Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đền ổn định của hệ thống điện

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

NGUYỄN THỊ THANH TRÚC

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH
ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Hồ Văn Hiến

Cán bộ chấm nhận xeùt 1 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xeùt 2 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . năm 2008


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày tháng . . . . tháng 12 năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thanh Trúc
Phái: nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 14/08/1979
Nơi sinh: Trà Vinh
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện
MSHV: 01805471
I- TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA
HỆ THỐNG ĐIỆN
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan kiến thức về tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định của hệ
thống điện.
- Các phương pháp phân tích ổn định động.
- Bài báo nghiên cứu về ảnh hưởng của tự đóng lại tốc độ nhanh.
- Phân tích ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định của hệ thống điện.
- Đánh giá-kết luận
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày

tháng

năm 2008

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày tháng
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒ VĂN HIẾN

năm 2008

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Ngày

TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH

tháng

năm

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách khoa TP.
Hồ Chí Minh, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Hệ thống điện. Đặc biệt, em
xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Hồ Văn Hiến đã tận tình hướng dẫn em
trong suốt thời gian thực hiện luận án này.

Xin chân thành cảm ơn các bạn tại Phòng Kỹ thuật Điện lực Trà Vinh đã
cung cấp những tài liệu kỹ thuật và những ý kiến đóng góp quý báu.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2008
Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Thanh Trúc


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Sự phát triển nhảy vọt về công suất và quy mô lãnh thổ của hệ thống điện
Việt Nam trong những năm qua đã làm tăng yêu cầu cấp thiết phải đi sâu vào
nghiên cứu đặc tính ổn định. Một trong những biện pháp nhằm nâng cao tính ổn
định của hệ thống điện là sử dụng các thiết bị tự đóng lại nhanh khi có sự cố
thoáng qua. Như chúng ta đã biết, bất kỳ đường dây trên không vận hành với
điện áp cao (từ 6KV trở lên) đều có sự cố thoáng qua, chiếm tới 80% - 90%,
trong đó đường dây có điện áp càng cao thì phần trăm xảy ra sự cố thoáng qua
càng lớn. Một sự cố thoáng qua, chẳng hạn như một phóng điện xuyên thủng là
loại sự cố mà có thể được loại trừ bằng tác động cắt tức thời máy cắt để cô lập
sự cố và sự cố sẽ không xuất hiện trở lại khi đường dây được đóng trở lại sau đó.
Sét là nguyên nhân thường gây sự cố thoáng qua nhất, còn những nguyên nhân
khác thường là do sự lắc lư của dây dẫn gây ra phóng điện và do sự va chạm của
các vật bên ngoài đường dây.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới, các điều kiện khí hậu như: bão, độ
ẩm, sấm sét, cây cối …đều tạo điều kiện tốt cho sự cố thoáng qua xảy ra. Do vậy,
việc áp dụng thiết bị tự đóng lại MC (TĐL) trên hệ thống điện Việt Nam càng
nên được xem xét cẩn thận nhằm áp dụng một cách thích hợp và hiệu quả những
lợi điểm của thiết bị này nhằm góp phần cải thiện độ tin cậy hệ thống điện.
Xuất phát từ các yêu câu nêu trên, đề tài:” Khảo sát ảnh hưởng tự đóng

lại nhanh đến ổn định của hệ thống điện” nhằm nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng
của các thiết bị tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định của hệ thống điện.


6

Nội dung thực hiện gồm năm phần chính như sau:
1) Tổng quan kiến thức về tự đóng lại tốc độ nhanh đến ổn định của hệ
thống điện.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thực hiện tự đóng lại nhanh.
- Ngắn mạch duy trì.
- Tự đóng lại một pha.
2) Các phương pháp phân tích ổn định động
- Phương pháp phân tích số.
- Phương pháp diện tích.
3) Bài báo nghiên cứu về ảnh hưởng của tự đóng lại tốc độ nhanh.
- Khảo sát ảnh hưởng tự đóng lại nhanh và máy của J.Berdy và
P.G.Brown, thuộc Electric Utility Systems Engineering Dept, Công ty
General

Electric,

Schenectady,

NY.

