Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV KHU VỰC MIỀN TRUNG" pdf

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

48
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV KHU VỰC MIỀN TRUNG
A STUDY ON THE CALCULATION OF ASYMMETRY OF THE 22KV
DISTRIBUTION POWER GRID IN CENTRAL VIETNAM

Lê Kim Hùng, Trần Vinh Tịnh
Đại học Đà Nẵng
Võ Như Quốc
Công ty Điện lực 3
TÓM TẮT
Lưới điện phân phối (LĐPP) 22kV khu vực miền Trung hiện đang sử dụng dạng cấu
trúc 3 pha 3 dây, phụ tải trên lưới điện gồm các phụ tải 3 pha, 2 pha và 1 pha nên với phụ tải thì
luôn tồn tại sự mất đối xứng trong chế độ làm việc bình thường. Ngoài ra, khi có sự cố 1 pha thì
cả 3 pha phải ngừng cung cấp điện tất cả các phụ tải do thiết bị đóng cắt đầu tuyến tác động
cho cả 3 pha. Theo [1] thì LĐPP có hai dạng cấu trúc 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây, với cấu trúc
lưới khác nhau này dẫn đến sự khác nhau về mức độ mất đối xứng của tải 1 pha khi làm việc
bình thường, và khi sự cố mất 1 pha thì với cấu trúc lưới nào sẽ tiếp tục cho phép vận hành để
cấp điện cho các phụ tải trên 2 pha không bị sự cố. Bài báo trình bày việc tính toán chế độ vận
hành không đối xứng đối với hai dạng cấu trúc 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây nhằm đề xuất biện
pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải 1 pha.
ABSTRACT

The Central Region 22KV distribution power grid is structured on a 3-phase and 3-wire
system and it consists of 3-phase, 2-phase and single-phase loads so that asymmetry always
happens in any normal operation. In case there are single-phase faults, a 3-phase system shall
cease supplying all loads because the circuit breaker at the beginning of the feeder operates on
the 3-phase system. According to [1] the distribution grid has 2 kinds of structures: 3-phase and
3-wire and 3-phase and 4-wire systems, which lead to asymmetry of single-phase loads in the

normal operation, and in case of single-phase faults, which structure will allow operation to
supply loads on a 2-phase system without any faults? This article presents a method for
calculating asymmetric operation of the structures of both 3-phase and 3-wire system as well as
3-phase and 4-wire system to ensure the reliability of power supply for single-phase loads.
1. Đặt vấn đề
LĐPP là lưới không đối xứng (KĐX) do phụ tải phần lớn là 1 pha trong tính
toán thông thường, chỉ xét KĐX do phụ tải gây ra vì đây là chế độ làm việc thường
xuyên của lưới điện (chế độ xác lập). Tính toán KĐX ở chế độ xác lập nhằm xác định
mức độ mất đối xứng của tải để phân bố hợp lý phụ tải 1 pha trên các pha của lưới điện.
Ngoài ra, các máy biến áp (MBA) phụ tải trên LĐPP 22kV gồm MBA 3 pha, MBA 1
pha sử dụng điện áp dây và MBA 1 pha sử dụng điện áp pha. Các máy cắt đầu xuất
tuyến của LĐPP là thiết bị đóng cắt cả 3 pha, nên khi có sự cố 1 pha thì các phụ tải trên
cả 3 pha đều phải mất điện. Theo số liệu thống kê thì số lần sự cố ngắn mạch 1 pha là
rất lớn (70÷75%) nên suất cắt đường dây cao làm cho độ tin cậy cung cấp điện thấp. Để
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của LĐPP, tác giả đề xuất phương án: bố trí thiết bị
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

49
đóng cắt trên từng pha tại đầu xuất tuyến, khi có sự cố pha nào thì thiết bị đóng cắt của
pha đó tác động, 2 pha còn lại vẫn tiếp tục duy trì cấp điện- nghĩa là lưới điện vận hành
ở chế độ không toàn pha (KĐX), trường hợp hệ thống không toàn pha tương tự trường
hợp đứt dây [3]. Vì vậy, việc nghiên cứu chế độ vận hành (CĐVH) KĐX ở chế độ xác
lập và ở chế độ mất 1 pha đối với từng cấu trúc LĐPP là cần thiết.
2. Đánh giá mức độ KĐX trong hệ thống điện
Nguyên nhân gây mất đối xứng trong hệ thống điện (HTĐ) là do phụ tải trên các
pha không giống nhau (không thể bố trí đều trên cả 3 pha), hoặc đường dây 3 pha chỉ
vận hành truyền tải điện trên một pha hoặc hai pha (CĐVH không toàn pha).
Các thông số về dòng điện và điện áp trên các pha của lưới điện được mô tả
bằng các dạng vectơ phẳng hay số phức:
cba

