Tai Lieu Hoc Tap Pss Adept [PDF]

Zitiervorschau

Ử DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN PSS/ADEPT The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity TooL

Phần 1 Kiến thức chuẩn bị

TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG 04/2007

GIÁO TRÌNH TẬP HUẤN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN PSS/ADEPT Biên soạn-Trình bày: Nguyễn Hữu Phúc Đặng Anh Tuấn Chủ biên: PGS. TS. Nguyễn Hữu Phúc

Bản quyền thuộc Công ty Điện lực 2 - EVN Mọi hình thức sao chép, in ấn phải được sự đồng ý bằng văn bản của Công ty Điện lực 2.

Lời nói đầu Lưới điện phân phối và truyền tải không ngừng phát triển mở rộng về qui mô cũng như phức tạp. Theo đó, các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng. Thiết bị trên lưới điện phân phối hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo. Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lập đi lập lại nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và xử lý thông tin. Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện. Những thành tựu mới về Công nghệ Thông tin như về khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, các phương pháp hệ chuyên gia, mạng neuron,…đã cung cấp những phương tiện và công cụ mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng. Đảm bảo và giữ vững mối liên hệ hữu cơ của các thành phần trong hệ thống sản xuất truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Để đáp ứng kịp thời các yêu cầu trên, từ tháng 01-2005 Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) trước đây, nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã chỉ đạo áp dụng thí điểm phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lưới điện theo địa bàn do các đơn vị trực thuộc quản lý. Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện. Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối. PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn. Tháng 04-2004, hãng Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản PSS/ADEPT 5.0 với nhiều tính năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thông số thực tế của các phần tử trên lưới điện. Công ty Điện lực 2-Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã phối hợp cùng Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu áp dụng phần mềm này. Công ty Điện lực 2 thực hiện tập huấn cho các đơn vị trực thuộc nhằm trang bị khả năng sử dụng phần mềm chuẩn tính toán và phân tích lưới điện dựa trên phần mềm PSS/ADEPT. Điều này, nhằm giúp Công ty Điện lực 2 từng bước hệ thống hoá, chuẩn hoá kiến thức áp dụng tính toán về điện trong các hoạt động của Công ty nhất là công tác quản lý kỹ thuật vận hành lưới điện. Ưu tiên là các bài toán: phân bố công suất trên lưới, ngắn mạch, bù

I

công suất phản kháng, độ tin cậy,…là các vấn đề mà các đơn vị cần giải quyết hàng ngày, thậm chí hàng giờ. Các Công ty Điện lực cần triển khai công tác đào tạo đến mức độ chi tiết về sử dụng phần mềm tính toán kỹ thuật điện chuyên ngành như PSS/U, PSS/ADEPT, PSS/E,… để các đơn vị trực thuộc sử dụng thành thạo các chương trình này. Công ty Điện lực 2 sẽ trang bị kiến thức Công nghệ Thông tin nói chung và phần mềm tính toán kỹ thuật chuyên ngành điện nói riêng cho các đơn vi trực thuộc trong Công ty Điện lực 2 thông qua các khoá đào tạo kết hợp với và trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. Tiển khai ứng dụng các phần mềm tính toán kỹ thuật điện trong toàn Công ty theo yêu cầu của EVN. Tạo điều kiện để các đơn vị trong Công ty tìm hiểu các phương pháp tính toán các bài toán điện cơ bản và cách xây dựng thuật toán tính toán áp dụng trong phần mềm tính toán chuyên nghiệp là phần mềm PSS/ADEPT của hãng Shaw Power Technologics Inc-USA. Đánh giá, theo dõi và giám sát hiệu quả công tác phát triển xây dựng mới, đại tu cải tạo, quản lý kỹ thuật và vận hành lưới điện của các đơn vị dựa vào công cụ hiệu quả là phần mềm tính toán kỹ thuật điện PSS/ADEPT. Làm cơ sở để đội ngũ cán bộ kỹ thuật các đơn vị dễ dàng tiếp thu và nắm bắt các phầm mềm khác sau này, ví dụ như PSS/E. EasyPower,… Việc tổ chức đào tạo sẽ góp phần nâng cao khả năng ứng dụng máy tính, nhất là sử dụng các phần mềm tính toán chuyên ngành điện cho các đơn vị trực thuộc trong Công ty Điện lực 2. Phổ biến kinh nghiệm và triển khai các kết quả nghiên cứu các phần mềm, để các đơn vị tiếp tục áp dụng vào thực tế công tác tại đơn vị. Góp phần hoàn thành tốt công tác sản xuất kinh doanh của đơn vị trên cơ sở các kết quả tính toán từ các phần mềm mạnh. Tạo ra sự phối hợp sẵn sàng dựa trên quan hệ tốt đẹp vốn có giữa Công ty Điện lực 2-đơn vị quản lý lưới điện và trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh-đơn vị giáo dục đào tạo Và giáo trình này được biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho các buổi tập huấn phần mềm PSS/ADEPT 5.0 như trên. Nhóm biên soạn rất cám ơn sự hợp tác mà Công ty Điện lực 2 đã dành cho nhóm nói riêng cũng như cho Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh nói chung. Nhóm biên soạn cũng cám ơn một số công tác viên đã hỡ trợ xây dụng giáo trình này. Nhóm biên soạn

II

Tóm tắt nội dung Giáo trình này được biên soạn phục vụ cho các buổi tập huấn sử dụng phần mềm phân tích và tính toán lưới điện PSS/ADEPT 5.0. Giáo trình gồm các phần: ¾ Phần 1: Kiến thức chuẩn bị yêu cầu-ôn tập kiến thức ¾ Phần 2: Hướng dẫn sử dụng PSS/ADEPT ¾ Phần 3: Các kỹ năng sử dụng phần mềm PSS/ADEPT-Phần căn bản ¾ Phần 4: Các kỹ năng sử dụng phần mềm PSS/ADEPT-Phần nâng cao Để học viên các đơn vị nắm bắt và áp dụng nhanh, còn có thêm các phần: ¾ Phần 5: Cẩm nang sử dụng ¾ Phần 6: Thuật ngữ Anh-Việt đối chiếu qua các slide bài giảng phần mềm PSS/ADEPT ¾ Phần 7: Các slide bài giảng của chuyên gia PTI software. Ngoài ra còn có Giáo trình điện tử lưu trữ trên đĩa CD-ROM: Gồm các tài liệu đa phương tiện (Multimedia) hỗ trợ thêm cho các học viên chuẩn bị bài học trước khi lên lớp, ôn tập sau khóa học về địa phương công tác. Được thực hiện bằng kỹ thuật lập trình Web và xử lý Multimedia (dạng phim có âm thanh, Web page,…) Các chương trình chuyển đổi: 1. Chương trình Chuyển Excel Æ DAT File. 2. Chương trình Chuyển DAT File Æ Excel. 3. Chương trình xử lý số liệu đầu vào 4. Chương trình Tính Công Suất Nguồn. 5. Chương trình Tính Tổng Trở Máy Biến Thế. 6. Chương trình chia sẻ PSS/ADEPT qua mạng LAN, WAN và internet 7. Hệ thống các bài tập trắc nghiệm trên máy tính suốt khoá học 8. Chương trình thi kết thúc khoá học bằng trắc nghiệm trực tiếp trên máy tính Và các CD-ROM: -CD1: Giáo trình điện tử hỗ trợ -CD2: Các bài giảng và bài tập

III

-CD3: Dữ liệu lưới điện -CD4: Dữ liệu lưới điện (tt) và source các chương trình họ PSS/* -CD5: Các chương trình hỗ trợ khoá học Gồm các tài nguyên học tập như: tài liệu tham khảo, User’s Guide, website PTI (offline, xem không cần kết nối internet), web documents, source software PSS/ADEPT and untilities, các phần mềm chuyển đổi dữ liệu và demo phục vụ ứng dụng tính toán bằng PSS/ADEPT, … Qua kinh nghiệp tập huấn và để giúp các học viên thuộc các đơn vị Điện lực áp dụng nhanh phần mềm PSS/ADEPT. Chúng tôi chú trọng chính vào 4 mục tiêu áp dụng triển khai PSS/ADEPT như sau: Thiết lập thông số mạng lưới Program, network settings

Tạo sơ đồ Creating diagrams

Chạy 8 bài toán phân tích Power System Analysis

BÁO CÁO Reports, diagrams

Và các nội dung nâng cao: ¾ Biểu diễn trạng thái lưới điện trước và sau khi giải các bài toán phân tích. ¾ Sử dụng các lớp dữ liệu. ¾ Tổ chức và quản lý phụ tải và khách hàng sử dụng điện. ¾ Khả năng hỗ trợ các cơ sở dữ liệu khác. ¾ Bổ sung các thông số dây dẫn vào từ điển cấu trúc dây dẫn. ¾ Bổ sung thiết bị bảo vệ vào thư viện thiết bị bảo vệ.

IV

¾ Mở rộng bài toán phân tích cho lưới điện qui mô lớn, nhiều cấp điện áp ¾ Đánh giá lưới điện trước và sau khi giải các bài toán phân tích. ¾ Áp dụng kết quả tính toán làm cơ sở để vận hành lưới điện. Thực hiện lập và bảo vệ các kế hoạch tiểu, trung và đại tu hay phát triển mới lưới điện. ¾ Phân tích và tính toán lưới điện trên nền Hệ thống thông tin địa lýGIS. ¾ Mô phỏng vận hành lưới điện. ¾ Tham khảo các phần mềm tính toán phân tích lưới điện khác. Những nội dung này giúp học viên tìm hiểu thêm một số kiến thức hữu ích liên quan. Chi tiết nội dung sẽ được trình bày trong phần đầu các tập giáo trình và các chương trong các phần. Nhóm biên soạn

V

Thuật ngữ, ký hiệu và viết tắt. CAD: CAM: CNPM: CNTT: CSDL: GUI: GIS: IA: MIS: NNLT: PC: SQL: CB: DS: EVN: Hộ sử dụng điện: HTĐ: IEC: ISO: Khách hàng: LBS: LĐPP: LTD: MBA: ĐLKV: PC HCMC: PC 2 REC: SCADA: TP.HCM: VHLĐ: KĐĐC: Network:

Computer Aided Design Computer Aided Manufacture Công nghệ phần mềm Công nghệ thông tin. Cơ sở dữ liệu. Graphic user interface. Hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System Trí tuệ nhân tạo-Inlelligence Artificielle Hệ Thông Tin quản lý Ngôn ngữ lập trình. Personal computer Structured query language. Cán bộ Disconect Swicth-Dao cách ly. Tập đoàn Điện lực Việt Nam Hộ sử dụng điện qua câu lại, qua điện kế phụ. Hệ thống điện. Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế-International Electrotechnical Commission. Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế-International Organization for Standardization Hộ sử dụng điện theo hợp đồng cung ứng sử dụng điện với ngành điện qua điện kế chính. Load break switch-Dao cách ly đóng cắt có tải. Lưới điện phân phối. Dao cách ly chịu sức căng-Line Tenson Disconect Máy biến áp Điện lực khu vực. Công ty điện lực TP HCM Công ty điện lực 2 Máy cắt tự động đóng lại-Recloser Hệ thống điều khiển và giám sát thu thập dữ liệu. Thành phố Hồ Chí Minh Vận hành lưới điện. Khởi động động cơ Lưới điện

VI

Chú ý

Liên quan

Ví dụ, bài tập

Lưu tập tin ví dụ mẫu Dữ liệu mẫu có sẵn trên CD-ROM/DATA

Hết chương !

VII

Hết chương

Mục lục tổng quát Phần Một: Kiến thức chuẩn bị CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN CHƯƠNG 2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU CHƯƠNG 5: PHỐI HỢP BẢO VỆ CHƯƠNG 6: SÓNG HÀI CHƯƠNG 7: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ TỐI ƯU CHƯƠNG 8: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHƯƠNG 9: CÁC VẤN ĐỀ KHÁC CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Phần Hai: Hướng dẫn sử dụng phần mềm CHƯƠNG 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PSS/ADEPT CHƯƠNG 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT PHỤ LỤC 1: MÔ HÌNH XUẤT TUYẾN DÂY ĐỘC LẬP PHỤ LỤC 2: NGUYÊN TẮC PHÂN PHỐI PHỤ LỤC 3: KIỂU DỮ LIỆU Phần Ba: Kỹ năng áp dụng-Phần cơ bản CHƯƠNG 1: DỮ LIỆU CHUẨN BỊ CHƯƠNG 2: CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ ÁP DỤNG Phần Bốn: Cẩm nang sử dụng Phần Năm: Kỹ năng áp dụng-Phần nâng cao CHƯƠNG 1: XỬ LÝ SỐ LIỆU CHƯƠNG 2: BỔ SUNG CÁC THÔNG SỐ VÀO PHẦN MỀM CHƯƠNG 3: BIỂU DIỄN, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHƯƠNG 4: ĐÚC KẾT KINH NGHIỆM ÁP DỤNG TẠI MỘT SỐ LƯỚI ĐIỆN CỦA CÁC ĐIỆN LỰC KHU VỰC CHƯƠNG 5: QUẢN LÝ VÀ TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRÊN NỀN HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN CHƯƠNG 7: GIẢI PHÁP CHIA SẺ KHÓA CỨNG PHẦN MỀM TRÊN MÁY ĐƠN CHO NHIỀU NGƯỜI SỬ DỤNG CHƯƠNG 8: TÌM HIỂU MỘT SỐ PHẦN MỀM PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN KHÁC Phần Sáu: Thuật ngữ Anh-Việt đối chiếu qua các slide bài giảng Phần Bảy: Các slide bài giảng của PTI software

VIII

GIÁO TRÌNH TẬP HUẤN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN

PSS/ADEPT

Phần Một Kiến thức chuẩn bị

01

MỤC LỤC CHI TIẾT PHẦN 1 MỤC LỤC CHI TIẾT PHẦN 1 ........................................................................ 1 CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN............................................................. 7 I. Lưới điện phân phối ....................................................................................... 8 I.1. Lưới điện phân phối .................................................................................................... 9 I.2. Các loại sơ đồ hệ thống lưới phân phối:.................................................................... 10 I.2.1. Sơ đồ hình tia: .................................................................................................... 11 I.2.2. Sơ đồ hình tia được cải tiến................................................................................ 12

II. Mô hình lưới điện của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................................... 14 II.1. Nút ........................................................................................................................... 14 II.2. Nguồn....................................................................................................................... 15 II.2.1. Nhiều nguồn hoạt động..................................................................................... 15 II.2.2. Nguồn 3 pha...................................................................................................... 16 II.3. Phụ tải ...................................................................................................................... 17 II.4. Tụ bù ........................................................................................................................ 18 II.5. Đường dây................................................................................................................ 18 II.6. Máy biến thế ............................................................................................................ 19 II.6.1. Máy biến thế lực ............................................................................................... 20 II.6.2. Máy biến thế lực được kết nối thành máy biến thế tự ngẫu.............................. 23 II.6.3. Bộ điều áp ......................................................................................................... 24 II.7. Mô hình máy điện .................................................................................................... 31

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT ......................................................... 39 I. Phương trình đại số phi tuyến ...................................................................... 40 I.1. Phương pháp Gauss – Seidel..................................................................................... 40 I.2. Phương pháp Newton – Raphson.............................................................................. 41

II. Phân bố công suất trong lưới điện .............................................................. 42 II.1.1. Phương trình cân bằng công suất...................................................................... 42 II.1.2. Phương pháp Gauss – Seidel ............................................................................ 42 II.1.3. Phương pháp Newton – Raphson giải bài toán phân bố công suất................... 43

III. Phương pháp tính phân bố công suất của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 .... 45 III.1.1. Nguồn .............................................................................................................. 46 III.1.2. Dây và cáp ....................................................................................................... 46 III.1.3. Máy biến thế .................................................................................................... 46 III.1.4. Mô hình máy điện............................................................................................ 47

CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH......................................................................... 50 I. Lý thuyết bài toán ngắn mạch...................................................................... 51 I.1. Phương pháp đơn vị tương đối.................................................................................. 51 I.2. Tổng trở tương đương Thevenin ............................................................................... 52 I.3. Sự cố không đối xứng ............................................................................................... 54 I.4. Xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện ................................................................. 56 I.5. Sự cố trên đường dây phân phối hình tia: ................................................................. 57

II. Phương pháp tính ngắn mạch của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................. 58 II.1.1. Nguồn................................................................................................................ 58 II.1.2. Đuờng dây và cáp ............................................................................................. 58 II.1.3. Máy biến áp ...................................................................................................... 59

II.1.4. Mô hình máy điện ............................................................................................. 59 II.1.5. Mô hình tải tĩnh................................................................................................. 60 II.1.6. Tổng trở tương đương Thevenin....................................................................... 60

CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU .............................................................................................. 63 I. Khảo sát và tính toán máy điện.................................................................... 64 I.1. Máy điện đồng bộ...................................................................................................... 64 I.2. Máy điện không đồng bộ........................................................................................... 64 I.3. Tính khởi động động cơ của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ........................................ 67 I.3.1. Nguồn ................................................................................................................. 67 I.3.2. Máy điện đang hoạt động ................................................................................... 67 I.3.3. Khởi động máy điện ........................................................................................... 67 I.3.4. Khởi động máy biến thế tự điều chỉnh ............................................................... 67 I.3.5. Các phương pháp tính khởi động động cơ ......................................................... 68 I.3.6. Gia tốc động cơ .................................................................................................. 69 I.3.7. Khởi động động cơ tĩnh...................................................................................... 69 I.3.8. Khởi động động cơ với khảo sát ổn định quá độ................................................ 70 I.3.9. Những đặc trưng khác của khảo sát khởi động động cơ .................................... 70

II. Tính toán xác định điểm dừng tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ..... 71 II.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 71 II.2. Thiết đặt thông số kinh tế cho bài toán TOPO ........................................................ 73 II.3. Đặt các tùy chọn cho bài toán TOPO....................................................................... 73

CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI ............................................................................. 76 I. Các thiết bị bảo vệ........................................................................................ 77 I.1. Cầu Chì...................................................................................................................... 77 I.1.1. Giới thiệu............................................................................................................ 77 I.1.2. Đặc tính bảo vệ: ................................................................................................. 78 I.1.3. Phân loại............................................................................................................. 78 I.1.4. Phạm vi ứng dụng của cầu chì ........................................................................... 81 I.2. Máy Cắt và Relay...................................................................................................... 82 I.2.1. Giới thiệu: .......................................................................................................... 82 I.2.2. Đặc tính và phân loại máy cắt ............................................................................ 82 I.2.3. Relay: ................................................................................................................. 87 I.3. Recloser..................................................................................................................... 89 I.3.1. Giới thiệu chung:................................................................................................ 89 I.3.2. Phân loại:............................................................................................................ 89 I.3.3. Vị trí lắp đặt Recloser ........................................................................................ 92 I.3.4. Các thông số chính của Recloser ....................................................................... 92

II. Phối hợp các thiết bị bảo vệ........................................................................ 92 II.1. Cơ sở phối hợp:........................................................................................................ 92 II.2. Các phương pháp phối hợp giữa cầu chì với cầu chì:.............................................. 93 II.2.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 93 II.2.2. Các phương pháp phối hợp giữa cầu chì với cầu chì........................................ 93 II.2.3. Cầu chì cho máy biến áp................................................................................... 97 II.3. Phối hợp Recloser với cầu chì ................................................................................. 98 II.3.1. Các nguyên tắc phối hợp Recloser.................................................................... 98 II.3.2. Sử dụng đặc tuyến TCC có hiệu chỉnh. ............................................................ 99 II.4. Phối hợp Relay với cầu chì .................................................................................... 101 II.4.1. Phối hợp cầu chì phía nguồn với relay ........................................................... 102 2

II.4.2. Phối hợp relay với cầu chì phía tải ................................................................. 103 II.5. Phối hợp Recloser với Recloser............................................................................. 104 II.5.1. Phối hợp bằng cách sử dụng đặc tuyến TCC .................................................. 104 II.5.2. Nguyên tắc phối hợp cơ bản của Recloser điện tử.......................................... 104 II.5.3. Những trạng thái đặc biệt và phụ trợ của Recloser điện tử............................. 105

CHƯƠNG 6: SÓNG HÀI ............................................................................ 109 I. Lý thuyết sóng hài...................................................................................... 110 I.1. Các nguồn gây sóng hài trong lưới điện: ................................................................ 110 I.1.1. Tải phi tuyến: ................................................................................................... 110 I.1.2. Bão hòa mạch từ máy biến áp: ......................................................................... 114 I.1.3. Máy phát cấp cho tải không đối xứng:............................................................. 115 I.1.4. Lưới điện: ......................................................................................................... 115 I.2. Ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị điện: ....................................................... 116 I.2.1. Máy điện quay:................................................................................................. 116 I.2.2. Máy biến áp:..................................................................................................... 116 I.2.3. Dây trung tính: ................................................................................................. 117 I.2.4. Dây dẫn điện: ................................................................................................... 118 I.2.5. Nhiễu điện từ:................................................................................................... 118 I.2.6. Tụ điện: ............................................................................................................ 118 I.2.7. Ảnh hưởng đến các thiết bị khác:..................................................................... 120 I.3. Phương pháp khắc phục họa tần: ............................................................................ 121 I.3.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài: ...................................................................... 121 I.3.2. Dùng các mạch lọc: .......................................................................................... 123 I.3.3. Dùng bộ chuyển đổi xung trong thiết bị đổi điện, điều khiển:......................... 125

II. Phương pháp tính sóng hài của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................... 126 II.1. Phương pháp phân tích .......................................................................................... 126 II.1.1. Tải tĩnh ............................................................................................................ 126 II.1.2. Động cơ không đồng bộ.................................................................................. 128 II.1.3. Động cơ đồng bộ............................................................................................. 129 II.1.4. Tụ điện mắc shunt........................................................................................... 130 II.1.5. Đường cây và cáp ........................................................................................... 131 II.1.6. Máy biến áp .................................................................................................... 133 II.2. Tính toán sóng hài.................................................................................................. 134 II.2.1. Tổng dẫn và tổng trở....................................................................................... 134 II.2.2. Tính toán sóng hài........................................................................................... 135

CHƯƠNG 7: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ TỐI ƯU........................................... 138 I. Lý thuyết bù cho lưới phân phối:............................................................... 139 II. Phương pháp tính xác định vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ....................................................................................................................... 141 II.1. Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO .............................................. 141 II.2. Cách PSS/ADEPT tính các vấn đề kinh tế trong CAPO ....................................... 143 II.3. Thiết lập các tùy chọn cho phép phân tích CAPO ................................................. 143 II.4. Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu ......................................................... 145 II.5. Cách chạy bài toán tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu......................................................... 147 II.6. Report sau khi phân tích và tính toán .................................................................... 147

CHƯƠNG 8: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY..................................................... 150 I. Lý thuyết bài toán đánh giá độ tin cậy....................................................... 151 I.1. Độ tin cậy là gì ........................................................................................................ 151 I.2. Có 4 phần liên quan đến độ tin cậy ......................................................................... 151 I.3. Độ tin cậy của hệ thống điện................................................................................... 151 3

I.4. Đáp ứng hệ thống ................................................................................................... 151 I.5. An ninh hệ thống..................................................................................................... 151 I.6. Các lĩnh vực chức năng ........................................................................................... 151 I.7. Các mức đánh gía độ tin cậy đáp ứng tĩnh. ............................................................. 152 I.7.1. Mức thứ nhất: ................................................................................................... 152 I.7.2. Mức thứ hai: ..................................................................................................... 152 I.7.3. Mức thứ ba: ...................................................................................................... 152 I.8. Các ký hiệu trong độ tin cậy: .................................................................................. 152 I.9. Chỉ số hệ thống (System Indices)............................................................................ 153 I.10. Xác định các chỉ số tin cậy- .................................................................................. 154 I.11. Các thuật ngữ cơ bản của hỏng hóc, cắt thiết bị và ngừng cung cấp điện ............ 154 I.11.1. Sự cố hỏng hóc:............................................................................................. 154 I.11.2. Cắt thiết bị: ..................................................................................................... 154 I.11.3. Ngừng cung cấp điện: .................................................................................... 154 I.12. Các chỉ số tại nút tải –hệ thống phân phối ............................................................ 155 I.13. Tính toán λ, r và U ................................................................................................ 155 I.14. Khả năng sẳn sàng làm việc của thiết bị ............................................................... 156 I.15. Tổng quan cơ bản về độ tin cậy của hệ thống phân phối ...................................... 157 I.16. Định nghĩa các chỉ tiêu độ tin cậy:........................................................................ 157 I.17. Các tính toán cơ bản cho mạng hình tia ................................................................ 160 I.18. Nguyên tắc tính toán: ........................................................................................... 160 I.19. Các chỉ số độ tin cậy cơ bản –tại nút tải: .............................................................. 160

II. Phương pháp tính đánh giá độ tin cậy của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 .. 160 II.1.1. Hệ số SAIFI (Tần suất ngắt điện trung bình trong hệ thống) ......................... 160 II.1.2. Hệ số SAIDI (Thời gian ngắt điện trung bình trong hệ thống)....................... 161 II.1.3. Hệ số CAIDI (Thời gian ngắt điện trung bình một vụ) .................................. 161 II.1.4. Hệ số CAIFI (Số lần ngắt điện trung bình trên một khách hàng) ................... 161 II.1.5. Hệ số ASAI (Mức độ cung cấp điện).............................................................. 161 II.1.6. ENS = Σ La(i)ui............................................................................................. 161 II.1.7. Phương pháp tính ............................................................................................ 162 II.1.8. Sử dụng module DRA trong PSS/ADEPT...................................................... 162 II.1.9. Tính toán chỉ số tin cậy................................................................................... 163

CHƯƠNG 9: CÁC VẤN ĐỀ KHÁC CỦA LƯỚI ĐIỆN............................. 167 I. Các khái niệm và định nghĩa về chất lượng điện năng .............................. 168 I.1. Chất lượng điện năng là gì ? ................................................................................... 168 I.2. Chất lượng điện năng chính là chất lượng điện áp.................................................. 169 I.3. Tại sao chúng ta cần quan tâm đến chất lượng điện năng ?.................................... 170 I.4. Các khái niệm và định nghĩa ................................................................................... 170 I.4.1. Quá độ: ............................................................................................................. 170 I.4.2. Quá độ xung: .................................................................................................... 170 I.4.3. Quá độ dao động: ............................................................................................. 171 I.4.4. Những thay đổi điện áp trong khoảng thời gian dài:........................................ 172 I.4.5. Những thay đổi điện áp trong khoảng thời gian ngắn:..................................... 173 I.4.6. Sự không cân bằng điện áp: ............................................................................. 176 I.4.7. Méo dạng sóng: ................................................................................................ 176 I.4.8. Sự dao động điện áp:........................................................................................ 179 I.4.9. Những thay đổi tần số nguồn điện: .................................................................. 179

II. Tổn thất điện năng của lưới điện .............................................................. 179 II.1. Tông quan .............................................................................................................. 179 II.2. Tổn thất điện áp ..................................................................................................... 180

4

II.2.1. Trường hợp 1 phụ tải tập trung ....................................................................... 180 II.2.2. Trường hợp có nhiều phụ tải........................................................................... 181 II.2.3. Tính toán tổn thất điện áp lưới khi có tải phân bố đều ................................... 182 II.2.4. Tính toán tổn thất điện áp khi lưới có phân nhánh ......................................... 183 II.2.5. Tính toán tổn thất điện áp mạng điện có tải không đối xứng ......................... 184 II.3. Tổn thất công suất.................................................................................................. 186 II.3.1. Đường dây có 1 phụ tải................................................................................... 186 II.3.2. Đường dây có nhiều phụ tải............................................................................ 186 II.3.3. Đường dây có phụ tải phân bố đều ................................................................. 187 II.3.4. Tổn thất công suất khi phụ tải có phân nhánh ................................................ 188 II.3.5. Tổn thất công suất khi phụ tải bất đối xứng.................................................... 189

III. Các phương pháp tính toán tổn thất áp dụng tại các Công ty Điện lực... 193 III.1. Tổng quát:............................................................................................................. 193 III.2. Một số phương pháp tính tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối:................ 194 III.2.1. Các phương pháp tính toán:........................................................................... 195 III.2.2. Đánh giá các phương pháp tính toán: ............................................................ 198

IV. Số liệu tính toán tổn thất lưới điện thành phố Hồ Chí Minh năm 2001.. 201 IV.1. Kết quả tính tổn thất điện năng lưới truyền tải TP.HCM năm 2001: ................... 201 IV.2. Kết quả tính toán tổn thất điện năng lưới điện phân phối năm 2001. .................. 202 IV.2.1. Tổn thất lưới phân phối hạ thế: ..................................................................... 202 IV.2.2. Tổn thất điện năng lưới phân phối trung thế: ................................................ 204

TÀI LIỆU THAM KHẢO:............................................................................ 207

5

CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN

CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 là công cụ hiệu quả giúp cho các đơn vị Điện lực phân tích và tính toán lưới điện trên địa bàn quản lý. Qúa trình áp dụng phần mềm cho thấy, phần mềm sử dụng rất tốt cho các qui trình phân tích lưới điện phân phối. Chương đầu của giáo trình tập trung giới thiệu hai chủ đề chính đó là lưới điện phân phối và mô hình thể hiện các phần tử của lưới điện phân phối trong phần mềm. Phần kiến thức về lưới phân phối đã trở nên rất quen thuộc với các Điện lực khu vực thuộc các Công ty Điện lực, do vậy được trình bày ngắn gọn. Phần mô hình hoá các phần tử lưới điện được trình bày chi tiết. Khối kiến thức này rất quan trọng, giúp chúng ta bước đầu tìm hiểu về quá trình mô hình hoá về lưới điện trên máy tính. Đảm bảo tính chính xác về mặt toán học trong quá trình mô phỏng không chỉ trên máy tính mà còn thể hiện đầy đủ các tính chất về điện học của mô hình phần tử lưới điện được mô phỏng. Mô hình hóa và mô phỏng bằng máy tính đang là một kỹ thuật được áp dụng cho tất cả các ngành khoa học kỹ thuật và kinh tế. Nếu trước kia việc thiết lập một mô hình, triển khai các dự toán, tính toán thống kê và trình bày số liệu, đòi hỏi có kiến thức về toán ứng dụng nhiều, giải các phương trình vi phân, tính các tính tích phân, các phương pháp thống kê thì hiện nay với sự giúp đỡ của máy tính và nhất là các ngôn ngữ lập trình bậc cao (như Matlab, Mapple…), các kiến thức toán này đã tích hợp hoàn toàn trong các hàm và lệnh của các ngôn ngữ, tạo điều kiện cho người dùng tiếp cận trực tiếp và tập trung vào vấn đề mình nghiên cứu mà không phải dành quá nhiều thời gian cho kỹ thuật lập trình hay công cụ toán lý thuyết. Hiện nay có hai phương pháp mô phỏng để mô hình hóa các phần tử trong kỹ thuật mô hình hóa bằng máy tính. Đó là mô phỏng qua mô hình tính toán và qua mô hình đồ họa trực quan. Về phương pháp mô phỏng qua mô hình tính toán chỉ cho phép người dùng thiết kế thành những sơ đồ đơn tuyến, thường dùng trong các phần mềm kỹ thuật, đòi hỏi người sử dụng có những hiểu biết cơ bản về lĩnh vực họ đang nghiên cứu. Đối với mô phỏng qua mô hình đồ họa trực quan thì ngược lại, phần lớn các phần mềm đi theo hướng này tập trung vào tính phổ biến, dễ sử dụng cho người dùng. Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có đặc điểm chung là người dùng chỉ cần tập trung sâu vào các nội dung kỹ thuật và thuật toán giải bài toán. Điều này làm cho nhiều người không có chuyên môn sâu về công nghệ thông tin có thể giải quyết những vấn đề của chuyên môn mình bằng máy tính. Phần mềm PSS/ADEPT sử dụng phương pháp mô phỏng qua mô hình tính toán. Các phần tử trên lưới điện được mô hình chỉ những người làm việc trong ngành mới sử dụng đuợc. Người sử dụng chỉ cần hiểu sâu về vấn đề kỹ thuật và các

7

thuật toán về tính toán phân bố công suất, ngắn mạch, bù công suất v.v..Và đó là thế mạnh của các phương pháp mô phỏng thông qua các mô hình bằng máy tính.

