Tính toán đứt dây trong Hệ thống điện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trần Độ

TÍNH TỐN ĐỨT DÂY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội, 2006


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trần Độ

TÍNH TỐN ĐỨT DÂY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Hệ thống điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PHẠM VĂN HÒA

Hà Nội, 2006


0

Mục lục

Trang
Lời nói đầu

1

Chương 1: Tổng quan về chế độ đứt dây trong hệ thống điện

2

1.1. Khái quát chung

2

1.2. ảnh hưởng của các sự cố phức tạp đến hệ thống điện

2

1.3. Kết luận

5

Chương 2: Sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch và
không trong tính toán sự cố đứt dây

6

2.1. Đặt vấn đề

6

2.2. Máy phát điện

7

2.3. Máy biến áp

8

2.4. Đường dây

8

2.5. Phụ tải

9

Chương 3: Các phương pháp tính toán sự cố đứt dây

10

3.1. Phương pháp thành phần đối xứng

10

3.2. Phương pháp xếp chồng

16

3.3. Kết luận

17

Chương 4: Khảo sát chế độ đứt dây của đường dây siêu
cao áp 500KV

18

4.1. Đặc điểm của đường dây siêu cáp áp 500kV

18

4.2. Các phương pháp nghiên cứu chế độ đứt dây của đường dây siêu áp

19

4.3. Tính toán đứt dây đối với đường dây siêu cao áp

27

4.4. Khảo sát chế độ đứt dây của đường dây 500KV Việt Nam

67

Phụ lục
Tài liệu tham khảo

78
105

1

Lời Mở đầu
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xà hội, hệ thống điện Việt Nam
phát triển không ngừng theo thời gian, mở rộng theo không gian và ngày càng
trở nên phức tạp. Vận hành lưới điện an toàn và hiệu quả là nhiệm vụ hàng
đầu của ngành điện. Trong quá trình vận hành của lưới điện Việt Nam hiện
nay đôi khi xảy ra sự cố đứt dây và sự cố này gây ảnh hưởng xấu đến máy
phát, ®Õn sù t¸c ®éng mÊt tin cËy cđa c¸c thiÕt bị bảo vệ rơle. Ngoài ra, đây
cũng là nguyên nhân làm tăng tổn thất trong mạng và độ tin cậy cung cấp điện
giảm xuống. Vì những lý do trên, cần phải tính toán các thông số chế độ trong
mạng khi xảy ra sự cố để xem xét mức độ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống
đồng thời đưa mạng quay trở về trạng thái ban đầu.
Đề án Tính toán chế độ đứt dây của hệ thống điện Việt Nam
nghiên cứu, tính toán và đưa ra những phương pháp đối xứng hoá lưới điện khi
lưới điện bị mất đối xứng do sự cố đứt dây gây nên.
Tuy nhiên do khuôn khổ có hạn nên với đề tài đề ra một số phần được
trình bày và nghiên cứu ở mức độ chi tiết nhất định. Tác giả hy vọng qua bản
luận văn này nắm bắt thêm được một lĩnh vực cần được quan tâm của hệ
thống điện. Vì vậy tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn góp ý của các
thầy cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn của tác giả được hoàn
thiện hơn.
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS-TS Phạm
Văn Hoà bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội đà tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Tác giả
cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và người thân
đà nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 18 tháng 09 năm 2006
Người thực hiện

Trần Độ


2

Chương 1
Tổng quan về chế độ đứt dây
trong hệ thống điện
1.1. Khái quát chung.
Trong quá trình nghiên cứu và học tập trước đây chúng ta chủ yếu xem
xét chế độ ngắn mạch trong hệ thống điện( HTĐ ). Đây là loại sự cố gây nên
đối xứng ngang trong HTĐ. Bên cạnh đó còn các loại sự cố nữa gây nên
không đối xứng dọc là các sự cố đứt dây: đứt dây một pha và đứt dây hai pha.
Sự tổ hợp của đứt dây và ngắn mạch xảy ra đồng thời gọi là sự cố phức
tạp. Vị trí ngắn mạch và đứt dây có thể tồn tại ở những vị trí khác nhau trong
HTĐ. Trong thực tế xác suất xảy ra sự cố phức tạp thường rất thấp và có thể là
các sự cố phức tạp sau:
-

Một pha bị đứt.

-

Hai pha bị đứt.

-

Một pha bị đứt, một đầu rơi xuống đất sinh ngắn mạch.

-

Ngắn mạch hai pha, đồng thời đứt dây hai pha( xảy ra lúc có ngắn
mạch hai pha, hai máy cắt hai đầu cắt không đồng thời).

