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 th-ờng dùng ph-ơng pháp thành phần đối xứng.. Do đó trong chế độ kh
Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội trần xuân tuấn Chế độ không đối xứng l-ới điện trung áp giải pháp cung cấp điện không đối xứng luận văn thạc sỹ khoa học Hà nội - 2004 17083300166836906a075-ab6f-4299-8490-33bf4314bf67 17083300166838738f0cc-7e11-4e93-b0cf-97382a427fed 17083300166821b8f24ef-39dd-4a87-8391-2174aeca5f7f Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội trần xuân tuấn Chế độ không đối xứng l-ới điện trung áp giải pháp cung cấp điện không đối xứng Chuyên nghành: Hệ thống điện luận văn thạc sỹ khoa học Ng-ời h-ớng dẫn khoa học PGS.TS trịnh hùng thám hà nội 2004 Các chữ viết tắt EVN - Tổng công ty ®iƯn lùc ViƯt Nam HT§ - hƯ thèng ®iƯn K§X - không đối xứng MBA - máy biến áp TTN - thứ tự nghịch TTK - thứ tự không TTT - thứ tự thuận PPTPĐX - ph-ơng pháp thành phần đối xứng Lời nói đầu Trong chiến l-ợc phát triển đất n-ớc, Đảng ta đà đ-a định h-ớng đến năm 2020 Việt Nam trở thành n-ớc công nghiệp hoá Để thực mục tiêu đất n-ớc ngành điện phải phát triển mạnh mẽ ngang tầm thời đại phải tr-ớc b-ớc trình phát triển đất n-ớc Trong năm gần kinh tế Việt Nam có b-ớc phát triển v-ợt bậc, tăng tr-ởng liên tục khoảng 7% GDP hàng năm Đóng góp tăng tr-ởng kinh tế đất n-ớc ngành điện đà đóng vai trò không nhỏ Cùng tăng tr-ởng kinh tế đất n-ớc sản l-ợng điện hàng năm tăng khoảng 15% Với nhu cầu sử dụng điện ngày tăng hàng loạt nhà máy điện đà đ-ợc xây dựng với hệ thống truyền tải ®iƯn réng kh¾p ®Õn mäi miỊn ®Êt n-íc HƯ thèng truyền tải điện không ngừng đ-ợc phát triển thể rõ qua hệ thống điện hợp bắc nam đ-ờng dây 500kV Sắp tới mạch hai đ-ờng dây 500 kV bắc nam đ-ợc xây dựng Điều nâng cao khả cung cấp điện nh- ®é tin cËy cđa hƯ thèng ®iƯn ViƯt Nam Ln văn đ-ợc thực bối cảnh ngành điện thực dịch chuyển cấu quản lý nh-: cổ phần hoá đơn vị quản lý kinh doanh, đơn vị sản xuất điện, thực việc bán điện tận tay ng-ời tiêu dùng tiến tới xoá bỏ độc quyền kinh doanh mua bán điện, cải tạo hệ thống l-ới điện trung áp cũ kỹ nhằm giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất điện áp Với đề tài luận văn: Chế độ không đối xứng l-ới trung áp giải pháp cung cấp điện không đối xứng Tác giả muốn đóng góp ph-ơng pháp nhiều ph-ơng pháp tính toán cung cấp điện không đối xứng l-ới phân phối cho phụ tải điện vùng sâu, vùng xa, phụ tải phân tán Tuy nhiên cấp điện cho vùng sâu vùng xa đòi hỏi điều kiện cụ thể kinh tế nhkỹ thuật Vậy ph-ơng án cung cấp điện cụ thể cần nghiên cứu mang tính toàn diện Qua thời gian thực để hoàn thành luận văn tác giả không kể đến đóng góp giúp đỡ tận tình PGS -TS Trịnh Hùng Thám Qua tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn giúp đỡ PGS -TS Trịnh Hùng Thám Xin chân thành cảm ơn GS-TS Là văn út, VS.GS-TS Trần đình Long, toàn thể thầy, cô môn Hệ thống điện tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình tham gia khoá học Xin chân thành cảm ơn Trung tâm đào tạo sau đại học, bạn bè đồng nghiệp, Trung tâm thí nghiệm điện nơi công tác, Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia, Ban l-ới EVN, Điện lực Tây Hồ CTĐL Hà nội Đà giúp đỡ tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Do hạn chế trình độ ngoại ngữ, tin học, tham khảo tài liệu với thời gian ch-a nhiều luận văn có nhiều khiếm khuyết sai sót Tác giả mong nhận đ-ợc ý kiến đóng góp nh- lời khuyên hữu ích từ thầy, cô đồng nghiệp để thấy rõ điều cần nghiên cứu thêm kỹ đầy