Và

J.G.Andrichak

và

S.B.Wilkinson, thuộc Power System Management, Công ty General
Electric, Philadelphia, PA. Mục đích của bài báo này là khảo sát về sự
hòa hợp giữa sự chuyển mạch của hệ thống khi có sử dụng tự đóng lại
tốc độ cao và sự nguy hại tiềm tàng đối với tuabin của máy phát.
4) Phân tích ảnh hưởng tự đóng lại nhanh đến ổn định của hệ thống điện.
- Hệ thống hai máy với đường dây đơn.
- Hệ thống hai máy với đường dây kép.
- Phân tích ổn định bằng Matlab.
5) Đánh giá – Kết luận.

Tóm tắt luận văn thạc só

CBHD: TS Hồ Văn Hieán


7

Với thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài sẽ có những thiếu sót và chưa
thể đi sâu vào chi tiết của tất cả các vấn đề. Đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng
trong phạm vi của mạng đơn giản. Tuy nhiên, hy vọng rằng những kiến thức cơ
bản đã học và tài liệu thu thập được sẽ đáp ứng phần nào trong công tác nghiên
cứu đề tài. Em rất mong được sự hướng dẫn đóng góp và chia sẻ các kiến thức
liên quan từ Quý Thầy, Cô, đồng nghiệp và bạn bè để đề tài thật sự có ích.
Xin chân thành cảm ơn.

Tóm tắt luận văn thạc só

CBHD: TS Hồ Văn Hiến

MỤC LỤC
Trang bìa
Nhận xét
Nhiệm vụ luận văn thạc só
Lời cám ơn
Tóm tắt luận văn thạc só
Mục lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN THỨC VỀ TỰ ĐÓNG LẠI
NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN.
1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thực hiện tự đóng lại
nhanh
1.1.1 Các đặc tính bảo vệ
1.1.2 Khử ion tại nơi xảy ra sự cố
1.1.3 Các đặc điểm của máy cắt
1.1.4 Lựa chọn thời gian phục hồi
1.1.5 Số lần đóng lại
1.2 Ngắn mạch duy trì
1.3 Tự đóng lại một pha
1.3.1 Chạm đất một pha
1.3.2 Một pha bị hở
1.3.3 Mở không đồng thời một pha bị chạm đất
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH
ĐỘNG
2.1 Khái niệm chung
2.2 Quá trình quá độ khi cắt đột ngột đường dây mang tải
2.3 Phương pháp phân tích số
2.4 Phương pháp diện tích
CHƯƠNG 3: BÀI BÁO NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG

CỦA TỰ ĐÓNG LẠI TỐC ĐỘ NHANH.
3.1 Nội dung bài báo
3.2 Kết luận
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG TỰ ĐÓNG LẠI
NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN.
4.1 Hệ thống hai máy với đường dây đơn
4.2 Hệ thống hai máy với đường dây kép

Trang
1
2
3
4
5-7
8-9
10-28
10
11
11
12
12
13
13
13
16
20
23
29-38
29-30
30-33

33-35
35-38
39-46
39-46
46
47-59

47-51
51-56


4.3 Phân tích ổn định bằng Matlab
CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN
Tài liệu tham khảo
Lý lịch trích ngang

56-59
60


10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN THỨC VỀ TỰ ĐÓNG LẠI
TỐC ĐỘ NHANH ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc thực hiện tự đóng lại tốc độ nhanh.
Việc thực hiện tự đóng lại nhanh phụ thuộc vào các yếu tố sau:
• Thời gian tối đa mà có thể dùng cho việc mở và tự đóng lại máy cắt
mà không làm mất đi tính đồng bộ.
• Thời gian yêu cầu khử ion hóa hồ quang lúc ngắn mạch để hồ quang
không phát sinh lại khi máy cắt tự đóng lại. Thời gian này được xác

định từ việc kiểm nghiệm dẫn điện trong phòng thí nghiệm điện cao
thế, và từ lónh vực kinh nghiệm của việc tự đóng lại của các máy cắt.
• Thời gian tối thiểu mà máy cắt có thể mở và tự đóng lại, được xác
định từ các giới hạn về cơ và điện của chính máy cắt. Đây chính là
vấn đề của việc thiết kế máy cắt và cơ cấu điều khiển của nó.
• Tự đóng lại không được lặp đi lặp lại.
• Khả năng xảy ra ngắn mạch duy trì.
Yêu cầu đầu tiên cho việc áp dụng TĐL tốc độ cao là thời gian nhiễu loạn
hệ hệ thống có thể chấp nhận được mà không gây mất ổn định. Đường cong P-δ
cùng với giá trị công suất truyền tải cho phép phỏng đoán được độ thay đổi của
góc truyền tải, sau đó cần phải biết quan hệ δ - t dự đoán thời gian giới hạn cực
đại để không gây nhiễu loạn hệ thống. Cuối cùng là phải biết đặc tính của MC
của mạch bảo vệ cũng như thời gian khử ion hóa của môi trường để có thể thực
hiện tự đóng lại tốc độ cao trong bất cứ trường hợp nào. Sau đây, ta sẽ lần lượt
thảo luận đến các yếu tố:

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


11

1.1.1 Các đặc tính bảo vệ
Dùng bảo vệ tác động nhanh như bảo vệ khoảng cách, so lệch có thời gian
làm việc 50ms, kết hợp với máy cắt tác động nhanh sẽ làm giảm thời gian nhiểu
loạn. Các đặc tính bảo vệ phải được tính toán và chọn lựa sao cho cả hai máy cắt
ở hai đầu đường dây phải được cắt đồng thời khi có sự cố. Bất cứ một máy cắt
nào mở trước máy cắt kia cũng sẽ làm tăng thời gian gián đoạn và tự đóng lại
khó thành công hơn. Khi sử dụng bảo vệ khoảng cách, sự cố xảy ra ngay gần

một đầu của đường dây (rơi vào vùng tác động không tức thời) thì bảo vệ phải
được trang bị các dụng cụ đặc biệt giúp cho hai máy cắt ở hai đầu đường dây tác
động đồng thời.
1.1.2 Khử ion tại nơi xảy ra sự cố
Khi sử dụng tự đóng lại với tốc độ cao, ta phải xác định được thời gian để
đóng lại thành công, ion tại nơi xảy ra sự cố phải được khử hết mà không cho hồ
quang cháy trở lại. Thời gian khử ion của một tia hồ quang trong khí phụ thuộc
vào cấp điện áp, khoảng cách phát sinh hồ quang, dòng sự cố, thời gian kéo dài
sự cố, tốc độ gió và sự kết hợp điện dung của dây dẫn nằm cạnh kề, trong đó
cấp điện áp là yếu tố quan trọng nhất: điện áp càng cao thì thời gian đòi hỏi khử
ion càng lớn như được cho trong bảng sau.
Bảng1.1: Thời gian khử ion tại chỗ ngắn mạch
Thời gian khử ion

Điện áp truyền tải
KV

< 3,5

Chương 1

Chu kỳ

Giây

4

0,08

CBHD: TS Hồ Văn Hiến

12

110

7,5

0,15

230

14

0,28

400

25

0,5

Nếu sử dụng tự đóng lại một pha, đặc biệt trên đường dây dài thì thời gian
chờ đóng lại tTĐL của pha sự cố được đặc lớn hơn so với trường hợp đóng lại ba
pha, vì khi pha sự cố cắt ra, hỗ tương điện dung giữa hai pha còn lại với pha sự
cố khiến cho hồ quang có xu hướng duy trì hồ quang lâu hơn.
1.1.3 Các đặc điểm của máy cắt
Việc tự đóng lại trên đường dây truyền tải đòi hỏi máy cắt chịu được chu
kỳ làm việc rất nặng nề trên một dòng sự cố lớn. Các loại máy cắt được sử dụng
hiện nay là máy cắt dầu, máy cắt không khí, máy cắt SF6, trong đó loại sử dụng

khí SF6 là khả năng đóng cắt với chu kỳ năng nhất.
Ngày nay, các máy cắt hiện đại có thời gian tác động rất nhỏ, thường nhỏ
hơn thời gian khử ion của môi trường đặc biệt là đối với cấp điện áp cao trên
220KV. Do đó, phải chọn thời gian gián đoạn máy cắt lớn hơn thời gian khử ion
của môi trường và lưu ý rằng đường dây siêu cao áp, một tác động đóng lại
không thành công sẽ gây thiệt hại còn nhiều hơn nếu không sử dụng tự đóng lại.
1.1.4 Lựa chọn thời gian phục hồi
Đối với bất kì loại máy cắt nào, việc lựa chọn thời gian hồi phục cho hệ
thống bảo vệ phải đảm bảo cho máy cắt có đủ thời gian trở về (không khí được
nạp đầy, cơ cấu đóng tiếp điểm trở về vị trí sẵn sàng …) để sẵn sàng cho lần tác
động kế tiếp. Máy cắt tác động cơ lưu chất cần thời gian phục hồi là 10 giây,

