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

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO
BÀI TỐN TÍNH TỐN NGẮN MẠCH
ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN
MIỀN NAM NĂM 2017
SINH VIÊN : TẠ ANH KIỆT
MSSV

: 14046801

LỚP

: DHDI10B

GVHD

: TS. NGUYỄN TRUNG NHÂN

TP. HCM, NĂM 2018


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài:
Tạ Anh Kiệt, MSSV: 14046801
2. Tên đề tài
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP CHO BÀI TỐN TÍNH TỐN NGẮN
MẠCH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM NĂM 2017
3. Nội dung

-

Tìm hiể u bài toán tính tốn ngắn mạch.

-

Tìm hiểu về Hệ thống điện Việt Nam và hệ thống điện Miền Nam năm 2017.

-

Xử lý dữ liệu sơ đồ Hệ thống điện Miền Nam năm 2017 phục vụ bài tốn tính tốn
ngắn mạch.

-

Tìm hiểu về phần mềm Etap và cách sử dụng các thanh công cụ.

-

Dùng phần mềm Etap áp du ̣ng cho hê ̣ thố ng điê ̣n Miền Nam năm 2017.

-

Xuất kết quả và nhận xét.

4. Kết quả
-

File dữ liệu cho bài toán tính tốn ngắn mạch của Hệ thống điện Miền Nam năm 2017.

-

Kết quả chạy chương trình
Giảng viên hướng dẫn

Tp. HCM, ngày

tháng

Sinh viên

TS. NGUYỄN TRUNG NHÂN

TẠ ANH KIỆT

i

năm 20..


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ii


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------iii


LỜI CẢM ƠN
Suốt thời gian 4 năm học tập tại Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM, em đã học hỏi

được nhiều kiến thức mới trong học tập và cả trong cuộc sống thơng qua sự giúp đỡ tận tình
của các quý Thầy Cô trong việc truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu về kiến thức
chuyên ngành và các kinh nghiệm sống là nền tảng sau khi ra trường và định hướng trong
tương lai.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến sĩ Nguyễn Trung Nhân, Thầy là người đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khố luận. Em cũng xin chân thành
cảm ơn các Thầy Cô giáo Khoa Điện Trường Đại Học Công Ngiệp TPHCM đã dạy dỗ cho
em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở
lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan
tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hồn thành khố luận tốt nghiệp.

iv


MỤC LỤC

v


vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Ký hiệu và xác xuất xảy ra các dạng ngắn mạch ........................................... 29
Bảng 2.2 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng ½ chu kỳ ..................................................... 30
Bảng 2.3 Mơ tả điện kháng siêu q độ mạng ½ chu kỳ .............................................. 30
Bảng 2.4 Loại thiết bị và nhiệm vụ 1/5 - 4 chu kỳ ........................................................ 31
Bảng 2.5 Mô tả điện kháng quá độ mạng lưới 1/5 – 4 chu kỳ ...................................... 31
Bảng 2.6 Loại thiết bị và nhiệm vụ mạng lưới 30 chu kỳ ............................................. 32

Bảng 2.7 Mô tả điện kháng trong mạng lưới 30 chu kỳ................................................ 32
Bảng 2.8 Giá trị hệ số c ................................................................................................. 35
Bảng 3.1: Danh mục các cơng trình nguồn điện mới dự kiến vận hành năm 2017 ...... 41
Bảng 3.2 Thông số máy phát ......................................................................................... 50
Bảng 3.3 Thông số nút .................................................................................................. 51
Bảng 3.4 Thông số máy biến áp hai cuộn dây .............................................................. 56
Bảng 3.5 Thông số tải tĩnh ............................................................................................ 58
Bảng 3.6 Thông số tụ bù ............................................................................................... 59

