Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối điện,

Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do sự cố ch

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát trong quá trình học tập và công tác Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng nguyên tắc Kết quả trình bày trong luận văn được thu thập là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, tháng 10 năm 2015

Tác giả

Phạm Tiến Cầu

TBAPP: Trạm biến áp phân phối

TBPĐ : Thiết bị phân đoạn

TĐL : Tự động đóng lại đường dây

TĐN : Tự động đóng nguồn dự phòng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật trạm 220, 110kV hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc 49

Bảng 4.2: Mang tải các đường dây 220, 110kV hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc 51

Bảng 4.3: Các chỉ số kinh tế cho LĐPP tỉnh Vĩnh Phúc 73

Bảng 4.4: Các thông số đường dây 471 E4.3 75

Bảng 4.5: Các thông số máy biến áp thuộc lộ 471 E4.3 76

Bảng 4.6: Các thông số phụ tải ĐZ 471 E4.3 76

Bảng 4.7: Kết quả điện áp các nút ở chế độ cực đại 77

Bảng 4.8: Kết quả các dòng công suất trên các nhánh ở chế độ cực đại 79

Bảng 4.9: Kết quả tổn thất công suất trên các nhánh ở chế độ cực đại 81

Bảng 4.10: Tổn thất công suất ban đầu của xuất tuyến 471 E4.3 ở chế độ phụ tải cực đại 87 Bảng 4.11:Tổn thất công suất ban đầu của xuất tuyến 471 E4.3 ở chế độ phụ tải cực tiểu.87 Bảng 4.12: Vị trí bù và dung lượng bù phía trung áp cố định 90

Bảng 4.13: Tổn thất công suất sau khi bù trung áp cố định 90

Bảng 4.14: Vị trí và dung lượng bù TA cố định kết hợp điều chỉnh 93

Bảng 4.15: Tổn thất công suất sau khi bù TA cố định kết hợp điều chỉnh 93

Bảng 4.16: Bảng so sánh các phương án bù kinh tế cho xuất tuyến 471 E4.3 94

Bảng 4.17: Kết quả điện áp các nút ở chế độ cực đại sau khi sử dụng phương pháp bù kinh tế 94

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện 4

Hình 1.2 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày 5

Hình 1.3 - Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp 7

Hình 1.4 - Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp 7

Hình 1.5 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 12

Hình 1.6 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 13

Hình 1.7 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 13

Hình 1.8 - Đặc tính của đèn sợi đốt 14

Hình 1.9 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp 15

Hình 1.10 - Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX 19

Hình 2.1 - Sơ đồ phân tích các thành phần đối xứng 23

Hình 4.1 Sơ đồ áp dụng triển khai PSS/ADEPT 61

Hình 4.2 - Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT 5.0 63

Hình 4.3 - Các nút và thiết bị vẽ sơ đồ lưới điện 64

Hình 4.4 - Cửa sổ khai báo tham số lưới điện 65

Hình 4.5 - Giao diện hiển thị trào lưu công suất 66

Hình 4.6 - Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO 66

Hình 4.7 - Cửa sổ tùy chọn CAPO trong bài toán bù kinh tế 67

Hình 4.8 - Đồ thị phụ tải điển hình ngày - Lộ 371 E4.3 71

Hình 4.9 - Đồ thị phụ tải điển hình - Lộ 471 E4.3 72

Hình 4.10 - Sơ đồ mô phỏng xuất tuyến 471 E4.3 74

Hình 4.11 - Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa vị trí lắp tụ bù 84

Hình 4.12 - Hộp thoại cài đặt các thông số tụ trong CAPO 85

Hình 4.13 - Hộp thoại cài đặt các thông số kinh tế trong CAPO 88

Hình 4.14 - Bảng hộp thoại tùy chọn cho bài toán CAPO-TA cố định 89

Hình 4.15 - Kết quả tính toán bù cố định 90

Hình 4.16 - Đồ thị điện áp trước và sau khi bù trung áp cố định 91

Hình 4.17 - Hộp thoại tùy chọn cho bài toán CAPO cố định kết hợp điều chỉnh 92

Hình 4.18 - Kết quả tính toán bù cố định kết hợp điều chỉnh 92

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 3

1.1 Các vấn đề chung về chất lượng điện áp 3

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp 6

1.2.1 Chỉ tiêu tần số 6

1.2.1.1 Độ lệch tần số: 6

1.2.1.2 Độ dao động tần số: 6

1.2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: 7

1.2.2 Chỉ tiêu điện áp 8

1.2.2.1 Dao động điện áp 8

1.2.2.2 Độ lệch điện áp 9

a Độ lệch điện áp tại phụ tải 9

b Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp 10

c Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 11

d Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải 13

1.2.2.3 Độ không đối xứng 15

a Nguyên nhân 15

b Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện 16

1.2.2.4 Độ không sin 19

Chương 2:CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP 21

2.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê 21

2.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp 22

2.3 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng 23

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 23

2.3.2 Các bước tính 25

2.4 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp 26

2.5 Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp 27

2.6 Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp 28

Chương 3: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP 30

3.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành 30

3.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật 31

3.3 Điều chỉnh điện áp 31

3.4 Bù công suất phản kháng 33

3.4.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 33

3.4.2 Nguyên tắc bù công suất phản kháng 34

3.4.3 Phương pháp bù công suất phản kháng 35

3.4.3.1 Bù dọc 35

3.4.3.2 Tụ bù tĩnh 39

3.5 Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài 39

3.6 Đối xứng hóa lưới điện 40

3.6.1 Đối xứng hóa bằng các phần tử tĩnh 40

3.6.1.1 Cơ sở lý thuyết 40

3.6.1.2 Mô hình các phụ tải không đối xứng 41

3.6.1.3 Các phương pháp đối xứng hóa lưới điện 45

3.6.2 Đối xứng hóa bằng máy điện quay 47

Chương 4: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH VĨNH PHÚC, TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP 49

4.1 Tổng quan về lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc 49

4.1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện tỉnh Vĩnh Phúc 51

4.1.2 Hiện trạng cung cấp điện của Điện lực Thành phố Vĩnh Yên 51

4.1.2.1 Về nguồn điện 51

4.1.2.2 Khối lượng quản lý vận hành 51

4.1.2.3 Đường dây quản lý, sử dụng tại địa phương (trung áp, hạ áp) 52

4.1.2.4 Tình hình bù hiện trạng (tính đến hết 31/12/2013) 53

4.1.2.5 Thực trạng hệ thống điện trên địa bàn 54

4.1.2.6 Thực trạng thị trường điện lực 54

4.1.3 Thực trạng hiệu quả kinh doanh và tình hình tổn thất điện năng lưới điện Thành phố Vĩnh Yên các năm vừa qua 56

4.1.3.1 Kết quả hoạt động kinh doanh điện năng của Điện lực Thành phố 56 4.1.3.2 Kết quả thực hiện chỉ tiêu tổn thất điện năng của Điện lực Thành phố 57

4.2 Giới thiệu chung về phần mềm PSS/ADEPT 60

4.2.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT và cách sử dụng để tính toán 60

4.2.1.1 Giới thiệu chung: 60

4.2.1.2 Các module tính toán của PSS/ADEPT 62

4.2.1.3 Cách thức tạo sơ đồ và thiết lập các thông số lưới điện trung áp trong phần mềm PSS/ADEPT: 62

4.2.1.4 Tính toán trào lưu công suất 64

4.2.1.5 Tính toán tối ưu hóa vị trí bù (Capacitor placement optimization) 66

4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm PSS/ADEPT 69

4.2.2.1 Cơ sở dữ liệu dây dẫn 69

4.2.2.2 Cơ sở dữ liệu máy biến áp 69

4.2.2.3 Cơ sở dữ liệu phụ tải 70

4.2.3 Xây dựng đồ thị phụ tải ngày điển hình 71

4.2.4 Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT: 72

4.3 Mô phỏng các chế độ vận hành của lộ đường dây 22kV trạm 110kV Vĩnh Yên - 471 E4.3 bằng phần mềm PSS/ADEPT 74

4.3.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý xuất tuyến 471 E4.3 trên PSS/A 74

4.3.2 Thu thập dữ liệu xuất tuyến 75

4.3.2.1 Dữ liệu đường dây 75

4.3.2.2 Dữ liệu máy biến áp 76

4.3.2.4 Dữ liệu về công suất phụ tải 76

4.3.3 Mô phỏng các chế độ vận hành của lộ 471 E4.3 77

4.3.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 77

4.3.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 83

4.4 Tính toán bù công suất phản kháng cho xuất tuyến 471 E4.3 bằng phần mềm PSS/ADEPT 84

4.4.1 Tính toán phân bố công suất ban đầu 87

4.4.2 Các phương án tính toán bù kinh tế 88

4.4.2.1 Tính toán bù cố định phía trung áp 88

4.4.2.2 Kết quả tính toán bù cố định 89

4.4.2.3 Dòng công suất và tổn thất công suất sau khi bù 90

4.4.2.4 Nghiên cứu tính toán bù cố định kết hợp bù điều chỉnh phía trung áp 91

4.4.3 So sánh các phương án tính toán bù kinh tế 93

KẾT LUẬN 98

1 Kết luận 99

2 Hướng phát triển 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện áp thường gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt ở các đường dây sử dụng các cấp điện áp là

6, 10, 22 KV lấy qua các trạm trung gian 35/6 kV và 35/10 kV không có hệ thống điều áp dưới tải Lưới điện thuộc Công ty Điện lực Vĩnh Phúc cũng nằm trong tình trạng này Dù rằng trong một vài năm trở lại đây đã được đầu tư nâng cấp nhưng vẫn còn tồn tại một số khu vự chất lượng điện áp chưa đạt yêu cầu

Bản thân đang sinh sống và làm việc tại tỉnh Vĩnh Phúc, mong muốn đóng

góp một phần những tìm tòi, nghiên cứu của mình vào việc nâng cao chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc

Đối tượng nghiên cứu:

Lưới điện phân phối tại Công ty điện lực Vĩnh Phúc và ứng dụng phần mềm PSS/ADETP, mô phỏng lưới điện phân phối để nghiên cứu, tính toán

Các lý thuyết về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá, biện pháp nâng cao CLĐA trong lưới phân phối điện

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình…, viết về tính toán điều chỉnh chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện, các tiêu chuẩn qui định về lưới điện phân phối

Phương pháp tính toán ứng dụng: Áp dụng những lý thuyết đã nghiên cứu, các số liệu thống kê, báo cáo về lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc, sử dụng phần mềm PSS/ADETP để thao tác tính toán cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phối tỉnh Vĩnh Phúc

Đề tài: Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối điện,

áp dụng cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc

Bố cục luận văn: Luận văn thực hiện bố cục nội dung như sau:

Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện áp và các chỉ tiêu đánh giá

Chương 2: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp

Chương 3: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp

Chương 4: Phân tích hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Vĩnh Phúc, tính toán giải

pháp cải thiện chất lượng điện áp

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ

1.1 Các vấn đề chung về chất lượng điện áp

Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:

1 An toàn điện

2 Chất lượng điện năng

3 Độ tin cậy cung cấp điện

4 Hiệu quả kinh tế

Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng, nó được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:

1 Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức

Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường dây khác nhau Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện

áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung

cấp Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.1.

Hình 1.1 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện

a) Dạng sóng điện áp lý tưởng

b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp

Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do

sự cố chạm đất…

Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy định Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện

áp 3 pha Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý

để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị

Bởi vì một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức Tiêu chuẩn Châu Âu

EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng

EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là  10 % với 95 % thời gian trong tuần Với hệ thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp  10 % là quá rộng

Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải Điều này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định

là 50 Hz Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz 

1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian trong tuần Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là  2% Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước thành viên

Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực

ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ 1 lần Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị:

Hình 1.2 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày

Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm trong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải

Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy phạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau:

1 Về điện áp:

- Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng  5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cos 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải

đã thỏa thuận trong hợp đồng

- Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5

% đến -10 %

2 Về tần số:

- Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi  0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz

- Trường hợp hệ thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là  0,5 %

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp

Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:

∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax

1.2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số

Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện

a) Với thiết bị điện

Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn đến giảm năng suất làm việc của thiết bị

Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các động cơ Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại

b) Đối với hệ thống điện

Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy

Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ hoá như máy biến áp

Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải

Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45  46) Hz, ở tần số này năng suất của các thiết bị dùng điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng

Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế trong hệ thống điện

Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất

rõ trong phân tích trên Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và momen cơ trên trục máy phát Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng momen này được thực hiện tại các nhà máy điện Trong phạm vi nghiên cứu về lưới điện phân phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp

do chúng là một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

U - U

U ; (1.2) Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng

và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép

S - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;

Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;

SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA

Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ Với cùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì mức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càng được đảm bảo Tuy nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu

tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ lưỡng để làm dung hòa các yếu tố trên

Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính toán gần đúng như sau:

N

ΔQ

U = 100S

Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:

B N

S

U = 100S

Trong đó:

Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;

SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;

SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc

Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy định dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:

N - là số dao động trong một giờ;

∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút)

Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 % Đối với các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến 1,5 % Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn

15 % thì sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển

1.2.2.2 Độ lệch điện áp

a Độ lệch điện áp tại phụ tải

Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức:

n n

nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110

% điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này

có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành

b Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp

Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào) Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ

áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: - ≤  ≤ +

Hình 1.3 Hình 1.4

Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đạt yêu cầu về độ lệch điện áp Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai chế độ max và chế độ min của phụ tải

Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước

số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min

A1 A2 B1 B2

Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong

cả chế độ phụ tải max và min

Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn

thất điện áp trên lưới trung áp Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện

áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4

kV của trạm phân phối

Ta có:

A1 B1 H1 A2 B2 H2

UU

 H1 B1

H2 B2

UU

Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:

Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh giá chất lượng điện như Hình 1.4 Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong chế độ max và min, tính được B1, B2 Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối bằng một đường thẳng Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3) thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng (đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần

có các biện pháp để điều chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trong miền giới hạn

c Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối

Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:

Hình 1.5 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối

Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầu nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức Khi truyền tải trên đường dây trung

áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân

áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến điện áp Ep1 Ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất điện áp UB1 trong máy biến áp phân phối Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp điện áp giảm xuống thấp hơn nữa do tổn thất UH1 trên lưới hạ áp

Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2) Nếu đường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chất lượng điện áp đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện pháp điều chỉnh Áp dụng tiêu chuẩn (1.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp tại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp với cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước Song với tiêu chuẩn này ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp và không thể lập mô hình tính toán để giải trên máy tính điện tử Để khắc phục ta đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau:

Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán:

B1 1 TA1 P B1

A1 B1 H1 A2 B2 H2

Tiêu chuẩn này được vẽ trên Hình 1.7 với trục ngang là độ lệch điện áp B1, chất lượng điện áp được đảm bảo khi B1 nằm trong miền giữa - + U1+ và + - 

d Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải

Trong thực tế ta thấy khi làm việc với các thiết bị điện sử dụng chất lượng điện kém và điện áp thường xuyên dao động nó sẽ gây ra những tác động không tốt đến sức khỏe người lao động, giảm hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị điện