1.2. ảnh hưởng của các sự cố phức tạp đến hệ thống điện.
Tuy xác suất xảy ra ít nhưng các sự cố phức tạp vẫn có thể gây ra nguy
hiểm đối với các thiết bị trong hệ thống điện.
1.2.1. Đối với máy phát điện đồng bộ ba pha.
Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ làm việc với lưới có
trung tính cách điện. Do đó khi đứt dây một pha trong máy phát điện không
tồn tại thành phần dòng thứ tự không.
Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rotor nên không
quét qua rotor và tác dụng của nó giống như lúc máy phát điện có phụ tải đối


3

xứng bình thường (trong rotor không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có
dòng kích thích một chiều).
Hệ dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều rotor víi vËn
tèc ®ång bé do ®ã nã qt qua rotor với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ,
kết quả là trong các mạch rotor (mạch cuộn dây kích thích khi khép mạch,
mạch cuộn cảm, dòng xoáy trong lõi rotor) có dòng cảm ứng tần số 100 Hz.
Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy phát điện đồng bộ.
Dòng có tần số cao 100 Hz chạy trong các mạch rotor sẽ gây nên phát
nóng phụ, nhất là ở dây tần số cao 100Hz, do hiệu ứng mặt ngoài lớn làm cho
sự phát nóng trầm trọng hơn. Đối với các máy phát điện nhiệt điện (rotor
khối) dòng tần số 100 Hz khá lớn nên gây phát nóng mạnh hơn, còn trong các
máy phát thuỷ điện (rotor cực lồi) dòng này có giá trị nhỏ hơn nên sự phát
nóng không bằng so với các máy phát nhiệt điện.

Dòng tần số 100 Hz gây nên mô men đập mạch (đổi dấu). Như vậy trong
chế độ đứt dây ngoài mô men cơ của tua bin, có hai mô men điện tác dụng lên
trục của rotor là: mô men không đổi của dòng thứ tự thuận như lúc có tải đối
xứng bình thường và mô men đổi dấu sinh ra bởi dòng thứ tự nghịch. Mô men
đổi dấu đập mạch với các tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz...
Thực tế ta chỉ xét đến mô men đập mạch tần số 100 Hz vì biên độ của
các mô men có tần số càng cao càng nhỏ. Mô men đập mạch khi thì cùng
chiều, khi thì ngược chiều với mô men không đổi. Kết quả là mô men đập
mạch làm cho máy phát điện bị rung gây nên những ứng suất phụ. Đối với
máy phát nhiệt điện rotor khối có độ bền cao nên ảnh hưởng của mô men đổi
dấu không đáng kể, còn máy phát thuỷ điện do rotor cực lồi được lắp ghép từ
nhiều cực với các lá thép nên ảnh hưởng bởi mô men đổi dấu có tác dụng làm
rung đáng kể.
1.2.2. Đối với động cơ không ®ång bé.


4

Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam
giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ đứt dây phần tĩnh của
nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch.
Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rotor là sinh
mô men không đồng bộ như trong chế độ bình thường và khi đó dòng rotor có
tần số f 1 s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rotor và vận tốc đồng bộ,
f 1 tần số dòng phần tĩnh).
Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rotor nên
sinh dòng cảm ứng trong rotor víi tÇn sè (2 - s)f 1 . Điện trở tác dụng tương đối
định mức của rotor động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R 2 = 0,02 ữ 0,03), điện
kháng tản từ của rotor cũng chỉ vào khoảng 0,1; trong khi đó điện kháng từ
hoá của nó lại rất lớn (X m = 3 ữ 4). Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động

cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của
nó X 2 = X N = 0,1 ữ 0,3 tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận. Như vậy
ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không
đồng bộ cũng có dòng thứ tự nghịch rất lớn.
Trong chế độ đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai pha còn lại gấp
3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất công

suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rotor tăng hai
lần. Vì vậy trong chế độ đứt dây động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh.
Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ này có thể giảm
xuống đến hai lần.
1.2.3. Đối với các phần tử tĩnh. (máy biến áp, đường dây, kháng điện,...)
Có thể thấy rằng trong chế độ sự cố phức tạp tổn thất trên đường dây và
các phần tử tĩnh khác tăng lên. ThÝ dơ trong chÕ ®é ®èi xøng tỉn thÊt ba pha
đường dây có dòng điện I, điện trở R là 3I2R. Còn trong chế độ sự cố, nếu


5

dòng trong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng
trong pha thứ ba vẫn bằng I thì tổn thất trên đường dây khi đó lµ:
R[(I + ∆I)2 + (I - ∆I)2 + I2] = R(3I2 + 2I2).
Ngoài ra chế độ sự cố của đường dây tải điện có thể làm nhiễu các đường
dây thông tin ở gần.
Trong máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối
xứng về áp các pha tại điểm đấu nối phía sơ cấp và không đối xứng về dòng
các pha gây ra bởi phụ tải không đều phía sau máy biến áp. Không đối xứng
về áp tại điểm đấu nối sẽ gây không đối xứng điện áp đầu ra máy biến áp, làm
tăng không đối xứng về dòng điện. Nhiều trường hợp hệ thống rà tải khi có sự
trùng lặp về không đối xứng trong cùng pha cả ở phía cấp cho phụ tải và phía