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Giao diện chính ................................................................................................ 2
Hình 1.2 Các chức năng tính tốn của ETAP ................................................................. 2
Hình 1.3: Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh ................................................ 3
Hình 1.4: Các hệ thống trong ETAP ............................................................................... 3
Hình 1.5: Các phần tử AC (Chế độ chỉnh sửa) ............................................................... 4
Hình 1.6: Các thiết bị đo lường, bảo vệ .......................................................................... 4
Hình 1.7: Thẻ Info của nguồn ......................................................................................... 5
Hình 1.8: Thẻ Rating của nguồn ..................................................................................... 5
Hình 1.9: Thẻ Short Circuit của nguồn ........................................................................... 6
Hình 1.10: Thẻ Reliability của nguồn ............................................................................. 7
Hình 1.11: Thẻ Info máy biến áp .................................................................................... 8
Hình 1.12: Thẻ Rating máy biến áp ................................................................................ 9
Hình 1.13: Thẻ Impedance máy biến áp ....................................................................... 10
Hình 1.14: Thẻ Tap máy biến áp ................................................................................... 10
Hình 1.15: Thẻ Info máy phát đồng bộ ......................................................................... 11
Hình 1.16: Thẻ Rating của máy phát đồng bộ .............................................................. 12
Hình 1.17: Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ ....................................................... 13

Hình 1.18 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ ........................................................ 13
Hình 1.19: Thẻ Info của Bus ......................................................................................... 14
Hình 1.20: Thẻ Rating của trở kháng ............................................................................ 15
Hình 1.21: Thẻ Info của Đường dây truyền tải ............................................................. 16
Hình 1.22: Thẻ Parameter của Đường dây truyền tải ................................................... 17
Hình 1.23: Thẻ Configuration của Đường dây truyền tải ............................................. 18
viii


Hình 1.24: Thẻ Impedance của Đường dây truyền tải .................................................. 19
Hình 1.25 Thẻ Info của Lumped Load .......................................................................... 20
Hình 1.26 Thẻ Nameplate của Lumped Load ............................................................... 21
Hình 1.27 Thẻ Short-Circuit của Lumped Load ........................................................... 22
Hình 1.28 Điền tên dự án và tên người lập ................................................................... 24
Hình 1.29 Cài đặt thơng số các phần tử ........................................................................ 25
Hình 1.30 Hộp thoại báo cáo với cơng cụ Tính ngắn mạch .......................................... 26
Hình 2.1 Sơ đồ tương đương tại vị trí ngắn mạch......................................................... 34
Hình 2.2 Thành phần đối xứng thứ tự thuận, nghịch và khơng .................................... 35
Hình 2.3 Ngắn mạch 3 pha ............................................................................................ 35
Hình 2.4 Ngắn mạch 1 pha chạm đất ............................................................................ 36
Hình 2.5 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau ......................................................................... 36
Hình 2.6 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất .......................................................... 37
Hình 3.1 Diễn biến phát triển các loại nguồn điện giai đoạn 1999-2017 ..................... 40
Hình 3.2 Cơ cấu các loại nguồn điện trong HTĐ Việt Nam hiện trạng ........................ 40
Hình 3.3 Cơng suất nguồn điện tăng thêm các miền giai đoạn 2000-2017 .................. 42
Hình 3.4 Biểu đồ tăng trưởng điện thương phẩm Viêt Nam giai đoạn 2005-2017....... 43
Hình 3.5 Diễn biến cơ cấu tiêu thụ điện theo thành phần kinh tế g/đ 2005-2017......... 43
Hình 3.6 Sản lượng tiêu thụ điện phân theo các TCT Điện lực .................................... 44
Hình 3.7 Cơng suất đỉnh tồn quốc và các miền giai đoạn 2005-2017......................... 44
Hình 4.1 Trang Info hộp thoại Short Circuit Study Case .............................................. 61

