Bài giảng lưới điện truyền tải và phân phối

Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Chương THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1.1.1 Sơ đồ đẳng trị đường dây Mỗi đường dây có điện trở R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G điện dẫn phản kháng B Thực tế tham số R, X, G, B phân bố đặn dọc theo đường dây Nhưng với mạng điện chiều dài nhỏ 300km, ta dùng tham số tập trung để tính tốn đơn giản mà sai số nhỏ chấp nhận Vậy mạng điện địa phương, mạng khu vực ta dùng tham số tập trung để tính trừ đường dây siêu cao áp Ta coi tham số đường dây tập trung để tính có sơ đồ đẳng trị đường dây sau (hình 1.1) R G X B G B Hình 3- 1a Sơ đồ đẳng trị đường dây G B ta thường chia làm đôi, nửa tập trung đầu đường dây, nửa tập trung cuối đường dây Đối với đường dây điện áp thấp ( 35kV) công suất nhỏ ta cần xét R X (bỏ qua ảnh hưởng G B) Đối với đường dây điện áp lớn 110kV ta phải xét R, X, G, B đơi bỏ qua ảnh hưởng G không cần xét tới 1.1.2 Điện trở tác dụng Điện trở tác dụng km chiều dài dây dẫn dòng điện chiều nhiệt độ tiêu chuẩn (  = 200C) xác định theo công thức: r0   F  1000  F (/km) (3.1) Trong đó:  - điện trở suất (mm2/km ), - điện dẫn suất (m/ mm2); F – Tiết diện dây dẫn GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Đối với đồng M = 18,8 (mm2/km ), M = 53 (m/ mm2); Đối với nhôm A = 31,5 (mm2/km ), A = 31,7 (m/ mm2) Chú ý: Điện trở tác dụng dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ dây dẫn thay đổi khác 200C điện trở dây dẫn tính theo cơng thức sau: rt = r0{1+( - 20)} (/km) (1.2)  - hệ số nhiệt điện trở, với đồng nhôm  = 0,004 (1/ 0C) Để thuận tiện cho việc tính toán, điện trở tác dụng r0 cho bảng tra cứu Điện trở tác dụng đường dây là: R  r0l    (1.3) Trong đó: l chiều dài đường dây 1.1.3 Điện kháng đường dây Dây dẫn mạng điện xoay chiều, xung quanh sợi dây xuất từ trường xoay chiều, có từ thông biến đổi nên phải xét đến từ trường xoay chiều nghĩa phải xét tới tự cảm L; dây dẫn ba pha đặt gần nên có hỗ cảm M Như ta phải xét tới cảm kháng X đường dây a Khi dây dẫn bố trí đối xứng 03 đỉnh tam giác Điện kháng đường dây xác định sau: x0 =  (4,6 log D + 0,5 ) 104 r (/km) (1.4) Trong đó: -  = 2f D D D - D khoảng cách dây dẫn, cm - r bán kính dây dẫn, cm -  hệ số từ dẫn nguyên liệu chế tạo dây dẫn Nếu dịng điện xoay chiều có tần số f = 50Hz, dây dẫn kim loại màu có  1 thì: x0 = 0,144 log D + 0,016 r (/km) (1.5) b Khi dây dẫn bố trí khơng đối xứng Khi dây dẫn bố trí cột khơng đối xứng điện kháng dây khơng giống (tự cảm giống nhau, cịn hỗ cảm khác nhau) phụ tải GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên pha giống nhau, điện áp giáng  U pha khác (vì Za  Zb  Zc) A B C l l l Hình 3-2 Sơ đồ hốn vị dây dẫn Để giải ta dùng phương pháp hoán vị (hình 1-2) Sau khoảng l lại hốn vị lần, điện kháng x ba pha giống Với đường dây 110, 220 kV thường khoảng 100 km hốn vị chu kỳ, tức l có độ dài 30 km