đấu nối máy biến áp. Một số trường hợp không đối xứng làm cho máy biến áp
khi vận hành bị rung, tỉn hao lín suy hao ti thä. Dßng trong các pha của
máy biến áp không cân bằng gây nên sự chênh lệch nhiệt độ các cuộn dây pha
riêng biệt. Trong trường hợp không đối xứng về dòng điện làm cho nhiệt độ
cuộn dây tăng quá giới hạn cho phép. Nhiều khi gây ra cháy máy biến áp
trong khi máy vẫn đang làm việc trong giới hạn tải cho phép.
Chế độ không đối xứng có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị
chỉnh lưu, phản chỉnh lưu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hoá.
1.3. Kết luận.
Qua trên thấy rằng việc tính toán xác định dòng khi sự cố phức tạp xảy ra
là rất cần thiết để có phương án xử lí, vận hành hệ thống điện được tốt hơn.
Trong luận văn này không đi sâu đánh giá hậu quả do sự cố phức tạp gây
ra mà chủ yếu giới thiệu tính toán hệ thống điện trong một số sự cố điển hình .


6

Chương 2
Sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch và
không trong tính toán sự cố đứt dây
2.1. Đặt vấn đề.
Khi đứt dây hiệu điện thế và dòng điện tại chỗ đứt của ba pha sẽ không
còn đối xứng nữa. Ví dụ, khi đứt dây pha A thì tại chỗ ®øt vỊ ®iƯn ¸p: pha A
cã mét hiƯu ®iƯn thÕ, còn hai pha B, C có hiệu điện thế bằng không; về dòng
điện: pha A không có dòng điện còn hai pha B và C thì vẫn co dòng. Như vậy
tại chỗ đứt tồn tại các hệ 3 vectơ không đối xứng. Cũng như trong ngắn mạch,
ở đây sử dụng phương pháp vectơ thành phần đối xứng để tính toán sự cố đứt
dây. Tương ứng với mỗi vectơ thành phần nhất thiết phải có các sơ đồ thay thế
cần tương ứng. Đó là sơ đồ thay thế thứ tự thuận, sơ đồ thay thế thứ tự nghịch
và sơ đồ thay thế thứ tự không. Vấn đề cần xem xét là trong sơ đồ thay thế các

thứ tự này có gì giống và khác biệt so với sơ đồ thay thế các thứ tự trong tính
toán ngắn mạch trước đây. Trước hết ta xem xét đồ các thứ tự thuận, thứ tự
nghịch và thứ tự không được xây dựng như thế nào.
2.1.1 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT).
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận là sơ đồ giả thiết chỉ có dòng thứ tự thuận đi
qua, do sức điện ®éng thø tù thuËn cña nguån cung cÊp sinh ra và tạo một điện
áp rơi thứ tự thuận. Sơ đồ này được thành lập giống như sơ đồ khi tính ngắn
mạch ba pha.
2.1.2 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (TTN).
Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch, giả thiết chỉ có dòng thứ tự nghịch đi qua và
tạo ra một điện áp rơi thứ tự nghịch. Điện áp thứ tự nghịch tại điểm trung tính
của nguồn cung cấp và phụ tải bằng không. Tất cả sức điện động thứ tự nghịch
đều ở dạng sức điện động tự cảm, do các điện kháng tương ứng gây ra. Bởi
vậy sơ đồ thay thế thứ tự nghịch được thành lập từ điện kháng. §èi víi c¸c


7

phần tử tĩnh của hệ thống điện như đường dây, máy biến áp, kháng điện, điện
kháng thứ tự nghịch bằng điện kháng thứ tự thuận. Đối với máy quay như máy
phát điện, động cơ, phụ tải tổng hợp thì điện kháng thứ tự nghịch khác điện
kháng thứ tự thuận. Thường thì điện kháng thứ tự nghịch và thứ tự không của
máy phát đồng bộ gần bằng nhau nên không nhất thiết phải lập sơ đồ thứ tự
nghịch cho toàn lưới điện vì điện kháng của các phần tử là như nhau. Trong
trường hợp này sơ đồ thứ tự nghịch chỉ khác thứ tự thuận là sức điện động của
máy phát đồng bộ bằng không. Dòng điện và điện áp thứ tự nghịch đạt giá trị
cực đại tại điểm ngắn mạch mà chúng được tạo bởi tỷ số giữa các giá trị pha.
Vì vậy, đối với sơ đồ thay thế thứ tư nghịch, chỗ ngắn mạch như là nguồn
cung cấp, còn suất điện động tại nguồn máy phát có giá trị bằng không.
2.1.3 Sơ đồ thay thế thứ tự không (TTK).

