TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 1 HIỆU QUẢ KINH TẾ-KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI DÀI ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFECTIVENESS IN THE USE OF CONTROLLED SHUNT REACTORS ON EHV TRANSMISSION LINES Lê Thành Bắc Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo đánh giá hiệu quả kinh tế -kỹ thuật có thể mang lại trên đường dây truyền tải 500 kV đoạn Hòa Bình -Phú Lâm với hai phương án dùng thiết bị bù công suất phản kháng: phương án 1 dùng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc và ph ương án 2 chỉ dùng loại kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở phương án 2 khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển sẽ là phương án sử dụng thiết bị đạt hiệu quả rất cao, cho phép nhanh chóng thu hồi chênh lệch vốn đầu tư của thiết bị bằng việc giảm bớt tổn thất công suất trên đường dây và giảm chi phí khi vận hành hệ thống. ABSTRACT This paper presents an evaluation of economic and technical effectiveness by using controlled shunt reactors on EHV transmission lines of HoaBinh-PhuLam 500KV Power Station. Two procedures are proposed in the Vietnam EHV transmission lines: (1) The combination of un-controlled shunt reactors and series capacitors; (2) Using only controlled shunt reactors in the control of transformer mode. The study results show that the second proposal brings the highest effectiveness in economy and technology as well. Load loss and operation cost on the power system are reduced. Consequently, the term of the loan refund for equipment investment is shortened. 1. Đặt vấn đề Giải quyết bài toán bù công suất phản kháng dư và nâng cao khả năng truyền tải của các đường dây dài cao và siêu cao áp trước đây, mà cụ thể được đề cập trong bài báo này là đường dây 500 kV với chiều dài 1488 km tuyến Hòa Bình-Phú Lâm đã sử dụng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc (hình.1) với mức bù như trong bảng 1. Khi lắp đặt kháng bù ngang kết hợp tụ bù dọc trong hệ thống truyền tải như hiện nay ở nước ta đã tạm giải quyết được vấn đề hạn chế độ tăng điện áp ở cuối đường dây khi tải nhỏ và nâng cao khả năng truyền tải của đường dây hơn so với khi chỉ lắp đặt kháng bù ngang không điều khiển. Tuy nhiên các kết quả vận hành thực tế và nghiên cứu lý thuyết cho thấy khi chưa hòa mạng thủy điện Yaly thì không thể truyền tải công suất quá 500 MW từ đầu đến cuối đường dây [1,2] trong khi công suất tự nhiên của đường dây là 930 MW. Đồng thời đưa đến một số hạn chế sau [2,4]: – Tăng cao tổn thất điện áp (quá giới hạn cho phép là 15%) trên đường dây khi truyền tải công suất trên 60% công suất tự nhiên; TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 2 – Gây tổn thất lớn công suất trên đường dây, đồng thời làm tăng dòng điện điện quá trị số cho phép trên một số đoạn của đường dây khi truyền tải công suất lớn trên 60% công suất tự nhiên (dòng định mức của tụ bù dọc bằng 1000 А [9]). Hình 1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 500 kV tuyến Hòa Bình-Phú Lâm Kháng bù ngang có điều khiển hiện nay đang thực sự là thiết bị mang lại triển vọng to lớn cho truyền tải điện xoay chiều. Hiện nay kháng điều khiển kiểu máy biến áp (УШРТ) đã được đưa vào vận hành trong hệ thống năng lượng của nhiều nước như Ấn Độ, Liên bang Nga, Trung Quốc,… để bù công suất phản kháng dư của hệ thống truyền tải cao và siêu cao áp. Đặc tính vượt trội của kháng УШРТ là tác động cực nhanh, phạm vi điều chỉnh tiêu thụ công suất phản kháng rộng, dòng điện trong cuộn lưới không bị méo dạng, cho phép nối trực tiếp vào đường dây truyền tải siêu cao áp [5]. Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng kháng điều khiển loại này vào đường dây truyền tải dài 500 kV Bắc-Nam ở nước ta thực sự là một nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết. Bảng 1. Các thông số cơ bản của các phân đoạn của đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm Số TT phân đoạn (k) Phần đường dây Độ dài sóng k λ R ( k W ) Mức bù dọc ck сk Lk X η X = P k λ н Mức bù ngang β = kh.k tn k Q P λ Hiệu số bù X k = X Lk X - ( Ck W ) Dòng định mức của tụ bù dọc I đm C , А 1 Hà Tĩnh 0,357 9,44 0,63 332 0,771 35,06 1000 2 Đà Nẵng 0,409 10,82 0,554 380 0,673 49,1 1000 3 Pleiku 0,271 7,19 0,59 252 0,722 30,1 1000 4 Phú Lâm 0,52 13,78 0,592 483 0,72 57,19 1000 2. Đánh giá hiệu quả về kỹ thuật của 2 phương án: phương án lắp kháng không điều khiển kết hợp tụ bù dọc hiện nay và phương án nếu ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp УШРТ Lắp đặt kháng không điều khiển và tụ bù dọc đã thực sự cải thiện được một số vấn đề kỹ thuật trong vận hành đường dây dài [1, 2]. Trong trường hợp này quan hệ giữa độ chênh lệch của điện áp ở đầu (U 1 ) với điện áp ở cuối đường dây (U 2 ΔP ) với quan hệ tổn thất công suất trên đường dây trên công suất truyền tải dọc theo đường dây 500 kV ( /P) từ Hòa Bình đi Phú Lâm theo [2, 4] đưa ra trên hình 2 và hình 3. Hòa Bình Đà Nẵng Phú Lâm Hà Tĩnh Pleiku I 2 1 λ I 1 p4 Q 2 U 2 U 1 U 4 U 3 U 2 0,5X c4 0,5X c4 0,5X c3 0,5X c3 0,5X c2 0,5X c2 0,5X c1 0,5X c1 p4 Q 2 p3 Q 2 p3 Q 2 p2 Q 2 p2 Q 2 p1 Q 2 p1 Q 2 I p5 I p4 I p3 I p2 I p1 2 λ 3 λ 4 λ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 3 Cũng theo các kết quả nghiên cứu nhận được thì khi thay đổi mức bù ngang và bù dọc ( c ,βη ) cũng không thể giải quyết được vấn đề hạn chế độ độ sụt áp trên đường dây trong giới hạn cho phép khi truyền tải công suất trên 500 MW [2]. Phương án 2, khi đường dây 500 kV Hòa Bình - Phú Lâm lắp đặt các kháng điều khiển kiểu máy biến áp УШРТ (hình 4) với luật điều khiển kháng theo như bảng 3 sẽ đảm bảo duy trì độ chênh điện áp hai đầu đường dây là 1 12 U /U££ 1,05 (xem hình 2) trong tất cả các chế độ truyền tải mà không cần lắp đặt thêm tụ bù dọc, đồng thời cho phép tăng khả năng truyền tải của đường dây từ không tải đến công suất tự nhiên [2, 6]. 0,3 6 0,8 4 0,6 0,7 0,5 2 10 12 14 0,4 P/P tn.н 8 16 18 20 22 24 0,9 1,0 3 2 1 6 0,1 0,2 26 0 28 30 32 34 cos φ ≥ 0,95 8 4 5 7 9 11 10 12 % P P∆ Hình 3. Quan hệ giữa tỷ lệ tổn thất công suất ΔP /P trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm v ới công suất truyền tải trên đường dây P/P tn : Phương án 1 với mức bù ngang và bù dọc ( tn β /( .