Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LỜI NĨI ĐẦU *** Cùng với q trình phát triển kinh tế xã hội đất nước, nghành ện phải trước bước công cơng nghiệp hóa Các nhà máy xí nghi ệp, khu cơng nghiệp ngày phát tri ển nhanh chóng địi hỏi tiêu thụ cơng su ất ph ản kháng tăng, điều làm giảm hệ số cos Do hệ số cơng suất cos có giá trị nhỏ điều ảnh hưởng lớn đến tham số kinh tế kỹ thuật m ạng ện nh ư: Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất tăng đ ốt nóng dây d ẫn, tăng ti ết diện dây dẫn, hạn chế khả truyền tải công suất tác dụng, không s dụng h ết khả động sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện Vấn đề bù công suất phản kháng giải pháp gi ảm tổn th ất ện r ất đ ược coi trọng nước tiên tiến Giải pháp quan tâm từ khâu thi ết k ế, l ựa chọn thiết bị dây truyền công nghệ sản xuất Với đề tài: “Tìm hiểu thiết bị bù cơng suất phản kháng”, nhóm em cố gắng tìm kiếm, học hỏi tổng hợp để hồn thành m ột cách t ốt nh ất đ ề tài Song kiến thức hạn chế nên làm nhóm em khơng thể tránh kh ỏi thi ếu sót, nhóm em kính mong nhận góp ý, bảo ban thầy, v ới s ự giúp đỡ bạn để nhóm em hồn thi ện đề tài hoàn thành t ốt việc học tập nhà trường cơng việc sau Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Tháng năm 2014 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG MỤC LỤC Trang LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng 1.4 Bù cơng suất phản kháng 1.4.1 Tiêu chí kỹ thuật 1.4.2 Tiêu chí kinh tế CHƯƠNG II TỤ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 Tụ bù ngang 2.1.1 Chức năng, ứng dụng 2.1.2 Cấu tạo, đặc điểm 2.1.3 Ví dụ hệ thống tụ bù trạm Sóc Sơn 2.2 Kháng bù ngang: 2.2.1 Chức tác dụng 2.2.2 Nguyên lý cấu tạo 2.2.3 Cuộn kháng trạm Hà Tĩnh 2.3 Tụ bù dọc 2.3.1 Chức tác dụng 2.3.2 Nguyên lý bù 2.3.3 Giới thiệu tụ bù dọc trạm 500 kV Hà Tĩnh 2.4 SVC – Tụ bù tĩnh 2.4.1 Cấu tạo TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 2.4.3 Kết nối 2.4.4 Lợi ích 2.5 STATCOM CHƯƠNG III MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1 Máy bù đồng 3.1.1 Cấu tạo 3.1.2 Nguyên lý làm việc bản… 3.1.3 Đặc tính góc cơng suất phản kháng 3.1.4 Chế độ làm việc máy bù đồng 3.1.5 Công suất khả bù MBĐB 3.2 Động không đồng rotor dây quấn đồng hóa CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN CHƯƠNG V – KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng  Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công suất hư kháng, công suất ảo) Q khái niệm ngành kỹ thuật điện dùng đ ể ch ỉ ph ần công suất điện chuyển ngược nguồn cung cấp lượng chu kỳ tích lũy lượng cá thành phần cảm kháng dung kháng, tạo lệch pha hiệu điện u(t) dòng điện i(t).[1]  Khi u(t),i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin : Q = U.I.sinφ (1.1) Trong : - U,I : Giá trị hiệu dụng u(t),i(t) - φ : Pha lệch u(t),i(t)  Công suất phản kháng Q phần ảo công suất biểu kiến S : S = P + iQ  Đơn vị đo Q VAr ( Volt Amperes ractive ) 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng (1.2) Trên lưới điện, công suất phản kháng (CSPK) tiêu thụ : Đ ộng không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện đường dây tải ện phần tử, thi ết bị có liên quan đến từ trường Yêu cầu CSPK giảm đến mức tối thi ểu không th ể tri ệt tiêu đ ược cần thiết để tạo từ trường, yếu tố trung gian cần thi ết q