Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LỜI NÓI ĐẦU *** Cùng với trình phát triển kinh tế ϕ xã hội đất nước, nghành điện phải trước bước công công nghiệp hóa Các nhà máy xí nghiệp, khu công nghiệp ngày phát triển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ công suất phản kháng tăng, điều làm giảm hệ số cos Do hệ số công suất cos có giá trị nhỏ điều ảnh hưởng lớn đến tham số kinh tế kỹ thuật mạng điện như: Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất tăng đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn chế khả truyền tải công suất tác dụng, không sử dụng hết khả động sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện Vấn đề bù công suất phản kháng giải pháp giảm tổn thất điện coi trọng nước tiên tiến Giải pháp quan tâm từ khâu thiết kế, lựa chọn thiết bị dây truyền công nghệ sản xuất Với đề tài: “Tìm hiểu thiết bị bù công suất phản kháng”, nhóm em cố gắng tìm kiếm, học hỏi tổng hợp để hoàn thành cách tốt đề tài Song kiến thức hạn chế nên làm nhóm em tránh khỏi thiếu sót, nhóm em kính mong nhận góp ý, bảo ban thầy, với giúp đỡ bạn để nhóm em hoàn thiện đề tài hoàn thành tốt việc học tập nhà trường công việc sau Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Tháng năm MỤC LỤC Trang TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng .1 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng 1.4 Bù công suất phản kháng .3 1.4.1 Tiêu chí kỹ thuật 1.4.2 Tiêu chí kinh tế CHƯƠNG II - TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .6 2.1 Tụ bù ngang 2.1.1 Chức năng, ứng dụng 2.1.2 Cấu tạo, đặc điểm 2.1.3 Ví dụ hệ thống tụ bù trạm Sóc Sơn 2.2 Kháng bù ngang: 2.2.1 Chức tác dụng 2.2.2 Nguyên lý cấu tạo 2.2.3 Cuộn kháng trạm Hà Tĩnh .10 2.3 Tụ bù dọc .11 2.3.1 Chức tác dụng 11 2.3.2 Nguyên lý bù .12 2.3.3 Giới thiệu tụ bù dọc trạm 500 kV Hà Tĩnh .13 2.4 SVC – Tụ bù tĩnh .15 2.4.1 Cấu tạo .16 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 16 2.4.3 Kết nối .17 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.4.4 Lợi ích 17 2.5 STATCOM .18 CHƯƠNG III - MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .19 3.1 Máy bù đồng .19 3.1.1 Cấu tạo .19 3.1.2 Nguyên lý làm việc bản… .20 3.1.3 Đặc tính góc công suất phản kháng .21 3.1.4 Chế độ làm việc máy bù đồng 22 3.1.5 Công suất khả bù MBĐB Error: Reference source not found 3.2 Động không đồng rotor dây quấn đồng hóa Error: Reference source not found CHƯƠNG IV – PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN Error: Reference source not found CHƯƠNG V – KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error: Reference source not found TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng • Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công suất hư kháng, công suất ảo) Q khái niệm ngành kỹ thuật điện dùng để phần công suất điện chuyển ngược nguồn cung cấp lượng chu kỳ tích lũy lượng cá thành phần cảm kháng dung kháng, tạo lệch pha hiệu điện u(t) dòng điện i(t).[1] • Khi u(t),i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin : Q = U.I.sinφ (1.1) Trong : - U,I : Giá trị hiệu dụng u(t),i(t) - φ : Pha lệch u(t),i(t) • Công suất phản kháng Q phần ảo công suất biểu kiến S : S = P + iQ (1.2) • Đơn vị đo Q VAr ( Volt Amperes ractive ) 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng Trên lưới điện, công suất phản kháng (CSPK) tiêu thụ : Động không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện đường dây tải điện phần tử, thiết bị có liên quan đến từ trường Yêu cầu CSPK giảm đến mức tối thiểu triệt tiêu cần thiết để tạo từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trình chuyển hóa điện a) Động không đồng Động không đồng thiết bị tiêu thụ CSPK lưới điện, chiếm khoảng TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 60% – 65% CSPK động không đồng gồm hai thành phần : • Một phần nhỏ CSPK sử dụng để sinh từ trường tản mạch điện sơ cấp • Phần lớn CSPK lại dùng để sinh từ trường khe hở b) Máy biến áp MBA tiêu thụ khoảng 22% - 25% nhu cầu CSPK tổng lưới điện, nhỏ nhu cầu động không đồng CSPK dùng để từ hóa lõi thép MBA không lớn so với động không đồng bộ, khe hở không khí Nhưng số thiết bị tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK MBA đáng kể CSPK tiêu thụ MBA gồm hai thành phần : • Công suất phản kháng sử dụng để từ hóa lõi thép • Công suất phản kháng tản từ máy biến áp c) Đèn huỳnh quang Thông thường đèn huỳnh quang vận hành có có chấn lưu để hạn chế dòng điện Tùy theo điện cảm chấn lưu, hệ số công suất chưa hiệu chỉnh cosφ chấn lưu nằm khoảng 0,3 - 0,5 Các đèn huỳnh quang đại có khởi động điện từ, hệ số công suất chưa hiệu chỉnh cosφ thường gần Do không cần hiệu chỉnh hệ số công suất thiết bị Tuy nhiên, thiết bị điện tử khởi động sinh sóng hài 1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng Khả phát CSPK nhà máy điện hạn chế, cosφ nhà máy từ 0,8 – 0,9 cao Vì lý kinh tế người ta không chế tạo máy phát có khả phát nhiều CSPK cho phụ tải Các máy phát đảm đương phần nhu cầu CSPK phụ tải, phần lại thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện) TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ngoài hệ thống điện nói chung, phải kể đến nguồn phát CSPK nữa, đường dây tải điện, đặc biệt đường cáp đường dây siêu cao áp Tuy nhiên ta xét đến lưới điện phân phối, lưu ý đến trường hợp đường dây 35 kV dài đường cáp ngầm Nhưng CSPK phát từ phần không đáng kể nên nguồn CSPK lưới phân phối tụ điện, động đồng máy bù.[2] 1.4 Bù công suất phản kháng 1.4.1 Tiêu chí kỹ thuật a) Yêu cầu cosφ Phụ tải hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, thường gần 1, mức tiêu thụ CSPK không thành vấn đề lớn cần quan tâm Trái lại, xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng…đại dùng động không đồng bộ, nơi tiêu thụ chủ yếu CSPK Hệ số công suất động không đồng phụ thuộc vào điều kiện làm việc động cơ, yếu tố chủ yếu sau : • Dung lượng động lớn hệ số công suất cao, suất tiêu thụ CSPK nhỏ • Hệ số công suất động phụ thuộc vào tốc độ quay động cơ, động nhỏ • Hệ số công suất động không đồng phụ thuộc nhiều vào hệ số phụ tải động cơ, quay không tải lượng CSPK cần thiết cho động không đồng 60% – 70% lúc tải định mức b) Đảm bảo mức điện áp cho phép Khi có điện chạy dây dẫn có điện áp rơi, điện áp điểm khác lưới không giống Tất thiết bị tiêu thụ điện chế tạo để làm việc tối ưu với điện áp đặt định, điện áp đặt đầu cực thiết bị điện khác trị số định mức làm cho tình trạng làm việc chúng xấu TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Vì lý trên, việc đảm bảo điện áp mức cho phép tiêu kỹ thuật quan trọng Trên thực tế giữ điện áp vào đầu cực thiết bị điện cố định điện áp định mức mà đảm bảo trị số điện áp thay đổi phạm vi định theo tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép mà thôi, thông thường điện áp đặt cho phép dao động ± 5% Độ lệch điện áp tiêu chuẩn điện áp quan trọng ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện Có thể thay đổi phân bố CSPK lưới, cách đặt máy bù đồng hay tụ điện tĩnh, thực cách phân bố lại CSPK phát nhà máy điện hệ thống c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp : • Thay đổi đầu phân áp MBA • Nâng cao điện áp máy phát điện • Làm giảm hao tổn điện áp thiết bị bù 1.4.2 Tiêu chí kinh tế Khi thực bù kinh tế người ta tính toán để đạt lợi ích, lợi ích thu cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn chi phí lắp đặt việc bù kinh tế thực a) Lợi ích đặt bù • Giảm công suất tác dụng yêu cầu chế độ max hệ thống điện, giảm dự trữ công suất tác dụng • Giảm nhẹ tải MBA trung gian đường trụ trung áp giảm yêu cầu CSPK • Giảm tổn thất điện • Cải thiện chất lượng điện áp lưới phân phối TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG b) Chi phí đặt bù • Vốn đầu tư chi phí vận hành cho trạm bù • Tổn thất điện tụ bù Kết luận Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu phân tích thấy : CSPK phần thiếu MBA, động điện, đèn huỳnh quang… Tuy nhiên truyền tải đường dây lại gây ảnh hưởng đến hao tổn điện năng, hao tổn điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí lắp đặt…, phải có biện pháp để giảm lượng công suất Một biện pháp đơn giản hiệu bù CSPK, sau bù làm cải thiện nhược điểm Việc bù CSPK thực nguồn bù khác nhau, nhiên qua phân tích với ứng dụng khoa học kỹ thuật việc sử dụng tụ bù tĩnh hiệu hơn, mà ứng dụng rộng rãi Khi tiến hành bù CSPK phân chia thành tiêu bù : • Bù theo kỹ thuật tức nhằm nâng cao điện áp nằm giới hạn cho phép • Bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện đường dây từ đưa đến lợi ích kinh tế Tuy nhiên trình thực bù, tách biệt phương pháp mà hỗ trợ lẫn nhau.[2] TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG II TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tổn thất điện áp lưới điện phụ thuộc nhiều vào công suất truyền tải thông số đường dây Khi vận hành phải đảm bảo cho thay đổi điện áp vị trí lưới so với định mức nằm trông phạm vi điện áp cho phép Trong lưới truyền tải điện, sử dụng thiết bị bù (SVC, STATCOM, tụ bù ngang, tụ bù dọc, kháng bù ngang…) nhằm mục đích cải thiện điện áp nút, việc bù CSPK có thêm ý nghĩa: • Tăng khả tải đường dây • Cải thiện tính ổn định điện áp nút • Phân bố lại CSPK hệ thống dẫn đến giảm tổn thất hệ thống • Tăng độ dự trữ ổn định hệ thống 2.1 Tụ bù ngang 2.1.1 Chức năng, ứng dụng Véc tơ dòng qua tụ vượt trước véc tơ điện áp, tụ điện phát công suất phản kháng Q, cung cấp cho phụ tải, giảm lượng công suất phản kháng truyền tải từ lưới có tác dụng nâng cao điện áp cuối đường dây Như vậy, với đường dây truyền tải có điện dung pha-đất nhỏ việc nối rẽ nhánh tụ công suất (bù ngang) đầu vào tải trạm phân phối giảm sụt áp giữ TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ổn định điện áp nút phụ tải Sơ đồ thay sau : Hình 2.1 Sơ đồ thay Lúc này, tổn thất điện áp đường dây : sU = (2.1) Trong : - P công suất tác dụng truyền đường dây - R thành phần điện trở đường dây - Q công suất phản kháng truyền đường dây - X thành phần điện kháng đường dây - U điện áp đầu đường dây Như vậy, sU giảm có Qbù, trường hợp tải P nhỏ không tải mà Qbù lớn sU < 0, điều có nghĩa xảy dâng áp nút có lắp đặt Qbù 2.1.2 Cấu tạo, đặc điểm Các cực tụ điện thường làm kim loại cách điện màng giấy mỏng tẩm dung môi lại với thành lớp xen kẽ nhúng dầu cách điện Để có tụ cao áp, người ta ghép nối nhiều ổ tụ nhỏ để chia điện áp đặt lên tổ tụ Đặc điểm phương pháp dùng tụ bù ngang : • Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp • Điều chỉnh điện áp theo cấp cố định tùy theo dung lượng bù TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG a) Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc pha : Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc(1 pha) – Tụ điện – Máy cắt – Khe hở phóng điện – Mạch cảm dịu – Điện trở phi tuyến b) Chức thiết bị dàn tụ : • Khe hở phóng điện : Làm việc dựa điện áp khe hở, dùng để bảo vệ áp dàn tụ • Điện trở phi tuyến Varisto : Đấu song song với tụ tổ hợp điện trở phi tuyến MOV, điện áp làm việc, MOV có điện trở cao không cho dòng chạy qua, có điện áp tới ngưỡng MOV, điện trở không dòng chạy qua 14 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG MOV có tác dụng hạn chế điện áp tổ hợp tụ trị số giới hạn (khi có ngắn mạch, dòng điện chạy qua tụ vượt nhiều lần so với dòng định mức tụ hệ xuất điện áp đột biến bình tụ) • Mạch cảm dịu : Dùng để giới hạn dập tắt dòng hồ quang phóng qua khe hở tới giá trị đảm bảo an toàn cho thiết bị khác tổ hợp tụ Mạch cảm dịu dập tắt dao động phóng cho biên độ phóng lần thứ hai nhỏ 50% lần phóng thứ • Máy cắt tụ : Đấu song song với giàn tụ Khi máy cắt đóng, giàn tụ bị nối ngắn mạch bị tách khỏi vận hành Khi máy cắt mở đưa giàn tụ vào vận hành c) Các thông số kỹ thuật : Thông số dàn tụ : • Điện áp hệ thống : 500 kV ● Số nhánh song song : • Tần số : 50 Hz ● Điện dung sai lệch cho phép 20º : ± 3% • Công suất : 91,5 MVAr ● Số bình tụ song song pha: + • Dóng định mức : 1000 A ● Số bình tụ nối tiếp pha : • Dòng cố lớn : 12,5 kA ● Điện dung định mức : 104 mF • Tổng số bình tụ tổ hợp: (5+5)×9×3 = 270 Chú ý : Công việc kiểm tra, bảo dưỡng giàn tụ thực ba năm lần Trước thực công việc kiểm tra, bảo dưỡng, cần phải nối đất vỏ tụ, sau nối tắt đầu tụ tiến hành công việc Với bình tụ : • Đo điện dung : Điện dung bình tụ không thay đổi ± 5% giá trị xuất xưởng nhà chế tạo • Kiểm tra độ kín : Các bình tụ không bị dò dỉ dầu • Kiểm tra thay cầu chì bị đứt 15 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG • Lau chùi sứ đầu vào xiết lại đầu nối bu lông d) Bảo dưỡng khe hở phóng điện : • Kiểm tra mắt khe hở, sứ đỡ Nếu có vết cháy điện cực phải làm vải dũa Kiểm tra chỗ nối bu lông điện cực trên, điện cực điện cực phụ • Đo lại khoảng cách điện cực, đảm bảo giữ giá trị ban đầu e) Mạch cảm dịu : • Kiểm tra mắt cuộn dây điện trở, lau chùi sứ đỡ f) Bảo dưỡng điện trở phi tuyến Varistor ôxit kim loại (MOV) : • Kiểm tra xem MOV có bị phóng điện, cháy hư hỏng bề mặt không Trong trường hợp phải thay • Kiểm tra mức ô nhiễm vỏ sứ : Nếu độ ô nhiễm bẩn cao, cần phải lau sạch.[3] 2.4 SVC – Tụ bù tĩnh Tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi hay gọi SVC (Static VAR Compensator) thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh lưới truyền tải điện áp cao SVC thiết bị nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS), dùng để điều chỉnh điện áp tăng khả ổn định hệ thống điện Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng thiết bị không chuyển động hay nói rõ sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị sử dụng máy cắt dao cách ly SVC thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, chế tạo để điều chỉnh điện áp nút đặt SVC điều chỉnh điện kháng Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp nút cao giá trị cho phép , SVC đóng vai trò kháng bù ngang Khi đó, SVC tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống hạ thấp điện áp nút điều 16 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG chỉnh Ngược lại, hệ thống thiếu công suất phản kháng, tụ bù ngang tự động đóng vào Do đó, công suất phản kháng bơm thêm vào hệ thống, điện áp nút cải thiện SVC thường đặt vị trí có tải thay đổi nhiều với tốc độ cao, lò điện SVC dùng để làm trơn dao động điện áp Hình 2.8 Sơ đồ sợi SVC, cuộn dây điện cảm điều khiển thyristor(TCR) nối với ba tụ đóng cắt khí 2.4.1 Cấu tạo SVC gồm phận chính: • TCR (Thyristor Controlled Reactor): Đây quận kháng có điều khiển, cho phép điều khiển lượng CSPK tiêu thụ X K cách dùng thyristor để điều khiển dòng điện chạy qua XK • TSR (Thyristor Switched Reactor) : Đây quận kháng đóng mở trực tiếp thyristor • TSC(Thyristor Switched Capacitor): Đây tụ điện đóng mở trực tiếp thyrstor.[4] 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động Một SVC điển hình gồm tụ bù ngang đóng cắt riêng biệt, kết nối với cuộn dây điện cảm (có lõi sắt) điều chỉnh thyristor Nhờ việc thay 17 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG đổi góc dẫn thyristor mà điện kháng đẳng trị SVC thay đổi liên tục Do công suất phản kháng lưới điện áp bơm vào hay hút di cách liên tục Theo cấu trúc này, tụ điện điều chỉnh thô, sau đó, TCR điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết giá trị điện kháng đẳng trị giá trị liên tục Điều chỉnh trơn linh hoạt thực cách sử dụng tụ điện đóng cắt thyristor hay TCCS (thyristor-controlled capacitor switching) Thyristor thiết bị điều chỉnh tĩnh điện Thyristor, thiết bị bán dẫn khác, phát nhiệt, nước khử ion dũng để làm mát Các tải cảm kháng thay đổi nhanh mạch (như lò điện) làm biến đổi dạng sóng điều hòa điện áp Và đó, lọc sóng điện tử công suất lớn sủ dụng để làm trơn sóng điện áp Bản thân lọc sóng điều hòa lại có tính dung, đó, chúng cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện Các thiết bị SVC thường đặt nơi có yêu cầu điều chỉnh điện áp xác Việc điều chỉnh điện áp thường dùng điều khiển có phản hồi (closed-loop) Việc điều chỉnh điện áp tiến hành từ xa hệ thống SCADA tay theo giá trị đặt 2.4.3 Kết nối Nói chung, SVC không làm việc điện áp đường dây, thường nối qua máy biến áp tăng áp, với điện áp đường dây phía cao (ví dụ 230 kV) xuống điện áp thấp (ví dụ 9,5 kV) Việc giảm điện áp làm việc SVC nhằm kích thước số lượng thiết bị SVC (chủ yếu tụ bù ngang có điện áp làm việc thấp) Mặc dù việc làm làm cho cuộn dây điện cảm có kích thước lớn dể chịu dòng điện lớn Các van thyristor SVC có dạng hình đĩa, với đường kính hàng inch, đó, chúng thường đặt nhà 2.4.4 Lợi ích Lợi ích việc sử dụng SVC so với tụ bù đóng cắt khí chũng phản ứng gần tức thời với thay đổi điện áp hệ thống Vì lý này, chũng thường hoạt động gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu điều chỉnh cao có nhu cầu SVC 18 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, điều chỉnh nhanh tin cậy so với thiết bị bù khác máy bù đồng bộ.[5] 2.5 STATCOM STATCOM thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI – Voltage – Source Inverter), chuyển đổi nguồn áp chiều thành điện áp xoay chiều để bù CSPK cho hệ thống STATCOM thiết bị bù ngang, điều khiển điện áp vị trí lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh điện áp góc pha từ STATCOM Hình 2.9 Cấu trúc STATCOM Bằng cách khống chế điện áp STATOM, pha với điện áp hệ thống, có biên độ lớn hơn, dòng điện CSPK chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên Ngược lại,nếu điều khiển điện áp STATCOM thấp điện áp hệ thống, dòng điện dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, hạn chế điện áp lưới điện.[6] 19 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1 Máy bù đồng Máy bù đồng thực chất động điện đồng làm việc chế độ không tải với dòng kích từ điiều chỉnh để phát tiêu thụ công suất phản kháng Q, trì điện áp quy định lưới điện khu vực tập trung hộ dùng điện Máy bù đồng thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện 3.1.1 Cấu tạo Máy bù đồng thường có cấu tạo theo kiểu cực lồi (2p ≥ 4) Để dễ mở máy, mặt cực chế tạo thép nguyên khối có đặt dây quấn mở máy Trong trường hợp mở máy trực tiếp gặp khó khăn phải hạ điện áp mở máy, dùng động không đồng rôto dây quấn để kéo máy bù đồng đến tốc độ đồng Trục máy bù đồng nhỏ không kéo tải Cũng mômen cản trục nhỏ (chủ yếu ma sát cửa ổ trục quạt gió) nên yêu cầu làm việc ổn định với lưới điện không thiết, thiết kế cho x d lớn nghĩa khe hở nhỏ, kết làm giảm suất điện động dây quấn kích từ khiến cho kích thước máy nhỏ a) Stato Kết cấu stato máy bù đồng (máy điện đồng bộ) hoàn toàn giống stato máy điện không đồng Stator gồm hai phận lõi thép dây quấn, vỏ máy nắp máy • Lõi thép có dạng hình trụ, làm thép kỹ thuật điện, dập rãnh bên ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục.Lõi thép ép vào vỏ máy • Dây quấn stator thường làm dây đồng có bọc cách điện đặt 20 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG rãnh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy dây quấn ba pha stator tạo nên từ trường quay b) Rôto Hình 3.1 Cực từ máy đồng cực lồi Hình 3.2 Dây quấn cản, mở máy Lá thép cực từ Dây quấn kích thích Đuôi cực từ Nêm Lõi thép rôto Máy cực lồi thường quay với tốc độ thấp nên đường kính rôto lớn tới 15m, chiều dài lại bé Thường l/D = 0,15-0,2 Với máy nhỏ vừa rôto làm thép đúc, gia công thành khối lăng trụ có cực từ (Hình 3.1) Với máy công suất lớn rôto ghép từ thép dày từ 1-6 mm, dập định hình ghép giá đỡ rôto Cực từ đặt rôto ghép thép dày từ 1-1,5 mm Dây quấn kích thích quấn định hình vào lồng thân cực từ (Hình 3.1) Trên bề mặt cực từ có dây quấn ngắn mạch, dây quấn lồng sóc máy điện không đồng (Hình 3.2) 3.1.2 Nguyên lý làm việc Khi ta đưa dòng điện kích thích chiều i t vào dây quấn kích thích đặt cực từ, dòng điện it tạo nên từ thông Φ t Nếu ta quay rôto lên đến tốc độ n (vg/ph), từ trường kích thích quét qua dây quấn phần ứng cảm ứng nên dây quấn suất điện động dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f = p.n/60 Trong p số cặp cực máy 21 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Với máy điện đồng ba pha, dây quấn phần ứng