bài giảng vận hành và điều khiển hệ thống điện

Xác định các đại lượng đầu phát và độ sụt áp đường dây phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận khi đường dây cung cấp cho phụ tải đầu nhận 2000 MVA , hệ số công suất 0,8 trể ở 735 kV.. Trườn

Chương 1 TÍNH TOÁN VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

cos ), (

) (

) (

) (

0 0

MVAr tg

P Q MW

P Cho

day ap dien kV U Cho

l x X

l r R

N N N N N

)(

kV U

R Q X P U

kV U

X Q R P U

N

N N

N

N N

Đồ thị véctơ ứng với cosφ trễ :

Đồ thị véctơ với cosφ sớm :

N

I

jX .N

PU

N I

U U

MW R

U

Q P P

N

N

2 2

N P

P P

P

P p P N

P

Q tg P P

2

0l b j

.

N S

'

N

S

'



1

C Q j



) (

) (

cos ), (

) (

1 2 2

) (

) (

.

0 0 0

MVA jQ

P S

MVAr tg

P Q MW

P Cho

day ap dien kV U Cho

l b Y

l x X

l r R

N N N

N N N N N

)(

' '

' '

kV U

R Q X

P

U

kV U

X Q R

P

U

N

N N

N

N N

% 100%

N

N P

U

U U

MW R

U

Q P P

MVAr X

U

Q P Q

)(

)(

' '

' '

'

MVA jQ

P

Q Q

j P P S

P P

N N

9- Công suất kháng do điện dung ở đầu phát

( )

2

2 0

P

P P P N

P

Q tg

P P

)(.

,

,

,

.

kA I

D U

C I

kV I

B U

A U

N pha N P

N pha N pha

pha P

U ,

.

pha N

U ,

) /

1

(

) (

.

kA U

P

N N

A

D

C Y Z Y

1

) ( 2

)(.

,

,

,

,

.

kA I

D U

C

I

kV U

I B U

A U

N pha N P

pha P N pha N pha

%

) (

3 ,

N

N P

pha P P

U

U U U

kV U

.

MVA jQ

P I U

Bước 6 : Tổn thất công suất :

Q P P Q P Q (MW(MVAr) )

N P

N P

Bước 10 : Phần trăm biến thiên điện áp đầu nhận

% ,0 100%

N

N N

N

U

U U

) 42 1 ( )

( 1

) 41 1 ( )

sin(

) ( ) cos(

) (

) (

) (

) 40 1 ( )

sin(

) ( ) cos(

) (

) (

) (

A D

l sh Z C

vl ul jch vl ul sh Z

jvl ul sh Z l sh Z B

vl ul jsh vl ul ch

jvl ul ch l ch A

C C

C C

Các đại lượng đặc trưng

jx z

) / 1 (

jb

) / ( 0 0 0

0

0 0



b

x jb

jx

R C

)(

2

R

U P

C

dm



A D

vl R

j C

vl jR

jvl sh R B

vl jvl

ch A

C

C C

1

) ( ) sin(

) (

) cos(

) (

(vl tính bằng radian)

1.7 PHƯƠNG TRÌNH CÔNG SUẤT CỦA ĐƯỜNG DÂY

Theo các mục trước việc vận hành đường dây được biểu diễn theo quan hệ giữa điện

áp và dòng điện đầu phát và đầu nhận Vì phụ tải thường được cho theo công suất tác dụng

và phản kháng , điều cần thiết là đưa ra các phương trình tải điện dưới dạng công suất phức ởđầu phát và đầu nhận Việc khảo sát dòng công suất trong mạng điện sẽ đề cập chi tiết trongchương phân bố công suất, ở đây chỉ trình bày các nguyên tắc của một dường dây tải điệnđơn giản

Chọn vectơ điện áp đầu nhận làm gốc (UN = |UN|00) là điện áp pha, điện áp đầuphát sớm hơn một góc  (UP = |UP| ) Góc  còn là góc ngẫu lực khi khảo sát ổn địnhtrong hệ thống

Công suất phức SN rời khỏi ở đầu nhận và SP đi vào ở đầu phát được tính cho một pha(hay trong đơn vị tương đối) cho bởi :

SN = PN + jQN = UNIN* (1.50)

SP = PP + jQP = UPIP* (1.51)

Dòng điện đầu nhận và đầu phát được tính theo điện áp đầu nhận và đầu phát :

N P

B

A U B

(1.52)

N P

B

U B

D

Các biểu thức trên được suy từ quan hệ :

D C B A

I

U D C B A I

N

I

U A C B D I

U

. (1.54)với AD -BC =1 và A = D đối với đường dây đồng nhất

Gỉa thiết đường dây đồng nhất, gọi A, B, D là các hằng số của đường dây với :

A = |A| B = |B| D = |D| = |D| (1.55)

Dó đó có thể viết :

) (

B

U B

U U

(1.59)Tương tự :

