Đề án Đối xứng hoá lưới điện phân phối

Lời Mở đầu Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, hệ thống điện Việt Nam phát triển không ngừng theo thời gian, mở rộng theo không gian và ngày càng trở nên phức tạp. Vận hành lưới điện an toàn và hiệu quả là nhiệm vụ hàng đầu của ngành điện. Việc mất đối xứng của các mạng điện làm xuất hiện các dòng thứ tự nghịch (TTN), thứ tự không (TTK) gây ảnh hưởng xấu đến máy phát, đến sự tác động mất tin cậy của các thiết bị bảo vệ rơle. Ngoài ra, đây cũng là nguyên nhân làm tăng tổn thất trong mạng và độ tin cậy cung cấp điện giảm xuống. Vì những lý do trên, cần phải tính toán các thông số chế độ trong mạng không đối xứng để đưa mạng quay trở về trạng thái đối xứng. Đề án ‘’Đối xứng hoá lưới điện phân phối’’ nghiên cứu, tính toán và đưa ra những phương pháp đối xứng hoá lưới điện phân phối khi lưới điện bị mất đối xứng do các phụ tải một pha gây nên, do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn hay do áp dụng một số chế độ làm việc đặc biệt. Tuy nhiên do nhiều hạn chế về thời gian, chuyên môn nên bản luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được những chỉ dẫn góp ý của các thầy cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS-TS Trịnh Hùng Thám bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và người thân đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2005 Người thực hiện Phạm Anh Cường Mục lục Trang Lời nói đầu Chương i Tổng quan về chế độ không đối xứng trong hệ thống điện 4 1.1. Khái quát 4 1.2. Nguyên nhân gây mất đối xứng trong hệ thống điện 5 1.3. ảnh hưởng của chế độ không đối xứng đến hệ thống điện 5 1.4. Kết luận 9 Chương II Các phương pháp nghiên cứu chế độ không đối xứng 10 2.1. Đặt vấn đề 10 2.2. Phương pháp thành phần đối xứng 10 2.3. Phương pháp sơ đồ phức thay thế 17 2.4. Phương pháp xếp chồng 25 2.5. Dùng phương pháp thành phần đối xứng để khảo sát bài toán không đối xứng ngang và dọc 33 2.6. Kết luận 38 Chương III đối xứng hoá bằng các phần tử tĩnh 24 3.1. Cơ sở của phương pháp 24 3.2. Sơ đồ thay thế của các phụ tải không đối xứng 27 3.3. Sơ đồ đối xứng hoá một phần tử 37 3.4. Sơ đồ đối xứng hoá hai phần tử 46 3.5. Sơ đồ đối xứng hoá ba phần tử 60 3.6. Kết luận 65 Chương iv đối xứng hoá nhờ máy điện quay 66 4.1. Đặt vấn đề 66 4.2. Xác định quan hệ giữa công suất định mức của động cơ không đồng bộ và phụ tải không đối xứng 69 4.3. Dòng điện trong ba pha của động cơ 72 4.4. Điện áp trong ba pha của động cơ 76 4.5. Vấn đề tự kích thích trong động cơ không đồng bộ 80 4.3. Kết luận 84 Kết luận chung 86 Các tài liệu tham khảo 88 Chương 1 Tổng quan về chế độ không đối xứng trong hệ thống điện 1.1. Khái quát. Một hệ thống m véc tơ phẳng hay số phức được gọi là đối xứng nếu thoả mãn các điều kiện sau: Về module: ; (1.1) Về góc pha: argument ; (1.2) Khi đó , và góc lệch pha giữa hai véc tơ liên tiếp: . Nếu không thoả mãn (1.1) ta nói hệ thống không đối xứng về module và nếu không thoả mãn (1.2) thì hệ thống không đối xứng về pha. Trong thực tế thường gặp trường hợp hệ thống điện mất đối xứng cả module và về góc pha. Trong hệ thống điện ba pha các véc tơ hay phức số có thể là hệ điện áp hay dòng điện của ba pha A, B, C và thường ký hiệu là . Nếu như == và góc lệch pha liên tiếp giữa chúng bằng ta nói hệ thống là đối xứng. Nếu lấy làm gốc thì có thể viết: = và = ở đây: a = ej120 = - ; a2 = ej240 = - và như vậy khi một hệ thống đối xứng thì cân bằng vì Trong hệ thống điện ba pha thường gặp sự không đối xứng về cả module và về góc pha. 1.2. Nguyên nhân gây mất đối xứng trong hệ thống điện. Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khác nhau như: - Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất, thí dụ như lò điện, máy hàn, phụ tải vận tải điện, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải ánh sáng sinh hoạt... Các lò hồ quang ba pha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thường không đồng đều. Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha trên lưới cũng là nguyên nhân gây mất đối xứng. - Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn như đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác không đều mà không hoán vị. - Do áp dụng một số chế độ làm việc đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”, “pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ truyền tải điện trên 1 hoặc 2 pha. - Do sự cố ngắn mạch không đối xứng: Ngắn mạch một pha với đất, hai pha với đất hay hai pha với nhau, đứt dây kèm theo ngắn mạch. Với những chế độ không đối xứng gây ra bởi ba nguyên nhân đầu gọi là không đối xứng lâu dài, gây ra bởi nguyên nhân sau cùng gọi là không đối xứng ngắn hạn và chỉ tồn tại trong một vài giây. 1.3. ảnh hưởng của chế độ không đối xứng đến hệ thống điện. Các thiết bị điện trong hệ thống điện được chế tạo để làm việc trong chế độ đối xứng tức là áp dòng ba pha trên chúng phải tương ứng bằng nhau về module, còn góc lệch pha liên tiếp bằng 120o. Nếu như làm việc với hệ áp và dòng điện mất đối xứng, trong quá trình vận hành sẽ gây nên những tác hại đối với các thiết bị điện. 1.3.1. Đối với máy phát điện đồng bộ ba pha. Để đánh giá cụ thể tác hại của chế độ không đối xứng đối với máy phát điện ba pha thường dùng phương pháp thành phần đối xứng. Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ làm việc với lưới có trung tính cách điện. Do đó trong chế độ không đối xứng, trong máy phát điện không tồn tại thành phần dòng thứ tự không. Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rotor nên không quét qua rotor và tác dụng của nó giống như lúc máy phát điện có phụ tải đối xứng bình thường (trong rotor không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích một chiều). Hệ dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều rotor với vận tốc đồng bộ do đó nó quét qua rotor với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ, kết quả là trong các mạch rotor (mạch cuộn dây kích thích khi khép mạch, mạch cuộn cảm, dòng xoáy trong lõi rotor) có dòng cảm ứng tần số 100 Hz. Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy phát điện đồng bộ. Dòng có tần số cao 100 Hz chạy trong các mạch rotor sẽ gây nên phát nóng phụ, nhất là ở dây tần số cao 100Hz, do hiệu ứng mặt ngoài lớn làm cho sự phát nóng trầm trọng hơn. Đối với các máy phát điện nhiệt điện (rotor khối) dòng tần số 100 Hz khá lớn nên gây phát nóng mạnh hơn, còn trong các máy phát thuỷ điện (rotor cực lồi) dòng này có giá trị nhỏ hơn nên sự phát nóng không bằng so với các máy phát nhiệt điện. Dòng tần số 100 Hz gây nên mô men đập mạch (đổi dấu). Như vậy trong chế độ không đối xứng ngoài mô men cơ của tua bin, có hai mô men điện tác dụng lên trục của rotor là: mô men không đổi của dòng thứ tự thuận như lúc có tải đối xứng bình thường và mô men đổi dấu sinh ra bởi dòng thứ tự nghịch. Mô men đổi dấu đập mạch với các tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz... Thực tế ta chỉ xét đến mô men đập mạch tần số 100 Hz vì biên độ của các mô men có tần số càng cao càng nhỏ. Mô men đập mạch khi thì cùng chiều, khi thì ngược chiều với mô men không đổi. Kết quả là mô men đập mạch làm cho máy phát điện bị rung gây nên những ứng suất phụ. Đối với máy phát nhiệt điện rotor khối có độ bền cao nên ảnh hưởng của mô men đổi dấu không đáng kể, còn máy phát thuỷ điện do rotor cực lồi được lắp ghép từ nhiều cực với các lá thép nên ảnh hưởng bởi mô men đổi dấu có tác dụng làm rung đáng kể. 1.3.2. Đối với động cơ không đồng bộ. Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch. Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rotor là sinh mô men không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó dòng rotor có tần số f1s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rotor và vận tốc đồng bộ, f1 tần số dòng phần tĩnh). Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rotor nên sinh dòng cảm ứng trong rotor với tần số (2 - s)f1. Điện trở tác dụng tương đối định mức của rotor động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 á 0,03), điện kháng tản từ của rotor cũng chỉ vào khoảng 0,1; trong khi đó điện kháng từ hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 á 4). Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của nó X2 = XN = 0,1 á 0,3 tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận. Như vậy ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ cũng có dòng thứ tự nghịch rất lớn. Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai pha còn lại gấp lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rotor tăng hai lần. Vì vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh. Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ không đối xứng có thể giảm xuống đến hai lần. 1.3.3. Đối với các phần tử tĩnh. (máy biến áp, đường dây, kháng điện,...) Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và các phần tử tĩnh khác tăng lên. Thí dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha đường dây có dòng điện I, điện trở R là 3I2R. Còn trong chế độ không đối xứng, nếu dòng trong pha này giảm đi DI, dòng trong pha kia tăng lên DI, còn dòng trong pha thứ ba vẫn bằng I thì tổn thất trên đường dây khi đó là: R[(I + DI)2 + (I - DI)2 + I2] = R(3I2 + 2DI2). Ngoài ra chế độ không đối xứng của đường dây tải điện có thể làm nhiễu các đường dây thông tin ở gần. Trong máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối xứng về áp các pha tại điểm đấu nối phía sơ cấp và không đối xứng về dòng các pha gây ra bởi phụ tải không đều phía sau máy biến áp. Không đối xứng về áp tại điểm đấu nối sẽ gây không đối xứng điện áp đầu ra máy biến áp, làm tăng không đối xứng về dòng điện. Nhiều trường hợp hệ thống rã tải khi có sự trùng lặp về không đối xứng trong cùng pha cả ở phía cấp cho phụ tải và phía đấu nối máy biến áp. Một số trường hợp không đối xứng làm cho máy biến áp khi vận hành bị rung, tổn hao lớn suy hao tuổi thọ. Dòng trong các pha của máy biến áp không cân bằng gây nên sự chênh lệch nhiệt độ các cuộn dây pha riêng biệt. Trong trường hợp không đối xứng về dòng điện làm cho nhiệt độ cuộn dây tăng quá giới hạn cho phép. Nhiều khi gây ra cháy máy biến áp trong khi máy vẫn đang làm việc trong giới hạn tải cho phép. Chế độ không đối xứng có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị chỉnh lưu, phản chỉnh lưu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hoá. 1.4. Kết luận. Qua trên thấy rằng tác hại chủ yếu của chế độ không đối xứng là đối