Hệ số công suất (cosFi) nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống và ảnh hưởng đến chất lượng điện áp.Máy phát điện có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng bằng việc thay đổi giá trị của dòng điện kích từ. Máy phát phát công suất phản kháng khi dòng kích từ lớn (quá kích thích) và tiêu thụ công suất phản kháng khi dòng kích từ nhỏ (thiếu kích thích). Hầu hết các máy phát đều có trang bị hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (AVR) nhằm giữ cho điện áp tại đầu cực máy phát không đổi ở một giá trị đặt trước khi phụ tải hệ thống thay đổi
1 HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN MỤC LỤC 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 2 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 4 2.1 Sơ đồ lưới điện 4 2.2 Thông số kỹ thuật 4 2.3 Các giả thiết tính toán 6 2.4 Một số quy định liên quan đến hệ số công suất của phụ tải và máy phát 6 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 7 4 KẾT LUẬN CHUNG 10 eBook for You 2 1 GIỚI THIỆU CHUNG Hệ số công suất (cosϕ) là thành phần quan trọng của nhà máy điện cũng như hệ thống điện, nó phản ánh nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống và ảnh hưởng đến chất lượng điện áp. Máy phát điện có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng bằng việc thay đổi giá trị của dòng điện kích từ. Máy phát phát công suất phản kháng khi dòng kích từ lớn (quá kích thích) và tiêu thụ công suất phản kháng khi dòng kích từ nhỏ (thiếu kích thích). Hầu hết các máy phát đều có trang bị hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (AVR) nhằm giữ cho điện áp tại đầu cực máy phát không đổi ở một giá trị đặt trước khi phụ tải hệ thống thay đổi. Tuy nhiên khả năng phát và tiêu thụ công suất phản kháng của máy phát thường bị giới hạn bởi: dòng kích từ, dòng stator, giới hạn tuabin, giới hạn ổn định tĩnh (các giới hạn được thể hiện trên Hình 1 dưới đây). Việc tổ máy phát hay tiêu thụ công suất phản kháng phụ thuộc đặc điểm của lưới tại khu vực với các yếu tố như đường dây, máy biến áp, phụ tải và thiết bị bù trong hệ thống điện. Trong thực tế, tổ máy sẽ phải vận hành sao cho vừa phát tối ưu công suất tác dụng trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật như: hệ số công suất, điện áp đầu cực, giới hạn tổ máy. Để đưa ra được chế độ làm việc hợp lý của máy phát trong hệ thống điện, chúng ta phải tính toán phân tích đối với từng trường hợp cụ thể. Giới hạn tuabin Giới hạn dòng stator Giới hạn dòng kích từ Giới hạn ổn định tĩnh MW MVar Hình 1. Đặc tính P - Q máy phát điện eBook for You 3 Các tính toán và phân tích dưới đây được thực hiện trên một hệ thống điện đơn giản gồm 4 nút: nút máy phát, nút thanh cái máy phát, nút hệ thống và nút tải. eBook for You 4 2 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 2.1 Sơ đồ lưới điện 2.2 Thông số kỹ thuật 1. Hệ thống điện: là nguồn vô cùng lớn 2. Máy phát thủy điện nhỏ: TT Thông số kỹ thuật Giá trị 1 P đm (MW) 12 2 Cosϕ (Có thể điều chỉnh từ 0.8 đến 0.95) 0.8 3 S đm (MVA) 15 4 Điện áp đầu cực (kV) 10.5 5 Tỷ số ngắn mạch, Kcc 0.145 6 Xd (pu) 1.143 7 Xd’ (pu) 0.280 8 Xd’’ (pu) 0.184 9 Xq (pu) 0.695 10 Xq’ (pu) 0.695 11 Xq’’ (pu) 0.306 12 X2 (pu) 0.243 13 X0 (pu) 0.054 eBook for You 5 3. Máy biến áp đầu cực máy phát: TT Thông số kỹ thuât Giá trị 1 S đm (MVA) 16 2 Loại máy S10-16000/110 3 Điện áp phía cao (kV) 115 4 Điện áp phía hạ (kV) 10.5 5 Tổ đấu dây YNd11 6 Nấc phân áp (%) ±2*2.5% 7 Tổn thất không tải (kW) 15.7 8 Tổn thất có tải (kW) 77.4 9 Điện kháng ngắn mạch (%) 10.5 4. Đường dây: TT Thông số kỹ thuât Giá trị 1 Chiều dài (km) Từ Nút B đến Nút C 3 Từ Nút B đến Nút D 15 Từ Nút C đến Nút D 12.4 2 Loại dây AC-185 3 Điện áp (kV) 110 4 Dòng điện định mức (A) 387 5 R (Ω/km) 0.214 6 X (Ω/km) 0.408 7 G (10 -6 S/km) - 8 B (10 -6 S/km) 2.82 9 R 0 (Ω/km) 0.362 10 X 0 (Ω/km) 1.429 11 G 0 (10 -6 S/km) - 12 B 0 (10 -6 S/km) 2.82 eBook for You 6 5. Phụ tải: P ptC = 25MW; hệ số Cosϕ ptC thay đổi 2.3 Các giả thiết tính toán Các trường hợp tính toán được xem xét bao gồm: o Trường hợp 1: Hệ số công suất của nhà máy được điều chỉnh sao cho tại điểm giao nhận điện (tại thanh cái nhà máy) hệ số công suất không nhỏ hơn giá trị 0.85 (cosϕ ≥ 0.85) như theo quy định. o Trường hợp 2: Hệ số công suất của nhà máy sẽ được điều chỉnh theo nhu cầu công suất phản kháng trên lưới điện. Giả thiết rằng trong các trường hợp tính toán: o Lưới điện đang thiếu công suất phản kháng o Tổ máy phát với công suất lớn nhất (công suất phát bằng công suất định mức của tổ máy) 2.4 Một số quy định liên quan đến hệ số công suất của phụ tải và máy phát 1. Thông tư 32/2010/TT-BTC, Quy định về hệ thống điện phân phối (Điều 38 – Yêu cầu về hệ số công suất của phụ tải phải nằm trong dải từ 0.85 đến 0.9) 2. Thông tư 12/2010/TT-BTC, Quy định về hệ thống truyền tải (Điều 32 – Yêu cầu khả năng huy động, điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của tổ máy phát điện trong dải hệ số công suất từ 0.85 đến 0.9) 3. Quyết định 18/2008/QĐ-BCT, Quy định về biểu giá chi phí tránh được và Hợp đồng mua bán điện mẫu (Điều 4 – Yêu cầu về hệ số công suất tại điểm giao nhận điện của nhà máy không thấp hơn 0.85) eBook for You 7 3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Trong tất cả các trường hợp tính toán, sẽ lấy hệ số công suất của phụ tải là 0.8 (với hệ số công suất này sẽ tương đương với việc trên lưới điên đang cần một lượng công suất phản kháng). Kết quả tính toán cho hai trường hợp như sau: Trường hợp 1: Hệ số công suất tại nút B (nút giao nhận điện) được giữ ở giá trị 0.85 Bảng kết quả tính toán: TT Máy phát Hệ thống (Nút D) Phụ tải (Nút C) Nút A Nút B Công suất biểu kiến (MVA) 14.35 14.12 16.72 31.28 Hệ số công suất (cosϕ) 0.84 0.85 0.78 0.80 Công suất phản kháng (MVAr) 7.88 7.44 10.44 18.77 Nhận xét: Kết quả tính toán cho thấy, khi hệ số công suất tại nút B được giữ cố định ở giá trị 0.85 thì tổ máy không thể phát tối đa được công suất phản kháng lên lưới (hệ số công suất tại đầu cực máy phát bằng 0.84 trong khi khả năng điều chỉnh của nó có thể là 