Ảnh hưởng của các thiết bị điện tử công suất đến hiệu quả làm việc của máy biến áp 6/1,14(0,69)kV trong mỏ hầm lò

Bài viết Ảnh hưởng của các thiết bị điện tử công suất đến hiệu quả làm việc của máy biến áp 6/1,14(0,69)kV trong mỏ hầm lò nghiên cứu ảnh hưởng của các thiết bị điện tử công suất tồn tại trong mạng đến tổn hao và phát nóng trong máy biến áp và đề xuất những giải pháp vận hành hợp lý nhằm mục đích đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả cho máy biến áp.

NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP 6/1,14(0,69)kV TRONG MỎ HẦM LÒ Trần Hữu Phúc Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Đỗ Như Ý Trường Đại học Mỏ - Địa chất E-mail: donhuy.humg@gmail.com TÓM TẮT Hiện mạng điện mỏ hầm lị có nhiều thiết bị điện tử công suất đấu lên mạng biến tần, khởi động mềm…làm cho dòng điện chạy qua máy biến áp biến dạng, khơng cịn sin Chính điều làm cho máy biến áp xảy tải kể làm việc với thông số thiết kế Nội dung báo nghiên cứu ảnh hưởng thiết bị điện tử công suất tồn mạng đến tổn hao phát nóng máy biến áp đề xuất giải pháp vận hành hợp lý nhằm mục đích đảm bảo tuổi thọ hiệu cho máy biến áp Từ khóa: máy biến áp, thiết bị điện tử công suất, tổn hao máy biến áp, độ méo sóng hài, hiệu suất máy biến áp ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện tại, mạng điện mỏ hầm lò sử dụng máy biến áp (MBA) phòng nổ 6/1,14(0,69) kV để cung cấp điện cho phụ tải khu khai thác Các MBA thường tính tốn thiết kế sản xuất với thông số kỹ thuật lý tưởng dịng điện hình sin, cấu trúc mạng đối xứng… Ở điều kiện tổng tổn hao MBA xác định theo công thức [1]: ∆PT=∆PFe+∆PCu=∆PFe+(∆PR+∆Pk) (1) Trong đó: ∆PFe – tổn hao sắt từ; ∆PCu – tổn hao dây quấn; ∆PR - tổn hao điện trở dây quấn; ∆Pk - tổn hao dịng xốy cuộn dây MBA Tuy nhiên, ngày với phát triển khoa học công nghệ có nhiều thiết bị điện tử công suất (ĐTCS) lắp đặt mạng điện mỏ hầm lị để hỗ trợ q trình làm việc máy móc như: Khởi động mềm, biến tần, nạp… Điều làm cho dòng điện mạng điện bị méo, khơng cịn sin, ảnh hưởng xấu đến q trình làm việc thiết bị điện nói chung có MBA 6/1,14(0,69)kV Sự xuất thiết bị ĐTCS làm gia tăng tổn hao MBA Điều làm cho MBA bị tải, gây nóng mức, làm giảm tuổi thọ cháy máy biến áp NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phân tích ảnh hưởng thiết bị điện tử công suất tới máy biến áp Sự xuất thiết bị ĐTCS mạng điện mỏ hầm lò làm dịng điện chạy MBA bị méo, khơng cịn sin chứa thành phần sóng hài bậc cao, biểu diễn sau: n I t = I sin ω1t + ∑ I j sin ω j t (2) j =2 Trong đó: It- dịng tải qua MBA; I1- dòng điện bậc 1; Ij – thành phần dòng điện bậc cao thứ j; ω1=2πf1; ωj=j.f1 Tùy thuộc vào số lượng, loại thiết bị ĐTCS sử dụng mạng điện mỏ mà dòng điện bị biến dạng lớn hay nhỏ Đặc trưng cho mức độ biến dạng dịng điện mạng có thiết bị ĐTCS làm việc thể qua tổng độ méo sóng hài THD xác định theo công thức [3]: n THD = ∑I j =2 I1 j 100% (3) CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 49 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI b) a) d) c) H.1.Dạng dòng điện điện áp MBA cấp điện cho mạng có thiết bị ĐTCS (a); khơng có thiết bị ĐTCS (b;c); Thành phần THD mạng (d) Kết đo dịng điện điện áp MBA làm việc khơng có thiết bị ĐTCS có thiết bị ĐTCS biểu diễn hình H.1 Do xuất thiết bị ĐTCS mà dòng điện chạy qua MBA bị méo, làm gia tăng tổn hao MBA, so với dịng điện chạy qua MBA hình sin, kể đến khơng sin dịng điện tổn hao MBA xác định theo công thức: ∆PTH = ∆PFeH + ∆PCuH = ∆PFeH + (∆PRH + ∆PkH) (4) Tuy nhiên, tổn hao sắt từ ∆PFeH MBA phụ thuộc vào dạng tải phi tuyến nên bỏ qua Tổn hao đồng MBA tải phi tuyến xác định theo công thức: (5) ∆PCuH = ∆PRH +∆PkH Tổn hao điện trở cuộn dây MBA tải phi tuyến ∆PRH, xác định theo công thức [3, 4]: (6) Tổn hao dịng xốy cuộn dây MBA dịng điện phi tuyến ∆PkH, xác định theo công thức [3, 4]: 50 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 (7)  I j K = ∑  j =1  I R  n  2  j    Trong đó: IR – Giá trị dịng điện phi tuyến; Ij – giá trị dòng điện bậc cao Do vậy, tổng tổn hao đồng kể đến độ méo dòng điện: ∆PCuH  I j = + THD ∆PR + ∑  j =1  I R  ( ) n  2  j ∆Pk (8)   Như ảnh hưởng tải phi tuyến đến tổn hao MBA đặc trưng hệ số KH, có giá trị: NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KH ∆P = CuH ∆PCu CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ  I j + THD ∆PR + ∑  j =1  I R  = ∆PR + ∆Pk ( ) n  2  j ∆Pk    = + THD + Kα (9) 1+α Trong đó: α - hệ số tổn hao điện trở