trình chuyển hóa điện a) Động không đồng Động không đồng thi ết bị tiêu th ụ CSPK l ưới ện, chi ếm khoảng 60% – 65% CSPK động không đồng gồm hai thành phần : TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG  Một phần nhỏ CSPK sử dụng để sinh từ trường tản mạch điện sơ cấp  Phần lớn CSPK lại dùng để sinh từ trường khe hở b) Máy biến áp MBA tiêu thụ khoảng 22% - 25% nhu cầu CSPK tổng lưới ện, nh ỏ h ơn nhu cầu động không đồng CSPK dùng đ ể từ hóa lõi thép MBA khơng l ớn so với động khơng đồng bộ, khơng có khe h khơng khí Nh ưng s ố thi ết b ị tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK MBA đáng kể CSPK tiêu thụ MBA gồm hai thành phần :  Công suất phản kháng sử dụng để từ hóa lõi thép  Cơng suất phản kháng tản từ máy biến áp c) Đèn huỳnh quang Thông thường đèn huỳnh quang vận hành có có m ột ch ấn l ưu đ ể h ạn ch ế dòng điện Tùy theo điện cảm chấn lưu, hệ số công suất ch ưa hi ệu ch ỉnh cosφ chấn lưu nằm khoảng 0,3 - 0,5 Các đèn huỳnh quang hi ện đại có b ộ kh ởi đ ộng ện t ừ, h ệ s ố công su ất ch ưa hiệu chỉnh cosφ thường gần Do không cần hiệu chỉnh hệ số công suất thiết bị Tuy nhiên, thi ết bị ện tử kh ởi đ ộng sinh sóng hài 1.3 Các nguồn phát cơng suất phản kháng Khả phát CSPK nhà máy điện hạn chế, cos φ nhà máy từ 0,8 – 0,9 cao Vì lý kinh tế người ta không ch ế tạo máy phát có khả phát nhiều CSPK cho phụ tải Các máy phát đảm đương m ột phần nhu cầu CSPK phụ tải, phần lại thiết bị bù đảm trách (Máy bù đ ồng b ộ, t ụ điện) Ngoài hệ thống ện nói chung, ph ải k ể đ ến m ột ngu ồn phát CSPK n ữa, đường dây tải điện, đặc biệt đường cáp đường dây siêu cao áp TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tuy nhiên ta xét đến lưới điện phân ph ối, v ậy ch ỉ l ưu ý đ ến trường hợp đường dây 35 kV dài đường cáp ngầm Nhưng CSPK phát từ phần khơng đáng kể nên nguồn CSPK lưới phân phối tụ điện, động đồng máy bù.[2] 1.4 Bù công suất phản kháng 1.4.1 Tiêu chí kỹ thuật a) Yêu cầu cosφ Phụ tải hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, th ường g ần b ằng 1, mức tiêu thụ CSPK không thành vấn đề lớn cần quan tâm Trái l ại, xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng…đại dùng động không đồng bộ, n tiêu th ụ chủ yếu CSPK Hệ số công suất động không đồng b ộ phụ thu ộc vào ều ki ện làm việc động cơ, yếu tố chủ yếu sau :  Dung lượng động lớn hệ số cơng suất cao, su ất tiêu th ụ CSPK nhỏ  Hệ số công suất động phụ thuộc vào tốc độ quay động cơ, nh ất động nhỏ  Hệ số công suất động không đồng phụ thuộc nhi ều vào h ệ s ố phụ tải động cơ, quay không tải lượng CSPK cần thi ết cho đ ộng c không đồng 60% – 70% lúc tải định mức b) Đảm bảo mức điện áp cho phép Khi có điện chạy dây dẫn bao gi có ện áp r ơi, ện áp điểm khác lưới không giống Tất thiết bị tiêu thụ ện chế tạo để làm việc tối ưu với điện áp đặt nh ất đ ịnh, n ếu ện áp đ ặt đầu cực thiết bị điện khác trị số định mức làm cho tình tr ạng làm vi ệc c chúng xấu Vì lý trên, việc đảm bảo điện áp mức cho phép m ột ch ỉ tiêu kỹ thu ật quan trọng Trên thực tế giữ điện áp vào đầu cực TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG thiết bị điện cố định điện áp định mức mà có th ể đảm bảo trị s ố điện áp thay đổi phạm vi định theo tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép mà thôi, thông th ường ện áp đặt cho phép dao động ± 5% Độ lệch điện áp tiêu chu ẩn ện áp quan tr ọng ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện Có thể thay đổi phân bố CSPK l ưới, cách đặt máy bù đ ồng b ộ hay tụ điện tĩnh, thực cách phân b ố l ại CSPK phát gi ữa nhà máy điện hệ thống c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp :  Thay đổi đầu phân áp MBA  Nâng cao điện áp máy phát điện  Làm giảm hao tổn điện áp thiết bị bù 1.4.2 Tiêu chí kinh tế Khi thực bù kinh tế người ta tính tốn để đạt l ợi ích, n ếu l ợi ích thu cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn chi phí lắp đặt vi ệc bù kinh tế đ ược thực a) Lợi ích đặt bù  Giảm công suất tác dụng yêu cầu chế độ max hệ th ống ện, giảm dự trữ cơng suất tác dụng  Giảm nhẹ tải MBA trung gian đường trụ trung áp gi ảm đ ược yêu c ầu CSPK  Giảm tổn thất điện  Cải thiện chất lượng điện áp lưới phân phối b) Chi phí đặt bù  Vốn đầu tư chi phí vận hành cho trạm bù  Tổn thất điện tụ bù TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Kết luận Qua q trình tìm hiểu, nghiên cứu phân tích th r ằng : CSPK phần thiếu MBA, động điện, đèn huỳnh quang… Tuy nhiên truyền tải đường dây lại gây ảnh hưởng đến hao tổn ện năng, hao tổn điện áp, làm tăng công suất truy ền t ải d ẫn đ ến tăng chi phí l ắp đ ặt…, v ậy phải có biện pháp để giảm lượng công suất Một bi ện pháp đơn giản hiệu bù CSPK, sau bù làm c ải thi ện đ ược nh ược điểm Việc bù CSPK thực ngu ồn bù khác nhau, nhiên qua phân tích với ứng dụng khoa học kỹ thuật việc sử dụng tụ bù tĩnh hi ệu hơn, mà ứng dụng rộng rãi Khi tiến hành bù CSPK phân chia thành ch ỉ tiêu bù :  Bù theo kỹ thuật tức nhằm nâng cao điện áp nằm giới hạn cho phép  Bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện đường dây từ đ ưa đ ến l ợi ích kinh tế Tuy nhiên q trình thực bù, khơng th ể tách bi ệt phương pháp mà hỗ trợ lẫn nhau.[2] TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG II TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tổn thất điện áp lưới điện phụ thuộc nhi ều vào công su ất truy ền t ải thông số đường dây Khi vận hành phải đảm bảo cho thay đổi ện áp v ị trí lưới so với định mức nằm trông phạm vi điện áp cho phép Trong lưới truyền tải điện, sử dụng thi ết b ị bù (SVC, STATCOM, t ụ bù ngang, tụ bù dọc, kháng bù ngang…) nhằm mục đích cải thi ện ện áp nút, việc bù CSPK cịn có thêm ý nghĩa:  Tăng khả tải đường dây  Cải thiện tính ổn định điện áp nút  Phân bố lại CSPK hệ thống dẫn đến giảm tổn thất hệ thống  Tăng độ dự trữ ổn định hệ thống 2.1 Tụ bù ngang 2.1.1 Chức năng, ứng dụng Véc tơ dòng qua tụ vượt trước véc tơ điện áp, v ậy t ụ ện phát công suất phản kháng Q, cung cấp cho phụ tải, giảm lượng công su ất ph ản kháng truyền tải từ lưới có tác dụng nâng cao điện áp cuối đường dây Như vậy, với đường dây truyền tải có ện dung pha-đ ất nh ỏ vi ệc n ối rẽ nhánh tụ công suất (bù ngang) đầu vào tải ho ặc tr ạm phân ph ối gi ảm đ ược s ự sụt áp giữ ổn định điện áp nút phụ tải Sơ đồ thay sau : TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Hình 2.1 Sơ đồ thay Lúc này, tổn thất điện áp đường dây : sU = (2.1) Trong : - P công suất tác dụng truyền đường dây - R thành phần điện tr đ ường dây - Q công suất phản kháng truy ền đường dây - X thành phần ện kháng đ ường dây - U điện áp đầu đường dây Như vậy, sU giảm có Q bù, trường hợp tải P