cba
IIIUUU
••••••
,,,,,
. Lưới điện được gọi là
đối xứng nếu thoả mãn các điều kiện sau:
Về module:
a
U
•
=
b
U
•
=
c
U
•
= const,
a
I
•
=
b
I
•
=
c
I
•

= const (1)
Về góc pha:
0
120
3
2
==
π
ϕ
(2)
Trong đó, φ là góc lệch pha giữa hai vect ơ liên tiếp của các vectơ điện áp hay
các vectơ dòng điện.
KĐX là hiện tượng điện áp và dòng điện trên các pha có module khác nhau hoặc
góc giữa hai vectơ cạnh nhau khác 120
0
Trong tính toán, để thuận lợi ta phân tích các vectơ điện áp và dòng điện trong
trường hợp KĐX thành ba hệ thống thành phần đối xứng thứ tự thuận (TTT), thứ tự
nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK).
.
Sự KĐX của các pha làm xuất hiện dòng điện TTN và TTK. Các dòng điện này
chạy qua các phần tử của lưới điện gây nên điện áp giáng TTN và TTK tương ứng, các
điện áp này cộng với điện áp TTT tần số công nghiệp làm xuất hiện sự KĐX về điện áp
tại các nút và dòng điện trên các nhánh.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

50
- Để đánh giá mức độ mất đối xứng của lư
ới
điện, thường đưa ra các hệ số KĐX về dòng đi
ện và

điện áp [2]:

2
.
2
1
2
2
i
j
i
i
eK
I
I
K
ϕ
==
•
•
•
,
2
.
2
1
2
2
u
j

u
u
eK
U
U
K
ϕ
==
•
•
•


0
.
0
1
0
0
i
j
i
i
eK
I
I
K
ϕ
==
•

•
•
,
0
.
0
1
0
0
u
j
u
u
eK
U
U
K
ϕ
==
•
•
•
(3)
Trong đó:
021
021
,,,,,
••••••
IIIUUU

lần lượt là các thành phần đ
ối
xứng TTT, TTN và TTK của đi
ện
áp và dòng điện.

- HTĐ có thể làm việc bình thường khi:
+ Các hệ số KĐX về dòng điện và điện áp nằm trong phạm vi cho phép như sau:
K
u2
≤ 2%, K
i2
K
≤ 5% (4)
u0
≤ 2%, K
i0
+ Độ lệch điện áp so với điện áp định mức U
≤ 5%
đm
∆U% =
tại tải [4]:
100∗
−
Pdm
PdmP
U
UU
≤ ± 5% (5)
với U

P
3. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán các hệ số KĐX của LĐPP
là điện áp pha
3.1. KĐX ở CĐVH bình thường
CĐVH LĐPP 22KV chủ yếu theo s ơ đồ hình tia, nên để tính toán các hệ số
KĐX ta xét đường dây 22KV (có trung tính nối đất trực tiếp) từ nguồn A cấp điện cho
một phụ tải B như hình 1. Giả sử các phần tử của lưới điện là đối xứng nhưng phụ tải tại
B là KĐX. Tính toán các hệ số K ĐX khi đường dây có cùng loại dây dẫn nhưng khác
nhau về cấu trúc (3 pha- 3 dây và 3 pha- 4 dây). Giới hạn phụ tải tính toán lớn nhất cho
phép (S
max

) khi cosϕ = 0,9 ứng với tổn thất điện áp ∆U ≤ 5% cho loại dây dẫn AC-95 là
3MVA với chiều dài đường dây là 33,3km [5].






