Bài giảng Chương 6: Các phương pháp tính toán ngắn mạch

CAO ĐẲNG PHƯƠNG ĐÔNG QUẢN NAM BÀI GIẢNG NGẮN MẠCH ĐIỆN CHƯƠNG 6: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH:  Lập sơ đồ thay thế: - Sử dụng 1 trong 4 phép qui đổi tham số - Máy phát: thay thế bằng EF = E”o và XF = x”d I.1. Tính dòng siêu quá độ ban đầu: E U I x Uo F F d F " "( sin ) ( cos )   2 2 - Phụ tải: thay thế bằng EPT = E”PT = 0,8 XPT = X”PT = 0,35 (chỉ xét đến những phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch) - Các phần tử tỉnh (KĐ,Đd,MBA): thay thế bằng X giống như ở CĐXL bình thường - Hệ thống CS vô cùng lớn: thay thế bằng UH = 1 XH = 0 E”o tính theo biểu thức với giả thiết MF làm việc ĐM trước NM: Nếu MF làm việc ở chế độ không tải trước NM thì E”o = UF Trị số trung bình của x” và E” (trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức) THIẾT BỊ x” E” Máy phát turbine hơi 0,125 1,08 Máy phát turbine nước có cuộn cản 0,20 1,13 Máy phát turbine nước không cuộn cản 0,27 1,18 Động cơ đồng bộ 0,2 1,1 Máy bù đồng bộ 0,2 1,2 Động cơ không đồng bộ 0,2 0,9 Phụ tải tổng hợp 0,35 0,8 Biến đổi sơ đồ thành dạng đơn giản gồm một hay nhiều nhánh nối trực tiếp từ nguồn đến điểm ngắn mạch.  Tính dòng NM: I E X o i ii n " " "    1  Biến đổi sơ đồ thay thế: Ví dụ: Tính I”o khi N (3) tại N. Đường dây D1, D2, D3 có điện kháng x1 = 0,4/Km; loại MF turbine hơi. Các số liệu khác cho trên hình. I.2. Tính dòng xung kích: kxk là hệ số xung kích, phụ thuộc vào hằng số thời gian Ta=x/r i k I I I k xk xk o xk o xk     2 1 2 1 2 " " ( ) Trị số của x/r và kxk khi ngắn mạch ở một số điểm trong hệ thống điện STT VË TRÊ ÂIÃØM NGÀÕN MAÛCH x/r kxk 1 Thanh goïp 6 - 10KV cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy phaït cäng suáút mäùi maïy 30 - 60MW. 40 - 80 1,92 - 1,96 2 Sau khaïng âiãûn âæåìng dáy dæåïi 1000A näúi våïi thanh goïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy phaït cäng suáút mäùi maïy 30 - 60MW. 20 - 60 1,85 - 1,95 3 Thanh goïp cao aïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 100MVA vaì låïn hån. 30 - 60 1,89 - 1,95 4 Thanh goïp cao aïp cuía nhaì maïy âiãûn coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 30- 100MVA. 20 - 50 1,85 - 1,94 5 Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 100MVA vaì låïn hån. 20 - 40 1,85 - 1,92 6 Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc maïy biãún aïp cäng suáút mäùi maïy 30- 100MVA. 15 - 30 1,81 - 1,89 7 Caïc âiãøm åí xa maïy phaït (Thanh goïp haû aïp cuía traûm biãún aïp giaím aïp coï caïc MBA cäng suáút mäùi maïy  20MVA, thanh goïp cuía traûm trong maûng phán phäúi...)  15  1,8 Khi có phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch thì phải xét riêng ảnh hưởng của phụ tải: " Âxk " oxkxk IkIki 22  I”Đ - dòng siêu quá độ ban đầu do phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch cung cấp. kxkĐ - hệ số xung kích của phụ tải tổng hợp. I.3. Tính dòng ngắn mạch duy trì: Trình tự để giải một bài toán ngắn mạch ở tình trạng duy trì bao gồm các bước sau: - Giả thiết: Tùy thuộc vào vị trí của máy phát điện đối với điểm ngắn mạch, giả thiết trước trạng thái làm việc của máy phát điện (những máy phát điện ở gần điểm ngắn mạch được giả thiết là làm việc ở trạng thái kích từ giới hạn, còn ở xa - trạng thái điện áp định mức). - Lập sơ đồ thay thế:  Phần tử tỉnh (MBA, KĐ, Đd...) được thay thế bởi các thông số giống như ở chế độ làm việc bình thường.  