higher requirements in the electrical-dynamic relationship as well as the thermal stability of the elements in the electrical system are posed. At the same time, higher requirements on relay reliability and relay protection are also set. Therefore, it is necessary to study solutions for limiting short circuit currents which allow to improve safety in the operation of switchgear and other components in the power system. This is also the topic chosen for research in this thesis, "Solutions for reducing a short-circuit current in transmission line systems". A transmission power system diagram is selected to simulate for various short circuit types in the power system. Based on the analysis, the thesis will propose solutions to reduce the short circuit current for the selected transmission grid. The thesis will include the following contents: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Literature review for reducing a short-circuit current in transmission line systems + Chapter 3: Proposals for reducing a short-circuit current in transmission line systems + Chapter 4: Applying of solutions for reducing a short-circuit current in transmission line systems + Chapter 5: Conclusions and future works iii MỤC LỤC Tóm tắt ....................................................................................................... i Mục lục..................................................................................................... iii Danh sách hình vẽ ......................................................................................vi Danh sách bảng ....................................................................................... viii Chương 1 - Giới thiệu chung ....................................................................1 1.1. Giới thiệu .............................................................................................1 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .........................................................3 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................3 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................4 1.5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................4 1.6. Bố cục của luận văn .............................................................................4 Chương 2 - Tổng quan về dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ....5 2.1. Giới thiệu .............................................................................................5 2.2. Tương đương hệ thống điện .................................................................6 2.2.1. Xác định các thông số mạng hai cửa..................................................9 2.2.2. Tổng trở tương đương từ thông số mạng hai cửa ............................. 11 2.2.3. Mạch tương đương đường dây khi ngắn mạch ba pha qua tổng trở chạm ZN .................................................................................................... 12 2.3. Phân tích sự cố ba pha trên đường dây ............................................... 14 2.3.1. Trước sự cố ..................................................................................... 14 2.3.2. Khi có sự cố .................................................................................... 15 2.3.3. Khi có sự cố nhưng không xét đến dòng tải ..................................... 16 2.4. Nguyên nhân dòng ngắn mạch tăng cao ............................................. 17 2.5. Thông số ảnh hưởng đến sự tăng dòng ngắn mạch ............................. 17 2.5.1. Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng) ................................... 17 2.5.2. Khi ngắn mạch không đối xứng N(1), N(1,1), N(2) ......................... 17 2.5.3. Điện kháng thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK) của các phần iv tử .............................................................................................................. 18 2.5.4. Sơ đồ thay thế (song song, nối tiếp, . . .) .......................................... 21 2.5.5. Công suất, điện áp và dòng điện ngắn mạch .................................... 22 Chương 3 - Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ................................................................................................. 24 3.1. Nguyên nhân tăng cao dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ........ 24 3.2. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải................... 24 3.2.1. Giải pháp sử dụng hệ thống truyền tải điện DC ............................... 24 3.2.2. Giải pháp sử dụng bộ DVR (Dynamic Voltage Restorer) ................ 27 3.2.3. Giải pháp gỡ bỏ cuộn tam giác trong máy biến áp ........................... 29 3.2.4. Giải pháp ứng dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng hạn chế dòng ngắn mạch ........................................................................... 29 3.2.5. Giải pháp sử dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng hạn dòng và tụ điện bù dọc .............................................................................. 30 3.3. Đánh giá và lựa chọn giải pháp .......................................................... 32 3.4. Lựa chọn kháng hạn dòng ngắn mạch ................................................ 35 3.4.1. Giới thiệu ........................................................................................ 