Đánh giá nhu cầu thiết bị bù điều chỉnh điện áp trên đường dây dài

---- 2 ---Học viên: Vũ Thế Vinh – Lớp 12B HTĐ-PC – Khóa 2012B quốc khép kín mạch vòng 500 kV tại khu kinh tế trọng điểm miền Bắc, miền Trung Luận văn nghiên cứu bước đầu việc đánh giá sơ

Trang 1

Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt khóa học cũng như thời gian tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp cao học khóa 2012- 2015

Nhân đây tôi xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè người thân và các đồng nghiệp, những người luôn động viên giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những giúp đỡ quý báu đó

Hà nội, tháng 09 năm 2015

Học viên

Vũ Thế Vinh

Trang 2

ii

-Học viên: Vũ Thế Vinh – Lớp 12B HTĐ-PC – Khóa 2012B

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi tổng hợp và thực hiện Các kết quả phân tích và tính toán hoàn toàn trung thực, nội dung bản thuyết minh chưa được công bố Luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Hà Nội, tháng 09 năm 2015

Tác giả luận văn

Vũ Thế Vinh

Trang 3

- iii

-Học viên: Vũ Thế Vinh – Lớp 12B HTĐ-PC – Khóa 2012B MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢN VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1……… 4

MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 4

1.1 Phân bố áp dòng trên đường dây 4

1.1.1 Tính toán thông số chế độ ở hai đầu đường dây ………… …… 4

1.1.2 Xác định áp dòng tại một điểm bất kỳ trên đường dây: 7

1.2 Giới hạn làm việc: 8

1.2.1 Giới hạn tĩnh của ổn định góc (góc δ) 8

1.2.2 Giới hạn tĩnh ổn định điện áp: 9

1.3 Tổn thất điện năng………11

1.4 Tính toán áp dụng……… 11

1.4.1 Tính chê độ không tải: 12

1.4.2 Tính chế độ nặng tải 14

1.4.3 Tính giới hạn truyền tải: 20

CHƯƠNG 2……….20

SỬ DỤNG THIẾT BỊ BÙ CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN………24

2.1 Hiệu quả của thiết bị bù……….24

Trang 4

iv

-Học viên: Vũ Thế Vinh – Lớp 12B HTĐ-PC – Khóa 2012B 2.1.1 Nguyên lý chung………24

2.1.2 Lợi ích của thiết bị bù………25

2.1.3 Phân tích ảnh hưởng của thiết bị bù bằng cách sử dụng các Thông số truyền 26

2.2 Giới thiệu TBB dùng trên đường dây dài……….32

2.2.1 Lưới điện 500kV Việt Nam……… 32

2.2.2 Giới thiệu lưới điện 500kV khu vực từ Nho Quan đến Đà Nẵng …………35

2.2.3 Tụ bù dọc………37

2.2.4 Kháng bù ngang:………48

2.2.5 Giới thiệu nhu cầu công suất truyền tải trên đoạn đường dây Hà Tĩnh – Đà Nẵng từ năm 2010 – 2015………48

2.3 Đánh giá nhu cầu TBB điều chỉnh điện áp……….53

2.3.1 BNK điều chỉnh chế độ không tải………53

2.3.2 BDT điều chỉnh chế độ nặng tải………54

CHƯƠNG 3……….55

ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ NHU CẦU THIẾT BỊ BÙ CHO ĐƯỜNG DÂY DÀI CÓ PHỤ TẢI RẼ NHÁNH………55

3.1 Đặt bài toán và thủ tục tính toán……… 55

3.1.1 Đánh giá nhu cầu BNK………56

3.1.2 Đánh giá nhu cầu BDT……….58

3.1.3 Đánh giá ảnh hưởng của BDT trong chế độ non tải và BNK trong chế độ nặng tải……… 58

3.2 Áp dụng tính toán……… 58

3.2.1 Xác định vị trí đặt BNK……… 59

3.2.2 Xác định công suất BNK………64

3.2.3 Tính lại chế độ chính xác đường dây có BNK……… 71

3.2.4 Đánh giá nhu cầu BDT………77

Trang 5

- v

-Học viên: Vũ Thế Vinh – Lớp 12B HTĐ-PC – Khóa 2012B 3.2.5 Tính lại chế độ nặng tải không loại bỏ kháng bù………91

3.2.6 Tính lại chế độ nhẹ tải, không tải không loại bỏ tụ bù………94

KẾT LUẬN………102

TÀI LIỆU THAM KHẢO………103

Trang 6

vi

DANH MỤC CÁC BẢN VẼ

Hình 1-1 Đồ thị điện áp trong trường hợp không tải và hở mạch ở cuối đường

Hình 1-2 Đồ thị điện áp trong trường hợp không tải và giữ điện áp hai đầu

Hình 1-3 Sơ đồ Nút – Nhánh Đoạn đường dây 500kV Nho Quan – Đà Nẵng 15

Hình 1-4 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong

chế độ nặng tải và điều chỉnh điện áp đầu đường dây

17

Hình 1-5 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây trong chế độ nặng tải và

giữ điện áp 2 đầu đường dây Nho Quan – Đà Nẵng không đổi 18

Hình 2-4 Số giờ truyền tải công suất trên đường dây 500 kV năm 2010 49

Hình 2-8 Số giờ truyền tải công suất trên đường dây 500 kV năm 2014 52 Hình 2-9 Số giờ truyền tải công suất trên đường dây 500 kV năm 2015 52