nhỏ khơng tải mà Q bù lớn sU < 0, điều có nghĩa xảy dâng áp nút có l ắp đặt Q bù 2.1.2 Cấu tạo, đặc điểm Các cực tụ điện thường làm kim loại đ ược cách ện b ởi màng giấy mỏng tẩm dung môi lại với thành lớp xen kẽ nhúng dầu cách điện Để có tụ cao áp, người ta ghép n ối nhi ều ổ t ụ nhỏ để chia điện áp đặt lên tổ tụ Đặc điểm phương pháp dùng tụ bù ngang :  Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp  Điều chỉnh điện áp theo cấp cố định tùy theo dung lượng bù  Lượng Q phát phụ thuộc vào điện áp lưới 2.1.3 Ví dụ hệ thống tụ bù trạm Sóc Sơn a) Số liệu dàn tụ :  Công suất : 62,5 MVAr  Điện áp định mức : 123 kV  Sơ đồ nối : YY không nối đất  Tổng số bình tụ : 66 bình b) Thơng số bình tụ : TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi hay cịn gọi SVC (Static VAR Compensator) thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh lưới truy ền tải ện áp cao SVC thiết bị nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chi ều linh ho ạt (FACTS), dùng để điều chỉnh điện áp tăng khả ổn đ ịnh c h ệ th ống điện Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng thi ết bị không chuy ển đ ộng hay nói rõ sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thi ết b ị h ơn s dụng máy cắt dao cách ly SVC thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, chế tạo đ ể ều ch ỉnh ện áp nút đặt SVC điều chỉnh điện kháng Nếu hệ th ống th ừa công su ất ph ản kháng hay điện áp nút cao giá trị cho phép , SVC đóng vai trị kháng bù ngang Khi đó, SVC tiêu thụ công suất phản kháng từ h ệ th ống h th ấp điện áp nút điều chỉnh Ngược lại, hệ thống thiếu công suất phản kháng, tụ bù ngang đ ược t ự động đóng vào Do đó, cơng suất phản kháng bơm thêm vào hệ th ống, ện áp nút cải thiện SVC thường đặt vị trí có tải thay đổi nhi ều v ới t ốc đ ộ cao, nh lò điện SVC dùng để làm trơn dao động điện áp 15 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Hình 2.8 Sơ đồ sợi SVC, cuộn dây điện cảm điều khiển b ằng thyristor(TCR) nối với ba tụ đóng cắt khí 2.4.1 Cấu tạo SVC gồm phận chính:  TCR (Thyristor Controlled Reactor): Đây quận kháng có ều ển, cho phép điều khiển lượng CSPK tiêu thụ X K cách dùng thyristor để điều khiển dòng điện chạy qua XK  TSR (Thyristor Switched Reactor) : Đây quận kháng đóng m tr ực ti ếp thyristor  TSC(Thyristor Switched Capacitor): Đây tụ ện đóng m tr ực ti ếp thyrstor.[4] 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động Một SVC điển hình gồm tụ bù ngang đóng cắt riêng bi ệt, đ ược k ết n ối với cuộn dây điện cảm (có khơng có lõi sắt) điều chỉnh thyristor Nhờ việc thay đổi góc dẫn thyristor mà điện kháng đẳng trị SVC thay đổi liên tục Do cơng suất phản kháng lưới điện áp có th ể bơm vào hay hút di cách liên tục Theo cấu trúc này, tụ điện điều chỉnh thơ, sau đó, TCR ều ch ỉnh giá trị cảm kháng, kết giá trị điện kháng đẳng trị m ột giá tr ị liên t ục Đi ều ch ỉnh trơn linh hoạt thực cách sử dụng b ộ tụ ện đ ược đóng cắt thyristor hay TCCS (thyristor-controlled capacitor switching) Thyristor thiết bị điều chỉnh tĩnh ện Thyristor, nh thi ết b ị bán dẫn khác, phát nhiệt, nước khử ion dũng để làm mát Các tải cảm kháng thay đổi nhanh mạch (như lị ện) có th ể làm bi ến đổi dạng sóng điều hịa điện áp Và đó, l ọc sóng ện t công su ất l ớn 16 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG sủ dụng để làm trơn sóng điện áp Bản thân l ọc sóng ều hịa l ại có tính dung, đó, chúng cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện Các thiết bị SVC thường đặt nơi có yêu cầu điều chỉnh ện áp xác Việc điều chỉnh điện áp thường dùng điều ển có ph ản h ồi (closedloop) Việc điều chỉnh điện áp tiến hành từ xa hệ thống SCADA tay theo giá trị đặt 2.4.3 Kết nối Nói chung, SVC không làm việc điện áp đường dây, th ường đ ược n ối qua máy biến áp tăng áp, với điện áp đường dây phía cao (ví d ụ 230 kV) xu ống ện áp thấp (ví dụ 9,5 kV) Việc giảm điện áp làm việc SVC nh ằm kích th ước s ố lượng thiết bị SVC (chủ yếu tụ bù ngang có điện áp làm vi ệc th ấp) M ặc dù việc làm làm cho cuộn dây điện cảm có kích th ước lớn h ơn d ể ch ịu đ ược dịng điện lớn Các van thyristor SVC có dạng hình đĩa, v ới đường kính hàng inch, đó, chúng thường đặt nhà 2.4.4 Lợi ích Lợi ích việc sử dụng SVC so v ới tụ bù đ ược đóng c c khí chũng phản ứng gần tức thời với thay đổi điện áp hệ th ống Vì lý này, chũng thường hoạt động gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu qu ả ều ch ỉnh cao nh ất có nhu cầu SVC nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, ều ch ỉnh nhanh h ơn tin cậy so với thiết bị bù khác máy bù đồng [5] 2.5 STATCOM STATCOM thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI – Voltage – Source Inverter), chuyển đổi nguồn áp chiều thành điện áp xoay chiều đ ể bù CSPK cho h ệ th ống 17 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG STATCOM thiết bị bù ngang, điều ển điện áp v ị trí l ắp đ ặt đ ến giá trị cài đặt (Vref) thơng qua việc điều chỉnh điện áp góc pha từ STATCOM Hình 2.9 Cấu trúc STATCOM Bằng cách khống chế điện áp STATOM, pha v ới ện áp h ệ th ống, nh ưng có biên độ lớn hơn, dịng điện CSPK chạy từ STATCOM vào h ệ th ống, đ ể nâng ện áp lên Ngược lại,nếu điều khiển điện áp STATCOM thấp điện áp h ệ th ống, dịng điện dịng cơng suất chạy từ lưới vào STATCOM, v ậy hạn ch ế ện áp lưới điện.[6] CHƯƠNG MÁY BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 18 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1 Máy bù đồng Máy bù đồng thực chất động điện đồng làm việc chế độ không tải với dịng kích từ điiều chỉnh để phát tiêu thụ cơng suất phản kháng Q, trì điện áp quy định lưới điện khu vực tập trung hộ dùng điện Máy bù đồng thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện 3.1.1 Cấu tạo Máy bù đồng thường có cấu tạo theo kiểu cực lồi (2p ≥ 4) Để dễ mở máy, mặt cực chế tạo thép nguyên khối có đặt dây quấn mở máy Trong tr ường hợp mở máy trực tiếp gặp khó khăn phải hạ điện áp m máy, dùng đ ộng c không đồng rôto dây quấn để kéo máy bù đồng đến tốc độ đồng Trục máy bù đồng nhỏ khơng kéo tải c Cũng mômen c ản trục nhỏ (chủ yếu ma sát cửa ổ trục quạt gió) nên yêu cầu làm vi ệc ổn đ ịnh với lưới điện khơng thiết, có th ể thi ết kế cho x d lớn nghĩa khe hở nhỏ, kết làm giảm suất điện động dây quấn kích từ ến cho kích thước máy nhỏ a) Stato Kết cấu stato máy bù đồng (máy điện đồng bộ) hoàn toàn gi ống stato máy điện khơng đồng Stator gồm hai phận lõi thép dây quấn, ngồi cịn v ỏ máy n ắp máy  Lõi thép có dạng hình trụ, làm thép kỹ thu ật ện, đ ược d ập rãnh bên ghép lại với tạo thành rãnh theo h ướng tr ục.Lõi thép ép vào vỏ máy  Dây quấn stator thường làm dây đồng có bọc cách