Tài liệu Hệ thống điện (Tập 1) phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Khái niệm chung về hệ thống điện và lưới điện; Sơ đồ tính toán và các thông số của các phần tử của lưới điện; Đặc tính truyền tải điện năng; Tính toán chế độ xác lập của lưới phân phối; Tính toán lưới hệ thống và lưới truyền tải;... Mời các bạn cùng tham khảo.
1 TRẦN BÁCH - ậ ẬI W LUỚI ĐIỆN ỊỊ THỐNG °C 'N QX TÂP NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT tx TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Bách LƯÓI ĐIỆN VẰ HỆ THỐNG ĐIỆN Tập In lần thứ có sủa chữa THÍT _ ViỆrí • Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2006 LỜI NÓI ĐẦU Bộ sách Lưới diện hệ thống diện gồm tập, trình bày nội dung sau đây: Tập ỉ: Những vấn đề chung lưới điện: Khái niệm chung hộ thống điện lưới điện; Tính tốn chê' độ đối xứng khống đối xứng lưới điện trung, hạ áp; Tính tốn lưới hệ thống đường dây tải điện dài; Lựa chọn dây dẫn; Điều chỉnh điện áp; Bù công suất phản kháng giám tổn thất điện nãng; Khái niệm độ tin tính tốn kinh tế lưới điện Nội dung phóng theo nội dung giáo trình lưới điện Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tập 2: Những vấn đề liên quan đến chê' độ làm việc hệ thống điện : Khái niệm chê' độ làm việc hệ thống điện; Công tác vận hành hệ thông điên; Điều chỉnh chất lượng điện gồm điều chinh tần sô' điện áp (trên lưới hệ thông); Tô'i ưu hố chi phí sản xuất điện năng; Độ tin cậy hệ thống điện Tập 3: Những vấh đề lưới phân phối điện hệ thống phân phối điện: Mơ hình số lưới điện; Giải tích lưới phân phơi điện; Tính ngắn mạch; Mơ hình hệ thống điều chỉnh điên áp; Bù công suất phán kháng, giảm tổn thất điện năng; Hiện tượng cộng hưởng lưới phân phối Tập 4: Những vấn đề đường dây tải điện dài: Tính tốn thơng số đường dây; Giải tích chê' độ làm việc đường dây dài; Ôn định tĩnh ổn định động hệ thớng điện; Kết cấu khí; Ánh hướng đường dây không đến đường dây lân cận môi trường Tập 5: Quy hoạch, thiết kê' vận hành lưới điện, trọng tâm nghiêng lưới phân phối lưới điện dân dụng; Sử dụng máy tính tính tốn lưới điện Bộ sách viết sở giảng tác giả 30 năm công tác Bộ mộn Hệ thống diện vổ mơn học : Lưới diện, Cung cấp điện năng, Ơn định hệ thống điện, Tối ưu hoá chếdộ làm việc hệ thống diện, Qui hoạch hệ thống diện cho cho sinh viên ngành hệ thống diện môn học Độ tin cậy hệ thống diện cho lớp cao học Nội dung mở rộng bố sung để phản ánh nhiều trạng kỹ thuật lưới điện Bộ sách viết theo tinh thần áp dụng máy tính điện tử lính tốn hệ thơng điện Để đảm bảo tính độc lập tương đối tập sách vấn đề trình bày tập có the nhắc lại với nội dung rút ngắn, mở rộng hoăc nguyên vẹn tập sau Mong sách cung cấp cho bạn đọc, sinh viên ngành điện, kỹ sư điện, nghiên cứu sinh thông tin cần thiết, giúp bạn đạt hiệu cao học tập nghiên cứu Tuy nhiên trình độ có hạn nguồn thơng tin hạn chế có nhiều vấn đề bạn đọc quan tâm chưa đề cập tới hoậc đề cập chưa đầy đủ tác giả mong bạn đọc lượng thứ Tác giả cám on ý kiến đóng góp cho sách để hoàn thiện lần xuất sau Các thư tìr góp ý xin liên hệ theo địa : PGS TS Trần Bách, Bộ mơn hệ thóng điện, Khoa