nối (Y) nối tam giác (Δ) hình 3.3 Khi máy làm việc dòng điện phần ứng I chạy dây quấn pha tạo nên từ trường quay Từ trường quay với tốc độ đồng n1 = 60.f1/p Hình 3.3 Nguyên lý làm việc Như máy điện đồng ta thấy : n = n mà ta gọi máy điện đồng 3.1.3 Đặc tính góc công suất phản kháng Công suất phản kháng máy điện đồng tính : Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ – θ) = mU(Isinψ.cosθ + Icosψ.sinθ) (3.1) Q = mU( Id.cosθ- Iq.sinθ ) (3.2) Thay Id Iq vào ta có : Q = cosθ + ( )cos2θ ( + ) (3.3) Đặc tính góc công suất phản kháng máy điện đồng hình 3.4 Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công suất phản kháng vào lưới, phạm vi máy tiêu thụ công suất phản kháng.[7] Hình 3.4 Đặc tính góc công suất phản kháng máy cực lồi 22 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1.4 Chế độ làm việc máy bù đồng • Chế độ kích thích Chế độ làm việc bình thường (giờ cao ϕ điểm) máy bù đồng chế độ kích thích (tăng kích từ) phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi, tiêu thụ công suất điện dung lưới điện Ở trường hợp máy bù đồng có tác dụng tụ điện làm tăng cos bù điện áp rơi lưới điện, gọi máy phát công suất phản kháng • Chế độ thiếu kích thích Khi tải hộ dùng điện giảm, ví dụ đêm vào thấp điểm, điện áp lưới tăng cho máy bù đồng làm việc chế độ thiếu kích thích (giảm dòng kích từ), tiêu thụ công suất phản kháng (điện cảm) lưới điện gây thêm điện áp rơi đường dây để trì điện áp khỏi tăng mức quy định Việc điều chỉnh dòng điện kích thích để trì điện áp lưới (ở đầu cực máy bù đồng bộ) không đổi, thường tiến hành tự động Máy bù đồng tiêu thụ công suất tác dụng công suất tác dụng dùng để bù vào tổn hao công 3.1.5 Công suất khả bù máy bù đồng Công suất định mức máy bù đồng quy định ứng với chế độ làm việc kích thích có trị số : Sđm = mUđmIđm (3.4) Khi làm việc chế độ thiếu kích thích tối đa, công suất máy : S’ = mUđmI’ (3.5) Nếu bỏ qua tổn hao công suất : I’= = j Vậy : (3.6) S’ = m (3.7) So sánh công suất với công suất định mức ta có : = = Đây thông số đặc trưng khả bù máy bù đồng Thông thường máy bù đồng x d = 1,5 ÷ 2,2 ; S’/Sđm = 0,45 ÷ 0,67 trị số đáp ứng yêu cầu vận hành Trong số trường hợp cần tăng trị số S’ phải giảm xd cách tăng 23 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG khe hở điều khiến cho giá thành máy cao Để kinh tế hơn, thực chế độ kích thích âm, E < 0, kết I’ tăng khiến cho S’ lớn lên.[8] 3.2 Động không đồng rotor dây quấn đồng hóa Khi cho dòng điện chiều vào rotor động không đồng bọ dây quấn, động làm việc động đồng với dòng điện vượt trước điện áp Do có khả sinh công suất phản kháng cung cấp cho mạng Nhược điểm loại động tổn thất công suất lớn (bảng 3-1) khả tải Bảng 3-1 Suất tổn thất công suất tác dụng loại thiết bị bù Loại thiết bị bù Tổn thất CSPK Tụ điện 0,003 – 0,005 Máy bù đồng S = 5000 – 30000 kVA 0.002 – 0,027 Động dây quấn đồng hóa 0,03 – 0,05 Máy phát động dùng làm máy bù 0,02 – 0,08 Máy phát đồng dùng làm máy bù, không tháo động sơ cấp 0,15 – 0.3 Vì vậy, thường động phép làm việc với 75% công suất định mức Với lí trên, động không đồng rotor dây quấn đồng hóa đươc coi thiết bị bù nhất, sủ dụng thiết bị bù khác.[9] Ngoài thiết bị kể trên, dùng động không đồng làm việc chế độ kích từ dùng máy phát điện làm việc chế độ bù để làm máy bù Ở xí nghiệp có nhiều tổ máy diezen – máy phát làm nguồn dự phòng, chưa dùng đến lấy làm máy bù đồng Theo kinh nghiệm thực tế, việc chuyển máy phát thành máy bù đồng không phức tạp biện pháp nhiều xí nghiệp ưa dùng 24 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN Sau tính dung lượng bù chọn loại thiết bị bù vấn đề quan trọng bố trí thiết bị bù vào mạng cho đạt hiệu kinh tế Thiết bị bù đặt phí điện áp cao (lớn 1000V) vị trí điện áp thấp (nhỏ 1000V), nguyên tắc bố trí thiết bị bù đạt hi phí tính toán nhỏ • Máy bù đồng bộ, có công suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, máy bù có thường đặt phía điện áp cao trạm biến áp trung gian Tụ điện đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp • Tụ điện điện áp cao (6 – 15 kV) đặt tập trung trạm biến áp trung gian, trạm phân phối Nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành tụ điện dễ dàng có khả thực việc tự động hóa điều chỉnh dung lượng bù Bù tập trung mạng điện áp cao có ưu điểm tận dụng hết khả tụ điện, nói chung tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát công suất bù tối đa Nhược điểm phương pháp không bù công suất 25 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG phản kháng mạng điện áp thấp, tác dụng giảm tổn thất điện áp công suất mạng điện áp thấp Tụ điện điện áp thấp (0,4 kV) đặt theo ba cách : • Đứng mặt giảm tổn thất điện mà xét việc đặt phân tán tụ bù thiết bị điện có lợi Song với cách đặt thiết bị điện nghỉ tụ điện nghỉ theo, dó hiệu suất sử dụng không cao Phương án dùng để bù cho động không đồng có công suất lớn • Phương án đặt tụ điện thành nhóm tủ phân phối động lực đường dây phân xưởng dùng nhiều hiệu suất sử dụng cao, giảm tổn thất mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp Nhược điểm phương pháp nhóm tụ điện nằm phân tán khiến việc theo dõi chúng vận hành không thuận tiện khó thực việc tự động điều chỉnh dung lượng bù • Phương án đặt tụ điện tập trung điện áp thấp trạm biến áp phân áp phân xưởng dùng trường hợp dung lượng bù lớn có yêu cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp mạng Nhược điểm phương pháp không giảm tổn thất mạng phân xưởng Trong thực tế tùy vào tình hình cụ thể mà phối hợp ba phương án đặt tụ điện kể trên.[9] 26 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG V KẾT LUẬN Công suất phản kháng công suất bỏ qua lưới điện cần thiết cho thiết bị điện máy điên, máy biến áp…Vấn đề đặt giảm công suất truyền tải đường dây để hạn chế hao tổn chi phí đầu tư xây lắp Bù công suất phản kháng giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng điện cung cấp cho phép giảm tổn thất Điều dẫn đến giẩm công suất phát nguồn, giảm vốn đầu tư xây dựng mạng điện, giảm tải đường dây máy biến áp, làm tuổi thọ chúng dài Việc nghiên cứu giải pháp bù công suất phản kháng cho ta thấy nên áp dụng phương pháp cho lưới cụ thể phụ thuộc vào mục đích bù công suất phản kháng tính chất lưới điện Quá trình phân tích hiệu bù cho thấy bù hết công suất phản kháng (cosφ=1) lưới hiệu mà việc nâng cao hệ số cosφ lớn làm giảm hiệu kinh tế, nên bù cosφ đặt khoảng 0,9 – 0,93 hiệu Ngoài thiết bị bù công suất phản kháng kể trên, thực tế nhiều thiết bị bù công suất phản kháng khác tổn hao công suất chúng lớn không sử dụng rộng rãi TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG *** [1] Công suất phản kháng (7/2014) vi.wikipedia.org/wiki, truy cập ngày 1/9/2014 [2] Ths Ngô Quang Ước (2010) Nghiên cứu giải pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội [3] Nguyễn Tuấn Anh (2011) Thiết bị bù công suất phản kháng webdien.com Truy cập ngày 3/9/2014 [4] Lê Hồng Lâm (2010) Nghiên cứu xây dựng chương trình mô sử dụng thiết bị SVC TCSC để điều khiển, nâng cao ổn định hệ thống điện Lớp 05DHT, Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [5] SVC (12/2013) vi.wikipedia.org Truy cập ngày 5/9/2014 [6] Nguyễn Hồng Anh (2008) Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500 KV Việt Nam, Tạp chí khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 3(26).2008 [7] Bùi Tấn Lợi (2005) Giáo trình máy điện II Khoa Điện, Bộ môn Điện Công Nghiệp, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [8] Nguyễn Trọng Thắng – Ngô Quang Hà (2005) Giáo trình máy điện II Khoa Điện, Bộ môn sở kỹ thuật điện Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Xuân Phú – Nguyễn Công Hiền – Nguyễn Bội Khuê (2003) Cung Cấp Điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh ( 792 trang ) 28 [...]... hiệu quả kinh tế, vì vậy nên bù cosφ đặt trong khoảng 0,9 – 0,93 là hiệu quả nhất Ngoài các thiết bị bù công suất phản kháng kể trên, hiện nay trên thực tế còn nhiều thiết bị bù công suất phản kháng khác nhưng do tổn hao công suất của chúng lớn cho nên không được sử dụng rộng rãi TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG *** [1] Công suất phản kháng (7/2014) vi.wikipedia.org/wiki,... đặt tụ điện kể trên.