Dòng điện và điện áp trong sơ đồ thứ tự không là không cân bằng nên
dòng thứ tự không có thể không đi qua tất cả các phần tử của hệ thống điện ba
pha. Vì vậy, việc thành lập sơ đồ thay thế thứ tự không nên xuất phát từ chỗ
ngắn mạch. Sơ đồ thứ tự không khác nhiều về dạng so với sơ đồ thứ tự thuận
và thứ tự nghịch.
Dưới đây ta hÃy xem xét sơ đồ thay thế cho từng phần tử chính: máy phát
điện, máy biến áp, đường dây và phụ tải.
2.2. Máy phát điện( MF).
Sơ đồ thay thế của MF trong tính toán đứt dây cơ bản giống sơ đồ thay
thế trong tính toán ngắn mạch, có khác ở giá trị suất điện động và giá trị điện
kháng trong sơ đồ thay thế thứ tự thuận.
Cụ thể như sau:
-

Trong sơ đồ thay thế thứ tự thuận gồm suất điện động E F và điện
kháng chọn X d . Cần lưu ý rằng giá trị E F nhất thiết phải được lấy


8

từ kết quả tính toán chế độ xác lập chứ không được lấy gần đúng
như trong quá trình tính toán ngắn mạch.
-

Trong sơ đồ thay thế thứ tự nghịch thì giống hoàn toàn như khi tính
toán ngắn mạch: suất điện động nối tắt, còn điện kháng chọn như
điện khángthứ tự nghịch X F2 .

-

Cũng như khi tính toán ngắn mạch, ở đây MF không tham gia trong
sơ đồ thay thế thứ tự không vì nó nối với MBA có cuộn dây phía
MF đấu sao. Cuộn dây đấu sao tạo dòng điện thứ tự không chạy
quẩn trong đó, không cho đi vào ba pha đầu cực MF.

2.3. Máy biến áp( MBA ).
Sơ đồ thay thế của máy biến áp trong sơ đồ thay thế các thứ tự thuận ,
nghịch, không khi tính toán sự cố đứt dây không có gì khác với sơ đồ thay thế
các thứ tự thuận, nghịch, không khi tính toán ngắn mạch.
2.4. Đường dây.
Sơ đồ thay thế của đường dây trong sơ đồ thay thế các thứ tự thuận và
nghịch khi tính toán đứt dây không có gì khác so với sơ đồ thay thế các thứ tự
thuận và nghịch khi tính toán ngắn mạch. Nhưng sơ ®å thay thÕ cđa nã trong
s¬ ®å thay thÕ thø tự không các điện kháng và điện trở được xác định tuỳ theo
từng loại đường dây dùng trong truyền tải như:
-

Đường dây tải điện trên không ba pha lộ đơn.

-

Đường dây tải điện trên không ba pha lộ kép.

-

Đường dây tải điện trên không ba pha lộ đơn có dây chống sét.

-

Đường dây tải điện trên không ba pha lộ kép có dây chống sét.

-

Đường dây cáp.


9

2.5. Phụ tải.
- Phụ tải trong sơ đồ thay thế thứ tự thuận nhất thiết phải được tính đầy
đủ và được thể hiện dưới dạng tổng trở phức, giá trị của nó được xác định theo
các công thức:
U2
U2
. cos = 2 .P
S
S
2
U
U2
=
. sin ϕ = 2 .Q
S
S

R pt =
X pt

Hoặc ở dạng tương đối cơ bản
R pt tdcb =

X pt −tdcb =

R pt
Z cb
X pt
Z cb

= R pt

S cb
U cb2

= X pt

S cb
U cb2

Trong trường hợp không có số liệu thì coi phụ tải đó là tổng hợp và có giá trị
gần đúng: Z pt = 0,8 + j0,6 ( ở dạng tđđm ).
- Phụ tải trong sơ đồ thay thế thứ tự nghịch được thể hiện gần đúng bằng
một tổng trở mà giá trị của nó bằng 36% so với tổng trở thứ tự thuận của phụ
tải đó.
- Trong sơ đồ thay thế thứ tự không không tồn tại nhánh phụ tải vì phụ tải
thường đấu sau máy biến áp có tổ dây đấu tam giác. Cuộn tam giác của máy
biến áp không cho dòng thứ tự không đi vào phụ tải.


10

Chương 3

Các phương pháp tính toán sự cố đứt dây
Qua phần trình bày ở trên thấy có nhiều nguyên nhân gây đứt dây trong
hệ thống và tác hại gây ra cũng rất lớn. Vậy ta cần có những phương pháp
nghiên cứu cụ thể, ứng dụng vào tính toán sự cố đứt dây trong hệ thống điện.
Có thể liệt kê một số phương pháp sau :
-

Phương pháp thành phần đối xứng.

-

Phương pháp các thành phần không đối xứng.

-

Phương pháp các thành phần khác.

-

Phương pháp toạ độ pha.

Cũng có thể kết hợp các phương pháp trên với các phương pháp sau:
-

Phương pháp sơ đồ thay thế phức hợp.

