Khai thác khả năng đối xứng hoá các máy bù đồng bộ

Trần đông giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành : Hệ thống điện hệ thống điện Khai thác khả đối xứng hoá máy bù đồng trần đông 2004 - 2006 Hà Nội 2006 Hà nội 2006 Lời mở đầu Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa nỊn kinh tÕ x· hội, hệ thống điện Việt Nam phát triển không ngừng ngày trở nên phức tạp Vận hành lưới điện an toàn hiệu nhiệm vụ hàng đầu ngành điện Việc đối xứng mạng điện làm xuất dòng thứ tự nghịch, thứ tự không gây ảnh hưởng xấu đến máy phát, ®Õn sù t¸c ®éng mÊt tin cËy cđa c¸c thiÕt bị bảo vệ rơle Ngoài ra, nguyên nhân làm tăng tổn thất mạng độ tin cậy cung cấp điện giảm xuống Vì lý trên, cần phải tính toán thông số chế độ mạng không đối xứng để đưa mạng quay trở trạng thái đối xứng Đề tài Khai thác khả đối xứng hoá máy bù đồng nghiên cứu, tính toán kết hợp hai chức thiết bị nhằm tìm kiếm biện pháp đối xứng hoá, để trì đối xứng thường xuyên hoàn toàn mà không cần phải điều chỉnh tải thay đổi Sau thời gian nghiên cứu đến luận văn đà hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn giúp đỡ tận tình PGS.TS Trịnh Hùng Thám Xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy, cô giáo môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đà tạo điều kiện giúp đỡ suốt qúa trình tham gia khóa học Xin chân thành cảm ơn Trung tâm đào tạo sau đại học, bạn bè đồng nghiệp người thân đà tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành luận văn Do hạn chế thời gian, trình độ nên luận văn tránh khỏi sai sót Tác giả mong nhận dẫn, góp ý thầy, cô giáo đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2006 Người thực Trần Duy Đông Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN Mục lục Trang Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan chế độ không đối xứng hệ thống điện 1.1 Khái quát 1.2 Nguyên nhân gây đối xứng hệ thống điện 1.3 ảnh hưởng chế độ không đối xứng ®Õn hƯ thèng ®iƯn 1.4 KÕt ln 13 Ch­¬ng 2: Các phương pháp nghiên cứu chế độ không đối xứng 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Phương pháp thành phần đối xứng 2.3 Dùng phương pháp thành phần đối xứng để khảo sát toán không đối xứng ngang dọc 2.4 Kết luận Chương 3: Tổng quan phương pháp đối xứng hoá 3.1 Cơ sở phương pháp đối xứng hoá 3.2 Mô hình toán học phụ tải pha không đối xứng 3.3 Đối xứng hoá phần tử tĩnh 3.4 Đối xứng hoá nhờ động không đồng 3.5 Kết luận Chương 4: Khảo sát khả đối xứng hoá máy bù đồng 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Xác định quan hệ công suất định mức máy bù đồng với công suất phụ tải không đối xứng 4.3 Khảo sát dòng điện ba pha máy bù đồng 4.4 Khảo sát điện áp ba pha máy bù đồng Trần Duy Đông Lớp Cao häc HT§ - EVN 14 14 14 22 27 28 28 30 41 67 70 71 71 73 76 84 4.5 Vấn đề tự kích thích máy bù đồng 4.6 Kết luận 94 95 Chương 5: tính toán minh hoạ phương pháp đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở máy 96 bù đồng 5.1 Đặt vấn đề 5.2 Đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở 5.3 Đối xứng hoá máy bù đồng 96 98 100 Kết luận chung luận văn 107 tài liệu tham khảo 109 Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN Chương Tổng quan chế độ không đối xứng hệ thống điện 1.1 Khái quát 1.1.1 Định nghÜa Mét hƯ thèng m vect¬ hay sè phøc F , F , , F i , , F m gọi đối xøng nÕu tháa m·n ®iỊu kiƯn sau: VỊ module:  F i  = const (1.1) VÒ gãc pha: argument F i = Lóc ®ã: 2π i m (1.2) m ∑ F i = vµ gãc lệch pha vectơ liên tiếp: i =1 ϕ i = argument( F i+1 ) - argument( F i ) = R R 2π 2π 2π i= = const (i + 1)m m m NÕu kh«ng tháa mÃn (1.1) ta nói hệ không đối xứng (KĐX) module Nếu không thỏa mÃn (1.2) ta nói hệ KĐX góc pha Trong hệ thống điện (HTĐ) pha, thiết bị điện máy phát điện, máy biến áp, động điện v.v chế tạo để làm việc điều kiện đối xứng Đối với HTĐ pha, vectơ phẳng hay phức số F , F , F cã thÓ hệ áp dòng pha A, B, C th­êng ký hiƯu lµ F A , F B , F C NÕu  F A =  F B =  F C góc lệch pha liên tiếp chúng b»ng 1200 P ta nãi hƯ thèng pha lµ đối xứng Nếu lấy F A làm gốc viết: Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN P Víi : a = e j.120 = − + j 2 FB = a FA P P Víi : a = e j.240 = − − j 2 F C = a F A Nh­ vËy mét hệ thống đối xứng cân F A + F B + F C = Trong HT§ thường gặp đối xứng module góc pha Khi module dòng áp pha tương ứng không nhau, góc lệch pha liên tiếp chúng khác 1200 P P 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo thời gian tồn không đối xứng a Không đối xứng lâu dài Chế độ KĐX gây nguyên nhân: Do phụ tải, thân phần tử ba pha KĐX hoàn toàn, áp dụng số chế độ làm việc đặc biệt gọi chế độ KĐX lâu dài Hệ thống điện làm việc với chế độ KĐX lâu dài thời gian không hạn chế b Không đối xứng ngắn hạn Chế độ không đối xứng ngắn hạn gây cố ngắn mạch KĐX Chế độ không đối xứng ngắn hạn tồn khoảng thời gian ngắn (vài giây) rơle bảo vệ tác động cắt phận hư hỏng 1.1.2.2 Phân loại theo dạng thức không đối xứng a Không ®èi xøng däc Ph¸t sinh tỉng trë c¸c pha đường dây khác Nguyên nhân cố đứt dây, đường dây không hoán vị hoàn toàn, ngắn mạch tụ bù dọc Các đường dây siêu cao áp chiều dài lớn, qua nhiều địa hình phức tạp (đồng bằng, miền núi, thung lũng ) với khí hậu, độ ẩm khoảng cách treo dây khác nên việc hoán vị đường dây hoàn toàn làm đối xứng thông số đường dây Vì đường dây thường làm việc với không đối xứng dọc, gây tác hại đến phần tử HTĐ Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN b Không đối xứng ngang Phát sinh tổng trở pha đường dây không Những phần tử phụ tải KĐX cố ngắn mạch KĐX gây 1.2 Nguyên nhân gây đối xứng hệ thống điện Sự xuất KĐX HTĐ nhiều nguyên nhân khác như: 1.2.1 Do phụ tải không đối xứng Phụ tải bao gồm phụ tải pha phụ tải ba pha Phụ tải pha phụ tải KĐX điển hình nhất, thí dụ lò điện pha, máy hàn, phụ tải vận tải điện v.v có số phụ tải ba pha KĐX lò hồ quang ®iƯn ba pha v× hå quang ba pha th­êng không 1.2.2 Do thân phần tử ba pha không đối xứng hoàn toàn Như đường dây tải điện ba pha không hoán vị pha hoán vị không hoàn toàn 1.2.3 Do áp dụng số chế độ làm việc đặc biệt Như đường dây vận hành pha - đất, pha - đường ray, chế độ làm việc không toàn pha tức đường dây pha tải điện hai pha 1.2.4 Do cố ngắn mạch không đối xứng Ngắn mạch pha với đất (N(1)), ngắn mạch hai pha với đất (N(1,1)), ngắn P P P P mạch hai pha với (N(2)), đứt dây kèm theo ngắn mạch cố P P KĐX 1.3 ảnh hưởng chế độ không đối xứng đến hệ thống điện 1.3.1 ảnh hưởng chế độ không đối xứng tới chất lượng điện Chất lượng điện đánh giá qua hai tiêu chất lượng điện áp chất lượng tần số Chất lượng điện áp thể qua: độ lệch biên độ dao động, độ KĐX, độ không cân bằng, độ không sin điện áp Chất lượng tần số thể qua: độ lệch tần số giá trị định mức độ dao động Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN Trong chế độ KĐX chất lượng điện đánh giá hệ số sau: Hệ số KĐX dòng áp: I ϕ ε = = εi ej i i I ; U ϕ ε = = εu ej i u U Hệ số không cân dòng áp: I = o = εoi ej oi i I ; U ϕ ε = o = εοu ej ou u U Trong số 1,2,0 tương