Điện kháng km đường dây hoán vị tính biểu thức (1.4) thay D Dtb, Dtb trị số trung bình hình học ba khoảng cách pha (hình 1-3) Dtb = (1.6) D12 D 23 D 31 Tóm lại, với tần số f = 50 Hz, dây kim loại màu thì: x0 = 0,144 log Dtb + 0,016 r (/ km) (1.7) Nếu dây pha đặt mặt phẳng, khoảng cách dây dẫn D thì: Dtb = 2.D.D.D  1,26 D (1.8) Thường khơng cần phải tính x0 mà cần tra bảng Muốn tra x0 dây dẫn kim loại màu ta phải theo Dtb đường kính d dây dẫn Ví dụ: Với dây có đường kính d = 10mm Dtb pha mét có x0 = 0,448 /km Điện kháng x0 km đường dây biến thiên khoảng (0,30,46)/km Do trường hợp cần thiết ta lấy trị số trung bình x0 = 0,4 /km để tính sơ thiết kế chưa biết tiết diện dây dẫn GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên D31 D12 D12 D23 D31 D23 (b) (a) Hình 3-3 Bố trí dây dẫn: a - Tam giác, b - Nằm ngang Từ biểu thức tính x0 (1.4), ta thấy muốn giảm điện kháng x0 (để tăng khả tải điện) làm giảm D, khơng cho phép điện đường dây Tăng r, gây lãng phí Có thể dùng cách phân nhỏ dây dẫn pha (hình 1-4) Kinh nghiệm cho thấy: - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 19% - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 28% - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 32,5% Ta thấy phân nhỏ dây dẫn điện kháng giảm cấu tạo đường dây lại phức tạp nhiều cần chọn số lượng dây phân nhỏ cách hợp lý Điện kháng đường dây có n dây pha (dây phân nhỏ) xác định theo biểu thức x0 = 0,144 lg Dtb 0,016 + rdt n (/km) (1.7) Trong đó: rdt bán kính đẳng trị x0 r x0 lg lg(Dtb/rdt) R1 l R 10 rdt x Hình 1.4 Một pha phân nhỏ thành dây đường đặc tính điện kháng Bán kính đẳng trị rdt dây dẫn xác định sau: rdt = GV: Nguyễn Thị Khánh n r.a ntb1 (1.9) Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Trong đó: - n số dây phân nhỏ pha - r bán kính thực dây dẫn - atb khoảng cách trung bình hình học dây phân nhỏ pha Chú ý: Đối với dây cáp, biểu thức x0 khơng dùng khoảng cách dây dẫn nhỏ Vậy việc xác định điện kháng dây cáp tiến hành theo số liệu nhà máy Điện kháng đường dây: x = x0 l () (1.10) Có thể tính theo biểu thức tra bảng 1.1.4 Điện dẫn tác dụng đường dây Ở mạng điện cao áp, cách điện không tốt gây tổn thất rò điện mặt sứ xuống đất iơn hố khơng khí gây tổn thất tượng vầng quang điện a Hiện tượng vầng quang điện Khi thời tiết ẩm ướt, ban đêm thấy xung quanh dây dẫn cao áp có vầng sáng xanh Vì khơng khí ẩm, tác dụng cường độ điện trường đủ lớn, tầng khơng khí xung quanh dây dẫn bị iơn hố trở thành dẫn điện, phần lượng thoát theo đường đó, tổn thất lượng điện A Hiện tượng vầng quang điện xuất trị số điện áp U đường dây lớn Uth Uth điện áp tới hạn phát sinh vầng quang điện Vượt q trị số nhiều vầng quang điện lớn Với dây dẫn điện xoay chiều pha, điện áp tới hạn phát sinh vầng quang điện tính theo biểu thức sau: Uth = (6570) r log Dtb r (kV) (1.11) Trong đó: - r bán kính dây dẫn, cm - Dtb khoảng cách trung bình hình học dây dẫn, cm Khi cường độ điện trường E mặt dây dẫn vượt (1719)kV/cm xuất vầng quang điện Cường độ điện trường E chủ yếu đường kính d dây dẫn điện áp U đường dây định xác định theo biểu thức sau: GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên 0,354.U Emax = D n.r lg tb rdt 180    sin n  n  1 1  a     (kV/cm) (1.12) Trong đó: - U điện áp dây đường dây, kV - n số dây phân nhỏ pha - r bán kính dây, cm - Dtb khoảng cách trung bình hình học pha, cm - rdt bán kính đẳng trị pha (cm) xác định theo biểu thức: rdt = R n nr R (cm) (1.13) Trong đó: R= a (cm) 180 sin n Với: - a khoảng cách dây phân nhỏ pha, cm - n số dây phân nhỏ pha Nếu pha dùng dây dẫn cường độ điện trường bằng: Emax = 0,354.U (kV/cm) Dtb r lg r (1.14) Nếu dây dẫn bố trí mặt phẳng ngang biểu thức cho ta trị số cường độ điện trường cực đại pha bên Còn cường độ điện trường pha lớn 10% Phân tích biểu thức (1.12) ta thấy muốn giảm E phải sử dụng phương pháp sau: - Tăng D, khơng kinh tế cột phải làm rộng tăng D E giảm D đứng sau dấu log - Tăng r, tương đối tốt gần r tỷ lệ nghịch với E Chính nên quy định: + Với điện áp 110kV đường kính dây dẫn d > 9,9 mm + Với điện áp 150kV thě d > 13,9 mm + Với điện áp 220kV d > 21,5 mm GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Với mục đích chống vầng quang điện mà dùng dây lớn lại lãng phí mặt dẫn điện Để giải vấn đề có dùng dây rỗng, mặt chế tạo lúc xây dựng bảo quản gặp nhiều khó khăn Để thể nâng cao điện áp phát sinh vầng quang điện cách phân nhỏ dây dẫn pha, làm giảm cường độ điện trường xung quanh dây phân nhỏ Đường dây 500kVtừ nhà máy thuỷ điện sông Đà phân pha làm dây nhỏ với mục đích để hạn chế phát sinh vầng quang điện Thường điện áp vận hành từ 60kV trở lên phải xét đến tổn thất vầng quang điện gây nên b Hiện tượng rị điện Ngồi tổn thất cơng suất phát sinh vầng quang điện, đường dây khơng cịn có tổn thất cơng suất tác dụng rị điện, tượng rò điện sinh nguyên nhân sau: - Bản thân lớp men sứ không nhẵn, cường độ điện trường phân bố không mặt sứ - Mặt sứ bị bẩn bụi, sợi bơng, chất hố học, mưa phùn mặt sứ trở lên dẫn điện dòng điện rò xuống đất Ban đêm ta thấy sáng xanh nghe tiếng lạch tách đường dây (110500)kV, tổn thất công suất tác dụng dòng diện rò mặt sứ cách điện tổn thất chất điện môi sứ thường nhỏ, khơng xét đến Khi tính tốn mạng điện, tổn thất công suất tác dụng vầng quang điện phản ánh sơ đồ thay trị số điện dẫn đường dây, trị số điện dẫn g0 đường dây tính 1km chiều dài, xác định từ biểu thức: Pgo = Pvq = U2 go  g0  Pvq U2 Điện dẫn tác dụng đường dây: G = g0.l (1/.km) (1.15) (s 1/) (1.16) Trong đó: Pvq tổn thất công suất tác dụng vầng quang điện pha 1km đường dây Tra bảng tra U điện áp định mức đường dây, kV Ngồi đường dây cáp cao áp, có tổn thất điện dòng điện chạy rò chạy qua chất cách điện dây cáp Dịng điện gồm có thành phần tác dụng dịng điện rị qua điện dẫn định hướng phân tử lưỡng cực Tổn thất công suất tác dụng chất điện môi cáp phụ thuộc vào