Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng để phân tích các chế độ vận hành hệ thống điện nhà máy lọc dầu dung quất bằng phần mềm etap

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỮU CHIẾN

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG
ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
BẰNG PHẦN MỀM ETAP”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGÔ HỮU CHIẾN

“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG
ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG
ĐIỆN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
BẰNG PHẦN MỀM ETAP”

Chuyên Ngành
Mã số

: Kỹ thuật điện

: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRỊNH TRUNG HIẾU

Đà Nẵng – Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Đề tài “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ

PHỎNG ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN
NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM ETAP” là cơng
trình nghiên cứu của riêng cá nhân tơi.
Các kết quả tính tốn, số liệu trong luận văn thực tế, đảm bảo theo yêu cầu của đề
tài và chưa từng được ai nghiên cứu, công bố trong các cơng trình nghiên cứu nào khác
trong nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Ngƣời thực hiện

Ngô Hữu Chiến


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép tôi gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến các q thầy cơ
giảng viên khoa Điện – Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng, những người thầy cô đã
không những truyền đạt dạy dỗ cho tơi những kiến thức và kinh nghiệm q báu mà
cịn hướng dẫn tận tình cho tơi trong suốt q trình làm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ này.
Tơi xin chân thành gởi lời cảm ơn chân thành nhất của tơi đến các q thầy cơ và

đặc biệt là thầy : Tiến sĩ Trịnh Trung Hiếu đã tận tình, chu đáo, dành thời gian và tâm
huyết hướng dẫn em trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã luôn động viên và giúp đỡ tơi
trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng đề thực hiện đề tài 1 cách hoàn chỉnh nhất, tuy
nhiên do hạn chế về kiến thức, khả năng và kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi
những sai sót, em rất mong nhận được sự nhận xét, đánh giá và góp ý quý báu của quý
thầy cô.
Chân thành cảm ơn!
Quảng Ngãi ngày 15 tháng 06 năm 2018

Ngô Hữu Chiến


MỤC LỤC
I. MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề thực hiện đề tài. ...................................................................................... 1
1.1. Tình hình nghiên cứu, áp dụng trong và ngoài nước: ........................................1
1.2. Sự cần thiết/cấp thiết và những lợi ích mà kết quả ĐT/NV mang lại: ..............1
1.3. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.4. Nội dung/nhiệm vụ nghiên cứu .........................................................................2
1.5.Phương pháp, nguyên lý, biện pháp nghiên cứu.................................................3
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD DUNG
QUẤT VÀ PHẦN MỀM ETAP....................................................................................4
1.1. Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD) .................4
1.1.1. Nguồn điện:.....................................................................................................4
1.1.2. Hệ thống phân phối:........................................................................................ 4
1.1.3. Tải tiêu thụ: .....................................................................................................4
1.1.4. Độ tin cậy vận hành của hệ thống:..................................................................4
1.1.5. Nhu cầu năng lượng trong nâng cấp, mở rộng nhà máy: ............................... 5

1.2. Tổng quan mơ hình hóa hệ thống điện bằng phần mềm ETAP. ........................... 5
1.2.1. Giới thiệu ETAP ............................................................................................. 5
1.2.2. Các chức năng của ETAP: ..............................................................................5
1.2.3. Sơ bộ mô tả các phần tử trong hệ thống bằng phần mềm ETAP....................7
Chƣơng 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA
NMLD DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM ETAP ..................................................24
2.1.Xây dựng mơ hình hóa hệ thống, thiết bị trạm SS1 .............................................24
2.1.1. Xây dựng mơ hình thiết bị cấp 22kV............................................................ 24
2.1.1.1. Xây dựng mơ hình cụm Máy phát tuabine hơi .....................................24
2.1.1.2. Xây dựng mơ hình cụm Xuất tuyến nối lưới ........................................27
2.1.1.3. Xây dựng mơ hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Máy biến áp. .................28
2.1.2. Xây dựng mơ hình hệ thống thiết bị cấp 6.6kV ............................................30
2.1.2.1. Xây dựng mơ hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-3-1. ..................30
2.1.2.2. Xây dựng mơ hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Máy biến áp 6.6/0.4kV. 31
2.1.2.3. Xây dựng mô hình cụm Lộ tuyến cấp nguồn Động cơ 6.6kV. ............32
2.1.2.4. Xây dựng mơ hình cụm Tải tổng 6.6kV. ..............................................33
2.1.3. Xây dựng mơ hình hệ thống thiết bị cấp 0.4kV ............................................33
2.1.3.1. Xây dựng mơ hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-4-1, 1-SW-4-2. 33
2.1.3.2. Xây dựng mơ hình cụm Tải tổng 0.4kV. ..............................................34
2.2. Xây dựng mơ hình hóa hệ thống, thiết bị các trạm SS2, SS4, SS5, SS7, SS8A,
SS8B, SS8C, SS9, SS10, SS11, SS12, SS PP. ........................................................... 35
2.3. Mô phỏng trào lưu công suất của hệ thống (Load flow analysis) ....................... 36
2.3.1. Mục đích nghiên cứu. ...................................................................................36