I. Lưới điện phân phối Lưới hệ thống: Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, nối liền các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện, có các đặc điểm: - Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi ngắt điện bảo quản đường dây hoặc sự cố l đến 2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống. Vận hành kín để bảo đảm liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà máy điện với nhau và với phụ tải. - Điện áp từ l10 kV đến 500 kV. Lưới truyền tải: Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian (TTG). Các đặc điểm của lưới truyền tải: - Sơ đồ kín có dự phòng: 2 lộ song song, có dự phòng ở lưới phân phối. Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch. có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự cố. Điện áp 35, l10, 220 kV. Thực hiện bằng đường dây trên không là chính, trong các trường hợp không thể làm đường dây trên không thì dùng cáp ngầm. Phải bảo quản định kỳ hàng năm. Lưới phân phối: Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc TKV hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. + Lưới phân phối gồm 2 phần - Lưới phân phối trung áp có điện áp 6,10,15,22kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp. Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V. Đối tượng quan tâm chính của giáo trình tập huấn này là lưới điện phân phối, sau đây trình bày kiến thức ôn tập về lưới điện phân phối.

Hình 1: Sơ đồ khối cấp điện áp

8

Hình 2: Lưới điện truyền tải cao thế

I.1. Lưới điện phân phối Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng. Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của Thành Phố nói riêng. Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng. Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ. Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10,15,22, 35KV phân phối điện cho các trạm phân phối trung hạ áp, lưới hạ áp 220/380V cấp điện cho các phụ tải hạ áp.

Hình 3: Lưới điện phân phối trung thế

9

Hình 4: Lưới điện phân phối hạ thế

Hình 5: Trạm hạ thế Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất. Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát … Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai. Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp.Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất.

I.2. Các loại sơ đồ hệ thống lưới phân phối: Khi thiết kế xây dựng lưới phân phối có thể chọn một trong các hệ thống điện chính sau: Hệ thống hình tia đơn giản. Hệ thống hình vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp 10

Hệ thống chọn lọc phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp. Hai nguồn phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp. Hệ thống mang hình nút. I.2.1. Sơ đồ hình tia: * Điều thuận lợi hình tia đơn giản nhận điện ở cấp điện áp cơ bản tại một trạm đơn và hạ điện áp xuống cấp sử dụng. Trong trường hợp này khách hàng nhận điện từ hệ thống cao áp và thông qua cơ cấu đóng cắt cao áp, máy biến áp cùng với tủ phân phối phía hạ áp, thiết bị có thể tháo ra bằng cầu dao, cách ly phía cao áp, cách ly máy biến áp và cách ly tủ phân phối phía hạ áp. Đường dây phía hạ áp chạy từ tủ phân phối nối với các Panelboard, ở đây là nơi tiếp nhận tải của nó. Mỗi đường dây được nối với tủ phân phối thông qua máy cắt hay thiết bị quá dòng. Từ đường đó toàn bộ tải được cung cấp điện từ một nguồn đơn, điều thuận lợi ở đây là có thể cấp điện cho nhiều loại tải khác nhau làm giảm tối đa việc lắp đặt máy biến áp. Tuy nhiên độ sụt áp cao và hiệu quả sử dụng lại thấp bởi vì những đường dây cấp điện bên hạ áp là nguồn cung cấp đơn. Giá thành của đường dây và máy cắt bên hạ áp rất cao khi dây dẫn và công suất MBA trên 1000KVA. Khi có sự cố ở thanh cái thứ cấp hay trong máy biến áp nguồn thì sẽ cắt toàn bộ tải. Không thể phục vụ cấp điện cho đến khi việc sửa chữa kết thúc. Sự cố ở đường dây hạ áp sẽ cắt toàn bộ tải trên đường dây đó. Một sơ đồ hình tia cải tiến để có thể cung cấp điện tốt hơn cho hộ tiêu thụ được trình bày trong sơ đồ sau đây: Máy cắt chính

52

52

52

52

52

52

52

Máy cắt đường dây phía sơ cấp

Trạm biến áp phía thứ cấp

Cáp truyền tải

Hình 6: Một sơ đồ hình tia cải tiến

11

I.2.2. Sơ đồ hình tia được cải tiến Từ máy biến áp chính, các đường dây được nối đến các trạm hạ áp thông qua những máy cắt phân phối. Mỗi vùng phụ tải sẽ nhận được điện năng từ trạm hạ áp đơn vị. Điện áp cao từng bước được hạ xuống ở cấp điện áp thấp hơn phù hợp với từng phụ tải. Máy biến áp được nối đến các thanh cái phụ tải của chúng thông qua một máy cắt. Mỗi trạm hạ áp đơn vị là sự kết hợp giữa máy biến áp ba pha, cầu chì bên cao áp và tủ phân phối bên hạ áp. Tất cả được nối với máy cắt hoặc cầu chì. Những mạch này được kết nối với tải qua những thiết bị bảo vệ. Mỗi máy biến áp xác định rõ một vùng phụ tải và phải có khả năng đáp ứng trong trường hợp tải lớn nhất. Nếu có bất kỳ sự thay đổi giữa các vùng phụ tải, đòi hỏi các máy biến áp phải có công suất lớn hơn so với trong trường hợp sơ đồ hình tia đơn giản. Tuy nhiên do công suất được phân phối đến tải ở điện áp cao nên tổn thất điện năng, chi phí lắp đặt giảm xuống, độ ổn định điện áp được cải thiện. So với sơ đồ hình tia chưa cải tiến, sơ đồ này sẽ giảm được chi phí đầu tư khi công suất yêu cầu lớn hơn 1000kVA. Một sự cố ở phía thứ cấp hoặc ở máy biến áp phân phối chỉ làm mất điện trong phạm vi phụ tải mà máy biến áp đó đảm trách. Việc giảm số lượng máy biến áp trên đường dây phía sơ cấp sẽ làm tăng tính linh hoạt cung cấp điện của hệ thống. Tối ưu hóa về vận hành cũng như chi phí lắp đặt hệ thống phải được tính toán sao cho mức độ an toàn và tính liên tục cung cấp điện nằm trong các tiêu chuẩn đề ra. Hình vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp: Hệ thống này bao gồm một hay nhiều vòng ở phía cao áp với hai hay nhiều máy biến áp nối trên một vòng. Hệ thống này là loại có hiệu quả nhất. Khi có hai vòng phục vụ không ảnh hưởng đến nhau.

12

Máy cắt chính phía sơ cấp

Máy cắt phân đoạn

52

Máy cắt chính phía sơ cấp

52

52 52

52

52 NC NO

NC

52

NC

Mạch vòng

Cảm biến phát hiện sự cố

NC NC

NO

NC

NC

NC

Hình 7: Sơ đồ hình vòng phía cao áp - hình tia phía hạ áp Mỗi vòng phía cao áp được vận hành khi có một cầu dao phân đoạn ở vị trí mở để ngăn sự hoạt động song song của những nguồn. Khi trạm đơn vị bên hạ áp được dùng, mỗi máy biến áp có hai dao cách ly phân đoạn và cầu chì của tải bên cao áp. Bằng cách đóng cầu dao phân đoạn thích hợp, nó có thể không nối với một vài phần còn lại của hệ thống. Bằng cách mở cơ cấu đóng ngắt máy biến áp, nó có thể không nối một vài máy biến áp của vùng. Cơ cấu khoá thường được dùng để ngăn ngừa sự hoạt động song song của hai đường dây nguồn. Một cơ cấu tự động có thể được điều khiển giữa hai máy cắt chính và máy cắt liên kết. Sơ đồ này rất đảm bảo và phục hồi nhanh chóng khi có sự cố: 1. Việc cách ly thiết bị cơ bản xảy ra trên một đường dây đến, máy cắt chính liên quan được mở ra và sau đó máy cắt liên kết được đóng lại có thể bằng tay hay bằng cơ cấu chuyển đổi tự động. 2. Khi một đường dây phía cao áp bị sự cố, máy cắt vòng liên quan được mở ra và thiết bị cắt toàn bộ tải tính đến dao cách ly vòng thường mở. Xác định chính các phần cáp bị sự cố, sau đó dao cách ly phân đoạn vòng khác đóng lại và việc cấp điện cho trạm đơn vị hạ áp được phục hồi trong khi đường dây bị sự cố được thay thế. 3. Nếu sự cố xảy ra trên đường dây dẫn đến phía tải của một máy cắt đường dây vòng, máy cắt vòng sẽ được giữ vị trí mở sau khi nó cắt và dao cách ly phân đoạn được thao tác mở ra vì thế đoạn dây sự cố có thể được phân ra và thay thế. 13

Dưới tình trạng này tất cả các trạm đơn vị hạ áp được cung cấp thông qua một máy cắt đường dây vòng khác. Vì thế tất cả đường dây nối của vòng phải được chọn đủ cung cấp cho toàn bộ tải của vòng ấy. 4. Khi máy biến áp bị sự cố hay bị quá tải, cầu chì cao áp của máy biến áp sẽ chảy ra, và sau đó cơ cấu đóng ngắt được thao tác mở ra, không nối máy biến áp với vòng nữa và việc tách ra với tất cả các tải của những trạm đơn vị khác không bị ảnh hưởng.

II. Mô hình lưới điện của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 PSS/ADEPT làm việc với mô hình hệ thống ba pha, bốn dây với dạng tổng quát. Hệ thống được mô tả bằng các thành phần tổng trở cân bằng thứ tự thuận và thứ tự không. Các phần tử trong hệ thống điện được mô phỏng bao gồm: • Các nút • Nguồn ba pha cân bằng và không cân bằng • Đường dây và thiết bị ngắt • Máy biến thế • Động cơ và máy phát • Tải Các phần đường dây, thiết bị ngắt, và máy biến thế của hệ thống hình thành kết nối giữa các nút. Nguồn, tải, và các tụ shunt được gắn tại nút. Ba pha của hệ thống là được đặt tên là A, B, và C. Tất cả ba pha, hai pha, hay một pha có thể thể hiện trong mỗi đường dây hay máy biến thế. Vì vậy có thể mô hình một phát tuyến phân phối từ một nguồn ba pha, với mạch chính ba pha, với các nhánh rẽ hai và một pha, và với tải ba, hai, và một pha. Nếu hệ thống nối đất tại trung tính thì PSS/ADEPT giả thiết rằng dây trung tính liên tục, được kết nối tốt, và được kết nối tới tất cả nút. Hệ thống không nối đất có thể được mô hình trong PSS/ADEPT bằng các qui cách kỹ thuật thích hợp của máy biến thế và các tổng trở đường dây, và quy cách kỹ thuật thích hợp của các loại tải.

II.1. Nút Tất cả các mối nối của thiết bị được qui định là nút. Mỗi nút trong mô hình hệ thống PSS/ADEPT bao gồm: • Điểm trung tính (nếu có nối đất) • Ba, hai, hay một điểm của pha A, B, và C

14

Các pha có trong một nút được xác định bằng sự hiện diện của chúng trong đường dây, máy biến thế, hay thiết bị ngắt nuôi nó, và không được qui định như là thuộc tính của các nút. Do đó, một nút có thể bao gồm ban đầu chỉ một điểm pha A, và sau đó các điểm pha thứ hai và ba theo hệ thống nuôi nó khi được nâng cấp từ một lên nhiều pha.

Hình 8: Mô hình nút Mỗi điểm nút phải được đặt một tên có từ một đến tám ký tự. “Tên” này có thể là số, số và chữ, hay một chuỗi ký tự. Tên nút có thể được đặt theo sơ đồ nhất quán với cơ sở dữ liệu của người sử dụng. Tên nút không được diễn dịch về số lượng hay chữ vì mục đích báo cáo hay liệt kê danh sách dữ liệu.Ngoài ra, thứ tự liệt kê các nút được qui định bằng cách liệt kê chúng một cách tuần tự trong file dữ liệu thô ba pha. Thứ tự tên nút được liệt kê trong file sẽ thực hiện việc thiết lập thứ tự tên nút liệt kê trong báo cáo, và ảnh hưởng đến thứ tự nhánh rẽ trong bản sơ đồ topo và được giải thích trong phần kế.

II.2. Nguồn Nhiều nguồn có thể được sử dụng cùng lúc trong PSS/ADEPT. Tuy nhiên, hệ thống phải có ít một nguồn hoạt động (chẳng hạn, một nút có biên độ điện áp thứ tự thuận là hằng số và góc là hằng số). Nguồn là tập hợp các nguồn áp nối sao cân bằng được nối đất cố định tại điểm trung tính. Nguồn có tổng trở sao cho nó có dạng thứ tự thuận và không. Trong bài toán phân bố công suất, nguồn được xem là có điện áp hằng số trong thứ tự thuận, bỏ qua tổng trở thứ tự thuận. Trong tính toán khởi động động cơ và ngắn mạch, nguồn được xem là có điện áp hằng số sau khi nhập vào tổng trở trong thứ tự thuận. Tổng trở thứ tự nghịch và không được sử dụng cho tất cả các tính toán. II.2.1. Nhiều nguồn hoạt động Ví dụ khi người sử dụng PSS/ADEPT muốn phân tích hệ thống có nhiều hơn một một nguồn hoạt động, chẳng hạn, trong nghiên cứu kế hoạch phân phối. Mặc dù PSS/ADEPT chỉ cho phép một nguồn hoạt động thì có vài kỹ thuật mô hình hệ thống có nhiều nguồn hoạt động.

15

Kỹ thuật đơn giản là giữ lại một nguồn như nút nguồn và mô hình nguồn còn lại như các máy cùng phát tương đương, nghĩa là các máy điện đồng bộ có tải kW âm. Dữ liệu thứ tự của các nguồn này là được phản ảnh trong dữ liệu thứ tự của các máy cùng phát riêng tương ứng. II.2.2. Nguồn 3 pha Một nguồn 3 pha bao gồm 3 nguồn điện áp 1 pha được đấu nối hình Y. Mỗi nguồn điện áp 1 pha có trở kháng và giá trị điện áp xác định. Nguồn 3 pha có cùng biên độ điện áp cả 3 pha nhưng các pha lệch nhau 1200 và 3 tổng trở pha cũng bằng nhau. Một nguồn 3 pha còn được thể hiện qua tổng trở tương thứ tự thuận, nghịch và zero.

Hình 9: Các thành thứ tự của nguồn 3 pha Mô hình một nguồn 3 pha được trình bày ở hình 10. Nguồn có thể nối với tổng trở đất Zg = Rg + jXg, mổi cuộn dây của mổi pha có trở kháng riêng là Zs và trở kháng hỗ cảm giữa 2 pha là Zm. Chúng ta có 2 cách để tính toán một nguồn: một là thông mô hình 3 pha ABC hoặc thông qua các trở kháng thứ tự thuận, ngịch và zero. Cả 2 cách đều có sự tương đương lẫn nhau. Trở kháng thứ tự thuận Z1=Zs–Zm và thứ tự 0 là Z0=Zs+2Zm, trở kháng thứ tự nghịch Z2=Z1. Khi nguồn được nối với đất, tổng trở thứ tự 0 được xác định là Z0=Zs+2Zm+3Zg

16

Hình 10: Mô hình nguồn 3 pha

II.3. Phụ tải Phụ tải chính là các khách hàng sử dụng điện. Có 2 loại: phụ tải 1 pha và phụ tải 3 pha và được biểu diễn như hình 11 dưới đây:

Hình 11: Mô hình tải 1 pha và 3 pha Phụ tải trong PSS/ADEPT có thể nối giữa 2 node (line-to-line or line-to-neutral) hoặc giữa pha và đất (line-to-ground). Một node trong PSS/ADEPT có thể đặt được nhiều phụ tải (không hạn chế). Phụ tải 3 pha nối Wye còn có trở kháng đất Rg+jXg Các tải tĩnh có thể được qui định là có công suất bằng hằng số, tổng trở hằng số, hay đặc tính dòng là hằng số. Ngoài ra, tải có thể được qui định có nối đất hay không nối đất. Đối với loại tải được nối đất, tải được nêu trong PSS/ADEPT như

17

được kết nối giữa pha và trung tính, trong khi đó, tải không nối đất được nhập vào trong pha A thì thực tế là được kết nối giữa pha A – B, tải không nối đất nhập vào trong pha B là được kết nối giữa pha B – C, và tải không nối đất nhập vào trong pha C là được kết nối giữa pha C – A. Vì thế, pha thích hợp cần phải hiển thị trên nhánh nối với nút mà tải không được nối đất được qui định.

II.4. Tụ bù Chúng ta khảo sát tụ bù ngang như sau: Tụ bù ngang dùng để giảm độ sụt áp trong một vùng xác định bằng cách phát công suất kháng lên đường dây. Ngoài ra, bù ngang còn làm tăng khả năng truyền tải trên lưới, giảm tổn thất công suất và nâng cao hệ số cống suất. Các tụ bù ngang thường được lắp đặt thành các giàn tụ bù và dể dàng trong việc đóng cắt các tụ khi vận hành lưới điện. Tụ bù ngang 3 pha có 2 cách đấu nối là sao và tam giác Y. Trong trường hợp đấu Y, trung tính được nối với trở kháng đất Rg+jXg

Hình 12 Mô hình tụ bù ngang

II.5. Đường dây Đoạn dây chạy giữa hai nút. Một đoạn dây luôn bao gồm ít nhất một dây pha. Nó có thể có một, hai, hay ba dây pha. Một đoạn dây thường bao gồm một dây trung tính, nhưng dây trung tính có thể không có trong trường hợp của hệ thống không được nối đất. Đường dây truyền tải được qui định bằng các tổng trở đối xứng thứ tự thuận và không, và bằng các giá trị nạp thứ tự thuận và không. Vì vậy, tính bất đối xứng của đường dây truyền tải do vị trí của các dây dẫn trên trụ không cụ thể rõ ràng đối với PSS/ADEPT; đúng hơn là tất cả các đường dây được giả thiết là được hoán vị hay các dây dẫn được đặt sao cho có thể bỏ qua sự bất đối xứng. 18

Các đoạn dây một hay hai pha phải được qui định như thể nó là đường dây ba pha với các pha bị mất. Vì thế, nếu một đường dây hai pha được xây dựng như hình 13a, tổng trở thứ tự thuận và không của nó phải được qui định như thể nó được xây dựng như hình 13b. Tương tự, đường dây một pha được xây dựng như hình 13c phải được qui định như thể nó là đường dây ba pha có bố trí như hình 13d.

Hình 13 Mô hình các đường dây

II.6. Máy biến thế PSS/ADEPT có khả năng mô hình nhiều loại kết nối máy biến thế kể cả máy biến thế lực, máy biến thế tự ngẫu, bộ điều áp và máy biến thế ba cuộn dây. Một số kết nối máy biến thế là được mô hình ngầm trong PSS/ADEPT và được phân biệt bởi mã LOẠI máy biến thế như được trong hình 14. Đối với mỗi loại kết nối được minh hoạ, PSS/ADEPT chấp nhận dữ liệu tổng trở thứ tự thuận và không từ Tự điển xây dựng hay Tập tin dữ liệu thô và tự động sử dụng các điện áp và dòng điện khi giải bài toán kết nối máy biến thế. Người sử dụng có trách nhiệm qui định tổng trở mà có tổng trở thật của dãy máy biến thế hợp lệ trong các kết nối đặc biệt. Các kết nối máy biến thế mà có thể không được mô tả trực tiếp bằng một trong các loại được cho trong hình 14 thường có thể được mô hình bằng cách kết hợp của các mô hình tuyệt đối. Chẳng hạn, mô hình một dãy máy biến thế ba pha, cần thiết phải nhận biết được cách mà từng máy biến thế một pha riêng lẽ được kết 19

nối, và xây dựng lên một mô hình điện tương ứng sử dụng 1, 2, hay 3 mô hình máy biến thế riêng lẽ và các giá trị thích hợp cho các tổng trở thứ tự thuận và không của dãy. Máy biến thế ba cuộn dây có thể được trình bày trong PSS/ADEPT dùng mô hình sao tương đương. II.6.1. Máy biến thế lực Các loại máy biến thế 1, 2, 3, và 11 sử dụng các kết hợp thích hợp của hai dây tương đương được trình bày trong hình 14. Tổng trở thứ tự của máy biến thế được mô hình theo kiểu ngược lại vị trí điều áp của máy biến thế và vẫn không đổi bất kể vị trí của điều áp. Các máy biến thế ba, hai, hay một pha có điện áp cơ bản sơ cấp là khác điện áp cơ bản thứ cấp phải được đưa ra bằng cách sử dụng các loại máy biến thế đó.

20

Hình 14 Mô hình các máy biến áp Tỷ số vòng dây đơn vị của máy biến thế, t, phải là n t =

n 2nom

n1

n 1nom

trong đó n1nom Số của các vòng dây cuộn sơ cấp để có điện áp hở mạch bằng với điện áp cơ bản của nút sơ cấp với thông lượng định mức trong máy biến thế. n2nom Số của các vòng dây cuộn thứ cấp để có điện áp hở mạch bằng với điện áp cơ bản của nút thứ cấp với thông lượng định mức trong máy biến thế. n1

Số vòng thực tế của cuộn sơ cấp.

n2

Số vòng thực tế của cuộn thứ cấp.

Một định nghĩa khác của tỷ lệ vòng dây, t, là v 20c t =

n 1oc

n 2nom n 1nom

Trong đó V1oc điện áp tương ứng với vị trí nấc điều áp sơ cấp với thông lượng định mức trong máy biến thế. 21

V2oc điện áp tương ứng với vị trí nấc điều áp thứ cấp với thông lượng định mức trong máy biến thế. V1nom điện áp tương ứng với nấc điều áp sơ cấp danh định với thông lượng định mức trong máy biến thế. V2nom điện áp tương ứng với nấc điều áp thứ cấp danh định với thông lượng định mức trong máy biến thế. Trong hầu hết nhưng không trong tất cả các trường hợp, V1nom và V2nom sẽ bằng các điện áp cơ bản của các nút mà các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp kết nối. Bất chấp việc kết nối của dãy máy biến thế hay vị trí vật lý của các nấc điều áp trên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, PSS/ADEPT yêu cầu vị trí nấc đó được định rõ bằng tỷ lệ các vòng dây đơn vị thực tế, như được định nghĩa ở trên. Bởi vì tỷ lệ các vòng dây đơn vị liên kết điện áp sơ cấp và thứ cấp với các giá trị điện áp danh định của các điện áp đó, hệ số 1.7320508 (√3) không xuất hiện trong tỷ lệ các vòng dây được qui định cho các dãy sao tam giác hay tam giác sao trong PSS/ADEPT. Vì vậy tỷ lệ các vòng dây đơn vị của một máy biến thế được kết nối cho:

13.8 kV pha-pha và 7.969 kV pha-đất sơ cấp 4.8kV pha-pha và 2.771 kV pha-đất thứ cấp Hình sao sơ cấp-tam giác thứ cấp được kết nối, và được điều áp cộng 5% phía thứ cấp là

(4.8 * 1.05/4.8)/(13.8/13.8) = 1.05 đơn vị Trong khi tỷ lệ các vòng dây thực tế cho mỗi máy biến thế riêng lẻ là

(4.8 * 1.05)/(13.8/1.7320508) = 1.05 * (4.8/7.967) Khi dãy máy biến thế ba pha là được hình thành từ ba máy biến thế một pha riêng lẽ trong mỗi bồn dầu của nó, các tổng trở thứ tự thuận và không của dãy thông thường phải cài đặt bằng tổng trở rò đơn vị của một máy biến thế riêng một pha kVA cơ bản. (Ghi chú: kích cỡ máy biến thế luôn luôn được qui định trong PSS/ADEPT theo kVA/pha và tổng trở được nhập vào theo đơn vị cơ bản máy biến thế). Khi máy biến thế được chế tạo với các cuộn pha cho ba pha trên một lõi đơn, các tổng trở thứ tự thuận và không của từng đơn vị bình thường sẽ được cho trong bản tên của nó và có thể được qui định trực tiếp trong PSS/ADEPT, và kích thước máy biến thế phải được nhập PSS/ADEPT như một phần ba định mức tổng kVA. Tự động xử lý kết nối dãy máy biến thế trong PSS/ADEPT được áp dụng chỉ khi tất cả các máy biến thế riêng biệt được kết nối thành dãy là có cùng kích thước. Khi sử dụng các máy biến thế pha có kích thước không đồng đều, cần thiết phải đưa ra các nút ảo cho phần cài đặt PSS/ADEPT, và đưa ra cách trình bày dãy “không đối xứng” bằng hai hay nhiều kết nối.

22

Người sử dụng cần phải nhận biết và qui định cả kết nối được dùng trong dãy máy biến thế và pha của nó. Pha được qui định qua PSS/ADEPT có tham chiếu tới quy ước. Trong quy định pha: • tương ứng.

Các pha A, B, và C là luôn luôn được xác định bởi các số 1, 2, và 3,

• Các cặp pha AB, BC, và CA là luôn luôn được xác định bởi các số 1, 2, và 3, tương ứng. • Các máy biến thế riêng biệt, hay các cặp cuộn dây trong máy biến thế ba pha luôn luôn có cặp đối với các pha A, B, và C. Chính là, cuộn dây A-đến-trung tính luôn luôn có cặp với A-đến-trung tính hay cuộn A-đến-B tương ứng, v.v… Chỉ có sự thay đổi pha +30 độ trong máy biến thế sao-tam giác có thể được mô hình với PSS/ADEPT; các sự sắp xếp thay đổi pha 120 độ có thể được bằng cách cặp cuộn dây A-đến-trung tính/cặp dây B-đến-C chẳng hạn, là không được nhận biết. Sự chuyển đổi pha từ 30 độ tới âm 30 độ là có được bởi đảo dấu mã loại máy biến thế. II.6.2. Máy biến thế lực được kết nối thành máy biến thế tự ngẫu Máy biến thế lực được kết nối trong cấu hình tự động phải được mô hình bằng cách sử dụng loại 1, 2, 3, hay 11. Tổng trở của máy biến thế tự ngẫu ít hơn của một máy biến thế được kết nối trong cấu hình hai cuộn dây thông thường và vì vậy nên được nhập vào PSS/ADEPT một cách thích hợp. Cũng vậy, việc chuyển đổi kVA của một máy biến thế tự ngẫu được tăng nhờ được so sánh tới máy biến thế hai cuộn dây chuẩn và phải được nhập vào tương ứng. Thay đổi cấp tải tự động Máy biến thế lực có thể được mô hình với bộ điều tải (LTC) trong PSS/ADEPT. Cách thức điều chỉnh LTC được định rõ nhờ vào tình trạng nhánh của máy biến thế. Mỗi máy biến thế trong PSS/ADEPT có thể được cho một dãy mục tiêu điện áp, tỷ lệ các vòng dây cao nhất có thể đơn vị, và tỷ lệ các vòng dây thấp nhất có thể, và bước điều áp đơn vị. Các máy biến thế có thể được thiết kế để trực tiếp điều khiển điện áp tại nút sơ cấp hay thứ cấp của nó. Nút ‘TO’ trong hồ sơ minh họa nút nào được hiệu chỉnh mặc định. Cách khác, một máy biến thế có thể được mô hình để điều khiển điện áp tại một nút ở xa đã qui định từ vị trí máy biến thế xuống đường dây hay giữ cho điện áp nút ‘TO’ bù áp rơi trên dây. Tất cả các máy biến thế điều áp, tỷ lệ các vòng dây đơn vị là được điều chỉnh, trong giới hạn qui định, để giữ điện áp giám sát hay bù trong dãy mục tiêu đã định.

23

Đối với các máy biến thế LTC, các điều áp có thể được đặt phía cao hay phía hạ áp. Người sử dụng có thể qui định vị trí đặt bằng cách xác định điểm nút ‘TO’ trong dữ liệu máy biến thế là phía điều áp, như được trình bày trong hình 15

Hình 15 Xác định nút TO trong dữ liệu máy biến áp Máy biến thế điều chỉnh điện áp với cuộn dây nối sao ở vị trí ‘TO’ của nó sẽ luôn điều chỉnh điện áp pha-trung tính. Máy biến thế điều chỉnh điện áp với cuộn dây nối tam giác ở vị trí ‘TO’ của nó sẽ luôn điều chỉnh điện áp pha-pha. Bộ bù điện áp rơi trên đường dây là một dụng cụ mô hình thay đổi điện áp thứ cấp máy biến thế trước khi nó đến sensor điện áp. Chức năng của bộ bù điện áp rơi đường dây là cho điện áp được định trước tăng lên giảm biến động điện áp dọc đường dây do thay đổi tải đến mức tối thiểu. Bù điện áp rơi đường dây được thực hiện bằng cách tính toán các điện áp biểu kiến cho bởi

VAPP = (điện áp pha-đất nút “TO”) – ZCOMP * (dòng phía ‘TO’) đối với mỗi pha và sau đó xem xét biên độ của VAPP (AN, BN, hay CA) cho máy biến thế nối sao hay của VAPP (AB, BC, hay CA) cho máy biến thế nối delta. Điều áp tương ứng được di chuyển nếu điện áp biểu kiến dưới dãy được qui định trong dữ liệu máy biến thế hay nó được đi chuyển trở xuống ngược lại. Nếu sử dụng nút ở xa, các tổng trở đền bù sẽ được tính toán để người sử dụng xem xét. Ghi chú, tổng trở đền bù đứng trước trên điều khiển nút ở xa. Dãy mục tiêu điện áp của máy biến thế không được hẹp hơn kích thứơc của bước điều áp máy biến thế, vì điều này có thể khiến cho việc điều chỉnh điện áp máy biến thế phải tìm kiếm tiếp tục. Dãy điện áp hợp lý quy ước là một phần trăm đối với máy biến thế có bước 5/8%. II.6.3. Bộ điều áp Ngược với máy biến thế lực thay đổi bước điện áp từ bước này tới bước khác, Bộ điều áp đơn thuần tăng hay giảm điện áp thứ cấp theo yêu cầu bởi các điều

24

kiện tải. Các bộ điều áp hiện đại thường cung cấp một dãy +10% điện áp điều chỉnh trong các bước 32/0.00625. Đây là các giá trị mặc định cho việc điều chỉnh máy biến thế trong PSS/ADEPT. Các loại máy biến thế 4 tới 10 và 12 tới 15 là các mô hình tuyệt đối được dùng cho các bộ điều áp giới thiệu. Tổng trở của các máy biến thế này là được chỉnh đổi với vị trí điều áp ngược với các loại 1, 2, 3 và 11 với tổng trở là hằng số. Tổng trở là được mô tả là zero lúc bộ đổi nấc máy biến thế là danh định vì bộ điều áp cho đặc tính dòng thẳng. Lúc bộ điều áp tại mức điện áp đầy đủ thì sẽ sử dụng tổng trở nhập vào. Đối với các bộ chuyển đổi trung gian, điện trở là một hàm của số vòng dây, và điện kháng là một hàm của các vòng dây bình phương. Bộ điều áp có định mức quy ước theo kVA điều chỉnh hay amp. Ví dụ, một bộ điều áp ba pha, +10%, 750 kVA thực sự có thể được áp dụng cho mạch ba pha định mức 8250 kVA và có thể thay đổi điện áp đường dây dương hay âm 10% định mức. Nếu được áp dụng tới một phát tuyến cơ bản 13.2 kV, dòng định mức sẽ là: 750kVA ≅ 328A 3 × 13.2kV × 0.1 Tổng định mức kVA ba pha của bộ điều áp là: 3 × 13.2kV × 1.1 × (328)A = 8250kVA Định mức một pha phải được nhập vào mô hình PSS/ADEPT: 8250kVA ≅ 2750kVA 3 Tổng trở của một bộ điều áp đặc biệt rất nhỏ vì cấu hình tự động được dùng.