λ) к Q P = và η/XX c cL = theo bảng 1) (các đường cong 1, 3, 5, 7, 9, 11). Phương án 2 khi lắp đặt УШРТ với luật điều chỉnh như bảng 2 (các đường cong 2, 4, 6, 8, 12) tương ứng khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây là: cosφ =1 (đường 1,2); cosφ =0,99 (đường 3,4); cosφ =0,98 (đường 5, 6); cosφ =0,97 (đường 7, 8); cosφ =0,96 (đường 9, 10); cosφ =0,95 (đư ờng 11, 12) 0,9 tn P/P 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,1 1,0 1,3 1,4 1,5 2 930M tn λ 1,56 WP = = U 1 /U 2 3 5 6 4 1 1 2 3 4 5 6 Hình 2. Quan hệ điện áp U 1 /U 2 ph ụ thuộc công suất truyền tải P/P tn trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi hệ số tải cos 0,95 φ ≥ : – Phương án 1 l ắp đặt kháng bù ngang và tụ bù dọc như hiện nay, mức bù: tn β Q /(P .λ) к = и η/ c XX cL = theo bảng 1 (các đường nét đứt): khi hệ số công suất tải cos φ =1 (đường 1); cos φ =0,99 (đư ờng 2); cos φ =0,98 (đường 3); cos φ =0,97 (đư ờng 4); cos φ =0,96 (đường 5); cos φ =0,95 (đường 6). – Phương án 2 khi l ắp đặt kháng điều khiển УШРТ với luật điều khiển theo bảng. 2 đảm bảo yêu cầu 1 ≤ U 1 /U 2 ≤ 1,05 (các đường nét liền). TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 4 Hình 4. Sơ đồ đường dây truyền tải 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi lắp đặt kháng điều khiển. Bảng 2. Luật điều khiển [2] cho kháng bù ngang УШРТ để hạn chế độ chênh điện áp giữa hai đầu đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm 1 £ U 1 /U £ 2 1,05 Điều kiện duy trì điện áp Hệ số công suất tải cuối đường dây, cos φ Hàm điều khiển β từ P=0 đến P=P gh tn Р Р gh Quan hệ gần đúng của hàm β = f(P/P tn Từ P=P ) gh đến P=P tn 1 2 1 1, 05 U U ≤≤ 1 tn 2 β1 P P = − – tn tg λ P P ϕ 0,33 1,157-0,479(P/P tn )-1,001(P/P tn ) 2 0,99 0,18 1,158-1,206(P/P tn )-0,908(P/P tn ) 2 0,98 0,16 1,160-1,524(P/P tn )-0,856(P/P tn ) 2 0,97 0,14 1,160-1,761(P/P tn )-0,825(P/P tn ) 2 0,96 0,13 1,161-1,972(P/P tn )-0,791(P/P tn ) 2 0,95 0,12 1,161-2,166(P/P tn )-0,755(P/P tn ) 2 Cần phải lưu ý rằng, khi muốn thực hiện điều khiển kháng УШРТ trong chế độ dòng điện dung thì cuộn dây bù của nó cần phải nối thêm một dung lượng tụ với công suất khá lớn. Ví dụ, khi muốn hệ số bù β1=- thì tổng công suất của bộ tụ (Q c.b ) trong các mạch lọc phải bằng công suất phản kháng toàn bộ của kháng УШРТ [3]. Hình 5. Sơ đồ khi ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp phối hợp hệ thống tụ bù lắp đặt tại trạm biến áp phụ tải để bù công suất phản kháng tải nhằm nâng cao hệ số công suất ở cuối đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm. Khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây cosφ <1, thì dọc đường dây ngoài dòng tác dụng còn phải truyền tải một dòng phản kháng lớn, đây là nguyên nhân làm tăng tổn thất công suất trên đường dây. Bởi vậy, tối ưu nếu loại bỏ được việc truyền tải công suất phản kháng tới tải và thực hiện bù lượng công suất phản kháng tải yêu cầu tại trạm biến áp phụ tải ở cấp điện áp 20 kV (hình 5). U 2 =220 kV Phú Lâm Т 1 Т 2 U 2 =500 kV . . . . . U 3 =110 kV Т 3 U 4 =20 kV С 1 С n c.c β Đường dây 500kV Hòa Bình Hà Tĩnh Đà Nẵng Pleiku Phú Lâm I 2 4 λ 3 λ 2 λ 1 λ I 1 I p5 I p4 I p3 I p2 I p1 U 2 U 1 U 4 U 3 U 2 4.5 β 4.4 β 4.3 β 3.3 β 3.2 β 2.2 β 2.1 β 1.1 β TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 5 Bù tại tải sẽ đòi hỏi công suất của các tụ bù nhỏ hơn, bởi do điện áp của lưới cung cấp thấp hơn. Công suất các tụ bù ở đây cần đảm bảo bù hết công suất cảm kháng cực đại của tải tạo ra. Đồng thời để bù công suất phản kháng dư của bộ tụ bù gây ra khi tải nhỏ sẽ hợp lý hơn nếu lắp đặt một kháng tiêu thụ có điều khiển ở trạm trung gian, kháng này nối trực tiếp vào thanh cái phía 220 kV của trạm (hình 5). Trong trường hợp này loại bỏ được truyền tải dọc đường dây công suất phản kháng để cấp cho tải (làm cosφ =1) và bằng cách này cho phép tăng khả năng truyền tải của đường dây đạt đến công suất tự nhiên của nó. Nếu truyền tải công suất tự nhiên trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi hệ số công suất phụ tải cosφ =1 thì sau khi đã mất đi tổn thất trên đường dây công suất cực đại phía cuối đường dây mà tải nhận được là 789 MW (xem hình 3). T ổng quát khi hệ số công suất của tải là cosφ thì công suất phản kháng cực đại của tải tạo thành là: L Q 789 tgφ å=× Мvar. (1) Để bù toàn bộ công suất phản kháng của phụ tải ở cuối đường dây thi tổng công suất của các bộ tụ bù được lắp đặt phải bằng tổng công suất phản kháng tải tạo ra: c.c L QQå =å . (2) Căn cứ trên các đồ thị phụ tải ngày đêm thực tế của đường dây truyền tải 500 kV [1,8] ta thấy rằng phụ tải khi cực tiểu (ban đêm) không nhỏ quá hai lần trị số phụ tải khi cực đại. Tương ứng ở đây sẽ chọn công suất tụ bù nhỏ hơn hai lần công suất phản kháng lớn nhất mà phụ tải có thể tạo ra. Đồng thời tổng công suất của các bộ tụ cũng có thể bù dư (ước chừng một nửa công suất các bộ tụ), đây chính là phần công suất mà kháng điều khiển УШРТ lắp trên thanh cái các trạm 220 kV trong các trạm trung gian 500/220 kV cần phải tiêu thụ hết. Tổng công suất của các bộ tụ bù và dung lượng của chúng khi lắp đặt tại các trạm phụ tải phía điện áp 20 kV được đưa ra trong bảng 3. Bảng 3. Tụ bù và dung lượng bù khi lắp đặt ở thanh cái trạm phụ tải 22 kV Công suất suất phụ tải cuối đường dây D Q = Q mаx - Q Мvar min Công suất kháng УШРТ Мvar Cå , µF Р МW max å Q c.c = Q Р max , Mvar МW min Q Мvar min 0,95 789 250,6 394,5 125,3 125,3 125,3 1,995 0,96 223,9 112,0 112,0 112,0 1,783 0,97 193,8 96,9 cosφ 96,9 96,9 1,543 0,98 158,0 79,0 79,0 79,0 1,258 0,99 111,7 55,8 55,8 55,8 0,889 Khi sử dụng УШРТ phối hợp với tụ bù tĩnh ở cuối đường dây để đảm bảo bù duy trì hệ số công suất tải cosφ1» thì đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 6 phép truyền tải đến công suất tự nhiên. Việc tăng chi phí chủ yếu do mua các bộ tụ bù và kháng УШРТ lắp tại thanh cái trạm 500/220 kV (theo số liệu bảng 3) tạo thành là: − Giá thành các bộ tụ 20 kV: 10000,0 USD /Мvar x 250 Мvar= 2,5.10 6 − Giá kháng (220 kV): 20.000,0 USD /Мvar x 125 Мvar=2,5.10 USD; (3) 6 Do thực tế vận hành đường dây 500 kV được truyền tải 2 chiều [8,9] nên việc lắp đặt này phải tiến hành ở cả hai đầu Hòa Bình và Phú Lâm, khi đó chi phí thiết bị này sẽ là khoảng 10.10 USD. (4) 6 Kết quả tính toán cũng cho thấy nếu thay thế kháng không điều khiển và tụ bù dọc hiện nay trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm bằng kháng điều khiển thì có thể giải quyết được vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống, đảm bảo hạn chế được độ sụt điện áp ở cuối đường dây truyền tải trong phạm vi 1 USD. 12 U /U££ 1,05 trong tất các chế độ vận hành thông thường của đường dây mà không cần sử dụng tụ bù dọc (khi cosφ 0,95³ – xem hình 2). Ngoài ra khi lắp đặt kháng УШРТ còn làm: − giảm bớt đáng kể tổn thất công suất tác dụng trên đường dây 