35 3.4.2. Các sơ đồ lắp kháng ........................................................................ 35 3.4.3. Tính toán lựa chọn thông số kháng hạn dòng................................... 37 3.5. Kiểm tra giá trị TRV và RRRV máy cắt ngăn lắp đặt kháng hạn chế dòng ngắn mạch................................................................................................. 38 3.6. Hạn chế TRV và RRRV cho máy cắt có lắp kháng hạn chế dòng ngắn mạch ......................................................................................................... 39 Chương 4 - Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải ............................................................................................................. 42 4.1. Giới thiệu ........................................................................................... 42 4.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch trên lưới điện truyền tải .................... 42 4.2.1. Thông số của lưới điện .................................................................... 42 4.2.2. Ngắn mạch 3 pha cân bằng .............................................................. 47 v 4.2.3. Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................. 55 4.2.4. Ngắn mạch 2 pha............................................................................. 60 4.2.5. Ngắn mạch 2 pha chạm đất ............................................................. 65 4.3. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch bằng cách lắp đặt kháng điện trên đường dây truyền tải ................................................................................. 70 4.3.1. Giới thiệu ........................................................................................ 70 4.3.2. Ngắn mạch 3 pha cân bằng .............................................................. 72 4.3.3. Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................. 78 4.3.4. Ngắn mạch 2 pha............................................................................. 83 4.3.5. Ngắn mạch 2 pha chạm đất ............................................................. 88 4.4. Giải pháp giảm dòng ngắn mạch bằng cách thay đổi tổng trở ngắn mạch của máy biến áp đầu cực máy phát ............................................................ 94 Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai.............................. 96 5.1. Kết luận ............................................................................................. 96 5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................. 97 Tài liệu tham khảo .................................................................................. 99 vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1. Đường dây khảo sát và tương đương hệ thống .............................7 Hình 2.2. Thông số mạng hai cửa tương đương ......................................... 10 Hình 2.3. Sơ đồ tương đương hai cửa ........................................................ 10 Hình 2.4. Mạng hai cửa đường dây sự cố .................................................. 12 Hình 2.5. Hệ thống trước sự cố ................................................................. 14 Hình 2.6. Hệ thống bị sự cố qua tổng trở chạm ......................................... 15 Hình 2.7. Hệ thống bị sự cố không xét đến dòng tải .................................. 16 Hình 3.1. Mô tả truyền sóng của MAXWELL........................................... 25 Hình 3.2. Giới hạn chiều dài ổn định nhiệt ................................................ 25 Hình 3.3. Sử dụng vỏ bọc bằng chì để kiểm soát trường điện cáp ngầm .... 26 Hình 3.4. Ảnh hưởng tụ kí sinh đối với cáp ngầm ..................................... 26 Hình 3.5. Giới hạn chiều dài khi truyền tải với cáp ngầm .......................... 26 Hình 3.6. Truyền tải điện một chiều .......................................................... 27 Hình 3.7. Sơ đồ tính ngắn mạch được đơn giản hóa .................................. 27 Hình 3.8. Sơ đồ vectơ dòng và áp sự cố .................................................... 28 Hình 3.9. Sơ đồ tính ngắn mạch đơn giản hóa có lắp đặt bộ DVR ............. 28 Hình 3.10. Sơ đồ vectơ dòng và áp sự cố khi có DVR ............................... 29 Hình 3.11. Giải pháp ứng dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng hạn chế dòng ngắn mạch ................................................................ 30 Hình 3.12. Giải pháp sử dụng thiết bị điện tử công suất kết hợp thiết bị kháng hạn dòng và tụ điện bù dọc ............................................................. 31 Hình 3.13. Phương án 1: Lắp ngăn phân đoạn mới có kháng điện phân đoạn song song với ngăn phân đoạn hiện hữu ........................................... 36 Hình 3.14. Phương án 2: Lắp như PA1 và thêm kháng ngăn MBA.......... 36 Hình 3.15. Phương án 3: Lắp kháng phân đoạn giữa các thanh cái 220 kV hiện hữu .................................................................................................... 37 Hình 3.16. Phương án 4: Lắp kháng tại ngăn phân đoạn hiện hữu, kèm dao nối tắt DS .................................................................................................. 