-

Phương pháp xếp chồng.

-

Phương pháp dịch chuyển điểm đứt.

-

Phương pháp thứ tự thuận mở rộng.

Dưới đây sẽ trình bày vắn tắt nội dung cơ bản của một vài phương pháp
thường dùng.
3.1. Phương pháp thành phần đối xứng.
3.1.1. Hệ phương trình cơ bản.
Chỗ pha bị đứt dây sinh ra một hiệu điện áp và không có dòng điện. Như
vậy hiệu điện thế và dòng điện của 3 pha chỗ bị đứt nói chung là khác nhau.
Cũng giống như trường hợp ngắn mạch không đối xứng cần phân các hiệu
điện thế và dòng điện tại chỗ bị đứt thành các véctơ thành phần đối xứng thứ
tự thuận, nghịch, không và sẽ có 6 ẩn là: U a1 , ∆U a 2 , ∆U a 0 , I a1 , I a 2 , I a 0 . Vậy bài
toán sẽ được giải quyết thông qua 6 phương trình độc lập trong đó có 3


11

phương trình cơ bản cho mọi sự cố đứt dây và 3 phương trình riêng đặc thù
cho từng loại sự cố đứt dây.
Dù là một pha hay hai pha đứt dây thì hệ thống điện đều có thể biến đổi
từ sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch, không về dạng đơn giản (tối giản)
như trên sơ đồ dưới đây.

Cũng như khi ngắn mạch, pha A được coi là pha đặc biệt: khi đứt dây
một pha thì pha A bị đứt, còn trong đứt dây hai pha thì pha A lại là pha không

bị đứt. Tương tự như chế độ ngắn mạch, trong chế độ đứt dây có thể thiết lập
được hệ phương trình cơ bản gồm 3 phương trình cho các véctơ thành phần
của pha A như sau:
.
.
.

U a1 = E aΣ − j I a1 X 1Σ 
.
.

∆ U a 2 = 0 − jI a 2 . X 2 Σ 

.
.
∆U a 0 = 0 − j I a 0 X 0 Σ 


3.1.2. Ba phương trình riêng cho từng loại đứt dây.
Căn cứ vào trạng thái của từng loại đứt dây mà ta thành lập được phương
trình riêng đặc thù cho từng loại sự cố đứt dây như sau:
3.1.2.1. Đứt dây một pha.
Khi đó pha A bị đứt, ta có hệ phương trình sau:


12



.


∆ U b = 0

.
∆ U c = 0

.

Ia =0

Hay viết dưới dạng véctơ thành phần:
I + I + I =

0
a1 a2 a0


 + a 2∆U
 + a 2∆U
 =
a 2U
0
a1
a2
a0
+ aU
+ aU
=0

aU

a1
a2
a0


Hệ phương trình trên so với hệ phương trình trạng thái ngắn mạch hai
pha chạm đất có sự tương ứng hoàn toàn. Như vậy có thể áp dụng cách tính
cho trường hợp đứt dây một pha giống hệt như đối với ngắn mạch hai pha
chạm đất.
3.1.2.2. Đứt dây hai pha.
Khi đó pha A không bị đứt, ta có hệ phương trình sau:

=
U
a 0

I =

b

I = 0
c


Hay viết dưới dạng vectơ thành phần ®­ỵc:
 + ∆U
 + ∆U
 =0
∆U
a1

a2
a0
a 2I + aI + I =
0
a1 a2 a0
aI + a 2I + I =
0
a1
a2 0

Hệ phương trình trên so với hệ phương trình trạng thái ngắn mạch một
pha chạm đất có sự tương ứng hoàn toàn. Như vậy có thể áp dụng cách tính


13

cho trường hợp đứt dây hai pha giống hệt như đối với ngắn mạch một pha
chạm đất.
Thật vậy ta xét một sơ đồ hệ thống bao gồm hai nguồn phát, hai máy
biến áp và một đường dây với các tình huống đứt dây khác nhau.
Khi đứt dây một pha (pha A), sơ đồ sự cố có dạng như sau:

Tương tự như ngắn mạch hai pha chạm đất, sơ đồ phức của trường hợp
này như trên sau:

EI

? Ua1
X 1M

I a1

E II
X 1N

? Ua2
X 2M

I a2

X 2N

? Ua0
X 0M

I a0

X 0N

I a2
X 2?

EI
X 1M

E II

I a1

X 1N

I a0
X 0?