2.3.2. Các phương pháp tính phân bố cơng suất của ETAP. ..................................36
2.3.3. Cấu hình hệ thống cho nghiên cứu phân bố công suất. ................................ 36
2.3.4. Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 37
2.4. Mơ phỏng tính tốnngắn mạch ( Short circuit calculation) ................................ 37
2.4.1. Mục đích của mơ phỏng tính tốn ngắn mạch. .............................................37

2.4.2. Phương pháp tính tốn. .................................................................................37
2.4.3 Cấu hình hệ thống cho mơ phỏng tính tốn ngắn mạch. ............................... 41
2.4.4. Kết quả nghiên cứu: ...................................................................................... 41
2.4.5. So sánh kết quả với kết quả tính tốn của nhà thầu Technip:....................... 41
2.5. Phối hợp bảo vệ relay ( Protection relay coordination) ......................................44
2.5.1. Mục đích nghiên cứu. ...................................................................................44
2.5.2.Phương thức thực hiện. ..................................................................................44
2.5.3.Kết quả mô phỏng. ......................................................................................... 44
2.6. Kết luận ...............................................................................................................48
Chƣơng 3: ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐỂ RÀ SỐT, ĐÁNH GIÁ
CÁC RỦI RO CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD DUNG QUẤT ............................. 49
3.1. Mô phỏng sự cố chạm đất cáp ngầm xuất tuyến 22kV gây mất nguồn tồn bộ
phân xưởng PP. ..........................................................................................................49
3.1.1. Mơ tả sự cố: ..................................................................................................49
3.1.2 Mô phỏng sự cố ............................................................................................. 51
3.1.3. Phương án kỹ thuật khắc phục ......................................................................53
3.2.Điều phối bảo vệ chạm đất cấp 0.4kV cho các tủ phân phối. .............................. 55
3.2.1. Mô tả hiện trạng ............................................................................................ 55
3.2.2. Đánh giá giải pháp hiện tại ...........................................................................57
3.2.3. Đề xuất giải pháp mới ...................................................................................57
3.2.4.Đánh giá giải pháp mới ..................................................................................57
3.2.2.Mơ tả tình huống giả định ..............................................................................61
3.2.3.Nhận xét ............................................................................................................63
3.2.4.Kết luận .............................................................................................................63
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................64
4.1.Kết luận: ...............................................................................................................64
4.2. Hướng phát triển và ứng dụng của đề tài: ........................................................... 64
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................66
PHỤ LỤC: ........................................................................................................................

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài đã thực hiện xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống điện nhà máy lọc dầu Dung
Quất bằng phần mềm ETAP bao gồm, máy phát, 13 trạm điện, đường dây 22kV và các
phụ tải cấp 6,6kV và cấp 0,4kV. Dựa trên cơ sở dữ liệu đã xây dựng đề tài đã thực
hiện việc tính tốn phân bố cơng suất, tính ngắn mạch và bảo vệ rơ le cho một số trạm
điển hình. Kết quả mơ phỏng được so sánh với các thông số vận hành thực tế cũng như
thơng số tính tốn của các nhà thầu đã thực hiện trước đó. Kết quả so sánh cho thấy
rằng mơ hình mơ phỏng được xây dựng bằng phần mềm Etap độ chính xác cao, có thể
được sử dụng để tính tốn thiết kế các phần điện mở rộng của nhà máy điện trong
tương lai cũng như việc ra sốt nguy cơ sự cố của tồn hệ thống. Dựa trên mơ hình đã
xây dựng, đề tài cũng phân tích một số sự cố xảy ra trong nhà máy và đưa ra các giải
pháp để hệ thống điện hoạt động an tồn và ổn định. Kết quả của mơ hình cũng được
làm dữ liệu cho tính tốn sau này :
- Ổn định hệ thống;
- Sóng hài;
- Bảo vệ rơ le
- …
The subject has conducted modoling of Dung Quat electrical system by ETAP
software including generators,13 substations, 22 kv underground cables, 6,6 kv and 0,4
kv customers . Base on the data which has just conducted the subject has conculated
the load flow , short circuit and relay co-operation of some typical substations. The
results of modoling has compared with contractors which have conducted before. It is
clear that the results of modoling have high accuracy and use for engenering of
extension of refinery later and manage the incident which happen in the electrical
system The subject has analyzed some incident which happen in the refinery and give
the solution to operate the electrical system safe and reliable.The results of modoling
are the data base for calculating later:
-

Stabilizers System;
Harmonic;
Relay coordination;
...


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐT/NV

:

Đề tài/nhiệm vụ

NMLD

:

Nhà máy lọc dầu

ETAP

:

Phần mềm mô phỏng

SS

:

Trạm biến áp

EVN

:

Hệ thống điện lưới Quốc gia

HTĐ

:

Hệ thống điện

STG

:

Máy phát truyền động bằng hơi nước

CT

:

Máy biến dòng

VT

:

Máy biến điện áp .