Hình 4.2 Trang Standard hộp thoại Short Circuit Study Case ...................................... 62
Hình 4.3 Thanh cơng cụ IEC Short Circuit ................................................................... 63
Hình 4.4 Sờ đồ HTĐ Miền Nam trên Etap ................................................................... 64
Hình 4.5 Kết quả chạy chương trình Etap ..................................................................... 65
ix


ii


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

GIỚI THIỆU ETAP
1.1 Tổng quan về ETAP
Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển kinh tế mạnh, nhu cầu năng lượng ngày
càng tăng cao, hệ thống lưới điện truyền tải và phân phối không ngừng phát triển mở
rộng về quy mô cũng như độ phức tạp, đặt ra vấn đề đảm bảo cung cấp điện liên tục
phục vụ xã hội với chất lượng điện năng cao.
Để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống điện một cách có hiệu quả, khơng thể sử dụng
các cơng cụ tính tốn và phân tích thơng thường để giải quyết. Sự phát triển rất nhanh
của các phần mềm phân tích chuyên dụng đã cho ra đời nhiều phần mềm tính tốn mơ
phỏng hệ thống điện. Một trong số đó, ETAP, là lựa chọn hàng đầu của nhiều Cơng ty
điện lực cũng như các Nhà máy có hệ thống điện phức tạp trên tồn thế giới; một cơng
cụ mạnh có nhiều ưu điểm, khơng ngừng phát triển và cập nhật nhiều tính năng mới để
giải quyết nhiều vấn đề trong hệ thống điện, đáp ứng được những đòi hỏi khắt khe nhất.
ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI); là phần mềm phân
tích và tính tốn lưới điện với quy mô số lượng nút không giới hạn. ETAP gồm 2 mảng:
thiết kế lưới điện, tính tốn các thông số một lưới điện tĩnh và quản lý lưới điện trong

thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay
trong vận hành.
ETAP được sử dụng trong các tính tốn liên quan tới các bài tốn hệ thống điện sau:
-

Phân bố cơng suất (Load Flow Analysis)

-

Phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow Analysis)

-

Ngắn mạch (Short-Circuit Analysis)

-

Khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis)

-

Phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)

-

Phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)

-

Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Analysis)

-

Phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis)

-

Độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment)

-

Đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement)

1


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

1.2 Giao diện phần mềm ETAP
ETAP tổ chức công việc trên nền tảng dự án. ETAP cung cấp tất cả những công cụ
cần thiết hỗ trợ cho việc mơ hình hóa và phân tích một hệ thống điện.

Hình 1.1 Giao diện chính

Hình 1.2 Các chức năng tính tốn của ETAP

2

Khóa Luận Tốt Nghiệp

Quản lý dữ liệu
- Khơng giới hạn
- Các chỉnh sửa và
lưu các bộ các đặc
tính kỹ thuật
- Xem sự khác biệt
giữa dữ liệu cơ sở

SV: Tạ Anh Kiệt

Các cấu hình

Các hiển thị

- Khơng giới hạn
- Các cấu hình để
lưu trạng thái các
khóa điện của
thiết bị hoặc tải

- Không giới hạn
- Các mô tả để
thiết lập các khác
biệt của cùng một
hệ thống

và chỉnh sửa

Các mạng điện
hỗn hợp
Hiển thị nhanh
danh sách các
mạng điện hỗn hợp
được ghép vào
mạng điện chính

Hình 1.3 Giao diện thanh công cụ Cơ sở và Hiệu chỉnh

Project View
Network Systems (A C or DC One-Line Diagrams)
Star Systems (Star Views)
Underground Raceway Systems (UGS)
Ground Grid Systems (GGS)
Cable Pulling Systems
ETAP Real-Time Systems (PSMS)
Geographical Information Systems (GIS Map)
Control System Diagrams (CSD)
User-defined Dynamic Model Graphical Editor (UDM)
System Dumpster
Scenario Wizard
Study Wizard
Project Wizard
Hình 1.4 Các hệ thống trong ETAP