Kết quả tính toán các hệ số KĐX bằng phần mềm PSS/ADEPT với 2 dạng cấu
trúc lưới 3 pha- 3 dây (3AC-95) và 3 pha- 4 dây (3AC-95 + 1AC-70) như bảng 1 và 2:
3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây
S
A,
S
A,
S
A

A
B
Hình 1. Sơ đồ tính toán hệ số KĐX
22kV
22kV
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

51
Bảng 1. Độ mất đối xứng cho phép của tải, khi tải thay đổi từ (50% - 100%) S
max
Mức tải
:
Độ mất đối xứng cho phép của tải
theo các giới hạn (%)
K
u0
K
≤ 2%
i2
∆U ≤ ± 5%
≤ 5%
3 pha 3
dây
3 pha 4
dây
3 pha 3
dây
3 pha 4
dây
3 pha 3

dây
3 pha 4
dây
25%.S
42
max

74
15
16
44
74
50%.S
19
max

38
13
14
50
86
75%.S
12
max

23
12
14
15
28

100%.S
7
max

14
9
10
< 1
< 1

Bảng 2. Độ mất đối xứng cho phép của tải, khi chiều dài đường dây thay đổi:
Chiều dài
đường dây
(km)
Độ mất đối xứng cho phép của tải
theo các giới hạn (%)
K
u0
K
≤ 2%
i2
∆U ≤ ± 5%
≤ 5%
3 pha 3
dây
3 pha 4
dây
3 pha 3
dây
3 pha 4

dây
3 pha 3
dây
3 pha 4
dây
10
32
63
15
16
70
100
15
21
41
14
15
52
88
20
15
30
13
14
36
46
25
11
22
12

13
13
23

Nhận xét: Qua kết quả trên, nhận thấy: với cùng CĐVH của HTĐ thì các hệ số
K
u0
<

K
u2
và K
i2
< K
i0
do vậy trong tính toán chỉ cần tính K
u0
và

K
i2
, bởi vì khi hệ
thống thoả mãn chỉ tiêu về K
u0
thì cũng thoả mãn chỉ tiêu về K
u2
và khi thoả mãn chỉ
tiêu về K
i2
thì cũng thoả mãn chỉ tiên về K

i0
. Các chỉ tiêu về hệ số K
u2
, K
i2
, K
u0
, K
i0
khắt
khe hơn so với chỉ tiêu ∆U. Dây trung tính ít ảnh hưởng đến các hệ số KÐX thành phần
TTN mà chỉ ảnh hưởng đến các thành phần TTK. Nếu xét theo tiêu chí K
i2
≤ 5% thì độ
mất đối xứng ít thay đổi theo S
đm
cũng như chiều dài đường dây và gần như không phụ
thuộc vào dạng cấu trúc lưới điện. Ngược lại, nếu xét theo tiêu chí ∆U ≤ 5%, thì độ mất
đối xứng thay đổi theo S
đm
3.2. KĐX ở chế độ mất 1 pha:
, chiều dài đường dây và phụ thuộc vào dạng cấu trúc lưới
điện.
Chế độ sự cố mất 1 pha là trường hợp đặc biệt của chế độ KĐX xác lập, nghĩa là
pha bị mất xem như không tải, 2 pha còn lại vẫn mang giá trị như chế độ xác lập.
LĐPP 22kV được áp dụng để tính toán thực tế cho khu vực miền Trung là xuất
tuyến 475 TBA 110kV Đăk Tô (E46)- Kon Tum. Hiện tại xuất tuyến 475/E46 với cấu
trúc 3 pha 3 dây, trục chính đường dây sử dụng dây 3AC-95, các nhánh rẽ sử dụng dây
3AC-70 và 3AC-50; cấp điện cho các TBA phụ tải 3 pha và 1 pha. TBA phụ tải 3 pha
có tổ nối dây ∆/Y

0
, TBA phụ tải 1 pha có tổ nối dây ∆/Y
0
khi sử dụng điện áp dây (pha-
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

52
pha) và có tổ nối dây Y
0
/Y
0
- Tính toán đối với cấu trúc LĐPP 3 pha 3 dây: Với cấu trúc 3 pha 3 dây, các
MBA phụ tải 3 pha có tổ nối dây ∆/Y
khi sử dụng điện áp pha (pha-đất).
0
, MBA phụ tải 1 pha có tổ nối dây ∆/Y
0
khi sử
dụng điện áp dây (pha-pha) và có tổ nối dây Y/Y
0
- Tính toán đối với cấu trúc LĐPP 3 pha 4 dây: Với cấu trúc 3 pha 4 dây thì
sơ đồ lưới tính toán tương tự như cấu trúc 3 pha 3 dây kết hợp có kéo dây trung tính đi
theo lưới điện, các MBA phụ tải 3 pha có tổ nối dây Y
khi sử dụng điện áp pha (pha-đất).
0
/Y
0
, MBA phụ tải 1 pha sử dụng
điện áp pha (pha-trung tính) có tổ nối dây Y
0