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thơng số mơ hình MBA. ..............................................................................26
Bảng 2.2. Thơng số mơ hình Cáp. ................................................................................26
Bảng 2.3. Thơng số mơ hình MBA. .............................................................................27
Bảng 2.4.Thơng số mơ hình Cáp 22kV. ........................................................................28
Bảng 2.5. Thơng số mơ hình Cáp. .................................................................................29
Bảng 2.6. Thơng số mơ hình MBA. ..............................................................................30
Bảng 2.7. Thơng số mơ hình Cáp. .................................................................................31
Bảng 2.8. Thơng số mơ hình Cáp 6,6kV. ......................................................................31
Bảng 2.10. Thơng số mơ hình MBA. ............................................................................33
Bảng 2.11. Phân bố công suất trong hệ thống điện của NMLD ....................................37
Bảng 2.12. Bảng so sánh kết quả tính tốn ngắn mạch với nhà thầu ............................ 42
Bảng 3.1. Thông số điện áp hệ thống ............................................................................59
Bảng 3.2. Thông số điện áp hệ thống ...........................................................................61


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Trang info của nguồn........................................................................................ 7
Hình 1.2 Trang Rating của nguồn ...................................................................................8
Hình 1.3 Trang Short Circuit của nguồn .........................................................................9
Hình 1.4 Trang hamnic của nguồn ..................................................................................9
Hình 1.5 Trang Reliability của nguồn ...........................................................................10
Hình 1.6 trang Rating của máy phát ..............................................................................11
Hình 1.7 trang Imp/Model của máy phát.......................................................................12
Hình 1.8 trang Capability của máy phát ........................................................................13
Hình 1.9 Trang Info của máy biến áp ............................................................................13
Hinh 1.10 Trang Nameplate của động cơ ......................................................................14
Hình 1.11 Trang Imp Của động cơ ................................................................................15

Hình 1.12 Trang Inertial Của động cơ ...........................................................................16
Hình 1.13 Trang Load Của động cơ ..............................................................................16
Hình 1.14 Trang Infor Của đường dây ..........................................................................17
Hình 1.15 Trang Impedance Của đường dây ................................................................ 17
Hình 1.16 Trang Rating Của Máy cắt ...........................................................................18
Hình 1.17 Trang Interlock Của Máy cắt ........................................................................18
Hình 1.18 Trang Input Của Relay .................................................................................19
Hình 1.19 Trang output Của Relay................................................................................19
Hình 1.20 Trang OCR Của Relay..................................................................................20
Hình 1.21 Trang OLR Của Relay ..................................................................................21
Hình 1.22 Trang Infor Của CT ...................................................................................... 21
Hình 1.23 Trang Rating Của CT ...................................................................................22
Hình 1.24 Trang Rating Của Cầu chì ............................................................................22
Hình 2.1. Thơng số hệ thống kích từ. ............................................................................25
Hình 2.2. Thơng số mơ hình hệ thống kích từ. .............................................................. 25
Hình 2.3. Mơ hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 1-SW-3-1. ...........................................30
Hình 2.4. Mơ hình cụm Xuất tuyến đầu vào tủ 0.4kV. .................................................33
Hình 2.5.Mơ hình tồn bộ trạm SS1. .............................................................................35
Hình 2.6.So sánh kết quả tính tốn ngắn mạch theo IEC 60909 ...................................40
Hình 2.7 Mơ hình sơ đồ một sợi thể hiện hệ thống bảo vệ Rơ le trạm 8A ...................45
Hình 2.8 Tiêu biểu phối hợp bảo vệ Rơ le trạm 8A ...................................................... 46
Hình 2.9. Thử nghiệm tuần tự tác động của bảo vệ. ..................................................... 47
Hình 3.1. Sự cố chạm đất phân xưởng PP. ....................................................................49


Hình 3.2 Chi tiết phối hợp bảo vệ chạm đất: .................................................................50
Hình 3.3. Điểm sự cố cách 380m về phía trạm SS1 ...................................................... 51
Hình 3.4. Điểm sự cố cách 400m về phía trạm SS1 ...................................................... 52
Hình 3.5. Điểm sự cố cách 1100m về phía trạm SS1 .................................................... 53
Hình 3.6 Chi tiết phối hợp bảo vệ của phương án đề xuất: ...........................................54

Hình 3.7 Hiệu quả phương án đề xuất ...........................................................................55
Hình 3.8 Sơ đồ tủ 4PDB41: ........................................................................................... 56
Hình 3.9 Sơ đồ phân phối một sợi .................................................................................56
Hình 3.10 Chi tiết hiệu chỉnh bảo vệ chạm đất của trạm SS4 đến tủ 4PDB41 .............58
Hình 3.11.Thơng số điện áp đầu cực động cơ ............................................................... 59
Hình 3.12 Thơng số dịng khởi động động cơ .............................................................. 60
Hình 3.13 Thơng số tốc độ động cơ .............................................................................60
Hình 3.14 Thơng số cơng suất tác dụng động cơ ......................................................... 61
Hình 3.15 Thơng số điện áp đầu cực động cơ ............................................................... 62
Hình 3.16 Thơng số dịng khởi động động cơ .............................................................. 62
Hình 3.17 Thông số công suất tác dụng động cơ ......................................................... 63


