BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN LONG ĐĂNG VƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------------

NGUYỄN LONG ĐĂNG VƯƠNG

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
GIẢM DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

PGS. TS. Ngô Cao Cường
Ủy viên
5
TS. Đoàn Thị Bằng
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày 23 tháng 01năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: Nguyễn Long Đăng Vương

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh

: 20/07/78

kỳ đâu.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn.
Tôi cũng xin cam đoan các nội dung tham khảo trong Luận văn đã được trích dẫn đầy
đủ nguồn gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Long Đăng Vương


ii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, xin chân thành cám ơn Thầy TS. HUỲNH CHÂU DUY đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báu cho quá trình thực hiện Luận văn này.
Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi các kiến thức quý báu trong quá trình học
tập giúp tôi đủ năng lực để thực hiện Luận văn này.
Xin cảm ơn tập thể lớp 14SMĐ21 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện
Luận văn này.
Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM; Khoa Cơ - Điện - Điện
tử; Phòng Quản lý Khoa học - Đào tạo sau Đại học và Cơ quan nơi tôi đang công tác đã tạo
các điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện Luận văn này.
Nguyễn Long Đăng Vương


iii

TÓM TẮT
Luận văn tập trung các vấn đề liên quan đến Nghiên cứu và đề xuất giải pháp


ABSTRACT ...................................................................................................................iv
ANH M C CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
ANH M C CÁC

NG .............................................................................................. x

Chương 1 .........................................................................................................................1
Giới thiệu chung ..............................................................................................................1
1.1. Giới thiệu ..............................................................................................................1
1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .........................................................................2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................3
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................3
1.6. Bố cục của luận văn .............................................................................................. 3
Chương 2 .........................................................................................................................5
Tổng quan về dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải .................................................5
2.1. Giới thiệu ..............................................................................................................5
2.2. Tương đương hệ thống điện ..................................................................................6
2.2.1. Xác định các thông số mạng hai cửa .............................................................. 8
2.2.2. Tổng trở tương đương từ thông số mạng hai cửa ........................................10
2.2.3. Mạch tương đương đường dây khi ngắn mạch ba pha qua tổng trở chạm ..11
2.3. Phân tích sự cố ba pha trên đường dây ............................................................... 12
2.3.1. Trước sự cố ..................................................................................................12
2.3.2. Khi có sự cố .................................................................................................13
2.3.3. Khi có sự cố nhưng không xét đến dòng tải.................................................14
2.4. Nguyên nhân dòng ngắn mạch tăng cao ............................................................. 15
2.5. Thông số ảnh hưởng đến sự tăng dòng ngắn mạch ............................................15
2.5.1. Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng) ...............................................15
2.5.2. Khi ngắn mạch không đối xứng N(1), N(1,1), N(2) ....................................15
2.5.3. Điện kháng thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK) của các phần tử .16

4.2.1. Thông số của lưới điện .................................................................................38
4.2.2. Trường hợp ngắn mạch 3 pha cân bằng .......................................................43
4.2.3. Trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất ..................................................51
4.2.4. Trường hợp ngắn mạch 2 pha ......................................................................56
4.2.5. Trường hợp ngắn mạch 2 pha chạm đất .......................................................60
4.3. Áp dụng giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch ......................................................65
4.3.1. Giải pháp lắp đặt kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch ............................... 65


vii

4.3.2. Trường hợp ngắn mạch 3 pha cân bằng .......................................................67
4.3.3. Trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất ..................................................72
4.3.4. Trường hợp ngắn mạch 2 pha ......................................................................77
4.3.5. Trường hợp ngắn mạch 2 pha chạm đất .......................................................81
CHƯ NG 5 ...................................................................................................................88
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯ NG LAI..............................................88
5.1. Kết luận ...............................................................................................................88
5.2. Hướng phát triển tương lai ..................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KH O ............................................................................................. 90


viii

ANH MỤC C C H NH
Hình 2.1. Đường dây khảo sát và tương đương hệ thống ...............................................7
Hình 2.2. Thông số mạng hai cửa tương đương .............................................................. 9
Hình 2.3. Sơ đồ tương đương hai cửa .............................................................................9
Hình 2.4. Mạng hai cửa đường dây sự cố......................................................................11
Hình 2.5. Hệ thống trước sự cố .....................................................................................12