[9] 26 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG V KẾT LUẬN Công suất phản kháng là công suất không thể bỏ qua được trên lưới điện vì nó cần thiết cho các thiết bị điện như máy điên, máy biến áp…Vấn đề là đặt ra là giảm công suất này truyền tải trên đường dây để hạn chế hao tổn và chi phí đầu tư xây lắp Bù công suất phản kháng là một trong các giải pháp kỹ thuật nâng... đóng vai trò là các kháng bù ngang Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều 16 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG chỉnh Ngược lại, nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ được tự động đóng vào Do đó, công suất phản kháng được bơm thêm vào hệ thống, điện áp của nút được cải thiện SVC cũng thường được đặt tại các vị trí có tải... hết khả năng của tụ điện, nói chung các tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát ra công suất bù tối đa Nhược điểm của phương pháp này là không bù được công suất 25 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG phản kháng ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp và công suất ở mạng điện áp thấp Tụ điện điện áp thấp (0,4 kV) được đặt theo ba cách : • Đứng về mặt giảm tổn thất... dụng các thiết bị không chuyển động hay nói rõ hơn là sử dụng các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị hơn là sử dụng máy cắt và dao cách ly SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo để điều chỉnh điện áp tại các nút đặt SVC và điều chỉnh điện kháng Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp tại các nút cao hơn giá trị cho phép , SVC sẽ đóng vai trò là các. .. tiêu thụ công suất phản kháng. [7] Hình 3.4 Đặc tính góc công suất phản kháng máy cực lồi 22 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1.4 Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ • Chế độ quá kích thích Chế độ làm việc bình thường (giờ cao ϕ điểm) của máy bù đồng bộ là chế độ quá kích thích (tăng kích từ) phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi, tiêu thụ công suất điện dung của lưới... nhu cầu SVC 18 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, điều chỉnh nhanh hơn và tin cậy hơn so với các thiết bị bù khác như máy bù đồng bộ.[5] 2.5 STATCOM STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI – Voltage – Source Inverter), nó chuyển đổi nguồn áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù CSPK cho hệ thống STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều... thyristor Nhờ việc thay 17 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG đổi góc dẫn của thyristor mà điện kháng đẳng trị của SVC có thể thay đổi liên tục được Do đó công suất phản kháng của lưới điện áp có thể được bơm vào hay hút di một cách liên tục Theo cấu trúc này, các tụ điện sẽ điều chỉnh thô, sau đó, các TCR sẽ điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết quả là giá trị điện kháng đẳng trị là một giá... giẩm công suất phát nguồn, giảm vốn đầu tư xây dựng mạng điện, giảm tải trên đường dây và máy biến áp, làm tuổi thọ của chúng dài hơn Việc nghiên cứu các giải pháp bù công suất phản kháng cho ta thấy được nên áp dụng phương pháp nào cho lưới cụ thể phụ thuộc vào mục đích bù công suất phản kháng và tính chất của lưới điện Quá trình phân tích hiệu quả bù cho thấy không phải bù hết công suất phản kháng. .. góc công suất phản kháng Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ được tính : Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ – θ) = mU(Isinψ.cosθ + Icosψ.sinθ) (3.1) Q = mU( Id.cosθ- Iq.sinθ ) (3.2) Thay Id và Iq vào ta có : Q = cosθ + ( )cos2θ ( + ) (3.3) Đặc tính góc công suất phản kháng của máy điện đồng bộ như hình 3.4 Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công suất phản kháng vào lưới, ngoài phạm vi trên máy tiêu thụ công suất phản