Ta có thể nhận thấy sự ảnh hưởng này đối với các thiết bị cụ thể như sau:

1 Đối với động cơ:

Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào động cơ Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ

2 Đối với thiết bị chiếu sáng

Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5 % thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9 % Đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng

10 % thì tuổi thọ của nó giảm (2025) %, với các đèn có khí, khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn Đối với các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95 % điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác

3 Đối với nút phụ tải tổng hợp

Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc

U n

U gh

Hình 1.9 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp

Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nút phụ tải hay toàn hệ thống điện khi điện áp giảm xuống (7080) % so với điện áp định mức ở nút phụ tải Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải có biện pháp ngăn chặn kịp thời

4 Đối với hệ thống điện

Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết

bị bù sinh ra Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ Khi điện áp tăng quá cao

Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khác nhau như:

- Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất như lò điện, máy hàn, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải sinh hoạt… Các lò hồ quang ba pha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thường không đồng đều Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha cũng là nguyên nhân gây mất đối xứng

- Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn như đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác đều

mà không hoán vị

- Do áp dụng một số trường hợp đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”,

“pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ truyền tải điện trên 1 hoặc 2 pha

- Do sự cố ngắn mạch không đối xứng, đứt dây… Trong các tình trạng làm việc này hiện tượng điện áp và dòng điện trên các pha có trị số khác nhau

và góc giữa 2 vectơ cạnh nhau khác 120° Lúc này trong lưới điện ngoài thành phần thứ tự thuận còn xuất hiện các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không của điện áp, dòng điện gây ảnh hưởng đến sự làm việc của thiết bị điện ba pha

Sự không đối xứng còn gây ra nhiều vấn đề ảnh hưởng lớn đến hệ thống điện

và các phụ tải, do đó để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp thì không những các nhà thiết kế mà cả các kỹ sư vận hành lưới điện và người sử dụng cũng phải cần dành sự quan tâm đặc biệt cho vấn đề này

Như vậy ta có thể thấy độ không đối xứng của lưới điện xuất hiện khi có thành phần thứ thự nghịch trong nó Đặc biệt là sự xuất hiện của điện áp thứ thự nghịch Độ không đối xứng được ký hiệu là K2 và tính như sau:

2

2 2

U +a U +a UU

Với U2 - Điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản;

K2 ≤ 1 % thì được xem là đối xứng

b Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện

Trong khi lưới điện bị mất đối xứng sẽ xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ

tự không Do điện trở thứ tự nghịch nhỏ hơn điện trở thứ tự thuận từ (57) lần Nên với một giá trị nhỏ của điện áp U2 cũng có thể làm cho dòng điện thứ tự nghịch lớn gây lên đốt nóng thiết bị điện, đồng thời nó gây lên tổn thất thứ tự nghịch và thứ

tự không

1 Đối với máy phát đồng bộ

Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ thường làm việc trong lưới trung tính cách ly, do đó trong chế độ không đối xứng không tồn tại thành phần dòng thứ tự không mà qua chúng chỉ có thành phần thứ tự thuận và nghịch

Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rôto nên không quét qua rôto và các tác dụng của nó giống như lúc máy phát có phụ tải đối xứng bình thường (trong rôto không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích một chiều) Hệ dòng thứ tự nghịch sinh từ trường quay ngược chiều rôto với vận tốc đồng

bộ do đó nó quét qua rôto với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ và do đó trong mạch rôto sẽ có dòng cảm ứng tần số 100 Hz Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy phát điện đồng bộ

Tác dụng nhiệt là do từ trường quay ngược cắt các mạch vòng khép kín của phần quay và tĩnh của máy phát và nó sinh dòng cảm ứng cùng tồn tại thất phụ Đối với các máy phát nhiệt điện (tuabin máy phát) rôto của chúng là cả một khối thép lớn, do đó dòng cảm ứng với tần số 100 Hz trong rôto cũng rất lớn Ngoài ra vì tần

số của dòng trong rôto tương đối cao do đó hiệu ứng mặt ngoài mạnh, dòng rôto khép mạch qua các chêm và đai Vì vậy các tác dụng nhiệt của dòng cảm ứng tần số

100 Hz đối với rôto máy phát nhiệt điện rất nguy hiểm Đối với máy thuỷ điện, vì rôto cục lồi lên dòng cảm ứng tần số 100 Hz nhỏ hơn nhiều so với máy phát nhiệt điện và chế độ không đối xứng, tác dụng nhiệt không nguy hiểm như đối với máy phát nhiệt điện

Trong chế độ không đối xứng mômen của máy phát gồm hai thành phần: không đổi dấu và đập mạch Tác dụng của từ trường nghịch với cuộn kích thích sẽ sinh ra mômen đổi dấu đập mạch với tần số 100, 200, 300 Hz,… Tuy nhiên trong thực tế chỉ cần xét đến mômen đập mạch với tần số 100 Hz vì biên độ mômen tần số càng cao càng nhỏ, thí dụ biên độ của mômen đập mạch với tần số 200 Hz chỉ bằng

10 % biên độ của mômen đập mạch với tần số 100 Hz

Để xác định mômen đập mạch sinh ra trong chế độ không đối xứng cần phải xét máy phát cùng với mạch ngoài vì điện kháng thứ tự nghịch của máy phát không chỉ phụ thuộc vào tham số của bản thân máy phát mà còn phụ thuộc vào cả mạch điện không đối xứng bên ngoài Tác dụng mômen đổi dấu đối với máy phát điện

là gây ứng suất phụ và rung

2 Đối với động cơ không đồng bộ

Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rôto là sinh mô men không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó dòng rôto

có tần số f1s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rôto và vận tốc đồng bộ, f1tần số dòng phần tĩnh)

Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rôto nên sinh dòng cảm ứng trong rôto với tần số (2 - s).f1 Điện trở tác dụng tương đối định mức của rôto động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 ÷ 0,03), điện kháng tản từ của rôto cũng chỉ vào khoảng 0,1 Trong khi đó điện kháng từ hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ÷ 4) Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động

cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của nó X2 =

XN = (0,1 ÷ 0,3) tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận Như vậy ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ cũng có dòng thứ tự nghịch rất lớn

Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai pha còn lại tăng gấp 3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rôto tăng hai lần Vì vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ không đối xứng có

thể giảm xuống đến hai lần

3 Đối với đường dây các phần tử tĩnh khác

Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và các phần tử tĩnh khác tăng lên Ví dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha đường dây

có dòng điện I và điện trở R là 3I2R Còn trong chế độ không đối xứng, nếu dòng trong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng trong pha thứ ba vẫn là I thì tổn thất trên đường dây khi đó là: R[(I+I)2+(I - I)2+I2] = R(3I2+2I2)

Hình 1.10 - Sự phụ thuộc của tổn thất điện áp vào các hệ số KĐX.

Chế độ không đối xứng có thể dẫn đến quá tải các tụ điện bù, tụ lọc của thiết

bị chỉnh lưu và phản chỉnh lưu, làm phức tạp cho bảo vệ rơle Vì điện áp khi đó có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp định mức nên công suất phát của tụ QC của tụ có thể tăng hoặc giảm, do đó có thể thay đổi sự đốt nóng của các pha khác nhau

1.2.2.4 Độ không sin

Điện áp và dòng điện ba pha thay đổi theo chu kỳ hình sin với tần số cơ bản 50

Hz Nhưng trong thực tế ta không bao giờ nhận được đường cong hình sin trọn vẹn

vì hầu hết các phần tử của hệ thống điện có đặc tính Vôn-Ampe là phi tuyến Điều

đó dẫn đến sự xuất hiện của các tần số khác nhau làm cho điện áp và dòng điện không sin đó là các sóng hài

Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như: bộ chỉnh lưu, thyristor… làm biến dạng đường đồ thị dòng điện dẫn đến biến dạng đồ thị điện áp, khiến nó không còn là hình sin nữa, xuất hiện các sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao này góp phần làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm 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 thống cung cấp điện, gây nhiễu radio, TV và các thiết bị điện tử, điều khiển khác…

Tiêu chuẩn quy định:

2

1 3,5,7

U1 giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc nhất của điện áp

Biện pháp khắc phục là sử dụng các thiết bị lọc sóng hài bậc cao

Trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp trên đây, độ lệch điện áp so với điện

áp định mức là tiêu chuẩn cơ bản Điều chỉnh độ lệch điện áp là công việc khó khăn nhất, tốn kém nhất, được thực hiện đồng bộ trên toàn bộ hệ thống điện Các tiêu chuẩn còn lại có tính địa phương và được điều chỉnh cục bộ ở xí nghiệp…

Chất lượng điện áp được đảm bảo nhờ các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới truyền tải và phân phối Các biện pháp điều chỉnh điện áp và thiết bị cần thiết để thực hiện được lựa chọn trong quy hoạch và thiết kế lưới điện và được hoàn thiện thường xuyên trong vận hành, các tác động điều khiển được thực hiện trong vận hành gồm có các tác động dưới tải và ngoài tải Điều khiển dưới tải được thực hiện tự động hoặc bằng tay từ xa hoặc tại chỗ

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

Đánh giá chất lượng lưới điện là một công việc có ý nghĩa hết sức quan trọng đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế những ảnh hưởng hay tác hại không mong muốn

do chất lượng điện thấp gây ra Từ đó cho chúng ta mô hình tốt nhất về các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện Trong phần này ta sẽ nghiên cứu một số biện pháp chủ yếu có thể sử dụng để phân tích đánh giá một lưới điện và tùy thuộc những điều kiện cụ thể mà chúng ta chọn một phương pháp đánh giá hợp lý

2.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê

Độ lệch điện áp là một đại lượng ngẫu nhiên tuân theo luật phân phối chuẩn, nên hàm mật độ có dạng:

2 2 ν

( - V)