500 kV so với phương án hiện nay (xem hình 3); − tăng khả năng truyền tải của đường dây 500 kV Hòa Binh-Phú Lâm đến công suất tự nhiên là 930 МW; − loại trừ việc sử dụng tụ bù dọc trên đường dây và cả thiết bị điều chỉnh dưới tải của các máy biến áp 500 kV ở cuối đường dây; Hợp lý hơn cả là tiến hành bù hết công suất phản kháng điện cảm của phụ tải bằng cách lắp đặt các tụ bù không điều khiển trực tiếp tại các trạm biến áp phụ tải phía thanh cái 20 kV (hình 5). Khi này giảm bớt được việc phải truyền tải công suất phản kháng dọc đường dây 500 kV cho tải (nếu cosφ =1) và tăng khả năng thông qua của đường dây tới cực đại [2, 6]. Các nghiên cứu cũng cho thấy tổng công suất cần thiết của các bộ tụ bù cần lắp phía thanh cái 20 kV trong các trạm biến áp phụ tải cũng sẽ nhỏ hơn đáng kể so với công suất các tụ cần nối vào cuộn bù của kháng УШРТ để mở rộng phạm vi điều chỉnh của kháng tới dòng dung β =–1 [3]. Cần phải lưu ý là ở phương án 1 (hiện nay) nếu hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây cosφ =1 (khi có lắp tụ bù tĩnh trực tiếp tại phía 20 kV của các trạm biến áp phụ tải) khi truyền tải công suất tự nhiên từ đầu đường dây, sau khi đã trừ tổn thất trên đường dây thì công suất cực đại nhận được ở cuối đường dây là 763 МW (xem hình 3), tương ứng khi đó độ chênh điện áp đầu và cuối đường dâu 500 kV sẽ là U 1 /U 2 3. So sánh tính kinh tế của hai phương án: 1-kháng không điều khiển kết hợp tụ bù dọc và 2-chỉ lắp kháng điều khiển УШРТ =1,18 (xem hình 2, lúc này máy biến áp phải cần có bộ điều chỉnh dưới tải). Bảng 4. Đối chiếu vốn đầu tư cơ bản cho thiết bị của 2 phương án (giá thiết bị và năng lượng sử dụng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 7 trong tính toán ở bài báo lấy theo báo giá của tập đoàn XIAN XD TRANSFOMER) Các phương án Thiết bị chính U đm I, kV đm Tổng công suất, Mvar , А Đơn giá USD/Mvar Tổng giá mua (Ц), (đơn vị 10 6 USD) 1 Kháng bù ngang 500 kV 1042 10.000,0 10,42 Tụ bù dọc 1000 744 10.000,0 7,44 2 Kháng УШРТ 500 kV 1450 20.000,0 29,00 Sự chênh lệch vốn đầu tư thiết bị của 2 phương án: D Ц=Ц (1) – Ц (2) =29,00.10 6 – (10,42+7,44).10 6 = 11,14. 10 6 Từ đồ thị phụ tải ngày đặc trưng của hệ thống truyền tải 500 kV Bắc-Nam theo [8, 9] ta có thể chọn được phụ tải trung bình của đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm là P USD. (5) tb Trong bảng 5 đưa ra tổn thất công suất trên đường dây truyền tải 500 kV và giá trị của năng lượng tổn thất này trong thời gian một năm, khi phương án 1 lắp đặt các kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc với phương án 2 khi thay thế bằng kháng có điều khiển УШРТ khi tải cuối đường dây cùng một giá trị là Р=490,5 MW. Do sự khác nhau về tổn thất công suất trên đường dây thì của hai phương án sẽ có công suất gởi đi từ đầu đường dây của mỗi phương án là khác nhau. Nếu như hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây là =490,5 MW (gần 500 MW). cosφ 0,98= , thì công suất đầu đường dây 500 kV với phương án 1 phải là Р 1 =0,6.