với các máy điện quay, đặc biệt là với các động cơ không đồng bộ. Vì những lý do trên trong trường hợp cần thiết phải thực hiện đối xứng hoá hệ thống, tức là làm cho hệ thống trở lại đối xứng. Đối xứng hoá là biện pháp kỹ thuật để đảm bảo chất lượng điện năng. Trong luận văn này sẽ đề xuất, tính toán và phân tích một số biện pháp đối xứng hoá. Chương 2 Các phương pháp nghiên cứu chế độ không đối xứng 2.1. Đặt vấn đề. Qua phần trình bày trên ta thấy có rất nhiều nguyên nhân gây ra chế độ không đối xứng trong hệ thống điện và tác hại do chế độ không đối xứng gây ra đối với các phần tử, thiết bị điện là rất lớn. Vậy ta cần có những phương pháp nghiên cứu cụ thể, ứng dụng vào tính toán chế độ không đối xứng trong hệ thống điện. Có thể liệt kê một số phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp thành phần đối xứng. - Phương pháp các thành phần không đối xứng. - Phương pháp các thành phần khác. - Phương pháp toạ độ pha. Cũng có thể kết hợp các phương pháp trên với các phương pháp sau: - Phương pháp sơ đồ thay thế phức hợp. - Phương pháp xếp chồng. - Phương pháp dịch chuyển điểm đứt. - Phương pháp thứ tự thuận mở rộng. Dưới đây sẽ trình bày vắn tắt nội dung cơ bản của phương pháp thành phần đối xứng được sử dụng trong tính toán luận văn. 2.2. Phương pháp thành phần đối xứng. 2.2.1. Nội dung cơ bản. Để giải bài toán không đối xứng có thể viết phương trình Kirchoff cho từng pha rồi giải phối hợp với nhau. Tuy nhiên khi đó ta cần phải tính đến hỗ cảm giữa các pha trong chế độ không đối xứng, điều này làm cho bài toán trở nên phức tạp vì hỗ cảm giữa các pha phụ thuộc vào độ không đối xứng dòng trong ba pha mà đây lại là những ẩn số cần tìm của bài toán. Khi sử dụng phương pháp thành phần đối xứng ta sẽ tránh được những khó khăn nêu trên. Nội dung cơ bản của phương pháp là phân tích một hệ thống không đối xứng thành ba hệ đối xứng thành phần. Có hệ không đối xứng (Có thể là dòng điện hoặc điện áp) ta phân tích thành ba hệ đối xứng thành phần: 10) Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự thuận: , , . Đây là hệ tồn tại khi hệ thống điện làm việc bình thường mà ta đã biết các tính chất của nó. 20) Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự nghịch: , , . Hệ này chỉ khác hệ thuận ở thứ tự pha là ngược lại. 30) Hệ thống đối xứng thứ tự không: , , . Hệ này khác hẳn hai hệ trên là chúng có module bằng nhau và đồng pha với nhau. Việc phân tích một hệ thống không đối xứng ra các hệ đối xứng thành phần phải đảm bảo các điều kiện sau: (2.1) Trong đó: (2.2) Nếu lấy đại lượng pha A làm gốc, theo tính chất của các hệ đối xứng thành phần có thể viết như sau: - Hệ thuận lấy làm gốc thì: (2.3) - Hệ nghịch lấy làm gốc thì: (2.4) - Với hệ thứ tự không ta có: Khi đó có thể viết: (2.5) Hoặc có thể viết dưới dạng ma trận: (2.6) Nếu dùng ma trận thì (2.2) có thể viết như sau: (2.7) 2.2.2. Một vài tính chất của các hệ đối xứng thành phần. 10) Hệ thứ tự thuận và hệ thứ tự nghịch là hệ đối xứng và cân bằng vì: 20) Hệ thứ tự không là hệ đối xứng nhưng không cân bằng vì: 30) Bản thân hệ điện áp dây luôn luôn có tổng bằng không do đó hệ này không chứa thành phần thứ tự không ngay cả khi không đối xứng. 40) Trong hệ thống điện ba pha ba dây trung tính không nối đất, trong chế độ không đối xứng không tồn tại dòng thứ tự không. 