1
I. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề thực hiện đề tài.
1.1. Tình hình nghiên cứu, áp dụng trong và ngồi nước:
Mơ hình hóa hệ thống/thiết bị là cơng việc xây dựng các mơ hình ảo thiết bị/hệ
thống nhằm giả lập các trạng thái vận hành/phản ứng của thiết bị/hệ thống.
Mơ hình hóa hệ thống điện là yêu cầu thực hiện cho hầu hết các dự án công
nghiệp lớn trên thế giới từ các ngành công nghiệp khai thác, chế biến đến sản xuất đặc
biệt được áp dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng. Một mơ hình ảo của hệ
thống điện được xây dựng chi tiết và chính xác sẽ là công cụ hỗ trợ hiệu quả cho các
công việc từ thiết kế hệ thống, đánh giá thay đổi hệ thống, thiết bị đến tối ưu năng
lượng, đánh giá rủi ro, hỗ trợ vận hành…
Trong q khứ, mơ hình hóa hệ thống điện là một công việc quá phức tạp để thực
hiện do bởi bao gồm yêu cầu thực hiện một cơng việc tính tốn q lớn với u cầu dữ
liệu đầu vào khổng lồ. Trong những năm gần đây, với sự phát triển bởi cơng nghệ máy
tính, cơng việc này đã được hiện thức hóa với các cơng cụ phần mềm hỗ trợ, tiêu biểu
là ETAP.

1.2. Sự cần thiết/cấp thiết và những lợi ích mà kết quả ĐT/NV mang lại:
Mơ phỏng cơ bản một phần hệ thống điện đã được thực hiện bởi nhà thầu
Technip và Huyndai để thiết kế và chọn lựa thông số trong giai đoạn thiết kế hệ thống
điện nhà máy lọc dầu và phân xưởng PP. Cơ sở dữ liệu đầu vào phần lớn là dữ liệu
ước đốn (typical data) do vậy độ chính xác của kết quả mơ phỏng có độ sai số cao.
Do khơng u cầu trong hợp đồng, các mơ hình này đã không được chuyển giao cho
BSR, chỉ một số báo cáo được thực hiện cho u cầu thiết kế.
Mơ hình hóa hệ thống là cơ sở quan trọng, không thể thiếu trong việc quyết định
các vấn đề quan trọng trong hệ thống điện NMLD hiện nay:
- Kết nối hệ thống điện NMLD với lưới điện EVN;
- Đánh giá tổn thất năng lượng, độ tin cậy trong các trường hợp vận hành 2 máy
phát/ 3 máy phát;
- Mở rộng NMLD;
- Xây dựng chiến lược sa thải tải hiệu quả;
- Đánh giá độ tin cậy, phối hợp bảo vệ trong lưới điện 400V.
Trong quá trình vận hành nhà máy, một số sự cố gây thiệt hại lớn về sản xuất do
phối hợp bảo vệ relay chưa tối ưu bao gồm: sự cố chạm đất tuyến cáp 22kV cấp điện
phân xưởng PP gây dừng phân xưởng PP, các sự cố liên quan phối hợp bảo vệ trong
lưới điện 400V gây dừng phân xưởng, nhà máy. Do vậy, một mơ hình chính xác để rà
sốt lại tất cả các rủi ro trong thiết kế hệ thống là rất cần thiết.
Các công việc liên quan đến rà soát thay đổi, thực hiện các nghiên cứu chuyên
sâu trong hệ thống điện gặp rất nhiều khó khăn do:


2
- Khơng có cơ sở đánh giá tác động các thay đổi cấu hình trong hệ thống, đặc
biệt đối với bảo vệ relay.
- Chi phí thuê tư vấn cho việc đánh giá phối hợp bảo vệ là rất cao, trị giá hơn 2 tỉ
VNĐ cho hợp đồng tư vấn đánh giá bảo vệ cho tủ 400V.
Do vậy, để đáp ứng các yêu cầu chính xác trong các cơ sở dữ liệu tính tốn để