3

Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

Thanh cái
MBA 2 cuộn dây
MBA có cuộn Δ hở
Cáp
Cuộn cảm hạn dịng

MBA 3 cuộn dây
Đường dây truyền tải
Trở kháng
Máy phát

Nguồn lưới
Máy phát turbin gió
Máy điện cảm ứng
Lumped Load

Động cơ đồng bộ
MOV
Tụ
Bộ lọc sóng hài

Tải tĩnh
Panel pin mặt trời
Thiết bị nối đất

Composite Network

Contactor
Máy cắt hạ thế

Cầu chì
Máy cắt cao thế
Tự đóng lại

Lưới nối đất
Hình 1.5 Các phần tử AC (Chế độ chỉnh sửa)

Máy biến dòng điện
Volt kế
Multi-meter

Máy biến điện áp
Ampe kế

Rờ le điện áp 25/29
Rờ le tần số 81
Rờ le bảo vệ motor
Rờ le so lệch

Rờ le định hướng công suất 32
Rờ le 51
Rờ le q dịng 51
Rờ le nhiều chức năng

Hình 1.6 Các thiết bị đo lường, bảo vệ

4

Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

1.3 Các phần tử cơ bản của ETAP
1.3.1 Nguồn (Power Grid)
 Thẻ Info

Hình 1.7 Thẻ Info của nguồn

ID: Tên của nguồn (hệ thống) tối đa 25 ký tự.
Bus: Nút mà nguồn kết nối (kèm điện áp định mức)
Mode: Chọn chức năng của nguồn
Swing: Nút cân bằng
Voltage Control: Điều khiển điện áp
Mvar Control: Điều khiển công suất phản kháng
PF Control: Điều khiển hệ số công suất
 Thẻ Rating

Hình 1.8 Thẻ Rating của nguồn

5


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

Rated kV: nhập điện áp định mức của hệ thống
Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/không cân bằng
 Thẻ Short Circuit

Hình 1.9 Thẻ Short Circuit của nguồn

Grounding: chọn kiểu đấu dây (Y/Δ), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S, TN-CS…)
SC Rating: xác định công suất cho sự cố ngắn mạch ba pha và một pha. Khi nhập
hay điều chỉnh thông số công suất ngắn mạch (MVAsc) hoặc tỉ số trở kháng của tổng
trở thay thế X/R, ETAP sẽ tính tốn lại giá trị trở kháng.
SC Impedance: trở kháng ngắn mạch phần trăm trên 100 MVA. Giá trị này bao
gồm trở kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không. Nếu nhập hoặc điều chỉnh
giá trị ở mục này ETAP sẽ tính phần SC Rating.
 Thẻ Reliability: bao gồm các thơng số để tính bài tốn xác định độ tin
cậy cung cấp điện toàn hệ thống:

6


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

Hình 1.10 Thẻ Reliability của nguồn

λA: số lần sự cố/ năm
MTTR: thời gian sửa chữa (giờ)/ năm
μ: tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ=8760/MTTR)
FOR = MTTR/(MTTR + 8760/ λA)
MTTF: khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng

rp : thời gian thay thiết bị
Switch Time : thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới

7


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

1.3.2 Máy biến áp 2 cuộn dây (2-Winding Transformer)

 Thẻ Info

Hình 1.11 Thẻ Info máy biến áp

ID: tên máy biến áp.
Prim./Sec.: tên nút kết nối và điện áp phía sơ cấp/thứ cấp.

8


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

 Thẻ Rating

Hình 1.12 Thẻ Rating máy biến áp

Voltage Rating: Prim./Sec.: điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của MBA.
FLA (Full Load Amperes): dịng đầy tải ở định mức.
Power Rating: cơng suất định mức máy biến áp.
Installation: thiết lập độ cao (Altitude) và nhiệt độ môi trường vận hành
(Ambient Temp.) của máy biến áp.
Type/Class: tùy tiêu chuẩn lựa chọn mà phân ra thành các loại MBA.