Р tn = 558 МW (xem hình 3), còn với phương án 2 khi lắp УШРТ (hình 3) có Р 1 Bảng 5. Chênh lệch tổn thất và chi phí tổn thất điện năng một năm của 2 phương án ( = 543 МW. cosφ 0,98= ) Các phương án Công suất truyền tải theo đường dây МW Tổn thất công suất ΔP % Điện năng truyền tải trên đường dây trong 1 năm (W năm Tổn thất điện năng 1 năm ), МW.h nam WD , МW.h Đơn giá USD/ kW.h. Giá điện năng tổn thất 1 năm ( ПD ) 10 6 USD. Đầu Р Cuối Р 1 2 1 558 490,5 12,1 4888080 591457,68 0,05 29,57 2 543 490,5 9,6 4756680 456641,28 0,05 22,83 Chênh lệch điện năng tổn thất trên đường dây trong 1 năm 134816,40 0,05 6,74 Chênh lệch điện năng tổn thất trên đường dây 500 kV trong 1 năm của hai phương án 1 lắp kháng không điều khiển và phương án 2 lắp kháng có điều khiển tạo ra là: D W = D W 1 D – W 2 Tương ứng thì giá trị giảm bớt do giảm tổn thất điện năng khi phương án 2 dùng kháng có điều khiển sẽ là: = 591457,68 –456641,28=134816,40 МW.h. (6) D П= D П 1 D – П 2 = 29,57.10 6 –22,83. 10 6 =6,74. 10 6 Thành thử việc tăng giá đầu tư do dùng thiết bị bù có điều khiển УШРТ trong USD. (7) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 8 phương án 2 có thể bù lại bằng giảm chi phí do giảm điện năng tổn thất trên đường dây trong vận hành. Gọi thời gian vận hành hệ thống 500 kV liên tục để có thể bù lại chi phí đầu tư tăng của phương án 2 so với phương án 1 ( ЦD ) bằng giảm tổn thất điện năng trên đường dây với giá trị trong thời gian một năm ( D П) là T, thì: Т= Ц П D D = 11,14 6,74 =1,653 năm. (8) Kết quả cho thấy rằng hiệu quả giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải cho phép nhanh chóng bù lại chênh lệch giá trị thiết bị bù có điều khiển chỉ sau 1,65 năm hệ thống vận hành liên tục với công suất trung bình khoảng 500 MW. Với trường hợp khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây đã được bù để đạt cosφ1= thì với phương án 1 khi công suất cực đại đầu đường dây 500 kV là Р 1 =Р tn =930 МW thì công suất tải lớn nhất nhận được cuối đường dây là P 2 = 763 МW (hình 3). Với công suất tải cuối đường dây cùng là P 2 ΔP =763 МW thì đối với phương án 2 khi dùng УШРТ do hiệu quả giảm tổn thất công suất trên đường dây ( % =12,6) thì công suất đầu đường dây là P 1 Trong bảng 6 đưa ra điện năng tổn thất và giá trị năng lượng tổn thất trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm của phương án 1 và phương án 2 đã nêu trên khi cùng một công suất tải cuối đường dây (cả 2 phương án đều phải dùng tụ bù tĩnh tại trạm phụ tải và kháng bù ngang có điều khiển ở phía 220 kV để nâng cao hệ số công suất tới 1). =874 МW. Bảng 6. Chênh lệch tổn thất và chi phí tổn thất điện năng một năm của 2 phương án ( cosφ1= ) Các phương án Công truyền tải theo đường dây , МW Tổn thất công suất ΔP % Điện năng truyền tải trên đường dây 1 năm (W năm ), Tổn thất điện năng 1 năm МW.h nam WD , МW.h Đơn giá USD/ kW.h. Giá điện năng tổn thất 1 năm ( ПD ) 10 6 USD. Р Р 1 2 1 930 763,0 17,9 8146800 1458277,2 0,05 72,91 2 874 763,0 12,6 7656240 964686,2 0,05 48,23 Chênh lệch điện năng tổn thất trên đường dây trong 1 năm 493591,0 0,05 24,68 Chênh lệch điện năng tổn thất trên đường dây 500 kV trong 1 năm của hai phương án 1 lắp kháng không điều khiển và phương án 2 lắp kháng có điều khiển tạo ra là: D W = D W 1 D – W 2 Tương ứng thì giá trị giảm bớt do giảm tổn thất điện năng ở phương án 2 dùng kháng có điều khiển sẽ là: = 1458277,2 –964686,2=493591,0 МW.h. (9) D П= D П 1 D – П 2 = (72,91)10 6 – (48,23) 10 6 = 24,68. 