U U

) sin(

U U

) cos(

U U

) sin(

U U

) cos(

U U

Ứng với công suất kháng ở đầu nhận :

)sin(

U U

U U

Phương trình công suất đầu phát :

)cos(

U

)sin(

U U

vì cos = R/|Z| nên :

R Z

U Z

U U

2 (max)

X

U X

U U

|

|

N P

U

Từ các phương trình trên có các kết luận sau :

1 – Đối với R  0, công suất tác dụng truyền tải đến đầu nhận tỷ lệ với sin (  với góc

 nhỏ ), trong khi công suất phản kháng tỷ lệ với độ sụt áp đường dây

2- Đối với R  0, công suất tác dụng lớn nhất ở đầu nhận khi  = 900 và bằng |UP||UN|/X Góc  được giới hạn thấp hơn 900 vì lý do ổn định

3- Công suất cực đại truyền tải qua đường dây ( với X cố định) có thể được nâng caobằng cách nâng cao cấp điện áp tải điện Đối với đường dây tải điện đi xa, cấp điện ápkhông thể nâng quá cao ngoài giới hạn cho phép của kỹ thuật hiện tại, để tăng công suấttruyền tải trong trường hợp như vậy chỉ có cách là giảm điện kháng của đường dây bằngcách đặt tụ bù dọc, dùng đường dây nhiều mạch song song, dây dẫn phân pha ở đườngdây siêu cao áp

4- Như đã nói, công suất phản kháng cung cấp bởi đương dây tỷ lệ với sụt áp đường dây

và độc lập với góc  Do đó khi yêu cầu về công suất kháng của phụ tải lớn , sụt ápđường dây sẽ nặng nề Để duy trì sụt áp trong giới hạn , yêu cầu về công suất kháng củaphụ tải phải được đáp ứng tại chổ bằng cách dùng thiết bị phát công suất kháng như máy

275 200

85 , 0 ) 75 sin(

200

275 275

 = 220

Từ phương trình (3.107) :

0 2

0

200

85 , 0 ) 22 75 cos(

200

275 275

200

85 , 0 ) 75 cos(

200

275 275

150 = 378.cos(75 - ) – 110

Suy ra :

 = 28,460

0 2

0

200

85 , 0 ) 46 , 28 75 sin(

200

275 275

Bây giờ với |UP| = 275 kV, thử tìm |UN|

Thay số liệu này vào pt công suất PN và QN , có được :

0 2

200

85,0)75cos(

200

|

|.275

150 U N    U N (i)

0 | |2 sin700

200

85,0)75sin(

200

|

|.275

0 U N    U N (ii)

từ pt (ii), có được :

sin(750 - ) = 1  0 , 0029 2 |U N | 2

Thay vào pt (i), có được :

2 2

2 | | 0 , 00145 | | 0029

, 0 1

|

| 375

1- Cho đường dây dài 15 km, điện trở r0= 0,21 Ω/km , cảm kháng x0=0,35 Ω/km Phụ tải 8

MW, cosφ =0,8 trễ Điện áp cuối đường dây UN =22 kV Tính các bước của đường dâyngắn

2- Cho đường dây dài 12 km, điện trở r0= 0,17 Ω/km , cảm kháng x0=0,36 Ω/km Phụ tải

10 MW, cosφ =0,8 sớm Điện áp cuối đường dây UN =22 kV Tính các bước của đườngdây ngắn

3- Cho đường dây liên thông có sơ đồ như trong hình :

Phụ tải B : 5 MW , cosφ=0,8 ; Phụ tải C : 4 MW , cosφ = 0,8

Tính các bước của đường dây ngắn

4- Cho đường dây 220 kV , dài 150 km , r0 = 0,15 Ω/km, x0 = 0,44 Ω/km, b0 = 2,85.10-61/Ω.km Phụ tải đầu nhận PN= 80 MW, cosφ = 0,8 trễ Điện áp đầu nhận UN= 220 kV Tính các bước của đường dây trung bình

5- Đường dây kép 220 kV , dài 180 km, đi riêng trụ , thông số một lộ đơn : r0 = 0,14 Ω/km,

x0 = 0,45 Ω/km, b0 = 2,7.10-6 1/Ω.km Phụ tải đầu nhận PN= 120 MW, cosφ = 0,8 trễ Điện áp đầu nhận UN= 220 kV Tính các bước của đường dây trung bình

6- Cho đường dây 110 kV, dài 40 km, r0 = 0,27 Ω/km, x0 = 0,43 Ω/km, b0 = 2,6.10-61/Ω.km Phụ tải đầu nhận PN= 30 MW, cosφ = 0,8 trễ Điện áp đầu nhận UN= 110 kV Tính các bước của đường dây trung bình