làm tiền đề cho các nghiên cứu tối ưu tổn thất năng lượng, đánh giá các quá trình quá
độ, đánh giá rủi ro và nâng cao độ tin cậy hệ thống, một mơ hình mới tồn diện và chi
tiết với các dữ liệu thực của thiết bị là yêu cầu bắt buộc. Sau khi được thực hiện hồn
chỉnh, dự án mơ hình hóa hệ thống điện sẽ đem lại các lợi ích thiết thực bao gồm:
- Là cơ sở để rà soát và đánh giá các rủi ro tiềm ẩn trong thiết kế hệ thống điện
hiện tại của nhà máy.
- Là cơ sở để thực hiện thí nghiệm các thay đổi liên quan hệ thống điện, qua đó
đánh giá rủi ro, quan sát các kết quả thay đổi trước khi thay đổi được phê chuẩn và áp
dụng.
- Là cơ sở để thực hiện nghiên cứu đánh giá tổn hao năng lượng trong hệ thống,
qua đó các nghiên cứu về tiết kiệm năng lượng có thể được thực hiện.
- Là cơ sở để thực hiện việc nghiên cứu kết nối hệ thống điện Nhà máy lọc dầu
với lưới điện EVN.
- Là cơ sở để thực hiện các nghiên cứu yêu cầu hiện nay cho hệ thống điện bao
gồm đánh giá chất lượng điện năng và an tồn phóng điện (arcflash).
- Là một công cụ hỗ trợ hữu hiệu cho vận hành cũng như đào tạo nhân viên bảo
dưỡng và vận hành hệ thống thông qua việc mô phỏng trực quan các chế độ hoạt động
của thiết bị và hệ thống.
- Là một trong các yêu cầu bắt buột trong dự án mở rộng nhà máy.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
Mơ hình hóa tồn bộ hệ thống điện NMLD bằng phần mềm Etapnhằm đánh giá
các chế độ vận hành của HTĐ NMLD
1.4. N i ng/nhiệm vụ nghi n ứ
- Xây dựng mơ hình sơ đồ một sợi mơ phỏng tồn bộ hệ thống điện NMLD;
- Mơ hình hóa với dữ liệu chính xác tất cả các máy phát, động cơ cao áp, máy
biến áp, hệ thống cáp điện;
- Mơ hình hóa tồn bộ bảo vệ relay của hệ thống điện;
- Thực hiện nghiên cứu phân bố tải (Load flow) trong tồn hệ thống;
- Thực hiện nghiên cứu các q trình quá độ (Transient study) cần thiết trong hệ
thống bao gồm khởi động động cơ công suất lớn, các sự cố phổ biến trong hệ thống;

- Thực hiện đánh giá phối hợp bảo vệ relay trong hệ thống (Relay coordination
study);
- Đánh giá kết quả mô phỏng với giá trị vận hành thực của nhà máy.


3
1.5. hư ng ph p ng n l iện ph p nghi n ứu
Phương pháp nghiên cứu (Đối với đề tài):
Đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
Phương pháp nguyên cứu lý thuyết:
- Lý thuyết xây dựng mơ hình máy phát điện, hệ thống kích từ, hệ thống điều
tốc;
- Lý thuyết xây dựng mơ hình các thiết bị trong hệ thống điện;
- Lý thuyết phân tích hệ thống điện;
- Lý thuyết bảo vệ relay trong hệ thống điện.
Phương pháp thực nghiệm:
- Trên cơ sở dữ liệu của tất cả thiết bị điện của nhà máy;
- Trên cơ sở các chế độ vận hành, thống số cài đặt và các thông số vận hành
của nhà máy;
- Trên cơ sở các nghiên cứu sẵn có của nhà máy.
Phương pháp mơ phỏng:
- Thực hiện mơ phỏng thông qua phần mềm ETAP;
- Thực hiện các báo cáo đánh giá thơng qua mơ hình mơ phỏng.
Ngun lý của phương pháp (Đối với tiêu chuẩn):
- Tuân theo các tiêu chuẩn và khuyến cáo IEEE, IEC.


4

Chƣơng 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NMLD

DUNG QUẤT VÀ PHẦN MỀM ETAP
1.1. Tổng quan về hệ thống điện Nhà Máy Lọc Dầu Dung Quất (NMLD)
1.1.1. Nguồn điện:
Nguồn điện cung cấp cho NMLD bao gồm:
- 04 tổ máy điện tuabin hơi (STG) công suất: 04 x 27 MW
02 xuất tuyến 22KV kết nối lưới điện EVN công suất: 02 x 10MW.
01 Máy phát điện khẩn cấp diesel EDG: 01 x 1.6 MW
Trong chế độ vận hành bình thường 03 tổ máy phát làm việc, 01 tổ máy dự phòng
sẽ đủ cung cấp cho nhu cầu điện năng của nhà máy. Mạch kép 22 KV cung cấp điện
trong quá trình khởi động nhà máy và là nguồn dự phòng khi một trong các tổ máy bị
sự cố, đồng thời là nơi xuất điện lên lưới khi nhà máy dư cơng suất.
EDG dùng trong trường hợp mất điện hồn toàn nhà máy để cung cấp cho các
phụ tải quan trọng.
1.1.2. Hệ thống phân phối:
Các phụ tải được cung cấp điện thông qua 13 trạm biến áp: SS1, SS2, SS4, SS5,
SS7, SS8A, SS8B, SS8C, SS9, SS10, SS10A, SS11, SS12.
Trạm SS1 là trạm biến áp chính của nhà máy. Các trạm biến áp cịn lại được cấp
điện từ trạm 1 thơng qua hệ thống cáp ngầm.Trạm SS2 cung cấp điện cho các phân
xưởng 31, 35, 36, 39 và 59 của nhà máy. Trạm SS5 cung cấp điện cho các phân xưởng
32, 55 và 60.Trạm SS7 cung cấp điện cho khu nhà hành chính và các xưởng bảo
dưỡng, phịng thí nghiệm.Trạm SS8A cung cấp điện cho các phân xưởng 15, 16, 17 và
21.Trạm SS8B cung cấp điện cho các phân xưởng 11, 12, 13 và 14.Trạm SS8C cung
cấp điện cho các phân xưởng 18, 19, 20, 22, 23 và 24.Trạm SS9 cung cấp điện cho các
phân xưởng 52, 53 và trạm biến áp số 10.Trạm SS10 cung cấp điện cho các phân
xưởng 81, Jetty và trạm biến áp số 10A.Trạm SS10A cung cấp điện cho các phân
xưởng 81 và Jetty.Trạm SS11 cung cấp điện cho các phân xưởng 34.Trạm SS12 cung
cấp điện cho các phân xưởng 33, 57, 58.
1.1.3. Tải tiêu thụ:
Các loại tải chính trong NMLD phân bố ở 2 cấp điện áp, cấp điện áp 6.6kV và
cấp 0,4kV.