Hình 3-1 Thông số mạch đoạn đường dây Hà Tĩnh – Đà Nẵng trong trường hợp

Trang 7

- vii

Hình 3-2 Kết quả phân bố dòng áp trong trường hợp tải nhẹ và giữ điện áp hai

Hình 3-3 Đồ thị điện áp trong trường hợp tải nhẹ và hở mạch cuối đường dây

Hình 3-4 Đồ thị điện áp trong trường hợp tải nhẹ và giữ điện áp hai đầu đoạn

Hình 3-5 Đồ thị điện áp trong trường hợp không tải và giữ điện áp hai đầu đoạn

Hình 3-6

Thông số mạch đoạn đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong trường

Hình 3-7 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong

trường hợp nhẹ tải và có đặt kháng bù ngang

73

Hình 3-8 Đồ thị điện áp trên đoạn đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong trường

hợp không tải và có kháng bù ngang

76

Hình 3-9 Kết quả phân bố dòng, áp trên đoạn đường dây Nho Quan – Đà

Nẵng trong trường hợp phụ tải cực đại và không đặt thiết bị bù

78

Hình 3-10

Sơ đồ Nút – Nhánh đoạn đường dây 500kV Nho Quan – Đà Nẵng khi

có đặt BDT tại hai đầu đoạn Nho Quan –Hà Tĩnh và Hà Tĩnh –Đà

Nẵng

79

Hình 3-11 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây khi đặt BDT 50% 82

Hình 3-14 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây trong chế độ nặng tải khi

đặt BDT 80% và giữ nguyên BNK

92

Trang 8

viii

Hình 3-15 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây trong chế độ tải nhẹ khi

đặt BDT 80%

95

Hình 3-16 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây trong chế độ không tải khi

Hình 3-17 Đồ thị điện áp trên đoạn đường dây Nho Quan – Hà Tĩnh trong chế độ

không tải khi đặt BDT 80%

99

Hình 3-18 Đồ thị điện áp trên đoạn đường dây Hà Tĩnh – Đà Nẵng trong chế độ

không tải khi đặt BDT 80%

100

Trang 9

- 1

LỜI NÓI ĐẦU

Đường dây 500 kV Bắc – Nam mạch 1 là công trình truyền tải điện 500 kV đầu tiên tại Việt Nam, có tổng chiều dài 1.462,5 km, khởi đầu từ Nhà máy Thủy điện Hòa Bình và kết thúc là thành phố Hồ Chí Minh

Ngay từ khi bắt đầu vào vận hành (ngày 27/5/1994), đường dây 500 kV Bắc Nam đã nhanh chóng phát huy hiệu quả Những năm 1994 - 1997, đường dây

đã truyền tải công suất và sản lượng điện lớn từ phía Bắc vào cung cấp cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội tại miền Nam và miền Trung, chấm dứt tình trạng cắt điện triền miên trước đó, nâng cao đáng kể độ tin cậy của hệ thống và đảm bảo chất lượng điện áp Từ năm 1998 đến nay, đường dây 500 kV đã thực sự đóng vai trò là

“xa lộ” truyền tải điện từ Bắc vào Nam và từ Nam ra Bắc, qua đó khai thác tối ưu các nguồn điện trong hệ thống, tạo lợi ích kinh tế lớn cho đất nước

Những năm qua, cùng với đường dây 500 kV mạch 2 (được đưa vào vận hành năm 2005), dòng điện qua 2 mạch đường dây 500 kV Bắc Nam vẫn luôn thông suốt, góp phần quan trọng đảm bảo cung cấp đủ điện cho phát triển kinh tế

xã hội của đất nước Hiện tại lưới điện 500kV Việt Nam đã phát triển trên toàn

Trang 10

2

quốc khép kín mạch vòng 500 kV tại khu kinh tế trọng điểm miền Bắc, miền Trung

Luận văn nghiên cứu bước đầu việc đánh giá sơ bộ nhu cầu sử dụng TBB để điều chỉnh điện áp, với đối tượng xem xét là một đường dây dài có phụ tải rẽ nhánh,

vì vậy tác giả chọn làm luận án thạc sĩ kỹ thuật với tên đề tài là “Đánh giá nhu cầu thiết bị bù điều chỉnh điện áp trên đường dây dài ”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu là tìm hiểu sơ bộ một bài toán kĩ thuật cơ bản của tải điện xoay chiều đi xa là bài toán sử dụng TBB nhằm bảo đảm các điều kiện kĩ thuật cần thiết cho việc vận hành đường dây dài

3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp tính toán các đặc tính làm việc của đường dây tải điện xoay chiều

- Nghiên cứu ảnh hưởng định tính và định lượng của các TBB đến chế độ làm việc xác lập của đường dây dài