37 vii Hình 3.17. Sử dụng 1 bộ tụ mắc shunt 1 bên cuộn kháng hạn dòng phía đường dây ................................................................................................. 40 Hình 3.18. Sử dụng 1 bộ tụ mắc shunt 1 bên cuộn kháng hạn dòng phía máy cắt ............................................................................................................. 40 Hình 3.19. Sử dụng 2 bộ tụ mắc shunt 2 bên cuộn kháng hạn dòng ........... 40 Hình 3.20. Sử dụng 1 bộ tụ mắc song song (paralell) với cuộn kháng hạn dòng .......................................................................................................... 40 Hình 3.21. Sử dụng 1 bộ tụ (grading capacitor) mắc song song (paralell) với máy cắt ............................................................................................... 41 Hình 4.1. Sơ đồ lưới điện khảo sát ............................................................ 43 Hình 4.2. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ........................................................ 45 Hình 4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự không ....................................................... 45 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1. Giá trị trung bình x2 và x0 của máy điện đồng bộ ................................ 19 Bảng 4.1. Thông số đường dây của lưới điện ..................................................... 43 Bảng 4.2. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch ..................................................... 75 Bảng 4.3. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch sau khi đã đặt thêm các kháng điện hạn dòng trên các đường dây D4A, D4B và D5 ..................................................... 94 Bảng 4.4. Kết quả hạn chế dòng ngắn mạch sau lắp đặt kháng điện ................... 94 Bảng 4.5. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch sau khi thay đổi tổng trở ngắn mạch các máy biến áp T7, T8, T9 và T10 trên đầu cực máy phát G3, G4, G5 và G6 ......... 95 Bảng 4.6. Kết quả hạn chế dòng ngắn mạch sau thay đổi tổng trở ngắn mạch máy biến áp đầu cực máy phát................................................................................... 95 1 Chương 1 Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu Hệ thống điện được hình thành bởi 3 thành phần chính mà bao gồm: các nhà máy điện, lưới điện và phụ tải. Hình 1.1. Hệ thống điện Hình 1.1 mô tả một hệ thống điện, trong đó: 1) Nhà máy điện; 2) Trạm biến áp tăng áp; 3) Lưới truyền tải; 4) Trạm biến áp giảm áp; 5) Lưới phân phối; 6) Phụ tải (Hộ tiêu thụ sử dụng điện). Gần đây, nhằm đáp ứng cho sự phát triển nhanh của phụ tải, nguồn và lưới điện cũng được mở rộng thêm. Điều này đã dẫn đến các thông số mạch của hệ thống điện thay đổi theo. Trong số đó, có dòng ngắn mạch trong lưới 2 điện, đặc biệt là lưới điện truyền tải tăng cao làm ảnh hưởng xấu đến các phần tử trong hệ thống điện ở chế độ sự cố. Vấn đề này đặt ra yêu cầu cao hơn trong quan hệ điện - động lực học cũng như độ bền nhiệt của các phần tử trong hệ thống điện. Đồng thời, yêu cầu cao về độ tin cậy của thiết bị đóng cắt và bảo vệ rơ le. Do đó, cần thiết phải nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch để nâng cao tính an toàn trong vận hành các thiết bị đóng cắt và các phần tử khác trong hệ thống điện. Mặt khác, vấn đề này cũng hoàn toàn phù hợp với chủ trương và xu hướng phát triển của ngành điện thông qua các văn bản pháp lý sau: + Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 [1]; + Quyết định số 3134/QĐ-BCT, ngày 13/6/2014 của Bộ Công Thương về việc phê duyệt kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện truyền tải năm 2015, có xét đến năm 2019 [2]; + Các quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực của các tỉnh, thành phố [3]; + Thông tư số 12/2010/TT-BCT ngày 15/4/2010 của Bộ Công Thương về việc quy định hệ thống điện truyền tải [4]; + Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ Công Thương về việc quy định hệ thống điện phân phối [5]; + Quyết định số 216/QĐ-NPT ngày 22/3/2011 về việc phê duyệt đề cương chi phí khảo sát, lập báo cáo nghiên cứu và đề xuất giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 10 năm (2011-2020) [6]; + Công văn số 0187/NPT-KH-KT ngày 19/01/2011 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia về việc lập giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải [7]; 3 + Công văn số 1077/NPT-QLĐT ngày 05/04/2012 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia về việc báo cáo giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải [8]; + Công văn số 704/EVNNPT-KT ngày 11/03/2013 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia về việc báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [9]; + Công văn số 3281/EVNNPT-KT ngày 17/09/2013 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [10]; + Thông báo số 98/TB-EVN ngày 05/4/2016 của EVN kết luận của Phó Tổng giám đốc Ngô Sơn Hải tại cuộc họp về đề án nghiên cứu và đề xuất giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2011-2020 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia [11]; + Công văn số 1362/EVNNPT-KT+KH ngày 12/04/2016 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [12]; + Công văn số 2934/EVNNPT-ĐTXD ngày 12/04/2016 của PTC4 về việc tiếp tục hoàn thiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải giai đoạn 2011-2020 [13]; + Công văn số 1418/EVNNPT-KT-KH ngày 15/04/2016 của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [14]; 1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Đề tài “Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải” sẽ được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau: - Nghiên cứu tổng quan dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. - Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. - Áp dụng các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. 