7- Làm lại bài 4 và 5 theo hằng số mạch ABCD

8- Một đường dây ba pha 765 kV, 60 Hz, hoán vị đầy đủ Mỗi pha là dây chùm gồm bốn dây ACSR 1.431.000 CM, 45/7 Bolink Ba pha bố trí trên mặt phẳng ngang, khoảng cách giữa hai pha kế cận là 14 m Dây dẫn có đường kính 3,625 cm, bán kính trung bình hình học 1,439 cm Dây chùm bố trí theo hình vuông cạnh 45 cm Đường dây dài 400

km Gỉa thiết đường dây không tổn hao

a) Tìm tổng trở xung ( tổng trở đặc tính) Zc của đường dây, hằng số pha v, độ dài sóng

, phụ tải tổng trở xung (công suất tự nhiên) SIL, và hằng số ABCD

b) Đường dây cung cấp cho phụ tải 2000 MVA , hệ số công suất 0,8 trể ở 735 kV Xác định các đại lượng đầu phát và phần trăm sụt áp

c) Xác định các đại lượng ở đầu nhận khi đường dây tải từ đầu phát 1920 MW và 600 MVAr ở điện áp đầu phát bằng 765 kV

d) Đường dây được tận cùng bởi một phụ tải thuần trở Xác định các đại lượng đầu phát và phần trăm sụt áp khi điện trở phụ tải đầu nhận là 264,5  và điện áp đầu nhận là 735 kV

ở 735 kV khi điện áp đầu phát là 765 kV

Tìm các đại lượng đầu phát và phần trăm sụt áp (phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận) khi đườngdây được bù ngang

ĐS : 802,95 MVAr ; 3,943 F ; 1209,4624,653 A ; 1600 – j90,38 MVA ; 19%

11- Tụ bù dọc đặt nối tiếp ở khoảng giữa của đường dây bài tập 8 với độ bù dọc 40% Xác định các đại lượng đầu phát và độ sụt áp đường dây (phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận) khi đường dây cung cấp cho phụ tải đầu nhận 2000 MVA , hệ số công suất 0,8 trể ở 735 kV

ĐS : 822,677 kV ; 1164,59-3,6250 A ; 1600 + j440,16 MVA ; 21,035%

12- Tụ bù dọc đặt nối tiếp ở khoảng giữa đường dây bài tập 8 với độ bù dọc 40% Thêm vào đó

tụ bù ngang được đặt ở đầu nhận Đường dây cung cấp cho phụ tải ở đầu nhận 2000 MVA, hệ sốcông suất 0,8 trể Xác định công suất kháng và điện dung mỗi pha của tụ bù dọc và bù ngang để giữ cho điện áp đầu nhận 735 kV và điện áp đầu phát 765 kV Tìm các đại lượng đầu phát và phần trăm sụt áp của đường dây (phân trăm thay đổi điện áp đầu nhận) sau khi bù

ĐS : 81,464 MVAr ; 51,65 F ; 563,25 MVAr ; 2,765 F ; 765 kV ; 1209,7216,10 A ;

1600 – j96,32 MVA ; 12,55%

13- Hằng số ABCD của đường dây truyền tải ba pha , 500 kV là :

A = D = 0,86 + j0 B = 0 + j130,2 C = j0,002a) Xác định các đại lượng đầu phát và sụt áp khi đường dây cung cấp phụ tải 1000 MVA,

hệ số công suất 1000 MVA ở 500 kV

Để cải thiện vận hành đường dây, tụ bù dọc được đặt ở hai đầu của mỗi pha đường dây Hằng số mạch của đường dây có bù trở thành :

2

111

02

11''

'

D C

B A jX D

C

B

A

trong đó XC là tổng dung kháng của tụ bù dọc Nếu XC = 100 

b) Xác định các hằng số ABCD sau khi bù

c) Xác định các đại lượng đầu phát và sụt áp (phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận) khi đường dây cung cấp cho phụ tải 1000 MVA, hệ số công suất 0,8 trể ở 500 kV

ĐS : a) 622,153 kV ; 794,649-1,330 A ; 800 + j305,408 MVA ; 44,687%

b) 0,96 ; j39,2 ; j0,002

c) 530,759 kV ; 891,142-5,650 A ; 800 + j176,448 MVA ; 10,575%

Chương 2

BIỂU DIỂN CÁC PHẦN TỬ VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA MẠNG ĐIỆN

Một hệ thống ba pha thường được biểu diễn trên cơ sở một pha, trong chương này chỉ khảo sátviệc biểu diễn mạng điện trong tình trạng ba pha cân bằng (đối xứng )

2.1 MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ :

Trong hệ thống điện, máy phát điện đồng bộ được thay thế tương đương bằng một sứcđiện động nối tiếp với tổng trở đồng bộ

- Khi phụ tải cân bằng, dịng điện phụ tải tạo ra trong cuộn dây của phần ứng ba từ thơng

mà mật độ đỉnh của các từ thơng này tập trung tại trục từ của mỗi cuộn dây pha Từtrường quay tạo ra bởi các từ thơng này sẽ tác động lên rơto của máy phát gọi là từ thơngphản ứng phần ứng ưr