lượng, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Đại Cồ Việt, Hà nội Tel: 8692009 Xin trân trọng cảm ơn Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật giúp đỡ để xuất sách Tác giả MỤC LỤC Trang Khái niệm chung hệ thống điện lưới điện 11 1.1 Hệ thống điên 11 1.2 Lưới điện 13 1.2.1 Lưới hệ thống 13 1.2.2 Lưới truyền tải - 13 1.2.3 Lưới phân phối 14 1.3 Điện áp khả tải lưới điện 24 1.3.1 Điện áp lưới điện 24 1.3.2 Khả tải lưới điện 26 1.4 Tiêu chuẩn đánh giá lưới điện 27 1.5 Phụ tải điện 28 1.5.1 Định nghĩa 28 1.5.2 Đặc điểm phụ tải điện 28 1.5.3 Phân loại phụ tải 32 1.5.4 Các đặc trưng phụ tải 33 1.5.5 Yêu cầu phụ tải HTĐ 36 1.5.6 Tính tốn phụ-tải điện 39 1.6 Hoạt động HTĐ 41 1.6.1 Chế đô làm việc cân công suất HTĐ 41 1.6.2 Mục đích hoạt động 44 Sơ đồ tính tốn thông số phẩn tử lưới điện 46 2.1 Sơ đồ tính tốn 46 2.2 Thông số dây dẫn 47 2.2.1 Các loại thông số 47 2.2.2 Tính tốn thơng số dây dẫn 48 2.2.3 Sơ đồ thay dây dẫn 53 2.3 Thông sô' máy biến áp 55 2.3.1 Máy biến áp hai cuộn dây 56 2.3.2 Máy biến áp ba cuộn dây 58 2.3.3 Máy biến áp tự ngẫu 59 63 Đặc tính truyền tải điện 3.1 Tổn thất điện áp 64 3.1.1 Tổn thất điện áp tính theo dịng điện,vecto điên áp 63 3.1.2 Độ sụt áp 65 3.1.3 Tính tốn tổn thất điện áp điện áp theo công suất 66 3.2 Tổn thất công suất đườngdây 68 3.3 Tổn thất điên đườngdây 69 3.4 Tổn thất công suất điện máy biến áp 72 3.4.1 Tổn thất công suất máy biến áp 72 3.4.2 Tổn thất điện nãng máy biến áp 74 Tính tốn chế độ xác lập lưởi phân phối 78 4.1 Những vấn đề chung 78 4.1.1 Mục đích, yêu cầu 78 4.1.2 Các công thức sở 78 4.1.3 Sơ đồ tính tốn lưới phân phối 81 4.1.4 Các chế độ cần tính tốn nói chung phươngpháp tính 82 4.1.5 Sơ' liệu đầu vào để giải tích lưới phân phối 85 4.2 Tính tốn lưới phân phối ba pha đối xứng 89 4.2.1 Tính tốn LPP biết giá trị đồng thời phụ tải 89 4.2.2 Tính tốn bPP biết cơng suất cực đại phụtải 92 4.2.3 Tính tốn LPP theo lượng tiêu thụ phụ tải 105 4.2.4 Tính LPP máy tính .108 4.3 Tính tốn LPP chê' đô không đới xứng 117 4.3.1 Khái niệm 117 4.3.2 Tính tốn chế độ không đới xứng cho loại lưới điện 126 Tính tốn lưới hệ thống lưới truyền tải 143 5.1 Khái niệm chung 143 5.2 Tính toán lưới hở ; 145 5.2.1 Trường hợp cho biết s2,s3,u3 cần tính Ụ|,S| 145 5.2.2 Trường hợp cho biết S2,Sj,U| cần tính U2,U3 ,S| 147 5.3 Tính tốn lưới điện kín đơn giản 151 5.3.1 Lưới điện kín có nguồn cung cấp 151 5.3.2 Lưới điên kín có hai nguồn cung cấp điện áp khác 156 5.4 Tính tốn lưới điện có hai cấp điện áp 157 5.5 Khái niệm tính toán lưới thống 158 5.5.1 Mơ hình điện nút lưới điện 158 5.5.2 Mơ hình cân công suất nút .168 5.5.3 Các phương pháp giải tích lưới điên 172 5.5.4 Tính đêh điều chỉnh điện áp điều chỉnh công suất tác dụng 200 giải tích lưới điên 5.5.5 Tính tổn thất cơng suất lưới điện 206 5.6 Khái niêm tính toán đường dây dài 210 5.6.1 Các phương trình đường dây dài 210 5.6.2 Đường dây không tổn thất .212 5.6.3 Công suất tự nhiên 213 5.6.4 Phân bô' điện áp đường dây dài công suất phản kháng đường dây sinh 214 5.6.5 Khả tải đường dây dài 215 5.6.6 Tổn thất điên đường dây dài 216 Lựa chọn dây dẫn lưới điện 220 6.1 Tiết diện tối ưu điều kiện kỹ thuật 220 6.2 Mật đô kinh tế dòng điên 221 6.2.1 Giá tiền tổn thất công suất tổn thất điện 221 6.2.2 Tổng chi phí vốn cho đường dây điện 212 6.2.3 Quy tắc Kelvin mật độ kinh tế dòng điện 224 6.