0.8). Trường hợp này, để đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải, lưới điện bắt buộc phải nhận công suất phản kháng từ hệ eBook for You 8 thống về khi đó hệ số công suất tại nút hệ thống (nút D) xuống rất thấp (dưới 0.8). Trường hợp 2: Hệ số công suất của nhà máy được điều chỉnh theo nhu cầu lưới điện Bảng kết quả tính toán: TT Máy phát Hệ thống (Nút D) Phụ tải (Nút C) Nút A Nút B Công suất biểu kiến (MVA) 15.00 14.72 16.06 31.28 Hệ số công suất (cosϕ) 0.80 0.82 0.81 0.80 Công suất phản kháng (MVAr) 9.00 8.53 9.35 18.77 Nhận xét: Kết quả tính toán cho thấy, hệ số công suất tại nút hệ thống (nút D) đã được cải thiện (tăng lên 0.81) khi tổ máy được huy động tối đa công suất phản kháng (hệ số công suất của tổ máy xuống 0.8 vẫn nằm trong dải điều chỉnh cho phép). Khi đó công suất phản kháng tại nút B sẽ nhỏ hơn 0.85 như theo quy định. Như vậy, trong trường hợp hệ thống không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng thì bắt buộc phải huy động công suất phản kháng tại các nhà máy (bằng cách điều chỉnh kích từ - thay đổi hệ số công suất) hoặc phải tính đến phương án eBook for You 9 đặt thiết bị bù tại các nút phụ tải hoặc máy phát trong trường hợp các tổ máy không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng trên lưới. eBook for You 10 4 KẾT LUẬN CHUNG 1. Đối với các nhà máy thủy điện nhất là các nhà máy thủy nhỏ, hệ số công suất rất linh hoạt (có thể điều chỉnh trong dải rất rộng từ 0.8 đến 0.95) vì thế hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về hệ số công suất cũng như nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống. Nhà máy có thể phát tối đa công suất phản kháng lên lưới trong khi vẫn đảm bảo được hệ số công suất và điện áp tại tại thanh cái nhà máy nằm trong dải cho phép. 2. Nếu các nhà máy điện phải giữ hệ số công suất tại điểm giao nhận điện như theo quy định (cosϕ ≥ 0.85) thì các tổ máy phát sẽ không thể phát hết được công suất phản kháng nhất là trong trường hợp nhu cầu công suất phản kháng trên lưới lớn. Quy định về cosϕ ≥ 0.85 chỉ nên áp dụng với phụ tải và không nên áp dụng cho các nhà máy. 3. Công suất phản kháng chủ yếu lấy từ các nguồn như: máy phát, đường dây và thiết bị bù. Nếu trong trường hợp các tổ máy phát và hệ thống không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng thì bắt buộc phải đặt các thiết bị bù tại các nút có điện áp thấp và hệ số công suất không đạt yêu cầu. eBook for You . công suất không nhỏ hơn giá trị 0.85 (cosϕ ≥ 0.85) như theo quy định. o Trường hợp 2: Hệ số công suất của nhà máy sẽ được điều chỉnh theo nhu cầu công suất phản kháng trên lưới điện. Giả thiết. D) Phụ tải (Nút C) Nút A Nút B Công suất biểu kiến (MVA) 14.35 14.12 16.72 31.28 Hệ số công suất (cosϕ) 0.84 0.85 0.78 0.80 Công suất phản kháng (MVAr) 7.88 7.44 10.44 18.77 Nhận xét: Kết quả tính. suất của nhà máy được điều chỉnh theo nhu cầu lưới điện Bảng kết quả tính toán: TT Máy phát Hệ thống (Nút D) Phụ tải (Nút C) Nút A Nút B Công suất biểu kiến (MVA) 15.00 14.72 16.06 31.28 Hệ số