Ví dụ minh hoạ như thế nào tính gần đúng tổng trở của bộ điều áp được mô tả ở trên: Nếu máy biến thế đã được kết nối như máy biến thế hai cuộn dây tiêu chuẩn, ta sẽ có cho mỗi pha:

Hình 16 Mô hình bộ điều áp Máy biến thế phân phối quy ước có tổng trở khoảng 2%. Nghĩa là, nếu thứ cấp của máy biến thế ở trên đã bị ngắt mạch, tổng trở của máy biến thế khoảng chừng 2% trên cơ sở 250 kVA và điện áp định mức 0.762 kV. Nếu máy biến thế đó được kết nối trong cấu hình tự động, ta có:

25

với tổng kVA là 2750 cho từng pha. Với thử nghiệm ngắn mạch như ở trên, cùng tổng trở sẽ được xác định, tuy nhiên, cơ bản mới là 2750 kVA và 8.38 kV. Vì vậy, tổng trở trên các giá trị cơ bản là: 2 2750kVA (0.762kV ) X = (2%) × × = 0.18% 250kVA (8.38kV )2 Giá trị 0.0018 phải được nhập vào đối với kháng thứ tự thuận (X1) trong PSS/ADEPT để mô hình bộ điều áp này. Giả thiết rằng bộ điều áp được nối đất cố định, kháng thứ tự không(X0) sẽ có cùng giá trị.

II.6.3.1. Mô hình tổng trở trung tính trong máy biến thế Mô hình tổng trở trung tính của một máy biến thế được xử lú trong PSS/ADEPT bằng cách chỉnh đổi tổng trở thứ tự không máy biến thế. Một máy biến thế được nối đất cố định, tổng trở thứ tự không (Z0) là cài đặt bằng tổng trở thứ tự thuận (Z1). Khi tổng trở trung tính có (Zg), tổng trở thứ tự không được định nghĩa như sau đây: Z0 = Z1 + 3Zg Vì tổng trở cần phải được nhập vào theo đơn vị trong PSS/ADEPT, tổng trở trung tính cần phải chuyển đổi thành đơn vị cơ bản kVA của máy biến thế và điện áp cơ bản của cuộn dây mà tổng trở nối đất được kết nối. Ví dụ sau phác thảo thủ tục tính toán tổng trở thứ tự không của máy biến thế ba pha, 12 MVA, 69 kV/13.2 kV, 8%, nối tam giác sao với điện trở trung tính 10 ohm:

Trên cơ bản máy biến thế chúng ta có: Z1 = 0.0+j0.08p.u. Chuyển đổi tổng trở nối đất (Rg) thành đơn vị như sau:

II.6.3.2. Máy biến thế 3 cuộn dây Mặc dù PSS/ADEPT không có các mô hình riêng cho máy biến thế ba pha, chúng có thể được mô hình chính xác dùng tương đương hình Y. Các thông số tương đương có thể có từ nhà sản xuất hay từ một thử nghiệm. Trong phần thử nghiệm này, một cuộn dây được ngắn mạch và một để hở mạch trong khi một điện áp được áp dụng cho cuộn dây còn lại. Thử nghiệm này cho ta biết ba trở kháng rò

26

rỉ biểu kiến khi ở trên điện áp cơ bản của từng cuộn dây tương ứng và cơ bản MVA chung, các tổng trở này là: Zlh, Zlt, và Zht. Liên hệ các tổng trở này với mạch tương đương, Zlh là tổng của tổng trở rò rỉ cuộn dây điện áp cao và thấp Xi+Xh, v.v… Các thông số thử nghiệm này là được đo tại vị trí nấc điều áp danh định, theo, có liên quan đến tổng trở nhánh điều áp danh định của mạch tương đương, như được thiết kế trong hình 17 bởi:

ZLH = Zl+Zh ZLT = Zl+Zt ZHT = Zh+Zt Bài toán yêu cầu là:

Zl = (ZLH+ZLT-ZHT)/2 Zh = (ZLH+ZHT-ZLT)/2 Zt = (ZLT+ZHT-ZLH)/2 Trong đó tất cả các tổng trở là dạng đơn vị đối với cùng một cơ bản kVA.

Hình 17 Mô hình máy biến áp 3 cuộn dây

27

Hình 18 Mô hình tương đương máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây Các tổng trở Zh, Zl, và Zt là thứ tự thuận được xác định như đã trình bày ở trên. ZNh, ZNl, và ZNt là các tổng trở nối đất đơn vị của cuộn dây cao, hạ và thứ ba tương ứng. Vì vậy, nếu cuộn dây hình sao được nối đất cố định, ZN bằng 0. Nếu cuộn dây hình sao không được nối đất ZN là vô cực. Ví dụ như định mức ba pha của máy biến thế ba cuộn dây là: Sơ cấp nối Y, 66 kV, 1500 kVA, nối đất cố định. Thứ cấp nối Y, 13.2 kV, 1000 kVA, 10 ohm điện trở nối đất. Thứ ba nối Δ, 2.3 kV, 500 kVA Các thông số thử nghiệm là:

ZHL = 0.004 + j0.07, cơ bản 1500 kVA, 66-kV ZHT = 0.005 + j0.09, cơ bản 1500 kVA, 66-kV ZLT = 0.005 + j0.08, cơ bản 1000 kVA, 13.2 kV Chuyển đổi ZLT thành cơ bản cuộn dây phía cao kVA: dạng đơn vị trên cơ bản 1500 kVA, ta có:

Đối với thứ tự không:

Trong PSS/ADEPT mỗi nhánh của ba cuộn dây tương đương được thể hiện bởi một máy biến thế nối tới nút “ảo”. Điện áp của nút “ảo” là tuỳ ý.

28

Đối với ví dụ ở trên, các kết nối được trình bày trong hình 19

Hình 19 Ví dụ một máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây

II.6.3.3. Máy biến thế nối đất Trong một hệ thống khi thứ cấp hoàn toàn được kết nối delta, không có tải một pha vì hệ thống trung tính nối đất không tồn tại. Trong hệ thống đó, khi được đề nghị phục vụ tải một pha, các máy biến thế nối đất được dùng để thiết lập một hệ thống trung tính nối đất. Hầu hết các loại máy biến thế nối đất thông thường là loại sao-tam giác hay zig-zag. Cả hai loại cung cấp một đường dẫn tổng trở thấp cho dòng thứ tự không và đường dẫn tổng trở cao cho sự cài đặt được cân bằng các dòng ba pha và có thể mô hình trong PSS/ADEPT dùng máy biến thế lực sao-tam giác. Vị trí hình sao của máy biến thế cần phải được kết nối tới hệ thống delta như được minh họa ở dưới để cung cấp đường dẫn cho dòng đất. Thứ cấp tam giác của dãy nối đất có thể được tải, nhưng thường thì không.

Hình 20 Máy biến thế nối đất Từng pha kVA và bản tên các tổng trở của máy biến thế nối đất phải được nhập vào trực tiếp trong PSS/ADEPT cho các loại hình sao tam giác. Tuy nhiên cho các loại zig-zag, nếu kích cỡ kVA là định mức của cuộn dây riêng lẻ của nhánh, kVA phải được nhân √3 khi nhập vào trong PSS/ADEPT. Cách khác, luôn luôn

29

nhập vào tổng dung lượng kVA một pha của dãy. Cho hai loại máy biến thế nối đất, bất kỳ tổng trở trung tính nào phải được mô hình trong PSS/ADEPT bằng cách hiệu chỉnh tổng trở thứ tự không. II.6.3.4. Máy biến thế lực 1 pha Máy biến thế lực một pha có thể được mô hình trong PSS/ADEPT bằng cách dùng loại 1(sao-sao), 2 (sao-delta), 3 (delta-sao) hay 11 (delta-delta) và qui định pha nhánh thích hợp. Định mức một pha kVA phải được nhập vào trong PSS/ADEPT với bản tên các tổng trở. Sau đây minh hoạ vài loại máy biến thế lực một pha và thảo luận cách trình bày trong PSS/ADEPT và các sự hạn chế đặt biệt có thể áp dụng: Mô hình máy biến thế loại 1(sao-sao) và qui định pha nhánh là pha máy biến thế kết nối. Pha nhánh phải là B đối với ví dụ đã cho. Ghi chú, tất cả tải được nuôi bởi máy biến thế này phải được nối đất và chỉ nhập vào trong pha đối với máy biến thế được kết nối. Mô hình máy biến thế loại 3 (tam giác-sao) và qui định pha nhánh là pha hiện hữu phía sao (dây-trung tính) của máy biến thế. Pha nhánh phải là A cho ví dụ đã nêu và pha AB cần phải tồn tại phía sơ cấp của máy biến thế. Tất cả tải được nuôi bởi máy biến thế này phải được nối đất và chỉ nhập vào pha được qui định cho pha nhánh máy biến thế. Mô hình máy biến thế loại 2 (sao-tam giác) và qui định pha nhánh là pha hiện diện phía sao (dây-trung tính) của máy biến thế. Pha nhánh phải là A cho ví dụ đã nêu và pha A phải tồn tại phía sơ cấp máy biến thế. Tất cả tải được nuôi từ phần thứ cấp phải không được nối đất, được kết nối giữa hai pha được nối từ máy biến thế. Đối với ví dụ minh hoạ, tải thứ cấp phải là loại không được nối đất và chỉ nhập vào trong pha A. II.6.3.5. Máy biến thê lực hình sao mở tới tam giác mở Kết nối máy biến thế hình sao mở tới hình tam giác mở cho phép tải ba pha được phục vụ bởi phát tuyến hai pha nối đất như đã được trình bày ở đây:

Hình 21 Máy biến áp lực hình sao mở

30

Máy biến thế này được theo mô hình trong PSS/ADEPT cho tính toán dòng công suất và khởi động động cơ. Các sự tính toán ngắn mạch cho nút phía thứ cấp của loại máy biến thế này không được xử lý thích hợp bởi các thuật toán PSS/ADEPT. Máy biến thế hình sao mở tới hình tam giác mở phải được mô tả trong PSS/ADEPT bằng cách qui định một máy biến thế loại 2 (sao – tam giác) với pha nhánh máy biến thế được định nghĩa là có hai pha phía sao của máy biến thế. Đối với ví dụ được trình bày ở trên, pha nhánh máy biến thế phải nhập vào như AB. Các bố trí pha hợp lệ là: Các pha được qui định cho máy biến thế cần phải tồn tại trên nút chính. Tất cả tải nối từ máy biến thế này phải qui định không được nối đất. Định mức kVA của máy biến thế một pha phải nhập vào trong PSS/ADEPT cùng với tổng trở qui định trên kVA cơ bản.

II.7. Mô hình máy điện Các máy điện ba pha đồng bộ và không đồng bộ có thể được mô hình rõ ràng với PSS/ADEPT. Cả hai loại có thể được thiết kế như máy phát điện hay động cơ bằng cách lựa chọn dấu hiệu thích hợp cho thông số tải kW trong hồ sơ dữ liệu tải thô. Các đặc tính đặc trưng của máy điện được mô hình bởi PSS/ADEPT phải được nhập vào trong Tập tin Tự điển Dữ liệu Máy điện. Các loại tải là được dùng để phân biệt các loại máy điện: Các loại máy điện không đồng bộ: Loại tải 51 – 70, 151 – 170 được nhập vào theo kW Định mức theo kVA. Loại tải 71 – 90, 171 – 190 được nhập vào theo hp cơ Định mức theo hp cơ. Các loại máy đồng bộ. Loại tải 91 – 99, 191 – 199 được nhập vào theo kW Định mức theo kVA Máy điện có thể được mô hình tại nút ba pha trong bất kỳ nhóm tải nào. Máy điện được xem như trực tuyến lúc loại tải là dương. Bằng cách thêm dấu âm loại tải (chẳng hạn như -51), máy sẽ được xem như phi trực tuyến. II.7.1.1. Máy điện đồng bộ Trong bài toán dòng công suất và sau khởi động động cơ của PSS/ADEPT, mô hình máy đồng bộ (các loại 90 – 99 hay 190 – 199) sẽ giữ điện áp cực bằng hằng số tại giá trị người sử dụng qui định. Đầu ra hay hấp thu công suất phản kháng sẽ được điều chỉnh tương ứng với điện áp cực. Nếu yêu cầu phản kháng của mô hình vượt giới hạn khả năng phản kháng được qui định, điện áp cực sẽ được chỉnh 31

sao cho các giới hạn không bị vượt quá. Điểm thiết lập điện áp và giới hạn phản kháng của loại máy đặc trưng được qui định trong file Tự điển Máy điện. Điểm thiết lập điện áp có thể được định nghĩa khác đi cho máy đồng bộ riêng lẽ trong hồ sơ dữ liệu tải thô. Điều này sẽ bỏ qua giá trị từ Tự điển Máy điện. Nếu máy đồng bộ là được vận hành trên dòng định mức của nó hay trên điện áp cực thì mức tăng nhiệt độ định mức của đồng và sắt sẽ được vượt quá tương ứng. Vòng cung từ B tới C, với bán kính bằng kVA định mức của máy điện và tâm tại điểm gốc, cho ta giới hạn dòng điện phần ứng định mức tại điện áp định mức. Điểm B cho ta hệ số công suất định mức của máy điện. Vòng cung từ A tới B cho ta giới hạn dòng điện phần cảm của máy điện. Khi vận hành máy đồng bộ dưới kích thích, có một từ thông biên độ cao ở các đầu lõi máy điện. Vòng cung từ C tới D cho ta giới hạn nhiệt theo từ thông này. Đường cong công suất phản kháng như được trình bày trong hình 22 có thể được sử dụng để xác định các giới hạn phản kháng của máy như được yêu cầu bởi PSS/ADEPT. Giới hạn công suất phản kháng cực đại và cực tiểu quy ước tương đương với các điểm B và C tương ứng. Ghi chú, tuy nhiên, các giới hạn phản kháng có thể thay đổi tùy theo mức công suất thực. Trong tính toán ngắn mạch và khởi động động cơ tức thời tiêu chuẩn trong PSS/ADEPT, máy đồng bộ đang chạy được xem là có điện áp hằng số sau tổng trở sau quá. Trong tính toán ngắn mạch, điện áp được giữ cố định là 1 đơn vị. Trong tính toán khởi động động cơ tức thời, điện áp được giữ hằng số như được xác định từ dòng tải trước đó, hay được giữ là 1 đơn vị.

Hình 22 Mô hình máy điện Khi ngắn mạch được đưa ra với hậu tố TR, các máy đồng bộ đang chạy được xem như có điện áp hằng số phía sau tổng trở quá độ trong thứ tự thuận. 32

Trong quá trình tính toán dòng tải, khởi động động cơ và ngắn mạch, các máy đồng bộ đang chạy được mô tả như được minh hoạ trong hình 23 trong thứ tự nghịch và không tương ứng. Đối với máy đồng bộ có các cuộn dây nối tam giác, tổng trở thứ tự không phải được cài đặt là 99. +j99. để mô tả mối nối hở.

Hình 23 Các thành phần thứ tự trong máy điện II.7.1.2. Máy điện cảm ứng Trong tính toán dòng công suất và sau khi khởi động động cơ của PSS/ADEPT, máy điện cảm ứng đang chạy được xem như tải công suất hằng số. Hệ số công suất đang chạy được xác định từ đường cong điện áp và hệ số công suất như được qui định trong Tập tin Tự điển Máy điện. Máy điện cảm ứng đang chạy được mô tả giống như các máy đồng bộ trong bài toán giải ngắn mạch và khởi động động cơ tức thời; tức là chúng được xem xét như hằng số điện áp phía sau tổng trở trong thứ tự thuận. Tổng trở là tổng trở sau quá độ quy ước như được trình bày trong hình 23. Tổng trở quá độ được dùng khi ngắn mạch và máy điện cảm ứng đang chạy được mô tả như được trình bày trong hình 23. Sự trình bày thứ tự nghịch và thứ tự không được minh họa trong hình 23. Hầu hết các máy điện cảm ứng không được nối đất, tổng trở thứ tự không thường cài đặt là 99. +j99. đơn vị. Dữ liệu mô tả máy điện cảm ứng sẽ thừơng ở trạng thái ổn định tương đương. Mạch tương đương hai nhánh quy ước được trình bày trong hình 24. Biểu thức sau có thể được dùng để biến đổi dữ liệu từ mô hình này tới dữ liệu như được yêu cầu trong Tập tin Tự điển Dữ liệu Máy điện trong PSS/ADEPT:

33

Hình 24 Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ II.7.1.3. Khởi động động cơ tức thới và khởi động lại Khởi động một động cơ lớn trong công nghiệp hay hệ thống công suất yếu có thể dẫn tới việc điện áp không chấp nhận được giảm trong hệ thống. Khi điện áp giảm thấp tại nút động cơ khởi động, thời khoảng khởi động sẽ kéo dài và trong một vài trường hợp bất lợi, động cơ có thể không có đủ lực gia tốc để đạt tốc độ định mức. Phạm vi thời gian khởi động động cơ quy ước từ một vài giây tới mười giây hay nhiều hơn. Việc nghiên cứu khởi động động cơ trong PSS/ADEPT cho phép người sử dụng xác định phạm vi của sụt áp trong hệ thống. Trong PSS/ADEPT, động cơ khởi động được mặc định nối tiếp với bộ khởi động của máy biến thế tự ngẫu để giảm dòng động cơ cao liên tục (tỷ lệ với điện áp cực của nó) vì vậy làm giảm sụt áp. Động cơ đang khởi động được mô tả bởi tổng trở rotor bị khoá. Đối với động cơ ba pha, tổng trở rotor bị khóa là:

với Ilr là dòng rotor bị khóa tại điện áp định mức, cách khác:

34

với Ifl là dòng đầy tải tại điện áp định mức vuông góc với điện áp cực động cơ. Quy ước, Ilr là khoảng chừng 6 lần Ifl. Bằng cách mô tả khởi động động cơ như một tải tổng trở hằng số, sụt áp mạng có thể được tính toán với bài toán dòng tải. PSS/ADEPT cho phép người sử dụng xem hai cách khởi động động cơ khác nhau trên mạng với máy đang chạy. Khi khởi động động cơ ‘tức thời’, tất cả các máy đang chạy được giả sử vẫn giữ vững từ thông hằng số và vì thế giúp cho động cơ được khởi động. Tất cả máy đang chạy được mô hình như nguồn điện áp phía sau tổng trở thứ tự thuận của nó và tổng trở của nó đến trung tính trong các thứ tự khác. Giả sử việc khởi động động cơ ‘tức thời’ kéo dài trong khoảng thời gian rất ngắn, có lẽ 3-5 chu kỳ trong hệ thống 60 Hz. Từ thông của máy đang chạy phân tán đến một mức cân bằng mới khá xa trước khi khởi động động cơ đạt đến tốc độ định mức. Khi khởi động động cơ ‘lại’, giả thiết từ thông của máy đang chạy bị phân tán. Trong tình trạng này, tất cả các máy đang chạy được mô hình như các tải tương đương và vì thế không thể hỗ trợ động cơ khởi động. Hiển nhiên, thực tế sụt áp nghiêm trọng hơn và là đặc tính khởi động động cơ lớn trong hệ thống điện công nghiệp. Thứ tự khởi động động cơ như sau: 1. Động cơ cần khởi động được tách khỏi mạng bằng cách cài đặt giá trị âm cho loại của nó. 2. Khởi động động cơ ‘tức thời’ được thực hiện. Kết quả dòng tải có thể được liệt kê, trưng bày, in, hay vẽ ra. 3. Khởi động động cơ ‘lại’ có thể được thực hiện. Kết quả dòng tải có thể được liệt kê, trưng bày, in, hay vẽ ra. 4. Với động cơ được khởi động tại tốc độ chạy, bài toán dòng tải thông thường có thể được thực hiện và kết quả có thể được so sánh với các bước 2 và 3. Khi khởi động động cơ ‘tức thời’ trong bước 2, việc khởi động động cơ ‘tức thời’ thành công với tỉ lệ nấc máy biến thế khởi động khác nhau có thể được thực hiện. Điều này cũng đúng trong bước 3 khi khởi động động cơ lại. Nếu người sử dụng chỉ quan tâm đến khởi động động cơ ‘tức thời’ hay khởi động ‘lại’, thứ tự 1, 2, 4, hay 1, 3, 4 cần được thực hiện. Người sử dụng được cảnh báo dùng thứ tự 1, 3, 2, 4 để xem cả hai trường hợp khởi động động cơ ‘tức thời’

35

hay khởi động ‘lại’ bởi vì các điều kiện tiền khởi động là không còn trong bộ nhớ sau khi khởi động động cơ ‘lại’. II.7.1.4. Phương pháp khởi động động cơ Trong PSS/ADEPT động cơ khởi động được giả sử mắc nối tiếp với máy biến thế tự ngẫu lý tưởng (bù khởi động). Tổng trở máy biến thế tự ngẫu được qui định trong Tập tin Tự điển Máy điện trên cơ bản của máy biến thế và mặt định đến zero đơn vị. Nấc điều áp máy biến thế tự ngẫu được giả sử ở phía máy điện và mặc định là tỷ số định mức (1.0) như trong hình 25:

Hình 25 Khởi động động cơ Nếu các giá trị mặt định của tổng trở máy biến thế tự ngẫu và nấc điều áp được sử dụng, động cơ được mô tả khi khởi động với điện áp đầy được áp dụng cho các cực. Điều này thỉnh thoảng tham chiếu đến việc khởi động chéo. Chú ý, máy biến thế tự ngẫu được giả sử được ngắt ra (bỏ qua) trong tính toán dòng công suất và ngắn mạch. II.7.1.4.1. Điện áp khi khởi động động cơ bị giảm Khởi động các máy biến thế tự ngẫu tổng quát có các nấc chuyển đổi 50%, 65%, và 80% có thể được chọn để giảm điện áp cực động cơ dưới mức bình thường trong khi khởi động nhằm giảm dòng lớn vào. Để trình bày nấc chuyển đổi 65% trong PSS/ADEPT chẳng hạn, một nấc chuyển đổi 0.65 phải được qui định khi khởi động máy điện. II.7.1.4.2. Khởi động tụ mắc shunt Trong một vài trường hợp, các tụ mắc shunt được đóng cắt trực tuyến khi một động cơ bắt đầu được khởi động để giảm sụt áp trên hệ thống. Phương pháp này có thể được mô hình trong PSS/ADEPT đơn giản bằng cách thêm tụ là một dãy cố định và chỉ đóng cắt trực tuyến. Nếu tụ phi trực tuyến khi tính toán tiền khởi động và đóng vào trước khi tính toán khởi động. Một khi động cơ đã chạy, tụ phải được ngắt ra (cài trạng thái= 0) cho tính toán dòng công suất và ngắn mạch. II.7.1.4.3. Khởi động mềm SCR Phương pháp khởi động này điều khiển dòng khởi động động cơ hay gia tốc với thiết bị mô tả trạng thái. Tổng trở động cơ thực tại điểm dừng được tính như là

36

nghịch đảo của dòng động cơ đơn vị tại điểm dừng. Nếu, ví dụ, dòng giới hạn khởi động động cơ cao tới 3 đơn vị (300%), tổng trở rotor thực bị khoá là ZLR = 0.33 pu. II.7.1.4.4. Khởi động động cơ dây quấn Động cơ dây quấn có hơn một mạch mắc song song trong dây quấn stator (thông thường là hai). Nó được khởi động khi áp dụng điện áp định mức vuông góc chỉ một mạch. Mạch song song còn lại được đóng điện khi gia tốc. Tổng trở động cơ phải hiển thị phần cuộn dây được đóng điện khi gia tốc. Tổng trở động cơ phải hiển thị phần cuộn dây được đóng điện đầu tiên. Nếu, ví dụ 50% của cuộn dây được đóng điện đầu tiên, tổng trở rotor thực bị khoá là ZLR = 2.0 * ZLR cơ bản. Hai phương pháp khởi động sau có ảnh hưởng đến giá trị ZLR. Các sự thay đổi tới ZLR có thể được thực hiện trực tiếp trong Tập tin Tự điển Máy điện cho các loại máy với bộ khởi động đặt biệt hay Tập tin Tự điển Máy điện đầy đủ phải được tạo để sử dụng khi khởi động động cơ được thay đổi các giá trị ZLR. Cách khác, giá trị của nấc chuyển đổi máy biến thế tự ngẫu có thể được qui định để thực sự trình bày ZLR thay đổi. Tổng trở khởi động động cơ thực được trình bày trong PSS/ADEPT như: Zeff =

ZLR

(tap )2

với tap là tỉ số nấc chuyển đổi của máy biến thế tự ngẫu theo đơn vị. Vì thế, để thực sự nhân đôi tổng trở rotor bị khóa thì qui định tap = 0.707.

Hết chương !

37

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT Chúng ta biết rằng có ba phương pháp tính phân bố công suất thường được sử dụng là: phương pháp Newton-Raphson, phương pháp phân lập nhanh, và phương pháp Gauss-Seidel. Mỗi phương pháp có những đặc tính hội tụ khác nhau, thường thì ta chọn phương pháp có khả năng thực hiện tốt nhất. Việc lựa chọn phương pháp tính nào còn tuỳ thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, đặc tính tải và mức điện áp tại ban đầu tại các nút. Trong chương này, chúng ta ôn tập lại các kiến thức cần thiết phục vụ cho việc tìm hiểu cách giải bài toán phân bố công suất trong phần mềm PSS/ADEPT. Các kiến thức cơ sở về phương pháp giải bài toán phân bố công suất như phương trình đại số phi tuyến, sau đó là bài toán phân bố công suất trong lưới điện và sau cùng là tìm hiểu về phương pháp giải bài toán phân bố công suất trong phần mềm PSS/ADEPT. Trong bài toán phân bố công suất trong lưới điện thường dùng phương trình liên lạc giữa điện áp nút và dòng nút thông qua ma trận tổng dẫn nút. Nếu biết dòng nút, có thể tìm được điện áp nút. Tuy vậy, trong lưới điện thường cho công suất hơn là dòng điện. Như vậy, phương trình liên quan là phương trình phi tuyến và là phương trình phân bố công suất được giải bằng phương pháp lặp. Sau đây ta ôn tập về phương trình đại số phi tuyến.

39

I. Phương trình đại số phi tuyến Sau đây, chúng ta ôn lại các phương pháp giải phương trình đại số phi tuyến. I.1. Phương pháp Gauss – Seidel Từ phương trình f(x) = 0 ta suy ra x = g(x) Như vậy quan hệ giữa lần lặp thứ k và k+1 là x(k+1) = g(x(k)) Kết quả chấp nhận khi x ( k +1) − x ( k ) ≤ ε

Ví dụ: Cho f(x) = x3 – 6x2 + 9x – 4 = 0 1 3 6 2 4 − x + x + 9 9 = g(x) x= 9 x(0) = 2 x(1) = g(2) = 2.2222 x(2)=(2.2222)= 2.5173 x(3) = 2.8966 x(4) = 3.3376 x(5) = 3.7398 x(6) = 3.9568 x(7) = 3.9988 x(8)=4.0000

=> Nhận xét: Tốc độ hội tụ chậm, vì thế có thể làm tăng tốc hội tụ bằng cách dùng thuật toán gia tốc với hệ số gia tốc α: x(k+1) = x(k) + α[g(x(k)) – x(k)] Nếu có n phương trình với n ẩn số: => x1 = c1 + g1(x1,x2,,…,xn) f1(x1,x2,…,xn) = c1 => x2 = c2 + g2(x1,x2,,…,xn) f2(x1,x2,…,xn) = c2 …… => xn = cn + gn(x1,x2,,…,xn) fn(x1,x2,…,xn) = cn Bằng phương pháp lặp, ta có được: x1(0); x2(0);…; xn(0) Ö x1(1); x2(1);…; xn(1) Ö … Trong phương pháp Gauss – Seldel, các giá trị mới của các ẩn số xi vừa được tính trong các phương trình trên liền được thay thế ngay vào các phương trình kế tiếp. Hội tụ sẽ đạt được khi sai biệt giữa các giá trị cần tính sau so với lần tính trước nhỏ hơn một hệ số quy định. Có thể dùng hệ số gia tốc x(k+1) = x(k) + α(xi(k+1) – xi(k))

40

I.2. Phương pháp Newton – Raphson Cho phương trình f(x) = c, ta xây dựng được như sau: x(k+1) = x(k) + c − f (x ( k ) )

⎛ df ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ dx ⎠

lượng

(k)

và đại

c − f (x ( k ) )

⎛ df ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ dx ⎠

(k)

gọi là sai số lần lặp thứ k Δx(k) => Nhận xét: Phương pháp hội tụ rất nhanh

Ví dụ: Giải phương trình f(x) = x3 – 6x2 + 9x – 4 = 0 x(0) = 6 (0)

⎛ df ⎞ 2 ⎜ ⎟ = 3(6) – 12(6) + 9 = 45 ⎝ dx ⎠ 0 − [(6) 3 ] − 6(6) 2 + 9(6) − 4 x(1) = 6 + = −1.1111 45 tại cuối lần lặp thứ 1: x1(1) = x(0) + Δx(0) = 6 – 1.1111 = 4.8889 Các lần lặp kế tiếp: 13.4431 x(2) = x(1) + Δx(1) = 4.8889 = 4.2789 22.037 2.9981 x(3) = x(2) + Δx(2) = 4.2789 = 4.0405 12.5797 0.3748 x(4) = x(3) + Δx(3) = 4.0405 = 4.0011 9.4914 0.0095 x(5) = x(4) + Δx(4) = 4.0011 = 4.000 9.0126

⎧f1 (x 1 , x 2 ,..., x n ) = c1 ⎪f (x , x ,..., x ) = c ⎪ n 2 Nếu có n phương trình với n ẩn số: ⎨ 2 1 2 ⎪... ⎪⎩fn (x 1 , x 2 ,..., x n ) = c n

Suy ra X(k+1) = X(k) + ΔX(k) ⎛ Δx 1( k ) ⎞ ⎜ ⎟ (k) ⎜ ⎟ Δ x Δc ( k ) Với ΔX(k) = ⎜ 2 ⎟ = ( k ) J ⎜ ... ⎟ ⎜ Δx ( k ) ⎟ ⎝ n ⎠ ⎛ c1 − (f1 ) ( k ) ⎞ ⎟ ⎜ ⎜ c 2 − ( f2 ) ( k ) ⎟ (k) Δc = ⎜ ⎟ ... ⎟ ⎜ ⎜ c − (f ) ( k ) ⎟ n ⎠ ⎝ n

41

⎛ ⎛ ∂f ⎞ ( k ) ⎜⎜ 1 ⎟ ⎜ ⎜⎝ ∂x 1 ⎟⎠ ⎜ (k) ⎛ ∂f2 ⎞ ⎜ J(k) = ⎜ ⎜⎜ ∂x ⎟⎟ ⎜⎝ 1 ⎠ ⎜ ... ( k ) ⎜ ⎛ ∂fn ⎞ ⎟⎟ ⎜ ⎜⎜ ∂ x 1 ⎝ ⎠ ⎝

(k)

⎛ ∂f1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ∂x 2 ⎠ (k) ⎛ ∂f2 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ∂x 2 ⎠ ... (k) ⎛ ∂fn ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ∂x 2 ⎠

... ... ... ...