Cấp điện áp 6.6kV có 114 động cơ khơng đồng bộ cơng suất từ 150 đến 4500 kW
và 3 động cơ đồng bộ cơng suất 2050kW.
Cấp điện áp 0.4kV có khoảng 1200 động cơ đồng bộ công suất đến 132kW ; Các
bộ gia nhiệt bằng điện; phụ tải chiếu sáng các loại và các tải khác.
1.1.4. Đ tin cậy vận hành của hệ thống:


5
Hệ thống điện NMLD vận hành tin cậy và ổn định. Trong hơn 10 năm vận hành,
một số sự cố liên quan đến hệ thống:
Các sự cố liên quan đến lỗi phối hợp chạm đất trong tủ phân phối cấp 400V gây
mất điện sự cố một số cụm tải. Vấn đề này đã và đang tiếp tục rà soát để khắc phục
trong phạm vi toàn nhà máy.
Sự cố mất nguồn toàn bộ phân xưởng PP do chạm đất tại một trong 2 xuất tuyến
cấp nguồn 22kV cho phân xưởng. Vấn đề đã được khắc phục bằng giải pháp bổ sung
bảo vệ chạm đất có hướng cho máy cắt đầu vào và hiệu chỉnh phối hợp bảo vệ.
Sự cố mất kết nối với lưới điện EVN do dao động công suất lớn khi nối lưới. Vấn
đề này đang được nghiên cứu khắc phục.
1.1.5. Nhu cầ năng lượng trong nâng cấp, mở r ng nhà máy:
- Mở rộng thêm 4 phân xưởng mới;
- Lắp đặt bổ sung 3 trạm điện mới;
- Công suất dự kiến bổ sung khoảng 38MW.
Trước tình hình đó việc chủ động về công nghệ là rất cần thiết để các kỹ sư của
NMLD có thể tự thiết kế các phần mở rộng này. Đảm bảo cho HTĐ NMLD vận hành
an tồn và giảm đáng kể chi phí thiết kế. Do đó, việc sử dụng phần mềm thiết kế có độ
tin cậy cao, đúng với thực tế như phần mềm Etap là rất cần thiết hiện nay
1.2. Tổng quan mơ hình hóa hệ thống điện bằng phần mềm ETAP.
1.2.1. Giới thiệu ETAP
Etap là một phần mềm mô phỏng (Etap simulator), là sản phẩm của công ty
Operation Teachnology. Inc (OTI). ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi

máy tính điện tốn bắt đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc.Phần mềm được dùng để
thiết kế và mơ phỏng dựa vào những khối có sẵn để mơ tả sự vận hành của hệ thống
điện.Phần mềm ETAP phân tích và tính tốn lưới điện rất mạnh, với qui mơ số lượng
nút khơng giới hạn và hồn tồn có thể áp dụng rộng rãi trong việc tính tốn, quản lý
và vận hành hệ thống điện ở Việt Nam.
Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chính là ETAP Off-line và ETAP
Real Time.ETAP Off-line cung cấp cái nhìn đầu tiên, mơ phỏng hệ thống điện cần quy
hoạch trên mơ hình và kiểm tra trước khi thi công dự án. ETAP Real Time hướng đến
hệ thống điện tự hành, bao gồm thu nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến
cố có thể xảy ra, quy hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành.
Bên cạnh đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của q
trình tính tốn, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các khâu hay bảo
trì, vận hành dễ dàng do sử dụng một nền tảng, ngôn ngữ chung.
1.2.2. Các chứ năng ủa ETAP:
Phần mềm Etap sử dụng phương pháp mô phỏng qua mơ hình tính tốn.Các phần
tử trên lưới được thiết kế dành riêng cho những người chuyên làm về điện.Người sử
dụng chỉ cần hiểu sâu về các vấn đề kỹ thuật và các thuật tính tốn liên quan tới thiết