cuộn dây MBA tổn hao dòng xốy cuộn dây MBA; α= ∆Pk ∆Pf Từ cơng thức thấy rằng, mức độ phi tuyến tăng (THD tăng) làm tăng hệ số ảnh hưởng KH từ làm tăng tổn hao MBA, dẫn tới tăng phát nóng giảm hiệu suất MBA Hiệu suất máy xác định theo công thức [1] η =1− P0 + β Pn ∆PTH (10) =1− P2 β S dm cosϕ + P0 + β Pn Trong đó: P0 tổn hao không tải; Pn tổn hao ngắn mạch từ Từ biểu thức thấy rằng, coi cosϕ2 không đổi hiệu suất MBA phụ thuộc nhiều vào hệ số mang tải β nghĩa phụ thuộc vào mức độ khơng sin dịng điện (THD) H.4 Phân tích tổng độ méo THD dòng điện (THD=8,98%) Ứng với mức độ méo dòng điện trên, ta thay đổi hệ số mang tải (β=0÷1) MBA để khảo sát tổn hao máy hiệu suất MBA dựa sở lý thuyết phân tích phía Kết khảo sát tổn hao hiệu suất MBA cho hình H.5 H.6 2.2 Mơ hình hóa mơ tổn hao máy biến áp Để xây dựng mơ hình mơ phân tích ảnh hưởng thiết bị biến đổi MBA chúng xuất mạng điện mỏ ta giả thiết thiết bị ĐTCS đấu vào mạng để hỗ trợ trình làm việc động khơng đồng rơtor lồng sóc, mơ hình xây dựng hình H.2 H.2 Mơ hình mạng điện với thiết bị điện tử cơng suất Từ mơ hình, khảo sát dạng sóng dịng điện mơ tả hình H.3 Phân tích phổ thành phần dịng điện sơ đồ kết tổng độ méo THD= 8,98% (hình H.4) H.5 Phụ thuộc tổn hao máy biến áp H.3 Dòng điện chạy qua máy biến áp H.6 Hiệu suất máy biến áp CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 51 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ kết khảo sát đưa hình H.5 H.6 nhận thấy rằng, với hệ số mang tải MBA làm việc với mạng có thiết bị ĐTCS, tổn hao MBA tăng lên lớn nhiều, so với mạng khơng có thiết bị ĐTCS hiệu suất MBA có mạng thiết bị ĐTCS nhỏ hơn, so với mạng khơng có thiết bị ĐTCS Điều làm cho MBA bị tải, kể làm việc thông số thiết kế, dẫn tới giảm tuổi thọ cháy hỏng máy biến áp NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KẾT LUẬN Để giảm hậu xảy máy biến áp làm việc mỏ hầm lò phải tiến hành giám sát thực biện pháp giảm tổng độ méo mức độ khơng sin dịng điện dòng điện chạy máy biến áp với mạng điện có mức độ khơng sin dịng điện lớn phải vận hành máy biến áp với hệ số mang tải thấp thiết kếr TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, “Máy điện 1”, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 Trần Bá Đề, Đỗ Như Ý, “Khí cụ điện”, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2006 Aleksander, Wiesław, Waldemar, Rafał, “Analysis of impact of nonlinear loads on losses in power network elements”, ISSN 0033-2097, R 88 NR 8/2012 Yildrim, D, Fuchs, E, “Transformer derating and comparison with Harmonic Loss Factor Approach”, IEEE Trans PD, Vol 15, no 1, January 2000 INFLUENCE OF THE ELECTRONIC CONVERTERS TO THE WORKING EFFICIENCY OF A TRANSFORMER 6/1.14(0.69) kV AT THE UNDERGROUND MINES Tran Huu Phuc, Do Nhu Y ABSTRACT Currently, there are many electronic converters installed in the electrical networks, such as inverters, soft starters, etc in operation at the underground mines This causes the current flowing through the transformer to distort, no longer sinusoidal and can cause the transformer to be overloaded, even working with the design specifications The article presents some results of studying the influence of the mentioned transformers with electronic converters on their losses and heat release, as well as offers solutions for the proper operation of transformers in order to ensure their long-term and efficient operation Keywords: Transformer, electronic converter, losses in the transformer, harmonic distortion, transformer efficiency Ngày nhận bài: 20/12/2020; Ngày gửi phản biện: 21/12/2020; Ngày nhận phản biện: 03/01/2021; Ngày chấp nhận đăng: 06/5/2021 Trách nhiệm pháp lý rác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam 52 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 ... Điều làm cho MBA bị tải, kể làm việc thông số thiết kế, dẫn tới giảm tuổi thọ cháy hỏng máy biến áp NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI KẾT LUẬN Để giảm hậu xảy máy biến áp làm việc mỏ hầm lò phải tiến hành... H.5 Phụ thuộc tổn hao máy biến áp H.3 Dòng điện chạy qua máy biến áp H.6 Hiệu suất máy biến áp CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 51 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Từ kết khảo sát đưa hình H.5... MBA làm việc với mạng có thiết bị ĐTCS, tổn hao MBA tăng lên lớn nhiều, so với mạng khơng có thiết bị ĐTCS hiệu suất MBA có mạng thiết bị ĐTCS nhỏ hơn, so với mạng khơng có thiết bị ĐTCS Điều làm