đủ luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn Tác giả Ch-ơng I Tổng quan chế độ không đối xứng HTĐ 1.1 Khái quát ã • • • Mét hƯ thèng cã m vÐc t¬ ph¼ng hay sè phøc F , F F F m đ-ợc gọi đối xứng thoả mÃn điều kiện sau: ã module: Fi ã vÒ gãc pha : m = const ; argument F i = (1.1) 2 i ; m (1.2) • Khi ®ã F i = 0, vµ gãc lƯch pha hai véc tơ liên tiếp : i i = 2 2 2 (i 1) i= = const m m m Nếu không thoả mÃn (1.1) ta nói hệ thống không đối xứng module không thoả mÃn (1.2 ) không đối xứng pha Thực tế th-ờng gặp hệ thống điện đối xứng module góc pha ã ã ã Trong hệ thống điện ba pha véc tơ hay phức sè F , F , F cã thể hệ ã ã ã điện áp hay dòng ®iƯn cđa ba pha A,B,C vµ th-êng ký hiƯu lµ F A , F B , F C • Nếu nhbằng FA = ã FB = ã FC góc lệch pha liên tiếp nói hệ thống đối xứng Nếu lấy đây: ã A làm gốc viết : ã ; 2 ; a = eJ120 = - +j a2 = eJ240 = - - j • • • F B = a2 F A F C = a F A ã ã ã Và nh- hệ thống đối xứng cân F A + F B + F C = Trong hÖ thèng điện ba pha th-ờng gặp không đối xứng module góc pha 1.2 Nguyên nhân gây đối xứng Sự xuất không đối xứng hệ thống điện nhiều nguyên nhân nh-: Do phụ tải: có mặt phụ tải pha, phụ tải không đối xứng điển hình nhất, thí dụ nh- lò điện, máy hàn, phụ tải vận tải điện, thiết bị chiếu sáng phụ tải ánh sáng sinh hoạt Các lò hồ quang ba pha nói chung phụ tải ba pha không đối xứng hồ quang ba pha th-ờng không đồng Sự phân chia phụ tải pha không đồng cho pha l-ới nguyên nhân gây đối xứng Do thân phần tử ba pha đ-ợc hoàn thành không đối xứng hoàn toàn nh- đ-ờng dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay đỉnh tam giác không mà không hoán vị Do áp dụng số chế độ làm việc đặc biệt nh đờng dây hai pha ®Êt”, “ pha - ®êng ray “ chÕ ®é kh«ng toàn pha tức đờng dây ba pha truyền tải điện hai pha Do cố ngắn mạch không đối xứng: Ngắn mạch pha với ®Êt, hai pha víi ®Êt hay hai pha víi nhau, đứt dây kèm theo ngắn mạch Với chế độ không đối xứng gây ba nguyên nhân đầu gọi không đối xứng lâu dài, nguyên nhân sau gọi không đối xứng ngắn hạn tồn vài giây 1.3 Hậu qủa chế độ không đối xứng hệ thống điện Các thiết bị điện hệ thống điện đ-ợc chế tạo để làm việc chế độ đối xứng tức áp dòng ba pha chúng phải t-ơng ứng module, góc lệch pha liên tiÕp b»ng 120 NÕu nh- lµm viƯc víi hƯ áp dòng điện đối xứng, trình vận hành gây nên tác hại thiết bị điện 1.3.1 Đối với máy phát điện đồng ba pha Để đánh giá cụ thể tác hại chế độ không đối xứng máy phát điện ba pha th-ờng dùng ph-ơng pháp thành phần đối xứng Hiện đại phận máy phát điện đồng làm việc với l-ới có trung tính cách điện Do chế độ không đối xứng, máy phát điện không tồn thành phần dòng thứ tự không Hệ dòng thứ tự thuận sinh từ tr-ờng quay đồng với rotor nên không quét qua rotor tác dụng giống nh- lúc máy phát điện có phụ tải đối xứng bình th-ờng (trong rotor dòng cảm ứng xoay chiều mà có dòng kích thích chiều ) Hệ dòng thứ tự nghịch sinh từ tr-ờng quay ng-ợc chiều rotor với vận tốc đồng nã qt qua rotor víi vËn tèc b»ng hai lÇn vận tốc đồng bộ, kết mạch rotor ( cuộn dây kích thích khép mạch, mạch cuộn cản, dòng xoáy lõi rotor ) có dòng cảm ứng tần số 100 Hz Dòng gây nên tác dụng nhiệt máy phát điện đồng Dòng có tần số 100 Hz chạy mạch rotor gây nên phát nóng phụ, tần số cao 100 Hz, hiệu ứng mặt lớn làm cho phát nóng trầm trọng Đối với máy phát điện nhiệt điện (rotor khối) dòng tần số 100 Hz lớn gây phát nóng mạnh hơn, máy phát thuỷ điện (rotor cực lồi ) dòng có giá trị nhỏ nên phát nóng không so với máy phát nhiệt điện Dòng tần số 100 Hz