C¸c ký hiƯu trong sơ đồ này như sau:


14

X 1M , X 2M , X 0M - c¸c điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không của HTĐ
phía bên trái kể từ điểm đứt dây.
X 1N , X 2N , X 0N - các điện kháng thứ tự thuận, thuận, không của HTĐ phía
bên phải kể từ điểm đứt dây.
X 2 , X 0 - các điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch và
thứ tự không.
U a1 , U a2 , ∆ U a0 , I a1 , I a2 , I a0 - Hiệu điện thế và dòng các vectơ thành

phần của pha A tại chỗ đứt dây.
E I , E II - suất điện động các nguồn.
Trường hợp đứt dây một pha cũng như ngắn mạch hai pha chạm đất là
điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch và thứ tự không nối song
song với sơ đồ thay thế thứ tự thuận tại chỗ sự cố, nhưng có điểm khác nhau
là:
- Trong ngắn mạch hai pha chạm đất thì hai điện kháng X 2 , X 0 song
song mắc rẽ nhánh vào điểm ngắn mạch của sơ đồ thay thế thứ tự thuận và đất
(mắc ngang, nên được gọi là tình trạng đối xứng ngang).
- Còn trong đứt dây hai pha thì hai điện kháng X 2 , X 0 song song
được mắc chen vào chỗ đứt của sơ đồ thay thế thứ tự thuận (mắc dọc, nên
được gọi là tình trạng đối xứng dọc).
Căn cứ vào sơ đồ phức hợp có thể tính các thành phần của dòng và của
hiệu điện thế tại chỗ đứt dây theo các công thøc sau:

E I − E II
Ia1 =
j(X1Σ +X2Σ //X0Σ
Ia2 = −Ia1 X0Σ
X2Σ +X0Σ
Ia0 = −Ia1 X2Σ
X2Σ +X0Σ

Trong ®ã: X=
X1M + X1N
1Σ















15

 =(E − E ) − jI .x 
∆U

I II
a1
a1 1Σ 

 =
∆U
− JI .X

a2
a2 2Σ




∆U =
− JI .X
a0
a0 0Σ


Tõ các vectơ thành phần có thể xác định hiệu điện thế và dòng các pha
theo phương pháp vectơ thành phần như đối với ngắn mạch hai pha chạm đất.
Khi đứt dây hai pha (pha B và pha C), sơ đồ sự cố có dạng như sau:

Tương tự như ngắn mạch một pha chạm đất, sơ đồ phức của trường hợp
này nh­ sau:
EI

? Ua1
X 1M

E II

I a1

X 1N

? Ua2
X 2M

I a2

X 2N

? Ua0
X 0M

EI
X 1M

I a0

I a1 I a2
X 2?
? Ua0

X 0N

E II

I a0
X 0?

X 1N

? Ua0

Trong trường hợp đứt dây hai pha cũng như ngắn mạch một pha chạm đất
là điện kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự nghịch nối tiếp với điện


16

kháng tổng của sơ đồ thay thế các thứ tự không mắc nối tiếp với sơ đồ thay thế
thứ tự thuận tại chỗ sự cố, nhưng có điểm khác là:
- Trong ngắn mạch một pha chạm đất hai điện kháng nối tiếp (X 2 +
X 0 ) được mắc vào điểm ngắn mạch của sơ đồ thay thế thứ tự thuận và đất
(mắc ngang, nên được gọi là tình trạng đối xứng ngang).
- Còn trong đứt dây hai pha hai điện kháng nối tiếp (X 2 + X 0 ) được
mắc chen vào chỗ đứt của sơ đồ thay thế thứ tự thuận (mắc dọc, nên được gọi
là tình trạng đối xứng dọc).
Căn cứ vào sơ đồ thay thế phức hợp có thể tính các thành phần của dòng
và của hiệu điện thế tại chỗ đứt dây theo các công thức sau:
E E
I II
I= I = I =
a1 a2 a0 J(X + X + X )
1Σ
2Σ
2Σ

=(E − E ) − I X 
I II a1 1Σ 
CA



∆U =
− jI X

a2
a1 2Σ

 =

∆U
− jI X
a0
a1 0Σ


∆U

Khi đà có các thành phần đối xứng của dòng và hiệu điện thế có thể dùng
các công thức của phương pháp vectơ thành phần đối xứng để tính dòng và
hiệu điện thế các pha tại chỗ đứt dây.
3.2. Phương pháp xếp chồng.
Với sự cố đứt dây người ta còn áp dụng nguyên lý xếp chồng để tính
toán. Trạng thái đứt dây có thể coi là kết quả xếp chồng của 2 trạng thái sau:
- Trạng thái hoạt động bình thường của nguồn (sđđ các máy phát với các

nguồn áp xuất hiện phụ thêm tại chỗ đứt dây bằng 0. Thực chất đây là chế độ
xác lập trước sự cố.
- Trạng thái mọi nguồn máy phát bằng 0 nhưng tồn tại hiệu điện áp tại
chỗ sự cố. Trạng thái này còn gọi là trạng thái riêng sự cố. Dễ thấy rằng có thể
thay tương đương nguồn áp phụ thêm đặt vào vị trí đứt dây bằng nguồn dòng