(k) ⎛ ∂f1 ⎞ ⎞⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ∂x n ⎠ ⎟ (k) ⎟ ⎛ ∂f2 ⎞ ⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎟ là ma trận Jacobian ⎝ ∂x n ⎠ ⎟ ... ⎟ (k) ⎛ ∂fn ⎞ ⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎟ ⎝ ∂x n ⎠ ⎠

II. Phân bố công suất trong lưới điện Phân bố công suất trong lưới điện nhằm quy hoạch, hoạch định kinh tế, dự kiến tương lai,…. Mục đích là tìm giá trị điện áp, góc pha tại mỗi nút và công suất tác động, phản kháng chạy trên mỗi nhánh (|V|, δ,P,Q). có 3 loại nút: ‰ Nút nguồn: Được chọn làm cơ sở khi điện áp và góc pha tại đó biết trước. Nút này cân bằng khác nhau giữa tải tiêu thụ và công suất phát ra do có tổn thất trên lưới điện ‰ Nút phụ tải: Tại đó P, Q của tải được biết, còn điện áp, góc pha chưa biết, còn gọi là nút P - Q ‰ Nút điều chỉnh điện áp: Tại đó, P, V được xác định, góc pha và Q cần được xác dịnh, còn gọi là nút P – V II.1.1. Phương trình cân bằng công suất Ii = yi0Vi + yi1(Vi – V1) + yi2(Vi – V2) + … + yin(Vi - Vn) = (yi0 + yi1 + yi2 + … + yin)Vi – yi1Vi1 – yi2V1 - … - yinVn n

n

j= 0

j=1

Ö Ii = Vi ∑ y ij − ∑ y ij Vj với j ≠ i Ö Công suất tại nút i: Pi + jQi = Vi I *i hay Ii = Î

Pi − jQ i Vi*

n

n

j=1

j=1

Pi − jQ i Vi*

= Vi ∑ y ij − ∑ y ij Vj với j ≠ i

II.1.2. Phương pháp Gauss – Seidel Pi

Vi(k+1) =

Sch

− jQ *

V*

(k)

i

(k)

n

+ ∑ y ij Vj j=1

i

∑y

ij

42

(k)

trong đó (j ≠ i)

Với PiSch – jQiSch: công suất tác dụng và phản kháng (với nút nguồn, PiSch và QiSch có giá trị dương; với nút tải, PiSch và QiSch có giá trị âm ⎧

n

n

⎫

⎩

j= 0

j=1

⎭

Ö Pi(k+1) = Real ⎨Vi *( k ) [Vi ( k ) ∑ y ij − ∑ y ij Vj ( k ) ]⎬ ⎧

n

n

⎫

⎩

j= 0

j=1

⎭

Ö -Qi(k+1) = Image ⎨Vi *( k ) [Vi ( k ) ∑ y ij − ∑ y ij Vj ( k ) ]⎬ (k+1)

Hay:

Pi

(k+1)

Qi

⎫ ⎧ ⎪ *( k ) ( k ) n (k) ⎪ = Real ⎨Vi [Vi + ∑ Yij Vj ]⎬ j=1 ⎪ ⎪ j≠ i ⎭ ⎩ ⎫ ⎧ n ⎪ *( k ) ( k ) (k) ⎪ = -Image ⎨Vi (Vi Yii + ∑ Yij Vj )⎬ j=1 ⎪ ⎪ j≠ i ⎭ ⎩

Có thể dùng thêm hệ số gia tốc α: Vi(r+1)có thể chấp nhận = Vi(r) + α(Vi(r+1) – Vi (r)) Vi(k+1)có thể chấp nhận = Vi(k) + α(Vi(k+1) – Vi (k)) với α = 1.3 ÷ 1.7 Quá trình hội tụ khi so sánh giữa phần thực, phần ảo của điện áp nút giữa các lần lặp sát nhau trong vòng cho phép: | ei(k+1) – ei(k)| ≤ ε và | fi(k+1) – fi(k)| ≤ ε Tính toán dòng chảy công suất và tổn thất: Iij = Il + Ii0 = yij(Vi - Vj) + yi0Vi Iji = -Il + Ij0 = yij(Vj - Vi) + yj0Vj Dòng công suất Sij từ nút i đến nút j và Sji ø từ nút j đến nút i lần lượt là Sij = * ViIij và Sji = VjIji* Tổn thất trên đường dây nối nút i và j là: SLij = Sij + Sji II.1.3. Phương pháp Newton – Raphson giải bài toán phân bố công suất Do hội tụ bậc hai, phương pháp Newton – Raphson thường được dùng. Số lần hội tụ không phụ thuộc vào số nút n

n

Ii = Vi ∑ y ij − ∑ y ij Vj với j ≠ i j= 0

Viết lại: Ii* =

n

∑ Y V với j có thể bằng i j=1

ij

j

Viết dưới dạng cực: Ii =

n

∑Y j=1

ij

Vj ∠θ ij + δ j

Công suất tại nút i: Pi –jQi = Vi* Ii = Vi ∠ − δ i

n

∑Y j=1

ij

Vj ∠θ ij + δ j

Tách riêng phần thực và phần ảo, ta có: Pi =

n

∑V j=1

i

Vj Yij cos(θ ij − δ i + δ j )

(1)

43

n

Qi = - ∑ Vi Vj Yij sin(θ ij − δ i + δ j )

(2)

j=1

Đây là phương trình phi tuyến theo các biến độc lập, điện áp được tính theo đơn vị tương đối, góc pha là rad. Ta có 2 phương trình cho mỗi nút tải cho bởi (1) và (2) và 1 phương trình cho mỗi nút điều khiển điện áp cho bởi (2) Theo phương pháp Newton – Raphson: ⎛ ∂P2 ( k ) ⎜ ⎜ ∂δ ⎛ ΔP2 ( k ) ⎞ ⎜ 2 ⎜ ⎟ ... ⎜ ... ⎟ ⎜ ∂Pn ( k ) ⎜ ΔPn ( k ) ⎟ ⎜ = ⎜ ∂δ 2 ⎜ (k) ⎟ ⎜ ΔQ 2 ⎟ ⎜ ∂Q 2 ( k ) ⎜ ... ⎟ ⎜ ⎜ ∂δ 2 ⎜ (k) ⎟ Δ Q n ⎝ ⎠ ⎜ ∂Q ( k ) ⎜ n ⎜ ∂δ ⎝ 2

... ... ... ... ...

(k)

(k)

∂P2 ∂δ n ... (k) ∂Pn ∂δ n (k) ∂Q 2 ∂δ n (k) ∂Q n ∂δ 2

∂P2 ∂ V2 ... (k) ∂Pn ∂ V2 (k) ∂Q 2 ∂ V2 (k) ∂Q n ∂ V2

... ... ... ... ...

(k) ⎞ ∂P2 ⎟ ∂ Vn ⎟ ⎛ Δδ 2 ( k ) ⎞ ⎟ ... ⎟ ⎜ (k) ⎟ ⎜ ... ⎟ ∂Pn ⎟ ⎜ Δδ ( k ) ⎟ n ∂ Vn ⎟ ⎜ ⎟ Δ V (k) ⎟ ⎜ 2 ⎟ ∂Q 2 ⎟ ⎜ ... ⎟ ∂ Vn ⎟ ⎜ (k) ⎟ ( k ) ⎟ ⎝ Δ Vn ⎠ ∂Q n ⎟ ∂ Vn ⎟⎠

Trong phương trình trên, nút i được coi là nút cơ sở ⎛ ΔP ⎞ ⎛ J1 ⎟⎟ = ⎜⎜ ⎝ ΔQ ⎠ ⎝ J 3

=> ⎜⎜

J 2 ⎞⎛ Δδ ⎞ ⎟ ⎟⎜ J 4 ⎟⎠⎜⎝ Δ V ⎟⎠

Thành phần J1: n ∂Pi = ∑ Vi Vj Yij sin(θ ij − δ i + δ j ) ∂δ i i ≠ j

(3)

∂Pi = − Vi Vj Yij sin(θ ij − δ i + δ j ) với i ≠ j ∂δ j

(4)

Thành phần J2:

n ∂Pi = 2 Vi Yii cos θ ii + ∑ Vj Yij cos(θ ij − δ i + δ j ) ∂ Vi j≠ i

(5)

∂Pi = Vi Yij cos(θ ij − δ i + δ j ) với i ≠ j ∂ Vj

(6)

Thành phần J3:

n ∂Q i = ∑ Vi Vj Yij cos(θ ij − δ i + δ j ) ∂δ i i≠ j

(7)

∂Q i = − Vi Vj Yij cos(θ ij − δ i − δ j ) ∂δ j

(8)

Thành phần J4:

n ∂Q i = −2 Vi Yii sin θ ii − ∑ Vj Yij sin(θ ij − δ i − δ j ) ∂ Vi j≠ i

∂Q i ∂ Vj

= − Vi Yij sin(θ ij − δ i + δ j ) với i ≠ j

(9) (10)

44

Các số hạng ΔPi(k) và ΔQi(k) là sai biệt giữa giá trị tính toán và giá trị đặt sẵn, gọi là sai biệt công suất ΔPi(k) = PiSch – Pi(k) (11) (k) (k) ΔQi = QiSch – Qi (12) Các giá trị mới của điện áp nút: δi(k+1) = δi(k) + Δδi(k) (13) (k+1) (k) (k) | Vi | = | Vi | + Δ| Vi | (14) ™ Như vậy, giải thuật Newton – Raphson như sau: ¾ Đối với nút tải, PiSch, QiSch đã cho sẵn, điện áp và pha tại nút nguồn đặt bằng 1 và 0, suy ra | Vi |(0) = 1.0 và δi(0) = 0. đối với điều chỉnh điện áp, | Vi | và PiSch- cho sẵn, góc pha được cho bằng góc pha của nút nguồn, nghĩa là δi(0) = 0 ¾ Đối với nút tải, Pi(k) và Qi(k) được tính từ (1) và (2) và ΔPi(k) và ΔQi(k) từ (11) và (12) ¾ Đối với nút điều khiển điện áp, Pi(k) và ΔPi(k) tính từ (1) và (11) ¾ Các phần tử của ma trận Jacobian (J1, J2, J3, J4) được tính từ (3), (4), ….,(10) ⎛ ΔP ⎞

⎛J

J ⎞⎛ Δδ ⎞

⎟ trực tiếp bằng phương pháp khử ¾ Giải phương trình ⎜⎜ ⎟⎟ = ⎜⎜ 1 2 ⎟⎟⎜⎜ ⎟ Δ V J J Δ Q ⎝ ⎠ ⎝ 3 4 ⎠⎝ ⎠ Gauss hay thừa số tam giác được sắp xếp tối ưu ¾ Tính toán các giá trị mới của | Vi | và δi từ (13), (14) ¾ Tiếp tục cho đến khi | ΔPi(k) | và | ΔQi(k) | nhỏ hơn một sai số ε cho trước

III. Phương pháp tính phân bố công suất của phần mềm PSS/ADEPT 5.0

Khảo sát mô hình cơ bản giải bài toán phân bố công suất của PSS/ADEPT liệt kê dưới đây. Trong PSS/ADEPT, các bộ phận của lưới điện được chia thành nhiều loại: • Điểm nối (còn gọi là nút bus): là nơi các bộ phận khác trong lưới điện gặp nhau. Điểm nối có thể có hoặc không tương ứng với thiết bị trong thực tế. • Thiết bị nối Shunt tượng trưng cho bộ phận vật lý đặt tại một điểm nối. • Thiết bị nhánh tượng trưng cho bộ phận vật lý tồn tại giữa hai (hay nhiều) điểm nối với nhau. Hệ thống điện đề cập ở đây thường là hệ thống ba pha, và trong PSS/ADEPT mỗi bộ phận trong lưới ba pha bao gồm thông tin cho cả ba pha và có thể thao tác như một bộ phận một pha.

45

Một nút, chẳng hạn như cho ba điểm nối, mỗi điểm có ba pha A, B và C. Tương tự vậy, mỗi nhánh cũng có ba pha (giữa A với B hoặc C) giữa hai nút. Số lượng thực của dây dẫn hoặc pha là thuộc tính của nhánh. Vì thế, một nhánh ba pha có thể tượng trưng cho cả một, hai hoặc ba pha. Thiết bị mắc Shunt, trừ tụ điện mắc Shunt, đều được định nghĩa tương tự như nhánh, cũng có 3, 2, hay 1 pha. III.1.1. Nguồn Bài toán mạng điện giải trong PSS/ADEPT phải có tối thiểu một nguồn ba pha cân bằng. PSS/ADEPT, có thể giải bài toán có nhiều nguồn hoạt động cùng một lúc. Một nguồn được đặt trưng bởi điện áp, tổng trở thứ tự thuận và thứ tự không. Chỉ khi biết được công suất ngắn mạch của nguồn thì mới có thể chuyển sang tổng trở thứ tự thuận và thứ tự không. III.1.2. Dây và cáp Dây nối liền hai nút với nhau và tối thiểu phải có ít nhất một dây pha. Một dây có thể có 1, 2 hoặc 3 dây pha. Dây chuyển vị được đặt trưng bởi tổng trở thứ tự thuận và thứ tự không, và bởi điện nạp thử tự thuận và không. Dây một và hai pha còn được đặt trưng bởi thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp. Dây một pha chỉ có một tổng trở nối tiếp và một thành phần độ dẫn nạp. Khi nhập liệu cho dây một pha, đặt thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp bằng nhau. Dây dẫn hai pha có tổng trở tự cảm Zs và hổ cảm Zm. Khi nhập liệu cho dây hai pha đặt thành phần tổng trở thứ tự thuận và không như cách đặt cho dây ba pha (vd Z1 = Zs – Zm và Z0 = Zs + 2 × Zm). Dây hai pha có hai thành phần độ dẫn nạp, Bs đặc trưng cho mỗi dây dẫn đến đất, Bm đặc trưng cho hai dây dẫn với nhau. Tương tự, rút ra cách làm cho dây ba pha, B1 = Bs + 2 × Bm, B0 = Bs. Cách đơn giản để nhập vào tổng trở/độ dẫn nạp là sử dụng luôn giá trị của dây ba pha; sai số nếu có cũng sẽ rất nhỏ. Hiện nay, dữ liệu cho cáp thường được nhập giống như dây trên không, bằng cách chỉ định thành phần thứ tự thuận và không. Đối với cáp ngầm, thành phần độ dẫn nạp thứ tự thuận và thư tự không thông thường bằng nhau. III.1.3. Máy biến thế PSS/ADEPT mô hình nhiều dạng nối dây máy biến thế gồm: Y-Y, Y-∆, ∆-∆, điều chỉnh điện áp.v.v. Mỗi máy biến áp có thành phần tổng trở thứ tự thuận và không, giá trị này ghi bên ngoài hoặc trong bản hướng dẫn.

46

Thành phần tổng trở thứ tự không đặt trưng cho tổng trở nối đất trong sơ đồ nối dây dạng sao – tam giác. Nếu máy biến thế không có tổng trở nối đất, đặt thành phần tổng trở thứ tự không bằng với thứ tự thuận. Đối với máy biến thế đấu dạng ∆-∆, hoặc dạng Y-∆ bên phần Y nối đất trực tiếp, đặt thành phần tổng trở thứ tự không bằng với thứ tự thuận; PSS/ADEPT khảo sát dòng thứ tự không, dòng thứ tự không nối Shunt qua đất.v.v. Vì PSS/ADEPT quản lý các loại máy biến thế và cách nối dây khác với PSS/U, sẽ có vài thay đổi trong chuyển đổi dữ liệu khi sử dụng file dữ liệu thô raw data (*.dat) giữa các chương trình này. III.1.4. Mô hình máy điện Máy điện đồng bộ và không đồng bộ đêu được mô hình hoá trong PSS/ADEPT. Cả hai loại này đều được thiết kế sẵn cho cả dạng máy phát lẫn động cơ bằng cách chọn đặc trưng thích hợp thông qua công suất thực tổng thể, giá trị âm cho biết là máy phát. III.1.4.1. Máy điện đồng bộ Trong bài toán phân bố công suất, mô hình máy điện đồng bộ trong PSS/ADEPT giữ cố định giá trị điện áp là hắng số bằng với giá trị người dùng đưa vào. Lượng công suất phản kháng phát ra hay thu vào được sử dụng để điều chỉnh điện áp.Nếu lượng công suất yêu cầu của mô hình vượt quá giới hạn khả năng cho phép thì khả năng điều khiển điện áp cũng sé mất theo, và máy điện đồng bộ lúc đó trở thành tải tiêu thụ công suất. Nếu máy điện đồng bộ hoạt động ở dòng lớn hơn dòng định mức, thì nhiệt độ trong đồng và sắt sẽ lần lượt tăng vượt mức theo. Những hạn chế này được đặt tả như là hàm của công suất phản kháng theo công suất thực. Cung tròn từ B đến C, có bán kính bằng công suất định mức của máy điện, biểu thị đạt được dòng định mức ở điện áp định mức. Điểm B biểu thị hệ số công suất định mức của máy điện. Cung từ A đến B biểu thị dòng kích từ định mức của máy điện. Khi máy điện hoạt động trong miền dưới kích từ, tồn tại biên độ từ thông lớn trong lõi sắt. Cung từ C đến D biểu thị giới hạn nhiệt gây ra do từ thông. Đường cong công suất phản kháng dùng để xác định giới hạn công suất phản kháng của máy điện. Giá trị tới hạn lớn nhất và nhỏ nhất lần lượt tương ứng với hai điểm B và C. Tuy nhiên cần lưu ý rằng, giới hạn công suất phản kháng có thể thay đổi tuỳ theo mức công suất thực

47

Khi một máy điện khởi động, nó thể hiện qua tổng trở rotor. Nếu một máy điện đang hoạt động, và có một máy điện khác cũng khởi động, thì máy điện đang hoạt động đó sẽ được mô hình bởi một nguồn ghép sau tổng trở quá độ. Giá trị của điện áp nguồn và góc pha được xác định bằng cách cho chạy chương trình tính toán mạng điện ở điều kiện trước khi đóng khóa nối động cơ vào mạng điện. Trong mô phỏng sự cố ngắn mạch, một máy điện mô hình bởi một nguồn dòng gắn theo sau tổng trở quá độ hay sau quá độ, tuỳ thuộc vào chế độ nào ta muốn khảo sát. Giá trị của nguồn được xác định tương tự như cách làm đối với khởi động động cơ (vd chạy bài toán phân bố công suất trước sự cố). III.1.4.2. Động cơ không đồng bộ Trong khi mô phỏng bài toán phân bố công suất, động cơ không đồng bộ (DCKDB) thể hiện bởi công suất thực nó sử dụng. Lượng công suất phản kháng tiêu thụ và độ trượt được xác định từ mô hình máy điện. Có 5 loại DCKDB trong PSS/ADEPT, tương ứng với các mẫu thiết kế A, B, C, D, và E. Tuy nhiên, nếu DCKDB đi ra bên ngoài vùng có Momem lớn nhất, nó sẽ bị giữ lại. Khi điều đó xảy ra, DCKDB sẽ được biểu thị bởi tổng trở khoá Rotor (locked rotor impedance). Khi một DCKDB khởi động, nó thể hiện qua tổng trở khoá rotor. Nếu một DCKDB đang hoạt động, và có một DCKDB khác cũng khởi động, thì DCKDB đang hoạt động đó sẽ được mô hình bởi một nguồn ghép sau tổng trở, tương tự như trường hợp máy điện đồng bộ. Trong mô phỏng sự cố ngắn mạch, một DCKDB mô hình bởi một nguồn gắn theo sau tổng trở quá độ hay sau quá độ, tương tự như trường hợp máy điện đồng bộ.

Hết chương !

48

CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH

CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH Tính toán ngắn mạch để xác định ảnh hửơng của sự cố trên lưới điện (ví dụ: 1 hoặc nhiều pha chạm nhau, chạm đất, chạm vào cây cối…)

• Tính toán sự cố. • Chuỗi sự cố. - Trong tính toán sự cố, tất cả điện áp, dòng điện nhánh và dòng điện sự cố khi sự cố xảy ra tại một hoặc nhiều nút trên mạng lưới. - Trong tính toán chuỗi sự cố: áp dụng tính toán một chuỗi các sự cố liên tục và riêng lẽ. Tính toán chuổi sự cố cho tất cả các loại sự cố được ứng dụng liên tục và riêng lẽ tại mỗi nút trong toàn hệ thống điện. Tính toán ngắn mạch sẽ sử dụng trạng thái hệ thống trước khi sự cố xúât hiện. Khi không có sự cố, dòng tải sẽ được tìm và điện áp tại các nút trước sự cố được tính. Đối với tải tĩnh thì được quy đổi thành kháng trở không đổi tính theo công súât và điện áp tại nút mà tải được nối.. Máy phát được nối nguồn điện áp nối tiếp một kháng trở, độ lớn và góc của nguồn được xác định từ lời giải dòng tải. Mỗi chương trong phần kiến thức ôn tập gồm 2 chính: phần kiến thức lý thuyết và phầnkiến thức áp dụng triển khai xây dựng thành thuật toán trong phần mềm PSS/ADEPT. Với cách trình bày như vậy sẽ giúp các học viên ôn tập tốt hơn và tiếp thu nhanh các kiến thức trong các phần khác. Sau đây trình bày phần lý thuyết bài toán ngắn mạch.

50

I. Lý thuyết bài toán ngắn mạch I.1. Phương pháp đơn vị tương đối Xét phương trình đơn giản giữa điện áp, dòng điện và tổng trở: E = IZ E, I, Z được tính theo đơn vị Vôn, Ampe và ohm. Chia cả 2 vế của phương trình trên cho cùng một số do đó sự cân bằng không bị phá vỡ, gọi số này là điện áp cơ bản EB: E I.Z = E cb E cb

Xác định dòng điện cơ bản IB và tổng trở cơ bản ZB phụ thuộc vào điều kiện: Ecb = Icb.Zcb suy ra: E I.Z = E cb I cb .Z cb

Cuối cùng, các đại lượng trong đơn vị tương đối được xác định như sau: E Ecb I I ñvtñ = I ∗ = I cb Z Z ñvtñ = Z∗ = Z cb E ñvtñ = E ∗ =

Do đó: Eđvtđ = Iđvtđ.Zđvtđ Lấy phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa công suất, điện áp và dòng điện S = E.I và xác định công suất cơ bản SB theo Vôn, Ampe như sau: Scb = Ecb. Icb Suy ra:

S E I . = Scb E cb I cb

Từ đó, công suất trong đơn vị tương đối S được xác định như sau: Sñvtñ =

Do đó: ™

S Scb

Sđvtđ = Eđvtđ. Iđvtđ

Tính toán trong hệ thống điện một pha:

Đối với hệ thống điện 1 pha hay hệ thống điện 3 pha, dòng điện pha, điện áp pha và công suất mỗi pha được tính như sau: Scb = kVAcb: công suất cơ bản mỗi pha hoặc công suất cơ bản 1 pha Ecb: điện áp pha cơ bản, điện áp 1 pha, tính bằng kV I cb =

kVA cb : Dòng điện dây cơ bản tính bằng A E cb

51

Z cb =

™

1000.E 2cb : Tổng trở cơ bản tính bằng Ω kVA cb

Tính toán trong hệ thống điện 3 pha: Scb = kVAcb: công suất cơ bản 3 pha kVA Ecb: điện áp dây cơ bản, kV I cb =

Z cb =

kVA cb : Dòng điện pha cơ bản tính bằng A 3.E cb

1000.E 2cb : Tổng trở cơ bản tính bằng Ω kVA cb

Tổng trở trong đơn vị tương đối của một thành phần trong mạch được tính như sau: Z ñvtñ =

Z . S cb ( Ω ).( kVA ) = 2 ( kV ) .1000 1000.E cb2

Với: giá trị cơ bản có thể là điện áp pha và công suất 1 pha hoặc điện áp dây và tổng công suất 3 pha. Đổi từ tổng trở trong đơn vị tương đối theo hệ cơ bản đã cho sang tổng trở trong đơn vị tương đối theo hệ cơ bản mới: Z

môùi ñvtñ

=Z

cuõ ñvtñ

⎛ U cbcuõ . ⎜⎜ môùi ⎝ U cb

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

2

⎛ S môùi . ⎜⎜ cbcuõ ⎝ S cb

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

I.2. Tổng trở tương đương Thevenin RTh + jXTh

Node

V

∼

Node

+

-

Full network

Hình 26 Mạch tương đương Thevenin. Tổng trở tương đương Thevenin là tổng trở phức nhìn từ một điểm (nút) về hệ thống.Trong hệ thống tất cả tải và nguồn được thay thế bởi một nguồn áp tương đương nối tiếp với một tổng trở tương đương.

52

Mạch tương đương Thevenin được sử dụng thay thế toàn bộ hệ thống để tính toán ngắn mạch. Trong hệ thống mạng ba pha không đối xứng.Tổng trở Thevenin là một ma trận phức chớ không phải là một số đơn phức tạp.Tương tự điện áp tương đương là một vecto phức thay vì là một số đơn phức. Trong thành phần đối xứng (không, thuận, nghịch) tổng trở tương đương Thevenin cũng là một ma trận phức và điện áp tương đương cũng là một vecto phức. ⎡Z0 Z012 = ⎢⎢ 0 ⎢⎣ 0

0 Z1 0

0⎤ 0 ⎥⎥ V012 = Z 2 ⎥⎦

⎡V0 ⎤ ⎢V ⎥ ⎢ 1⎥ ⎢⎣V2 ⎥⎦

Tỉ số kháng trở và điện trở là một đại lượng quan trọng và có thể tính được trực tiếp từ tổng trở tương đương Thevenin. Thứ tự không: X0/R0 Thứ tự thuận: X1/R1 Thứ tự nghịch: X2/R2 Dòng ngắn mạch Khi tổng trở tương đương Thevenin được xác định ta có thể tính tóan dòng ngắn mạch. Sự cố được biệu diễn bằng tổng trở của chính nó và phần còn lại của hệ thống được thay thế bằng một điện áp nối tiếp với tổng trở tương đương Thevenin. I.2.1.1. Ngắn mạch đối xứng Xét một hệ thống điện n nút vận hành ở tình trạng xác lập Các bước cho việc tính toán ngắn mạch: ¾ Bước 1: Tính điện áp tại tất cả các nút và dòng điện trên các đường dây trước khi xảy ra sự cố thông qua việc tính toán phân bố công suất. Biểu diễn vectơ điện áp nút trước sự cố như sau:

0 Vnuù t

⎡ V10 ⎢ 0 ⎢ V2 =⎢ M ⎢ 0 ⎢ Vk ⎢ V0 ⎣ n

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Giả sử sự cố xảy ra tại thanh cái thứ k qua tổng trở sự cố Zf = Rf + jXf Vectơ điện áp nút khi sự cố được cho bởi công thức: f 0 Vnuù t = Vnuùt + ΔV Với ΔV là vectơ độ lệch điện áp nút do sự cố

¾ Bước 2: Lập ma trận tổng trở thanh cái (nút) của mạng điện:

53

⎡ Z11 L L ⎢ M O Z nuùt = ⎢ ⎢ M Z kk ⎢ ⎣ Z n1 L L ¾ Bước 3: Tính dòng ngắn mạch

Dòng ngắn mạch 3 pha: If =

Z1n ⎤ M ⎥⎥ M ⎥ ⎥ Z nn ⎦

Vr0 Z kr + Z f

Với: Zkr là tổng trở tương đương Thevenin nhìn từ nút sự cố k về hệ thống ¾ Bước 4: Tính điện áp Điện áp nút r khi sự cố: Vrf = Vr0 + ΔVr0 = Vr0 − Z rr I f

Điện áp tại nút i: Vif = Vi0 − Z ir I f (i = 1, 2, …, n)

I.3. Sự cố không đối xứng Tổng trở thứ tự và mạng thay thế của đường dây: I1 Z1 I2 Z2 Io Z0 a/Mạng thứ tự thuận b/Mạng thứ tự nghịch c/Mạng thứ tự zero Hình –Mạng thứ tự của đường dây. Z1=j(Xs -Xm) Z2=j(Xs - Xm) Z0=j(Xs+Xm) Xs –điện kháng tự thân của đường dây Xm –điện kháng tương hỗ của cặp dây dẫn Giả sử đường dây có hoán vị + Kháng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch bằng nhau. + Kháng trở thứ tự không lớn hơn so với thứ tư thuận và nghịch.

54

Tổng trở thứ tự thuận và mạng thay thế của máy điện động bộ: Z1

Z0

Z2 3ZN

Mạng thứ tự của máy phát = jX”d Nếu tinh tóan trong chu ky đầu tiên. Z1 = jX’d Nếu tinh toán ở chu kỳ 3-4. = jXd Nếu tính toán ở chế độ xác lập. Z2 = j

X"q + X"d 2

; Z 2 ≤ Z1

Z og < Z 2 < Z1

Zn-tổng trở máy phát, motor. Tổng trở thứ tự và mạng thay thế của máy biến áp. Z1(Z2) Tổng trở thứ tự thuận và nghịch máy biến áp: Z1 = Z2 = Zleakage Thực tế chúng ta giả sử rằng tổng trở của các mạng thứ tự bằng nhau bất kể loại máy biến áp nào: Z=Z1 = Z2 Mạng thứ tự không phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp: Bảng mạng thứ tự không của các máy biến áp:

55

Hình 27 Sơ đồ thay thế thứ tự không của các loại MBA.

I.4. Xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện Người ta sử dụng mạng thứ tự của những phần tử riêng biệt hệ thống điện khác nhau như động cơ đồng bộ, máy biến áp, đường dây, từ đó xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện một cách dễ dàng. Bắt đầu với mạng thứ tự thuận được xây dựng từ sơ đồ đơn tuyến của hệ thống. Từ mạng thứ tự thuận suy ra mạng thứ tự nghịch dễ dàng.