gây nên mô men đập mạch ( đổi dấu ) Nh- chế độ không đối xứng mô men tuabin có hai mô men điện tác dụng lên trục rotor là: mô men không đổi dòng thứ tự thuận nhlúc có tải đối xứng bình th-ờng mô men đổi dấu sinh dòng thứ tự nghịch Mô men đổi dấu đập mạch với tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz Thực tế ta xét đến mô men đập mạch tần số 100 Hz biên độ mô men có tần số cao nhỏ Mô men đập mạch chiều, ng-ợc chiều với mô men không đổi Kết mô men đập mạch làm cho máy phát điện bị rung gây nên ứng suất phụ Đối với máy phát nhiệt điện rotor khối có độ bền cao nên ảnh h-ởng mô men đổi dấu không đáng kể, máy phát thuỷ điện rotor cực lồi đ-ợc lắp ghép từ nhiều cực với thép nên ảnh h-ởng mô men đổi dấu có tác dụng làm rung đáng kể 1.3.2 Đối với động không đồng Cuộn dây ba pha phần tĩnh động không đồng đ-ợc đấu tam giác không dây trung tính, chế độ không đối xứng phần tĩnh tồn thành phần dòng thứ tự thuận thứ tự nghịch Tác dụng từ tr-ờng quay hệ dòng thứ tự thuận rotor sinh mô men không đồng nh- chế độ đối xứng bình th-ờng dòng rotor có tần số f 1s ( s độ tr-ợt vận tốc quay rotor vận tốc đồng bộ, f1 tần số dòng phần tĩnh) Từ tr-ờng quay dòng thứ tự nghịch quay ng-ợc chiều với Rotor nên sinh dòng cảm ứng rotor với tần số ( 2-s )f1 Điện trở tác dụng t-ơng đối định mức rotor động không đồng nhỏ ( R = 0,02 - 0,03 ), điện kháng tản từ rotor vào khoảng 0,1; điện kháng từ hoá lại lớn (X m= 3-4) Do điện kháng thứ tự nghịch động không đồng nhỏ coi nh- điện kháng ngắn mạch X2 = XN = 0,1- 0,3 tức nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận Nh- điện áp thứ tự nghịch đặt vào nhỏ động không đồng có dòng thứ tự nghịch lớn Trong chế độ không đối xứng đứt pha phần tĩnh động dòng hai pha lại gấp lần dòng thứ tự thuận coi dòng định mức tổn thất công suất phần tĩnh hai pha lại tăng ba lần, tổn thất rotor tăng hai lần Vì chế độ không đối xứng động không đồng phát nóng mạnh Mô men cực đại động không đồng chế độ không đối xứng giảm xuống đến hai lần 1.3.3 Đối với phần tử tĩnh ( máy biến áp, đ-ờng dây, kháng điện, ) Có thể thấy chế độ không đối xứng tổn thất đ-ờng dây phần tử tĩnh khác tăng lên Ví dụ nh-: Trong chế độ đối xứng tổn thất đ-ờng dây ba pha có dòng điện I, điện trở R 3I2R Còn chế độ không đối xứng dòng pha giảm I, dòng pha tăng lên I, dòng pha thứ ba I tổn thất đ-ờng dây là: R[ ( I + I)2 + ( I - I)2 + I ] = R ( 3I2 + 2I2 ) Ngoài chế độ không đối xứng đ-ờng dây tải điện làm nhiễu đuờng dây thông tin gần Trong máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối xứng áp pha điểm đấu nối phía sơ cấp không đối xứng dòng pha gây phụ tải không phía sau máy biến áp Không đối xứng áp điểm đấu nối gây không đối xứng điện áp đầu máy biến áp, làm tăng không đối xứng dòng điện Nhiều tr-ờng hợp hệ thống rà tải có trùng lặp không đối xứng cïng pha c¶ ë phÝa cÊp cho phơ t¶i phía đấu nối máy biến áp Một số tr-ờng hợp không đối xứng làm cho máy biến áp vận hành bị rung, tổn hao lớn suy hao tuổi thọ Dòng pha máy biến áp không cân gây nên chênh lệch nhiệt độ cuộn dây pha riêng biệt Trong tr-ờng hợp không đối xứng dòng điện làm cho nhiệt độ cuộn dây tăng giới hạn cho phép Nhiều gây cháy máy biến áp máy làm việc giới hạn tải cho phép Chế độ không đối xứng làm tải tụ bù, tụ lọc thiết bị chỉnh l-u, làm phức tạp bảo vệ rơ le tự động hoá Tuy nhiên, tác hại chủ yếu chế độ không đối xứng máy điện quay, đặc biệt với động không đồng Vì lý tr-ờng hợp cần thiết phải thực đối xứng hoá hệ thống, tức làm cho hệ thống trở lại đối xứng