/Y
0
Kết quả tính toán CĐVH không toàn pha (mất pha C) được thực hiện trên
chương trình tính toán PSS/ADEPT [5] như sau: (do khuôn khổ bài báo nên chỉ thể hiện
kết quả tính toán ở một số nút điển hình để so sánh)
.
Điện áp pha (V) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 3 dây
Tên nút Uđm |Va| φ |Vb|
a
φ |Vc|
b
φ
ΔVa
(%)
c

ΔVb
(%)
ΔVc
(%)
C41 22.000 13.375 359.865 13.285 239.896 13.350 120.239 5.302 4.593 5.107
NODE4 22.000 13.375 359.865 13.285 239.896 4.358 308.443 5.302 4.593 65.693
NODE13 0.230 0.073 218.969 0.067 197.397 44.855 49.441
NODE16 0.400 0.239 29.152 0.127 219.743 0.115 196.769 3.574 44.868 50.012
NODE20 0.230 0.135 238.083 1.481

Điện áp pha (V) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 4 dây
Tên nút Uđm |Va| φ |Vb|
a
φ |Vc|

b
φ
ΔVa
(%)
c

ΔVb
(%)
ΔVc
(%)
C41
22.000
13.375
359.874
13.286
239.886
13.349
120.240
5.303
4.604
5.094
NODE4
22.000
13.375
359.874
13.286
239.886
3.977
310.674
5.303

4.604
68.689
NODE13
0.230


0.137
238.866



3.031

NODE16
0.400
0.239
29.138
0.129
221.432
0.115
194.652
3.592
44.084
50.013
NODE20
0.230


0.134
238.443

1.210


Điện áp thứ tự (V) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 3 dây
Tên nút Uđm U φ
1
U
1
φ
2
U
2
φ
0

KU
0

0
KU

(%)
2

(%)
C41 22.000 13.337 0.000 0.055 320.641 0.005 141.765 0.037 0.409
NODE4 22.000 7.454 358.218 5.881 61.735 5.887 302.239 78.980 78.898

Điện áp thứ tự (V) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 4 dây
Tên nút Uđm U φ
1
U
1
φ
2
U
2
φ
0

KU
0

0
KU
(%)
2

(%)
C41 22.000 13.337 0.000 0.054 322.780 0.006 144.985 0.042 0.405
NODE4 22.000 7.589 358.005 5.749 62.099 5.753 302.609 75.808 75.757
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

53
Dòng điện pha (A) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 3 dây
Tên TB Nút đầu Nút cuối Pha |Ia| φ |Ib|
a

φ |Ic|
b
φ
c

MC475 C41 NODE4 AB 94.393 357.074 139.274 206.635
Line2 NODE4 NODE5 ABC 94.393 177.074 139.274 26.635 0.000 255.964
Line16 NODE30 NODE31 CA 0.140 160.942 0.140 340.295
Line56 NODE105 NODE108 BC 0.346 14.701 0.347 194.545
Line104 NODE198 NODE194 AB 0.136 184.240 0.135 4.123

Dòng điện pha (A) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 4 dây
Tên TB Nút đầu Nút cuối Pha |Ia| φ |Ib|
a
φ |Ic|
b
φ
c

MC475 C41 NODE4 AB 95.606 355.702 143.965 209.516
Line2 NODE4 NODE5 ABC 95.606 175.702 143.965 29.516 0.000 0.000
Line16 NODE30 NODE31 C 0.000 94.360
Line56 NODE105 NODE108 B 0.415 31.979
Line104 NODE198 NODE194 A 0.236 157.244

Dòng điện thứ tự (A) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 3 dây
Tên
TB
Nút
đầu

Nút
cuối
Pha I φ
1
I
1
φ
2
I
2
φ
0

KI
0

0
KI
(%)
2

(%)
MC475 C41 NODE4 AB 75.26 338.863 56.28 52.646 24.578 245.8 32.658 74.783
Line2 NODE4 NODE5 ABC 75.26 158.863 56.28 232.646 24.578 65.8 32.658 74.783

