nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc Các kết nối đường dây một chiều Các bộ biến đổi… 

NÂNG CAO HIỆU QUẢ

TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

TS NGUYỄN Nhất Tùng

KHOA HTĐ-ĐHĐL

CHƯƠNG II : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

Mục Lục

1 GIỚI THIỆU CHUNG

4 ỨNG DỤNG FACTS

 Lịch sử phát triển của htđ

 Vấn đề truyền tải công suất tác dụng & công suất phản kháng

3 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc

Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc

Các kết nối đường dây một chiều

Các bộ biến đổi…

Các kiến thức cơ bản về FACTS

 Điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong HTĐ

2 NÂNG CAO HIỆU QUẢ BẰNG VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

 Những vấn đề chung về điều chỉnh Đ.A & công suất phản kháng trong htđ

 Chất lượng điện năng

 30 tiết lý thuyết, 1- 2 bài kiểm tra

Thi viết, không dùng tài liệu

 Phương thức điều chỉnh điện áp

Đường dây với tụ bù dọc

KHÁI QUÁT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU CAO ÁP

 Các cấp điện áp xoay chiều SCA trên thế giới :

 220, 330, 380, 400, 500, 750 và 1150 kV

 Các đường dây < 250 km & U<220 kV

 Sơ đồ thay thế tính toán sử dụng các tham số tập trung (các tham số

R, L, C, B),

 Bỏ qua tính chất sóng trong quá trình truyền tải năng lượng

 Các đường dây > 250 km & U>220 kV

 Sử dụng các thông số dải, phân bố đều dọc chiều dài dây,

 Có tính đến tính chất sóng của đường dây

 Trong tính toán gần đúng :

 Chia nhỏ đường dây dài thành nhiều đoạn ngắn (khoảng 100 -200 km)

 Mỗi đoạn ngắn được thay thế bằng các tham số tập trung

ĐẶC ĐiỂM DSCA

 500 kV : mỗi pha có 3 hay 4 sợi (phân tích chế độ xác lập HTĐ – PGS Phạm Văn Hòa)

suất tự nhiên 900 MW; 300A cấp 220 kV) Điều này dẫn đến dây dẫn tiết diện lớn, khó khăn trong thi công => phân pha giải quyết vấn đề

Dùng dây dẫn phân pha :

Bán kính đẳng trị lớn => giảm cường độ điện trường trên bề mặt

Giảm tổn thất vầng quang, và giảm thấp điện kháng đơn vị của dây

•n : số dây trong 1 pha

ĐẶC ĐiỂM DSCA

 DSCA chiếm nhiều đất đai để xây dựng trạm và cột móng

 Tiếng ồn do hồ quang, nhiễu vô tuyết,

 Ảnh hưởng của cường độ điện trường xuống phía duới đường dây,

 Ảnh hưởng đến sức khỏe của con người,

 Tổn thất điện năng dò vầng quang điện rất cao

 Sự tản ra công suất phản kháng là rất lớn

 Trên các đường dây điện truyền tải, điện trở tác dụng

thường có giá trị không lớn, còn điện kháng thì có giá trị lớn hơn rất nhiều, phụ thuộc vào các loại phần tử và vào khoảng cách giữa các pha

Tổng quan Bù C.S phản kháng trên HTĐ

 Trường hợp ngược lại : X mang tính chất cảm kháng (L),

có ảnh hưởng xấu đến phân bố của điện áp Trường

hợp này cần đặt các tụ bù dọc

 Trường hợp thường ở các đ/d truyền tải siêu cao áp

(>330kV), cự ly xa, công suất phản kháng chủ yếu do

điện dung của đường dây phát ra (X mang giá trị âm)

=>gây ra quá điện áp V ở cuối đường dây Cần đặt các khang bù ngang (thường đặt tại các trạm BA)

Chất lƣợng điện năng

 Chất lượng tần số : điều chỉnh bằng cân bằng CS tác dụng toàn hệ thống Đánh giá thông qua :

 Độ lệch tần số so với tần số định mức  f = (f- f đm)100/fđm

 Độ dao động tần số: độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ

nhất của tần sô khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 1%/s

 Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện:

9

dm dm

Chất lƣợng điện năng

 Độ dao động điện áp : sự biến thiên nhanh của điện áp dU/dt

 Độ không đối xứng : do sự không đối xứng của phụ tải các pha Đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không của U

Chất lượng điện năng

 Độ không sin : do các thiết bị có đặc tính phi tuyến gây lên : bộ chỉnh lưu, thiristor…

 Tiêu chuẩn :

U 1 : điện áp của sóng bậc 1

 Tổn thất điện áp trên lưới điện

 Sự biến đổi theo thời gian của phụ tải

 Nguyên nhân giao động điện áp : khởi động của các động cơ, chế

độ làm việc của thiết bị công nghệ, đóng cắt tụ bù

11

Chất lƣợng điện năng

 Điện áp ảnh hưởng đến công tác của thiết bị dùng điện:

giảm tuổi thọ của thiết bị dùng điện và cả thiết bị của lưới điện

điện Gây ra phát nóng phụ thiết bị dùng điện quay, giảm tuổi thọ và năng suất công tác, làm hỏng sản phẩm Thấp quá thiết bị dùng điện không làm việc được

 Điện áp không đối xứng: làm giam hiệu quả công tác và tuổi thọ của thiết bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng

 Các sóng hài bậc cao : làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt, tăng tổn thất sắt từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới điện và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thông cung cấp điện, gây nhiễu radio, TV và các thiết bị điện tử

Chất lƣợng điện năng

 Tiêu chuẩn (TC) chất lượng điện áp:

 Độ lệch điện áp so với điện áp định mức là TC cơ bản

 Điều chỉnh độ lệch điện áp: công việc khó khăn nhất, tốn kém nhất, được thực hiện đồng bộ trên toàn hệ thống điện

 TC khác có tính địa phương, điều chỉnh cục bộ ở xí nghiệp…

 Giải pháp điều chỉnh chất lượng điện áp

 Các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới điện truyền tải và

13

Mục đích điều chỉnh điện áp

 Đảm bảo độ lệch điện áp trong tiêu chuẩn

 Giảm tổn thất điện năng

 P tỷ lệ nghịch U², điện áp vận hành càng cao thì tổn thất càng nhỏ

 Lưới trung, hạ áp/ P còn phụ thuộc sự biến thiên của công suất sử

dụng thực theo điện áp, nhiều trường hợp điện áp thấp có lợi hơn

 Lưới 500kV : xét đến tổn thất vầng quang, tỷ lệ thuận với điện áp Khi thời tiết tốt tổn thất vầng quang nhỏ thì điện áp cao có lợi, nhưng khi thời tiết xấu điện áp thấp lại có lợi hơn

 Đảm bảo an toàn cho lưới hệ thống điện: Thiết bị điện: MBA, thiết bị đóng cắt, sứ cách điện trong chế độ làm việc bình thường chỉ chịu được Umax quá 5-10% Uđm

 Với nút tải lớn và hệ thống điện, U ảnh hưởng đến ổn định điện áp &

ổn định tĩnh nên cũng phải chú ý khi điều chỉnh điện áp

Phương thức điều chỉnh điện áp

 Trên lưới điện cao & siêu cáo áp, R <<X:

 Như vậy, điều chỉnh U dựa chủ yếu vào:

 Điều chỉnh công suất phản kháng hay chính xác hơn là điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng trong lưới điện

 Điều chỉnh cảm kháng X

Với MPĐ : điện áp trên cực được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích (gọi tắt là điều chỉnh kích từ) Với MBA trung gian: điều chỉnh đầu phân áp Đây chính là điều chỉnh dòng Q, muốn điều chỉnh thành công thì lưới điện phải có đủ nguồn công suất phản kháng

16

0

0 1

U

QX U

U  

Phương thức điều chỉnh điện áp

 Như vậy :