6
kế mạng điện. Phần mềm Etap được sử dụng trong các tính tốn liên quan tới các vấn
đề sau:
- Bài tốn phân bố cơng suất (Load Flow Analysis).
Etap sử dụng phương pháp Gauss-Seidel, Newton-Raphson, Fast – decoupled để
phân tích và tính tốn điện áp, dịng điện, cơng suất, tổn thất công suất trên các nhánh,
các nút và các phụ tải trong mạng điện có số nút lớn.
- Bài tốn phân bố công suất tải không cân bằng (Unbalanced Load Flow
Analysis).
Phần mềm Etap phân tích phân bố cơng suất trên tải khơng cân bằng bằng cách
tính tốn điện áp thanh cái, hệ số cơng suất, dịng điện, dịng cơng suất cho mỗi pha

thơng qua tồn hệ thống điện. Các mơ đun cho phép điều chỉnh điện áp quy định và
nguồn công suất khơng được kiểm sốt với nhiều tiện ích và kết nối với máy phát.
- Bài toán ngắn mạch (Short-Circuit Analysis).
Bài toán ngắn mạch rất quan trọng trong việc xác định các thiết bị bảo vệ cho hệ
thống. Tính tốn ngắn mạch cho tất cả các nút trên lưới, bao gồm tất cả các loại ngắn
mạch như: ba pha chạm nhau, hai pha chạm đất và không chạm đất, ngắn mạch một
pha. Etap đồng thời có khả năng tính tốn dịng ngắn mạch tại các vị trí khác nhau.
- Bài tốn khởi động động cơ (Motor Acceleration Analysis).
Mục đích của việc thực hiện nghiên cứu khởi động động cơ gồm hai phần: để
kiểm tra động cơ bắt đầu có thể hoạt động hiệu quả dưới các điều kiện hoạt động khác
nhau và để xem hoạt động khởi động động cơ sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng như thế nào
đối với các tải trọng khác trong hệ thống điện.
- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis).
Etap cung cấp các cơng cụ tốt để mơ hình chính xác các hiện tượng sóng hài của
hệ thống điện, xác định năng lượng khác nhau của thành phần hệ thống và các thiết bị
bao gồm sự phụ thuộc tần số, phi tuyến và các đặc điểm dưới sự hiện diện của nguồn
sóng hài.
- Bài tốn phân tích ổn định q độ (Transient Stability Analysis).
Chương trình này được thiết kế để kiểm tra những phản hồi hoạt động hệ thống
và giới hạn ổn định của một hệ thống trước, trong suốt, và sau khi thay đổi hệ thống.
- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star-Protective Device Coordination).
Phối hợp các thiết bị trên lưới là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảo các thiết
bị hoạt động nhịp nhàng và hiệu quả.Do vậy, việc phối hợp giữa các thiết bị phải tuân
theo những quy định nghiêm ngặt. Kết hợp với bài tốn tính ngắn mạch ở trên, ta lựa
chọn được thiết bị bảo vệ phù hợp bảo đảm độ tin cậy và kinh tế. Phần mềm Etap được
lập trình cho phép người dùng lựa chọn, sử dụng các thiết bị hiệu quả.
- Bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow Analysis).
Phân bố cơng suất tối ưu là một chương trình mơ phỏng cực kỳ mạnh cho thiết kế
hệ thống điện, lập kế hoạch và vận hành. Nó giải quyết hệ thống phân bố công suất,

7
nhưng đồng thời có thể tối ưu hóa điều kiện vận hành và tự động điều chỉnh khi các
giá trị thay đổi, trong khi đảm bảo hệ thống vận hành khơng được vi phạm.
- Bài tốn độ tin cậy trên lưới điện(Reliability Assessment).
Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kì dưới các điều
kiện vận hành đã được thực nghiệm. Bài toán về độ tin cậy nhằm đánh giá tình trạng
sự cố trên lưới điện, các vấn đề tính tốn số lần xảy ra sự cố trong một đơn vị thời
gian, xác suất xảy ra sự cố, thống kê số vụ mất điện, có thể do đột xuất, hay báo trước.
Tính số giờ mất điện.
- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placement).
Là bài toán đặt tụ bù tối ưu trong mạng điện. Lý do là sự thay đổi công suất phản
kháng ảnh hưởng tới biến đổi điện áp trong mạng điện từ nơi sản xuất tới nơi tiêu thụ.
Phân tích, tính tốn các điểm đặt tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù không cố
định nhằm đảm bảo tổn thất công suất và hệ số công suất tối ưu. Khi lựa chọn số tụ bù
cố định và ứng động cần bổ sung cho hệ thống điện, chương trình sẽ tìm ra vị trí hiệu
quả nhất để đặt tụ bù sao cho tổn thất là nhỏ nhất. Tụ bù cố định được vận hành liên
tục, tụ bù ứng động chỉ hoạt động khi cần thiết.
1.2.3. S
mô tả các phần tử trong hệ thống bằng phần mềm ETAP
`Network Feeder (Nguồn)
Hệ thống được xem là thay thế cho hệ thống phức tạp bằng một điện áp định
mức, tổng trở Thevenin và cơng suất ngắn mạch
Trang info




Hình 1.1 Trang info của nguồn
ID: Tên của nguồn (Hệ thống).