17

cùng trị số nhưng ngược chiều với dòng pha trước khi có sự cố (để chế độ tổng
hợp có dòng pha đứt dây bằng 0).
Chế độ trước khi bị đứt dây đà biết hoặc tính toán được (chế độ xác lập
trước sự cố), còn giải mạch theo chế độ riêng sự cố khá đơn giản bởi các mạch
của sơ đồ thứ tự đều không nguồn, dễ dàng đẳng trị thành một tổng trở đẳng
trị. Nói riêng cũng áp dụng được sơ đồ phức hợp để tính toán dòng phân bố
cho chế độ riêng của sự cố.
3.3. Kết luận.
Trong luận văn với tiêu đề Tính toán đứt dây trong hệ thống điện Việt
Nam ta có thể dùng phương pháp thành phần đối xứng và phương pháp xếp
chồng để tính toán.


18

Chương 4
Khảo sát chế độ đứt dây của đường dây
siêu cao áp 500kv
4.1. Đặc điểm của đường dây siêu cao áp 500kV.
- Đường dây siêu cao áp không được hoán vị vì khoảng cách giữa các pha
lớn làm chỗ hoán vị phức tạp, làm việc kém tin cậy. Do đó tổng trở các pha

thường khác nhau.
- Đường dây siêu cao áp có chiều dài khá lớn, được phân pha để tăng khả
năng tải và giảm tổn thất vầng quang nên điện dung rất lớn, trong tính toán
chế độ không đối xứng chúng phải được tính đến.
Đối với đường dây cao áp (110-220 kV), khi tính toán chế độ không đối
xứng có thể bỏ qua điện dung nên khi một pha bị cắt thì thực tế pha đó được
cách ly khỏi lưới và không còn ảnh hưởng gì đến các pha còn lại. Vì vậy một
pha đường dây bị cắt tức là trong hệ thống có một chỗ đứt mạch.
Ngược lại đối với đường dây siêu cao áp , do điện dung lớn nên pha bị cắt
bằng máy cắt ở hai đầu đường dây vẫn tiếp tục tham gia vào quá trình điện từ
với các pha còn lại. Vì vậy một pha bị cắt phải được xem như trong hệ thống
có hai chỗ đứt mạch.
I

II
Q P

M N
C

Hình 4-1

Trên hình 3-1 đường dây nối hệ thông I và II bị cắt pha A. Mặc dù pha A
bị cắt hai đầu tương ứng với các điểm đứt mạch M,N và Q,P nhưng nó vẫn liên
hệ với hai pha còn lại qua điện dung.


19

4.2. Các phương pháp nghiên cứu chế độ đứt dây của đường dây siêu

cao áp.
Đường dây siêu cao áp có những điểm riêng, trong đồ án này sẽ trình bày
hai phương pháp hay được áp dụng.
4.2.1. Phương pháp dịch chuyển điểm đứt
Thực chất của phương pháp dịch chuyển điểm đứt là kết hợp áp dụng
ngyên lý xếp chồng và sơ đồ thay thế phức hợp của đường dây siêu cao áp.
4.2.1.1. Sơ đồ thay thế phức hợp của đường dây siêu cao áp.
Với lưới điện phức tạp bất kỳ khi xảy ra đứt một pha của đường dây siêu
cao áp ta có thể vẽ sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK)
có dạng 3 điểm tựa I, II và H như hình 3 2, trong đó với = 2 ta có sơ đồ
thứ tự nghịch còn với = 0 ta có sơ đồ thứ tự thuận.

ZH
ZP

ZM

I
N

M
.

U Y

ZN

C

II

ZQ

Q

P
.

U R

ZL
Hình 4-2

Trong mỗi sơ đồ, phần đường dây bị cắt được thay thế bằng một hình sao
.

.

với các tổng trở Z N , Z Q , Z L và các điện áp U Y , U R . Phần còn lại của sơ
đồ được thay thế bằng một hình sao với các tổng trở Z M , Z P , Z H .
Từ sơ đồ thay thế như hình 4-2, ta viết được phương trình cân bằng áp
tổng quát cho cả sơ đồ thứ tự thuận và không như sau:


20

.

.

.

.

− U βy = ( Z βM + Z βN ) I βY + ( Z βH + Z βL )( I βY + I βR )
.

.

.

(4.1)

= Z β' N I βY + Z β' L ( I βY + I βR )
.

.

.

.

− U βR = ( Z βQ + Z βP ) I βY + ( Z βH + Z βL )( I βY + I βR )
.
= Z β' Q I βY +

.
.
Z β' L ( I βY + I R )

(4.2)

Trong đó = 0 ; 2.
Các biểu thức (4.1) và (4.2) là các điều kiện bờ tại chỗ cắt.
Các phương trình thể hiện trạng thái đứt pha A:
.

IA = 0
.

UB = 0
.

UC = 0

Phân tích áp và dòng ra các thành phần đối xứng ta được:
.
.
.
1 .
U1 = U 2 = U 0 = U A
3

.