điện đ ặt rãnh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha ch ạy dây qu ấn ba pha stator tạo nên từ trường quay 19 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG b) Rơto Hình 3.1 Cực từ máy đồng cực lồi Lá thép cực từ Đi cực từ Hình 3.2 Dây qu ấn c ản, m máy Dây quấn kích thích Nêm Lõi thép rơto Máy cực lồi thường quay với tốc độ thấp nên đường kính rơto có th ể l ớn t ới 15m, chiều dài lại bé Thường l/D = 0,15-0,2 Với máy nhỏ vừa rôto làm thép đúc, gia cơng thành kh ối lăng tr ụ có cực từ (Hình 3.1) Với máy cơng suất lớn rôto ghép từ thép dày t 1-6 mm, d ập đ ịnh hình ghép giá đỡ rôto Cực từ đặt rôto ghép b ằng thép dày t 1-1,5 mm Dây quấn kích thích quấn định hình vào lồng thân cực từ ( Hình 3.1) Trên bề mặt cực từ có dây quấn ngắn mạch, nh dây qu ấn l ồng sóc c máy điện khơng đồng (Hình 3.2) 3.1.2 Ngun lý làm việc Khi ta đưa dịng điện kích thích m ột chi ều i t vào dây quấn kích thích đặt cực từ, dịng điện it tạo nên từ thông Φt Nếu ta quay rôto lên đến tốc độ n (vg/ph), từ trường kích thích quét qua dây quấn phần ứng cảm ứng nên dây 20 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG quấn suất điện động dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f = p.n/60 Trong p số cặp cực máy Với máy điện đồng ba pha, dây quấn ph ần ứng nối (Y) nối tam giác (Δ) hình 3.3 Khi máy làm việc dịng điện phần ứng I chạy dây quấn pha tạo nên từ trường quay Từ trường quay với tốc độ đồng n1 = 60.f1/p Hình 3.3 Nguyên lý làm vi ệc c b ản Như máy điện đồng ta thấy : n = n mà ta gọi máy điện đồng 3.1.3 Đặc tính góc cơng suất phản kháng Cơng suất phản kháng máy điện đồng tính : Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ – θ) = mU(Isin ψ.cos θ + Icos ψ.sin θ) Q = mU( I d.cosθ- Iq.sinθ ) (3.1) (3.2) Thay Id Iq vào ta có : Q = cos θ + ( )cos2θ ( + ) 21 (3.3) TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Đặc tính góc cơng suất phản kháng máy điện đồng hình 3.4 Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công suất phản kháng vào lưới, ngồi phạm vi máy tiêu thụ cơng suất phản kháng.[7] Hình 3.4 Đặc tính góc cơng suất phản kháng máy cực l ồi 3.1.4 Chế độ làm việc máy bù đồng  Chế độ kích thích Chế độ làm việc bình thường (giờ cao điểm) máy bù đ ồng b ộ ch ế đ ộ q kích thích (tăng kích từ) phát cơng suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi, tiêu thụ công suất điện dung lưới điện Ở trường hợp máy bù đồng b ộ có tác dụng tụ điện làm tăng cos bù điện áp rơi lưới điện, gọi máy phát công suất phản kháng  Chế độ thiếu kích thích Khi tải hộ dùng điện giảm, ví dụ v ề đêm ho ặc vào nh ững gi th ấp ểm, điện áp lưới tăng cho máy bù đồng làm việc ch ế đ ộ thi ếu kích thích (giảm dịng kích từ), tiêu thụ cơng suất phản kháng (đi ện cảm) lưới ện gây thêm điện áp rơi đường dây để trì ện áp kh ỏi tăng m ức quy đ ịnh Vi ệc điều chỉnh dịng điện kích thích để trì ện áp l ưới (ở đ ầu cực c máy bù đồng bộ) không đổi, thường tiến hành tự động Máy bù đồng tiêu th ụ r ất cơng suất tác dụng cơng suất tác dụng dùng để bù vào tổn hao cơng 3.1.5 Cơng suất khả bù máy bù đồng 22 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Cơng suất định mức máy bù đồng quy định ứng v ới ch ế đ ộ làm vi ệc kích thích có trị số : S đm = mUđmIđm (3.4) Khi làm việc chế độ thiếu kích thích tối đa, công su ất máy b ằng : S’ = mU đmI’ (3.5) Nếu bỏ qua tổn hao công suất : I’= Vậy : =j (3.6) S’ = m (3.7) So sánh cơng suất với cơng suất định mức ta có : = = Đây thông số đặc trưng khả bù máy bù đồng b ộ Thông thường máy bù đồng x d = 1,5 ÷ 2,2 ; S’/Sđm = 0,45 ÷ 0,67 trị số đáp ứng yêu cầu vận hành Trong s ố trường hợp cần tăng tr ị s ố S’ phải giảm xd cách tăng khe hở ều ến cho giá thành c máy cao Để kinh tế hơn, thực chế độ kích thích âm, E < 0, kết I’ tăng khiến cho S’ lớn lên.