10 6 Thời gian vận hành hệ thống 500 kV liên tục để có thể bù lại chi phí đầu tư tăng của phương án 2 so với phương án 1 ( USD. (10) ЦD ) bằng giảm tổn thất điện năng trên đường dây với giá trị trong thời gian một năm ( D П) là: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 9 Т= Ц П D D = 11,14 24,68 =0,45 năm. (11) Bằng cách lắp đặt kháng УШРТ phối hợp tụ bù tĩnh tại trạm biến áp phụ tải cuối đường dây 500 kV (để đảm bảo cosφ1» ) cho phép rút ngắn hơn nữa thời gian thu hồi chênh lệch vốn đầu tự của phương án 2 so với phương án 1 với thời gian chỉ còn khoảng gần nửa năm nếu vận hành liên tục với công suất tự nhiên. 4. Kết luận Kết quả nghiên cứu được giới thiệu qua bài báo này cho phép khẳng định: − Lắp đặt kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc trên đường dây dài như đường dây truyền tải 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm đã giải quyết được vấn đề giới hạn độ tăng điện áp cuối đường dây trong chế độ tải nhỏ, nhưng dẫn đến làm tăng độ sụt áp trên đường dây trong chế độ tải lớn. Khi thay bằng kháng có điều khiển УШРТ vào hệ thống truyền tải 500 kV thì có thể đảm bảo duy trì độ chênh điện áp đầu và cuối đường dây 1 12 U /U££ 1,05 (khi cosφ 0,95³ ) trong tất cả các chế độ vận hành mà không cần lắp đặt thêm tụ bù dọc và cả các bộ điều chỉnh điện áp dưới tải của các máy biến áp 500 kV. − Lắp đặt kháng không điều khiển trên đường dây 500 kV Hòa Binh-Phú Lâm như hiện nay dẫn đến làm tăng đáng kể tổn thất công suất trên đường dây khi vận hành. Khi ứng dụng kháng УШРТ cho phép giảm bớt đáng kể tổn thất công suất trên đường dây so với phương án dùng kháng không điều khiển như hiện nay (giảm tới gần một nửa khi đường dây truyền tải công suất tự nhiên). Hiệu quả giảm tổn thất công suất trên đường dây có được là do kháng điều khiển cho phép loại bỏ thành phần dòng phản kháng trên đường dây và giảm công suất tổn hao trên kháng. − Các kết quả tính toán cho thấy rằng khi giảm hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây hoặc càng tăng lớn công suất truyền tải trên đường dây 500 kV Hòa Bình- Phú Lâm thì hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương án ứng dụng kháng УШРТ càng vượt trội so với phương án hiện nay. − Lắp đặt kháng УШРТ cho phép tăng khả năng truyền tải của đường dây 500 kV đến công suất tự nhiên của nó (Рtn=930 МW). Để có thể truyền tải công suất tự nhiên dọc theo đường dây 500 kV Bắc-Nam cần phải dùng đến phạm vi điều chỉnh dòng điện dung của kháng УШРТ. − Hợp lý nhất là biện pháp sử dụng kháng УШРТ kết hợp tụ bù tĩnh tại các trạm biến áp phụ tải để bù hết thành phần cảm kháng của tải cuối đường dây (để cosφ1» ). Khi đó УШРТ có thể ổn định điện áp dọc theo đường dây truyền tải trong phạm vi thay đổi tới 5%.Uđm và giảm thấp tổn thất công suất trên đường dây ( PD % =13,3 % khi truyền tải P=Ptn= 930 МW). Lúc này tăng khả năng truyền tải của đường dây 500 kV Bắc-nam tới công suất tự nhiên. − Giảm nhỏ đáng kể tổn thất công suất trên đường dây truyền tải 500 kV khi ứng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 10 dụng УШРТ cho phép bảo đảm nhanh chóng bù lại chênh lệch chi phí đầu tư thiết bị bù mới trên đường dây. Khi truyền tải liên tục theo đường dây công suất trung bình thì thời gian cho phép hoàn trả chênh lệch đầu tư thiết bị kháng УШРТ so với