4 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện truyền tải. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đề xuất các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. Đồng thời, tìm giải pháp hợp lý để hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải của Việt Nam. 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải là cơ sở tính toán các chế độ vận hành bình thường và sự cố của hệ thống điện. - Các giải pháp này cũng nhằm khắc phục các ảnh hưởng xấu của dòng ngắn mạch đến các phần tử khác trong hệ thống điện. - Ý nghĩa thực tiễn lớn nhất là giúp các cơ quan quản lý và vận hành lưới điện vạch ra chiến lược quy hoạch, thiết kế và vận hành lưới điện an toàn, hiệu quả. 1.5. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu về hiện trạng và quy hoạch phát triển của hệ thống điện. - Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. - Phân tích và lựa chọn giải pháp thích hợp để triển khai. - Áp dụng các giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải. 1.6. Bố cục của luận văn Bố cục của luận văn gồm 5 chương: + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 3: Nghiên cứu giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 4: Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai 5 Chương 2 Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện truyền tải 2.1. Giới thiệu Ngắn mạch trong hệ thống điện là không thể tránh khỏi, ngắn mạch xuất hiện từ các yếu tố tự nhiên khách quan hoặc yếu tố vận hành chủ quan, ngắn mạch làm dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, các dạng ngắn mạch trong hệ thống điện gồm có ngắn mạch 1 pha chạm đất, ngắn mạch 2 pha hoặc 2 pha chạm đất, ngắn mạch 3 pha, trong đó ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất do thường gây ra dòng điện ngắn mạch là cao nhất. Dòng ngắn mạch cao có thể làm hỏng hóc các thiết bị như máy biến áp, thiết bị đóng cắt, đường dây trên không, cáp ngầm. Dòng ngắn mạch trong hệ thống điện có xu hướng tăng do nhiều nguồn điện mới đưa vào vận hành và liên kết lưới điện tăng. Dòng ngắn mạch có thể vượt quá khả năng chịu đựng của các thiết bị. Vì vậy, vấn đề tìm nguyên nhân và giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch trong hệ thống điện ngày càng trở nên quan trọng và cấp bách. Nghiên cứu và đề xuất giải pháp giảm dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải nhằm xem xét giải pháp tổng thể để hạn chế dòng ngắn mạch đang tăng quá cao. Từ đó, đưa ra tiến trình thực hiện giải pháp tổng thể để đạt yêu cầu quy định tiêu chuẩn hoá về dòng điện ngắn mạch cho thiết bị. Đối với hệ thống điện Việt Nam từ quy hoạch điện VI đến quy hoạch điện VII và quy hoạch điện VII điều chỉnh, dòng ngắn mạch tại các nút tập trung nguồn điện hoặc phụ tải lớn có dòng ngắn mạch tăng nhanh. Theo báo cáo tổng kết của Tổng công ty truyền tải điện quốc gia trong trường hợp vận hành các sơ đồ điện của các trạm điện đúng thiết kế thì dòng ngắn mạch tại các nút này tăng quá giá trị dòng chịu đựng ngắn mạch định mức của thiết bị là 40kA ở cấp 500kV và 220kV; 31,5kA ở cấp 110kV do Bộ Công thương quy định. Thậm chí, hiện nay tại một số trạm có dòng ngắn mạch lớn hơn 63kA. Dòng ngắn mạch trong hệ thống điện có xu hướng tăng do: 6 + Nhiều nguồn điện mới đưa vào vận hành; + Liên kết lưới điện tăng. Dòng sự cố có thể vượt quá khả năng chịu đựng của các thiết bị. Vì vậy, vấn đề giảm dòng ngắn mạch trong hệ thống điện ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết. Hầu hết, việc tính toán sự cố trong lưới điện truyền tải được thực hiện trong đơn vị tương đối với ma trận tổng trở nút. Khi tính toán, thông thường giả thiết rằng dòng tải không đáng kể so với dòng sự cố hay cho hở mạch tại các nút tải. Khi ấy: [V ] = [Z ][I ] (2.1) V& Z&ii = i I&i (2.2) I&k = 0 , i =1, 2 ,...n , k ≠ i Trong đó: Zii: phần tử thứ i trên của đường chéo của ma trận tổng trở nút, là tổng trở tương đương Thevenin nhìn từ nút i vào hệ thống khi nút i bị sự cố. Điện áp tương đương Thevenin là điện áp hở mạch tại nút i hay điện áp danh định trước sự cố. Thông thường, điện áp này được giả sử bằng 1,0 đvtđ. Mặc dù, giá trị này có thể được điều chỉnh như mong muốn vì mạng là tuyến tính. Tổng trở Zik trong ma trận Znút là một giá trị tổng trở phản ánh quan hệ giữa điện áp tại nút i với dòng điện đổ vào nút k. Ma trận tổng trở nút của mạng thứ tự nghịch và thứ tự không cũng được sử dụng trong tính toán ngắn mạch trong lưới điện truyền tải. Thông thường, giả thiết rằng mạng thứ tự nghịch giống như mạng thứ tự thuận, ngoại trừ các kháng trở máy phát. Như vậy, khi biết được các mạng thứ tự, bằng việc sử dụng ma trận tổng trở nút hay biến đổi mạch tương đương Thevenin, có thể tính toán được bất cứ dòng sự cố yêu cầu nào tại các nút truyền tải. 2.2. Tương đương hệ thống điện Giả sử rằng cần tính toán bảo vệ cho một đường dây truyền tải hay một phần tử nào đó trong hệ thống truyền tải. Mạng kết nối với phần tử là một