50) Dòng chạy trong đất của hệ thống ba pha không đối xứng bằng tổng hình học dòng ba pha không đối xứng. 2.2.3. Mô hình toán học cơ bản của phương pháp thành phần đối xứng. Qua trên ta thấy rằng việc thay thế giải một bài toán ba pha không đối xứng thành ba bài toán với các đại lượng đối xứng thành phần đơn giản hơn, sau đó xếp chồng kết quả lại. Trong phương pháp thành phần đối xứng ta phân tích áp và dòng ra các thành phần đối xứng đó là: thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. Ta có biểu thức quan hệ giữa áp và dòng không đối xứng tương ứng với áp và dòng đối xứng thành phần như sau: Các thành phần thuận của áp và dòng liên hệ với nhau qua biểu thức sau: (2.13.a). Trong đó: Suất điện động đẳng trị mạch điện thành phần thứ tự thuận. Tổng trở đẳng trị đối với thành phần thứ tự thuận. Đó là tổng trở của chế độ làm việc đối xứng bình thường. Tương tự như trên ta lập được phương trình liên hệ giữa dòng với áp tương ứng của hệ thứ tự nghịch và thứ tự không như sau: (2.13.b) ; (1.13.c) Các biểu thức (2.13.b), (2.13.c) có dạng giống như (2.13.a) nhưng các sức điện động đẳng trị thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không bằng không. Trong biểu thức (2.13.b), (2.13.c) thì , tương ứng là các tổng trở đối với dòng thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không. Các tổng trở này khác với . Qua trên ta lập được quan hệ giữa dòng và áp của các thành phần tương ứng của pha A với nhau như sau: (2.14) Từ (2.14) ta có thể lập được sơ đồ thay thế đối với thành phần thứ tự thuận, nghịch, không như hình 2.1 (a,b,c). EA1S Z1S IA1 a UA1 UA2 Z2S IA2 b UA0 Z0S IA0 c Hình 2.1 Coi thì hệ phương trình (2.14) có thể viết lại như sau: (2.15) ở đây: X1S, X2S, X0S là điện kháng đẳng trị của sơ đồ thứ tự thuận, nghịch, không. Hệ phương trình (2.15) gồm có 6 ẩn: ba ẩn điện áp và ba ẩn dòng . Vậy mà hệ chỉ có ba phương trình nên chưa giải được. Như vậy để giải (2.15) cần phải lập thêm ba phương trình nữa căn cứ vào điều kiện bờ (giới hạn) tại chỗ không đối xứng. Hệ (2.15) cùng ba phương trình viết theo điều kiện bờ, cho phép xác định được các thành phần đối xứng của dòng và áp pha A. Để tìm thành phần đối xứng của dòng và áp các pha khác, sử dụng các công thức (2.3) và (2.4). Để tìm dòng và áp toàn phần trong các pha sử dụng công thức (2.5). Như vậy pha A được gọi là pha tính toán (chỉ tính pha A rồi suy ra các pha còn lại). Từ hệ phương trình (2.15) Thấy dòng thứ tự nào gây nên áp giáng thứ tự đó. 2.2.4. Tổng trở đối với dòng thứ tự nghịch và không của các phần tử trong hệ thống điện. Tổng trở của các phần tử đối với dòng thành phần thứ tự thuận trong sơ đồ thay thế chính là tổng trở của chúng trong chế độ làm việc bình thường đã biết. Thành phần thứ tự nghịch chỉ khác hệ thành phần thứ tự thuận ở thứ tự pha. Do đó đối với các phần tử tĩnh như máy biến áp, kháng điện, đường dây... thì tổng trở thứ tự thuận bằng thứ tự nghịch vì hỗ cảm giữa các phần tử này không phụ thuộc vào thứ tự pha: Z1 = Z2. Với các phần tử quay như máy điện quay thì Z1 ạ Z2. Tổng trở đối với dòng thứ tự không Z0 nói chung khác Z1 và Z2 trừ khi giữa các pha không có hỗ cảm. 2.2.4.1. Máy phát điện đồng bộ. Tổng trở thứ tự nghịch: Dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược với rotor nên nó có vận tốc tương đối với rotor và bằng 2w (w - vận tốc đồng bộ). Trong thực tế thường chỉ kể đến điện kháng thứ tự nghịch, còn điện trở có thể bỏ qua. Đối với máy phát điện không cuộn cản: trong khi từ trường thứ tự nghịch quét rotor với vận tốc 2w thì từ trở đối với nó biến đổi không ngừng. Khi trục từ thông thứ tự nghịch trùng với trục dọc thì và khi trùng