- Lý thuyết máy điện cho biết rằng ưr trợ từ f nếu phụ tải cĩ tính thuần dung, khử từ fnếu phụ tải tính thuần cảm (cả hai trường hợp gọi là phản ứng dọc trục) hoặc là ưr sẽvuơng gĩc với f nếu phụ tải cĩ hệ số cơng suất bằng 1

- Sức điện động qua khe hở khơng khí (khi máy phát mang tải) phụ thuộc vào tất cả các từthơng đi qua khe hở đĩ nghĩa là phụ thuộc vào f và ưr Ngồi cịn cĩ từ thơng thứ ba là

từ thơng tản của phần ứng t khơng mĩc vịng qua cuộn kích thích của rơto

- Nếu không xét đến bảo hòa từ thì từ thông sẽ tỷ lệ với sức từ động còn sức điện động cảmứng trể 900 so với từ thông ( theo định luật Lenz)

Quan hệ điện áp - sức từ động được trình bày trong Hình 2.2 :

- Các vectơ sức từ động F, A và R lần lượt của từ trường kích thích, phản ứng phần ứng vàqua khe hở không khí biểu diễn cho vị trí tương đối trong không gian của các từ trườngtương ứng

- Mạch điện tương đương đơn giản của máy phát điện gồm điện áp hở mạch (E0 ) nối tiếpvới tổng trở đồng bộ Ra+j XS (Hình 2.2b.) Tất nhiên XS có thể hiệu chỉnh do ảnh hưởngbảo hòa từ Về lý thuyết, sự hiệu chỉnh như thế chỉ làm tốt nếu như biết rỏ chế độ tải vì

độ bảo hòa thay đổi theo ưr và do đó theo Ia

Hình 2.2

2.2 THANH CÁI VÔ HẠN

Trường hợp thường gặp là máy phát điện đồng bộ ba pha được ghép song song quađiện kháng tương đương Xht của mạng điện đến thanh cáí của hệ thống lớn có công suất

vô hạn Hệ thống vô hạn có khả năng phát hoặc thu công suất một cách vô hạn và đượctrình bày như một thanh cái vô hạn ở đó tần số và điện áp được xem như không đổi Sơ

đồ tương đương của hệ thống được biểu diễn như sau (Hình 2.3) Phương trình côngsuất thực truyền từ máy phát điện đến thanh cái vô cùng lớn là :

ht

X

V E P



| |.| |

sin (2.2)

Hình 2.3

2.3 MÁY BIẾN ÁP

Loại máy biến áp thông dụng nhất là máy biến áp 2 dây quấn một pha hoặc ba pha

1 Các thông số của máy biến áp 3 pha 2 dây quấn

- Công suất định mức : Sđm (kVA, MVA)

- Điện áp định mức : Uđm1/Uđm2(kV)

- Tổn hao ngắn mạch : ΔPN (kW )

- Phần trăm điện áp ngắn mạch : UN%

- Tổn hao không tải : : ΔP0 (kW)

- Phần trăm dòng điện không tải : I0% Hình 2.4

2 Sơ đồ thay thế của máy biến áp 2 dây quấn qui về phía sơ cấp :

Hình 2.5

)(100

%

)(

)(10

%

)(10

0 0

2 1

3 2

2 1

kVAr S

I Q

kW P

P

S

U U X

S

U P R

đm Fe

Fe

đm

đm N B

đm

đm N B

2.4 ĐƯỜNG DÂY ( xem chương 1)

2.5 HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI

1 Các đại lượng cơ bản

-Công suất cơ bản : Scb (MVA)

Lưu ý : Pcb =Qcb = Scb

- Điện áp cơ bản của mỗi cấp điện áp : Ucb (kV)

Điều kiện về điện áp cơ bản :

pu cb pu

cb

pu cb

pu cb

pu

cb

pu cb

pu cb

pu

U

kV U U I

kA I I Z Y

Y

Z

Z Z Z

X X Z

R R

S

MVA S S S

MVAr Q

Q S

MW P P

) ( )

( ).

/ 1 (

) ( )

( )

(

) ( )

( )

3 Một số công thức trong đơn vị tương đối

Công suất 3 pha :



 sin

cos

pu pu pu

pu pu pu

pu pu pu

I U Q

I U P

I U S

1 1

2 1

cb pu

U S

S Z

Z (2.9)

2

1 2

1

cb

cb dm

dm

U

U U

U



2.6 MA TRẬN TỔNG DẪN THANH CÁI (YBUS hay TTC) VÀ MA TRẬN

Tổng quát đối với mạng điện có n nút không kể nút trung tính, định luật Kirchoff về dòngđiện viết theo điện áp nút được biểu diễn bởi phương trình ma trận :

Ma trận ZTC là ma trận tổng trở thanh cái (ZBUS)