thiết bị bù hiện nay là khoảng 1,65 năm, còn khi tăng công suất yêu cầu của tải cuối đường dây lên 763 МW thì thời gian chỉ còn gần 6 tháng. Nếu kể thêm cả chi phí cho bộ điều chỉnh dưới tải lắp cho các máy biến áp 500 kV như hiện nay (bằng khoảng 30% giá thành máy biến áp) thì hiệu quả kinh tế của kháng có điều khiển còn cao hơn nữa. Bởi vậy, bài báo này đưa ra đánh giá kháng УШРТ như là một thiết bị truyền tải điện xoay chiều ưu việt, cho phép đạt hiệu quả kinh tế lớn bằng giảm tổn thất công suất trên đường dây truyền tải dài trong quá trình vận hành hệ thống. − Ứng dụng kháng có điều khiển УШРТ vào hệ thống truyền tải dài của nước ta cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế-kỹ thuật và nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư cơ bản. Độ tin cậy của hệ thống năng lượng khi làm việc với kháng điều khiển được tăng lên đáng kể từ việc tối ưu điều kiện vận hành của các thiết bị trong hệ thống điện. Nghiên cứu triển khai ứng dụng kháng điều khiển vào hệ thống truyền tải dài của nước ta thực sự là một phương án rất khả thi. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thành Bắc. Ứng dụng kháng điều khiển để điều chỉnh điện áp hệ thống truyền tải 500 kV/ Khoa học và Công nghệ Điện lực, 2006. Số 2, trang 55-62. [2] Александров Г. Н., Ле Тхань Бак. Оценка эффективности стабилизации напряжения и уменьшения потерь мощности при применении УШРТ в системе электропередачи 500 кВ Вьетнама //Научно–Технические ведомости СПбПТУ, 2006, № 6-том 1. C. 45–54. [3] Александров Г. Н. Режимы работы воздушных линий электропередачи. – РАО “ЕЭС” России, Санкт-Петербург, 2002. 138 с. [4] Александров Г. Н., Ле Тхань Бак. Эффективность применения управляемых реакторов: стабилизация напряжения дальних линий электропередачи // Журнал РАН. Электричество, 2006, № 12. C. 2–8 [5] Александров Г. Н. Эффективность применения управляемых компенсаторов реактивной мощности на линиях электропередачи // Изв РАН. Энергетика – 2003, № 2. С. 103–110. [6] Александров Г. Н., Ле Тхань Бак. Эффективность применения управляемых реакторов для уменьшения потерь мощности в дальних линиях электропередачи // Журнал РАН. Электричество, 2007, № 3. [7] Пекелис, В.Г., Чашкина, С.Ю. К вопросу об эффективности применения управляемых шунтирующих реакторов большой мощности // Электротехника, 2003. – № 1. – С.13–18. [8] Trung tâm Điều độ HTĐ miền T rung - Tài liệu bồi huấn Điều độ viên lưới điện - Đà Nẵng 2004, 14 trang. [9] Tổng công ty điện lực Việt Nam - Báo cáo hội nghị công tác quản lý kỹ thuật lưới điện (2003-2005) - Vũng Tàu, 03/2005, 29 trang. . không điều khi n kết hợp tụ bù dọc và ph ương án 2 chỉ dùng loại kháng bù ngang có điều khi n kiểu biến áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở phương án 2 khi sử dụng kháng bù ngang có điều khi n. CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 1 HIỆU QUẢ KINH TẾ-KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHI N TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI DÀI ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFECTIVENESS IN. Bình-Phú Lâm đã sử dụng kháng bù ngang không điều khi n kết hợp tụ bù dọc (hình.1) với mức bù như trong bảng 1. Khi lắp đặt kháng bù ngang kết hợp tụ bù dọc trong hệ thống truyền tải như hiện