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn thiết kế,quy hoạch lưới điện 226 6.3.1 Chọn tiết diện dây dẫn lưới thống cao siêu cao .226 6.3.2 Chọn tiết diên dây dẫn lưới phân phối 229 6.4 Tính tốn lưạ chọn dây dẫn 232 6.4.1 Chọn dây dẫn theo Jk, 232 6.4.2 Chọn dây dẫn theo dòng điện lýn cho phép 233 6.4.3 Chọn dây cáp theo phát nóng ngắn mạch 237 6.4.4 Chọn dây dẫn đường dây không theo điều kiên độ học 239 6.4.5 Chọn dây dẫn theo điều kiện vầng quang điện 239 6.4.6 Chọn dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp 240 6.4.7 Chọn dây dẫn lưới hạ áp kết hợp với thiết bị bảo vệ 249 Điều chỉnh điện áp hệ thống điện 255 7.1 Khái niệm chung 255 7.1.1 Ánh hưởng điện áp tới công tác hệ thống điện 255 7.1.2 Nhiêm vụ điều chỉnh điện áp 255 7.1.3 Quan hệ CSPK-điện áp, phương thức điều chỉnh điện áp 255 7.1.4 Quan hệ cân CSPK ổn định hộ thống điện 257 7.1.5 Điều chỉnh điện áp AP, AA 259 7.1.6 Phân cấp điều chỉnh điện áp HTĐ 260 7.2 Điều chỉnh điện ằp lưới hệ thống lưới truyền tải 261 7.2.1 Các phương tiện để điều chỉnh điện áp 261 7.2.2 Phương thức điều chỉnh điện áp 265 7.3 Điều chỉnh điện áp lưới phân phối 266 7.3.1 Độ lệch điện áp cực thiết bị dùng điện 266 7.3.2 Đánh giá chất lượng điện áp lưới hạ áp 267 7.3.3 Diễn biến điện áp lưới điện 269 7.3.4 Phương thức điều chỉnh điện áp lưới phân phối 270 7.3.5 Điều chỉnh điện áp tải MBA TG 271 7.3.6 Đật đầu phân áp cô' định MBA pp 275 7.3.7 Tính tốn điều chỉnh điện áp 276 7.3.8 Điều chỉnh điên áp bù ngang bù dọc 278 7.3.9 Các biện pháp giảm dao động điện áp, không đối xứng không sin 280 Bù công suất phản kháng 283 8.1 Vấn đề bù CSPK HTĐ 283 8.2 Bù công suất phản kháng lưới hệ thống 285 8.3 Bù kinh tế công suất phản kháng 288 8.3.1 Tổn thất công suất tổn thất điện 288 8.3.2 Phương thức bù kinh tế công suất phản kháng LPP toán bù kinh tế 292 8.3.3 Phân tích ảnh hưởng tụ bù đến tổn thất cơng suất tác dụng tổn thất điện LPP 295 8.3.4 Lưới phân phối có phụ tải phân bố trục 298 8.4 Mơ hình tổng qt tốn bù 300 8.4.1 Hàm mục tiêu 300 8.4.2 Các hạn chê' 303 8.5 Một sơ' tốn bù đơn giản 304 8.5.1 Bù cô' định LPP có phụ tải 304 8.5.2 Bù trục .306 8.5.3 Bù lưới điên xí nghiệp 307 8.6 Một sô' sơ đồ thiết bị bù 308 Độ tin cậy lưởi điện 310 9.1 Khái niệm chung 310 9.1.1 Nguyên nhân gây điện thiệt hại điện 310 9.1.2 Ảnh hưởng độ tin đến cấu trúc lưới điện HTĐ 312 9.1.3 Độ tin cậy phần tử lưới điện 312 9.1.4 Các tiêu độ tin lưới điện 315 9.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy lưới điện 316 9.2 Độ tin cậy lưới truyền tải 317 9.2.1 Độ tin cậy đường dây đơn 317 9.2.2 Độ tin cậy đường dây kép 320 9.3 Độ tin cậy LPP 322 9.3.1 Độ tin cậy LPP hình tia 322 9.3.2 Độ tin cậy LPP kín vân hành hở 328 10 Tính tốn kinh tế lưới điện 330 10.1 Tổng quan 330 10.2 So sánh kinh tế phương án phát triển lưới điên 330 10.2.1 Khái niệm quy hoạch lưới điên 330 10.2.2 So sánh kinh tế phương án phát triển lưới điện 332 10.3 