Bài giảng Phân tích ngắn mạch trong hệ thống điện - Chương 4: Tính toán dòng điện ngắn mạch qúa độ

98 Chương 4 Tính Toán Dòng Điện Ngắn Mạch Qúa Độ ‣ Tần số hệ thống không thay đổi; ‣ Bỏ qua bão hoà mạch từ; ‣ Thay phụ tải bằng tổng trở hằng; ‣ Bỏ qua thông số của một vài phần tử; ‣ Sức điện động của nguồn vẫn là đối xứng. 99 4.1. Các giả thiết tính toán ‣ Tính toán trị số dòng ngắn mạch quá độ?; ‣ Thông số của MFĐ; ‣ Cách thức tính toán (tính chính xác hoặc tính gần đúng); ‣ Phương pháp tính toán. 100 4.2. Một số vấn đề cần lưu ý 101 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.1. Tính toán chính xác theo các thành phần Dòng ngắn mạch quá độ ban đầu I’(0) và dòng ngắn mạch siêu quá độ ban đầu I”(0) tgξ = IXq +U sinϕ U cosϕ Id = I sinξ Ud =U sinδ δ = ξ −ϕ Uq =U cosδ Iq = I cosξ Ed " =Ud − Iq Xq "Eq " =Uq + Id Xd " I "(0) = Id "2 + Iq "2 102 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.2. Tính toán gần đúng theo các đại lượng tổng hợp Xác định trị số hiệu dụng sức điện động của MFĐ E~ " = (U cosϕ )2 + (U sinϕ + IXd " )2 E~ ' = (U cosϕ )2 + (U sinϕ + IXd ' )2 Hệ đơn vị tương đối định mức của MFĐ E~ " = (cosϕ )2 + (sinϕ + Xd " )2 E~ ' = (cosϕ )2 + (sinϕ + Xd ' )2 103 4.3. Tính trị số ban đầu của dòng ngắn mạch CK 4.3.2. Tính toán gần đúng theo các đại lượng tổng hợp Xác định mô hình của phụ tải: - Động cơ không đồng bộ E" = 0,8 X " = 0,35 + Ngắn mạch gần thanh cái cấp điện cho động cơ; + Ngắn mạch xa thanh cái cấp điện cho động cơ; + Ngắn mạch rất xa thanh cái cấp điện cho động cơ. - Phụ tải tổng hợp: - Động cơ đồng bộ: Thiết lập sơ đồ tính toán tại thời điểm sau khi xảy ra ngắn mạch 104 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần ‣ Xác định hằng số thời gian suy giảm của các thành phần dòng quá độ ‣ Không xét ảnh hưởng của TĐK ở giai đoạn đầu của QTQĐ Scanned with CamScanner 105 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần ‣ Sơ đồ gồm 01 MFĐ cấp dòng ngắn mạch qua Xng đến điểm sự cố; ‣ Thành phần duy trì Ick0, thành phần quá độ I’(t), siêu quá độ I”(t). Scanned with CamScanner ΔΔ ICK 0 = Eq0 Xd + Xng ΔI ' = Eq ' Xd ' + Xng − Eq0 Xd + Xng ΔI " = Eq " Xd " + Xng − Eq ' Xd ' + Xng 106 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần • Hằng số thời gian của cuộn kích từ Td0 = X f Rf = Xad + Xσ f Rf Hằng số thời gian riêng: Hằng số thời gian của cuộn kích từ: Td ' = (Xσ || Xad )+ Xσ f Rf = Td0 Xd ' Xd Td ' = Td0 Xd ' + Xng Xd + Xng 107 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần • Hằng số thời gian của cuộn cản T”d và T”q Phụ thuộc vào vị trí của điểm sự cố đến MFĐ - MF nhiệt điệnTd " = Td " ≈ 0,1s - MF thuỷ điệnTd " = Td " ≈ 0,05s • Hằng số thời gian của cuộn dây stato Ta = X2 Rs Ta = X2 + Xng Rs + Rng - X2 : điện kháng thứ tự nghịch - Rs : điện trở dây quấn stato 108 4.4. Tính dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.1. Tính theo hằng số thời gian tắt dần Dòng điện quá độ ở giai đoạn đầu: Thành phần tự do của dòng ngắn mạch: I "(t) = (I "(0)− I ' (0))e − t Td " + (I ' (0)− ICK 0 )e − t Td ' + ICK 0 ia (t) = 2I "(0)e − t Ta Trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạch toàn phần: IN (t) = I "(t)⎡⎣ ⎤⎦ 2 + ia (t)⎡⎣ ⎤⎦ 2 IN (t) = I "(0)⎡⎣ ⎤⎦ 2 + 2 I "(0)e − t Ta⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 2 109 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán Scanned with CamScanner Scanned with CamScanner ‣ Đường cong tính toán? IN " (t) = f (Xtt ,t) Xtt = Xd " + XN ‣ Sử dụng hệ đơn vị tương đối định mức của MFĐ ‣ Đường cong tính toán của MF nhiệt điện và thuỷ điện khác nhau do các thông số khác nhau 110 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán Scanned with CamScanner 111 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.2. Tính theo đường cong tính toán ‣ Các đường cong tính toán chỉ xây dựng đến Xtt = 3; Itt " (t) = 1 Xtt (Xtt > 3) ‣ Phụ tải được loại bỏ khỏi sơ đồ tính toán (trừ động cơ hoặc máy bù đồng bộ); ‣ Thời gian t càng lớn thì đường cong ngắn mạch càng nằm trên cao; ‣ Khi tính toán sơ đồ nhiều MFĐ, biến đổi sơ đồ về thành các nhánh có sđđ; ‣ Phương pháp đơn giản, dễ sử dụng. 112 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 10 How do you calculate the fault current (If) at bus 3? ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT15 ZL5 5 ZL2 If ZT23 ZT34 2003 IEEE T & D CONFERENCE 11 Use Thevenin equivalent VTh ZTh 3 If • VTh: open circuit voltage – also called the pre- fault voltage, Vf – often use 1∠0° 2003 IEEE T & D CONFERENCE VTh: điện áp hở mạch 15 Adding a current source to the original circuit has the same electrical effect as adding it to the equivalent circuit 2003 IEEE T & D CONFERENCE Vf ZTh 3 If ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 113 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 17 Calculation details Bus Admittance Matrix: Ybus 2003 IEEE T & D CONFERENCE I = Ybus V vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 17 Calculation details Bus Admittance Matrix: Ybus 2003 IEEE T & D CONFERENCE I = Ybus V vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If 114 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 182003 IEEE T & D CONFERENCE ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª = 555351 4443 35343332 232221 151211 bus 00 000 0 00 00 Y YYY YY YYYY YYY YYY Diagonals: Σ of Y connected at node Y22 = 1/ZT12 + 1/ZL2 + 1/ZT23 Off diagonals: - of Y connected between nodes Y53 = -1/ZT35 115 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 20 Bus Impedance Matrix: Zbus 2003 IEEE T & D CONFERENCE V = Zbus I vector of current injections vector of bus voltages ZT12 ZT35 1 2 3 4 ZG1 ZG4 ZT23ZT15 ZL5 5 ZL2 ZT34 If Zbus = Ybus-1 222003 IEEE T & D CONFERENCE To find the change in voltages due to the fault current at bus 3: » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª ⋅ » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª = » » » » » » ¼ º « « « « « « ¬ ª ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ 0 0 I- 0 0 V V V V V f 5554535251 4544434241 3534333231 2524232221 1514131211 5 4 3 2 1 ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ ZZZZZ 116 4.4. Tính trị số dòng ngắn mạch CK theo thời gian 4.4.3. Phương pháp tổng dẫn 23 To calculate current in line 2-3: 2003 IEEE T & D CONFERENCE 23T 32 f23 Z VVI ∆−∆=∆ 1 2 3 4 ZT23 5 If ∆I23f