ứng thành phần thứ tự thuận, nghịch, không Ngoài biểu diễn độ KĐX, không cân dòng áp dạng tỷ số thành phần thứ tự nghịch không với đại lượng định mức: I2 = i I dm I ε = o oi I dm ; ; U2 ε = u U dm U = u U dm Giá trị tiêu chuẩn cho phép điện áp thứ tự nghịch 2% điện áp định mức, nghĩa u ucp = 0,02 Đồng thời giá trị điện áp thứ tự đảm R R R R bảo điện áp đầu cực thiết bị điện áp pha không vượt giá trị cho phép Độ lệch điện áp thứ tự thuận xác định biểu thức: δU = U1 − U dm U dm §é lƯch quy định sau: Đối với động điện: -5% U 5% Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN Đối với thiết bị chiếu sáng: -2,5% U 2,5% Đối với thiết bị dùng điện khác: -5% U 5% Chất lượng điện áp không đảm bảo dẫn tới tăng tổn thất điện áp, tăng tổn thất công suất thiết bị mạng điện, giảm khả truyền tải, phá hoại chế độ làm việc bình thường, giảm tuổi thọ thiết bị, giảm chất lượng số lượng sản phẩm gây thiệt hại cho hộ tiêu thụ Như chế độ vận hành không toàn pha xuất thành phần dòng áp thứ tự thuận, thứ tự không đà gây nên tổn thất phụ mạng điện 1.3.2 ảnh hưởng chế độ không đối xứng tới thiết bị điện Các thiết bị dùng điện chế tạo để làm việc chế độ đối xứng Sù K§X cđa HT§ dï diƠn thêi gian dài hay ngắn ảnh hưởng lớn đến chế độ làm việc phần tử Sự KĐX HTĐ làm cho điện áp dòng điện pha KĐX, hệ thống xuất thành phần thứ tự nghịch không Sự đối xứng cố gây dao động độ có giá trị lớn Sự đối xứng trường hợp nguy hiểm cho thiết bị điện Sau đây, ta xét ảnh hưởng chế độ KĐX tới số phần tử HTĐ 1.3.2.1 Đối với máy phát điện đồng ba pha Hiện nay, hầu hết máy phát điện đồng có cuộn dây stato nối có trung tính cách điện Cuộn dây nối với cuộn tam giác máy biến áp tăng áp Do chế độ không đối xứng, cuộn dây stato máy phát điện có thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch thành phần thứ tự không bị khép vòng cuộn tam giác máy biến áp Dòng điện thứ tự thuận sinh từ trường quay đồng với rôto (rôto có tốc độ đb ) nên không quét rôto, tác dơng cđa nã gièng nh­ lóc m¸y R R ph¸t điện có phụ tải đối xứng bình thường (tức rôto dòng cảm ứng xoay chiều mà có dòng kích từ chiều) Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN Dòng điện thứ tự nghịch sinh từ trường quay ngược chiều rôto víi tèc ®é ®ång bé víi nã Khi ®ã tõ trường thứ tự nghịch với tốc độ đb quÐt r«to R R ωdb − (−ωdb ) = Do rôto (tức mạch cuộn dây db với độ trượt s = kích thích khép mạch, mạch cuộn cản, lõi thép rôto) sinh dòng điện cảm ứng với tần số f2 = s.f1 = 2.50 =100 Hz Dòng điện gây nên tác dụng nhiệt R R R R máy phát điện đồng Tác dụng nhiệt: Dòng điện 100 Hz chạy mạch rôto gây nên phát nóng phụ, tần số cao 100 Hz, hiệu ứng mặt lớn làm cho phát nóng trầm trọng Đối với máy phát nhiệt điện (rôto đúc khối) từ trở mạch rôto nhỏ, dòng cảm ứng 100 Hz lớn nên gây phát nóng mạnh Đối với máy phát thuỷ điện (rôto cực lồi) từ trở mạch rôto lớn, dòng cảm ứng 100 Hz nhỏ nên phát nóng không nhiều máy phát nhiệt điện Khi mức độ KĐX lớn cuộn dây kích thích, cuộn cản, thân rôto máy phát nhiệt điện phát nóng dội Do thân rôto bị biến dạng có khả làm hư hỏng cách điện cuộn dây kích thích Tác dụng cơ: Tác dụng tương hỗ từ trường dòng cảm ứng rôto với từ trường thứ tự nghịch cuộn dây stato gây nên mômen đập mạch đổi dấu Như chế độ KĐX, mômen tuabin có hai mômen điện tác dụng lên trục rôto: mômen không đổi (M kđ ) dòng thứ tự R R thuận lúc có tải đối xứng bình thường mômen đổi dấu (M đd ) sinh R R dòng điện thứ tự nghịch Mômen đổi dấu đập mạch với tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz Tuy nhiên thực tế cần xét đến mômen đập mạch với tần số 100 Hz biên độ mômen tần số cao giảm, chẳng hạn biên độ mômen đập mạch tần số 200 Hz 10% biên độ mômen đập mạch tần số 100 Hz Mômen đập mạch chiều với Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 96 dung phát dập tắt kịp thời nhờ thiết bị tự động điều chỉnh điện áp Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 97 Chương Tính toán minh hoạ phương pháp đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở máy bù đồng 5.1 Đặt vấn đề Có tải pha KĐX Z A , Z B , Z C đặt điện áp U tương ứng với dòng tải I A , I B , I C víi hệ số công suất cos A , cos B , cos C (hình 5.1) Dùng R R R R R R phần tử tĩnh tổng trở máy bù đồng để đối xứng hoá phụ tải nói trên, đồng thời nâng cao hệ số công suất lưới đà đối xứng hoá hoàn toàn lên giá trị cos cho trước ZA IA UA ZB IB UB ZC IC UC Hình 5.1 Biến đổi phụ tải pha KĐX thành tải (hình 5.2): - Một tải pha đối xứng có tổng trở pha Z , dòng pha A, B, C cã thø tù lµ: I A , a I B , a I C - Một tải pha KĐX có tổng trở Z pt nối vào hai pha B C UA IA IA UB a2 I A B IB UC C aIA IC Z Z Z I pt Z pt Hình 5.2 Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 98 Sơ đồ phức thay phụ tải pha nối vào điện áp dây (hình 5.3) jXng U I A1 pt U A1 U A2 Zpt ( U A1 − U A ) jXng I A pt Hình 5.3 Vậy mặt đối xứng, ảnh hưởng phụ tải pha KĐX xét thông qua phụ tải pha Một lưới điện kV có phụ tải pha KĐX (như hình 5.1) với dòng tải là: I A = 531,6 30 Ο = 460 ,38 + j 265 ,8 A; I B = 1250 ,18 ∠300 Ο = 625 ,09 − j1082 ,69 A; I C = − ( I A + I B ) = 1358 ,51∠143 ,04 Ο = −1085 ,47 + j 816 ,89 A Biến đổi phụ tải pha KĐX thành tải (như hình 5.2), điện áp góp phụ tải pha có giá trị là: U BC = U pt = kV Từ theo chương R R R R mục 3.2.3 ta xác định thông số phụ tải pha KĐX phụ tải pha nối vào hai pha B C với dòng tải: I pt = I B − a I A = 625 ,09 − j1082 ,69 − 531,6 ∠270 Ο = 625 ,09 − j 551,09 = 833 ,33∠ − 41,4 A Lấy điện áp U BC làm gốc tøc lµ: U BC = U∠0 Ο = U = kV Phơ t¶i mét pha cã tỉng trë phøc lµ: Z pt = U BC I pt = 6.10 = ,2∠41,4 Ο = ,4008 + j ,7614 Ω 833 ,33∠ − 41,4 Giá trị module công suất phụ tải pha lµ: S pt = U BC I pt = 6.0 ,83333 MVA Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 99 Do phụ tải pha cã I pt = 833,33∠ − 41,4 Ο A, tức dòng điện chậm sau điện áp Nên phụ tải pha có tính chất điện cảm, ta qui ­íc lµ Q pt > R R VËy gãc ϕ pt = 41,40, tøc lµ cosϕ pt = 0,75 hệ số công suất chậm sau R R P P R R Vµ ta cã: I A1 pt = − I A pt = j I pt = j 833 ,33∠ − 41,4 Ο = 481,1∠( 90 Ο − 41,4 Ο ) = 481,148 ,6 A Vậy giá trị module dòng thứ tù thuËn I A1pt lµ: I A1 pt = ,4811 kA R R 5.2 Đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở 5.2.1 Thiết bị đối xứng hoá phần tử a Khi phần tử đối xứng hoá nối vào pha AB Từ công thức (3.42), (3.43) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá sau: R AB = z pt cos( ϕ pt + X AB = z pt sin( ϕ pt + π ) = ,2 cos( 41,4 Ο + 60 Ο ) = −1,4 Ω π ) = ,2 sin( 41,4 Ο + 60 Ο ) = ,0 Ω V× điện trở tác dụng R AB âm nên trường hợp ta không thực R R đối xứng hoá b Khi phần tử đối xứng hoá nối vào pha AC Từ công thức (3.47), (3.48) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá sau: R AC = z pt cos( ϕ pt − X AC = z pt sin( ϕ pt − π π ) = ,2 cos( 41,4 Ο − 60 Ο ) = ,8 Ω ) = ,2 sin( 41,4 Ο − 60 Ο ) = −2 ,3 Ω Nh­ vËy X AB điện dung Điều kiện để đối xứng hoá thực R R góc pha cđa phơ t¶i − π ≤ ϕ pt ≤ Vậy trường hợp ta thực đối xứng