56

Từ mạng thứ tự không của cac phần tử trong hệ thống điện có thể dễ dàng kết hợp với nhau để hoàn thành sơ đồ mạng thứ tự không của hệ thống. Bất kỳ tổng trở nối trung tính nào gồm cả máy phát, máy biến áp có trung tính đều bằng 3 lần giá trị của nó ở mạng thứ tự không. Đặc biệt cần chú ý đến tổ đấu dây của máy biến áp ở mạng thứ tự không. Từ những mạng trên của hệ thống điện, chúng ta xây dựng ma trận tổng trở

[

][

][

1 2 0 thứ tự thanh cái của mạng: Z bus , Z bus , Z bus

]

Ngắn mạch 1 pha chạm đất: F

a

Ia

b c Zf

Hình 28a ngắn mạch 1 pha chạm đất. 3Vf0 Ia = ( Z kk1 + Z kk 2 + Z kk 0 ) + 3Z f

Ngắn mạch 2 pha: a b c Ib

Ic Zf

Hình 29b ngắn mạch 2 pha chạm nhau. I b = −I c =

− j 3Vf0 Z kk1 + Z kk 2 + Z f

I.5. Sự cố trên đường dây phân phối hình tia: ZS

ZT

ZL

Hình 30 Trạm phân phối và đường dây hình tia

57

Loại sự cố 3PH

Dòng điện sự cố I=

L-L

VF ZS + ZT + ZL + ZF

Ib = -Ic =

1LG

Ia =

− j 3VF 2( Z S + Z T + Z L ) + Z F

3VF 2 Z S + 3Z T + (2 + k 0 )Z L + 3Z F

Trong đó: : điện áp tương đương Thevenin(1÷1,1). : kháng trở tương đương Thevenin của nguồn. : kháng trở máy biến áp. : kháng trở sự cố. : kháng trở đường dây phân phối. 30÷40 Ω cho trường hợp sự cố cực tiểu. 0Ω cho trường hợp sự cố cực đại. k0 : hệ số nhân. VF ZS ZT ZF ZL

Giá trị ước lượng của k0 k0 1 4 4.6

Các điều kiện giữa đất và dây trung tính Đất dẫn điện tốt Dây nối đất cùng cỡ với dây pha Dây nối đất một cỡ nhỏ hơn dây pha

II. Phương pháp tính ngắn mạch của phần mềm PSS/ADEPT 5.0

Khảo sát mô hình cơ bản giải bài toán tính ngắn mạch trong PSS/ADEPT được liệt dưới đây. II.1.1. Nguồn Trong bài toán tính ngắn mạch, các nguồn được xem như có điện áp không đổi và tổng trở phải được xác định rõ. Tổng trở nguồn dựa trên hệ đơn vị cơ bản của hệ thống (kVA). II.1.2. Đuờng dây và cáp Dây nối liền hai nút với nhau và tối thiểu phải có ít nhất một dây pha. Một dây có thể có 1, 2 hoặc 3 dây pha. Dây chuyển vị được đặt trưng bởi tổng trở thứ tự thuận và thứ tự không, và bởi điện nạp thứ tự thuận và không.

58

Dây một và hai pha còn được đặt trưng bởi thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp. Dây một pha chỉ có một tổng trở nối tiếp và một thành phần độ dẫn nạp. Khi nhập liệu cho dây một pha, đặt thành phần thứ tự thuận và không của tổng trở/độ dẫn nạp bằng nhau. Dây dẫn hai pha có tổng trở tự cảm Zs và hổ cảm Zm. Khi nhập liệu cho dây hai pha đặt thành phần tổng trở thứ tự thuận và không như cách đặt cho dây ba pha (vd Z1 = Zs – Zm và Z0 = Zs + 2 × Zm). Dây hai pha có hai thành phần độ dẫn nạp, Bs đặc trưng cho mỗi dây dẫn đến đất, Bm đặc trưng cho hai dây dẫn với nhau. Tương tự, rút ra cách làm cho dây ba pha, B1 = Bs + 2 × Bm, B0 = Bs. Cách đơn giản để nhập vào tổng trở/độ dẫn nạp là sử dụng luôn giá trị của dây ba pha; sai số nếu có cũng sẽ rất nhỏ. Hiện nay, dữ liệu cho cáp thường được nhập giống như dây trên không, bằng cách chỉ định thành phần thứ tự thuận và không. Đối với cáp ngầm, thành phần độ dẫn nạp thứ tự thuận và thứ tự không thông thường bằng nhau. II.1.3. Máy biến áp PSS/ADEPT mô hình nhiều dạng nối dây máy biến thế gồm: Y-Y, Y-∆, ∆-∆, điều chỉnh điện áp.v.v. Mỗi máy biến áp có thành phần tổng trở thứ tự thuận và không, giá trị này ghi bên ngoài hoặc trong bản hướng dẫn. Thành phần tổng trở thứ tự không đặt trưng cho tổng trở nối đất trong sơ đồ nối dây dạng sao – tam giác. Nếu máy biến thế không có tổng trở nối đất, đặt thành phần tổng trở thứ tự không bằng với thứ tự thuận. Đối với máy biến thế đấu dạng ∆-∆, hoặc dạng Y-∆ bên phần Y nối đất trực tiếp, đặt thành phần tổng trở thứ tự không bằng với thứ tự thuận; PSS/ADEPT khảo sát dòng thứ tự không, dòng thứ tự không nối Shunt qua đất.v.v. Vì PSS/ADEPT quản lý các loại máy biến thế và cách nối dây khác với PSS/U, sẽ có vài thay đổi trong chuyển đổi dữ liệu khi sử dụng file dữ liệu thô raw data (*.dat) giữa các chương trình này. II.1.4. Mô hình máy điện Trong tính toán ngắn mạch, máy điện đồng bộ được xem như có điện áp không đổi và có tổng trở. Chúng ta có thể chọn tổng trở quá độ hoặc siêu quá độ tùy theo yêu cầu của chúng ta trong việc tính ngắn mạch. Động cơ không đồng bộ đang hoạt động được biểu trưng như động cơ đồng bộ trong tính ngắn mạch, có nghĩa cũng có điện áp không đổi và tổng trở.

59

II.1.5. Mô hình tải tĩnh Trong PSS/ADEPT, tải tĩnh được mô hình bởi công suất không đổi, dòng không đổi hay tổng trở không đổi. Thêm vào đó, PSS/ADEPT cho phép ta cách chỉ định tải đó có nối đất hay không nối đất. Với loại tải có nối đất: đó là tải có nối dây pha và dây trung tính với nhau. Trái lại, với tải không nối đất: khi nhập vào cho pha A thật ra là nối giữa pha A với pha B, khi nhập vào cho pha B thật ra là nối giữa pha B với pha C, và khi nhập vào cho pha C thật ra là nối giữa pha C với pha A. II.1.6. Tổng trở tương đương Thevenin Tổng trở tương đương Thevenin là tổng trở từ một nút đến hệ thống điện cần tính toán. Trong hệ thống, tất cả các tải và nguồn được thay thế bằng tổng trở tương đương và điện áp tương đương như hình sau:

Hình 31 Tổng trở tương đương Thevenin Trong hệ thống điện 3 pha không cân bằng, tổng trở tương đương Thevenin là một ma trận phức tạp chứ không đơn giản là một số cố định. Điện áp tương đương là dạng vectơ, cụ thể như dưới dây trong hệ thống 3 pha (ABC)

Trong hệ thống đối xứng (012), tổng trở Thevenin cũng ở dạng ma trận và điện áp cững là một ma trận phức tạp:

60

Trong đó các thành phần Z01, Z02, Z10, Z12, Z20 và Z21 thường không quan trọng và bỏ qua. Hệ số tỷ lệ giữa điện kháng và điện trở là một hệ số quan trọng dùng trong việc tính toán tổng trở tương đương Thevenin:

Dòng ngắn mạch: Tổng trở tương đương Thevenin được xác định để tính dòng ngắn mạch và biểu trưng như hình vẽ dưới dây:

Hình 32 Tổng trở tương đương Thevenin Tính toán ngắn mạch theo phương pháp này có ưu điểm là rất nhanh, đặc biệt là trong việc tính toán nhiều loại ngắn mạch khác nhau trên cùng một hệ thống (lưới điện). Chú ý rằng nó không tính được dòng ngắn mạch trong máy biến áp, thiết bị đóng cắt, trên đường dây,… mà chỉ tính được dòng ngắn mạch tại các nút.

Hết chương !

61

CHƯƠNG 4: KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU

CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU Trong thời gian gần đây, do thiếu hụt công suất nguồn, ngành điện thường huy động các đơn vị có máy phát để gia tăng công suất phát. Các phụ tải lớn trong các khu công nghiệp nhà máy cũng là các đối tượng cần quan tâm khi ngưng hay cấp nguồn. Do vậy, bài toán khởi động động cơ cần được quan tâm. Phần mềm PSS/ADEPT là công cụ mạnh giúp chúng ta có thể thực hiện khảo sát đẩy đủ các yêu cầu của bài toán khởi động động cơ. Khi vận hành vận hành mạng điện hình tia hở thì tổn thất năng lượng và chất lượng điện năng luôn kém hơn một lưới phân phối được vận hành kín, hơn nữa khi có sự cố, phạm vi mất điện của lưới phân phối hình tia thường rộng hơn. Để khắc phục các nhược điểm này và tạo tính linh hoạt trong vận hành hở, hầu hết các mạng hình tia được thiết kế liên kết với nhau thông qua các nối tuyến, do đó giảm thiểu được phạm vi và thời gian mất điện trong lúc khắc phục sự cố lưới và phần nào cải thiện chất lượng điện năng. Việc thay đổi các phương thức vận hành hay chuyển tải, chọn lựa và sa thải phụ tải theo yêu cầu của điều độ trung tâm là các yêu cầu cần được thường xuyên giải quyết trong quá trình vận hành. Lưới điện này được vận hành hở (radially) và được liên kết với nhau bằng các nối tuyến thông qua các khóa điện. Các lý do chính để vận hành hở lưới phân phối có thể nêu vắn tắt như sau: -Phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng -Giảm dòng ngắn mạch khi có sự cố trên một tuyến dây gần trạm nguồn -Điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố. Nếu chỉ xem xét giá thành xây dựng mới lưới phân phối thì phương án kinh tế là các lưới hình tia. Vấn đề đặt ra là xác định các trạng thái đóng/cắt của các khoá điện như: Recloser, LBS, DS như thế nào để cực tiểu hoá tổn thất điện năng hay một hàm chi phí F định trước. Tất cả các yêu cầu này có thể được khảo sát thực hiện thông qua phần mềm PSS/ADEPT.

63

I. Khảo sát và tính toán máy điện. Khi dữ liệu bản tên thực tế cho mô hình các máy phát điện và các động cơ là không có sẵn, người sử dụng có thể dùng hướng dẫn sau đây để có dữ liệu điển hình sử dụng trong nghiên cứu.

I.1. Máy điện đồng bộ Giá trị cho trở kháng sau quá độ, X”d, thường từ.1 tới.3 theo kVA cơ bản máy điện. Giá trị thường được dùng cho X”d là.2. Từ giá trị này người sử dụng có thể giã sử tổng trở rotor bị khoá, Xr, trở kháng thứ tự thuận, X1, và trở kháng thứ tự nghịch, X2, sẽ bằng X”d. Trở kháng thứ tự không, X0, cho máy đồng bộ dãy điển hình từ.1 tới.7 giá trị của X”d, giá trị thông thường được dùng là.4 * X”d. Để có các giá trị khác nhau của tổng trở (X0, X1, X2), người sử dụng có thể cho điện trở (R0, R1, R2) của tổng trở bằng zero hay ước tính nó từ tỷ lệ X/R theo hình 1. Các máy được nối đất qua điện trở, giá trị (3* điện trở nối đất) cần phải được chuyển đổi thành đơn vị tương đối p.u. theo kVA cơ bản máy điện và được thêm vào trong R0. Đối vớ hệ thống hkông được nối đất R0 và X0 phải được cài đặt là 999.

I.2. Máy điện không đồng bộ Khi tải đầy và dòng rotor được khoá, X”d có thể được ước tính bởi:

Từ giá trị này của X”d, người sử dụng có thể có các giá trị khác của X như được mô tả trước đây. Nếu người sử dụng không có thông tin này, thì người sử 64

dụng có thể dùng một giá trị của X”d =.2. Để tính toán điện trở trong tổng trở cho các máy không đồng bộ, người sử dụng phải dùng đồ thị được trình bày trong hình 2 cho các tỷ lệ X/R.

THÔNG SỐ ROTOR Các tiêu chuẩn khởi động kVA cho các máy điện cảm ứng. Trên các động cơ tiêu chuẩn (nhiều động cơ không phải tiêu chuẩn) điều này được định nghĩa bởi các ký tự thông số đóng trên bản tên động cơ. Từ giá trị tương ứng SKVA/HP của thông số, có thể xác định dòng tăng cao bởi:

Bảng 1 trình bày một danh sách của các thông số rotor được khoá và dãy tương ứng của SKVA/HP.

Trong thư mục EXAMPLES của PSS/ADEPT, tập tin tự điển động cơ có tên là MOTYP1.MOT, có các tổng trở cho các thông số rotor khác nhau. Nội dung của 65

tập tin này được làm lại trong bảng 2 cho định mức kVA (loại 51 tới 68) và HP (loại 71-88) của máy điện cảm ứng.

Các tổng trở rotor được khoá cho bảng 1 và tập tin MOTYP1.MOT được tính toán theo điều kiện giả thiết sau đây: Hệ số công suất được khoá.3 p.u. Hệ số công suất định mức.88 p.u. Giá trị cao hơn của dãy SKVA/HP cho trong bảng 1. Dùng các giá trị ở trên, tổng trở rotor được khoá được cho bởi:

Chú ý X”d đượcgiả thiết là.2 và các máy không được nối đất cho tập tin MOTYP1.MOT. Nếu người sử dụng được thông tin chính xác hơn về Z0, Z1, và Z2, hãy thay thế chúng.

66

I.3. Tính khởi động động cơ của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 Các mô hình khảo sát cơ bản của chương trình phân tích khởi động động cơ trong PSS/ADEPT gồm: I.3.1. Nguồn Nguồn được mô tả giống như trong phần phân tích ngắn mạch. I.3.2. Máy điện đang hoạt động Máy điện đang hoạt động được mô tả giống như trong phần phân tích ngắn mạch, ngoại trừ là luôn dùng tổng trở quá độ. Khởi động máy điện I.3.3. Khởi động máy điện Khi khởi động động cơ, động cơ đồng bộ được mô hình bởi tổng trở khoá rotor (locked rotor impedance), thường thì sử dụng tổng trở quá độ. Để mô tả tổng trở khởi động phụ, ta có thể thay đổi giá trị tổng trở trong machine dictionary Một máy điện không đồng bộ được mô hình bởi tổng trở khoá rotor (locked rotor impedance). Giá trị tổng trở khoá rotor có thể thay đổi trong bảng thuộc tính máy điện không đồng bộ. Khởi động máy biến thế tự điều chỉnh I.3.4. Khởi động máy biến thế tự điều chỉnh Trong PSS/ADEPT, ta có thể chọn cách khởi động động cơ nối tiếp với máy bíên thế tự đièu chỉnh (khởi động có bù) để hạn chế dòng khởi động, dưới thẻ Startup của bảng thuộc tính máy điện đồng bộ, chọn chức năng Use autotransformer (check vào hộp kế bên) Đối với máy điện đồng bộ, tổng trở của máy biến thế được lấy ra từ Machine Dictionary và không thể chỉnh sửa được. Đối với máy điện không đồng bộ, tổng trở khởi động của máy biến thế được điền trực tiếp trong phần cung cấp. Tổng trở máy biến thế đưa ra là 0.65 dvtd. Giá trị đặt vào thực cho khởi động động cơ nằm trong phần field provided.

67

Hình 33 Hộp thoại thuộc tính và biểu đồ bài toán khởi động động cơ

I.3.5. Các phương pháp tính khởi động động cơ Thường sử dụng hai phương pháp khởi động động cơ: Gia tốc động cơ động và Khởi động động cơ tĩnh. Cả hai phương pháp được thực hiện mô phỏng trong miền thời gian và đều cho bảng báo cáo ở dạng văn bản và đồ thị. Mục đích việc khảo sát khởi động động cơ gồm hai phần: Kiểm tra xem có thể khởi động động cơ trong miền hoạt động đó không và xem nó có cản trở các hoạt động của các tải khác trong hệ thống không.

68

Phương pháp khởi động gia tốc động cơ động và Khởi động động cơ tĩnh khác nhau ở cách ta mô hình động cơ khởi động. Trong khởi động gia tốc động cơ động, một mô hình động được sử dụng trong suốt toàn bộ tiến trình mô phỏng gia tốc động cơ. Trong khảo sát này, ta cần chỉ định moment tải mà động cơ đó phải kéo.

I.3.6. Gia tốc động cơ Trong khởi động gia tốc động cơ động, một mô hình động được sử dụng trong suốt toàn bộ tiến trình mô phỏng gia tốc động cơ. Trong khảo sát này, ta cần chỉ định moment tải mà động cơ đó phải kéo. Vì có sự khác nhau trong cách mô hình hoá việc khởi động động cơ, ta có thể chọn cách khởi động tĩnh nếu như ta quan tâm đến các tác động của việc khởi động động cơ đến các loại tải khác trong hệ thống hay nếu như số liệu của mô hình động không đầy đủ. Mặc Khác, nếu ta quan tâm đến thời gian gia tốc thực hoặc động cơ khởi động được hay không, thì ta nên chọn mô hình gia tốc động cơ động (dynamic motor acceleration) I.3.7. Khởi động động cơ tĩnh Trong phương pháp khởi động động cơ tĩnh, ta ngầm hiểu rằng động cơ luôn khởi động thành công. Ta đưa ra thởi gian gia tốc ở 0% và 100% tải và chương trình sẽ tự động nội suy ra thời gian gia tốc dựa trên hai giá trị này.

69

Trong khoảng thời gian gia tốc, động cơ được mô hình bởi tổng trở lockedrotor, nó thể hiện khả năng mang dòng lớn nhất từ hệ thống và và có tác động to tác nhất đến các tải khác trong hệ thống. Khi đã qua khoảng thời gian gia tốc, động cơ được xem như một tải có công suất không đổi (tính bằng KVA). I.3.8. Khởi động động cơ với khảo sát ổn định quá độ Tính toán khởi động động cơ chính là khảo sảt hoạt động của việc khởi động động cơ và những ảnh hưởng của nó đối với hệ thống, và đơn giản hoá nó bằng các thiết bị khởi động… Tính toán ổn định quá độ có thể mô phỏng quá trình động cơ khởi động, quan tâm đến các tác động động của toàn hệ thống dưới ảnh hưởng của việc khởi động động cơ. Sự khác nhau giữa các đối tượng trong hai cách tính toán dẫn đến việc mô hình hoá khác nhau các phần tử trong hệ thống điện, như trong bảng sau:

I.3.9. Những đặc trưng khác của khảo sát khởi động động cơ Nhiều đặc trưng được sử dụng trong khảo sát khởi động động cơ để đơn giản hoá việc mô hình và phân tích hệ thồng, như: - Một tải tĩnh có thể đóng vào hay ngắt ra lặp đi lặp lại ở bất cứ thời điểm mô phỏng nào. - Một động cơ có thể đóng vào hay ngắt ra lặp đi lặp lại ở bất cứ thời điểm mô phỏng nào

70

- Khóa của động cơ có thể được chỉ định bởi 1 tải riêng hay bus và loại khởi động. Trong quá trình khởi động động cơ, khi đã qua khoảng thời gian gia tốc, động cơ được xem như một tải có công suất không đổi. Mức tải có thể thay đổi theo yêu cầu người sử dụng.

II. Tính toán xác định điểm dừng tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 5.0

II.1. Giới thiệu Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) sẽ phân tích, tính toán, định hình hệ thống hình tia để có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, đóng khóa để hình thành mạng vòng trong hệ thống, tách riêng điện kháng trong mạng vòng và giải hệ thống điện, mở khóa mạng vòng với dòng nhỏ nhất. TOPO thực hiện cho đến khi mở khoá cũng giống như đóng khoá. Nếu quá tải trong quá trình phân tích, thì thuật toán sẽ lưu lại cho đến khi đạt đến điều kiện không có điểm nào quá tải. Nếu trong hệ thống ban đầu có các nhánh quá tải thì hệ thông sau khi giải xong cũng chứa các nhánh quá tải. TOPO tối ưu hoá từng phần hệ thống hinh tia nối với nút gốc. Vì thế, trong tất cả mọi cấu hình mạng hình tia, TOPO định ra cấu hình có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất. Hiện tại, TOPO chỉ tính được cho hệ thống mạng điện hình tia. Nút gốc thường là nút nguồn đầu tiên, nhưng ta có thể chỉ định nút khác bằng cách chọn Network>Properties từ thực đơn chính (Main Menu). Giải thuật điểm dừng tối ưu sử dụng phương pháp heuristic dựa trên sự tối ưu phân bố công suất. Một đặc tính của giả thuật heuristic là nó không thể định ra điểm tối ưu thứ hai, thứ ba được. Thực ra nó cũng không thể chứng minh được lời giải điểm dừng tối ưu là lời giải tốt nhất. Những bằng chứng đưa ra dựa trên việc khảo sát tất cả những khả năng kết hợp các mạng hình tia, nên đây là một số lượng rẩt lớn. Khoá điều khiển TOPO được mô tả trong bảng thuộc tính các khoá. Bẩt kỳ khoá nào, ban đầu đều ở trạng thái mở, và khi đóng thì tạo thành mạng vòng. Nếu chúng không tạo mạng vòng thì hoặc là chúng đứng tách biệt hoặc là nối với một mạng tách biệt. Các khoá không tạo thành mạng vòng sẽ bị chương trình TOPO loại bỏ trước khi phân tích và chương trình chỉ tính cho các khoá có tạo thành mạng vòng khi đóng. Như thế, khoá điều khiển là một bộ phận của lưới điện trên cây nút gốc; các khoá ở các mạng tách biệt sẽ bị loại bỏ.

71

Với các loại tải nhanh (snapshot) và không có nhánh quá tải nào, thì chương trình tính điểm dừng tối ưu hoạt động đơn giản. Bắt đầu với hệ thống hình tia ban đầu, TOPO dóng một trong các khoá điều khiển để hình thành mạng vòng. Thủ tục tối ưu phân bố công suất được thực hiện trong mạng vòng để xác định việc mở khoá nào là tổt nhất và chuyển mạng điện trở về lại dạng hình tia. Tiến trình này tiếp tục cho đến khi khoá mở ra luôn là khoá đã đóng, khi đó TOPO ngừng lại. Kết quả mạng có được là mạng hình tia có tổn hao công suất thực nhỏ nhất. TOPO có thể thực hiện với nhiều tải nhanh (snapshot); và định ra cấu hình mạng điện đơn có tổn hao công suất thực nhỏ nhất trên tất cả các snapshot. Khi đó việc đặt một khoá không thể tối ưu cho bất kỳ tải đặc biệt snapshot nào, nhưng phù hợp cho việc kết hợp các khoá. Khi phân tích cùng lúc nhiều snapshot, TOPO sử dụng tổn thất công suất tác dụng mỗi đồ thị phụ tải với những khoảng thời gian liên quan. TOPO xuất ra bảng tổn thất ban đầu và cuối cùng của mạng điện và số tiền tiết kiệm từ tổn hao đó. Lượng tổn hao tiết kiệm được tính trên đơn vị thời gian là năm và chương trình tính cả năng lượng (tác dụng và phản kháng) và nhu cầu (tác dụng và phản kháng), bằng cách sử dụng giá trị ta chỉ định trong mục Network>Economics từ thực đơn chính (Main Menu).

72

II.2. Thiết đặt thông số kinh tế cho bài toán TOPO Tính kinh tế của mạng điện được sử dụng trong quá trình phân tích để tính chi phí năng lượng và nhu cầu: giá điện, giá năng lượng phản kháng, giá nhu cầu điện, và giá nhu cầu năng lượng phản khán. Để đặt tuỳ chọn kinh tế (economics): Ta chọn Network>Economics. Thông số kinh tế trong bài toán TOPO cũng giống như trong bài toán tính CAPO. Cả 2 bài toán sử dụng cùng những thông số này để tính toán.

II.3. Đặt các tùy chọn cho bài toán TOPO Chọn Analysis>Options, chọn Tag TOPO, ta có hộp thoại sau:

Hình 34 Hộp thoại thiết đặt thông số cho TOPO

Khi ta chọn Consider branch overload limits, TOPO sẽ tính toán cho tất cả các nhánh quá tải trước đó. Trong hộp thoại Option này, ta có thể chọn những đồ thị phụ tải mà ta cần tính toán (đã tạo trong Category).

73

Hiển thị thông tin chi tiết trạng thái các khóa sau khi phân tích.

Hình 35 Kết quả tính toán khởi động động cơ

Hết chương !

74

CHƯƠNG 5: PHỐI HỢP BẢO VỆ

CHƯƠNG 5: THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI Phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảo cho các thiết bị hoạt động một cách nhịp nhàng và hiệu quả. Do vậy chúng ta không thể bỏ qua những nguyên tắc phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ cho dù đó là những nguyên tắc cơ bản nhỏ nhất. Bảo vệ quá dòng cần quan tâm hai phạm vi chính liên quan nhau - Bảo vệ đoạn xuất tuyến cụ thể hay một thiết bị - Bảo vệ toàn bộ xuất tuyến hay hệ thống phân phối. Chính phạm vi thứ hai cần đến sự phối hợp các thiết bị bảo vệ, nhưng ngay cả cách bảo vệ được thiết kế cơ bản cho một máy biến áp đơn giản hay một thiết bị khác, cũng có thể cần có sự phối hợp của hai hay nhiều thiết bị bảo vệ nhằm đảm bảo thích ứng với những loại sự cố khác nhau, để tránh mối nguy hiểm tiềm ẩn có thể xảy ra cho thiết bị và đường dây dẫn lân cận. Việc ứng dụng và phối hợp thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ ảnh hưởng đến tính liên tục của việc cung cấp điện. Điều này có nghĩa là hạn chế bất kỳ việc mất điện do sự cố càng ít nhất và trong thời gian ngắn nhất thì càng tốt. Song song với các điều kiện kỹ thuật, một yếu tố cần phải xét đến trong việc chọn lựa các thiết bị bảo vệ là vấn đề về kinh tế, phải chọn lựa làm sao vừa đủ để bảo đảm kỹ thuật đề ra và chi phí đầu tư (bao gồm chi chí ban đầu mua sắm thiết bị và chi phí dự phòng duy tu bảo dưỡng thiết bị) phải ít tốn kém nhất.

76

I. Các thiết bị bảo vệ I.1. Cầu Chì I.1.1. Giới thiệu. Cầu chì là các thiết bị bảo vệ đơn giản nhất đang dùng để bảo vệ quá dòng trên hệ thống phân phối. Chức năng đầu tiên của cầu chì được sử dụng là các dây chảy rẻ tiền đặt trong mạch điện. Các dây chảy này sẽ mở, ngắt các quá dòng điện và bảo vệ thiết bị tránh quá tải và ngắn mạch. Ngoài ra, các cầu chì còn dùng để phân đoạn đường dây. Hiện nay cầu chì có rất nhiều loại, thuận cho việc chọn các đặc tính vận hành phù hợp như: cầu chì dây chảy, cầu chì tự rơi, cầu chì chân không và cầu chì hạn dòng. Dây chảy có thể chảy đứt ở các thiết bị bảo vệ kiểu bật. Loại thông dụng nhất là thiết bị bảo vệ dạng tự rơi. Các dây chảy là các phần tử được thay thế sau một lần tác động bảo vệ như các cầu chì dùng trong gia đình được thay thế, không ảnh hưởng đến các hộp cầu chì. Thành phần cơ bản của cầu chì dây chảy là một phần tử chảy được chế tạo từ nhiều loại khác nhau để có các đặc tính thời gian - dòng điện (TCC) khác nhau. Một dây chịu lực nối song song với phần tử chảy để chịu lực kéo của dây chảy. Cấu trúc dây chảy sử dụng một đầu dạng nút và một đầu rời được thiết kế để có thể lắp lẫn về cơ khí ở các cầu chì tự rơi hay các thiết bị có sử dụng dây chảy. Quanh phần tử chảy là một ống phụ trợ sinh khí để dập tắt các dòng sự cố nhỏ. Phần tử cầu chì được chế tạo để cắt chính xác, khi dùng một phần tử thiếc để vận hành ở nhịp độ thấp hơn

Dây căng làm giảm độ căng bất thường quá tiêu chuẩn

Ống phụ cung cấp khi để cắt dòng điện nhỏ

Chuôi cấu tạo bằng đồng đổ dễ hàn, dẫn điện và bền hơn

Dây dẫn xoắn để có độ bền và mềm dẻo

Hình 36 Cấu trúc một phần tử

Một số loại dây chảy sử dụng hai phần tử chảy để giảm dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian dài và không làm giảm các dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian ngắn của dây chảy. Các loại này có sự ứng dụng đặc biệt trong các bảo vệ quá dòng. Ngược lại, các dây chảy ở các cầu dao không có phần tử chảy và được chuyển đổi ống chứa dây chảy thành cầu dao cách ly nếu cần thiết.

77

Vành chuôi giữ ống để bảo đảm cắt dòng điện nhỏ

Đầu tròn

Phần tử cầu chì được thiết kế để có đặc tính chịu xung cao, tốc độ thấp

Hình 37 Cấu trúc hai phần tử

Dây dẫn xoắn để có độ bền và mềm dẻo

Ống phụ cấp khí để cắt dòng điện nhỏ

Hình 38 Một loại dây chảy thông dụng

I.1.2. Đặc tính bảo vệ: Đặc tính của một dây chảy được xác định bởi các đặc tuyến dòng điện – thời gian (TCC) của nó. Tổng thời gian cắt là thời gian chảy trung bình với sai số cộng của nhà sản xuất cộng với thời gian dập hồ quang với sai số âm. Trên đường TCC, đặc tuyến chảy nhỏ nhất là khả năng chịu đựng trung bình thấp nhất. Thông thường cầu chì được chế tạo theo tiêu chuẩn ASNI C37.43. Dây chảy loại K tương ứng với loại cắt nhanh và loại T tương ứng với loại cắt chậm, hai loại này đã được tiêu chuẩn hoá. Với loại K, ấn định tỉ số tốc độ là 6 – 8 và loại T là 10 – 13. Tỉ số tốc độ là tỉ số giữa dòng chảy nhỏ nhất tại 0.1s và 300s (hoặc 600s) tùy thuộc vào dòng định mức của dây chảy. I.1.3. Phân loại I.1.3.1. Cầu chì tự rơi Các dây chảy của cầu chì ở lưới phân phối phải điện kèm với thiết bị khác để có sự vận hành phù hợp. Thiết bị tiêu biểu nhất là các cơ cấu tự rơi được sử dụng ở các dạng hộp, dạng hở và dạng dây chảy hở. Các thiết bị này vận hành theo nguyên lý “bật” bởi tác động của dây chảy và một ống dâp hồ quang, cùng với một dây thủy tinh sợi để khử ion hóa khi phần tử chảy của dây chảy bị chảy. Dây thủy tinh sợi sẽ chảy sinh ra các khí khử ion hóa tích lũy bên trong các ống. Hồ quang bị kéo dài, nén lại và được làm nguội trong ống và khí thoát ra ở hai đầu ống mang theo một phần các phần tử hồ quang duy trì.