Dòng điện thứ tự (A) - Chế độ mất pha C - Mạng 3 pha 4 dây
Tên
TB
Nút
đầu

Nút
cuối
Pha I φ
1
I
1
φ
2
I
2
φ
0

KI
0

0
KI
(%)
2

(%)
MC475 C41 NODE4 AB 77.866 339.92 55.8 54.785 27.879 249.02 35.803 71.677
Line2 NODE4 NODE5 ABC 77.866 159.92 55.8 234.785 27.879 69.02 35.803 71.677

Nhận xét
- Trong CĐVH mất 1 pha: Các phụ tải 3 pha của mạng 3 pha 3 dây và mạng 3
pha 4 dây đều không thể tiếp tục vận hành do các hệ số K ĐX và độ lệch điện áp vượt
mức cho phép. Ngoài ra, đối với mạng 3 pha 3 dây, ở đầu tuyến không có dòng điện,
nhưng do ảnh hưởng giữa các tổ nối dây của MBA 3 pha và 1 pha (∆/Y

: - Đối với mạng 3 pha 3 dây, trong chế độ mất 1 pha, các phụ tải nối
pha-pha ở pha không bị sự cố mới đảm bảo điều kiện vận hành, còn các phụ tải nối
pha-pha khác không thể tiếp tục vận hành do độ lệch điện áp tăng cao vượt quá điều
kiện cho phép. Đối với mạng 3 pha 4 dây, trong chế độ mất 1 pha, các phụ tải 1 pha
(pha-trung tính) của 2 pha còn lại đều đảm bảo các điều kiện cho phép nên vẫn tiếp
tục vận hành.
0
) nên phía tải
tồn tại điện áp không đủ lớn để các tải 1 pha vận hành, nhưng gây nguy hiểm cho con
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(35).2009

54
người và thiết bị. Còn đối với mạng 3 pha 4 dây, các MBA 1 pha và 3 pha có tổ nối dây
Y
0
/Y
0
4. Kết luận
nên trên toàn tuyến đều không có dòng điện, do vậy với mạng này phía tải sẽ an
toàn hơn cho con người và thiết bị.
- Dạng cấu trúc LĐPP 22kV ít ảnh hưởng đến các hệ số KĐX thành phần TTN
(K
u2
, K
i2
), nhưng lại ảnh hưởng nhiều đến các hệ số KĐX thành phần TTK (K
u0
, K
i0
- Trong CĐVH bình thường, các phụ tải 3 pha của mạng 3 pha 3 dây và mạng 3

pha 4 dây đều có các hệ số KĐX K
)
và độ lệch điện áp (∆U) khi lưới điện làm việc ở chế độ mất đối xứng về tải. Trong các
CĐVH của HTĐ, thì độ mất đối xứng cho phép của tải trong mạng 3 pha 4 dây đều lớn
hơn so với mạng 3 pha 3 dây.
u0
, K
u2
, K
i0
, K
i2
- Ứng dụng cấu trúc LĐPP 22kV 3 pha 4 dây cho phép nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện cho các phụ tải 1 pha. Với cấu trúc này ta cần sử dụng các MBA 1 pha có tổ
đấu dây Y
và độ lệch điện áp ∆U luôn đảm bảo
nhờ vào cách bố trí hợp lý các phụ tải 1 pha. Trường hợp mất 1 pha, các phụ tải 3 pha
của mạng 3 pha 3 dây và mạng 3 pha 4 dây đều không thể tiếp tục vận hành do các hệ
số KĐX và độ lệch điện áp vượt mức cho phép.
0
/Y
0
TÀI LIỆU THAM KHẢO
để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị khi có sự cố mất 1 pha; với
các MBA phụ tải 3 pha cần thay thế bởi tổ hợp 3 MBA 1 pha để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện khi có sự cố mất 1 pha.
[1] Bộ Năng lượng, Quyết định số 1867 NL/KHKT ngày 12 tháng 9 năm 1994 ban
hành qui định các tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung thế 22kV, Hà Nội.1994.
[2] Trần Bách, Lưới điện và hệ thống điện, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2004.
[3] Tủ sách Đại học bách khoa, Quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện, Khoa

đại học tại chức xuất bản, Hà Nội 1969.
[4] Tiêu chuẩn ngành 11TCN-18-2006, Quy phạm trang bị điện - Phần 1: Quy định
chung, Nhà xuất bản lao động - xã hội, Hà Nội.
[5] Công ty Điện lực 3, Hướng dẫn sử dụng chương trình PSS/ADEPT, Đà Nẵng 2005.