.

.

.

Do I A = 0 nªn I1 + I 2 + I 0 = 0
Từ các quan hệ dòng và áp của các thành phần đối xứng ta ghép sơ đồ
thứ tự nghịch và không với sơ đồ thứ tự không với sơ đồ thứ tự thuận được sơ
đồ thay thế phức hợp như hình 4-3
Từ sơ đồ thay thế phức hợp, ta viết lại phương trình cân bằng áp cho sơ
đồ thứ tự nghịch và không như sau:
.

.

.

.

.

.

.

.

.

U y = Z βM I βy + Z βN I'βy + ( Z βH + Z βL )( I'βy + I'βR )
.

− U βR = Z βP I βy + Z βQ I'βR + ( Z βH + Z βL )( I'βy + I'βR )

(4.3)
(4.4)


21

.

.

.

.

Do I'βY ≠ I βY vµ I'βR ≠ I βR nên các phương trình (4.3), (4.4) không trùng
với (4.1) và (4.2). Điều đó chứng tỏ rằng sơ đồ thay thế phức hợp như hình
4-2 không thỏa mÃn điều kiện bờ tại chỗ cắt nên không thể dùng được trong
tính toán ®èi víi ®­êng d©y s

/3V0/

-


103

4450 (KV L-G)
99.08
NHABE
500

SEQUENCE
AN(3I0)
PHASE
TO 4400 1
167.38
PHULAM
500
TO 4650 1
14.45
PHUMY
500
TO 4650 2
14.45
PHUMY
500
TO WINDING 1
11.23
[AT6_NB ] 1
TO WINDING 1
11.23
[AT7_NB ] 1
SUM OF
0.00
CONTRIBUTIONS

0.507

99.08

293.777

8.85

1.547

81.23

294.250

9.24

294.385

-111.42

292.707

128.74

/I0/

AN(I0)

/I+/

AN(I+)

/I-/

AN(I-)

/IA/

AN(IA)

/IB/

AN(IB)

/IC/

AN(IC)

20.5

-167.38

1292.3

12.33

50.9

178.61

1222.5

12.89

1338.0

-106.85

1317.1

130.98

4.4

14.45

1049.6

-178.16

18.5

-6.24

1027.0

-178.07

1064.1

62.45

1057.9

-58.86

4.4

14.45

1049.6

-178.16

18.5

-6.24

1027.0

-178.07

1064.1

62.45

1057.9

-58.86

5.8

11.23

430.6

-14.02

7.1

11.28

442.4

-13.30

425.3

-134.53

424.3

105.75

5.8

11.23

430.6

-14.02

7.1

11.28

442.4

-13.30

425.3

-134.53

424.3

105.75

0.0

0.00

0.0

0.00

0.0

0.00

0.0

0.00

0.0

0.00

0.0

0.00

1.521

/3I0/

61.4

-

13.2

13.2

17.5

17.5

0.0

-------------------------------------------------------------------------------SEQUENCE
AN(3V0)
PHASE
4650 (KV L-G)
104.34

PHUMY
500
SEQUENCE
AN(3I0)
PHASE
TO 4450 1
165.58
NHABE
500
TO 4450 2
165.58
NHABE
500
TO 4500 1
14.43
PHUMY22 500
TO 4500 2
14.43
PHUMY22 500
TO 4550 2
0.00
PHUMY3
500
TO 4560 1
0.00
PHUMY3
500
TO 4600
14.39

1

/V0/

AN(V0)

/V+/

AN(V+)

/V-/

AN(V-)

/VA/

AN(VA)

/VB/

AN(VB)

/VC/

AN(VC)

0.360

104.34

296.636

11.22

1.324

81.87

297.060

11.53

297.200

-109.02

295.657

131.14

/I0/

AN(I0)

/I+/

AN(I+)

/I-/

AN(I-)

/IA/

AN(IA)

/IB/

AN(IB)

/IC/

AN(IC)

4.4

-165.58

1043.7

4.55

18.8

173.73

1020.8

4.71

1058.9

-114.86

1051.5

123.82

4.4

-165.58

1043.7

4.55

18.8

173.73

1020.8

4.71

1058.9

-114.86

1051.5

123.82

2.9

14.43

413.0

-172.83

4.7

-8.12

405.5

-172.70

418.2

67.31

415.4

-53.09

2.9

14.43

413.0

-172.83

4.7

-8.12

405.5

-172.70

418.2

67.31

415.4

-53.09

0.0

0.00

257.7

-178.70

4.1

-7.50

253.6

-178.56

260.3

62.01

259.2

-59.55

0.0

0.00

555.0

-177.18

8.5

-7.50

546.7

-177.02

560.5

63.48

557.9

-58.00

1.5

14.39

262.2

179.12

2.7

-8.12

/3V0/

1.081

/3I0/

13.3

-

13.3

-

8.8

8.8

0.0

0.0

4.5