78

Việc phát sinh hồ quang sau khi dòng đạt giá trị zero sẽ bị ngăn ngừa bởi các khí khử ion hóa và áp suất tăng cao bởi sự chuyển động hỗn loạn của khí. Các nhân tố này nâng cao cường độ cách điện của khe hở không khí trong ống. Khi áp suất cao sau đó đẩy các ion do hồ quang sinh ra còn lại trong ống. Cầu chì tự rơi được chế tạo được chế tạo theo tiêu chuẩn ANSI 37.42.

Hình 39 FCO (Fuse Cut Out)

Cầu chì dạng hộp

LBFCO (Loaded Break Fuse Cut Out)

Hình 40 Một vài cầu chì tự rơi

I.1.3.2. Cầu chì chân không. Dây chảy của loại cầu chì này được đặt trong môi trường chân không. Cấu tạo bên trong gồm các đường dẫn hồ quang, một màng, và vỏ cách điện gốm. Đối với

79

dòng sự cố nhỏ, cần một vài chu kỳ để phục hồi chức năng của dây chảy. Sau đó, các hoạt động tương tự đối với dòng sự cố lớn. Khi xuất hiện dòng sự cố lớn, dây chảy bị bốc hơi ngay lập tức và hình thành plasma dạng hồ quang. Sự sai khác về áp suất đối với chân không hấp thụ các hơi kim loại và các phần tử do hồ quang sinh ra sẽ bám vào thành vỏ. Các đường rãnh hồ quang sẽ hướng các đường dẫn hồ quang, kéo dài trong các rãnh, duy trì hồ quang và dập tắt hồ quang hoàn toàn khi dòng điện qua trị số không. I.1.3.3. Cầu chì giới hạn dòng. Các cầu chì giới hạn dòng là loại cầu chì không bật mà chỉ giới hạn năng lượng đi qua thiết bị nhằm tránh gây hư hỏng thiết bị. Cầu chì giới hạn dòng có ba dạng cơ bản sau: - Cầu chì hạn dòng dự phòng: được sử dụng với một cầu chì loại bật hay một vài thiết bị khác. Do vậy, loại này chỉ có khả năng ngắt dòng đến một giá trị nhất định (thông thường là 500A) - Cầu chì hạn dòng đa năng: có khả năng cắt tất cả các dòng sự cố từ dòng cắt ngắn mạch định mức ngắt xuống đến các dòng gây nên chảy phần tử chảy trong một giờ. - Cầu chì hạn dòng nhiều cấp: có nhiệm vụ cắt tất cả các dòng liên tục (đến dòng cắt định mức). Các dòng này sẽ làm chảy phần tử chảy. Đầu mũ gắn vào ống cầu chì dùng kỹ thuật tạo từ tính trong đó tụ điện có năng lượng lớn phóng điện vào lõi tự tính để tạo lực không đổi quanh chu vi mũ

CẤU TRÚC CHUẨN Đầu tiếp điểm mạ bạc hay thiếc, đồng, đồng thau để dẫn điện và nhiệt tốt Băng bạc tinh chất dung sai 5% để đặc tính chảy chính xác

Vành Êpoxy tăng cường lực giữ đầu mũ CẤU TRÚC PHÓNG ĐẠI

Mạng điện sinh khí để làm nguội khi dây chảy tác động và dễ dập hồ quang ở dòng thấp

Phần tử phụ dây bạc chảy nhanh khi dòng thấp

Điểm giảm nhiệt độ chảy của dây bạc ở dòng thấp

Cát Silic (tính chất 99,5%) trong kết cấu ống thủy tinh, lúc cầu chì hoạt động, phát tán nhiệt năng, hồ quang

Ống chịu nhiệt và áp lực cầu chì tác động

Nút chỉ báo khi nhô ra chứng tỏ cầu chì đã cắt

Hình 41 Các thành phần cơ bản của cầu chì giới hạn dòng loại MCGraw - Edison NX

80

- Cầu chì hạn dòng như giới thiệu ở hình trên, gồm một phần tử chảy bằng một dây bạc hay một băng bạc. Băng được quấn quanh một khung để “mạng nhện” khung này có thể sinh khí hoặc không sinh khí để cắt dòng hồ quang. Cầu chì được nạp đầy cát và đặt trong ống cách điện thường làm bằng sứ, thủy tinh hoặc epoxy. - Vận hành của cầu chì phụ thuộc vào từng loại, tuy nhiên đối với tất cả các loại thì việc ngắt dòng sự cố lớn cơ bản là giống nhau. Dòng sự cố sẽ làm chảy một đoạn dài dây chảy và hồ quang sinh ra làm cho dây chảy bị bật và nung chảy cát tạo thành kênh thủy tinh hạn chế hồ quang. Kênh thủy tinh được tạo thành tức thời này, hạn chế hồ quang bằng việc tăng điện trở. Dòng được giảm xuống và cưỡng bức đến gần giá trị không. I.1.4. Phạm vi ứng dụng của cầu chì I.1.4.1. Cầu chì dây chảy Nếu cầu chì được sử dụng như một thiết bị bảo vệ, sự lựa chọn hoàn toàn phụ thuộc vào đặc tính TCC của cầu chì và phải phối hợp với các thiết bị khác trên lưới phân phối. Hai loại cầu chì thường dùng là loại chậm (T) và loại nhanh (K) được chọn tuỳ thuộc vào quan điểm của nhà thiết kế. Cầu chì loại K có thể giải trừ sự cố nhanh chóng và phối hợp rất tốt với relay công suất ngược. Cầu chì loại T có khả năng chịu đựng được dòng quá độ và dòng xung kích. Tùy theo đặc điểm riêng của mạng điện và quan điểm của nhà thiết kế mà chọn một hoặc cả hai loại trên. Dòng tải cực đại qua cầu chì quyết định sự lựa chọn dòng làm việc liên tục lâu dài. Ngoài ra cũng cần chú ý đến dòng xung kích và dòng tải lúc khởi động nguội. Khi chọn đặc tuyến TCC phải quan tâm đến nhiệt độ trước khi có tải và nhiệt độ môi trường xung quanh. I.1.4.2. Chọn cầu chì tự rơi Đầu tiên chúng ta phải lựa chọn các thông số định mức của cầu chì một cách thích hợp. Căn cứ vào điện áp lưới, cấp cách điện, dòng sự cố cực đại, tỉ số X/R, dòng tải cực đại mà ta ghi nhận được. Từ những thông số này ta có thể xác định loại cầu chì có dòng hoạt động liên tục lâu dài, điện áp định mức, công suất thích hợp. Dòng hoạt động liên tục lâu dài định mức của cầu chì phải được chọn lớn hơn dòng tải cực đại đi qua cầu chì bao gồm cả dòng tải bình thường, dòng quá tải và các thành dòng hài. Điện áp của cầu chì được chọn dựa vào điện áp pha hay điện áp dây, hệ thống nối đấy hay không và theo kiểu nào, mạng điện là một pha hay ba pha.

81

Trong hệ thống không nối đất điện áp định mức cực đại của cầu chì nên chọn bằng hay lớn hơn điện áp dây của hệ thống. Trong hệ thống có nối đất trên các nhánh một pha ta nên chọn điện áp định mức cực đại của cầu chì bằng hay lớn hơn điện áp pha của hệ thống. Dòng ngắt đối xứng định mức nên chọn bằng hay lớn hơn nhiều dòng sự cố cực đại xảy ra tại cầu chì. I.1.4.3. Chọn cầu chì giới hạn dòng Thông thường cầu chì giới hạn dòng được chọn theo điện áp định mức. Chi tiết quan trọng là phải biết được hệ thống thuộc dạng nào. Nếu cầu chì dùng để bảo vệ máy biến áp, cần xác định điện áp cực đại của hệ thống, điều kiện làm việc của cuộn dây máy biến áp, trung tính có nối đất hay không và loại tải như thế nào. Tổng quát, đối với mạch một pha điện áp định mức của cầu chì được chọn lớn hơn nhiều điện áp pha của hệ thống, với mạch ba pha thì phải là điện áp dây. Cầu chì được chọn phải có khả năng phối hợp được với các thiết bị bảo vệ khác trên lưới. Đặc biệt khi có cầu chì dự phòng và một cầu chì tự rơi, cầu chì giới hạn dòng phải đảm trách giải trừ sự cố dòng thấp.

I.2. Máy Cắt và Relay I.2.1. Giới thiệu: Máy cắt (Circuit Breakers) và Relay là một bộ thiết bị luôn đi cùng với nhau về đặc tính thiết bị và các thông số ứng dụng chung bởi các loại Relay thường được dùng phối hợp với máy cắt nhằm thực hiện việc đóng cắt tự động các tiếp điểm của máy cắt trong việc bảo vệ quá dòng. Các vấn đề chính được nêu trong phần này gồm có: phân loại máy cắt và lựa chọn các giá trị định mức cắt thích hợp cùng với kiểu của Relay thường được sử dụng trong việc bảo vệ hệ thống lưới phân phối và đặc tính TCC của chúng. I.2.2. Đặc tính và phân loại máy cắt Máy cắt thường được sử dụng ở các trạm trong các ứng dụng bảo vệ quá dòng của hệ thống lưới điện phân phối. Theo tiêu chuẩn ANIS C37 – 100 thì máy cắt là một thiết bị đóng ngắt cơ khí có khả năng đóng, mang và cắt dòng điện ở điều kiện vận hành bình thường của mạch điện, đồng thời có khả năng đóng, mang trong thời gian xác định và cắt dòng điện trong điều kiện không bình thường của mạch điện như ngắn mạch. Máy cắt có thể cắt, đóng bằng tay hay sử dụng các Relay hoặc các bộ điều khiển điện tử bên ngoài. Do có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn và dòng liên tục cao nên các máy cắt tương đối đắt tiền và cồng kềnh so với các thiết bị bảo vệ hệ thống phân phối khác.

82

Máy cắt có thể phân loại theo môi trường dập hồ quang và phương pháp tích trữ năng lượng. Sự dập tắt hồ quang khi tách tiếp điểm có thể thực hiện theo các dạng sau: a. Dập hồ quang bằng dầu. b. Dập hồ quang bằng chân không. c. Dập hồ quang bằng cách thổi không khí d. Dập hồ quang bằng khí SF6 e. Dập hồ quang bằng không khí kết hợp với từ trường ở các máy cắt trong nhà (ngăn bọc kim loại)

Trong các ứng dụng ở hệ thống phân phối, các máy cắt thường là dầu, chân không hay không khí kết hợp với từ trường. Máy cắt còn có một cơ cấu truyền động dự trữ năng lượng cho phép các tiếp điểm máy cắt đóng lại nhiều lần sau khi nguồn ngoài đã mất điện. Kiểu cơ cấu truyền động dự trữ năng lượng và số lần thao tác đóng mở tương ứng theo tiêu chuẩn ANSI 37.12 – 1982 như sau: a. Không khí nén hay các loại khí khác: Hai lần thao tác đóng / mở. b. Khí nén hay thủy lực: Năm lần thao tác đóng / mở. c. Lòxo nén bằng motor: Một lần thao tác đóng / mở với sự phục hồi của lò xo trong khoảng 10 giây. a. Tủ đóng cắt bằng cầu chì:

Hình 42 Tủ đóng cắt bằng cầu chì Cấu tạo: Tủ được làm bằng thép cấu thành từ 5 khoang và được ngăn cách bởi các vách ngăn kim lọai hoặc cách điện. chiều cao 1600mm, rộng 375mm, sâu 940mm, nặng 120 Kg

83

1. Cầu chì (3 cái rời) bảo vệ dạng ống với chốt tác động lọai UTE hoặc DIN được đặt trên giàn đỡ đóng cắt chắc chắn. 2. Thanh cái: tất cả nằn trên cùng mặt phẳng nằm ngang, do đó cho phép mở rộng trạm trung thế và kết nối với các thiết bị khác. 3. Đầu nối cáp ở đầu dưới của bộ phận gắn cầu chì. Bộ phận này trang bị một dao nối đất khi bộ phận gắn cầu chì được cắt ra. 4. Cơ cấu họat động: là bộ cơ để thao tác giàn đóng cắt chứa 3 cầu chì – nối đất và các chỉ thị tương ứng vị trí của chúng. Bộ cơ này lắp thêm mô tơ (tùy chọn). 5. Khoang hạ áp: Gồm hàng kẹp nếu có mô tơ, cầu chì hạ thế và các thiết bị relay hợp bộ. Nếu cần không gian lớn hơn, có thể lắp đặt thêm một khoang hạ thế trên nóc tủ. 6. Bộ phận dao nối đất. b. Tủ đóng cắt có máy cắt SM6 − Chống sét

0 6

Hình 43 Tủ đóng cắt SM6

c. Tủ đóng cắt có máy cắt RMU-8DJ10 Tủ được làm bằng thép hàn không rỉ và được làm như một hình hộp chữ nhật 1. Nắp có bản lề cho hộp cầu chì. 2. Mặt phía trước cho những thao tác cơ bản. 3. Tấm trùm cho gian chứa cáp. 4. Sơ đồ điện. 5. Tấm vận chuyển.

84

6. Định vị chỉ báo thiết bị nối đất (trái) và ngắt điện (phải). 7. Chỉ thị trạng thái sẵn sàng (có đủ SF6). 8. Đo điện áp 9. Đo điện áp 10. Chỉ thị báo ngắn mạch (màu đỏ xuất hiện) 1. Hộp cầu chì đơn cực. 2. Đầu nối cáp. 3. Hộp chứa SF6. 4. Công tắc 3 vị trí. 5. Cáp. 6. Cáp. 7. Khung. 8. Cơ chế chuyển đổi 3 vị trí. Hình 44 Tủ đóng cắt RMU

Các giá trị định mức của máy cắt Điện áp định mức lớn nhất - Điện áp định mức lớn nhất là điện áp mà máy cắt đã được thiết kế và không được vận hành ở các giá điện áp cao hơn. Hệ số mức điện áp định mức K - K là tỉ số giữa điện áp định mức lớn nhất với giới hạn thấp nhất của mức điện áp vận hành mà ở mức điện áp này cho phép khả năng dòng điện cắt ngắn mạch đối xứng và không đối xứng thay đổi tỉ lệ nghịch với điện áp. Điện áp thử nghiệm chịu đựng định mức tần số thấp - Điện áp chịu đựng ở tần số thấp định mức (khô) là điện áp thử nghiệm một máy cắt mới khi thử nghiệm khô với các điều kiện quy định phải có khả năng chịu đựng trong một phút không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện. - Điện áp chịu đựng ở tần số thấp định mức (ướt) là điện áp thử nghiệm một máy cắt mới khi thử nghiệm ướt với các điều kiện quy định, máy cắt mới loại ngoài trời và các thành phần bên ngoài phải có khả năng chịu đựng trong mười giây không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện. Điện áp thử nghiệm chịu đựng định mức xung - Điện áp thử nghiệm chịu xung định mức bao gồm xung đầy đủ và xung cắt. Một máy cắt mới phải có khả năng chịu đựng cả hai xung trên không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện. 85

Dòng liên tục định mức ở 60Hz - Đây là dòng lớn nhất ở 60Hz mà một máy cắt có thể mang liên tục mà không được vượt quá giá trị nhiệt độ cho phép. Dòng ngắn mạch định mức - Dòng ngắn mạch định mức là khả năng cắt ngắn mạch dòng đối xứng của máy cắt tại điện áp định mức lớn nhất. Điện áp phục hồi quá độ - Tại điện áp định mức cực đại, mỗi máy cắt phải có khả năng cắt các sự cố tại các đầu cực ba pha không nối đất ở dòng ngắn mạch định mức, trong các mạch có điện áp phục hồi quá độ ba pha không nối đất không được vượt quá đường bao điện áp phục hồi. Thời gian cắt ngắn mạch định mức - Thời gian cắt ngắn mạch định mức của máy cắt là khoảng thời gian cho phép lớn nhất từ khi nạp dòng cắt tại điện áp điều khiển định mức đến khi hoàn thành cắt ngắn mạch ở tất cả các pha trong thao tác mở. Dòng điện được cắt phải nhỏ hơn khả năng cắt ngắn mạch của máy cắt vá phải lớn hơn hoặc bằng 25%khả năng cắt không đối xứng của máy cắt ở điện áp định mức lớn nhất. Thời gian cắt trễ cho phép định mức - Thời gian cắt trễ cho phép định mức là giá trị thời gian lớn nhất mà máy cắt có thể mang K lần dòng điện ngắn mạch định mức sau khi đóng và trước khi cắt dòng điện này. Điện áp định mức lớn nhất chia hệ số K - Trong dãy điện áp của máy cắt, định mức cắt ngắn mạch tăng lên khi điện áp giảm xuống và ngược lại, thiết lập nên quan hệ giữa điện áp và dòng điện. Giá trị điện áp thấp nhất nghĩa là định mức dỏng cắt không thay đổi khi sử dụng ở điện áp thấp hơn. Khả năng cắt ngắn mạch đối xứng lớn nhất - Với các sự cố nhiều pha, pha-pha, khả năng cắt ngắn mạch đối xứng yêu cầu là giá trị lớn nhất của thành phần đối xứng của dòng ngắn mạch (tính bằng ampere hiệu dụng ở thời điểm tách hồ quang đầu tiên) mà máy cắt được yêu cầu để cắt ở những điện áp vận hành chỉ định theo chu kỳ thao tác chuẩn và không xét đến thành phần một chiều trong dòng ngắn mạch tổng. Giá trị số học ở một điện áp vận hành nằm trong khoảng 1/K lần điện áp định mức lớn nhất và điện áp định mức lớn nhất được xác định theo công thức sau:

86

Khả năng cắt ngắn mạch đối xứng không vượt quá K lần dòng ngắn mạch định mức. Khả năng mang dòng ngắn hạn 3s - Khả năng mang dòng ngắn hạn là giá trị dòng ngắn mạch hiệu dụng mà máy cắt có khả năng mang trong ba giây. Giá trị hiệu dụng này, được xác định từ đường bao của sóng dòng điện tại thời điểm đỉnh lớn nhất không vượt quá 1.6K lần giá trị dòng ngắn mạch định mức, hay giá trị đỉnh lớn nhất của nó không vượt quá 2.7K lần dòng điện ngắn mạch định mức và giá trị hiệu dụng được xác định trong toàn bộ thời gian 3s không vượt quá K lần dòng ngắn mạch định mức. I.2.3. Relay: Relay là một thiết bị dùng để nhận biết dòng sự cố, định thời gian và đóng trở lại, nói chung là điều khiển việc vận hành của máy cắt. Các Relay là các thiết bị bên ngoài máy cắt và bản thân máy cắt không có khả năng nhận biết được sự cố. Có nhiều loại Relay khác nhau để cảm nhận và đáp ứng sự tương hỗ giữa điều kiện hệ thống và các đại lượng, bao gồm các loại như: Relay quá dòng, Relay quá áp, Relay bảo vệ so lệch, Relay tổng trở, Relay thứ tự pha (bảo vệ ngược nhau…). Relay bảo vệ quá dòng và Relay tự đóng lại hay chung cả hai là hai loại Relay được dùng phổ biến nhất trong việc bảo vệ hệ thống phân phối. I.2.3.1. Relay bảo vệ quá dòng:

Hình 45 Relay bảo vệ quá dòng điện tử (UM30 3 pha, DIN61)

I.2.3.2. Đặc tính TCC: Đặc tính TCC của một Relay quá dòng được đặc trưng bởi một họ các đường cong. Vị trí của mỗi đường cong được xác định bởi sự lựa chọn các nấc đặt và điều chỉnh đòn bẩy thời gian. Các nấc được cài đặt để xác giá trị nhỏ nhất của dòng thứ cấp đầu vào, khi vượt quá giá trị này sẽ gây sự chuyển mạch Relay. Dòng của hệ

87

thống gây chuyển mạch Relay được xác định là dòng cắt nhỏ nhất và được xác định theo công thức sau: Dòng cắt nhỏ nhất = Tỉ số biến dòng (CT) x Mức đặt(TAP) Thời gian cắt được xác định từ mức đặt thời gian. Mức đặt thời gian cao hơn làm cho đĩa quay với khoảng cách lớn hơn nên thời gian cắt lâu hơn. Có nhiều dạng đường đặc tính TCC khác nhau và việc chọn đường nào tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Nhìn chung, các Relay có đặc tính rất dốc và siêu dốc được dùng bảo vệ cho mạng phân phối, vì độ lớn của dòng sự cố thường là hàm của nơi xảy ra sự cốvà ít phụ thuộc vào nguồn phát và điều kiện điện áp, nó cho phép phối hợp rất tốt các cầu chì và Recloser, cung cấp bổ sung khả năng đột biến tải sau khi mất điện thời gian dài. Các Relay có đặc tính dốc và ít dốc, nói chung được áp dụng khi độ lớn dòng sự cố là hàm của điều kiện nguồn phát ở thời điểm sự cố. Các Relay ngắn hạn dốc được áp dụng để bảo vệ các thiết bị như các bộ nguồn chỉnh lưu khi cần cân nhắc đến sự cắt nhanhnhưng không quá nhanh như cắt tức thời. Các Relay dài hạn dốc dùng bảo vệ motor chống quá tải khi không thể ứng dụng thiết bị nhiệt. I.2.3.3.

Cắt tức thời:

Relay quá dòng có hệ thống cắt tức thời bằng cơ khí được hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Giá trị dòng cắt nhỏ nhất được điều khiển bằng một nút bên trong ống dây. Những nấc điều chỉnh tinh được điều khiển bởi những phần tử tức thời khác nhau. Dòng cắt nhỏ nhất là một hàm của dòng thứ cấp và mức đặc, được xác định theo công thức sau: Dòng cắt nhỏ nhất = Tỉ số biến dòng x trị số của nấc cài đặt tức thời Nên chọn tỉ số biến dòng sao cho dòng liên tục (kể cả trong trường hợp khẩn cấp) không vượt quá giá trị định mức của biến dòng. Thông thường chọn tỉ số 1.25 đến 1.5 lần dòng tải đỉnh để chấp nhận các tình huống tăng tải khẩn cấp. I.2.3.4. Sự khôi phục Một đặc tính quan trọng cuối cùng của đặc tuyến TCC của Relay là có được sự khôi phục. Khôi phục là trạng thái của Relay khi toàn bộ các đáp ứng đầu vào được thực hiện đầy đủ sau khi xảy ra sự cố. Khi đó đĩa quay trở về trạng thái cái đặt ban đầu. Thời gian khôi phục đĩa của Relay điện cơ được quy định do nhà sản xuất và nó rất quan trọng trong việc phối hợp với Relay tự đóng lại. 88

I.2.3.5. Relay tự đóng lại Relay tự đóng lại chỉ có thêm chức năng định thời khi máy cắt mở và gởi tín hiệu đã định trước này để đóng máy cắt. Có hai loại Relay đóng lại: Relay định thời bằng động cơ đồng bộ và Relay định thời bằng điện tử.

I.3. Recloser I.3.1. Giới thiệu chung: Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) là thiết bị hợp bộ chứa trong đó một mạch cần thiết để cảm nhận được quá dòng, thời gian xảy ra quá dòng, ngắt được quá dòng và tự động đóng lại để kích hoạt lại đường dây. Nếu sự cố là vĩnh cửu thì Recloser sẽ cắt hẳn sau ba hay bốn lần đóng lại và vì vậy sẽ cách ly phần bị hư hỏng khỏi các phần chính của hệ thống. Làm việc với hiệu quả cao, nhằm phần nào giúp phát hiện, thu hẹp và cô lập khu vực sự cố ra khỏi hệ thống đáp ứng được tính liên tục của hệ thống điện. Do hầu hết sự cố là tạm thời (70 – 80%) và kéo dài trong vài chu kỳ đến một vài giây. Recloser với khả năng cắt và tự động đóng lại sẽ loại trừ việc kéo dài mất điện trên đường dây phân phối do sự cố ngắn mạch tạm thời hay các trường hợp quá dòng quá độ. I.3.2. Phân loại: Recloser được phân loại dựa vào các yếu tố sau: Recloser một pha hay ba pha. Recloser điều khiển bằng thủy lực hay bằng mạch điện tử. Recloser ngắt trong môi trường dầu hay chân không. I.3.2.1.

Recloser một pha

a. Chức năng:

Recloser một pha dùng để bảo vệ cho các đường dây một pha hoặc một nhánh rẽ của đường dây ba pha. Có thể dùng để bảo vệ cho hệ thống ba pha mà các nhành rẽ của hệ thống phần lớn là tải một pha. Do vậy, khi có sự cố pha-đất vĩnh cữu xảy ra thì Recloser chỉ cắt pha đó và duy trì hai pha còn lại của hệ thống. Tuy nhiên loại này hiện nay rất ít dùng vì không kinh tế, xu hướng hiện nay dùng Recloser ba pha.

89

b. Cấu tạo Recloser một pha:

Hình 46 Cấu trúc bên ngoài và bên trong của Recloser một pha dập hồ quang bằng dầu

Hình 47 Cấu trúc bên ngoài và bên trong của Recloser một pha dập hồ bằng chân không

I.3.2.2. Recloser ba pha: Recloser ba pha được dùng để cắt sự cố vĩnh cửu ở cả ba pha hoặc chỉ một pha của tải ba pha. Recloser ba pha có hai chế độ hoạt động: cắt một pha/cắt hẳn ba pha và cắt ba pha/cắt hẳn ba pha. Loại cắt một pha/cắt hẳn ba pha thường được sử dụng với ba thiết bị Recloser một pha đặt trong một thùng với liên động cơ khí. Mỗi pha thao tác độc lập đối với cắt quá dòng và đóng lại. Nếu một pha nào đó thao tác đến tình trạng cắt hẳn, thì một thanh truyền động cơ khí sẽ cắt hai pha còn lại, mở và khoá chúng ở vị trí mở, nhờ vậy ngăn ngừa các tải ba pha có điện không đủ ba pha. Tất cả các Recloser ba pha còn lại thao tác theo phương thức cắt ba pha/cắt hẳn ba pha. Khi bất cứ sự cố nào xảy ra, tất cả các tiếp điểm đều mở tức thời cho 90

mỗi thao tác cắt ba pha. Ba pha được nối cơ khí đối với thao tác cắt và đóng lại và được truyền động bởi một cơ cấu duy nhất.

Hình 48 Recloser ba pha

I.3.2.3.

Recloser điều khiển bằng thủy lực

Recloser điều khiển bằng thủy lực là một bộ phận trong tổng thể của các loại Recloser, cảm nhận một quá dòng bởi các cuộn dây cắt nối tiếp đấu nối tiếp với đường dây. Khi dòng điện vượt quá dòng điện cắt nhỏ nhất, của cuộn dây, chạy qua cuộn dây thì một piston được hút vào cuộn cắt, mở các tiếp điểm của Recloser. Sự định thời gian và định chu trình được thực hiện bởi sự bơm dầu qua một buồng thủy lực độc lập. Một trong hai phương pháp đóng tiếp điểm được sử dụng ở Recloser điều khiển bằng thủy lực, một pha định mức đến 280A và ba pha định mức đến 200A là các tiếp điểm được đóng bởi các lò xo bị nén do sự di chuyển của piston ở cuộn dây cắt nối tiếp trong thao tác cắt quá dòng điện. Ở Recloser định mức từ 560A trở lên và ba pha định mức từ 400A trở lên, năng lượng đóng được cung cấp từ một cuộn đóng độc lập lấy điện từ biến điện áp ở phía nguồn của Recloser. Một sự lắp đặt cuộn đóng tùy chọn có thể được sự dụng để đóng từ nguồn bên ngoài 120 hay 240 VAC I.3.2.4. Recloser điều khiển bằng điện tử: Phương pháp điều khiển Recloser bằng điện tử thì linh động hơn, dễ dàng điều chỉnh và kiểm tra, có độ chính xác cao hơn phương pháp điều khiển bằng thủy lực. Nhờ có tủ điều khiển nằm độc lập bên ngoài Recloser, bộ điều khiển bằng điện tử cho phép thay đổi các đặc tính TCC, các mức dòng cắt và trình tự tác động một cách thuận lợi và dễ dàng hơn mà không cần phải cắt điện hay lấy Recloser ra khỏi 91

thùng. Một phạm vi điều chỉnh rộng, có thể thay đổi các chức năng cơ bản nhằm giải quyết vấn đề phức tạp. I.3.2.5. Kiểu buồng dập hồ quang Recloser sử dụng dầu hay chân không làm môi trường dập hồ quang. Khi sử dụng dầu, dầu này dùng cho cả dập hồ quang lẫn cách điện cơ bản. Vài loại Recloser với bộ điều khiển thủy lực cũng sử dụng dầu này cho chức năng định thời gian và chức năng đếm. Dùng chân không làm môi trường dập hồ quang có thuận lợi, giảm bảo dưỡng và tác động bên ngoài. Các Recloser chân không có thể dùng dầu hay không khí như là môi trường cách điện cơ bản. I.3.3. Vị trí lắp đặt Recloser Recloser có thể đặt bất cứ nơi nào trên hệ thống, nơi mà các thông số định mức của Recloser thỏa mãn các đòi hỏi của hệ thống. Những vị trí hợp lý có thể là: - Đặt ngay tại trạm như là thiết bị bảo vệ chính của hệ thống. - Trên đường dây chính nhưng cách xa trạm để phân đoạn các đường dây dài và vì vậy ngăn chặn sự cố đến toàn bộ hệ thống khi có sự cố tại cuối đường dây. - Trên các nhánh rẽ của đường dây chính nhằm bảo vệ đường dây chính khỏi các sự cố trên các nhánh rẽ. I.3.4. Các thông số chính của Recloser Có sáu thông số chính cần quan tâm để sử dụng Recloser một cách thích hợp: * Điện áp hệ thống. * Dòng sự cố lớn nhất tại nơi lắp đặt Recloser. * Dòng tải lớn nhất. * Dòng sự cố nhỏ nhất trong phạm vi được bảo vệ bởi Recloser. * Phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác ở phía nguồn và tải của Recloser. * Cảm nhận sự cố chạm đất.

II. Phối hợp các thiết bị bảo vệ II.1. Cơ sở phối hợp: Nguyên tắc đầu tiên đó là các thiết bị phải được mắc nối tiếp sao cho phạm vi bảo vệ của chúng nối tiếp nhau, để khi sự cố xảy ra, thiết bị bảo vệ gần sự cố nhất

92

phải tác động bảo vệ, trước các thiết bị đặt phía trước và các thiết bị bảo vệ dự phòng. Sự phối hợp các thiết bị được lắp đặt và lựa chọn phải phù hợp theo các quy luật cơ bản sau về bảo vệ hệ thống phân phối. * Tạo cho tất cả các sự cố thành sự cố thoáng qua, vì phần lớn sự cố là sự cố thoáng qua chiếm từ 70% đến 80%. * Chỉ cắt điện hẳn đối với sự cố vĩnh cữu. * Phạm vi mất điện do sự cố phải là phần nhỏ nhất của đường dây bảo vệ.