Vì YTC là ma trận đối xứng nên ZTC cũng là ma trân đối xứng Phần tử trên đường chéo của

ma trận ZTC là tổng trở nút đầu vào và phần tử ngoài đường chéo là tổng trở nút tương hổ Ngoàicách tính ZTC từ nghịch đảo ma trận YTC như trong (2), ma trận ZTC có thể được thành lập trực

tiếp mà không cần phải nghịch đảo ma trận như sẽ đề cập trong các mục sau

Một phương pháp thông dụng để thành lập ma trận tổng trở thanh cái bằng cách mỗi lần thêm một nhánh cho đến khi nối thành mạng điện đầy đủ

Giả thiết rằng trong quá trình thêm nhánh cho đến bây giờ ma trận được triển khai là

ma trận cấp 3x3, nghĩa là nó biểu diễn cho một mạng điện có 3 thanh cái và môt thanh cái chuẩn

Gỉa thiết có ma trận ZBUS đối với mạng 3 nút :

31

23 22

21

13 12

11

Z Z

Z

Z Z

Z

Z Z

Z

Z BUS (2.12)

1- Thêm nhánh znh từ thanh cái chuẩn đến thanh cái mới p

Z

Z Z

0 0 0

0 0 0

(2.13)

k k

Nk k old

B US

k

B US

Z Z

Z Z

Z Z Z

Z Z





2 1

2

(2.14) Với : Zpp = Zkk + znh

3- Thêm nhánh từ thanh cái cũ k đến thanh cái chuẩn

k k

Nk k

ol d

B US

k tam

Z Z

Z Z

Z Z Z

Z Z





2 1

2

(2.15)

Ztạm tương tự như ZBUS trường hợp 2

Khử hàng p cột p để có ZBUS mới :

pp

pj ip ij

new

Z Z Z

Z   (2.16)4- Thêm nhánh znh từ nút cũ j đến nút cũ k

Cột q

ta m

Z k

h ang j

han g

Z

k j

cot

(2.17)

new ij

Z

Z Z Z

Z   (2.18)

Ví dụ :

Ví dụ 2.1 : Thành lập ma trận [Z]TC của sơ đồ điện kháng trong Hình 2.7 sau đây, với thanh cái 0 được chọn làm thanh cái chuẩn, điện kháng của các thanh ghi trên hình vẽ.

0 1

ZTC

0 1 0

0 0 1

3 2 1

Bước 4 : Lắp nhánh 4 từ nút cũ 3 đến nút mới 4

33 44

33 34

23 24

13 14

nh z Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

2 2 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

2 1

4 2 2 0 1

2 4 2 0 0

2 2 2 0 0

0 0 0 1 0

1 0 0 0 1

Z Z

Z Z

Z mv

Trong đó :

4 0 2 1 2 1 Z 2 z Z Z Z

2 2 0 Z Z Z

2 2 0 Z Z Z

0 0 0 Z Z Z

1 0 1 Z Z Z

13 nh 33 11 55

34 14 45

33 13 35

32 12 25

31 11 15

1 1 0 5 , 0

0 0 1 0

5 , 0 5 , 0 0 75 , 0 ,

2 2 0 1 4 1 2 2 0 1

4 2 0 0

2 2 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

3 1 4 2 1

TC

TC TC

Z

Z

Z Z Z Z Z

Bậc (4 x 4)

Bước 6 : Lắp nhánh 6 từ thanh cái cũ 2 đến thanh cái cũ 3

2 1

3 1

1 1 5 , 0

1 3

1 0 5 , 0

1 1

1 0 5 , 0

1 0

0 1 0

5 , 0 5 , 0 5 , 0 0 75 , 0

Z Z

Z Z

Z mv

3 0 2 1 1 1 2

1 1 0

1 1 0

1 0 1

5 , 0 5 , 0 0

23 33

22 55

34 24 45

33 23 35

32 22 25

31 21 15

Z Z Z

Z Z Z

Z Z Z

Z Z Z

nh

Khử mạch vòng thứ 5 để có [ZTC] cuối cùng của mạng đã lắp đủ các nhánh

13

23

23

13

13

13

26

13

16

132

1115.03

1

111

5,0

3105,0

1105,0

0010

5.05,0075,0

3

1 4 2 1

j Z

Z

Z Z Z Z Z

TC

TC

TC

BÀI TẬP

1- Cho máy biến áp có các tham số : Sđm = 25 MVA, 110/22 kV, UN%=9,5% , ΔPN=63 kW, ΔP0 =

24 kW , i0%= 0,3% Tính và vẽ sơ đồ thay thế của máy biến áp qui về phía 110 kV

2- Trạm biến áp gồm 2 máy biến áp làm việc song song, tham số mỗi máy biến áp : Sđm = 20MVA, 110/22 kV, UN%=9,6% , ΔPN=56 kW, ΔP0 = 20 kW , i0%= 0,3% Tính và vẽ sơ đồ thaythế của một máy biến áp và của trạm biến áp qui về phía 110 kV

Đường dây :110 kV, dài 50 km, r0 = 0,33 Ω/km, x0 = 0,42 Ω/km, b0= 2,55.10-6 1/Ω.km

Máy biến áp : 31,5 MVA, 110/22 kV, UN%=9,5%, ∆PN = 71 kW, I0%= 0,2%, ∆P0= 28 kW Phụ tải : 22 MW, cosφ = 0,8 , U3= 21 kV

Tính điện áp U2, U1 , công suất P1, Q1 ở đầu đường dây

4- Cho đường dây kép và trạm hai máy biến áp có số liệu như sau :

b) Tính trong đvtđ các bước của đường dây trung bình

6 Cho đường dây 110 kV, dài 40 km, r0 = 0,27 Ω/km, x0 = 0,43 Ω/km, b0 = 2,6.10-6 1/Ω.km Phụ tải đầu nhận PN= 30 MW, cosφ = 0,8 trễ Điện áp đầu nhận UN= 110 kV Tính các bướccủa đường dây trung bình Chọn Ucb = 110 kV , Scb= 100 MVA

a) Thành lập sơ đồ thay thế trong đvtd

b) Tính trong đvtđ các bước của đường dây trung bình

Chương 3 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1 MỞ ĐẦU

Năng lượng là nguồn chủ yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội trong đó điện năng chiếmmột vai trò quan trọng Tầm cỡ và cấu trúc của hệ thống điện thay đổi nhiều từ nước này sangnước khác

Trong quá trình cung cấp điên năng đến nơi tiêu thụ, hệ thống điện phải gánh chịu tổn thấttrong các cấp sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng Tổn thất được chia làm tổn thất

kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật

Các tổn thất kỹ thuật bao gồm:

(a) Tổn thất trên đường dây do điện trở của dây dẫn

(b) Tổn thất trong máy biến áp và máy điều chỉnh

(i) Tổn thất có tải (trong đồng)

(ii) Tổn thất không tải (trong sắt)

(c) Tổn thất vầng quang trên đường dây cao áp và siêu cao áp

(d) Tổn thất điện môi trong đường dây cáp ngầm

(e) Tổn hao trong điện năng kế.

(f) Tổn hao do hệ số công suất thấp

(g) Các tổn thất kỹ thuật khác

Các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm :

(a) Trộm điện ở khách hàng có đặt điện năng kế

i (i) Câu trước điện kế

(ii) Làm điện kế chạy chậm

ii (iii) Không thực hiện đúng hợp đồng

(b) Ăn cắp điện : khách hàng không có điện kế, câu điện bất hợp pháp

(c) Điện kế hoạt động sai

(d) Sự làm việc không đúng của nhân viên điện lực trong việc ghi công tơ và thu tiền điện

3.2 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

3.2.1 Chống tổn thất thông qua cải tạo lưới điện

a) Phát triển trục hệ thống truyền tải

Xây dựng các đường dây truyền tải chính xuyên qua các vùng trong nước có cấp điện áp 110

kV, 154 kV, 220 kV, 345 kV, 500 kV

b) Xây dựng các nhà máy và các trạm ở các trung tâm phụ tải

Phần lớn điện năng được cung cấp từ các nhà máy ở xa trung tâm phụ tải Xây dựng cácnhà máy nhiệt điện lớn gần tâm phụ tải cải thiện sự mất cân đối trong việc điều độ hệ thống Điều này làm giảm được sự phân chia công suất trên đường dây dài, góp phần giảm tổn thấttruyền tải và phân phối

c) Đơn giản hóa các cấp điện áp

Chẳng hạn ở miền Nam cấp điện áp 66 kV dần dần được thay bằng cấp 110 kV và chỉ còncấp điện áp 110 kV, 220 kV trên lưới truyền tải cũng nhằm mục đích giảm tổn thất

d) Thay các đường dây phân phối trung áp và hạ áp và biến đổi hệ thống phân phối một pha thành ba pha.

Các đường dây cũ bị quá tải do phụ tải phát triển được thay bằng dây dẫn có đường kính lớnhơn hoặc là cải thiện các đường dây ba pha 220 V thành điện áp 380 V

e) Đặt tụ bù để nâng cao cos đường dây

Hệ số công suất thấp gây ra bởi các phụ tải động cơ cảm ứng, cùng với tính cảm của đườngdây Điều này gây ra sụt áp lớn và tổn thất điện năng nhiều hơn trên đường dây Tụ điện bùngang trên đường dây được dùng ở những nơi cần điều chỉnh cos cao hơn trên cơ sở của việc

đo hệ số công suất trên đường dây phân phối Các nơi tiêu thụ có động cơ bắt buộc phải đăt tụđiện lực, cos ở cuối đường dây được yêu cầu từ 0,85 đến 0,95, các phụ tải có cos thấp bị phạtvới giá tiền điện cao hơn

f) Giảm tổn thất trong các máy biến áp phân phối

Tổn thất sắt của các máy biến áp phân phối chiếm một phần lớn của tổng tổn thất Việc dùng các máy biến áp có tổn thất sắt thấp ( lõi sắt cuốn ) thay cho các máy biến áp cũ cũng làm giảm tổn thất đáng kể