- 2σ ν

1f(ν) = e

σ 2π

 (2.1)

Trong đó:

 - Độ lệch điện áp so với giá trị định mức;

V- Kỳ vọng toán của độ lệch điện áp, xác định bởi:

T

tb n t

n 0

U - U1

T U (%); (2.2) Trong đó:

Utb - Điện áp trung bình trong khoảng thời gian T;

T - Thời gian khảo sát, h;

 - Độ lệch trung bình bình phương của độ lệch điện áp, xác định theo phương sai:

2 T

2 ν 0

1

σ = ν(t) - V) dt

T  (2.3) Giữa độ lệch chuẩn của độ lệch điện áp  và độ lệch chuẩn của điện áp u

có mối quan hệ:

u ν n

max min u

U - U

6

 ; (2.5) Điện áp trung bình được xác định:

max min tb

2 ; (2.6) Xác suất chất lượng là xác suất mà độ lệch điện áp của mạng điện nằm trong giới hạn cho phép:

Xác suất chất lượng của cả đường dây được tính theo công thức:

cli j CL

A - Tổng điện năng tiêu thụ trong thời gian T;

Độ bất định của điện áp được xác định: 2 2

H =  + σ; Các đại lượng H, ,  là những đại lượng đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc đánh giá chất lượng điện mà còn trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế -

kỹ thuật có liên quan đến chất lượng điện

2.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp

Ta biết rằng hao tổn điện áp trong mạng điện được xác định theo công thức:

R, X - Điện trở tác dụng và phản kháng

Un - Điện áp định mức của mạng điện

Điện áp tại đầu vào của thiết bị dùng điện được xác định theo biểu thức:

U = Un - ∆U;

Độ lệch điện áp tại đầu của hộ dùng điện được xác định:

n n

U (%);

- Hệ số không cân bằng điện áp:

Kkcb(U) = 0

1

U 100

1) Tính toán không đối xứng theo dòng điện hoặc điện áp

Trong lưới điện 3 pha 4 dây, với A = B =C = tb, các thành phần dòng điện được xác định theo biểu thức:

- Hệ số không đối xứng điện áp:

Kkđx(U) = 2

1

U 100 (%)

Với dòng điện ta kiểm tra tương tự:

2) Tính toán độ đối xứng theo phương pháp xác suất

Giả sử ta có m thụ điện 1 pha được đóng, với xác suất đóng của các thụ điện

trung bình là p Theo Becnuli, xác suất đóng n thụ điện vào lưới được xác định theo biểu thức:

p, q - Xác xuất đóng và không đóng thụ điện vào lưới;

Giả sử số lượng thụ điện được mắc đều ở các pha, xác suất ở các pha là n1,

2.4 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp

Vì số lượng phụ tải trong lưới điện rất lớn, chúng ta không thể hạn chế độ lệch điện áp và tiêu chuẩn hoá đối với từng thụ điện riêng mà phải đặt ra chỉ tiêu trung bình đối với toàn bộ nhóm tiêu thụ Nghĩa là chỉ nói đến giá trị trung bình chứ không nói đến giá trị tức thời thực tế Chính vì vậy để đánh giá chất lượng điện ta cần sử dụng không những giá trị tuyệt đối mà cả khoảng thời gian của độ lệch điện

áp, nghĩa là chúng ta phải xét hàm  = f(t) Với hàm này chúng ta có thể xác định điện áp trung bình sau một chu kì xét T nào đó

Độ lệch trung bình của điện áp so với định mức xác định bởi tích phân hàm

độ lệch điện áp (t) trong khoảng thời gian T:

T tb

0

100

Tuy nhiên, giá trị trung bình của độ lệch điện áp đôi khi cho chúng ta những kết luận nhầm lẫn, vì ở một thời điểm nhất định trị số độ lệch điện áp  có thể âm hoặc dương, dẫn đến sự triệt tiêu lẫn nhau khi thực hiện phép tính phân Đặc trưng đầy đủ hơn của chất lượng điện áp là độ lệch trung bình bình phương của nó hay còn gọi là độ bất định của điện áp (H) trong khoảng thời gian T

 

T 4

n

i i i=1

tb n

i i=1

tb n

i i=1

2.5 Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp

Công suất tác dụng và điện áp ở mỗi nút mạng của lưới điện là các đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào nhau và tuân theo hàm phân bố chuẩn

min cpmin

U P

CL

P U

p =   f(P,U)dUdP;

Ta có điện năng chất lượng là:

cpmax

cpmin

U CL

U

(P,U)

P = (U - U ) + P ;σ



Trong đó:

Ptb, Utb - Công suất và điện áp trung bình;

(P, U) - Mô men tương quan giữa P và U;

Thời gian chất lượng là:

cpmax

cpmin

U

cpmax tb cpmin tb CL

2.6 Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp

Độ không sin được xác định thông qua hệ số:

K.sin K.sin

Trong đó:

AK.sin, A – Hao tổn điện năng ở các chế độ không sin và hình sin

Để xác định các thành phần sóng hài bậc cao ta có thể xác định thông qua phương pháp phân tích chuỗi Furie

h=1

f(ωt) = A + B sin hωt +C cos hωt ; Trong đó:

ωt 0 0

1

A = f(ωT)dωt

ωt h

h

C = arctg

B

 - Pha của sóng hài;

Nhận xét:

Trong các biểu thức đánh giá chất lượng điện trên, không phải lưới điện nào

ta cũng áp dụng được tất cả các phương pháp đó để đánh giá chất lượng điện áp mà

nó còn phụ thuộc vào mức độ chính xác hay không, khó hay dễ, trang thiết bị kĩ thuật để đo đếm… Trong đó, phương pháp đánh giá chất lượng điện theo độ lệch giới hạn của điện áp, theo mô hình xác suất thống kê, đánh giá độ đối xứng theo các thành phần đối xứng là có thể áp dụng được hầu hết ở các lưới bởi các phương pháp này tương đối đơn giản, thuận tiện, chính xác và dễ áp dụng

Chương 3

CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Do lưới điện phân phối ở nước ta có nhiều cấp điện áp khác nhau và phương thức cấp điện phức tạp cho nên việc đưa ra một biện pháp để nâng cao chất lượng điện cần được tính toán phân tích kỹ lưỡng cả về hai mặt là đáp ứng về kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế Với những đặc trưng của mạng điện phân phối chúng ta có thể phân ra 2 nhóm biện pháp chính để nâng cao chất lượng điện:

3.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành

Các biện pháp tổ chức quản lý vận hành không đòi hỏi chi phí lớn Nhưng yêu cầu người thực hiện phải hiểu rõ về sơ đồ và tình trạng làm việc của lưới điện vận hành Nhóm này bao gồm các biện pháp chính sau:

1 Phân bố phụ tải hợp lý:

Việc phân bố phụ tải hợp lý sẽ làm san bằng đồ thị phụ tải, giảm sự chênh lệch phụ tải và hao tổn điện áp tại hai thời điểm phụ tải cực đại và cực tiểu, dẫn đến giảm chênh lệch về độ lệch điện áp tại hai thời điểm này Như vậy sẽ làm giảm khoảng giới hạn của độ lệch điện áp và nâng cao hiệu suất sử dụng của lưới điện

2 Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý:

Sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhằm giảm tối đa các thông số R, X trong lưới điện, làm giảm tối đa hao tổn điện áp dẫn đến giảm độ lệch điện áp tại các nút của lưới điện

Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ nhất Vấn đề này đòi hỏi vốn đầu tư, tuy nhiên phụ thuộc vào địa hình và mật độ phụ tải của lưới Nói chung đây là giải pháp khó đạt hiệu quả cao đối với những tuyến dây hiện hữu, chỉ thực hiện có hiệu quả với những tuyến dây mới, đang trong giai đoạn đầu tư

3 Chọn điện áp ở đầu vào thụ điện thích hợp:

Thông thường máy biến áp và đường dây được tính toán lựa chọn theo chế độ tải cực đại và cực tiểu Nhưng phụ tải thực tế trong quá trình vận hành tại phần lớn thời gian lại khác chế độ tính toán Do đó việc chọn điện áp đầu vào của các thụ điện thích hợp sẽ làm giảm sự sai khác độ lệch điện áp đầu vào của các thụ điện này

4 Điều chỉnh chế độ làm việc của thụ điện một cách hợp lý:

Việc điều chỉnh chế độ làm việc của thụ điện một cách hợp lý sẽ kết hợp

được phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng điện Do đó làm giảm hao tổn công suất

và hao tổn điện áp của lưới điện tại các thời điểm khác nhau

5 Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý:

Đối với lưới điện có dây trung tính, nếu chọn dây trung tính quá nhỏ sẽ làm tăng hao tổn điện áp trên dây trung tính dẫn đến mất đối xứng của lưới điện

6 Phân bố đều phụ tải giữa các pha:

Phân bố thời gian làm việc và đưa vào thiết bị vận hành trong các thời gian hợp lý, tránh hiện tượng quá tải cục bộ vào giờ cao điểm Vấn đề này chỉ thực hiện

ở cấp vĩ mô, có sự tham gia của nhiều bộ ngành và nhà nước

Tăng cường sử dụng các thiết bị ba pha Biện pháp này làm giảm sự mất đối xứng trong lưới điện

7 Không vận hành thiết bị non tải:

Các thiết bị vận hành non tải làm cho hệ số công suất thấp, tăng cường công suất phản kháng làm tăng hao tổn dẫn đến tăng độ lệch điện áp

8 Với lưới điện có nhiều phụ tải một pha nên chọn máy biến áp có tổ nối dây ziczăc để giảm tổn hao phụ do dòng thứ tư không gây ra

sao-3.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật

Nhóm này được thực hiện khi các biện pháp tổ chức vận hành được áp dụng

mà vẫn không mang lại kết quả như mong muốn, nhóm này bao gồm các giải pháp:

1 Điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng trong lưới phân phối;

2 Đối xứng hóa lưới điện;