hoá Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 100 Theo chương mục 3.3.1.1 sau thực đối xứng hoá hệ số công suất tăng lên Thật vậy, hệ số công suất sau đối xứng hoá là: cos = cos( ϕ pt − π ) = cos( 41,4 Ο − 30 Ο ) = ,98 5.2.2 Thiết bị đối xứng hoá hai phần tử a Khi phần tử đối xứng hoá nối vào hai pha AB, AC Từ công thức (3.52), (3.53) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá ta dùng phần tử phản kháng: XAB , X AC R X AB = X AC = 3 z pt sin( ϕ pt + π π ,2 × = ,6 Ω sin( 41,4 Ο + 30 Ο ) = ,2 × = 31,5 Ω sin( 41,4 Ο − 30 Ο ) ) z pt sin( ϕ pt − = ) R R R Như X AB XAC điện kháng R R R R Theo chương mục 3.3.1.2 sau thực đối xứng hoá hệ số công suất giảm Thật vậy, hệ số công suất sau đối xứng hoá là: cos = cos[ arctg( 3tgϕ pt )] = cos[ arctg( 3tg 41,4 )] = ,35 b Khi phần tử đối xứng hoá nối vào hai pha AB, BC Từ công thức (3.56), (3.57) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá ta dùng phần tử phản kháng: XAB , XBC R X AB = z pt ,2 = × = ,3 Ω cos ϕ pt cos 41,4 Ο X BC = z pt cos( ϕ pt + π = ) R R R ,2 × = −31,5 Ω cos( 41,4 Ο + 60 Ο ) Như X AB điện kháng XBC ®iÖn dung Sau thùc hiÖn ®èi R R R R xứng hoá hệ số công suất giảm xuống số không đổi: cos = const = 0,5 Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 101 c Khi phần tử đối xứng hoá nối vào hai pha AC, BC Từ công thức (3.60), (3.61) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá ta dùng phần tử phản kháng: XAC , X BC R X AC = − z pt ,2 =− × = −8 ,3 Ω cos ϕ pt cos 41,4 Ο X BC = − z pt cos( ϕ pt − π =− ) R R R ,2 = −6 ,6 Ω × cos( 41,4 Ο − 60 Ο ) Như X AC X BC điện dung Sau thực đối xứng hoá R R R R hệ số công suất giảm xuống số không đổi: cos = const = 0,5 5.2.3 Thiết bị đối xứng hoá ba phần tử Từ công thức (3.67), (3.68), (3.69) chương ta xác định thông số phần tử đối xứng hoá ta dùng phần tử phản kh¸ng: X AB , XBC , X CA R R R R R R Do sơ đồ có phần tử nên đưa cos sau đối xứng hoá đến đại lượng tuỳ ý, giả sử sau đối xứng hoá cos = 0,85 Vậy: tg = 0,62 X CA = X AB = X BC = z pt ( tgθ − ) cos ϕ pt z pt ( tgθ + ) cos ϕ pt = = z pt tgθ cos ϕ pt − sin ϕ pt × ,2 ( ,62 − ) cos 41,4 Ο × ,2 ( ,62 + ) cos 41,4 Ο = = −25 ,9 Ω = 12 ,3 Ω × ,2 = −14 ,2 Ω ,62 × ,75 − × ,66 Nh­ X AB điện kháng, XBC XCA điện dung R R R R R R 5.3 Đối xứng hoá máy bù đồng 5.3.1 Đặt vấn đề Theo mục 5.1 phụ tải pha có thông số : Trần Duy Đông Líp Cao häc HT§ - EVN 102 Spt = MVA; U pt = kV; I A1pt = 0,4811 kA; cosϕ pt = 0,75 víi gãc ϕ pt = R R R R R R R R R R 41,40 hệ số công suất chậm sau Tìm loại máy bù đồng để đối xứng hoá P P phụ tải nói đồng thời nâng cao hệ số công suất lưới lên giá trị cos cho trước Mắc nối tiếp tụ điện với máy bù hình vÏ 5.4 A BC U c c c T L MB Zpt Hình 5.4 5.3.2 Xác định công suất định mức máy bù đồng Theo mục 4.2 chương khử hoàn toàn điện kháng thứ tự nghịch máy bù để đối xứng hoá hoàn toàn hệ thống đòi hỏi công suất định mức máy bù phải công suất phụ tải pha Kết không phụ thuộc điện kháng ngoài, đặc biệt đối xứng hoá thực thường xuyên hoàn toàn mà không cần phải điều chỉnh tải thay đổi Từ ta chọn máy bù Cộng hoà Liên bang Nga chế tạo loại: KC - 5000 - có: Smbđm = MVA; U mb®m =6,3 kV R R R R X2mb = 0,2; Xd = 1,57; Xq = 0,77 R R R R R R Dòng điện: I mbđm = 458,2 A R R Chän dung l­ỵng tơ C để khử hoàn toàn điện kháng thứ tự nghịch máy bù xác định từ điều kiện: = X mb ( Ω ) ωc Tõ ®ã: c = ω X mb ( Ω ) TrÇn Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 103 Mà: X mb = X mb ( Ω ) × Do ®ã: X mb ( Ω ) = VËy: C= S mbdm U mbdm X mb U mbdm ,2 × ,3 × 10 = = 1,5876 Ω S mbdm × 10 ω × X mb ( Ω ) = = 2006 àF ì 3,14 ì 50 ì 1,5876 5.3.3 Khảo sát dòng điện ba pha máy bù đồng a Trường hợp 1: Máy bù làm việc chế độ không phát không tiêu thụ công suất phản kháng Theo chương mơc 4.3.1 ta cã: Module dßng thø tù thn: I A1mb = I B 1mb = I C 1mb = Còn module dòng thứ tự nghịch: I A mb = I A1 pt = − I A pt , tøc lµ I A mb = I B mb = I C mb = I pt = ,4811 kA Điều kiện máy bù không bị phát nóng mức là: I A1 pt ≤ I mbdm Tøc lµ: S mbdm ≥ S pt Vậy máy bù làm việc chế độ không phát không tiêu thụ công suất phản kháng để đảm nhiệm đối xứng hoá công suất máy bù phải lớn công suất phụ tải pha b Trường hợp 2: Máy bù làm việc chế độ phát công suất phản kháng Theo chương mục 4.3.2 ta có: Module dòng thø tù thuËn: I A1mb = I B 1mb = I C 1mb = I A1 pt sin( ϕ pt − θ ) cos θ = ,4811 sin( 41,4 Ο − θ ) kA cos θ Cßn module dßng thø tù nghÞch: I A mb = I A1 pt = − I A pt , tøc lµ I A mb = I B mb = I C mb = I A1 pt = ,4811 kA Module dòng pha A máy bù: Trần Duy §«ng Líp Cao häc HT§ - EVN 104 I Amb = I A1 pt cos ϕ pt cos 41,4 Ο = ,4811 cos θ cos θ kA (5.1) Module dòng pha B máy bù: sin ( pt − θ ) I Bmb = I A1 pt cos θ +1− sin( ϕ pt − θ ) cos θ cos( 30 Ο + ϕ pt ) = sin ( 41,4 Ο − θ ) sin( 41,4 Ο − θ ) kA = ,4811 + − ,6379 cos θ cos θ (5.2) Module dòng pha C máy bù: sin ( pt − θ ) I Cmb = I A1 pt cos θ +1+ sin( ϕ pt − θ ) cos θ cos( 30 Ο − ϕ pt ) = sin ( 41,4 Ο − θ ) sin( 41,4 Ο − θ ) kA = ,4811 + + 1,9605 cos cos (5.3) Khảo sát module IAmb , IBmb , ICmb Khi tải đầu vào hộ tiêu thụ R R R R R R nâng hệ số công suất lên: 0,85; 0,9; 0,95; 0,97 Thay giá trị cos vào công thức (5.1); (5.2); (5.3) tính module dòng điện I Amb , I Bmb , I Cmb KÕt tính cho bảng 5.1 R R R R R R Bảng 5.1: Giá trị module dòng điện tính kA máy bù làm việc chế độ phát công suất phản kháng cospt co s θ = 85 pt cos θ = co s θ = 95 I B m b I Cm b I cos θ = 97 I A m b I B m b I Cm b I B m b I Cm b I A m b I B m b I Cm b Amb (§é) I A m b 0.75 41.4 0.425 0.460 0.574 0.401 0.456 0.622 0.380 0.458 0.678 0.372 0.462 0.706 Tõ kÕt qu¶ b¶ng 5.1 ta cã nhËn xÐt sau: Khi tải đầu vào hộ tiêu thụ hệ số công suất nâng lên 0,9 đến 0,95 dòng pha lớn máy bù I Cmb = 0,678 kA, giá trị lớn R R gấp khoảng 0,678 / 0,4582 = 1,48 lần dòng điện định mức máy bù Vậy để máy bù vừa làm nhiệm vụ phát công suất phản kháng vừa làm nhiệm vụ đối xứng hoá máy bù phải có công suất là: Smb = 1,48 ì = 7,4 MVA R R Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 105 Trong trường hợp xét phụ tải pha cã hƯ sè c«ng st chËm sau, trường hợp máy bù chế độ tiêu thụ công suất phản kháng Từ kết tính toán ta phải chọn lại máy bù tụ điện C sau: Chọn máy bù Cộng hoà Liên bang Nga chế tạo loại: KC - 7500 - cã: Smb®m = 7,5 MVA; U mb®m = 6,3 kV R R R R X2mb = 0,2; I mb®m = 687,3 A R R R R Chän tô C có dung lượng là: Với: X mb ( ) = X mb U mbdm ,2 × ,3 × 10 = = 1,0584 Ω S mbdm ,5 × 10 VËy: C= ω X mb ( Ω ) = = 3009 àF ì ,14 ì 50 ì 1,0584 5.3.4 Khảo sát điện áp ba pha máy bù đồng a Trường hợp 1: Máy bù làm việc chế độ không phát không tiêu thụ công suất phản kháng Theo chương mục 4.4.1 ta có: Module điện áp thứ tự thuận: U A1mb = U B 1mb = U C 1mb = U = kV Còn module điện áp thứ tự nghịch: U A mb = U B mb = U C mb = I A1 pt X C = ,4811 × 1,0584 = ,5092 kV Module ®iƯn ¸p pha A m¸y bï: U Amb = U + I A1 pt X C − 2UI A1 pt X C sin ϕ pt = + ,5092 − ,1104 sin 41,4 = ,6761 kV Module điện áp pha B m¸y bï: U Bmb = U + I A1 pt X C − 2UI A1 pt X C cos( 30 Ο + ϕ pt ) = + ,5092 − ,1104 cos 71,4 = ,8575 kV Module điện áp pha C máy bù: Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 106 U Cmb = U + I A1 pt X C + 2UI A1 pt X C cos( 30 Ο − ϕ pt ) = + ,5092 + ,1104 cos( −11,4 ) = ,4999 kV Trong trường hợp điện áp pha lớn máy bù U Amb = R R 6,4999 kV, tức điện áp vượt khoảng: 6,4999 / 6,3 = 1,032 lần hay 3,2% điện áp định mức máy bù b Trường hợp 2: Máy bù làm việc chế độ phát công suất phản kháng Theo chương mục 4.4.2 ta có: Module điện áp thứ tự thuận: U A1mb = U B 1mb = U C 1mb = U + X C I A1 pt (sin ϕ pt − cos ϕ pt tgθ ) VËy: U A1mb = U B1mb = U C 1mb = ,3361 − ,3819tg kV Còn module điện áp thứ tự nghịch: U A mb = U B mb = U C mb = I A1 pt X C = ,4811 ì 1,0584 = ,5092 kV Module điện ¸p pha A m¸y bï: U Amb = ( U − I A1 pt X C cos ϕ pt tgθ ) + ( I A1 pt X C cos ϕ pt ) = ( − ,3819tgθ ) + ,1458 kV` = (5.4) Module ®iƯn ¸p pha B m¸y bï: U Bmb   = = U + 1,5 I A1 pt X C sin ϕ pt − I A1 pt X C cos ϕ pt ( tgθ + ) + I A1 pt X C sin( 30 Ο + ϕ pt )   = [6 + ,50415 − ,3819 tgθ − ,3307 ]2 + ,2329 = [6 ,17345 − ,3819 tgθ ]2 + ,2329 kV [ ] = (5.5) Module điện áp pha C m¸y bï: U Cmb   ) + I A1 pt X C sin( 30 Ο − ϕ pt ) = = U + 1,5 I A1 pt X C sin ϕ pt − I A1 pt X C cos ϕ pt ( tgθ −   [ = [6 + ,50415 − ,3819 tgθ + ,3307 ]2 + ,0101 = = [6 ,83485 − ,3819 tgθ ]2 + ,0101 kV Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN ] (5.6) 107 Khảo sát module U Amb , U Bmb , U Cmb Khi tải đầu vào hộ tiêu thụ R R R R R R nâng hệ số công suất lên: 0,85; 0,9; 0,95; 0,97 Thay giá trị cos vào công thức (5.4); (5.5); (5.6) tính module điện áp U Amb , U Bmb , U Cmb KÕt qu¶ tÝnh cho bảng 5.2 R R R R R R Bảng 5.2: Giá trị module điện áp tính kV máy bù làm việc chế độ phát công suất phản kháng cospt pt cos = 0.85 cos θ = 0.9 cos θ = 0.95 cos θ = 97 (§é) U Amb U Bmb U Cmb U Amb U Bmb U Cmb U Amb U Bmb U Cmb U Amb U Bmb U Cmb 0.75 41.4 5.776 5.956 6.599 5.828 6.008 6.651 5.887 6.067 6.710 5.917 6.097 6.740 Tõ kÕt qu¶ b¶ng 5.2 ta có nhận xét sau: Khi tải đầu vào hộ tiêu thụ hệ số công suất nâng lên 0,9 đến 0,95 điện áp pha lớn máy bù U Cmb = 6,710 kV, tức điện R R áp cực máy bù vượt khoảng: 6,71 / 6,3 = 1,065 lần hay 6,5% điện áp định mức máy bù Vậy dùng máy bù đồng vừa làm nhiệm vụ đối xứng hoá, vừa làm nhiệm vụ phát công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho phụ tải pha cã: Spt = MVA; U pt = kV; cos pt = 0,75 hệ số công suất chậm sau R R R R R R Thì ta phải chọn máy bù Cộng hoà Liên bang Nga chế tạo loại: KC - 7500 - có: Smbđm = 7,5 MVA; U mb®m = 6,3 kV; Imb®m = 687,3 A R R R R R R Trong máy bù cần chế tạo có xét đến điện áp khoảng 6,5% Chọn tụ C có dung lượng là: C = 3009 àF Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 108 Kết luận chung luận văn Chế độ không đối xứng gây nên tác hại số thiết bị điện máy điện quay Vì số trường hợp cần phải có thiết bị đối xứng hoá để đưa hệ thống trở lại đối xứng hoàn toàn độ không đối xứng cho phép Việc thay phụ tải pha KĐX phụ tải pha đối xứng phụ tải pha KĐX, làm cho việc khảo sát chế độ KĐX đơn giản nhiều Vì phụ tải pha KĐX toán KĐX ba lần phụ tải pha KĐX toán KĐX lần Thiết bị đối xứng hoá cần phải tạo nên dòng thứ tự nghịch có đại lượng dòng thứ tự nghịch phụ tải có chiều ngược lại Các thiết bị đối xứng hoá phần tử tĩnh (điện kháng, điện dung) có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền, dễ vận hành Tuy nhiên thiết bị đối xứng hoá phần tử chúng thực đối xứng hoá hoàn toàn hệ số công suất