9


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

 Thẻ Impedance

Hình 1.13 Thẻ Impedance máy biến áp

Positive and Zero Sequence Impedance: cài đặt trở kháng thứ tự thuận và
thứ tự khơng, tính theo đơn vị %, dựa trên giá trị điện áp và công suất định mức.
%Z: giá trị phần trăm của tổng trở máy biến áp.
X/R: tỉ số điện kháng/điện trở máy biến áp.
 Thẻ Tap

Hình 1.14 Thẻ Tap máy biến áp

Fixed Tap: chọn đầu phân áp MBA, có thể chuyển đổi tùy chọn theo các
nấc đầu phân áp hay theo kV bằng cách nhấn vào nút %Tap.
LTC/Voltage Regulator: thiết lập các giá trị điện áp của mỗi nấc đầu phân
áp, cũng như chọn MBA có đầu phân áp hay khơng. Nhấn vào LTC để nhập các giá trị

đầu phân áp.

10


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

1.3.3 Máy phát đồng bộ (Synchronous Generator)
 Thẻ Info

Hình 1.15 Thẻ Info máy phát đồng bộ

ID: tên máy phát.
Bus: tên nút mà máy phát nối trực tiếp.
Condition: trạng thái của máy phát trong sơ đồ In/Out Service (kết nối/không kết
nối).
Operation Mode: chế độ vận hành của máy phát đồng bộ (có 4 chế độ giống với
nguồn hệ thống là Swing, Voltage Control, Mvar Control và PF Control).
 Thẻ Rating
MW:

công suất P định mức.

kV:

điện áp định mức.

%PF:

hệ số công suất.

MVA:

công suất S định mức.

%Eff:

hiệu suất làm việc

Poles:

số cực.

FLA:

dịng đầy tải ở cơng suất định mức.

RPM:

tốc độ đồng bộ.
11


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

% of Bus kV nom: độ lớn dưới dạng phần trăm điện áp danh định tại nút.

Gen. Category: phân loại máy phát, ở đây ta nhập các giá trị định mức của
máy phát như độ lớn góc pha điện áp, cơng suất thực, cơng suất phản kháng,
hệ số công suất và giới hạn công suất phản kháng, tùy chế độ vận hành máy
phát đã chọn ở thẻ Info mà tùy chỉnh thơng số này.

Hình 1.16 Thẻ Rating của máy phát đồng bộ

 Thẻ Capability

Thiết lập vùng công suất phản kháng (Qmax và Qmin) mà máy phát có thể cung
cấp được. Khi máy phát đang hoạt động trong chế độ Swing những giới hạn này

12


Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

sẽ được sử dụng để kiểm tra cảnh báo. Trạng thái ổn định nằm trong vùng giới
hạn được xác định từ các hệ số Qa, Qb, Qc, Qd và Pmin xác định từ trang Rating.

Hình 1.17 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ

 Thẻ Imp/Model

Hình 1.18 Thẻ Imp/Model của máy phát đồng bộ

13

Khóa Luận Tốt Nghiệp

SV: Tạ Anh Kiệt

Impendance: thơng tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, thứ tự nghịch,
thứ tự khơng trong tính tốn ngắn mạch.
Dynamic Model: mơ hình máy phát và các thơng số (bộ thơng số chuẩn) để
phân tích ổn định hệ thống.
Type: kiểu máy phát và loại rotor.
IEC 60909 S.C: giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE 60909.
1.3.4 Nút (Bus)
Bus hay thanh cái được định nghĩa như là một nút (node) mà ở đó một hay nhiều
nhánh (branch) được kết nối với nhau. Mỗi một nhánh có thể là một đường dây, máy
biến áp, tải hay máy phát...

Hình 1.19 Thẻ Info của Bus

Nominal kV: Điện áp danh định của thanh cái.
Bus Voltage: Giá trị ban đầu của vịng lặp trong tính toán

14