[8] 3.2 Động không đồng rotor dây quấn đồng hóa Khi cho dịng điện chiều vào rotor động khơng đ ồng b ọ dây qu ấn, động làm việc động đồng với dòng ện v ượt tr ước ện áp Do có khả sinh cơng suất phản kháng cung cấp cho m ạng Nh ược ểm c loại động tổn thất công suất lớn (bảng 3-1) khả tải Bảng 3-1 Suất tổn thất công suất tác dụng loại thiết b ị bù Loại thiết bị bù Tổn thất CSPK 23 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tụ điện 0,003 – 0,005 Máy bù đồng S = 5000 – 30000 kVA 0.002 – 0,027 Động dây quấn đồng hóa 0,03 – 0,05 Máy phát động dùng làm máy bù 0,02 – 0,08 Máy phát đồng dùng làm máy bù, không tháo động sơ cấp 0,15 – 0.3 Vì vậy, thường động phép làm việc với 75% cơng suất định mức Với lí trên, động không đồng rotor dây quấn đồng hóa đươc coi thi ết bị bù nhất, sủ dụng khơng có thiết bị bù khác [9] Ngoài thiết bị kể trên, cịn dùng động khơng đồng b ộ làm vi ệc ch ế độ kích từ dùng máy phát điện làm việc chế độ bù để làm máy bù Ở xí nghiệp có nhiều tổ máy diezen – máy phát làm nguồn dự phịng, ch ưa dùng đ ến lấy làm máy bù đồng Theo kinh nghiệm thực t ế, vi ệc chuy ển máy phát thành máy bù đồng khơng phức tạp biện pháp nhiều xí nghi ệp ưa dùng 24 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN Sau tính dung lượng bù chọn loại thi ết bị bù v ấn đ ề quan tr ọng b ố trí thiết bị bù vào mạng cho đạt hiệu kinh tế Thi ết bị bù có th ể đ ặt phí điện áp cao (lớn 1000V) vị trí điện áp th ấp (nh ỏ h ơn 1000V), nguyên tắc bố trí thiết bị bù đạt hi phí tính tốn nhỏ  Máy bù đồng bộ, có cơng suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, máy bù n ếu có th ường đặt phía điện áp cao trạm biến áp trung gian Tụ điện đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp  Tụ điện điện áp cao (6 – 15 kV) đặt tập trung tr ạm bi ến áp trung gian, trạm phân phối Nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi v ận hành tụ điện dễ dàng có khả thực vi ệc tự động hóa ều ch ỉnh dung lượng bù Bù tập trung mạng điện áp cao cịn có ưu ểm n ữa t ận dụng hết khả tụ điện, nói chung tụ điện vận hành liên tục 25 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG nên chúng phát cơng suất bù tối đa Nhược ểm ph ương pháp không bù công suất phản kháng mạng điện áp th ấp, khơng có tác dụng giảm tổn thất điện áp công suất mạng điện áp thấp Tụ điện điện áp thấp (0,4 kV) đặt theo ba cách :  Đứng mặt giảm tổn thất điện mà xét vi ệc đặt phân tán t ụ bù thiết bị điện có lợi Song với cách đặt thi ết b ị ện ngh ỉ tụ điện nghỉ theo, dó hiệu suất sử dụng không cao Phương án ch ỉ dùng để bù cho động không đồng có cơng suất lớn  Phương án đặt tụ điện thành nhóm tủ phân phối động lực đường dây phân xưởng dùng nhiều hiệu suất sử dụng cao, giảm tổn thất mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp Nhược điểm phương pháp nhóm tụ điện nằm phân tán khiến việc theo dõi chúng vận hành khơng thuận tiện khó thực việc tự động điều chỉnh dung lượng bù  Phương án đặt tụ điện tập trung điện áp thấp tr ạm bi ến áp phân áp phân xưởng dùng trường hợp dung lượng bù l ớn ho ặc có yêu cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định ện áp m ạng Nhược điểm phương pháp không giảm tổn thất mạng phân xưởng Trong thực tế tùy vào tình hình cụ thể mà ph ối h ợp c ả ba ph ương án đ ặt tụ điện kể trên.