Xác định thời điểm đưa cơng trình điên vào vân hành 335 PHỤ LỤC 337 TÀI LIỆU THAM KHẢO 361 10 Ta thấy, máy biến áp có ba nút i, j, k cho đầu cao (C), trung (T) hạ áp (H) phải thêm nút ảo giữa, nút m Máy biến áp ba cuộn dây thay hai nhánh có máy biến áp lý tưởng m-j m-k nhánh khơng có nhánh i-m Máy biến áp lý tưởng đặt hình 5.26 Tổng trở cuộn dây tính phía cao Trong thực tế tổng trở cuộn trung áp nhỏ bỏ qua, máy biến áp có tổng trở cuộn cao áp cuộn hạ áp Với nhánh có máy biến áp lý tưởng cách tính tổng dẫn thay cho điều áp tải giống nhánh máy biến áp hai cuộn dây, nhánh khơng có máy biến áp tính nhánh đường dây khơng có dung dẫn Tổn thất khơng tải đặt phía cao áp Hệ số biến áp: Kc_t — UTdm /UCdm; Kc-h = UHdm /UCdm _ Ví dụ máy biến áp tự ngẫu dùng sơ đồ thay hình 5.27 205 Trong đa phần tốn thực tế, phía cao trung áp có đường dây, cịn phía hạ chì có phụ tải Vì bỏ qua nhánh hạ áp, coi phụ tải đấu trực tiếp vào nút ảo m Nếu có đường dây phía hạ phải tính đến máy biến áp lý tưởng nhánh Ví dụ: Máy biến áp tự ngẫu 125000 kVA có Ucđm = 230 kV, UTđm = 121 kV, ƯHdm = 11 kV, điện trở điện kháng cuộn dây là: Rc = 0,5 Q, RT = 0,5 Q, RH = Q, xc = 48,6 Q, XT = 0, XH = 82,5 Q tính phía cao áp Sơ' đầu phân áp: n = ±6, e = 2% Nếu máy biến áp không tải, đặt vào cuộn dây điện áp nhận cuộn dây khác điện áp tương ứng Hệ sô' biến áp sở máy biến áp lý tưởng đặt phía trung áp hạ áp là: Kt_c = 121/230 = 0,526, KH_C = 11/230 = 0,0478 Cho đầu phân áp khác tính với máy biến áp hai cuộn dây 5.5.5 Tính tổn thất cơng suất lưới điện Tổn thất cơng suất lưới tính cho chế độ max năm, tổn thất cơng suất chế độ ảnh hưởng đến dự trữ công suất chung tức cơng suất dặt hệ thống điện Cịn tổn thất công suất max thời kỳ khác chi ảnh hưởng đến dự trữ công suất vân hành Tổn thất điện nàng lưới siêu cao áp hệ thống không giống lưới truyền tải phân phối Trong lưới truyền tải lưới phân phối đồ thị công suất tải giống đồ thị phụ tải cịn lưới hệ thống đồ thị cơng suất đường dây phụ thuộc vào chế độ làm việc năm nhà máy điện Do muốn tính tổn thất điện lưới hệ thống trước hết phải tính đồ thị phát cơng suất nãm nhà máy điện sau tính đồ thị cơng suất tải đường dây thơng qua tính tốn chê' độ Từ tính tổn thất điện cho đường dây theo cách trình bày Chương 5.5.5.1 Tính tổn thất cơng suất theo dịng điện nhánh Dịng điện nhánh tính theo điện áp dây sau: ĩij= Zđij = Rij + jxij 206 (5120) = (Ui-u^-cuL-u;^ ij V3(Rị+Xị) (5.87) =(ư:i-u:j)Rij-(u;i-u;j)xij V3(Rị+Xị) ij vựĩpí AP^SIiX AQ-Sựxý (5.121) APz = £APij AQs = SAQjj (5.122) £ lấy cho tất nhánh lưới điên 5.5.5.2 Tính tơn thất cơng suất theo dịng điên nút cơng suất nút Trong số tốn hệ thống điện cần tính tổn thất cơng suất theo công suất nút Ta biết tổn thất công suất tổng hình học vectơ cơng suất nút, kể nút cân 0: AS = V3UoJo+V3UtJ* (5.123) J0 = £Ji (5.124) I ut=uot+u.t (5.125) N tổng số nút lưới điện, có N-l nút độc lập t - ký hiệu chuyển vị, * - ký hiệu phức liên hợp Nút cần nút Thay u, theo (5.125) vào (5.123): AS = V3U0J() +V3(UOt +U.t)J* =V3U0Jỏ +V3UOtJ* +V3U.tJ* thay V3UOtJ* =V3U0£j* vào công thức trên: Ì=1 AS = V3U0j;+V3(U0l +U.t)J* = = a/3UoJo + V3UOtJ* +V3U.tJ* = 207 N-l = V3U0J*) + V3U() £ J* + V3U„ J* = i=l r- A r- N-l = V3U0£j* +V3U„XJ* i=l i=] = V3U.tJ* N VÌ V3U0£ J- = 0, ta biết u, = Vlzj , suy ra: i=i U.t=V3JtZt đó: (5.126 AS = J, z, J* J vectơ dòng điên nút độc lập Ta thấy dịng điện nút cân khơng ảnh hưởng tới tổn thất công suất tron, lưới điện Để tính tốn tổn thất cơng suất cần biết dịng điện nút độc lập V ma trận tổng trở z Ta biết vectơ cơng suất nút s tính sau: S=V3Ưđj‘ (5.127: Uj ma trận đường chéo, điện áp nút Rút ra: J* = ud_' s/ 5/3 ; J = Ud"'* s*/ V3 ; J, = St* uđ-1*/ (5.128) Thay (5.128) vào (5.126) ta được: AS = J, Z, J’ = ( s, * Uđ"1*/ V3 3) Zt (Ud~‘ s/ ^3 ) = = S1*Ud“'*Z1Ud“1S (5.129) Thay s = p - jQ, z = R + jx vào (5.129) khai triển ta được: N-l N-2 N-l N-2 N-1 AP=XBii(Pi2+Qb + 2E ÉBiJ(P1Plj+Q1Qij)-2^ Zq/P.Qj-Q,pp i=l N-l i=lj=2,j*i N-2 N-l i=lj=2;j*i N-2 N-I AQ-XDii(Pi2+Q2) + 2E gDlj(PiPij+QiQij)-2E EF./PiQ^QiPp i=l i=l j=2,pú i=l j=2;j*i (5.130) đó: 208 R „ _ Rii Rii J i ' j (5.131) D' =ũf; DiJ =ũ?u7cos0ij; Fij = ũỹuỴsin0ij; Rịị, Rjj phần thực Zjj, Zjjj Xji X|j phần ảo Zịj, Zjj Zjj = Zịj phần tử ma trận tổng trở z 0jj góc điện áp hai nút i vàj Các hệ số phụ thuộc chế độ lưới điện Trong trường hợp góc 0ịj nhỏ cosQ,j = 1, sin0ịj = và: Xy :F-° D-^ j[ (5.132) Bjj, Djj bao gồm BH Du: N-1 N-1 AP = E EBj/PjPj+QiQj) i=l j=2,j*i (5.133) N-l N-l △Q-Z ZDijiPiPj+QiQj) i=l j=2,j*i Công thức (5.133) tiện dụng tính tốn thực tế, ví dụ từ tính suất tăng tổn thất công suất: ỔAP/ỔP, = 2(P1Bil + p2 Bi2 + ) ' ổAP/ỠQi = 2(Q1Bị| + Q2 Bì2 + ) I ỠAQ/ổPị = 2(P1Dil + P2 Di2 + ) ỠAQ/ơQị = 2(Q1D,1 + Q2 Dì2+ ), Để tính hệ số theo (5.131) (5.132) cần phải tính tốn chế độ điên áp phân bố dịng lưới điện Trong số trường hợp tốn cịn dơn giản hố thêm cách giả thiết Uj = u2 = = u điện áp trung bình lưới điện, đó: B.-Rii/U2; B,=R,/U2 ì Z j z z , r (5.135) Dii = xii/U2; Dij = X1J/U2 209 5.6 KHÁI NIỆM VỂ TÍNH TỐN ĐƯỜNG DÂY DÀI 5.6.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CỦA ĐƯÒNG DÂY DÀI Khi đường dây siêu cao áp dài từ khoảng 300 km trở lên gọi đường dây dài phải dùng phương pháp thông số rải để tính tốn, phương pháp chc phép tính phân bố áp dọc đường dây dài (trong phương pháp thơng số tập trưng cho phép tính điện áp hai đầu đường dây) Đối với đường dây dài điện kháng công suất phản kháng đường dây sinh có giá trị lớn Điện kháng làm giảm điện áp chê' độ max, hạn chế lớn khả tải thec điều kiện ổn định tĩnh đường dây dài thường làm nhiệm vụ liên lạc nhà máy điện với HTĐ khu vực HTĐ với CSPK đường dây lại ảnh hưởng lớn đến chế đô không tải chê' độ min, né làm cho điện áp cuối đường dây tăng cao mức cho phép phân bố điện áp dọc đường dây khơng đều, gây nguy tự kích thích máy phát Vì lý trên, đường dây dài phải có thiết bị bù phụ thêm: Tụ -I X ,2 điên để nânư cao khả nănư tải I kháng điện để hạn chê' độ tăng áp chê độ khơng tải Xuất phát từ tính chất rải thông số đường dây ta lập phương trình đường dây sau (hình 5.28)[ ] : Ux=U,Chyx + L V3ZcShyx Ịx = ụ, V3ZC Sh ỵx + L Chỵx (5.136) : Ux Ị x điện áp (lây dòng điện điểm cách cuối đường dây X km, đường dây dài L km u, Ịị điện áp dòng điện điểm