Hình 3.21. Sử dụng 1 bộ tụ (grading capacitor) mắc song song (paralell) với máy cắt 37
Hình 4.1. Sơ đồ lưới điện khảo sát ................................................................................40
Hình 4.2. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận............................................................................41
Hình 4.3. Sơ đồ thay thế thứ tự không ..........................................................................41


x

ANH MỤC C C ẢNG
ảng 2.1. Giá trị trung bình x2 và x0 của máy điện đồng bộ .........................................17
ảng 4.2. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch ............................................................... 65
ảng 4.3. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch sau khi đã đặt thêm các kháng điện hạn
dòng trên các đường dây

4A,

D4B và D5 ......................................................................86

ảng 4.4. Kết quả hạn chế dòng ngắn mạch .................................................................87


1

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu
Hệ thống điện là một hệ thống được liên kết bởi các nhà máy điện và các lưới
điện. Trong thời gian gần đây, cùng với sự phát triển nhanh của nguồn và lưới điện
đáp ứng cho sự phát triển nhanh của phụ tải đã dẫn đến dòng ngắn mạch trong lưới
điện, đặc biệt là lưới điện truyền tải tăng cao làm ảnh hưởng xấu đến các phần tử trong

truyền tải [7];
+ Công văn số 1077/NPT-QLĐT ngày 05/04/2012 của Tổng công ty truyền tải
điện quốc gia về việc báo cáo giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới
truyền tải [8];
+ Công văn số 704/EVNNPT-KT ngày 11/03/2013 của Tổng công ty truyền tải
điện quốc gia về việc báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch
cho lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [9];
+ Công văn số 3281/EVNNPT-KT ngày 17/09/2013 của Tổng công ty truyền
tải điện quốc gia báo cáo nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho
lưới truyền tải điện giai đoạn 2011-2020 [10];
+ Thông báo số 98/TB-EVN ngày 05/4/2016 của EVN kết luận của Phó Tổng
giám đốc Ngô Sơn Hải tại cuộc họp về đề án nghiên cứu và đề xuất giải pháp tổng thể
hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2011-2020 của
Tổng công ty truyền tải điện quốc gia [11];
+ Công văn số 1362/EVNNPT-KT+KH ngày 12/04/2016 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế
dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [12];
+ Công văn số 2934/EVNNPT-ĐTX

ngày 12/04/2016 của PTC4 về việc tiếp

tục hoàn thiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế dòng ngắn mạch cho lưới
truyền tải giai đoạn 2011-2020 [13];
+ Công văn số 1418/EVNNPT-KT-KH ngày 15/04/2016 của Tổng công ty
truyền tải điện quốc gia về việc thực hiện đề án nghiên cứu giải pháp tổng thể hạn chế
dòng ngắn mạch cho lưới truyền tải điện [14];
1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu và đề xuất giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện
truyền tải” sẽ được thực hiện với các mục tiêu và nội dung như sau:
- Nghiên cứu tổng quan dòng điện ngắn mạch trên lưới điện truyền tải.

Bố cục của luận văn gồm 5 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu chung
+ Chương 2: Tổng quan về ngắn mạch trên lưới điện
+ Chương 3: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện
truyền tải


4

+ Chương 4: Áp dụng giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải
+ Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai


5

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI
2.1. Giới thiệu
Ngắn mạch trong hệ thống điện là không thể tránh khỏi, ngắn mạch xuất hiện từ các
yếu tố tự nhiên khách quan hoặc yếu tố vận hành chủ quan, ngắn mạch làm dòng điện tăng
cao và điện áp giảm thấp, các dạng ngắn mạch trong hệ thống điện gồm có ngắn mạch 1 pha
chạm đất, ngắn mạch 2 pha hoặc 2 pha chạm đất, ngắn mạch 3 pha, trong đó ngắn mạch 3 pha
là nguy hiểm nhất do thường gây ra dòng điện ngắn mạch là cao nhất.