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


13

máy cắt cơ cấu đóng lò xo cần thời gian trở về là 30 giây, thời gian phục hồi của
máy cắt khí nén là cần thiết để áp suất khí trở lại bình thường.
1.1.5 Số lần đóng lại
Việc tự đóng lại với tốc độ cao trên đường dây siêu cao áp thường chỉ thực
hiện một lần vì việc tự đóng lại nhiều lần với dòng sự cố lớn có thể gây mất ổn
định hệ thống. Hơn nữa, đối với đường dây siêu cao áp, sự cố bán kéo dài (nếu
có) cũng khó bị loại bỏ bằng cách đóng lại nhiều lần như đối với đường dây cao
thế, trung thế.
1.2 Ngắn mạch duy trì
Ngắn mạch duy trì thường chiếm tỉ lệ nhỏ trên đường dây trên không, ví dụ
như: các vật dẫn bị hỏng cách điện hoặc các cực bị hỏng cách điện do máy bay,

động đất, giông bão… Tự đóng lại tốc độ cao trong trường hợp ngắn mạch duy trì
thường có hại đến ổn định hệ thống hơn là không tự đóng lại hoặc duy trì thời
gian tự đóng lại dài.
Tự đóng lại không nên áp dụng trên đường dây cáp vì hầu như tất cả các sự
cố trên đường dây cáp đều là ngắn mạch duy trì. Tương tự như vậy, việc tự đóng
lại ít khi được dùng cho sự cố trên thanh cái, vì các sự cố trên thanh cái thường
là do hệ thống điều hành và nó thường được yêu cầu sửa chữa bằng cách đóng
cắt bằng tay.
1.3 Tự đóng lại một pha
Ảnh hưởng của tự đóng lại nhanh đến ổn định của hệ thống có thể hình
dung một cách dễ dàng nhất bằng cách dùng tiêu chuẩn diện tích.
Ví dụ như trường hợp có ngắn mạch một pha trên một trong dây vận hành
song song. Trong khi có ngắn mạch, công suất điện từ là PII và sau khi có ngắn

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hieán


14

mạch là PIII. Giả sử rằng do cắt trễ nên Sabcc’ > Sdec’ (hình ), như vậy hệ sẽ mất ổn
định. Nếu có trang bị tự đóng lại thì ở điểm f sẽ phục hồi lại PI (tại điểm K trên
đường PI).

Hình1.1: Ảnh hưởng của tự đóng lại
Kết quả là diện tích hãm tốc max tăng lên và Sc’dfkg > Sabcc’. Khi đó hệ sẽ
ổn định.
Với
PT: công suất cơ của tua bin.

P(δ): Công suất điện từ của máy phát.
PI: công suất điện từ máy phát trước khi có ngắn mạch.
PII: công suất điện từ máy phát khi có ngắn mạch.
PIII: công suất điện từ máy phát sau khi có ngắn mạch.

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


15

Khi áp dụng TĐL ba pha cho đường dây một lộ nối hai hệ thống với nhau,
việc cắt ba pha đường dây sự cố sẽ gây tách rời và lệch pha giữa hai hệ thống,
trong khoảng thời gian gián đoạn thì không có sự liên lạc về công suất giữa hai
hệ thống. Trái lại, nếu chỉ có pha bị sự cố cắt ra trong trường hợp sự cố chạm đất
là loại sự cố chiếm phần lớn đối với đường dây trên không thì việc duy trì liên
lạc công suất giữa hai hệ thống vẫn được tiếp tục thông qua hai pha còn lại.
Khi dùng TĐL một pha, mỗi máy cắt một pha phải hoạt động độc lập và có
một cơ cấu đóng cắt riêng. Điều này thường được áp dụng đối với máy cắt SF6,
máy cắt không khí nén và phần lớn máy cắt dầu trên hệ thống điện cao áp. Sơ
đồ chọn đóng ngắt pha sự cố khá phức tạp, ngoài sơ đồ bảo vệ đường dây, hệ
thống bảo vệ cần thêm rơle chọn pha sự cố. Khi sự cố nhiều pha thì tất cả ba
máy cắt đều mở và khóa không cho đóng lại. Nếu TĐL một pha không thành
công thì cũng mở cả ba máy cắt và khóa không cho đóng lại. Lợi ích của TĐL
một pha là duy trì đồng bộ thời gian gián đoạn công suất truyền cho phép lâu
hơn. Nhược điểm chính của TĐL một pha là thời gian khử ion tại nơi xảy ra sự
cố dài hơn vì có sự hổ tương điện dung giữa pha sự cố và các pha không sự cố,
có thể gây nhiễu đường dây thông tin. Trong một số trường hợp, dòng thứ tự
không có thể gây tác động nhầm cho rơle bảo vệ chạm đất trên đường dây lộ

kép do sự hỗ cảm giữa đường dây sự cố và đường dây không sự cố.
Rơle chọn pha sự cố: Bảo vệ khoảng cách đáp ứng một cách lý tưởng khi
sử dụng cùng với TĐL một pha, vì phần tử đo pha đất được cung cấp cho từng
pha riêng rẽ và có thể sử dụng để khởi động ngắt một pha, đóng lại một pha.
Khác với trường hợp bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so sánh pha, bảo vệ so lệch
đường dây là bảo vệ ngắn mạch nhiều pha nên với sơ đồ bảo vệ này rơle chọn

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


16

pha sự cố phải được dùng. Các nguyên tắc làm việc của rơle chọn pha chạm đất
như sau:
Làm việc theo điện áp: Rơle được cung cấp bằng điện áp pha-trung tính
của một pha và điện áp pha – pha (dây) của hai pha khác. Rơle làm việc khi độ
lớn pha – trung tính nhỏ hơn một nửa điện áp dây.
Làm việc theo dòng: phương pháp đo được thực hiện bằng cách so sánh
dòng thứ tự nghịch với dòng thứ tự không trong từng pha và bằng cách sử dụng
các hậu quả khi chạm một pha. Đối với pha chạm đất, dòng điện thứ tự nghịch
và thứ tự không trùng pha trong khi hai pha không chạm, vectơ dòng điện lệch
pha nhau một góc là 1200.
Sau đây khảo sát các tình trạng xảy ra trong quá trình tự đóng lại một pha:
1.3.1 Chạm đất một pha
Cho đường dây liên lạc giữa hai hệ thống như hình. Dòng tại điểm ngắn
mạch N
•

I AN =

•

EA − 0
•

Z

•

=

EA
•

(1.1)

Z

•

Với: Z : tổng trở tương đương mạng tới điểm ngắn mạch.
•

E A : giá trị sức điện động định mức pha.

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến

17

Hình1.2: Dòng sự cố một pha chạm đất
Sử dụng phương pháp thành phần đối xứng, dòng này có thể là tổng của
ba dòng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không.
•

•

•

•

I AN = I A1N + I A2 N + I A0 N

(1.2)

Bảng 1.2: Dòng tại điểm ngắn mạch khi có sự cố pha A chạm đất.
Dòng pha tại điểm ngắn mạch
A
•

•

•

•

B

C
•

•

I A = I AN

IC = 0

IB = 0
•

•

I A = I A1 + I A 2 + I O

•

•

•

•

I B = I B1 + I B 2 + I O

•

•

•

•

I C = I C1 + I C 2 + I O

Dòng của thành phần đối xứng

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


18

Thứ tự
Thuận

Nghịch

•
•
•
1⎛ •
⎞
I A1 = ⎜ I A + a. I B + a 2 I C ⎟
3⎝
⎠

•
•
•
1⎛ •
⎞
I A2 = ⎜ I A + a 2 . I B + a I C ⎟
3⎝
⎠

Không
•
•
•
1⎛ •
⎞
IO = ⎜ I A + I B + IC ⎟
3⎝
⎠

Dòng pha không bị sự cố là IBN = 0 và ICN = 0 do đó:
•

•

•

•

•

•

•

•

•

I B1N + I B 2 N + I 0 N = 0 (1.3)
I C1N + I C 2 N + I 0 N = 0 (1.4)

Từ đó:
I A1N + I A 2 N + I 0 N = 0 (1.5)
•

•

(1.6)

Và I AN = 3 I 0 N

Điện áp pha A tại điểm ngắn mạch:
•

•

•

•

U A = U A1N + U A2 N + U 0 N = 0

Chương 1

(1.7)