II.2. Các phương pháp phối hợp giữa cầu chì với cầu chì: II.2.1. Giới thiệu Phối hợp giữa cầu chì với cầu chì cũng tuân theo ba nguyên tắc đã nêu ở phần trên. Khi sự cố xảy ra hai hay nhiều cầu chì có thể tác động vì một sự cố. Một quy tắc được chấp nhận đối với phối hợp dây chảy cầu chì là thời gian cắt lớn của dây chảy bảo vệ không được vượt quá 75% thời gian chảy nhỏ nhất của dây chảy được bảo vệ. Điều này đảm bảo dây chảy sẽ ngắt và xóa cố trước lúc dây chảy dự phòng (được bảo vệ) bị hư hại bằng bất cứ cách nào. Có ba phương pháp có thể dùng trong phối hợp giữa cầu chì với cầu chì: * Phương pháp ứng dụng những đặc tuyến TCC. * Phương pháp dùng bảng phối hợp. * Phương pháp phối hợp theo kinh nghiệm (theo quy luật xếp lớp). Trong ba phương này phương pháp ứng dụng những đặc tuyến TCC là phương pháp chính xác nhất và phải được dùng trong những vùng phối hợp tới hạn (những vùng cần bảo vệ chính xác). Phương pháp dùng bảng được rút ra từ sự phối hợp phương pháp TCC nên tương đối chính xác và có thể dùng trong những tình huống lặp lại. Phương pháp phối hợp theo kinh nghiệm là ít chính xác nhất và sẽ đạt được sự phối hợp trong một số ứng dụng giới hạn. II.2.2. Các phương pháp phối hợp giữa cầu chì với cầu chì II.2.2.1. Phương pháp phối hợp dùng đặc tuyến TCC Trong nhiều trường hợp, sự phối hợp toàn hệ thống dựa vào các đặc tuyến TCC cho một kiểu cầu chì đặc trưng (K, T, N, …) xuyên suốt toàn hệ thống. Như vậy, việc phối hợp phần nào được đơn giản hóa.

93

Khi sử dụng dây chảy làm thiết bị bảo vệ, sự phối hợp cần bảo vệ là dây chảy dự phòng của phía nguồn không bị ảnh hưởng gì khi sự cố xảy ra ở vùng dây chảy bảo vệ phía tải. Các yếu tố cần quan tâm để thực hiện điều này là: * Sai số của thiết bị * Nhiệt độ môi trường xung quanh * Các hiệu ứng khi có tải * Các hiệu ứng trước khi sự cố xảy ra Thông thường, nên dùng một yếu tố hạ định mức khoảng 75% hơn là đi sâu phân tích chi tiết những yếu tố này. Điều này giúp chúng ta đạt được sự phối hợp như mong muốn (và ngăn ngừa những tổn hại cho dây chảy dự phòng) bằng cách chọn thời gian cắt điện tối đa của dây chảy bảo vệ không lớn hơn 75% thời gian chảy nhỏ nhất của dây chảy dự phòng. Sai số của thiết bị trong các các đặc tuyến TCC thường tự động xem xét theo TCC chuẩn. Đơn giản là dựa vào vùng bảo vệ của các đặc tuyến và so sánh dòng cắt tối đa của dây chảy bảo vệ với dòng chảy tối thiểucủa dây chảy được bảo vệ. Các TCC được trình bày dựa trên một nhiệt độ môi trường xung quanh là 25oC. Nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn sẽ giảm thời gian chảy và ngược lại giảm nhiệt độ sẽ tăng thời gian chảy. Do nhiệt độ biến động hàng ngày và hàng năm nên chúng ta có thể xây dựng một dãy dựa trên nhiệt độ hàng năm lớn nhất và nhỏ nhất. Aûnh hưởng của dòng tải trước đó, theo mức độ dòng điện chạy qua dây chảy sẽ làm tăng nhiệt độ dây chảy và do đó giảm thời gian chảy. Các ảnh hưởng của hiệu ứng trước sự cố rất khó xác định, mức độ mà đặc tính xóa sự cố của cầu chì có thể bị ảnh hưởng khi dòng điện tiếp cận mức chảy nhỏ nhất của đặc tuyến TCC. Để tránh các ảnh hưởng của sự hư hại trước, trong bất kỳ trường hợp nào dây chảy dự phòng không được phép có dòng điện trong phạm vi 90% cuả đặc tuyến chảy nhỏ nhất của nó đi qua. Ví dụ về phối hợp giữa các cầu chì: Cho sơ đồ như hình vẽ. Giá trị dòng ngắn mạch cực đại và dòng tải được cho trên sơ đồ. Các cầu chì sử dụng đều là loại K.

94

Hình 49 Sự phối hợp giữa cầu chì với cầu chì

II.2.2.2. Phương pháp tra bảng Trong một số trường hợp, việc phối hợp giữa các cầu chì là quá trình lặp đi lặp lại, các đặc tuyến TCC chồng lặp lên nhau sẽ rất khó khăn trong việc phối hợp. Nếu có một hệ số thích hợp được như là một đặc trưng của hệ thống và xác định được dòng sự cố qua các cầu chì thì việc dùng bảng tra để phối hợp sẽ dễ dàng hơn, tuy nhiên độ chính xác sẽ kém hơn so với phương pháp phối hợp dùng đặc tuyến TCC. Các bảng trình bày sau đây là các loại K và T của EEI-NEMA có thời gian ngắt lớn nhất của cầu chì bảo vệ không lớn hơn 75% thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì dự phòng tại dòng sự cố cực đại. Bảng 1: Dây chảy loại K EEI-NEMA Dòng định mức dây chảy (A) 6K 8K 10K 12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K 65K 80K 100K 140K

Dòng định mức dây chảy (A) 8K 10K 12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K Bảo vệ dòng sự cố lớn nhất được cung cấp bởi dây chảy bảo vệ (A) 190 350 510 650 840 1060 1340 1700 210

65K

80K

100K

140K

200K

2200

2800

3900

5800

9200

440

650

840

1060

1340

1700

2200

2800

3900

5800

9200

300

540 320

840 710 430

1060 1060 870 500

1340 1340 1340 1100 660

1700 1700 1700 1700 1350 850

2200 2200 2200 2200 2200 1700 1100

2800 2800 2800 2800 2800 2800 2200 1450

3900 3900 3900 3900 3900 3900 3900 2500 2400

5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 5800 4500 2400

9200 9200 9200 9200 9200 9200 9200 9200 9200 9200 9100 4100

95

Bảng 2: Dây chảy loại T EEI-NEMA Dòng định mức dây chảy (A) 6T 8T 10T 12T 15T 20T 25T 30T 40T 50T 65T 80T 100T 140T

Dòng định mức dây chảy (A) 8T 10T 12T 15T 20T 25T 30T 40T 50T 65T Bảo vệ dòng sự cố lớn nhất được cung cấp bởi dây chảy bảo vệ (A) 350

680 375

920 800 530

1200 1200 1100 680

1500 1500 1500 1280 730

2000 2000 2000 2000 1700 990

2540 2540 2540 2540 2540 2100 1400

3200 3200 3200 3200 3200 3200 2600 1500

4100 4100 4100 4100 4100 4100 4100 3100 1700

80T

100T

140T

200T

5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 3800 1750

6100 6100 6100 6100 6100 6100 6100 6100 6100 4400 2200

9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 7200 4000

15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 15200 13800 7500

II.2.2.3. Phương pháp phối hợp theo kinh nghiệm. Phối hợp theo kinh nghiệm được thiết lập để phối hợp các dây chảy cầu chì EEI-NEMA có cùng loại và cấp, chẳng hạn dủng dây chảy khuyến khích loại T với dây chảy khuyến khích loại T hoặc dây chảy không khuyến khích loại K với dây chảy không khuyến khích loại K. Dây chảy loại K có thể được phối hợp thỏa mãn giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm lên đến giá trị dòng 13 lần định mức của dây chảy bảo vệ. Dây chảy loại T có thể được phối hợp thỏa mãn giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm lên đến giá trị dòng 24 lần định mức của dây chảy bảo vệ. Những ứng dụng như thế mang lại hệ số an toàn đến 75% hay lớn hơn. Các định mức khuyến khích loại T:6, 10,15, 25, 40, 65, 100, 140, 200. Các định mức không khuyến khích loại T:8, 12, 20, 30, 50, 80. Tuy nhiên, phương pháp này rất ít được sử dụng vì độ chính không cao và đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm trong việc phối hợp. II.2.2.4. Một số loại phối hợp giữa cầu chì với cầu chì Như đã trình bày tất cả các sự phối hợp giữa cầu chì với cầu chì đều tuân theo nguyên tắc là cầu chì bảo vệ tác động trước khi cầu chì dự phòng tác động. Hệ số 75% được xem là thích hợp để đảm bảo sự phối hợp. Tuy nhiên hệ số này có thể hiệu chỉnh khi xem xét từng hệ thống cụ thể. Một số kiểu phối hợp như sau: * Phối hợp cầu chì hạn chế dòng phía nguồn và cầu chì bật phía tải. * Phối hợp cầu chì hạn chế dòng phía tải và cầu chì bật phía nguồn. 96

* Phối hợp hai cầu chì hạn chế dòng. II.2.3. Cầu chì cho máy biến áp II.2.3.1. Giới thiệu Sơ đồ bảo vệ quá dòng hoàn chỉnh dành cho máy biến áp phải được thực hiện những yêu cầu sau. * Bảo vệ được hệ thống từ những sự cố máy biến áp. * Bảo vệ máy biến áp từ những quá tải trầm trọng. * Cách ly máy biến áp ra khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt và giới hạn những tác động có thể xảy ra ở đó. * Chịu được những quá tải trong thời gian ngắn mà không bị hư hỏng. * Chịu được dòng đột biến và dòng tăng cao tải lạnh. * Chịu được sự phá hoại do các xung sét. Các thiết bị sẵn có dành cho bảo vệ quá dòng máy biến thế bao gồm: cầu chì, thiết bị ngắt mạch, Recloser, các buồng cắt sự cố và máy cắt. Thông thường, sự lựa chọn các thiết bị bảo vệ máy biến áp sao cho kinh tế nhất hoặc kết hợp để mang lại sự bảo vệ thích hợp đối với từng loại phụ tải và trong hầu hết các ứng dụng cầu chì được xem là tiện lợi nhất. Để hiểu thấu đáo hơn về vấn đề phối các thiết bị, cần tham khảo thêm các phần phối hợp giữa cầu chì và Recloser và giữa Relay với cầu chì ở các phần sau. II.2.3.2. Nguyên lý bảo vệ máy biến áp dùng cầu chì Việc đầu tiên khi bảo vệ máy biến áp dùng cầu chì là phải nghiên cứu các nguyên lý về sử dụng cầu chì. Nhìn chung, tỉ số dây chảy có thể tính toán bằng cách chia dòng chảy nhỏ nhất của dây chảy cho dòng đầy tải của máy biến áp. Nếu sử dụng tỉ số cao, nó sẽ bảo vệ hệ thống tránh khỏi sự hư hỏng máy biến áp nhưng nó đồng thời tạo ra sự giới hạn của bảo vệ quá tải. Còn tỉ số này thấp thì sẽ bảo vệ được quá tải lớn nhất nhưng cầu chì sẽ bị hư hỏng khi dòng điện tăng cao trong thời gian dài hay dòng xung. Những yếu tố tốt nhất được xem xét khi sử dụng cầu chì bảo vệ cho máy biến áp bao gồm tính liên tục cấp điện, hư hỏng máy biến áp do quá tải, phối hợp cầu chì máy biến áp với thiết bị phân đoạn, các ảnh hưởng của dòng điện tràn, dòng tăng cao do tải lạnh.v.v… Dòng điện tràn (inrush currents) là dòng quá độ xảy ra khi một máy biến áp được khởi động. Các dòng này phụ thuộc nhiều vào từ dư trong lõi thép tại một thời điểm đưa sóng điện áp vào máy biến áp. Để chịu đựng được các dòng đột biến này,

97

một cầu chì phải chịu được 25 lần dòng đầy tải trong thời gian 0,01 giây và 12 lần dòng đầy tải trong 0,1 giây. Sự tăng cao do tải lạnh xảy ra khi đóng điện trở lại sau thời gia mất điện. Sự gia tăng này khác nhau, phụ thuộc vào hệ thống điện. Đặc tuyến của cầu chì được chọn phải chậm hơn đặc tuyến dòng điện tràn nếu có được đặc tuyến này. Điện áp do sét đánh có thể làm bảo hòa lõi thép máy biến áp, gây ra dòng điện tràn. Trong trường hợp này, những kinh nghiệm thực tế sẽ được áp dụng tốt nhất vì việc phân tích là rất phức tạp. Nói chung, nếu việc hư hỏng do sét đánh là vấn đề lớn thì các loại cầu chì có kích thước lớn sẽ được áp dụng tốt nhất. II.2.3.3. Các loại cầu chì dùng bảo vệ máy biến áp Có rất nhiều loại cầu chì có thể dùng cho việc bảo vệ máy biến áp, đơn giản như là loại đặt bên trong máy biến áp có cỡ nhỏ. Loại này có chi phí lắp đặt thấp nhưng lại hạn chế khả năng cắt ngắn mạch. Nó không thể thay thế và thường phải dùng chung với máy cắt thứ cấp. Loại cầu chì tự rơi đặt bên ngoài, là sư lựa chọn tiếp theo, có tính kinh tế và có các ưu điểm dễ dàng phục hồi bảo vệ. Tuy nhiên, nó sẽ không cung cấp việc bảo vệ hạn chế dòng tránh sự hư hại nghiêm trọng của máy biến áp. Loại cầu chì hạn chế dòng đặt ở sứ đầu vào hoặc đặt bên ngoài là sự lựa chọn đắt tiền nhất và các cầu chì phải được thay thế sau mỗi sự cố. Tuy nhiên, loại cầu chì này không có bất kỳ sự nguy hiểm do phối hợp sai hay thay thế các dây chảy không phù hợp. Nó cũng bảo vệ được các hư hỏng nặng đối với máy biến áp. Phối hợp một cầu chì hạn dòng với một cầu chì tự rơi có chi phí lắp đặt cao hơn nhưng thuận lợi chỉ có dây chảy kiểu tự rơi phải thay thế khi có sự cố dòng thấp. Đây là giải pháp có tính ưu việt nhất.

II.3. Phối hợp Recloser với cầu chì II.3.1. Các nguyên tắc phối hợp Recloser Recloser là thiết bị bảo vệ quá dòng thường được sử dụng khi sự cố được xem như là thoáng qua. Để ứng dụng Recloser trên lưới phân phối cho phù hợp, cần xem xét nguyên tắc phối hợp cơ bản sau: 1. Các thiết bị phía tải phải xóa sự cố tạm thời hay vĩnh cữu trước khi thiết bị phía nguồn cắt mạch (cầu chì) hay vận hành cắt hẳn (Recloser). 2.Sự cắt điện do sự cố vĩnh cữu phải được hạn chế để chỉ ảnh hưởng đến phần nhỏ nhất của hệ thống.

98

Các nguyên tắc này ảnh hưởng đến sự chọn lựa đặc tuyến bảo vệ và trình tự hoạt động của cả thiết bị phía nguồn, phía tải và vị trí của các thiết bị này trên lưới phân phối. Vị trí và số lượng thiết bị được xác định tuỳ trường hợp cụ thể. * Các giá trị định mức của Recloser: - Điện áp định mức. - Cấp cách điện (BIL). - Dòng liên tục lớn nhất. - Dòng cắt tạm thời nhỏ nhất. - Dòng cắt ngắn mạch lớn nhất. II.3.2. Sử dụng đặc tuyến TCC có hiệu chỉnh. Phối hợp giữa các Recloser và cầu chì được thực hiện theo phương pháp dựa vào đặc tuyến TCC được điều chỉnh bởi các hệ số nhân. Từ đặc tuyến của các cầu chì phía nguồn, được chọn để bảo vệ máy biến áp, sẽ xác định được loại Recloser và đặc tuyến của Recloser. Khi lựa chọn xong Recloser để phối hợp tốt với cầu chì phía nguồn thì mới tiến hành lựa chọn các cầu chì phía tải phối hợp với Recloser. II.3.2.1.

Phối hợp cầu chì phía nguồn với Recloser

Cầu chì phía nguồn máy biến áp có tác dụng bảo vệ hệ thống, ngăn ngừa sự cố ở máy biến áp và bảo vệ máy biến áp khỏi sự cố ở thanh cái thứ cấp. Recloser được chọn phối hợp với cầu chì phía nguồn sao cho cầu chì không cắt mạch với bất kỳ dòng sự cố nào ở phía tải Recloser. Nhiệt sinh ra do hoạt động của Recloser phải nhỏ hơn đặc tính phá hủy của dây chảy. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một hệ số nhân vào đặc tuyến của Recloser để xác định điểm phá hủy của dây chảy. Đặc tuyến tác động trễ của Recloser phải nhanh hơn đặc tuyến chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn. Đặc tuyến TCC được sử dụng phối hợp Recloser phía thứ cấp với cầu chì phía nguồn theo các quy luật sau: - Đối với dòng sự cố lớn nhất tại vị trí đặt Recloser, thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn máy biến áp phải lớn hơn thời gian ngắt trung bình của đặc tuyến trễ của Recloser nhân với hệ hiệu chỉnh. Hệ số nhân K đối với khoảng thời gian lặp lại và trình tự hoạt động được cho ở bảng sau: Bảng3 Hệ số nhân K:

99

Thời gian đóng lại (chu kỳ)

25 30 50 90 120 240 600

Các hệ số nhân Hai nhanh Hai chậm 2.7 2.6 2.1 1.85 1.7 1.4 1.35

Một nhanh Ba chậm 3.2 3.1 2.5 2.1 1.8 1.4 1.35

Bốn chậm

3.7 3.5 2.7 2.2 1.9 1.45 1.35

Giá trị dòng điện tại điểm giao nhau giữa đặc tuyến tác động trễ của Recloser đã được hiệu chỉnh với thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì là dòng phối hợp lớn nhất. Chú ý: Đặc tuyến của cầu chì và đặc tuyến của Recloser phải vẽ trên cùng một cấp điện áp.

Cầu chì phía nguồn

Máy biến áp

RE

Recloser

Hình 50 Sơ đồ phối hợp Recloser với cầu chì phía nguồn

Khi cầu chì được đặt ở phía cao áp và Recloser ở phía hạ áp, sự so sánh đặc tuyến TCC của cầu chì và Recloser sẽ yêu cầu đặc tuyến của thiết bị nào được dịch chuyển ngang theo trục dòng điện theo tỉ số vòng dây của MBA. Vì cỡ dây chảy của cầu chì thường được xác định theo dung lượng MBA, do vậy rất dễ dàng trong việc dịch chuyển đặc tuyến dây chảy và so sánh nó với các đặc tuyến khác sẵn có của Recloser. Sự dịch chuyển này phải bảo đảm chúng phải cùng cấp điện áp.

100

II.3.2.2. Phối hợp Recloser với cầu chì phía tải Sự phối hợp tốt nhất giữa Recloser và cầu chì phía tải đạt được khi chọn Recloser có chế độ hoạt động: hai lần tác động nhanh - hai lần tác động chậm. Trong thực tế, sự lựa chọn này phụ thuộc vào tỉ lệ phần trăm sự cố xảy ra và đặc điểm của từng hệ thống. Để minh họa, giả sử Recloser ngắt lần đầu tiên với 70% sự cố là thoáng qua và ngắt lần thứ hai là 10%. Nếu sự cố kéo dài hay vĩnh cữu vẫn còn thì cầu chì sẽ tác động xoá sự cố trước khi Recloser thao tác lần thứ ba và thứ tư. Sự phối hợp sẽ đạt hiệu quả thấp hơn nếu ta cài đặt Recloser ở chế độ một lần tác động nhanh – ba lần tác động chậm. Chế độ này cũng xóa được 70% sự cố trong lần ngắt đầu tiên của Recloser, nhưng nó được sử dụng khi có các thiết bị phân đoạn tự động được đặt giữa Recloser và cầu chì. Không thể chọn chế độ cài đặt cho Recloser tất cả là nhanh hoặc tất cả chậm, nếu tất cả là nhanh thì không đủ thời gian để cầu chì tác động còn nếu tất cả là chậm thì cầu chì sẽ tác động ngay ở sự cố đầu tiên. Hai qui tắc sau đây để chọn cầu chì bảo vệ phía tải Recloser: * Tất cả giá trị dòng sự cố có được tại vị trí đặt cầu chì, thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì phải lớn hơn thời gian tác động nhanh của Recloser khi đã hiệu chỉnh (nhân với hệ số K). Việc nhân hệ số sẽ đảm bảo một giới hạn an toàn giữa thời gian cắt nhanh của Recloser và thời gian chảy của cầu chì nhằm ngăn ngừa sự phá hỏng hay đứt của cầu chì. * Tất cả các giá trị dòng điện sự cố có thể có trên nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì thì thời gian cắt lớn nhất của cầu chì không được lớn hơn thời gian tác động chậm của Recloser, khi Recloser có ít nhất hai lần tác động chậm. Nếu các đặc tuyến phối hợp gần nhau, Recloser có thể ngắt khi cầu chì tác động, nhưng sau đó đóng lại khôi phục sự cấp điện cho phần hệ thống còn lại. Phạm vi phối hợp giữa Recloser và cầu chì được cố định theo hai nguyên tắc trên. Nguyên tắc 1 tạo ra dòng phối hợp lớn nhất, nguyên tắc 2 tạo ra dòng phối hợp nhỏ nhất. Dòng phối hợp lớn nhất có được khi đặc tuyến chảy nhỏ nhất của cầu chì cắt đặc tuyến thời gian tác động nhanh của Recloser đã hiệu chỉnh. Dòng phối hợp nhỏ nhất là giao điểm giữa đặc tuyến thời gian cắt lớn nhất của cầu chì với đặc tuyến tác động trễ của Recloser. Nếu đặc tuyến thời gian cắt lớn nhất của cầu chì không cắt và nằm dưới đường cong tác động trễ của Recloser thì dòng phối hợp nhỏ nhất sẽ là giá trị dòng ngắt nhỏ nhất của Recloser.

II.4. Phối hợp Relay với cầu chì Sự phối hợp giữa relay và cầu chì có hai ứng dụng chính:

101

* Phối hợp relay với cầu chì phía nguồn. * Phối hợp relay với cầu chì phía tải. Trong cả hai trường hợp trên, relay được xem như một bộ điều khiển dòng cắt và thời gian của máy cắt, nhưng mục đích phối hợp của hai ứng dụng này hoàn toàn khác nhau. Khi phối hợp giữa relay với cầu chì phía nguồn là khi máy cắt được điều chỉnh bằng relay thực hiện toàn bộ các tác động mà không gây hư hỏng hay chảy của cầu chì, nói cách khác là relay phải ngắt trước khi cầu chì tác động, để chỉ một phần nhỏ của mạch được cách ly. Ngược lại khi phối hợp relay với cầu chì phía tải, thường cho phép đặc tuyến TCC của relay chậm hơn đặc tuyến của cầu chì, để cầu chì tác động trước và ngăn cách sự cố trước khi relay tác động máy cắt, ở trường hợp này nếu thêm vào các relay tác động tức thời nhanh hơn tác động của cầu chì phía tải ở chu kỳ tác động dầu tiên của máy cắt sẽ cung cấp bảo vệ sự cố thoáng qua. II.4.1. Phối hợp cầu chì phía nguồn với relay

Cầu chì phía nguồn

Máy biến áp

Relay

Relay

Hình 51 Sơ đồ phối hợp cầu chì phía sơ cấp và relay phía thứ cấp

Mục đích cơ bản của việc phối hợp là cầu chì bảo vệ mạch phía sơ cấp MBA cùng với một máy cắt, được điều khiển bằng relay, bảo vệ mạch phía thứ cấp.Việc thực hiện phối hợp bằng một trong hai phương pháp:phương pháp tổng thời gian tích lũy hoặc phương pháp các hệ số làm nguội. Để so sánh đặc tuyến TCC của cầu chì và relay, cả hai phải được biểu thị trên cùng điện áp cơ bản bằng cách dịch chuyển một trong hai đặc tuyến, tương tự như phần phối hợp giữa Recloser và cầu chì phía nguồn.

102

II.4.1.1.

Phương pháp tổng thời gian tích lũy

Phương pháp phối hợp đơn giản và lâu đời nhất là thêm vào bộ đếm thời gian các sự cố, thời gian độc lập nhỏ hơn 10s, một khoảng thời gian tiêu biểu theo yêu cầu để làm nguội hoàn toàn và so sánh thời gian tổng này với đặc tuyến của cầu chì. Một thời gian dự phòng khoảng 50% của đặc tuyến chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn được cho phép mang tải trước, nhiệt độ môi trường, sự phá hoại trước và tính không lặp lại của relay. Một vài nơi sử dụng 0.3s làm thời gian dự phòng thay vì chọn theo %. II.4.1.2. Phương pháp hệ số nguội Khi sự phối hợp yêu cầu chặt chẽ hơn thì dùng phương pháp hệ số nguội. Phương pháp này liên quan đến việc sử dụng các hệ số làm nguội của các dây chảy và sự đánh giá khoảng thời gian đóng lại thực tế của relay. Công thức sử dụng là: Teff = TF(N) + CN x TF(N-1) + CN-1 x CN x TF(N-2) +... Trong đó: Teff: là khoảng thời gian sự cố ảnh hưởng của relay phối hợp với các ảnh hưởng đốt nóng đóng lại thành công. CN: Hệ số làm nguội của dây chảy trong khoảng thời gian đóng lại (mở) thứ 10. Giá trị này thay đổi từ 1,0 ở các thời gian đóng lại nhanh, đến 0,0 ở các thời gian đóng lại dài. TF(N): Khoảng thời gian sự cố thứ N của thiết bị đóng lại. Việc sử dụng công thức trên đòi hỏi phải biết về các đặc tính phục hồi của relay. Thời gian phục hồi 10s (khi tải còn lại 0%) đối với nấc 2. II.4.2. Phối hợp relay với cầu chì phía tải 110/15-22 KV 40 MVA

Breaker / Relay

Fuse

Hình 52 Sơ đồ phối hợp cầu chì với relay

103

Trường hợp đơn giản nhất, một relay quá dòng có đặc tuyến đơn và mục đích của việc phối hợp relay với cầu chì phía tải là đảm bảo cho đặc tuyến relay chậm hơn đặc tuyến cầu chì. Vì vậy khi cầu chì tác động trong trường hợp sự cố cuối đường dây thì máy được bảo vệ tránh sự cố vĩnh cữu và chỉ một phần nhỏ của đường dây bị mất điện. * Các phương pháp tiếp cận với bảo vệ sự cố thoáng qua. Một ứng dụng khác cũng cần quan tâm là bảo vệ sự cố thoáng qua. Bảo vệ sự cố thoáng qua bằng cách thêm một phần tử tức thời vào relay. Phạm vi bảo vệ có thể mở rộng bằng cách hạ thấp mức cài đặt tức thời. Tuy nhiên, giới hạn nhỏ hơn thường được xác định bởi dòng tăng vọt và sự phối hợp giữa các thiết bị phía sau và giới hạn cao hơn được xác định bởi tốc độ của máy cắt.

II.5. Phối hợp Recloser với Recloser II.5.1. Phối hợp bằng cách sử dụng đặc tuyến TCC Sự phối hợp Recloser với Recloser được thực hiện bằng cách chọn lựa các giá trị dòng cắt nhỏ nhất khác nhau ở Recloser điện tử. Sự lựa chọn thích hợp được xác định dựa vào đặc tuyến TCC của các Recloser. Các đặc tuyến TCC được chọn để sử dụng tốt nhất chỉnh định thời gian kép, một đặc điểm của tất cả Recloser, mà có thể lập trình để một hay các tác động đầu tiên của Recloser là tác động nhanh và sau đó là các tác động chậm. Một điều cần quan tâm khi phối hợp Recloser với Recloser là thời gian (chu kỳ) giữa các đặc tuyến của hai Recloser phải có thời gian tối thiểu khác nhau giữa các đặc tuyến nhằm ngăn ngừa việc tác động đồng thời của hai Recloser. II.5.2. Nguyên tắc phối hợp cơ bản của Recloser điện tử Recloser điều khiển điện tử luôn đáp ứng được khả năng phối hợp rộng thỏa mãn yêu cầu của từng hệ thống riêng biệt. Với các Recloser cần phối hợp, cần chú ý đến dòng cắt nhỏ nhất đối với sự cố chạm đất và chạm pha, cũng như việc chọn các đặc tuyến TCC, chu trình thao tác, khoảng thời gian tác động và các yếu tố phụ khác. Các Recloser điện tử kề cận có thể phối hợp sát nhau vì không có sự vô hiệu hoá hay sự trôi (follow – through) của mạch điện tử. Nếu Recloser phía tải giải trừ sự cố nhanh hơn Recloser phía nguồn thì sự phối hợp được bảo đảm. Thời gian cắt phía sự cố phía tải cộng với sai số phải nhỏ hơn thời gian cắt sự cố phía nguồn trừ đi sai số. Việc phối hợp Recloser với Recloser trên hệ thống lưới phân phối sau khi đã được xác định theo điện áp định mức, công suất cắt, công suất dòng liên tục, sau đó xác định dòng cắt nhỏ nhất và đặc tuyến TCC. 104

Đối với Recloser điện tử việc chọn dòng cắt nhỏ nhất không thể thay thế cho công suất dòng liên tục lớn nhất của Recloser, dòng cắt nhỏ nhất được lập trình trong mạch điều chỉnh không phụ thuộc vào các định mức dòng liên tục lớn nhất của Recloser. Tuy nhiên, dòng cắt nhỏ nhất được chọn theo giá trị dòng tải đỉnh đã được dự đoán trước và đảm bảo Recloser tác động đối với bất cứ dòng sự cố nào trong vùng bảo vệ của nó. Vì việc bảo vệ sự cố thoáng qua là cần thiết cho đường dây, giữa Recloser tại trạm biến áp và Recloser phía tải nên Recloser tại trạm phải có ít nhất một lần tác động nhanh. Recloser phía tải sẽ phối hợp với Recloser phía nguồn nếu nó có số lần tác động nhanh bằng hay lớn hơn số lần tác động nhanh của Recloser phía nguồn. Các đặc tuyến tác động chậm được chọn để cho Recloser phía tải tác động cắt hẳn sự cố vĩnh cữu mà không có phần dự trữ cắt sau khi nó thực hiện tác động nhanh. Việc cắt đồng thời có thể bị loại trừ bằng cách chọn các đặc tuyến phù hợp và dùng các ứng dụng phối hợp khác (chế độ tuần tự của Mc Graw Edison). II.5.3. Những trạng thái đặc biệt và phụ trợ của Recloser điện tử Khi sử dụng Recloser vào những phối hợp ohức tạp, có thể ứng dụng các đặc tính và các phụ trợ khác nhau sẵn có của Recloser điện tử, sẽ làm tăng tính linh hoạt và sự phối hợp. Các phối hợp có thể phức tạp hơn nhưng các phụ trợ sẽ cung cấp nhiều thuận lợi cho việc vậb hành hệ thống. II.5.3.1. Phối hợp tuần tự Đặc điểm sử dụng phối hợp tuần tự nhằm nâng cao tính phục vụ liên tục trên những đường dây được bảo vệ bằng Recloser nối tiếp. Nó ngăn ngừa các thao tác nhanh không cần thiết của Recloser phía nguồn khi những sự cố có thể bị xóa bởi Recloser phía tải. Vì khi Recloser phía nguồn và Recloser phía tải có cùng đặc tuyến TCC thì chúng sẽ tác động nhanh đồng thời khi xảy ra sự cố vĩnh cữu ở phía tải, ngay cả khi chúng không cắt đồng thời thì Recloser phía nguồn sẽ cắt hai lần nhanh trên đặc tuyến nhanh của nó khi Recloser phía tải đang hoạt động ở đặc tuyến tác động chậm của nó. Do đó việc hạn chế số lần tác động nhanh của Recloser phía nguồn là cần thiết. Trong việc phối hợp tuần tự, Recloser phía nguồn chỉ thực hiện đếm số lần tác động nhanh của Recloser phía tải nhưng sẽ không cắt. Vì vậy, khi sự cố bị phát hiện bởi Recloser phía nguồn thì nó không thực hiện thao tác cắt và khi Recloser phía tải đạt đến thời gian tác động chậm thì nó tự cắt giải trừ sự cố ở dưới Recloser phía tải, nên sự cắt điện khu vực ở giữa hai Recloser sẽ được hạn chế. Sự phối hợp tuần tự chỉ hoạt động dựa trên số lần tác động nhanh, vì vậy số lần tác động trong khi phối hợp tuần tự sẽ được xác định dựa trên số lần tác động

105

nhanh của Recloser phía nguồn. Đặc tuyến TCC nhanh của Recloser phía nguồn phải có phản ứng chậm hơn đặc tuyến TCC tác động nhanh phía tải. II.5.3.2. Chức năng cắt dòng tức thời.