[9] 26 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG V KẾT LUẬN Công suất phản kháng công suất bỏ qua lưới ện cần thiết cho thiết bị điện máy điên, máy bi ến áp…V ấn đề đặt gi ảm công suất truyền tải đường dây để hạn chế hao tổn chi phí đ ầu t xây lắp Bù cơng suất phản kháng gi ải pháp kỹ thu ật nâng cao ch ất l ượng điện cung cấp cho phép giảm tổn thất Điều dẫn đến gi ẩm công su ất phát nguồn, giảm vốn đầu tư xây dựng mạng điện, giảm tải đường dây máy bi ến áp, làm tuổi thọ chúng dài Việc nghiên cứu giải pháp bù công suất ph ản kháng cho ta th đ ược nên áp dụng phương pháp cho lưới cụ thể phụ thuộc vào mục đích bù cơng suất ph ản kháng tính chất lưới điện 27 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Q trình phân tích hiệu bù cho thấy khơng ph ải bù h ết công su ất ph ản kháng (cosφ=1) lưới hiệu mà việc nâng cao hệ số cos φ lớn làm giảm hiệu kinh tế, nên bù cos φ đặt khoảng 0,9 – 0,93 hi ệu qu ả Ngồi thiết bị bù cơng suất phản kháng k ể trên, hi ện th ực t ế cịn nhiều thiết bị bù cơng suất phản kháng khác tổn hao công su ất c chúng lớn không sử dụng rộng rãi TÀI LIỆU THAM KHẢO *** [1] Công suất phản kháng (7/2014) vi.wikipedia.org/wiki, truy cập ngày 1/9/2014 [2] Ths Ngô Quang Ước (2010) Nghiên cứu giải pháp bù công suất phản kháng lưới điện phân phối Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội [3] Nguyễn Tuấn Anh (2011) Thiết bị bù công suất phản kháng webdien.com Truy cập ngày 3/9/2014 [4] Lê Hồng Lâm (2010) Nghiên cứu xây dựng chương trình mơ s dụng thi ết bị SVC TCSC để điều khiển, nâng cao ổn định hệ thống điện Lớp 05DHT, Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 28 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG [5] SVC (12/2013) vi.wikipedia.org Truy cập ngày 5/9/2014 [6] Nguyễn Hồng Anh (2008) Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500 KV Việt Nam, Tạp chí khoa học công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 3(26).2008 [7] Bùi Tấn Lợi (2005) Giáo trình máy điện II Khoa Điện, Bộ môn Điện Công Nghiệp, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [8] Nguyễn Trọng Thắng – Ngô Quang Hà (2005) Giáo trình máy điện II Khoa Điện, Bộ môn sở kỹ thuật điện Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Xuân Phú – Nguyễn Công Hiền – Nguyễn Bội Khuê (2003) Cung Cấp Điện Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh ( 792 trang ) 29 ... KHẢO TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng  Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công. ..TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết công suất phản kháng 1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng. .. 26 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHƯƠNG V KẾT LUẬN Công suất phản kháng công suất bỏ qua lưới ện cần thiết cho thiết bị điện máy điên, máy bi ến áp…V ấn đề đặt gi ảm công suất