phụ tải thay đổi giới hạn định Thiết bị đối xứng hoá hai phần tử thực đối xứng hoá hoàn toàn tải có hệ số công suất dùng phần tử phản kháng, hệ số công suất lưới sau đối xứng hoá lại giảm Ngoài ra, thông số phần tử đối xứng hoá phụ thuộc vào thông số tải Vì tải thay đổi để trì đối xứng phải điều chỉnh thông số phần tử đối xứng hoá Việc điều chỉnh thông số phần tử đối xứng hoá tĩnh (điện kháng, điện dung) thường thực không liên tục, có biện pháp điều chỉnh liên tục lại xuất sóng điều hoà bậc cao làm ảnh hưởng đến chất lượng điện Dùng máy bù đồng có khử hoàn toàn điện kháng thứ tự nghịch để vừa làm nhiệm vụ đối xứng hoá, vừa làm nhiệm vụ phát tiêu thụ công suất phản kháng biện pháp đối xứng hoá hữu hiệu Nó có ưu việt Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 109 đối xứng hoá thực thường xuyên hoàn toàn mà không cần điều chỉnh tải thay đổi giới hạn Theo điều kiện đối xứng hoá hoàn toàn cần công suất định mức máy bù công suất phụ tải pha Tuy nhiên xét đến không đối xứng dòng ba pha máy bù vấn đề phát nóng công suất máy bù cần phải lớn gần gấp hai lần công suất tải pha Khi làm nhiệm vụ đối xứng hoá điện áp máy bù không đối xứng mà tăng lên lớn điện áp góp cung cấp dòng qua điện dung có tính trợ từ Vì máy bù đồng làm chức đối xứng hoá cần phải chế tạo có xét đến điện áp khoảng 30% Sự có mặt điện dung mạch stato máy bù dẫn đến tượng tự kích thích điện dung, tức điện áp dòng điện máy bù tăng lên đến mức nguy hiểm mà nhân viên vận hành khống chế Tuy nhiên tượng tự kích thích điện dung phát dập tắt kịp thời nhờ thiết bị tự động điều chỉnh điện áp Trần Duy Đông Lớp Cao học HTĐ - EVN 110 Tài liệu tham khảo Việt Nam Đặng Ngọc Dinh, Trần Bách, Ngô Hồng Quang, Trịnh Hùng Thám Hệ thống điện, Tập 2, NXB KHKT, Hà nội, 1981 Phạm Anh Cường Đối xứng hoá lưới điện phân phối Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, 2005 Trịnh Hùng Thám Chế độ không đối xứng hệ thống điện Bài giảng cho hệ cao học, 2000 Là Văn út Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2002 Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện 2, Nhà xuất KHKT Hà Nội, 2002 Bộ môn Kỹ thuật Điện dịch Vũ Gia Hanh hiệu đính Lý luận chung máy điện xoay chiều máy điện đồng bộ, Nhà xuất §éng lùc qc gia, 1958 N­íc ngoµi S.B Locev, A.B Tchernin Calcul des quantite’s elÐctiques en rÐgimes asymetriques des systems elÐctiques; Ed ‘’Energoautomat’’ 1983 G.N Ter-Gazarian RÐgimes asymetriques des machines synchrones elÐctiques ; Ed ‘’Energie’’, Moscou, 1969 A.C Sydlovski, V.G Kuznecov, V.G Nicolenko Optimun des rÐgimes asymetriques des systemes d’alimentation, Kiev, Ed ‘’Naukovadumka’’, 1987 10 Venhicov V.A., Anhiximova N.D., Doghinov A.I., Fedorov D.A Xamovozdenie i xamorascatrivanie v electritreskic systemak, Vyshaia shcola, Mosscou, 1964 Trần Duy Đông Lớp Cao häc HT§ - EVN ... không đối xứng để đưa mạng quay trở trạng thái đối xứng Đề tài Khai thác khả đối xứng hoá máy bù đồng nghiên cứu, tính toán kết hợp hai chức thiết bị nhằm tìm kiếm biện pháp đối xứng hoá, để trì đối. .. hình toán học phụ tải pha không đối xứng 3.3 Đối xứng hoá phần tử tĩnh 3.4 Đối xứng hoá nhờ động không đồng 3.5 Kết luận Chương 4: Khảo sát khả đối xứng hoá máy bù đồng 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Xác định... thích máy bù đồng 4.6 Kết luận 94 95 Chương 5: tính toán minh hoạ phương pháp đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở máy 96 bù đồng 5.1 Đặt vấn đề 5.2 Đối xứng hoá phần tử tĩnh tổng trở 5.3 Đối xứng hoá