3 Hạn chế sóng hài trong lưới hạ áp;

4 Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối và đưa về điện áp quy chuẩn, chuyển điện áp 6, 10, 15 kV lên vận hành ở cấp điện áp 22 kV;

Việc thực hiện giải pháp này tương đối hiệu quả nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn mà thời gian thực hiện dài

Giải pháp kỹ thuật chính nâng cao chất lượng điện cần tập trung nghiên cứu trong phạm vi đề tài này là phương pháp điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng, phương pháp đối xứng hóa lưới điện và các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao nhằm cải thiện điện áp tại các nút của hệ thống lưới phân phối

3.3 Điều chỉnh điện áp

Để duy trì điện áp trên cực của thiết bị trong miền giới hạn hay nằm trong

phạm vi cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp điều chỉnh điện áp ít nhất có thể bù được các tổn thất điện áp do các phần tử trong các hệ thống cung cấp điện gây ra và trong nhiều trường hợp chúng ta phải phối hợp nhiều biện pháp điều chỉnh điện áp với nhau vì có phương pháp điều chỉnh này có thể cải thiện được thông số này nhưng lại gây ảnh hưởng không tốt đến các thông số khác Nhìn chung, trong các biện pháp điều chỉnh điện áp hiện nay chúng ta thấy rằng:

Đối với các phương pháp điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện hoặc trạm biến áp trung gian: Bằng cách thay đổi kích từ của máy phát điện, chúng ta có thể điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện Biện pháp này thực hiện đơn giản

và có ảnh hưởng chung trong toàn mạng Nhưng gặp khó khăn là mức điều chỉnh cho điện áp nếu tốt cho phụ tải ở gần thì lại không phù hợp với phụ tải ở xa và ngược lại Vì thế biện pháp này được phối hợp với các biện pháp khác nữa mới đảm bảo được chất lượng điện áp trong toàn mạng

Các máy biến áp trung gian (hoặc khu vực) cấp điện cho một vùng rộng lớn,

vì vậy nên dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới tải Trong trường hợp chỉ

có máy biến áp thường thì thanh cái phía hạ áp của máy biến áp của máy biến áp nên đặt các máy đồng bộ công suất lớn để tiến hành điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp riêng cho từng điểm trong mạng điện: Ở những nơi phụ tải yêu cầu cao về điện áp, chúng ta có thể đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp như: máy biến áp có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh,… Phương pháp điều chỉnh này sát hợp với yêu cầu của từng phụ tải và luôn được ưu tiên chú ý

sử dụng, song có nhược điểm là phải dùng nhiều thiết bị điều chỉnh phân tán

Trong thực tế phải phối hợp giữa điều chỉnh ở trung tâm và cục bộ mạng điện Đồng thời ngoài việc dùng các thiết bị điều chỉnh điện áp chúng ta phải áp dụng các biện pháp tổng hợp khác để đảm bảo chất lượng điện áp của hệ thống cung cấp điện

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần

tử của hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lý của những đường dây truyền tải, chọn

tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp hay sử dụng các thiết bị bù truyền thống

và hiện đại để bù lượng công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng điện

Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:

1 Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải

2 Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ

3 Sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng

Trong các phương pháp trên chúng ta thấy rằng việc điều chỉnh điện áp đầu

ra của máy biến áp hay sử dụng các máy biến áp bổ trợ là phương pháp truyền thống được sử dụng từ lâu Tuy nhiên nó chỉ có hiệu quả điều chỉnh ở một mức độ nào đó, nghĩa là phạm vi điều chỉnh hẹp, trong nhiều trường hợp nó không đáp ứng được yêu cầu cần thay đổi của lưới điện để điều chỉnh giữ ổn định điện áp lưới Trong khi đó phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách bù công suất phản kháng

có thể điều chỉnh rộng và linh hoạt hơn, vì thế nó đang được tập trung nghiên cứu

để áp dụng những công nghệ bù CSPK mới vào trong lưới điện

3.4 Bù công suất phản kháng

3.4.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Trong lưới điện trung áp, hạ áp thì R khá lớn, dòng công suất tác dụng cũng ảnh hưởng đến điện áp Nhưng không thể dùng cách điều chỉnh dòng công suất tác dụng để điều chỉnh điện áp được, vì công suất tác dụng là yêu cầu của phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ có thể được cung cấp từ các nhà máy điện Còn công suất phản kháng không sinh công, nó chỉ là dòng công suất gây từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cấp tại chỗ cho phụ tải Do đó trong các lưới điện này vẫn phải điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng Khi điện áp một điểm nào đó của hệ thống điện nằm trong phạm vi cho phép thì có nghĩa là công suất phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó Nếu điện áp cao thì thừa công suất phản kháng, còn khi điện áp thấp thì là thiếu công suất phản kháng Công suất phản kháng thường thiếu trong chế độ phụ tải max cần phải có thêm nguồn, còn trong chế độ phụ tải min lại có nguy cơ thừa

do điện dung của đường dây và cáp gây ra, cần phải có thiết bị tiêu thụ Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương Do đó điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở cấp hệ thống lẫn cấp