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


19

•

•

•

Điện áp U A2 và U A0 giảm và điện áp U A1 tăng tỷ lệ với khoảng cách của
điểm ngắn mạch. Điện áp tại trạm K hoặc điện áp các thành phần thứ tự là tổng
điện áp tương ứng tại điểm ngắn mạch và điện áp rơi trên trở kháng là:
•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

(1.8a)

U A1K = U A1N + I AKN
1 Z 1KN

(1.8b)

U A 2 K = U A 2 N + I AKN2 Z 2 KN

(1.8c)

U A0 K = U A0 N + I AKN0 Z 0 KN

KN viết ở biểu thức trên là ký hiệu phân đoạn giữa trạm K và điểm ngắn
mạch N. Điện áp pha sự cố tại điểm rơle đặt tại trạm K.

•

U AK = I

•
KN
A1

•

•

Z 1KN + I

KN
A2

•

•

•

Z 2 KN + I AKN0 Z 0 KN

(1.9)

Điện áp thứ tự nghịch và thứ tự không tại nguồn bằng 0, nên từ (1.8) ta
suy ra:
•

•

•

•

E A1 = E nA = U A1N + I A1N
•

•

0 = U A2 N + I A2 N
•

•

0 = U A0 N + I A0 N

•

∑ Z1

•

∑Z

2

(1.10b)

0

(1.10c)

•

∑Z

(1.10a)

Với:
•

•

•

∑Z ,∑ Z ,∑Z
1

2

0

: tổng trở thứ tự thuận, nghịch, không tới điểm ngắn

mạch.
•

E Adm : sức điện động định mức của pha A.

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


20

Mạch tương đương cho tính toán ngắn mạch được xác định như biểu thức
(1.10), tại điểm ngắn mạch một pha thỏa mãn điều kiện (1.5) và (1.7) chúng
được viết:
•
•
•
•
•
⎛
⎞
E Adm = I 0 N ⎜ ∑ Z 1 + ∑ Z 2 + ∑ Z 0 ⎟
⎝
⎠

(1.11)

Dòng tại điểm ngắn mạch:
•

•

I AN =

3 E nA
•

•

•

∑ Z1 + ∑ Z 2 + ∑ Z 0

(1.12)

a)

b)

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


21

Hình1.3: Mạch tương đương để tính toán trong trường hợp ngắn mạch một
pha mạng trung tính nối đất trực tiếp.
a) Trường hợp tổng quát. b) Trường hợp đường dây được cung cấp từ một
phía và trung tính máy biến áp nối đất cả hai phía.
Nếu đường dây được cung cấp tại một đầu (ví dụ phía K), trở kháng Z1L =
Z2L = ∞ và mạch tương đương được cho ở hình 1.3 b

1.3.2 Một pha bị hở
Với mạch hở trên một pha, giả sử pha A thì dòng trên pha này bằng 0, điện
áp giữa hai điểm hở mạch m và n là UA.
•

•

(1.13)

Đặt Δ E mn = U A

Khi vận hành hai pha và đất, điện áp và dòng điện của hệ thống mất đối
xứng, dòng chạy xuống đất trong suốt chu kỳ tự đóng lại một pha là thời gian
trôi qua kể từ khi đường dây bị ngắt một pha cho tới khi được đóng lại. Giá trị
dòng đất gần bằng dòng tải của pha đứt trước khi sự cố. Lúc hở pha A
•

•

•

•

I A = I A1 + I A2 + I O = 0

(1.14)

Các thành phần điện áp thứ tự thuận, nghịch và không tại điểm hở mạch
là:
•

•
•
1 •
U A1 = U A 2 = U O = U A
3

(1.15)

Các thành phần điện áp này được áp vào hai điểm hở n và m của mạch
tương đương.
Trong biểu thức (1.15), điểm m1, m2 và mo ở một phía mạch hở là đẳng
thế và có thể được nối. Điểm n1, n2 và no ở phía kia cũng đẳng thế.