- Từ các lí thuyết cơ bản trên, tìm cách rút ra phương pháp đánh giá sơ bộ nhu cầu sử dụng TBB điều chỉnh điện áp

Trang 11

- 3

- Các nghiên cứu trên được kiểm chứng bằng các áp dụng tính toán sử dụng tinh toán bằng tay trong môi trường Matlab kết hợp với sử dụng một số công cụ phần mềm máy tính cho các bài toán phức tạp

5 Kết cấu luận văn

Bố cục, kết luận nội dung chính của luận văn được trình bầy trong 3 chương

Chương 1: Một số chỉ tiêu chất lượng làm việc của đường dây dài và

phương pháp tính toán

Chương 2: Sử dụng thiết bị bù cho đường dây tải điện

Chương 3: Đánh giá sơ bộ nhu cầu TBB cho đường dây dài có phụ tải rẽ

nhánh

Việc xem xét một cách tổng quát những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình tính toán các trường hợp giả thiết chưa đánh giá hết tình hình thực tế Do hạn chế về mặt thời gian nội dung, khuôn khổ của bản luận văn cần được tiếp tục

nghiên cứu và phát triển thêm

Tác giả

Trang 12

4

CHƯƠNG I MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

1.1 Phân bố điện áp, dòng điện trên đường dây

Đường dây dài điện áp siêu cao là một nguồn công suất phản kháng rất lớn hay ngược lại cũng tiêu thụ nhiều công suất phản kháng khi tải công suất lớn Điều này làm tăng cao điện áp trên đường dây trong các chế độ làm việc non tải ( do dòng nhỏ và tổn thất công suất phản kháng nhỏ) có thể gây nguy hiểm cho cách điện và sự làm việc của các thiết bị điện, đồng thời dòng công suất này chạy về hai đầu đường dây có thể gây ra quá tải các thiết bị điện như máy phát điện chẳng hạn Trái lại điện áp trên đường dây có thể quá thấp trong chế độ nặng tải, dẫn đến làm tăng tổn thất điện năng và giảm khả năng tải của đường dây

Sự phân bố dòng điện phản kháng – và do đó điện áp – trên đường dây dài thay đổi rất nhiều dọc theo chiều dài đường dây và theo sự thay đổi chế độ làm việc

Áp dòng ở giữa đường dây có thể lớn hơn (hay bé hơn) nhiều so với giá trị ở 2 đầu đường dây

Những yếu tố này làm cho việc điều chỉnh điện áp cho các chế độ làm việc khác nhau của đường dây trở thành một bài toán rất quan trọng và khó khăn Cần điều chỉnh không những ở các điểm nút (trạm chuyển mạch, trạm phụ tải) mà cả ở các điểm giữa đường dây

1.1.1 Tính toán thông số chế độ ở hai đầu đường dây

Phương trình dòng - áp và phương trình công suất của mạng hai cửa bất kỳ- đường dây trong trường hợp riêng- được viết như sau:

Ux = U2cosh + I2Zc sinh

Ix = U2Yc cosh + I2 sinh (1.1)

Trang 13

: là góc của thông số truyền

δ ó ó gọi là góc truyền tải

Nếu bỏ qua tổn thất thì:

δ

Trang 14

Với D = A = cos và B = Zc sin ( môdun của các số phức A,B,D)

Nếu giữ điện áp hai đầu bằng nhau Bỏ qua tổn thất ta có:

δ ( khi

δ (khi (1.5)

Từ các phương trình này có thể dẫn ra công thức tính toán cho một số bài toán điển hình sau:

a) Biết công suất P,Q và điện áp ở một đầu đường dây: Tính dòng điện phức tại

đầu này rồi dùng phương trình dòng áp tính dòng áp ở đầu kia

b) Biết điện áp đầu đường dây và công suất P,Q cuối đường dây:

Có thể sử dụng các công thức sau [1- công thức 1.4.4] tính toán trong đơn vị tương đối với các đại lượng cơ sở là:

BA = B - A ; cosφ2 là hệ số công suất của phụ tải

Trang 15

trong đó p2 = s2 cosφ2 ; q2 = s2 sinφ2 là công suất của phụ tải

c) Biết điện áp hai đầu và một công suất:

Chẳng hạn biết U1, U2 và P2: xác định góc truyền tải  từ phương trình thứ nhất trong (1.3), sau đó dùng các phương trình công suất để tính các công suất khác

1.1.2 Xác định áp dòng tại một điểm bất kỳ trên đường dây:

Với đường dây dài, điện áp ở một điểm trung gian của nó có thể lớn hơn hay bé hơn giá trị điện áp ở cả hai đầu; cũng vậy với giá trị dòng điện , do đó ngoài việc tính toán áp dòng ở hai đầu thì việc kiểm tra giá trị dòng áp phân bố trên toàn bộ chiều dài là cần thiết, để đảm bảo rằng chúng không vượt quá giới hạn cho phép Dưới đây sẽ dẫn ra các công thức tính phân bố áp dòng cho hai trường hợp đường dây được điều chỉnh điện áp ở một đầu và ở cả hai đầu

a) Điều chỉnh điện áp một đầu đường dây

Biết điện áp và dòng điện (phức) ở một đầu đường dây, có thể dùng phương trình dòng áp tính dòng áp điểm bất kì Chẳng hạn biết các số phức U1 và I1, áp dòng tại điểm bất kì trên đường dâu thuần nhất, cách đầu đường dây khoảng cách x cho bởi:

Ux = cos x U1 – jZC sin x I1

Trong đó điện áp là giá trị pha

b) Điều chỉnh điện áp hai đầu đường dây

Dòng áp tại điểm bất kì cho bởi [1- 2.2.7]

Trang 16

1.2 Giới hạn làm việc:

1.2.1 Giới hạn tĩnh của ổn định góc (góc δ):

Xét chế độ làm việc với điện áp hai đầu đường dây được điều chỉnh không đổi Khi đó công suất truyền tải không thể vượt quá một giới hạn, liên quan đến giới

Trang 17

- 9

hạn ổn định góc của hệ thống, đó là giới hạn truyền tải qua mạch hai cửa sao cho các máy phát điện đồng bộ ở hai phía có thể duy trì sự làm việc đồng bộ

Từ phương trình công suất (1.3):

đạt được với góc truyền tải δ

Đối với mạch có tổng trở B nhỏ, giới hạn truyền tải này rất lớn Đối với đường dây tải điện cao áp dài, có B rất lớn thì giới hạn ổn định góc có thể trở nên thấp hơn các giới hạn khác do đó trở thành yếu tố hạn chế khả năng truyền tải điện

Thực tế giả thiết giữ điện áp không đổi sẽ yêu cầu hệ thống điện hai đầu phải

có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, khi phụ tải P2 thay đổi Khi P2 tăng lên thì Q2 sẽ cần phải giảm và đến một lúc nào đó cần đi ngược vào mạch hai cửa để giữ cho U2 không suy giảm (khi U1 cũng được duy trì không đổi) Thường cần phải giảm Q2, thậm chí phát Q2 vào mạch hai cửa để duy trì điện áp khi tăng phụ tải Đối với phụ tải giới hạn P2m ta có thể tìm được giá trị Q2 là:

Giá trị có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào góc , thường ở trong khoảng 0 - 900 thì <0 (tức là đi vào mạch 2 cửa)

1.2.2 Giới hạn tĩnh ổn định điện áp:

Trang 18

10

Khi phụ tải tăng, nếu không có nguồn công suất phản kháng ở phụ tải thì điện áp của nó sẽ giảm và đến một lúc nào đó sẽ gây ra hiện tượng mất ổn định điện

áp Để khảo sát sự mất ổn định này phải tính đến đáp ứng động của các phần tử lưới điện và phụ tải điện, xảy ra tiếp theo sau một sự sụt giảm điện áp Tuy nhiên bỏ qua các đáp ứng động ta cũng thấy điện áp phụ tải có một giới hạn tĩnh suy ra từ điều kiện tồn tại điểm làm việc xác lập

Điện áp U2 của mạch hai cửa khi đã cho điện áp U1 và công suất phụ tải tính

Trang 19

Tổn thất công suất và điện năng có thể tính toán dễ dàng sau khi xác định được chế độ làm việc, và theo đồ thị phụ tải của đường dây

1.4 Tính toán áp dụng

Trong mục này, các đặc điểm làm việc của đường dây tải điện dài sẽ được minh họa cho đoạn đường dây 500kV Nho Quan - Đà Nẵng dài 680km, Nho Quan

là đầu đường dây

Đường dây này gồm 3 đoạn có độ dài Nho Quan – Hà Tĩnh (289km); Hà Tĩnh - Vũng Áng (68km); Vũng Áng – Đà Nẵng (323) với phụ tải rẽ nhánh ở các trạm biến áp Hà Tĩnh, Vũng Áng và Đà Nẵng

Đường dây gồm 2 mạch, thông số mỗi mạch là dùng 4 dây nhôm lõi thép ACRS 330/43 cho một pha, thông số tổng hợp là: Ro = 0,0277 /km; Xo = 0,2819 /km; Bo=4.2437 µS/km Bỏ qua các thiết bị bù, thực hiện tính toán cho một số chế độ làm việc, với các mức phụ tải khác nhau

Trang 20

12

1.4.1 Tính chê độ không tải:

Vì không tải ở cả 3 trạm, nên chỉ còn là tính cho 1 đoạn đường dây dài 680

km Sử dụng phần mềm tính toán chế độ làm việc của đường dây tải điện CTL [ 2 ]

để tính toán và vẽ đồ thị, xét 2 trường hợp:

a) Trường hợp hở mạch cuối đường dây:

Giả sử điện áp ở đầu đường dây (Nho Quan) là: U1=500 kV, phụ tải cuối đường dây (Đà Nẵng): P4 = 0; Q4 = 0

Đồ thị điện áp (đường đỏ), thu được như trên hình 1-1:

Hình 1-1 Đồ thị điện áp trong trường hợp không tải và hở mạch ở cuối đường dây Nho Quan – Đà Nẵng