3.2.2 Chống tổn thất thông qua cải thiện điều kiện về vận hành

a) Giảm tổn thất thông qua điều độ kinh tế trong hệ thống

Với khả năng dự trữ sẵn có của các nhà máy điện để đảm bảo chất lượng điện năng vềđiện áp và tần số, việc điều độ hệ thống được thực hiện bởi điều độ trung tâm và điều độ địaphương

b) Cung cấp trực tiếp bằng điện áp cao đến các phụ tải

Điều này làm giảm tổn thất và tránh tổn thất điện năng do cung cấp qua nhiều cấpđiện áp chẳng hạn phát triển các cấp điện áp 110 kV, 35 kV, để dễ dàng nối đến các phụ tảilớn bằng các cấp diện áp này thay vì cung cấp từ các cấp điện áp 6, 10, 15, 22 kV

c) Giảm tổn thất thông qua cải thiện hệ số phụ tải

Hệ số phụ tải còn được gọi là hệ số điền kín phụ tải Khi hệ số phụ tải của hệ thốngthấp, khả năng phát để cung cấp cho phụ tải cực đại càng lớn Điều này có nghĩa là phải đầu tưnhiều hơn cho nguồn và lưới và tổn thất công suất tỷ lệ với bình phương của dòng điện cũng từ

3.3 NÂNG CAO cos ĐƯỜNG DÂY

Phụ tải của mạng điện phần lớn là các động cơ không đồng bộ có cos thấp Với cùngmột công suất tác dụng cung cấp cho phụ tải, khi hệ số công suất càng thấp thì công suất khángtải trên đường dây càng lớn tạo ra tổn thất công suất tác dụng và phản kháng đáng kể Ví dụ mộtmạng điện như trên Hình 3.1 với phụ tải P + jQ

2

2 2



Q = X

U

Q P

2

2 2



(3.1)Bây giờ đặt tại phụ tải một tụ điện tĩnh hay máy bù đồng bộ để phát ra một lượngcông suất phản kháng là Qbù thì công suất kháng tải trên đường dây giảm xuống bằng Q -Qbù theoHình 3.2

Công suất tụ bù cho bởi :

Qbù = Q1 – Q2 = P(tg1 - tg2) (3.3)

Hình 3.3 Nâng cao hệ số công suất đường dây bằng tụ bù

Ví dụ : Một động cơ cảm ứng 250 HP, 3300 V, 3 pha, hiệu suất 0,86, cos = 0,707 trễ Để

cải thiện cos của đường dây lên 0,9, dùng tụ bù mắc ở động cơ

Tính :

i) Công suất kVAr của tụ bù;

ii) Điện dung của tụ bù khi a) mắc Y , b) mắc  ;iii) Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây trước và sau khi bù, giả thiếtđiện trở mỗi pha của đường dây là 10 

Sau khi nâng hệ số công suất ở cuối đường dây lên 0,90

Công suất phản kháng ở cuối đường dây :

Q = P tg2 = 216,8  0,4841 = 105 kVAr

Công suất phản kháng cung cấp bởi bộ tụ điện :

Qc = Q1 – Q2 = 216,8 – 105 = 111,8 kVAr

bỏ qua tổn thất trong tụ điện, công suất định mức của bộ tụ là 111,8 kVAr

ii) - Nếu tụ điện mắc hình tam giác

= 11,3 A Dung kháng mỗi pha của tụ điện :

suy ra C =

C fX

2

10 6 = 2 5010 292,2

6

x x

= 33300x19,55 = 97,43 

C =

C fX

2

10 6 =

43 , 97 50 2

2

2 1 2



3 , 3

8 , 216 8

, 216

2

2 2



= 8632 W = 8,632 kW Tổn thất công suất trên đường dây sau khi đặt tụ bù :

P1 = R

U

Q P

105 8

, 216

2

2

2 

= 5328 W = 5,328 kW

3.4 BÙ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN

Tụ điện hay máy bù dùng trong việc giảm tổn thất điện năng chỉ có lợi khi nào khoảng tiềntiết kiệm được do hiệu quả giảm tổn thất điện năng được bù vào vốn đầu tư thiết bị bù sau mộtkhoảng thời gian tiêu chuẩn nhất định và sau đó được lợi tiếp tục trong suốt thời gian tuổi thọcủa thiết bị bù

Nội dung của bài toán được phát biểu như sau :

Với các ẩn số là Qb1, Qb2, ,Qb,n là công suất bù đặt ở n nút, thành lập hàm chi phí tính toán Z

đề xác định dung lượng bù tối ưu thỏa điều kiện ràng buộc Qbù  0 Ẩn số Qbù là nghiệm của hệphương trình :