 CS phản kháng Q trên lưới: điều chỉnh bằng đặt bù

ngang tại nút tải, giảm Q lấy từ nguồn:

 Dưới tải trong khi lưới điện đang làm việc

 Điều chỉnh ngoài tải: dừng công tác của lưới điện để điều chỉnh

Phương thức điều chỉnh điện áp

 Trong thực tế, điều chỉnh U được kết hợp 3 hình thức:

 Điều chỉnh tự động theo thời gian thực: đáp ứng tức thời

các biến thiên nhanh của điện áp

 điều chỉnh kích từ ở máy phát,

 điều chỉnh đầu phân áp tự động ở các MBA trung gian,

 điều chỉnh ở máy bù tĩnh SVC

 Điều chỉnh dưới tải bằng tay: điều chỉnh đầu phân áp ở

máy biến áp trung gian, tụ bù

 Điều chỉnh ngoài tải: điều chỉnh đầu phân áp ở MBA phân phối, MBA trung gian, tụ bù ngang, tụ bù dọc

Lưới điện 500kV: phải dùng thêm kháng bù ngang để

điều chỉnh điện áp

18

Phân cấp điều chỉnh điện áp

 Cấp hệ thống điện

 Giữ U ở đầu vào các trạm trung gian sao cho việc điều chỉnh U

ở cấp lưới phân phối được thuận lợi

 Giảm tổn thất điện năng

 Đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và lưới điện

 Điều chỉnh điện áp ở lưới phân phối

 Đảm bào chất lượng điện áp cho phụ tải

 An toàn cho lưới điện

 Giảm tổn thất điện năng

Điều chỉnh điện áp trên lưới hệ thống và truyền tải

 Trên lưới điện hệ thống và truyền tải có các thiết

SVC : tụ bù tĩnh điện phối hợp với các kháng điện có điều khiển

CẤP ĐƯỜNG DÂY CẤP MÁY PHÁT

Phát Q trong chế độ quá kích thích

Tiêu thụ Q trong chế độ thiếu kích thích

Thay đổi Q một cách liên tục

các khả Năng điều chỉnh U của các phần tử trong HTĐ

Phát công suất phản

kháng

MPĐ, máy bù (đồng bộ, tĩnh), động cơ đồng bộ quá kích thích, kháng điện có điều khiển (liên tục) kết hợp với tụ điện

Tụ điện tĩnh

Tiêu thụ công suất

phản kháng

MPĐ, máy bù (đồng bộ, tĩnh), động cơ đồng bộ thieu kích thích, kháng điện có điều khiển (liên

tục)

kháng điện không điều khiển

Thay đổi luồng công

suất phản kháng giữa

các lưới điện có cấp

đ.áp khác nhau

MBA có trang bị bộ thay đổi đàu phân

áp dưới tải

Các giai đoạn của quá trình điều chỉnh điện áp

 Điều chỉnh U được chia làm 3 giai đoạn:

 Cấp 1 : Các thiết bị (tự động) thực hiện tức thời VD : điều chỉnh

kích từ, svs

 Nhằm đảm bảo mức điện áp an toàn cho hệ thống trong mọi tình huống

 Cấp 2: điều chỉnh chậm bằng tay hoặc tự động nhằm đưa điện áp

ở các nút kiểm tra trên lưới hệ thống về mức yêu cầu,

 các điều độ viên tiến hành điều chỉnh bằng tay, từ xa hoặc tại chỗ các đầu phân áp của các máy biến áp, đóng cắt tụ bù

 Cấp 3: điều chỉnh để giảm tổn thất điện năng,

 Thực hiện cho các chế độ xác lập kéo dài, nâng điện áp lên mức trần để giảm tổn thất điện năng

Dây 500kV : tính đến tổn thất vầng quang khi điều chỉnh U, giữ U thấp

để giảm tổn thất vầng quang nếu trời xấu Tổn thất khi thời tiết sấu

Điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối

24

 Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn chính của CLĐA

 Lưới hạ áp :mọi thời gian điện áp phải thoả mãn tiêu chuẩn:

 U-   Uxt   U+ với x- địa điểm, t- thời gian

Với số 2 : chế độ min

Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ

 Việc điều chỉnh điện áp và công suất phản

kháng đầu MPĐ thực hiện thông qua thiết bị tự

động kích từ TĐK

 Các hệ thống tự động kích từ (TĐK) của MPĐ :

 Hệ thống kích từ bằng máy phát điện 1 chiều

 Hệ thống kích từ bằng máy phát xoay chiều tần số cao

 Hệ thống kích từ bằng dòng điện chỉnh lưu

 Hệ thống kích từ không chổi than

Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ

 Các thông số đầu vào của TĐK

 Độ lệch tức thời của điện áp khỏi giá trị cho trước, (ΔUo)

 Các nhiễu loạn có ảnh hưởng đến trị số đầu cực MPĐ

 Đạo hàm theo thời gian của điện áp

 Độ lệch tức thời và đạo hàm bậc nhất của tần số

R I U

 Nguyên Lý

 Đặt độ dốc cho điều chỉnh tuyến tính (độ dốc dương or âm) , phụ thuộc vào cách chọn chiều dòng điện I (slide trước)

 Đặt giá trị U (U=U0);

 Đặt giá trị chiều dòng điện (I)

 Đặt giá trị R (kiểm tra giá trị lúc ban đầu)

 Hệ số phụ thuộc : k c = (R.I dd .cosα)/(U dd ).(n ba /n bd ) 100%

 Đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc : mỗi giá trị U đầu cực MPĐ tương ứng với

1 giá trị xác định của dòng điện phản kháng IP của dòng điện stator

Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ

 Điều chỉnh điện áp phụ thuộc dương (UTĐK=U+IR)

 Phương pháp đơn giản nhất là điều chỉnh ở tất cả các MPĐ nối với thanh góp với đặc tính được chỉnh định với hệ số phụ thuộc dương

 Trường hợp 2 máy // : chọn 1 máy làm điều khiển độc lập và tiếp nhận toàn bộ sự biến động công suất phản kháng của nhà máy điện

 Dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc dương

 Phương trình đặc tính điều chỉnh:

F c

d

F – công suất phản kháng của MPĐ

Ud – điện áp đăt của MPĐ khi Q F =0

Nếu U d chọn ko đổi, điện áp trên thanh góp của NMĐ giảm khi công suất Phản Kháng Q tăng

Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ

 Dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc dương

P : công suất tác dụng của MPĐ, k : hệ số tỷ lệ

P k U

U d  0 

Phụ tải tác dụng P1 tương ứng với dải thay đổi ΔQ1

Đặc tính điều chỉnh theo công suất phản kháng vẫn có độ phụ thuộc dương để đảm bảo

ổn định phụ tải phản kháng Đặc tính điều chỉnh sẽ tự động dịch chuyển

Phụ tải tác dụng P2 tương ứng với dải thay đổi ΔQ2

Cần thỏa mãn : Điện áp trên thanh góp nhà máy không

vuợt quá vùng gạch chéo, (đảm bảo điều chỉnh khác

thường và phân bố công suất phản kháng theo tỉ lệ giữa

các tổ máy)

ĐiỀU CHỈNH U Ở TBA BẰNG CÁCH TỰ ĐỘNG THAY ĐỔI ĐẦU

PHÂN ÁP

 Không làm gián đoạn cung cấp điện

 Khi chuyển đầu phân áp sẽ có 1 thời gian quá độ

ngắn

 Cuộn dây đấu sao : thay đổi đầu phân áp ở phía

trung điểm của các cuộn dây : điều kiện cách

điện nhẹ nhàng hơn Thiết bị đấu nối cả 3 pha

được đặt chung trong 1 hộp, gọn rẻ hơn

 Cuộn đấu tam giác : sử dụng thiết bị đấu nối

riêng cho tùng pha với bộ điều khiển chung cho

cả 3 pha

2.1 Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù dọc

EV

V X j

jX

E ) sin j (cos

V

V

jX

E

V V I

V jQ

P S

2

* 2

sin

2

X

EV X

V X

EV P







2.1 Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù dọc (tiếp)