Trang 21

- 13

Nhận xét: Trong trường hợp này thì điện áp ở cuối đường dây tăng rất cao so

với đầu đường dây U2 = 679 kV và công suất phản kháng rất lớn, tại đầu đường dây kết quả tính toán bởi chương trình cho giá trị Q1 = - 891MVAr

b) Trường hợp điều chỉnh điện áp ở hai đầu đoạn đường dây

Giả sử điện áp ở đầu Nho Quan và điểm cuối Đà Nẵng được điều chỉnh bằng

500 kV

Đồ thị điện áp (đường đỏ) cho bởi chương trình CTL được trình bày trên hình 1-2:

Hình 1-2 Đồ thị điện áp trong trường hợp không tải

và giữ điện áp hai đầu đường dây Nho Quan – Đà Nẵng

Trang 22

có thể gây quá tải đường dây hay thiết bị khác:

Q1 = - Q2 = - 378 MVAr

1.4.2 Tính chế độ nặng tải

Chế độ nặng tải nhất tương ứng với công suất tại 3 trạm Hà Tĩnh, Vũng Áng

và Đà Nẵng như sau:

S2 = 300 + 130i MVA S3 = 300 + 130i MVA; S4 = 300 + 130i MVA

Để xét thêm lượng công suất truyền tải từ miền Bắc vào miền Nam, ta sẽ tăng thêm công suất tại trạm Đà Nẵng một lượng 450 + 195i MVA

Để tính toán cho đường dây có tải rẽ nhánh, ta cần sử dụng công cụ tính phân bố

dòng, ở đây sử dụng phần mềm LFE [ 2]

a) Trường hợp chỉ điều chỉnh điện áp ở đầu đường dây

Tính thông số mạch Pi tương đương:

Đoạn đường dây Nho Quan – Hà Tĩnh và Vũng Áng –Đà Nẵng khá dài nên sử dụng mạch Pi tương đương thay cho mạch Pi thường Sử dụng các công thức cơ bản trong Matlab như sau đây

+ Đoạn đường dây Nho Quan - Hà Tĩnh với chiều dài là: 289km

Z0 = 0,0277+0,2819i;

Y0 = 4,2437e-6i;

gama = sqrt(Z0*Y0) = 0,00005367 + 0,00109507i

l=289;

Trang 24

16

Mạng lưới điện cần tính toán bao gồm 4 nút và 3 nhánh

 Dữ liệu thông số các nút như bảng 1.1

(MW)

Qgen (MVAr)

Pload (MW)

 Dữ liệu thông số các nhánh như bảng 1.2

R (Ohm)

X (Ohm)

B (microS)

G (microS)

chế độ nặng tải

Sử dụng phương pháp Newton-Raphson đầy đủ để tính toán phân bố dòng, ta được các kết quả tính toán cụ thể như hình 1- 4:

Trang 25

- 17

Hình 1-4 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây Nho Quan – Đà Nẵng

trong chế độ nặng tải và điều chỉnh điện áp đầu đường dây

Điện áp tại các nút như bảng 1.3

(degree)

Pgen (MW)

Qgen (MVAr)

Pload (MW)

Bảng 1.3 – Bảng kết quả phân bố điện áp và công suất tại các nút trên

đoạn đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong chế độ nặng tải

Kết quả phân bố công suất trên các nhánh như bảng 1.4

P (MW)

Q

Nhánh 1 1 2 Nho Quan - Ha Tinh 1423,71 817,09 46,21 476,05 266,13 Nhánh 2 2 3 Ha Tinh - Vung Ang 1077,5 477,17 7,37 75,08 50,49 Nhánh 3 3 4 Vung Ang - Da Nang 770,13 322,59 20,12 206,98 209,4

Bảng 1.4 – Bảng kết quả phân bố dòng công suất các nhánh trên đoạn

đường dây Nho Quan – Đà Nẵng trong chế độ nặng tải

Trang 26

Qc gây ra là 526,02 do đó nguồn phải truyền tải một lượng công suất phản kháng là 817,09 MVAr và tổn thất điện áp rất lớn (27 %)

b.Trường hợp giữ áp 2 đầu không đổi

Cũng tính trong chế độ nặng tải, giả thiết điện áp tại hai đầu đường dây được giữ không đổi, Sử dụng phần mềm LFE và tính toán tương tự như trên (chỉ thay đổi cách tính khai báo kiểu nút tại Đà Nẵng từ nút PQ thành nút PV), kết quả tính toán được thể hiện như nhình 1-5

Hình 1-5 Kết quả phân bố dòng – áp trên đường dây trong chế độ nặng tải

và giữ điện áp 2 đầu đường dây Nho Quan – Đà Nẵng không đổi

Kết quả tính toán trên hình 1-5 thể hiện, tính toán phân bố điện áp tại các nút

và công suất trên các nhánh, điện áp tại các nút như bảng 1.5

Trang 27

- 19

(degree)

Pgen (MW)

Qgen (MVAr)

Pload (MW)

Bảng 1.5 – Bảng kết quả phân bố áp tại các nút trên đường dây trong chế độ nặng

tải và giữ điện áp 2 đầu đường dây Nho Quan – Đà Nẵng không đổi

Kết quả phân bố công suất trên các nhánh như bảng 1.6

P (MW)