Phụ tải được thay bằng: EPT = 0 và xPT = 1,2  HTCSVCL được thay bằng: UH = 1 và xH = 0 MF không có TĐK được thay bằng: EF = Eq (với Eq* = If*) XF = xd MF có TĐK ở trạng thái KTGH được thay bằng: EF = Eqgh (với Eqgh* = Ifgh*) XF = xd MF có TĐK ở trạng thái định mức được thay bằng: EF = Uđm XF = 0 - Tính toán: Biến đổi sơ đồ thay thế thành dạng đơn giản và tính dòng IN tại điểm ngắn mạch: - Kiểm tra: dựa vào sơ đồ thay thế, từ dòng ngắn mạch tổng IN tính ngược lại để tìm dòng IF do từng MF có TĐK cung cấp cho điểm ngắn mạch và so sánh với Ith của nó: I I E X N ck    Nếu IF  Ith thì MF làm việc ở trạng thái KTGH. Nếu IF  Ith thì MF làm việc ở trạng thái định mức. Nếu giả thiết đúng xem như bài toán đã giải xong. Nếu giả thiết sai ở một máy phát điện nào đó cần phải thay đổi trạng thái của nó và tính toán lại. I X E x th th qgh d * * * *   1 1 Ví dụ: Khi ngắn mạch 3 pha ở điểm N trên sơ đồ; hãy xác định dòng NM duy trì qua kháng điện K1, dòng và áp của máy phát F3. Máy phát tuabin nước F1, F2 giống nhau: 30MVA; 10,5KV; xd = 1,136; có TĐK, Ifgh1 = 3,1. Máy phát tuabin hơi F3: 50MVA; 10,5KV; xd = 2,22; có TĐK, Ifgh2 = 4. Điện áp định mức của các máy biến áp lấy bằng điện áp trung bình của các cấp tương ứng. Máy biến áp B1, B2 giống nhau. Số liệu của các phần tử còn lại cho trên sơ đồ. Sơ đồ nối điện Sơ đồ thay thế Đường cong tính toán là đường cong biểu diễn trị số tương đối của thành phần chu kỳ trong dòng ngắn mạch tại những thời điểm tùy ý của quá trình quá độ phụ thuộc vào một điện kháng - điện kháng tính toán x*tt = x”d + xN. I*ckt = f(x*tt , t) II. PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG CONG TÍNH TOÁN: II.1. Đường cong tính toán: I*ckt x*tt t1 t2 t3 Lưu ý: Các tham số trên đường cong tính toán đều tính trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức của máy phát: Ucb = Utb và Scb = SđmF Có 2 loại đường cong tính toán khác nhau cho 2 loại máy phát: turbine hơi và turbine nước. - Các đường cong tính toán chỉ vẽ đến xtt = 3. Khi xtt > 3, sự biến thiên của biên độ dòng điện chu kỳ theo thời gian rất ít, thực tế có thể coi là không đổi trong suốt cả quá trình ngắn mạch và bằng trị số ban đầu. Đường cong tính toán của máy phát điện turbine hơi Đường cong tính toán của máy phát điện turbine nước II.2. Phương pháp tính toán:  Lập sơ đồ thay thế: - Tính toán qui đổi gần đúng trong đơn vị tương đối (với các lượng cơ bản Scb, Ucb = Utb) - Không cần đặt sức điện động trong sơ đồ. - Máy phát: thay thế bằng XF = x”d - Phụ tải: có thể bỏ đi, trừ phụ tải nối trực tiếp vào điểm ngắn mạch thì thay thế bằng XPT = x”PT = 0,35 và tính toán như máy phát có cùng công suất. - Các phần tử tỉnh (KĐ,Đd,MBA): thay thế bằng X giống như ở CĐXL bình thường - Hệ thống công suất vô cùng lớn: thay thế bằng UH = 1 XH = 0 Xác định nhóm các máy phát: - Nhập chung các máy phát có khoảng cách đến điểm ngắn mạch gần như nhau. - Hệ thống công suất vô cùng lớn phải tách riêng ra . Biến đổi sơ đồ thay thế: Dùng các phép biến đổi đưa sơ đồ về dạng từng nhánh độc lập nối với điểm NM. Tính điện kháng tính toán: x x S S tti i âm i cb * * .   Sđmi - tổng công suất định mức của các máy phát nhập chung trong nhánh thứ i.  Tra đường cong tính toán : Từ x*tti và thời điểm t cần xét, tra đường cong tính toán tương ứng sẽ tìm được I*ckti  Tính dòng tổng trong hệ đơn vị có tên: Ickt = I*ckti.Iđmi + INH trong đó: cbNH*NH I.II  tb âm âm U. S I 3    cb NH* I. x 1  tb cb cb U.3 S I  Một số điểm cần lưu ý: - Khi x*tti > 3 thì dòng chu kỳ không thay đổi và bằng: I*cki = 1/x*tti - Nếu các máy phát khác loại thì dùng đường cong tính toán của máy phát có công suất lớn, gần điểm ngắn mạch. Ví dụ: Xác định công suất ngắn mạch sau 0,2sec khi ngắn mạch 3 pha ở điểm N1.Các đường dây có điện kháng x1 = 0,4Ohm/Km. Các số liệu khác cho trên hình.