òng ngắn mạch cao

có thể làm hỏng hóc các thiết bị như máy biến áp, thiết bị đóng cắt, đường dây trên không,
cáp ngầm.
òng ngắn mạch trong hệ thống điện có xu hướng tăng do nhiều nguồn điện mới đưa

V
Zii  i
Ii

(2.2)
Ik  0, i 1, 2,... n , k  i

Trong đó:
Zii: phần tử thứ i trên của đường chéo của ma trận tổng trở nút, là tổng trở tương đương
Thevenin nhìn từ nút i vào hệ thống khi nút i bị sự cố. Điện áp tương đương Thevenin là điện
áp hở mạch tại nút i hay điện áp danh định trước sự cố. Thông thường, điện áp này được giả
sử bằng 1,0 đvtđ. Mặc dù, giá trị này có thể được điều chỉnh như mong muốn vì mạng là
tuyến tính. Tổng trở Zik trong ma trận Znút là một giá trị tổng trở phản ánh quan hệ giữa điện
áp tại nút i với dòng điện đổ vào nút k.
Ma trận tổng trở nút của mạng thứ tự nghịch và thứ tự không cũng được sử dụng trong
tính toán ngắn mạch trong lưới điện truyền tải. Thông thường, giả thiết rằng mạng thứ tự
nghịch giống như mạng thứ tự thuận, ngoại trừ các kháng trở máy phát. Như vậy, khi biết
được các mạng thứ tự, bằng việc sử dụng ma trận tổng trở nút hay biến đổi mạch tương đương
Thevenin, có thể tính toán được bất cứ dòng sự cố yêu cầu nào tại các nút truyền tải.
2.2. Tương đương hệ thống điện
Giả sử rằng cần tính toán bảo vệ cho một đường dây truyền tải hay một phần tử nào đó
trong hệ thống truyền tải. Mạng kết nối với phần tử là một mạng tích cực có chứa nguồn cũng
như các nhánh tải song song, tụ điện, cuộn kháng… Trong các mạng lớn, số phương trình mô
tả mạng điện tương đương với số nút. Trong nhiều trường hợp, yêu cầu biết thông tin tại bất
kì nút nào của mạng, cần phải giải số lượng lớn phương trình mô phỏng hệ thống.
Trong lĩnh vực bảo vệ, thông thường quan tâm đến ảnh hưởng của hệ thống lên phần
tử cần bảo vệ, nên cần thu gọn mạng đơn giản hơn để phục vụ cho yêu cầu tính toán bảo vệ.
Giả sử rằng khảo sát phần tử bảo vệ là đường dây hay máy biến áp trong nhánh nào đó nối
giữa hai nút của hệ thống. Khi ấy, xét đường dây truyền tải nối giữa hai nút trong hệ thống
điện. Giả thiết rằng cần biết dòng, áp tại vị trí hai đầu đường dây. Để xác định các giá trị này

hay

V ZI VS

(2.4)

Cỏc phn t trong ma trn tng tr Z c gi l cỏc thụng s mng h, ngha l
I1 0 hay I2 0 . Cỏc vộc-t in ỏp VS1 v VS 2 trong (2.3) l vộc-t in ỏp ngun, biu

din nh hng ca ngun trong h thng. Xỏc nh s tng ng hai ca ca h thng
khi thỏo ng dõy ra. Trong ú: V1 v V2 l in th cỏc nỳt 1 v 2 so vi nỳt gc. Cỏc dũng
in I1 v I2 l cỏc dũng in vo h thng ti cỏc nỳt 1 v 2. Trc ht, khi hai ca
mng tng ng h ngha l I1 I2 0 trong phng trỡnh (2.3).
Khi y:

V
V1
S1


V2 I1 I 2 0 VS 2

(2.5)

T phng trỡnh (2.5) nhn thy rng in ỏp ngun VS1 v VS 2 chớnh l cỏc giỏ tr
in ỏp mch h ti cỏc ca 1 v 2 khi ng dõy c thỏo b. Cỏc giỏ tr ny th hin nh
hng ca ngun trong h thng. Cú th xem õy nh l cỏc in ỏp Thevenin tng ng
v c xỏc nh t vic gii bi toỏn phõn b dũng cụng sut trong h thng khi thỏo b
ng dõy ra khi h thng.
Mt khỏc, trong trng hp khụng cú cỏc ngun trong h thng. Khi y:

(2.9)
I 2 0

V
Z 22  2
I

(2.10)

2 I1  0

2.2.1. Xác định các thông số mạng hai cửa
Thông số mạng hai cửa có thể được xác định từ các phương trình mô tả mạng điện.
Các phương trình có thể ở dạng tổng trở nút hay tổng dẫn nút.

o hệ thống điện thực tế có

nhiều nút, nhiều nhánh nên số lượng phương trình rất lớn và giải hệ phương trình cần sự hỗ
trợ của máy tính.

o các chương trình tính tóan ngắn mạch thường sử dụng ma trận tổng trở

nên người ta thường xác định thông số mạng hai cửa từ các phương trình ở dạng tổng trở nút.
Chúng ta mô tả mạng điện bằng ma trận tổng trở nút, để đơn giản, ta bỏ qua nguồn
điện thế:

  Z


V

Z
...
 kk
Z
...

Z

nk

   I 
Z
1n
1
 
...   ... 
 in   I i 
Z
 
...   ... 
 kn  I k 
Z
...  ... 
  I 
Z
nn   n 

(2.11)

Giả sử rằng nhánh được khảo sát nối giữa nút i và k, dòng điện bơm vào mạng là

khi mng. S thay th tng ng nhỡn t hai nỳt i, k ca mng in cho bi hỡnh 2.2
khi khụng k ng dõy kho sỏt.
1
2

I1 0

I2 0

i

Ii
Maùng hai cửỷa tớch
cửùc

Z ik
k

Z S

Ii
Z ik

Ik

Z E

ZU

Ik


V1 VR

Z E

I2
2

V2 VQ

ZU
IU

E


U

S

Hỡnh 2.3. S tng ng hai ca
Cỏc thụng s mng hai ca c xỏc nh khi thỏo ng dõy ra khi h thng:
+ u tiờn ta tớnh in ỏp ti cỏc nỳt trong tỡnh trng h mch ng dõy (nh hng ca
ngun khi I1 I 2 0 ):


10

I 


U
  V
V
1

      
V2  VQ  Z   Z U

 S  E
S
Z


E Z
S E
 
Z
 U 

(2.16)

+ Xem xét các thông số mạng hai cửa khi hở mạch đường dây và nối tắt các sức điện động.
Cho I1  1 đơn vị và I2  0 , tìm được cột đầu của ma trận tổng trở:


 11  V1
Z
I1



Cho I1  0 và I2  1 , tìm được cột thứ hai của ma trận tổng trở:


 12  V1
Z
I 2

  V2
Z
22
I
2



 SZ
U
Z

Z

(2.19)



 (Z
 Z
 )
Z
U


Z 12
Z 21

(2.23)

 E S  1 Z S  Z E
   

EU  Z E   ZU

 Z S  VR 
 
Z U  Z E  VQ 

(2.24)


11

Thay Z S , ZU , và Z E trong biểu thức (2.24) bởi các biểu thức (2.21), (2.22) và (2.23),
ta sẽ nhận được ES và EU theo các thông số mạng hai cửa. Chú ý rằng VR và VQ là các điện
thế đo được so với nút gốc khi hở mạch đường dây.
2.2.3. Mạch tương đương đường dây khi ngắn mạch ba pha qua tổng trở chạm Z N

IR

hZ L

IN

(2.25)

V  VN
IR  I 1 1
 V1  Z N  hZ L IR  Z N IQ
hZ L

(2.26)

V  VN
IQ  I 2 2
 V2  Z N  1  hZ L IQ  Z N IR
1  hZ L

(2.27)

Thay thế các giá trị này vào biểu thức (2.1), khi ấy:

VS 1  Z 11  hZ L  Z N
 


VS 2   Z 21  Z N

  IR 
Z 12  Z N
 
Z 22  1  hZ L  Z N  IQ 

Giải các phương trình tìm dòng điện ở mỗi đầu đường dây: