Bài báo đánh giá hiệu quả kinh tế -k ỹ thuật có thể mang lại trên đường dây truyền tải 500 kV đoạn Hòa Bình -Phú Lâm v ới hai phương án dùng thiết bị bù công suất phản kháng: phương án[r]
(1)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
HIỆU QUẢ KINH TẾ-KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG KHÁNG BÙ NGANG
CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI DÀI
ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFECTIVENESS IN THE USE OF CONTROLLED SHUNT REACTORS ON EHV TRANSMISSION LINES
Lê Thành Bắc
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Bài báo đánh giá hiệu kinh tế -kỹ thuật mang lại đường dây truyền tải 500 kV đoạn Hịa Bình-Phú Lâm với hai phương án dùng thiết bị bù công suất phản kháng: phương án dùng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc ph ương án dùng loại kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp Kết nghiên cứu cho thấy phương án sử dụng kháng bù ngang có điều khiển phương án sử dụng thiết bị đạt hiệu cao, cho phép nhanh chóng thu hồi chênh lệch vốn đầu tư thiết bị việc giảm bớt tổn thất công suất đường dây giảm chi phí vận hành hệ thống
ABSTRACT
This paper presents an evaluation of economic and technical effectiveness by using controlled shunt reactors on EHV transmission lines of HoaBinh-PhuLam 500KV Power Station Two procedures are proposed in the Vietnam EHV transmission lines: (1) The combination of un-controlled shunt reactors and series capacitors; (2) Using only controlled shunt reactors in the control of transformer mode The study results show that the second proposal brings the highest effectiveness in economy and technology as well Load loss and operation cost on the power system are reduced Consequently, the term of the loan refund for equipment investment is shortened
1.Đặt vấnđề
Giải tốn bù cơng suất phản kháng dư nâng cao khả truyền tải đường dây dài cao siêu cao áp trước đây, mà cụ thể đề cập báo đường dây 500 kV với chiều dài 1488 km tuyến Hịa Bình-Phú Lâm sử dụng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc (hình.1) với mức bù bảng Khi lắp đặt kháng bù ngang kết hợp tụ bù dọc hệ thống truyền tải nước ta tạm giải vấn đề hạn chế độ tăng điện áp cuối đường dây tải nhỏ nâng cao khả truyền tải củađường dây so với lắp đặt kháng bù ngang không điều khiển Tuy nhiên kết vận hành thực tế nghiên cứu lý thuyết cho thấy chưa hịa mạng thủy điện Yaly truyền tải công suất 500 MW từđầuđến cuốiđường dây [1,2] công suất tự nhiên củađường dây 930 MW Đồng thờiđưa đến số hạn chế sau [2,4]:
(2)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
– Gây tổn thất lớn công suất đường dây, đồng thời làm tăng dòng điệnđiện trị số cho phép số đoạn đường dây truyền tải công suất lớn 60% công suất tự nhiên (dòng định mức tụ bù dọc bằng1000 А [9])
Hình Sơ đồ lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 500 kV tuyến Hịa Bình-Phú Lâm
Kháng bù ngang có điều khiển thực thiết bị mang lại triển vọng to lớn cho truyền tảiđiện xoay chiều Hiện kháng điều khiển kiểu máy biến áp (УШРТ) đưa vào vận hành hệ thống lượng nhiều nước Ấn Độ, Liên bang Nga, Trung Quốc,… để bù công suất phản kháng dư hệ thống truyền tải cao siêu cao áp Đặc tính vượt trội kháng УШРТ tác động cực nhanh, phạm vi điều chỉnh tiêu thụ cơng suất phản kháng rộng, dịng điện cuộn lưới không bị méo dạng, cho phép nối trực tiếp vào đường dây truyền tải siêu cao áp [5] Vì việc nghiên cứu ứng dụng kháng điều khiển loại vào đường dây truyền tải dài 500 kV Bắc-Nam nước ta thực nhiệm vụ quan trọng cấp thiết
Bảng Các thông số phân đoạn đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm
Số TT phân
đoạn (k)
Phần đường dây
Độ dài
sóng k λ
R (
k W)
Mức bù dọc
ck сk
Lk
X
η
X =
P k λ
н
Mức bù ngang
β= kh.k
tn k
Q P λ
Hiệu số bù X k= XLk
X -
(
Ck W)
Dòng định mức tụ
bù dọc Iđm C, А
1 Hà Tĩnh 0,357 9,44 0,63 332 0,771 35,06 1000
2 Đà Nẵng 0,409 10,82 0,554 380 0,673 49,1 1000
3 Pleiku 0,271 7,19 0,59 252 0,722 30,1 1000
4 Phú Lâm 0,52 13,78 0,592 483 0,72 57,19 1000
2.Đánh giá hiệu kỹ thuật phương án: phương án lắp kháng không
điều khiển kết hợp tụ bù dọc phương án ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp УШРТ
Lắp đặt kháng không điều khiển tụ bù dọc thực cải thiện số vấn đề kỹ thuật vận hành đường dây dài [1, 2] Trong trường hợp quan hệ giữađộ chênh lệch củađiện áp ởđầu (U1) vớiđiện áp cuốiđường dây (U2
ΔP
) với quan hệ tổn thất công suất đường dây công suất truyền tải dọc theo đường dây 500 kV ( /P) từ Hịa Bình Phú Lâm theo [2, 4] đưa hình hình
Hịa Bình Hà Tĩnh Đà Nẵng Pleiku Phú Lâm
I2
λ
I1
p4 Q
2 U2
U1 U2 U3 U4
0,5Xc4 0,5Xc4 0,5Xc3
0,5Xc3 0,5Xc2 0,5Xc2
0,5Xc1 0,5Xc1
p4 Q
2 p3
Q p3 Q
2 p2
Q p2 Q
2 p1
Q p1 Q
2
Ip5 Ip4
Ip3 Ip2
Ip1
2
(3)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
Cũng theo kết nghiên cứu nhận thay đổi mức bù ngang bù dọc (β η, c) giải quyếtđược vấnđề hạn chếđộđộ sụt áp đường dây giới hạn cho phép truyền tải công suất 500 MW [2]
Phương án 2, đường dây 500 kV Hịa Bình - Phú Lâm lắpđặt kháng điều khiển kiểu máy biến áp УШРТ (hình 4) với luật điều khiển kháng theo bảng đảm bảo trì độ chênh điện áp hai đầuđường dây 1£ U /U1 2£ 1,05 (xem hình 2) tất chế độ truyền tải mà không cần lắp đặt thêm tụ bù dọc, đồng thời cho phép tăng khả truyền tải củađường dây từ không tảiđến công suất tự nhiên [2, 6]
0,3
0,8
0,6 0,7 0,5
2 10 12 14
0,4
P/Ptn.н
8 16
18
20 22 24
0,9 1,0
2
6
0,1 0,2 26
0 28 30 32
34 cosφ ≥0,95
8
9 11
10 12
%
P P
∆
Hình Quan hệ tỷ lệ tổn thất công suất ΔP/P trên đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm với công suất truyền tải đường dây P/Ptn: Phương án với mức bù ngang bù dọc ( β=Qк/( λ)Ptn và
ηc X /X
c L
= theo bảng 1) (các đường cong 1, 3, 5, 7, 9, 11) Phương án lắp đặt УШРТ với luật điều chỉnh bảng (các đường cong 2, 4, 6, 8, 12) tương ứng hệ số công suất phụ tải cuối đường dây là: cosφ=1 (đường 1,2); cosφ=0,99 (đường 3,4); cosφ=0,98 (đường 5, 6); cosφ=0,97 (đường 7, 8); cosφ=0,96 (đường 9, 10); cosφ=0,95 (đường 11, 12)
0,9
tn P/P 1,0
0,2 0,4 0,6 0,8
1,2
1,1
1,0 1,3 1,4 1,5
2
930M tn
λ 1,56
W
P =
= U1/U2
3
6
4
1
1
6 Hình Quan hệ điện áp U1/U2 phụ thuộc
công suất truyền tải P/Ptn trên đường dây
500 kV Hịa Bình-Phú Lâm hệ số tảicosφ≥0, 95:
– Phương án lắp đặt kháng bù ngang tụ bù dọc nay, mức bù:
tn
β Q /(P λ)= к и ηc X /X
c L
= theo bảng (các đường nét đứt): hệ số công suất tải cosφ=1 (đường 1); cosφ=0,99 (đường 2); cosφ=0,98 (đường 3); cosφ=0,97 (đường 4); cosφ=0,96 (đường 5); cos φ=0,95 (đường 6).
– Phương án lắp đặt kháng điều khiển УШРТ với luật điều khiển theo bảng đảm bảo yêu cầu 1≤U1/U2≤1,05 (các đường
(4)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
Hình Sơ đồ đường dây truyền tải 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm lắp đặt kháng điều khiển. Bảng Luật điều khiển [2] cho kháng bù ngang УШРТ để hạn chế độ chênh điện áp hai đầu
đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm 1£ U1/U2£ 1,05
Điều kiện trì điện áp
Hệ số cơng suất tải cuối đường dây, cosφ
Hàm điều khiển βtừ P=0 đến P=P
gh tn
Р Р gh
Quan hệ gần hàm
β=f(P/Ptn Từ P=P
) ghđến P=Ptn
1
1 U 1, 05
U
≤ ≤
1
tn
2
β P
P
= −
– tn
tg λ
P P
ϕ
0,33 1,157-0,479(P/Ptn)-1,001(P/Ptn)2
0,99 0,18 1,158-1,206(P/Ptn)-0,908(P/Ptn)2
0,98 0,16 1,160-1,524(P/Ptn)-0,856(P/Ptn)2
0,97 0,14 1,160-1,761(P/Ptn)-0,825(P/Ptn)2
0,96 0,13 1,161-1,972(P/Ptn)-0,791(P/Ptn)2
0,95 0,12 1,161-2,166(P/Ptn)-0,755(P/Ptn)2
Cần phải lưu ý rằng, muốn thực điều khiển khángУШРТ chế độ dòng điện dung cuộn dây bù cần phải nối thêm dung lượng tụ với công suất lớn Ví dụ, muốn hệ số bù β= - 1 tổng cơng suất tụ (Qc.b) mạch lọc phải cơng suất phản kháng tồn kháng УШРТ [3]
Hình Sơ đồ ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp phối hợp hệ thống tụ bù
lắp đặt trạm biến áp phụ tải để bù công suất phản kháng tải
nhằm nâng cao hệ số công suất cuối đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm
Khi hệ số công suất phụ tải cuối đường dây cosφ <1, dọc đường dây ngồi dịng tác dụng phải truyền tải dòng phản kháng lớn, nguyên nhân làm tăng tổn thất công suất đường dây Bởi vậy, tối ưu loại bỏ việc truyền tải công suất phản kháng tới tải thực bù lượng công suất phản kháng tải yêu cầu trạm biến áp phụ tải cấp điện áp 20 kV (hình 5)
U2=220 kV
Phú Lâm
Т1
Т2
U2=500 kV
U3=110 kV Т3 U
4=20 kV
С1
Сn
c.c β
Đường dây 500kV
Hịa Bình
Hà Tĩnh Đà Nẵng Pleiku Phú Lâm I2 λ λ λ λ I1 Ip5 Ip4 Ip3 Ip2 Ip1 U2
U1 U
(5)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
Bù tải địi hỏi cơng suất tụ bù nhỏ hơn, điện áp lưới cung cấp thấp Công suất tụ bù cần đảm bảo bù hết công suất cảm kháng cực đại tải tạo Đồng thời để bù công suất phản kháng dư tụ bù gây tải nhỏ hợp lý lắp đặt kháng tiêu thụ có điều khiển trạm trung gian, kháng nối trực tiếp vào phía 220 kV trạm (hình 5) Trong trường hợp loại bỏ truyền tải dọc đường dây công suất phản kháng để cấp cho tải (làm
cosφ =1) cách cho phép tăng khả truyền tải đường dây đạt đến công suất tự nhiên
Nếu truyền tải cơng suất tự nhiên đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm hệ số cơng suất phụ tải cosφ =1 sau tổn thất đường dây công suất cực đại phía cuối đường dây mà tải nhận 789 MW (xem hình 3) Tổng quát hệ số cơng suất tải cosφ cơng suất phản kháng cực đại tải tạo thành là:
L
Q 789 tgφ
å = × Мvar (1)
Để bù tồn cơng suất phản kháng phụ tảiở cuốiđường dây thi tổng công suất tụ bù lắpđặt phải tổng công suất phản kháng tải tạo ra:
å Qc.c= å QL (2)
Căn đồ thị phụ tải ngày đêm thực tế củađường dây truyền tải 500 kV [1,8] ta thấy phụ tải cực tiểu (ban đêm) không nhỏ hai lần trị số phụ tải cựcđại Tương ứngởđây chọn công suất tụ bù nhỏ hai lần công suất phản kháng lớn mà phụ tải tạo Đồng thời tổng công suất tụ bù dư (ước chừng nửa cơng suất tụ), phần cơng suất mà kháng điều khiểnУШРТ lắp trạm 220 kV trạm trung gian 500/220 kV cần phải tiêu thụ hết
Tổng công suất tụ bù dung lượng chúng lắp đặt trạm phụ tải phía điện áp 20 kV đượcđưa bảng
Bảng Tụ bù dung lượng bù lắp đặt trạm phụ tải 22 kV Công suất suất phụ tải cuốiđường dây DQ =
Qmаx- Q Мvar
min
Công suất kháng
УШРТ Мvar
C
å , µF Р
МW
max å Qc.c = Qmax , Р
Mvar МW
min Q
Мvar
min
0,95
789
250,6
394,5
125,3 125,3 125,3 1,995
0,96 223,9 112,0 112,0 112,0 1,783
0,97 193,8 96,9 cosφ96,9 96,9 1,543
0,98 158,0 79,0 79,0 79,0 1,258
0,99 111,7 55,8 55,8 55,8 0,889
(6)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
phép truyền tảiđến cơng suất tự nhiên Việc tăng chi phí chủ yếu mua tụ bù kháng УШРТ lắp trạm 500/220 kV (theo số liệu bảng 3) tạo thành là:
− Giá thành tụ 20 kV: 10000,0 USD/Мvarx 250 Мvar= 2,5.106
− Giá kháng (220 kV): 20.000,0 USD/Мvar x 125 Мvar=2,5.10
USD; (3)
Do thực tế vận hành đường dây 500 kV truyền tải chiều [8,9] nên việc lắp đặt phải tiến hành hai đầu Hịa Bình Phú Lâm, chi phí thiết bị khoảng 10.10
USD. (4)
6
Kết tính tốn cho thấy thay kháng không điều khiển tụ bù dọc đường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm kháng điều khiển giải vấnđềổnđịnhđiện áp hệ thống, đảm bảo hạn chếđượcđộ sụt điện áp cuốiđường dây truyền tải phạm vi
USD
1 U /U
£ £ 1,05 tất chếđộ vận hành thông thường đường dây mà không cần sử dụng tụ bù dọc (khi
cosφ 0,95³ – xem hình 2)
Ngồi lắpđặt kháng УШРТ làm:
− giảm bớt đáng kể tổn thất công suất tác dụng đường dây 500 kV so với phương án (xem hình 3);
− tăng khả truyền tải đường dây 500 kV Hịa Binh-Phú Lâm đến cơng suất tự nhiên 930 МW;
− loại trừ việc sử dụng tụ bù dọc đường dây thiết bị điều chỉnh tải máy biến áp 500 kV cuốiđường dây;
Hợp lý tiến hành bù hết công suất phản kháng điện cảm phụ tải cách lắpđặt tụ bù không điều khiển trực tiếp trạm biến áp phụ tải phía 20 kV (hình 5) Khi giảm bớtđược việc phải truyền tải công suất phản kháng dọc đường dây 500 kV cho tải (nếu cosφ =1) tăng khả thông qua đường dây tới cựcđại [2, 6] Các nghiên cứu cho thấy tổng công suất cần thiết tụ bù cần lắp phía 20 kV trạm biến áp phụ tải nhỏ đáng kể so với công suất tụ cần nối vào cuộn bù kháng УШРТđể mở rộng phạm vi điều chỉnh kháng tới dòng dung β=–1 [3]
Cần phải lưu ý phương án (hiện nay) hệ số công suất phụ tải cuối đường dâycosφ=1 (khi có lắp tụ bù tĩnh trực tiếp phía 20 kV trạm biến áp phụ tải) truyền tải công suất tự nhiên từ đầuđường dây, sau trừ tổn thất đường dây cơng suất cựcđại nhậnđược cuốiđường dây 763 МW (xem hình 3), tương ứng độ chênh điện áp đầu cuối đường dâu 500 kV U1/U2
3.So sánh tính kinh tế hai phương án: 1-kháng khơng điều khiển kết hợp tụ bù dọc 2-chỉ lắp kháng điều khiển УШРТ
=1,18 (xem hình 2, lúc máy biến áp phải cần có bộđiều chỉnh tải)
(7)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 trong tính toán báo lấy theo báo giá tập đoàn XIAN XD TRANSFOMER) Các
phương án Thiết bị Uđm, kV Iđm, А Tổng cơng suất, Mvar Đơn giá USD/Mvar
Tổng giá mua (Ц), (đơn vị 106
USD)
1
Kháng bù ngang 500 kV 1042 10.000,0 10,42
Tụ bù dọc 1000 744 10.000,0 7,44
2 Kháng УШРТ 500 kV 1450 20.000,0 29,00
Sự chênh lệch vốnđầu tư thiết bị phương án:
DЦ=Ц (1)– Ц(2) =29,00.106– (10,42+7,44).106= 11,14 106
Từđồ thị phụ tải ngày đặc trưng hệ thống truyền tải 500 kV Bắc-Nam theo [8, 9] ta chọnđược phụ tải trung bình củađường dây 500 kV Hịa Bình-Phú Lâm P
USD (5)
tb
Trong bảng5 đưa tổn thất công suất đường dây truyền tải 500 kV giá trị lượng tổn thất thời gian năm, phương án lắp đặt kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc với phương án thay kháng có điều khiểnУШРТ tải cuốiđường dây giá trị Р=490,5 MW Do khác tổn thất cơng suất đường dây hai phương án có cơng suất gởiđi từđầuđường dây phương án khác Nếu hệ số công suất phụ tải cuốiđường dây
=490,5 MW (gần 500 MW)
cosφ 0,98= , cơng suất đầuđường dây 500 kV với phương án phải Р1 =0,6.Рtn= 558 МW (xem hình 3), cịn với phương án lắp УШРТ (hình 3) có Р1
Bảng Chênh lệch tổn thất chi phí tổn thất điện năm phương án ( = 543 МW
cosφ 0,98= ) Các
phương
án
Công suất truyền tải
theo đường dây МW
Tổn thất công
suất
ΔP%
Điện truyền
tải đường dây năm
(Wnăm
Tổn thất điện
năng năm
), МW.h nam
W
D ,
МW.h
Đơn giá USD/ kW.h
Giá điện tổn thất năm
(DП) 106USD ĐầuР1 Cuối Р2
1 558 490,5 12,1 4888080 591457,68 0,05 29,57
2 543 490,5 9,6 4756680 456641,28 0,05 22,83
Chênh lệchđiện tổn thất đường dây năm 134816,40 0,05 6,74 Chênh lệch điện tổn thất đường dây 500 kV năm hai phương án lắp kháng không điều khiển phương án lắp kháng có điều khiển tạo là: DW =DW1 –DW2
Tương ứng giá trị giảm bớt giảm tổn thấtđiện phương án dùng kháng có điều khiển là:
= 591457,68 –456641,28=134816,40 МW.h (6)
DП=DП1 – DП2 = 29,57.106–22,83 106=6,74 106
Thành thử việc tăng giá đầu tư dùng thiết bị bù có điều khiển УШРТ