 Ví dụ: E=1,1/_00, V=1/_-100

 X=0,2 đơn vị tương đối (pu)

 Tính công suất nhận được từ

HT đến phụ tải khi chưa bù

 Khi có tụ bù dọc, giả sử

XC=0,05pu, tính công suất

nhận được từ hệ thống

 Bù 25% nhưng tăng khả năng truyền tải lên 33%

 Các dạng bù dọc đường dây Dựa vào tỉ số bù %=XC/XL

 Thường từ 30%-70%

2734,

1)10

sin(

)05,02,0(

1x1,1sin

sin(

2,0

1x1,1sin

EV P





2.2 Một số sơ đồ tụ bù dọc trên đường dây tải điện

Một số ví dụ dẫn chứng cụ thể

2.3 Một số vấn đề cần quan tâm đối với đ/d có tụ bù dọc

 Một số vấn đề cần quan tâm khi

đặt tụ bù dọc

 Hiệu quả của tụ bù dọc thay đổi

theo vị trí đặt của tụ bù và dung

lượng của bộ tụ

 Hiệu quả của vị trí đặt tụ bù cũng

ảnh hưởng đến điện áp của

đường dây tải điện

 Giảm điện áp quá độ Pha-đất

 Giảm quá điện áp phục hồi (TRV=transient Recovery Voltage)

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC

 Khi nào xảy ra

 Khi dung kháng bằng cảm

kháng trong mạch RLC nối

tiếp, khi đó mạch điện xảy ra

hiện tượng cộng hưởng

2 2

Z = R + ( - X L X C )

2

Z = R

2.4 Ví dụ

2.4 Ví dụ (tiếp theo)

 Tổng trở của mạch

 Dòng điện chạy trong mạch

 Điện áp rơi trên các phần tử

VR

IZ(VZ)

Giá trị của VL và VC rất lớn

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

thể dẫn đến hiện tượng cộng hưởng ở tần số thấp hơn tần số công

nghiệp, gọi là hiện tượng cộng hưởng tần số thấp (SSR=subsynchronous resonance)

trong mạch mà tiến gần đến tần số giao động tự nhiên của mạch Máy

phát-tuabin, thì sẽ làm nguy hiểm đến sự làm việc của bộ Máy phát-tuabin

 Ví dụ sự cố 1970-71: HTĐ Mohave Region- US:

 Các hiện tượng: rung mạnh trong 1-2phút, rung sàn của phòng điều

khiển, tăng dòng kích thích, dòng thứ tự nghịch,

 Để ngăn chặn sự cố gẫy trục tuabin, nhân viên vận hành đã phải tách MPĐ ra khỏi lưới do có sự cộng hưởng tần số thấp

 Các điều tra đã kết luận: nguyên nhân là do sự trao đổi năng lượng

giữa N/L điện trong HT bù dọc và N/L trong hệ Tuabin-MPĐ, (hiện

tượng phản ứng xoắn)

 Ví dụ sự cố 1976: HTĐ Navajo-US

 Hiện tượng SSR rất phức tạp với tần số dao động từ 19-45Hz

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

 Mức độ nguy hiểm của SSR

 Số lượng Tuabin-MPĐ bị kích thích

 Loại SSR

 Số lượng các sự cố ngẫu nhiên dẫn đến SSR

 Mức độ dao động

 Một số phương pháp nghiên cứu

 Phân tích Giá trị riêng

 Quét tần số

 Phân tích mô phỏng quá độ điện từ

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

MBA tự động điều áp dưới tải

Đóng cắt tụ điện Q/tr động của động cơ điện

Điều khiển bộ tua bin-máy phát

Khoảng thời gian (giây: s)

2.4 Hiện tượng cộng hưởng của mạch RLC(tiếp)

 Các biện pháp khắc phục hiện tượng SSR

 Dùng rơle đo chuyển động quay xoắn

 Dùng rơle tác động theo dòng điện phần ứng