Bus: Kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức).


8
 Mod: Chọn chức năng của nguồn.
 Swing: Nút cân bằng.
 Volt Control: Cố định điện áp và công suất tác dụng.
 Mvar control: Cố định công suất tác dụng và công suất phản kháng.
 PF control: Cố định công suất tác dụng và hệ số công suất.
Trang Rating:
Mô tả các thơng tin sơ bộ của nguồn:

Hình 1.2 Trang Rating của nguồn
 Rated:Điện áp định mức.
 Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/ không cân bằng.
 Gen.Cat: Thiết lập các thông số hoạt động của nguồn, tùy từng chế độ mode mà ta
thiết lập các thông số.
 Operating: Các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất của nguồn.
Trang Short Circuit:


9








Hình 1.3 Trang Short Circuit của nguồn
Grounding: Kiểu nối đất của hệ thống.
SC Rating: Thống số tính ngắn mạch.
MV Asc: Công suất ngắn mạch.
X/R: Tỉ số trở kháng của tổng trở thay thế.
kAsc: Dịng ngắn mạch.
SC Impendance (100MVAb): các thơng tin để tính đơn vị tương đối ở cơng suất cơ
bản là 100MVA các giá trị thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không. Nếu phần
này nhập giá trị thì ETAP sẽ tính lại phần SC Rating.

Trang Harmonic:

Hình 1.4 Trang hamnic của nguồn


10
 Cung cấp các thông tin về dạng điện áp đầu ra và dạng sóng hài của hệ thống. Nếu
là hệ thống cho điện áp đầu ra hình sin thì chọn None.
 Ngồi ra hệ thống cịn có thể đại diện cho các bộ nghịch lưu năng lượng tái tạo như
năng lượng mặt trời khi đó điện áp đầu ra khơng phải hình sin mà theo một tiêu
chuẩn hoặc của một nhà sản xuất nào đó. Ta truy cập vào thư viện để chọn một
dạng điện áp đầu ra thích hợp.
Trang Reliability:

Hình 1.5 Trang Reliability của nguồn


Số lần sửa chữa/năm.

 µ: Tỉ lệ sửa chữa trung bình/năm.

 FOR: MTTR/(MTTR+8760/ ).





MTTF: Khoảng thời gian giữa hai lần hư hỏng.
MTTR: Thời gian sửa chữa thiết bị (giờ)/năm.
rp: Thời gian thay thiết bị.
Switching Time: Thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới.


11

Máy phát
Máy phát giống với nguồn chỉ khác một vài điểm sau.
Trang Rating:

Hình 1.6 trang Rating của máy phát
 Rating: Gồm công suất P định mức (kW), điện áp định mức (kV), hệ số công suất
%PF, công suất S định mức (kVA),hiệu suất làm việc (%Eff), số cực của máy phát
(Poles),dịng pha ở cơng suất định mức(FLA).
 PrimeMover Rating: cơng suất liên tục và cao điểm dùng để tính cảnh báo lúc khởi
động các phụ tải động cơ.
 Mvar Limits: Giới hạn cơng suất kháng lúc cao điểm. có thể cài đặt hoặc ETAP tính
theo PrimeMover Rating.


12

Trang Imp/Model:

Hình 1.7 trang Imp/Model của máy phát
 Impedance: Thơng tin về trờ kháng thứ tự thuận, thứ tự nghich, thứ tự khơng của
máy phát dùng trong tính tốn ngắn mạch.
 Dynamic Model: Mơ hình máy phát và các thơng số (bộ thống số chuẩn) để phân
tích ổn định hệ thống.
 Type: Kiểu của máy phát (diesel, thủy điện…) và loại rotor (cực ẩn cực lồi).
 IEC 60909 S.C: Giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909.


13

Trang Capalibity:

Hình 1.8 trang Capability của máy phát
 Thơng tin về giới hạn an tồn của máy phát
Máy biến áp

Hình 1.9 Trang Info của máy biến áp


14
 Thông tin về máy biến áp ( Info);
 Công suất định mức của máy biến áp(Rating);
 Trở kháng (Impedance);
 Nút phân áp (Tap);
 Nối đất ( Grouding);
 Bảo vệ (Protection).
Động cơ không đồng bộ

Hinh 1.10 Trang Nameplate của động cơ
 Khung Rating:kW, kVA: công suất định mức của đông cơ, kV: Điện áp định mức,
%PF: Hệ số công suất, %EFF: Hiệu suất động cơ, Poles:Số cực của động cơ,
%Slip: độ trượt của động cơ, RPM: Tốc độ của động cơ.
 Khung Library: Các trường hợp hoạt động của động cơ