0 , ,

0 ,

0

, 2

Z Q

Z Q

Z

(3.4) Trong quá trình giải nếu xuất hiện một nghiệm có giá trị âm, chẳng hạn Qbù k < 0 có nghĩa lànút k không cần bù, cho Qbùk = 0 và giải lại hệ (n-1) phương trình để tìm (n-1) ẩn còn lại

Sau đây trình bày cách thành lập hàm chi phí Z và tính toán Qbù đối với mạng điện đơn giảngồm một đường dây với một phụ tải :

Hình 3.6

Hàm chi phí tính toán gồm ba thành phần :

Z1 : Thành liên quan đến vốn đấu tư thiết bị bù :

Z1 = ( avh + atc ) Ko.Qb (3.5)

với Ko là giá tiền một đơn vị dung lượng bù

Z2 : Thành phần tổn thất điện năng trong thiết bị bù :

Z2 = C0 P0 Qbù T (3.6)

trong đó : C0 – tiền 1 kWh điện năng

P0 – tổn thất công suất trên một đơn vị thiết bị bù, 0,0030,005kW/kVAr

T – thời gian đóng tụ

Z3 : Thành phần tổn thất điện năng trong mạng điện sau khi đặt thiết bị bù :

0 2

2 2

U

Q Q P

C R U

Qb = Q –



R C

T P C K a a

U vh tc

0

0 0 0 2

2

] )

(3.11)Trường hợp Qb < 0 có nghĩa là đặt thiết bị bù là không kinh tế

BÀI TẬP

1- Cho đường dây dài 15 km , 22 kV , r0 = 0,35 Ω /km , x0=0,36 Ω/km , cung cấp cho phụ tải 8

MW, cosφ=0,8 Tính :

a) Cơng suất tụ bù để nâng cao cosφ đường dây lên 0,95

b) Tổn thất công suất ΔP1 trước khi bù và tổn thất ΔP2 sau khi bù

c) Phần trăm sụt áp ΔU1% trước khi bù và ΔU2% sau khi bù

2- Một trạm cung cấp 300 kVA ở hệ số công suất 0,8 trể Một động cơ đồng bộ được mắc làmviệc song song với tải Nếu phụ tải tổng là 300 kW với hệ số công suất 0,95 trể Tìm a) Côngsuất kVA của động cơ đồng bộ, b) Hệ số công suất của động cơ đồng bộ

3- Một động cơ đồng bộ ba pha 400 V tiêu thụ 50 kW được mắc song song với một động cơ cảmứng tiêu thụ 200 kW ở hệ số công suất 0,8 trể

a) Tính dòng điện đường dây cung cấp khi hệ số công suất của động cơ đồng bộ bằng i) 1 ;ii) 0,707 sớm

b) Động cơ đồng bộ vận hành ở hệ số công suất bằng bao nhiêu để dòng điện đường dây là

ít nhất

4- Một xưởng sản xuất có một động cơ 3 pha 200 kVA, 440 V ở hệ số công suất 0,8 trễ Nếu một

bộ tụ điện 75 kVAr được thiết đặt và phụ tải của động cơ được tăng lên mà dòng điện của đườngdây cung cấp vẫn không thay đổi Tìm :

a) Lượng kVA tăng thêm của phụ tải động cơ

b) Lượng kW tăng thêm của phụ tải động cơ

c) Lượng giảm dòng điện trên đường dây nếu phụ tải động cơ vẫn không đổi ở 200 kVA ởcos = 0,8 trễ sau khi đặt tụ bù

5- Một hệ thống đang vận hành ở phụ tải kVA cực đại yêu cầu với hệ số công suất 0.707 trễ.Việc tăng thêm khả năng tải cấp cho phụ tải có thể được thực hiện theo hai

cách :

a) Nâng cao cos của hệ thống lên 0,866 bằng cách đặt thiết bị bù

b) Đặt thêm máy phát ở gần để cung cấp đủ công suất cho phụ tải tăng thêm Tổng chiphí để xây dựng nhà máy phát điện là 100 $ mỗi kVA

Hãy ước lượng giới hạn của chi phí mỗi kVAR thiết bị bù để phương án a) có thể được chấpnhận Giả thiết suất chi phí hàng năm tính trên tiền đầu tư máy phát và thiết bị bù là bằng nhau

Chương 4 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG TRONG HỆ

Mục này cung cấp một ý niệm tốt hơn về vấn đề luân lưu công suất tác dụng và phản khánggiữa các máy phát điện cũng như tác dụng của chúng trên tần số và điện áp Điều này có thểđược thực hiện nhờ vào mô hình Hình 4.1 với hai máy phát có công suất bằng nhau mắc songsong vàcùng cung cấp cho phụ tải có chung công suất PL và QL Điện kháng đồng bộ của máyphát điện được kể vào trong sơ đồ thay thế và bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng máy phát Điều khiển điện áp bằng tay để điều chỉnh kích từ máy phát và điều khiển tốc độ bằng tay sẵnsàng cho động cơ sơ cấp