trục ngang thì . Tại các vị trí khác X2 lấy các giá trị trung gian. Thực tế X2 được lấy bằng giá trị trung bình Đối với máy phát điện có cuộn cản: Trong tính toán gần đúng đối với: - Máy phát điện không cuộn cản - Máy phát điện có cuộn cản Tổng trở thứ tự không: Nếu máy phát điện trung tính cách điện hoàn toàn thì điện kháng thứ tự không của nó . Khi trung tính nối đất (trực tiếp hay qua tổng trở) thì dòng thứ tự không đi qua ba pha của stato đến trung tính rồi xuống đất. Dòng thứ tự không trong ba pha stato đồng pha với nhau về thời gian nên nó sinh ra từ thông đập mạch trong cả ba pha. Nhưng do ba cuộn dây của ba pha đặt lệch nhau trong không gian 1200 nên từ thông tổng thứ tự không trong khe hở giữa rotor và stato bằng không. Vì vậy hệ dòng thứ tự không chỉ sinh ra từ thông tản ở stato. Điện kháng thứ tự không của máy phát điện phụ thuộc vào cách quấn dây của stato và bằng X0 = (0,15 á 0,6)Xd’. Trong tính toán nếu không kể đến sự bão hoà của lõi thép thì X0 và X2 của máy phát điện là những hằng số. 2.2.4.2. Phụ tải tổng hợp. Trong hệ thống điện động cơ điện không đồng bộ chiếm phần lớn trong phụ tải tổng hợp, cho nên coi điện kháng thứ tự nghịch của phụ tải tổng hợp là điện kháng của động cơ điện không đồng bộ và lấy bằng điện kháng ngắn mạch của nó. Cuộn dây stato của động cơ không đồng bộ được nối tam giác hoặc sao không dây trung tính nên I0 không tồn tại trong động cơ không đồng bộ, tức là đối với nó X0 = Ơ. 2.2.4.3. Máy biến áp. Điện kháng thứ tự nghịch của máy biến áp bằng điện kháng thứ tự thuận của nó vì hỗ cảm giữa sơ cấp và thứ cấp không phụ thuộc vào thứ tự pha. Điện kháng thứ tự không của máy biến áp phụ thuộc vào tổ nối dây của chúng. Có thể thấy cuộn dây nối sao không nối đất của máy biến áp có tổng trở thứ tự không bằng Ơ. 2.2.4.4. Đường dây tải điện. Điện kháng thứ tự nghịch của đường dây tải điện bằng điện kháng thứ tự thuận của nó vì hỗ cảm giữa các pha đường dây không phụ thuộc vào thứ tự pha. Dòng thứ tự không chạy trong ba pha đồng pha với nhau nên hỗ cảm giữa các pha đường dây cũng đồng pha với nhau làm cho điện kháng thứ tự không của nó lớn hơn so với điện kháng thứ tự thuận và nghịch. Tổng trở thứ tự không phụ thuộc kết cấu đường dây, số mạch song song, vị trí điểm ngắn mạch. 2.3. Phương pháp sơ đồ phức thay thế. ZG EG U1 M1 N1 I1 U2 M2 N2 I2 U0 M0 N0 I0 a b c Hình 2.2 Từ hệ phương trình cơ bản (2.14) lập được sơ đồ thay thế đối với mỗi thành phần đối xứng (hình 2.1), trong đó thể hiện dòng thứ tự nào đi trong mạch thứ tự đó và chỉ có sơ đồ thứ tự thuận có nguồn. Ta trình bày lại dưới dạng sơ đồ khối, ta tách điểm không đối xứng trong các mạch ( thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không) với các áp và dòng tại chỗ không đối xứng; trong sơ đồ thuận EG và ZG là sức điện động và tổng trở của nguồn (hình 2.2). 2.3.1. Sơ đồ phức thay thế khi ngắn mạch không đối xứng. Khi xảy ra ngắn mạch không đối xứng trạng thái các pha xảy ra không giống nhau. Để thuận tiện cho việc tính toán luôn chọn lấy pha A làm pha tính toán, khi đó pha tính toán phải là pha đặc biệt. Với điều qui ước trên, khi xảy ra ngắn mạch một pha cần chọn pha ngắn mạch là pha A, còn khi xảy ra ngắn mạch hai pha hoặc hai pha nối đất, pha ngắn mạch cần chọn là hai pha B và C. như hình 2.3. A B C IA IB IC A B C IA IB IC A B C IA IB IC Hình 2.3 a b c 2.3.1.1. Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch hai pha với nhau (N(2)). Ta chọn ngắn mạch hai pha B và C hình 2.3.a, khi đó pha A trở thành pha đặc biệt. Tại chỗ ngắn mạch theo điều kiện giới hạn có : (2.16) ở đây là điện áp các pha, là dòng tại chỗ ngắn mạch. Dòng trong các pha ngắn mạch rất lớn nên ta coi dòng trong các pha không ngắn mạch bằng không. Giải kết hợp ba phương trình (2.16) với ba phương trình (2.14) sẽ tìm được các đại lượng thành phần: Do đó Từ Mà có (2.17) Mặt khác nên có thể viết: (2.18) Từ đó ta có: (2.19) Từ các công thức (2.17) và (2.19) có sơ đồ phức thay thế như hình 2.4. Giải hệ (2.16) cùng (2.14) được: (2.20) ZG E1S U1 M1 N1 U2 M2 N2 Hình 2.4 2.3.1.2. Sơ đồ phức thay thế khi ngắn mạch một pha với đất. Ta xét ngắn mạch một pha (A) hình 2.3.b. Khi đó pha tính toán A là pha đặc biệt. Tại chỗ ngắn mạch có: (2.21) Phân tích theo các thành phần đối xứng được: (2.22) Giải hệ (2.21) cùng với hệ (2.14) được: Từ hình (2.22) ta có sơ đồ phức thay thế như hình 2.5. ZG E1S U1 M1 N1 U2 M2 N2 Hình 2.5 U0 M0 N0 I1 I2 I0 2.3.1.3. Sơ đồ phức thay thế khi ngắn mạch hai pha với đất. Khi ngắn mạch hai pha (B, C) với đất trên hình (2.3.c) có các điều kiện bờ: (2.23) Dựa vào công thức (2.14) và (2.23) có: (2.24) Giải hệ (2.23) cùng với (2.24) được: Từ (2.24) ta có sơ đồ phức thay thế như hình 2.6. I1 ZG E1S U1 M1 N1 U2 M2 N2 Hình 2.6 U0 M0 N0 I2 I0 2.3.2. Sơ đồ phức thay thế khi sự cố đứt dây. Khi sự cố đứt dây, tại chỗ đứt dây sinh ra một hiệu áp và pha bị đứt không có dòng điện. Ta cũng phân các hiệu áp và dòng tại chỗ đứt thành các thành phần đối xứng. Khi một hay hai pha bị đứt sơ đồ thay thế đối với các thành phần thứ tự có thể vẽ như hình 2.7. Các phương trình cơ bản: (2.25) DIi DUi Pi Qi Hình 2.7 Riêng với sơ đồ thành phần thứ tự thuận còn có thêm thành phần sức điện động . Trong sơ đồ các tổng trở là các tổng trở tổng hợp đối với chỗ đứt dây của các sơ đồ thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không, còn là sức điện động tổng hợp của sơ đồ thứ tự thuận, trong sơ đồ chỉ số i ký hiệu thành phần i = 1, 2, 0 và Pi, Qi là hai điểm ở chỗ đứt. 2.3.2.1. Sơ đồ phức thay thế khi sự cố đứt dây một pha. A B C IA IB IC P Q DUA DUB DUC Hình 2.8 Ta xét đứt dây của pha A thể hiện qua hai điểm P và Q như hình 2.8. Từ hình 2.8 có: (2.26) Phân tích ra các thành phần đối xứng ta được: (2.27) (2.28) Dựa vào (2.27) và (2.28) có sơ đồ phức thay thế như hình 2.9. IA1 ZG E1S UA1 P1 Q1 UA2 P2 Q2 Hình 2.9 UA0 P0 Q0 IA2 IA0 Giải (2.26) cùng với (2.25) được: (2.29) 2.3.2.2. Sơ đồ phức thay thế khi sự cố đứt dây hai pha. Xét sự cố đứt dây hai pha B, C giữa hai điểm P và Q như hình (2.10) ta có: (2.30) Phân tích hiệu áp và các dòng điện các pha thành các thành phần đối xứng ta có: (2.31) (2.32) A B C IA IB IC P Q DU Hình 2.10 Từ (2.31) và (2.32) ta có sơ đồ phức thay thế như hình 2.11. Giải (2.30) cùng với (2.25) được: ZG E1S DUA1 P1 Q1 DUA2 P2 Q2 Hình 2.11 DU0 P0 Q0 IA1 IA2 IA0 2.4. Phương pháp xếp chồng. Nhờ sơ đồ phức thay thế với các nguồn sức điện động đã biết cùng với tổng trở các phần tử có thể tính được dòng và áp không đối xứng như đã trình bày ở trên. Tuy nhiên với lưới điện phức tạp và có nhiều nguồn tính toán như vậy mất nhiều công sức và khó khăn. Dùng nguyên lý xếp chồng bài toán trở nên đơn giản hơn. Nguyên lý xếp chồng được áp dụng trong mạch tuyến tính. Theo nguyên lý này chế độ thực được coi là sự xếp chồng của 1 số chế độ quy ước. 2.4.1. Bài toán không đối xứng ngang. Chế độ ngắn mạch không đối xứng được coi là sự xếp chồng của hai chế độ qui ước như sau: - Chế độ phụ tải trước n