cuối đường -Zc tổng trở sóng đường dây -y hệ sơ' truyền sóng; Chỵx coshyperbol Shỵx sinhyperbol: Chy X = 210 /X -yx e- -e - Hình 5.28 Shỵx = yx -yx e- + e - (5.137) - Tổng trở sống Z( hệ số truyền sóng ỵ_ đường dây tính san: ■ _ ạ/Ro + j®^0 ÍC Ị —— ^/Go+jcoGo _ V—0 _ v j6 r—— — Ace ỷXo (5.138) — Ro điện trở đơn vị (Q/km), Xo=coL0 điện kháng đơn vị (l/fìkm), Bo= (ởColà điện dẫn phản kháng đơn vị (1/Qkm), Go điện dẫn tác dụng đơn vị đường dây( 1/Qkm), Lo đô từ cảm, co điện dung đường dây Hệ số truyền sóng : 1= 7(R0 + jư>L0)(G0 + jwC0) = p + ja = YjE (5.139) p- hệ số xuy giảm; a hệ số pha Thông thường Go nhỏ nên khồng cần xét đến tính tốn đường dây dài Khi ta tính Zọ sau [1] : / 73 zc; zc số thực dòng điện trùng pha với điện áp u2, công suất tự nhiên cơng suất tác dụng: Uj p«n=^- (5.147) thay L vào phương trình (5.146) ta (lấy ụ2 làm trục tính toán): Ux = u2 cosccx + j[ Uị/( 75 zc)] 75 Ze sinax = u2(cosax + jsinax) (5.148) Ta thấy điện áp không đổi dọc đường dây, mà thay đổi góc pha ax Điều giải thích vật lý đơn giản sau : phần tử đường dây, lượng điện trường điện dung : CoU2/2, lượng từ trường điện cảm L0I2/2 Khi lượng (hiện tượng tự hù) ta có : QU72 = LJ72 suy Ư/I = ỴC0 Như vây tổng trở phụ tải = tổng trở sóng xảy tượng tự hù, dòng điện điện áp ln trùng pha, điện áp có giá trị khơng đổi suốt dọc đường dây Đây đặc điểm quan trọng đường dây tải công suất tự nhiên Do điện áp phân bố nên tổn thất vầng quang nhỏ Chế độ vân hành với công suất tự nhiên hiệu Do cơng suất tự nhiên thông số đặc trưng cho khả tải đường dây dài (xem 1.4) 213 5.6.4 Phân bô điện áp đường dây dài công suất phản kháng đường dây sinh Khi xét đến R đường dây công suất tải khác công suất tự nhiên điệ áp biến đối dọc đường dây Quan hệ điện áp đầu cuối đường dây đượ cho quan hệ sau : (5.149 u2 (cosaL + P, cosaL + sinaL)R0 2X0 Q2 sinaL.R0 2X0 RnOtLsinaL * Q2(aLcos aL + sinaL)R0 - — - + p2 sin aL 2X0 2X0 P2‘, Q2‘ tỷ số cơng suất tác dụng công suất phản kháng cue đường dây với công suất tự nhiên p„, = U22/Zc L độ dài đường dây, km Khi tải nặng điện áp cuối đường dây giảm đáng kể Nhưng nguy hiểm không tải, điện áp cuối đường dây tăng lên lớn (hình 5.15.b) Khi p2 = Q, = ta có: U2=U|/cosaL = U|/cos(0,061L) (5.150 Cho đường dây dài 330-750 kV L = 500 km; u2 = 1,217,, L = 700 km; u = 1,4U,.„ Trong cho phép u2= 1,1 U| Đây vấn đề nan giải cho đường dây dài Vấn đề nan giải công suất phản kháng điện dung đường dây sinh mà nguồn điện phải gánh chịu chế độ không tải: Công suất phản kháng đường dây 330-750 kV sinh : Qc = U27(2Zc)sin2aL = 1,07.10’3 L p,n, MVAr/km cho đường dây 500 kV Công suất giảm chút tổn thất công suất phản kháng đường dây: Q’c = Qc - AQc = Qc(l-P*2) cỡ (0,75-0,85) Qc (5.151) p’ = (S/P,„); s công suất đường dây chế độ không tải điện duns thông sô' khác gây cỡ (0,4 - 0,5) Ptn 214 Cõng suất lại trừ tổn thất công suất phán kháng máy biến áp táng áp, lại Qfc vào máy phát, gây dòng điện : (5.152) F Up điện áp dây cực máy phát Dịng điện gây q tải máy phát làm giảm khả ổn định tĩnh Ngồi máy phát cịn phải phát lượng công suất tác dụng lớn đê bù vào tổn thất công suất tác dụng đường dây