Bảng 1.6 – Bảng kết quả phân bố áp tại các nút trên đường dây trong chế độ nặng

tải và giữ điện áp 2 đầu đường dây Nho Quan – Đà Nẵng không đổi

Ta thấy điện áp tại các nút ở giữa đều giảm so với hai đầu đường dây, cụ thể tại Hà Tĩnh U2 = 491,429kV, tại Vũng Áng U3 = 492,385, độ giảm lớn nhất là 1,7% đảm bảo điều kiện điện áp vận hành Trong trường hợp này thì tổng tổn thất công suất tác dụng là 45,94MW (3,4%), tổn thất công suất phản kháng là 468,9MVAr (76,94%) Như vậy khi giữ điện áp ở 2 đầu không đổi thì điện áp ở giữa đường dây

Trang 28

20

sẽ thấp (tuy nhiên vẫn đủ tiêu chuẩn vận hành), tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm Để giữ điện áp ở nút cuối cũng như để điều chỉnh thêm

điên áp ở giữa đường dây, có thể đặt các thiết bị bù

1.4.3 Tính giới hạn truyền tải:

a Giới hạn ổn định góc:

Giả sử điện áp điểm đầu (Nho Quan) và tại trạm Hà Tĩnh được giữ không đổi: U1 = 500 kV ; U2 = 475 kV Tính công suất P giới hạn và Q tương ứng cho đoạn Nho Quan – Hà Tĩnh (289 km) với giả thiết góc truyền tải trên đoạn bị giới

Trang 29

So sánh với giới hạn phát nóng, ứng với dòng cho phép trên đường dây này

là 2760A ở chế độ công suất tự nhiên định mức dòng điện là:

√

√ Như vậy dòng cho phép ở đơn vị tương đối là:

Trang 30

22

Nếu điện áp hai đầu được duy trì: U1 =500 và U2 = 475kV

Công suất giới hạn:

δ

= 0,989 (p.u) so với Ptn

So sánh với giới hạn phát nóng, ứng với dòng cho phép trên đường dây này

là 2760A ở chế độ công suất tự nhiên định mức dòng điện là:

√

√ Như vậy dòng cho phép ở đơn vị tương đối là:

Inhiệt = 2760/1118 = 2,46 ( p.u)

Ta thấy dòng giới hạn theo yêu cầu có đủ dự trữ ổn định 0,99 bé hơn giới hạn nhiệt, như vậy khả năng tải của đường dây này được xác định bởi điều kiện ổn định

Trang 31

+ Ứng với điện áp giới hạn:

+ Góc truyền tải giới hạn:

δ φ

δ Như vậy với độ dài đường dây 500kV từ - Nho Quan - Đà Nẵng – dài 680

km và hệ số công suất phụ tải cosφ2 = 0.9; nếu giữ điện áp U1 = 500kV, thì giới hạn phụ tải là 628 MVA Với phụ tải này điện áp ở cuối đường dây quá thấp

U2=386,83kV, góc truyền tải δ = 30,520

Trang 32

24

CHƯƠNG II

SỬ DỤNG THIẾT BỊ BÙ CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2.1 Hiệu quả của thiết bị bù:

Đối với đường dây dài có thông số điện kháng và điện dung tổng trên toàn chiều dài rất lớn Khi tải điện xoay chiều, các thông số này có thể gây ra nhiều ảnh hưởng tới chế độ làm việc của hệ thống điện, và khi đó cần phải tính đến các biện pháp giữ điện áp trong chế độ chuẩn hoặc nâng cao giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh

2.1.1 Nguyên lý chung:

Trong chế độ làm việc không tải hay nhẹ tải: Điện áp đặt lên đường dây, tức

là đặt lên điện dung của nó sẽ làm phát sinh dòng điện phản kháng tính dung lớn Dòng điện này thậm chí có thể lớn hơn cả dòng phụ tải bình thường, gây quá tải các thiết bị nối đường dây hoặc quá tải chính đường dây (vượt giới hạn phát nóng cho phép) Đồng thời dòng điện điện dung trên đường dây dài cũng làm tăng cao điện

áp trên đường dây, nhất là phía đầu hở mạch, có thể vượt quá giới hạn cho phép Ngoài ra nó làm tăng tổn thất năng lượng trên đường dây

Trong chế độ nặng tải: Dòng điện phụ tải chạy trên đường dây gây ra trên

tổng trở lớn của nó (mà điện kháng chiếm phần chủ yếu) sự sụt áp lớn Điện kháng đường dây cũng làm tăng góc truyền tải và làm hạn chế khả năng tải công suất của

nó

Từ phân tích trên ta thấy việc làm giảm các thông số L – C là rất cần thiết cho sự làm việc của đường dây dài điện áp cao và siêu cao tải điện xoay chiều Ngoài biện pháp phân nhỏ các dây dẫn cho phép giảm nhiều điện kháng thì việc sử dụng các thiết bị bù thông số là biện pháp rất có hiệu quả