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


22

Mạch sử dụng để tính toán được trình bày như hình 1.4a. Trong trường
hợp một nguồn cung cấp được trình bày như hình 1.4b. Sử dụng phương trình
•

•

•

(1.10), giả sử: E n. ph = U 1K = U 1L

a)

b)
Hình 1.4: Mạch tương đương một pha hở. a) Sơ đồ mạch. b) Mạch tương
đương khi đường dây được cung cấp từ một phía.
Khử biểu thức (1.10b) và (1.10c), ta có:

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


23

•

•

•

•

•

•

•

•

E n. ph = I A1 ∑ Z 1 − I A2 ∑ Z 2
•

(1.16a)

•

E n. ph = I A1 ∑ Z 1 − I 0 ∑ Z 0

(1.16b)

Kết hợp phương trình (1.14): I A2 = −⎛⎜ I A1 + I 0 ⎞⎟
•

•

⎝

•

(1.17)

⎠

Phương trình (1.16a) được viết
•

•
•
•

•
•
•
⎛
⎞ •
E n. ph = I A1 ∑ Z 1 − ( I A1 + I 0 ) ∑ Z 2 = I A1 ⎜ ∑ Z 1 + ∑ Z 2 ⎟ + I 0 ∑ Z 2
⎝
⎠
•

•

•

(1.18)

Sau khi giải (1.16b) và (1.17), khử I0 ta được:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
⎛
⎞
⎡

⎤
E n. ph ⎜ ∑ Z 2 + ∑ Z 0 ⎟ = I A1 ⎢∑ Z 1 .∑ Z 2 + ∑ Z 1 .∑ Z 0 + ∑ Z 2 .∑ Z 0 ⎥
⎝
⎠
⎣
⎦
•
•
⎡
⎤
•
Z
.
Z
∑
∑
2
0 ⎥
⎢
= I A1 ∑ Z 1 +
•
• ⎥
⎢
⎢⎣
∑ Z 2 + ∑ Z 0 ⎥⎦
•

(1.19)

Từ biểu thức (1.19) nhận thấy: tổng trở tương đương của mạng khi đứt một

pha gồm tổng trở thứ tự thuận đến điểm hở mạch nối nối tiếp với tổng trở thứ tự
không và thứ tự nghịch song song (hình 1.4b). Như vậy, khi một pha bị hở, tổng
trở mạng tăng thêm một giá trị bằng tổng trở thứ tự không và nghịch song song,
nên lượng công suất truyền cho phép qua đường dây bị giảm (khoảng 2/3 công
suất đầy tải).
1.3.3 Mở không đồng thời một pha bị chạm đất
Để phân tích hoạt động của rơle le bảo vệ và bộ phận phân biệt pha sự cố
thì điều quan trọng là phải biết được giá trị điện áp và dòng trong quá trình ngắt
một phía pha sự cố của đầu phát trên đường dây truyền tải. (hình 1.5). Khi pha A

Chương 1

CBHD: TS Hồ Văn Hiến


24

bị cắt khỏi trạm K, ở trạm L vẫn giữ nguyên ba pha. Trong tình trạng này không
•

có dòng chảy qua pha sự cố tại điểm hở mạch I AGN = 0
•
N
B

•
N
C

Với mạch bên không có dòng chảy trong pha không sự cố I = I = 0 và

•

•

pha sự cố mang dòng I AN = I ΣN .
Trạm F không được cấp nguồn và trung tính của máy biến áp ở trạm F nối
đất, dòng tương đương dòng thứ tự không chảy qua tất cả các pha ở phân đoạn F
đến điểm ngắn mạch.
•

•

•

•

•

I AFN = I BFN = I CFN ; I 1FN = I 2FN = 0

Điện áp pha sự cố tại điểm một pha ngắn mạch: U AN = 0
Từ sơ đồ tính toán điện áp, dòng và điện kháng thứ tự hình 1.5, ta có:
•

•

•

•

•

•

•

•

•

(1.20)

mn
N
I 1GN
A = I1A = I1A

(1.21)

mn
N
I 2GN
A = I2A = I2A

(1.22)

I 0GN = I 0mn = I 0N
•

•

•

(1.23)

I 0N = I 0GN = I 0FN

Đối với mạch đóng thì tổng suất điện động và điện áp rơi trên nó là bằng
0, do đó từ hình 1.5 c, ta có:
•

•

•

•

•

N
mn
GN
E1 A − U 1mn
A − U 1A = I1A Z1

(1.24)

Từ hình 1.5 d ta có:
•

•

•

•

− U 2NA − U 2mnA = I 2mnA Z 2GN

Chương 1

(1.25)

CBHD: TS Hồ Văn Hiến