điện trở vầng quang, điều tăng cao khả tải máy phát Để chống điện áp tăng cao tải máy phát phải đặt kháng điện máy bù đồng hai đầu đường dây Nếu đường dây có điều áp đầu điện áp đường dây thay đổi hình 5.15b 5.6.5 Khả tải đường dây dài Khả tải đường dây dài cơng suất lớn tải mà không gây nguy hiểm cho ổn dinh tĩnh HTĐ Công suất cực đại Pmax đường dây dài cũng công suất giới hạn ổn định tĩnh cùa đường dây: Cho đường dây không tổn thất: p = max u.u2 (5.153) T zc sin ocL Nếu tính máy biến áp máy phát (hình 5.30) : (5.154) - ■ sin(ccL + tp) zc tgp„„ L > 1000 km Pmax < p,„ Mp MBA "L M—(Q ĐD MBA Hình 5.30 Khả tải thực tế nhỏ Pmax phải tính đến độ dự trữ ổn định tĩnh cỡ 15 20 % 215 Vì khả tải thực tế đường dây dài không cao so với công suất tự nhiên, đường dây dài cỡ 800 km trở lên Để tăng khả tải tác động vào hệ số a vào zc biện pháp bù dọc tụ điện bù ngang kháng điện (hình 5.15c) Đường dây 500 kV 800 km dù có bù khả tải nhỏ p„, Cuối cùng, đường dây dài có vấn đề cần đối phó vấn đề tự kích thích chế độ khơng tải non tải Điện áp dòng điện tăng lên cao khơng kiểm sốt gây nguy hiểm cho đường dây Do phụ tải có tính dung, dịng điên máy phát vượt trước điện áp, gây kích thích đồng chiều với kích thích máy phát làm cho điên áp tăng vọt Để tránh tự kích thích, phải đảm bảo điện kháng dung tính đẳng trị đường dây dài Xe điện trở đẳng trị Rc thoả mãn điều kiện : Máy phát nhiệt điện : X’d < Xe < xd (5.155) Rc < (Xd-X’d)/2 Máy phát thuỷ điện : có vùng : - vùng : X, < Xe < Xd Rc < (Xd-Xq)/2 (5.156) - vùng : X d < Xe, Xq Rc < (Xq-X’d)/2 Chi tiết đường dây dài xem [1] [6] 5.6.6 Tính tổn thất điện đường dây dài Tổn thất công suất điện đường dây dài gồm có tổn thất đường dây, tổn thất tụ bù ngang, tụ bù dọc, kháng điện tổn thất vầng quang Tổn thất đường dây xét đến phân bố rải thơng số tính sau : f sh2pl sin2alì _ (sh2pl p + a r 4Z2 n P S, AP = wl’r4 + r*zc- 2pz£ S2 „ fsh2pl I p AQ = 4U2 + PzZc r0(ch2Pl -1) - QzZC ^2XC 2aZ£ sin2aủ a ) 4Z2C (sh2pi l p (| _ ch2gl) 2aZè (5.157) sin2ap a , (j2X^x0(ch2pl-l)-Q2Zc ^2ẤC-x0(l-ch2al) 2pz£ 216 sin2al a (5.158) : Xe - thành phần phản kháng tổng trở sóng zc ; r0, x0 - điện trở điện kháng đơn vị đường dây Nếu đường dây khơng dài coi : sh 2pi ~ 2pi ; sin 2al * 2od ; ch2pl » 1; cos2pi « 1; biểu thức (5.157),(5.158) trở thành : AP=^R vị AQ=^-X (5.159) Ư2 Nếu đường dây dài cỡ 300-400 km tính theo (5.159) cho sai số 1% so với tính xác Nếu đường dây khơng đồng nhất, phải tính phần tử bù ngang dọc tính theo thơng số tổng quát Ạ, B, C, p U) = Ạ U, + V3 B L ỈI = (1/ VãìcỤọ + DỊ, p, = Re(U,.I,’) = Re(A*.C_.U22 + A*.p U,’.L + B^C-.V.U,4 B’.D.L2) = Re{ A‘.c Uf + B*.p.(Pf + Q22)/U22 + (B'.c + A’.D)P2 +j(B*.C - A‘.D)Q2} AP = P| - p2: Tính theo Ư2, P2,Q2 : AP = Re{ A’.C.U22 + B*.D.(P22 + Q22)/U22 + + (A*.D+B‘.C -1)P2 + j(B*.C - A*.D)Q2} (5.160) Tính theo u2, P2,Q2: AP = Re { D’.c.u,2 + B‘.A.