Trang 33

- 25

Thiết bị bù (TBB) đặt trên đường dây về cơ bản chứa một phần tử điện cảm

L hay điện dung C; phần tử L sẽ có nhiệm vụ bù điện dung của đường dây, còn

phần tử C bù điện kháng của đường dây Khác với thiết bị bù phụ tải phản kháng là

các phần tử C đặt ở gần các trung tâm phụ tải và mắc sun với đường dây, thiết bị bù đặt trên đường dây bao gồm cả phần tử L và C đặt ngay tại (hay rất gần) đường dây cao (siêu cao) áp và có thể mắc song song (mắc ngang hay sun) hoặc mắc nối tiếp (dọc) với đường dây

Để giảm điện kháng của đường dây, ta sử dụng các phần tử tụ bù dọc (series compensator) mắc nối tiếp vào các dây pha Còn để giảm điện dung của đường dây,

ta sử dụng phần tử kháng bù ngang (shunt compensator) mắc song song – nối giữa các dây pha và trung tính của đường dây Tất nhiên vì lí do kinh tế các thiết bị bù chỉ có thể được đặt ở một số ít điểm trên đường dây, chủ yếu ở hai đầu và có thể một vài điểm giữa đường dây, thường kết hợp với các trạm cắt hay trạm biến áp Ta

có thể gọi các TBB này là bù thông số đường dây

2.1.2 Lợi ích của thiết bị bù:

a) Bù ngang bằng kháng điện có tác dụng:

- Cải thiện phân bố điện áp trên đường dây

- Giảm quá điện áp nội bộ

- Giảm dòng công suất phản kháng

- Giảm tổn thất điện năng

- Đảm bảo hoạt động bình thường của đường dây khi hòa đồng bộ, khi đóng đường dây vào hệ thống trong chế độ không tải và trong chế độ khác

- Giảm nguy cơ tự kích thích của máy phát điện

Tổng công suất của kháng bù trên đường dy 500kV chọn theo chế độ không tải theo điều kiện duy trì điện áp ở đầu hở của đường dây trong giới hạn cho phép (Umax≤1,05÷1,1Uđm)

Trang 34

26

Trong chế độ tải công suất nhỏ hơn công suất tự nhiên vẫn cần bù kháng điện

để giảm tổn thất điện năng và điều hòa điện áp

b) Bù dọc bằng tụ điện:

Là biện pháp chủ yếu để duy trì điện áp tăng khả năng tải và khả năng ổn định của hệ thống tải điện Tụ bù dọc làm giảm điện kháng của đường dây Nói cách khác là tụ bù dọc làm giảm tổng trở sóng của đường dây Hiệu quả bù dọc phụ thuộc vào số lượng trạm bù, công suất một trạm và vị trí đặt (đầu, giữa hoặc cuối đường dây) Nếu công suất cần bù ít thì có thể đặt ở một vị trí trên đường dây, nếu

bù nhiều (trên 50% điện kháng đường dây) thì nên đặt ở nhiều vị trí Nếu đặt bù tại một điểm có công suất bù lớn thì sẽ làm tăng quá điện ấp nội bộ, để hạn chế điều này thì hai cực của tụ bù thường lắp thêm kháng điện

2.1.3 Phân tích ảnh hưởng của TBB bằng cách sử dụng các thông số truyền

a) Hiệu quả của TBB đối với thông số hai cửa

Ma trận truyền của đường dây thuần nhất:

1

T

K

(-BK là điện áp của kháng điện – có giá trị âm, tức là BK có giá trị dương)

Kháng đặt cuối đường dây:

Trang 35

B jB C

A jB

D

B C

A T

T

K

K K

K

e

1

01

B A jB C

A D

B C

A jB

T

K K

e

1

01

(-XC là điện kháng của tụ điện – có giá trị âm, tức là XC có giá trị dương)

Tụ đặt ở đầu đường dây:

C jX A D

B C

A jX T

T

10

A jX B C

A jX

D

B C

A T

T

C

C C

C

e

10

Trang 36

28

A jB D



BNK đặt ở cuối đường dây làm thay đổi thông số A, trong khi đặt ở đầu đường dây

sẽ làm thay đổi thông số D Lượng thay đổi này cũng là như nhau:

Tóm lược sự thay đổi của thông số truyền được nêu trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số đường dây thay đổi khi sử dụng thiết bị bù

Trang 37

- 29

Như vậy ta có thể kết luận cho đường dây không tổn thất:

- Bù ngang làm giảm thông số C đồng thời làm tăng A (bù ở cuối đoạn) hay tăng D (bù ở đầu đoạn)

- Bù dọc làm giảm thông số B đồng thời làm tăng A (bù ở đầu đoạn) hay tăng D (bù

Việc tăng A có thể thực hiện bởi BNK ở cuối đường dây (kí hiệu BNK2) hay

BDT ở đầu đường dây (kí hiệu BDT1) Lượng tăng A bằng BKB đối với BNK2 và

C

XC đối với BDT1 (B và C là thông số của riêng đường dây) Việc giảm C thực

hiển bởi BNK, đặt ở đầu hay ở cuối cho cùng lượng giảm là BKA

Như vậy việc giảm U2 và I1 được thực hiện tốt nhất bởi BNK: bù ngang đặt ở đầu hay cuối đều làm giảm I1 trong khi BNK2 còn làm giảm U2 là yêu cầu quan trọng (và do đó làm giảm hơn nữa I1) Ngoài ra BDT1 cũng có hiệu quả giảm U2