Các bước tuần tự của chương trình, nhưng tiếp điểm của Recloser vẫn đóng

ACR1 ACR1

Đóng Mở

Ngắt hẳn

ACR2

ACR2

A

B

A

Sự cố

B

Thời gian ồ ố ầ Hình 53 Trình tự cắt tức thời

ầ

Ở mức dòng sự cố cao hơn, đặc điểm cắt tức thời sẽ mở rộng tầm phối hợp của Recloser với các thiết bị bảo vệ phía nguồn. Đặc điểm này cho phép bộ điều khiển các đặc tính dòng sự cố được lập trình tác động Recloser lập tức cắt dòng sự cố mà không cần thực hiện khoảng thời gian trễ trong chế độ hoạt động theo đặc tuyến TCC đã cài đặt trước đó, nhằm tránh gây hư hỏng thiết bị trên lưới phân phối. Khả năng cắt tức thời có thể được lập trình thực hiện khi dòng sự cố vượt quá dòng cắt nhỏ nhất một bội số đã được chọn tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Trạng thái cắt tức thời có thể cài đặt một hay nhiều lần tùy theo thứ tự phối hợp. Khi sử dụng chức năng này để cắt dòng sự cố chạm đất thì bội số này không nhất thiết phải bằng bội số dòng sự cố pha. Khi ứng dụng Recloser cho hệ thống phân phối và sử dụng trạng thái cắt tức thời thì bội số này có thể thay đổi bất kỳ trong phạm vi có sẵn của nhà sản xuất. II.5.3.3. Chức năng khóa tức thời Đặc điểm khoá tức thời làm cho Recloser trở nên linh động hơn, nó cho phép bộ điều khiển tự động cắt ngắn chu trình khi gặp dòng sự cố cao hơn một mức đặt trước. Với chức năng phụ trợ này cho phép giảm tối đa ảnh hưởng của sự cố có cường độ lớn, các sự cố gần nơi mà sự cố vĩnh cữu có xác xuất cao và không yêu cầu có sự phối hợp với các thiết bị phía cuối đường dây. Khả năng hư hại thiết bị hay dây dẫn sẽ giảm đáng kể khi giảm số lần tác động cắt sự cố trên mức đã đặt trước.

106

Khóa tức thời hoạt giống như cắt tức thời. Đặc tính này được đặt để cắt hẳn bộ điều khiển sau một, hai hay ba lần tác động. II.5.3.4. Sự kết hợp giữa cắt tức thời và khóa tức thời. Sự kết hợp cắt tức thời và khóa tức thời tạo ra một ứng khác cho bộ điều khiển đó là khả năng cung cấp ba khu vực bảo vệ. Hoạt động điều khiển sự cố ở vùng 3 là Recloser được cài đặt 2 nhanh 2 chậm, theo sự phối hợp Recloser với cầu chì khi xảy ra sự cố bình thường ở F2. Cài đặt cắt dòng tức thời ởù bội số cắt dòng nhỏ nhất là 4, các sự cố ở khu vực 2, nơi mà có thể vượt quá mức 1600A có thể sẽ gây ra 4 lần thao tác cắt tức thời. Tuy nhiên, sự cố xảy ra ở sau thiết bị phân đoạn, do có sự phối hợp với thiết bị phân đoạn, nên hoạt động bị giới hạn đến lần hoạt động thứ 3 của Recloser thì thiết bị phân đoạn sẽ cắt sự cố F1 hoàn toàn. Vì vùng 1 ở gần sự cố F1, nơi dòng sự cố lớn gây chảy dây dẫn hay hư hỏng thiết bị ở vùng 1, nên khoá tức thời sẽ tác động không làm việc theo thứ tự điều khiển cài đặt trước. Đặt trạng thái khóa tức thời với bội số cắt nhỏ nhất là 16, tức là trạng thái khóa tức thời xảy ra khi dòng sự cố vượt mức 6400A. Do giảm tối đa số lần dòng sự cố cao được cảm nhận nên giảm được khả năng hư hại thiết bị và dây. Khi xác suất sự cố quá cao có thể xảy ra ở vùng 1 thì khoá tức thời cho phép hai lần thao tác ở vùng1. II.5.3.5. Thời gian tự đóng lại Thời gian giữa thao tác mở tiếp điểm và thao tác đóng tiếp điểm tiếp theo của Recloser (không xem xét cắt hẳn) là khoảng thời gian tự đóng lại. Các tiếp điểm của Recloser mở trong khoảng từ 0.5s đến 60s tùy thuộc vào loại Recloser va øtừng hệ thống. Thông thường, người ta cài đặt thời gian đóng trở lại là 2s trong hầu hết các ứng dụng thực tế. Recloser điện tử cho phép ta lập trình thời gian đóng lại với phạm vi rất rộng, từ đóng lại tức thời cho đến thời gian đóng lại có thể đến 60s và thông thường người ta chọn thời gian bằng cách nhân thời gian chuẩn với hệ số nhân do ta định trước.

Hết chương !

107

CHƯƠNG 6: SÓNG HÀI

CHƯƠNG 6: SÓNG HÀI Ta biết rằng theo lý thuyết các nguồn tác động (là những tín hiệu được đưa đến mạch) tồn tại trên lưới điện là các hàm điều hòa. Thực tế các nguồn tác động này trong lưới điện không phải lúc nào cũng là hàm điều hòa, mà nó có thể có hình dạng bất kỳ, bao gồm nhiều thành phần tần số trong đó có các thành phần tần số nào đó (họa tần) khác với thành phần tần số cơ bản mà ta mong muốn sẽ ảnh hưởng nhất định cho sự hoạt động của mạch và các phần tử trong lưới điện. Khi đó các đáp ứng trong mạch cũng sẽ là các quá trình nhiều tần số.

109

I. Lý thuyết sóng hài I.1. Các nguồn gây sóng hài trong lưới điện: Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử (như bộ điều chỉnh tốc độ động cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính,...) đã gây ra nhiều vấn đề liên quan đến sóng họa tần trong lưới điện. Đối với hệ thống truyền tải điện thì ảnh chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, thiết bị hồ quang như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các cuộn kháng điện trong các thiết bị hoạt động trên cơ sở cảm ứng điện từ. Đối với điều kiện vận hành không cân bằng giữa các pha như điện áp hệ thống không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải không cân bằng mỗi thành phần sóng hài có thể xảy ra trong ba thành phần (thuận, nghịch, không). Ngoài ra các tụ bù trong lưới điện thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại các dòng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới. Sau đây đi xem xét chi tiết các nguồn họa tần. I.1.1. Tải phi tuyến: Do ? tải phi tuyến tổng trở của nó thay đổi, dòng mà nó hấp thu sẽ không sin mặc dù điện áp đặt vào có tính sin và từ đó có thể tạo nên nguồn dòng họa tần bơm vào hệ thống. Các tải phi tuyến thường gặp như: o Các quá trình chỉnh lưu điện áp. o Thiết bị văn phòng và dân dụng như: UPS, máy tính, máy photocopy TV, đèn huỳnh quang... o Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ. o Thiết bị thuộc lĩnh vực điện công nghệ: máy hàn, lò hồ quang... I.1.1.1. Các quá trình chỉnh lưu điện áp: Những tiến bộ vượt bậc của lĩnh vực điện tử công suất tạo cơ sở cho các bộ chuyển đổi điện và chúng trở thành nguồn gây sóng hài chính trong hệ thống. Các bộ chỉnh lưu được sử dụng rộng rãi như: + AC/DC + AC/DC/AC Ví dụ: cho một hệ thống có chỉnh lưu:

110

I dc

Vac

I ac

Vdc

Hình 54 Sơ đồ của hệ thống chỉnh lưu

Với tính phi tuyến của bộ chỉnh lưu tạo ra sóng hài làm méo dạng các điện áp VAC và dòng điện cung cấp iAC. Hình 55 Dạng sóng và phổ điện áp do ảnh hưởng của chỉnh lưu: 10 8 6

A

4 2 0 -2

0

0.02

0.04

0.06

0.08

Time (s)

0.1

3 2.5 2

A 1.5 1 0.5 0

0

100

200

300

400

500

600

Hz

Bộ chỉnh lưu cung cấp nguồn cho các tải thông thường được mô tả bằng số xung của chúng như 3, 6,12, 24 xung và hơn nữa. Bậc của sóng hài được sinh ra từ bộ chỉnh lưu phụ thuộc vào số xung của bộ chỉnh lưu theo biểu thức: h = kn ± 1,

k =1, 2, 3...

Khi đó giá trị của dòng hài trong điều kiện lý tưởng do các bộ chỉnh lưu này có thể xác định theo biểu thức: Ih =

I1 ; h

I1: độ lớn hài cơ bản

Ví dụ: Giá trị phần trăm của cầu chỉnh lưu 6 xung Theo lí thuyết, dòng điện có dạng sóng hình chữ nhật. 111

Trong thực tế, dạng dòng điện của chỉnh lưu 6 xung không hoàn toàn vuông, do đó giá trị thực của sóng hài nhỏ hơn giá trị lý thuyết. Giá trị này có thể được tính xấp xỉ bằng công thức: Ih =

I1 1.2

5⎞ ⎛ ⎜h − ⎟ h⎠ ⎝

với 5 ≤ h ≤ 31

Bảng 1.1: Giá trị phần trăm của cầu chỉnh lưu 6 xung I5 I7 I11 I13 I17 I19 I23 I25 I29 I31 I1 100% 18.9% 11% 5.9% 4.8% 3.4% 3% 2.3% 2.1% 1.8% 1.6% I.1.1.2. Nguồn cung cấp dòng điện DC cho computer: Dạng sóng dòng điện bộ cấp nguồn cho máy tính:

V(t)

I(t)

Dòng hài gây ra bởi nguồn này cao hay thấp còn phụ thuộc vào tải và tổng trở của mạng điện phía trên nguồn. Giá trị của dòng hài ở hai cấp độ cao và thấp được cho ở bảng 1.2: I1 100% 100%

Cao Thấp

I3 130% 65%

I5 70% 35%

I7 50% 25%

I9 30% 15%

I11 10% 5%

I.1.1.3. Tải chiếu sáng: Giá trị dòng hài sinh ra bởi đèn huỳnh quang và đèn chấn lưu điện từ được cho theo bảng sau: Bảng 1.3: Giá trị % của dòng hài của đèn huỳnh quang I1 100%

I3 35%

I5 27%

I7 10%

I9 2.5%

112

I11 3.5%

I13 1.5%

I15 1.5%

Các loại dèn phóng điện chấn lưu điện tử sinh ra nguồn hài tương tự như bộ nguồn cung cấp điện cho máy vi tính. I.1.1.4. Bộ lưu điện (UPS): Hiện nay nhu cầu dùng UPS để bảo đảm liên tục trong sử dụng điện của khách hàng đang gia tăng. Do đó UPS cũng là 1 nguồn hài quan trọng ảnh hưởng đến hệ thống. Bảng 1.4: Giá trị % của dòng hài của bộ UPS model GALAXY: I1 100%

I5 33%

I7 2.5%

I11 6.1%

I13 2.4%

I17 2.5%

I19 1.6%

I.1.1.5. Bộ điều tốc: Bộ điều tốc dùng các mạch điện tử công suất để điều khiển tốc độ động cơ, đặc biệt thường sử dụng cho động cơ không đồng bộ. Do đó bộ điều tốc cũng phát sinh dòng hài như các tải chỉnh lưu. Đối với bộ điều tốc điều khiển tốc độ cho động cơ không đồng bộ, kết quả khảo sát cho biết dòng hài của chúng sinh ra phụ thuộc vào: + Tỷ số công suất ngắn mạch của hệ thống (SSC) và công suất biểu kiến của bộ điều tốc (Sn). + Tỷ lệ phần trăm giữa công suất biểu kiến động cơ Sm so với công suất biểu kiến của bộ điều tốc. Bảng 1.5: Giá trị dòng hài bộ điều tốc động cơ không đồng bộ với Sm=1OO%Sn I1 I5 Sm =100%Sn SSC=250%Sn 100% 85% SSC=100%Sn 100% 73% SSC=50%Sn 100% 63%

I7 I11 I13 72% 41% 27% 52% 16% 7% 35% 6.2% 1.3%

I17 8% 7% /

I19 5% 5% /

I23 6% 3% /

I25 5% 3% /

Giá trị dòng hài bộ điều tốc động cơ không đồng bộ với Sm=1OO%Sn Sm=50%Sn I1 I5 I7 I11 I13 I17 I19 I23 I25 SSC=250%Sn 100% 90.5% 82% 59.5% 48% 25.5% 16.5% 6% 4.5% SSC=100%Sn 100% 82% 66.5% 33% 19.5% 7% 6.5% 5% 3.5% SSC=50%Sn 100% 74.3% 53.9% 18.3% 7.9% 1.9% 2.5% / / Công suất động cơ càng lớn thì giá trị dòng hài càng nhỏ do: Ih =

Ih Sm *100 ; I 1 = I1 3 *U 1

113

I.1.1.6. Lò hồ quang: Trong thực tế các lò quang thường dùng trong ngành công nghiệp thép có sơ đồ nguyên lý như Hình1.4. Với lò hồ quang xoay chiều, sóng hài tạo ra là phi tuyến, bất đối xứng và không ổn định. Nó sinh ra dòng hài bậc chẵn, lẻ và phổ liên tục. Với lò hồ quang một chiều, được cấp điện qua bộ chỉnh lưu tĩnh dùng Thyristor thì sinh các dòng hài bậc cao như bộ chỉnh lưu và tính liên tục của phổ dòng điện ở mức nhỏ hơn lò hồ quang dung điện AC. HV

HV Transformer

Transformer

Cable

Cable Rectifier

Furnace Cable

Hình Furnace Hình 2.4b Hình 56 a) Lò hồ quang được cấp nguồn AC b) Lò hồ quang được cấp nguồn DC

I.1.2. Bão hòa mạch từ máy biến áp: Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của máy biến áp. Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp làm việc không tải. Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh ra dòng điện không tải io chạy trong nó, dòng điện không tải io này sinh ra từ thông Φ chạy trong lõi thép. Ở đây nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải io thuần túy là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép. Khi đó quan hệ Φ =f(io) cũng chính là quan hệ từ hóa B=F(H). Trên cơ sở lý thuyết mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu Φ là hình sin thì io không hình sin và có dạng nhọn 114

đầu và trùng pha với Φ , nghĩa là dòng điện io ngoài thành phần sóng cơ bản còn có các thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7..., trong đó đáng chú ý là thành phần hài bậc 3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác khá nhỏ.

Hình 57 Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện.

I.1.3. Máy phát cấp cho tải không đối xứng: Trong quá trình cung cấp điện có thể xảy ra các trường hợp tải các pha không bằng nhau. Như vậy máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải không đối xứng, trong máy điện đồng bộ sẽ sinh ra một số hiện tượng bất lợi như điện áp không đối xứng, các sóng hài sức điện động và dòng điện bậc cao. Và đặc biệt khi có dòng họa tần phát sinh mạch ngoài tác động lên đầu cực máy phát từ đó có sự biến thiên từ trở phản ứng giữa các khe hở của stator và rotor của máy làm chuyển đổi bậc dòng họa tần này lan truyền vào trong hệ thống. I.1.4. Lưới điện: Lưới điện tồn tại các hài áp do ảnh hưởng của các tải tiêu thụ (công nghiệp và dân dụng). Đây là căn cứ để đánh giá chất lượng sóng hài của lưới điện. Kiểm soát các nguồn nhiễu họa tần tác động lên hệ thống để nâng cao chất lượng điện năng cho khách hàng.

115

I.2. Ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị điện: Sóng hài ảnh hưởng đến tất cả các thiết bị trong lưới điện, sự tồn tại của chúng làm giảm chất lượng điện năng gây ra một số vấn đề sau: I.2.1. Máy điện quay: Vấn đề quan tâm trước tiên về các dòng điện và điện áp điều hòa là sự tăng nhiệt độ. Các thành phần họa tần ảnh hưởng đến hiệu suất máy, gia tăng nhiệt, tổn thất điện năng. Tổn hao do dòng điện Foucault tỷ lệ với bình phương tần số: PFe=keB2f2 Tổn hao do hiện tượng từ trễ tỉ lệ với tần số: Erms=4,44kdqwphf Do đó, khi máy phát nuôi tải phi tuyến, dòng hài bậc cao sẽ tạo ra tổn thất phụ và môment đập mạch trong máy phát do tổn thất dòng Foucault tỉ lệ với bình phương tần số, còn tổn thất do từ trễ tỉ lệ với tần số, gây cho máy điện nóng lên, gây ra tổn thất điện năng và giảm hiệu suất của máy phát. Khi họa tần điện áp xuất hiện thì tồn tại dòng họa tần động cơ ảnh hưởng tốc độ quay của động cơ gây nên hiện tượng rung trong máy điện do từ trường đập mạch phát sinh bởi dòng thứ tự không. Nguy hiểm hơn là trong một số trường hợp khi tần số rung gây ra bởi họa tần trùng với tần số dao động cơ học của máy điện dễù dẫn đến phá hủy máy. Sự tác động khác nhau giữa các sóng hài, mật độ từ thông phát sinh tổng hợp trong khe hở không khí trong cảm ứng ba pha khi điện áp không sin sẽ làm ra tiếng ồn. I.2.2. Máy biến áp: Máy biến áp cũng bị ảnh hưởng của sóng hài bậc cao. Sóng hài bậc cao gây ra tổn hao và gây nhiễu lên mạch từ của nó. *Tổn hao Joule: Ta có: PCu=R.I2rms Mà:

I 2rms = I12 +

∞

∑ I 2p

p =2

=> Dòng họa tần bậc cao càng lớn thì tổn hao Joule càng tăng. *Tổn hao sắt từ gồm tổn hao do dòng điện xoáy và tổn hao do từ hóa: Tổn hao do dòng điện xoáy: Pxoáy = keB2f2 Tổn hao do từ hóa: Erms=4,44kdqwphf => Khi tần số hài càng cao gây nên tổn hao sắt từ càng cao. 116

Khi có dòng hài bậc cao, tổn thất sắt và tổn thất từ thông tản sẽ tăng lên. Tổn thất đồng do tỉ lệ với bình phương dòng điện nên cũng tăng và hiện tượng từ trễ các sóng hài gây bão hòa mạch từ và tất cả chúng làm gia tăng nhiệt độ, làm cho MBA làm việc bị quá tải gây ra cháy máy. o Tổn hao cách điện: Khi làm việc với tần số cao dẫn đến các quá trình hoá lý xảy ra liên tục tổn thất điện môi mau chóng già cỗi hơn so với làm việc ở điện áp hình sin. Độ phân cực tg δ tăng gấp đôi sau hai năm làm việc với nguồn có độ méo dạng THD=5%. Pe=U2.ω.C.tgδ Với U: điện áp đặt lên hai đầu cách điện C =εr.ε.S/d ; ω tần số góc; tgδ hệ số tổn hao điện môi. Do ảnh hưởng của các yếu tố trên MBA hoạt động dưới công suất định mức. Thường người ta sử dụng hệ số suy giảm công suất: k=

1 ⎛I 1 + 0,1∑ ⎜⎜ h h=2 ⎝ I1 ∞

2

⎞ 1,6 ⎟⎟ p ⎠

k = 0,532 và công suất MBA tối thiểu là 470KVA

I11 10%

Theo tiêu chuẩn IEE57 1200-1980 đưa ra giới hạn đối với các sóng hài dòng điện tải trong máy biến áp 0,05pu giá trị hệ số điều hòa dòng điện. Tiêu chuẩn của giá trị điện áp hiệu dụng cực đại mà MBA phải chịu đựng ở trạng thái xác lập là 5% ở tải định mức và 10% ở chế độ không tải. Các trị số hiệu dụng của các thành phần điều hòa trong điện áp sử dụng không vượt quá giá trị định mức này. I.2.3. Dây trung tính: Dòng chạy trong dây trung tính có thể coi bằng không. Tuy nhiên, lưới 3 pha cung cấp cho các tải không đối xứng luôn có dòng chạy trong dây trung tính. Do đó nếu hệ thống cân bằng khi xuất hiện sóng hài trong lưới điện nhất là hài bội ba chạy trong dây trung tính sẽ được khuếch đại lên 3 lần theo biểu thức dưới có thể vượt quá giá trị phát nóng cho phép của dây dẫn theo biểu thức: 117

I N = 3I o +

∞

∑ 3I

k =3, 6 , 9 ,...

k

cos(kωt − θ k )

Trong hệ thống nối đất TN-C, khi dòng hài bậc 3 và bội 3 tồn tại thì độ an toàn của hệ thống giảm và ta phải tránh xa chỗ nối đất để không bị điện giật. I.2.4. Dây dẫn điện: Cùng một công suất tiêu thụ nhưng khi dây dẫn dòng hài tổn hao nhiệt trên dây dẫn cao hơn do: o Gây phát nóng quá mức cho phép của dây dẫn do giá trị hiệu dụng sẽ tăng lên. o Do ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt, điện trở của dây dẫn càng tăng khi tần số càng lớn. I.2.5. Nhiễu điện từ: Dòng hài bội ba chạy trong dây trung tính của các sơ đồ TN-C sẽ tạo sự chênh lệch thế trên dây. Điều này có thể dẫn đến tăng dòng trên các liên kết thông tin giữa vỏ của hai thiết bị, có thể bức xạ nhiễu điện từ lên màn hình của máy tính. I.2.6. Tụ điện: Đối với các bộ tụ điện, dung kháng của các tụ giảm khi tần số tăng lên. Do đó các tụ thường rất nhạy với tần số của nguồn cung cấp. Trong thực tế, điều này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ của sóng hài điện áp có thể tạo nên dòng điện lớn đi qua mạch chứa tụ. Ảnh hưởng của các thành phần điều hòa trên bộ tụ điện đó là sự gia tăng nhiệt của điện môi cao hơn. Tiêu chuẩn của ANSI/IEEE 18-1980 qui định các giới hạn về điện áp, dòng điện và công suất phản kháng của các bộ tụ điện. Nó được dùng để xác định các mức điều hòa tối đa cho phép. Tiêu chuẩn này tối đa cho phép các tụ điện có thể sử dụng trong các giới hạn sau đây, bao gồm các thành phần điều hòa: o 110% điện áp hiệu dụng định mức. o 120% điện áp đỉnh định mức. o 180% dòng điện hiệu dụng định mức. o 135% công suất phản kháng định mức. Để nâng cao hệ số công suất thường được sử dụng tụ bù công suất phản kháng. Các tụ điện và điện kháng của mạng điện khi kết hợp với nhau tạo ra mạch cộng hưởng khuếch đại các dòng hài có tần số gần tần số cộng hưởng. Các dạng cộng hưởng thường gặp:

118

o Cộng hưởng nối tiếp: Ở các trường hợp bù dọc cộng hưởng nối tiếp có thể làm tăng dòng hài của hệ thống Sơ đồ: XL

XC

Ih

Power System

Hình 58 Mạch cộng hưởng nối tiếp

o Cộng hưởng song song: Sơ đồ: XL

Power System

Ih XC

Hình 59 Mạch cộng hưởng song song

Khi đó ta có: + Tần số cộng hưởng: fr =

XC XL

+Hệ số khuếch đại: K=

R LSC ωh

=R

Qbu S SC C = LSC P

Hài áp bậc h cộng hưởng làm tăng biên độ dòng hài qua tụ lên K lần. Nhận thấy trong lưới điện công nghiệp K có thể rất lớn, khi xảy ra cộng hưởng thì sẽ gây quá áp trên tụ điện gây hư hỏng tụ điện. o Cộng hưởng phân bố: Dạng cộng hưởng này thường gặp trong mạng điện có đường dây dài. Sơ đồ: Substation

XL Ih

XC

Hình 60 Mạch cộng hưởng phân bố

119

Nổ lực này nhằm sử dụng quá định mức các tụ điện trong các điều kiện không bình thường, chẳng hạn trong các điều kiện có sóng hài. Liên quan đến việc tụ bù cho phụ tải, các giàn tụ bù công suất phản kháng thường được ghép song song lưới điện tại thanh góp các trạm bù. Tụ bù không trực tiếp sinh ra sóng họa tần, nhưng nó kết hợp cảm kháng của lưới để tạo nên mạch cộng hưởng, mạch này có thể khuếch đại các sóng họa tần bậc cao có sẵn trong lưới điện. Các hệ thống tụ bù này khi mà tần số dao động riêng của hệ thống này đạt giá trị gần bằng với một sóng hài riêng biệt nào đó, hiện tượng cộng hưởng riêng sẽ xảy ra. Lúc này, điện áp và dòng điện của sóng hài liên quan sẽ được khuếch đại lên. Trong trường hợp đặc biệt này, dòng điện đạt giá trị cao làm nóng quá mức tụ điện, làm giảm chất lượng điện môi và hậu quả kéo theo là gây hỏng tụ điện. I.2.7. Ảnh hưởng đến các thiết bị khác: Gây chỉ thị sai đối với thiết bị đo lường ví dụ như thiết bị kiểm tra cách điện thường trực (PIM) thì khi có hài bội bậc cao có thể có dòng trên dây trung tính, PIM có thể nhận thấy và báo tín hiệu sai hoặc đối với các CB điện tử khi có sóng hài có thể làm CB tác động không mong muốn. Làm tăng nhiệt máy cắt, ảnh hường khả năng cắt dòng của máy cắt do dòng hài tồn tại làm tăng dòng hiệu dụng qua máy cắt dẫn đến máy cắt tác động sai lệch. Các máy cắt hoạt động cắt không được do các cuộn cắt không có khả năng vận hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài phức tạp. Sóng hài gây nên trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì (do là đặc tính thời gian và dòng điện của các dây chì). Sự xuất hiện các dòng điện trong dây trung tính gây tác động chức năng của các relay (như relay phát hiện dòng rò, dòng chạm đất...). Sóng hài trong hệ thống làm relay có thể tác động sai. Do relay hoạt động phụ thuộc vào trị đỉnh của điện áp và dòng điện. Do đó chúng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi sự méo dạng của sóng hài. Các loại relay bảo vệ có thể tác động sai do hiện tượng méo dạng dòng hay áp. Đối với các đèn chiếu sáng trong các chấn lưu có tụ và cuộn cảm sóng hài gây cộng hưởng tạo nên sự gia tăng nhiệt gây hư hỏng. Gây kích dẫn không đúng thời điểm cho các thiết bị công suất, hư hỏng các phần tử trong bộ lọc của đường dây sử dụng trong hệ thống thông tin. Các thiết bị truyền dẫn để điều khiển từ xa sẽ vận hành sai nếu tần số sóng hài gần với tần số truyền dẫn.

120

I.3. Phương pháp khắc phục họa tần: Sóng hài tồn tại và gây nên những tác hại ngiêm trọng đến lưới điện và các thiết bị sử dụng điện. Chúng ta không thể khử được hoàn toàn sóng hài nhưng với nhiều biện pháp khác nhau, người ta có thể giảm ảnh hưởng sóng hài đến giá trị cho phép. Trong mục này sẽ giới thiệu một số biện pháp thực tiễn dùng để giảm ảnh hưởng của sóng hài. I.3.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài: + Nguyên lý lắp đặt: Bằng cách đặt cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ C và đặt tại thanh cái trạm giảm áp chính. Khi đó điều kiện cộng hưởng song song dịch chuyển khỏi tần số khảo sát về tần số thấp hơn. E LSC

L C

R

Tải phi tuyến

LSC

L C

R V h

Ih

a)Sơ đồ đơn tuyến b)Sơ đồ tương đương Hình 61 Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC

Trong đo:ù R: Điện trở đặc trưng cho công suất tác dụng của tải tuyến tính Lsc: Điện cảm ngắn mạch từ hệ thống L: Điện cảm của cuộn kháng triệt hài C: Điện dung của tụ bù Ih: Nguồn hài thay thế cho tải phi tuyến Cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ tạo mạch cộng hưởng nối tiếp LC ở tần số fr. Tần số của mạch bao gồm LSC mắc song song với nhánh LC được gọi là tần số chống cộng hưởng far, tại tần số này trở kháng tương đương của mạng điện là R. Trở kháng tương đương của mạch điện: ⎛ ⎜ 1 1 1 = − j⎜ + Z eq ⎜ LSC ω Lω − 1 ⎜ Cω ⎝

⎞ ⎟ 1 ⎟+ ⎟ R ⎟ ⎠

Cộng hưởng nối tiếp nhánh LC: fr =

1 2π LC

Tần số chống cộng hưởng: 121

f ar = Zeq(Ω)

1 2π ( L + LSC )C Tổng trở của mạng điện

Tổng trở nguồn

far

f(Hz) fr Dãi tần số các hài không mong muốn

Hình 62 Tổng trở của mạng điện khi lắp đặt cuộn cảm triệt hài

o Dòng cộng hưởng chạy qua mạch lọc, không chạy về nguồn. Các hài áp có sẵn trên thanh cái kết nối với mạch lọc LC mà cùng tần số với tần số cộng hưởng đều bị loại bỏ. Có thể đặt nhiều mạch lọc LC để khử các bậc hài cần quan tâm nhằm đạt được hệ số méo dạng áp mong muốn. o Tại các tần số hài, trở kháng tương đương có giá trị gần bằng trở kháng ngắn mạch. Vì thế, hệ số méo dạng điện áp có giá trị hầu như không đổi so với trường hợp không có nhánh LC có nghĩa là việc lắp đặt tụ bù và cuộn cảm chống hài không làm tăng trở kháng nguồn. Vì thế không làm tăng sự méo dạng điện áp. o Tại các tần số hài, trở kháng nhánh LC cao hơn trở kháng ngắn mạch nhiều nên dòng hài chỉ chạy qua trở kháng ngắn mạch về nguồn mà không chạy qua tụ nên không cần bảo vệ tụ điện. o Đối với tần số cộng hưởng song song ít chịu ảnh hưởng của trở kháng nguồn do điện cảm của cuộn chống hài thường lớn hơn trở kháng nguồn (từ 2->9 lần). o Mạch điện sẽ cộng hưởng ở hai tần số khác nhau (far