(P|2 + Q,2)AJ(2 - (A.D’+B*.C-1)P) +j(B*.C-A.D* )Q,} (5.161) Ta thấy tổn thất công suất tác dụng gồm thành phần : 1) Re (D*.C.U|2) - tổn thất không tải phụ thuộc điện áp, không phụ thuộc công suất 2) Re[B*.A.P|2 /U|2 - (Ạ.D*+B‘.C -1)P| ] - tổn thất phụ thuộc công suất tác dụng 3) Re[ B’.A.Qp/U,2 + j(B*.C - Ạ.D* )Q|] - tổn thất phụ thuộc công suất phản kháng Tổn thất tụ hù ngang : APB = kB.Qđn, (5.162) 217 Qdn, cóng suất định mức tụ bù, kB xuất tổn thất = 0,003 kW/kVAr cho tụ bù Liên xô cũ Tổn thất tụ hù dọc: (5.163) APBD = kB.Qdm(I/Idm)2 Tổn thất máy hủ đồng hộ tính tổn thất MBA dây Tổn thất khủng điện : (5.164) AP = kk.Qdm kk phụ thuộc điện áp định mức : 35-110 kV : kk=0,005 kW/kVAr; 500 kV: 0,006 Tổn thất điện : thành phần phụ thuộc dịng điện tính theo dịng diện trung hình hình phương: AA = J3 I,2 R.dt = 3.I,bbp2.R.T (5.165) It I.bbp= ,/fit dt Vó cho Inăm : T = 8760 h (= 24 X 365) Ví dụ [8] : Nếu biết nãm chia làm ba mùa có đổ thị phụ tải giống : đơng, hè xuân-thu có thời gian tương ứng : Tđ = 2184 h; Th = 2184 h ; Txt = 4392 h AA =3.Itbbp.d'.R.Td+3.Itbbp.h'.R.Tb + 3,Ilbbp_X|".R.Txl dịng điện trung bình bình phương tính theo đồ thị đặc trưng mùa Nếu cho biết đồ thị công suất thì: AA = (Stbbp7U2).R.T (5.166) AA tính theo T đường dây cấp điện cho phụ tải Nếu biết đồ thị phụ tải kéo dài năm đường dây tính trực đồ thị này, áp dụng công thức (3.18.b) Trên đường dây 500 kV, phải tính đến dịng cơng suất phản kháng điện dung: L Ic AP = 3IId2.R + f ( l±Ipk)2 dl 218 L Ild- dòng điện tác dụng; Ipk- dòng điện phản kháng; I- dòng điện chung; L- chiều dài đường dây, Ic dòng điện điện dung, độ dài tính từ cuối đường dây; Ipk - dịng điên tải lấy dấu + có tính dung, dấu - có tính cảm Sau lấy tích phân biến đổi ta : AP = 3.r0.L.(I2 ± Ipk.Ic + Ic73 ) (5.167) AA phụ thuộc dịng điện tính theo : TL AA = n I2.r0dl.dt 0 Công thức áp dụng thực tế, [6] đưa cách tính thành phần AAq điện dung sau : AAq= APqc tc APqc = (IC2/3).R = (Qc2/3.U,b2).R tổn thất công suất tác dụng điện dung; Tc thời gian tổn thất tính đến điều kiện phân bố công suất thực tê' đường dây; Ulb điện áp trung bình đường dây R = r0L điện trở đường dây Việc tính Tc khơng đễ dàng, phải biết đồ thị kéo dài năm công suất tải đường dây Tcphụ thuộc Tmax, công suất tải max phân bố áp đường dây Cơng suất tải thấp Tc cao, Pmax= Pln Tc cỡ 4-6000 h, Pm„ = 0,5 p,„ Tc cỡ 7-8000 h Tổn thất vầng quang đường dây 500 kV Liên xô cũ sau[15] : X ACO-500 thời tiết tốt 1,2 kW/km.năm thời tiết sấu 82 kW/km.năm Tổn thất vầng quang phụ thuộc nhiều vào mức điên áp, phân bô' áp đường dây Tổn thất điện vầng quang: AAvq = T).AP| + T2.AP2 T| thời gian thời tiết tốt, T, thời gian thời tiết sấu, AP15AP2 tổn thất vầng quang tương ứng Trong tài liệu khác nhau, giá trị tổn thất vầng quang khác nhau, tổn thất vầng quang có đo đạc đường dây 219 ... hệ thống điện lưới điện 11 1. 1 Hệ thống điên 11 1. 2 Lưới điện 13 1. 2 .1 Lưới hệ thống 13 1. 2.2 Lưới truyền tải - 13 1. 2.3 Lưới phân phối 14 1. 3... cắt 1, 15 uđm : 1, 1 1, 1 1, 1 1, 1 udm uđm udm udm 1. 3.2 Khả tải lưới điện Khả tải lưới điện công suất lớn mà đường dây lưới điên tải mà không gây nguy hại cho thân đường dây điện, hệ thống điện. .. phụ tải theo điện áp có dạng hình 1. 11 Các quan hệ nàý gọi đặc tinh tĩnh phụ tải (tính theo (1 6)( 1. 7) Hình 1. 11 Trên hình 1. 11 a đặc tính thực tế cịn hình 1. 11 b đặc tính thay thể 31 Giá trị phụ