 Chế độ nặng tải: U1 = const

Bỏ qua tổn thất ta có:

- Điện áp đầu cuối khi giữ áp đầu nguồn:

Trang 38

(p.u với cơ sở là U1 và U12/B)

- Công suất giới hạn khi giữ điện áp 2 đầu:

Pgh = U1U2 / B

- Công suất giới hạn khi giữ điện áp đầu nguồn:

BDT làm giảm thông số truyền B sẽ đáp ứng tất cả các yêu cầu: Nâng cao điện áp trên đường dây; nâng cao khả năng tải theo điều kiện ổn định góc hay ổn định điện áp (với điện áp U2 thì B giảm dẫn đến giảm công suất tương đối p2, q2 do công suất cơ sở tăng, từ đó dẫn đến U2 tăng)

Các công thức này cũng cho thấy hiệu quả của việc giảm A Nếu đặt tụ bù ở đầu đường dây thì lại làm tăng thông số truyền A

Ảnh hưởng của thiết bị bù đến chế độ làm việc của đường dây được thể hiện qua bảng - 2.2

Trang 39

- 31

Chú thích: Ô trống là không ảnh hưởng; Ô xám là thay đổi không mong muốn (chú ý bảng giả thiết U1 = const)

tỉ lệ với dòng trên đường dây tức là có một đặc tính điều chỉnh tốt, cho phép giảm

độ nhạy của điện áp đường dây với sự biến thiên phụ tải Về điểm này hiệu quả của

tụ bù dọc hơn hẳn tụ bù ngang (bù phụ tải): nếu tụ bù ngang được đặt cố định thì hiệu quả nâng áp của nó lại giảm đi khu phụ tải tăng và điện áp đường dây giảm

Ngoài tác dụng làm giảm độ sụt áp trên đường dây BDT còn là biện pháp rất kinh tế để nâng cao mạnh mẽ khả năng tải của nó Với chi phi rất rẻ so với xây dựng đường dây mới, bù dọc có thể cho phép tăng đến 2-3 lần khả năng tải công suất của đường dây hiện có

Kháng bù ngang cũng có đặc tính điều chỉnh tự nhiên tốt vì tiêu thụ một lượng dòng phản kháng tỉ lệ với điện áp trên đường dây tại điểm đặt, tuy nhiên ở chế độ tải nặng cần loại bớt hay hoàn toàn các kháng điện bù ngang để tránh làm giảm điện áp đường dây Vì thế kháng điện bù ngang thường được điều khiển đóng cắt theo chế độ làm việc Tụ bù dọc cũng được trang bị mạch nối tắt để loại nó ra khỏi đường dây, dùng cho mục đích điều khiển mức độ bù hoặc bảo vệ tụ

Để đặc trưng cho mức độ bù thông số, sử dụng các hệ số bù dọc và bù ngang

(compensation factor), được định nghĩa như tỉ số phần trăm của tổng điện kháng các

tụ bù dọc so với điện kháng tổng cộng của đường dây (XC/X), và tỉ số phần trăm

Trang 40

32

của tổng điện nạp của các kháng bù ngang so với điện nạp tổng cộng của đường dây (BK/B) Hệ số bù thường ở trong khoảng 25-70%

2.2 Giới thiệu TBB dùng trên đường dây 500kV Việt Nam:

2.2.1 Lưới điện 500kV Việt Nam (hình 2-1)

Hệ thống điện 500kV bắt đầu vận hành từ giữa năm 1994, với việc đưa vào vận hành đường dây 500kV Bắc - Nam dài gần 1500km với hai trạm 500kV chính ở hai đầu là Hoà Bình và Phú Lâm, công suất mỗi trạm là 900MVA Tổng công suất các trạm biến áp 500kV là 3150MVA Năm 1999, hệ thống 500kV được bổ sung thêm 26km đường dây 500kV mạch kép Yaly - Pleiku, nâng tổng chiều dài các đường dây 500kV lên đến 1531km Đầu năm 2004, EVN đã đóng điện thành công mạch 2 đường dây 500kV Pleiku – Phú Lâm, chiều dài 542km và đường dây 500kV Phú Mỹ – Nhà Bè – Phú Lâm Các mạch đường dây này cũng góp phần tăng cường khả năng truyền tải công suất chung của toàn hệ thống.Tính đến cuối năm 2010 tổng công suất các trạm 500kV trên tuyến Bắc Nam lên 11,550MVA và tổng chiều dài các đường dây 500kV được nâng lên đến 3,285km

Lưới truyền tải siêu cao áp 500kV có thể coi là xương sống của hệ thống điện Việt Nam Chạy suốt từ Bắc vào Nam với tổng chiều dài trên 3000km, lưới điện 500kV đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cân bằng năng lượng toàn quốc và có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy cung cấp điện của từng miền Giới thiệu lưới điện 500kV Việt Nam như hình 2 – 1

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	3,41 MB