kết cấu cáp điện áp định mức cáp, cáp (110220) kV tổn thất khoảng vài kW 1km đường dây GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên 1.1.5 Điện dẫn phản kháng đường dây Điện dẫn phản kháng (hay gọi dung kháng) đường dây trị số điện dung dây dẫn với trị số điện dung dây đất xác định Khi tính tốn kỹ thuật đường dây không thường bỏ qua ảnh hưởng điện dung đất, sai số kết tính tốn khơng vượt 5% Điện dung km đường dây khơng, tải điện xoay chiều ba pha tính biểu thức C0 = 0,024 10 D tb lg r (F/km) (1.17) Trong đó: Dtb khoảng cách trung bình hình học dây dẫn r bán kính dây dẫn Nếu đường dây tải điện xoay chiều pha với tần số f = 50Hz trị số điện dẫn phản kháng (dung kháng) 1km đường dây là: b0 = c0   b0 = 7,58 10 D tb lg r (1/.km) (1.18) Chú ý: Nếu pha phân nhỏ thành n dây dùng biểu thức (1.18) để tính b0, phải thay r rdt, rdt xác định theo biểu thức (1.9) Biểu thức (1.18) áp dụng cho đuờng dây kép cột Dung kháng dây cáp phụ thuộc vào kết cấu cáp người ta thường lấy theo số liệu xưởng chế tạo Đường dây điện áp đặt vào có dịng điện dung I0 lúc khơng tải Dịng điện diện dung I0 vuợt trước điện áp góc 900 Khi trị số điện áp dọc theo toàn đường dây khơng đổi dịng điện điện dung bằng: I0 = U.b0.l (1.19) Công suất phản kháng điện dung đường dây sinh tính Qc = U2.b0l Đơn vị: U tính bằng, kV, b0 (1.20) , l km cơng suất phản kháng Qc tính .km MVAr GV: Nguyễn Thị Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Đối với đường dây không U > 110kV, đường dây cáp U> 20kV, ta xét đến ảnh hưởng b0 cần tính Qc Ngồi mạng cáp (610)kV có phải xét điện điện dung Ic trường hợp cần phân tích tình trạng vận hành khơng bình thường mạng pha chạm đất Đối với đường dây khơng điện áp 110kV 100 km đường dây, công suất phản kháng điện dung đường dây sinh khoảng 3.5MVAr Giá trị b0 tính theo biểu thức tra bảng tra Điện dẫn phản kháng đường dây: B = b0 l (1/) (1.21) 1.2 MÁY BIẾN ÁP Các máy biến áp thường sử dụng trạm máy biến áp hai cuộn dây máy biến áp ba cuộn dây máy biến áp tự ngẫu Đơi mạng điện cịn có máy biến áp điều chỉnh bổ xung Các máy biến áp sử dụng để tối ưu hóa chế độ làm việc mạng hệ thống điện 1.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây 1.2.1.1 Sơ đồ thay máy biến áp dây quấn Trong mạng điện gồm nhiều cấp điện áp, cấp điện áp liên hệ với qua máy biến áp số lượng máy biến áp mạng điện lớn Máy biến áp có nhiều vịng dây nên trị số cảm kháng XB lớn, có trị số đáng kể mạng điện (thông thường cảm kháng X (4050)km đường dây bé cảm kháng XB máy biến áp) Vì XB lớn nên gây tổn thất công suất phản kháng lớn khiến cho điện áp hộ dùng điện bị thay đổi nhiều R1 X1 R’2 RB X’2 I0 I0 GB BB (a) RB ΔSFe = ΔPFe +jΔQFe (c) XB GB BB (b) XB RB XB (d) Hình 6- Sơ đồ thay máy biến áp hai dây quấn lg GV: Nguyễn Thịx Khánh Page Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Sơ đồ thay máy biến áp, sau quy sơ cấp (hình 1-5a), đó: - R1, X1 điện trở cảm kháng cuộn sơ cấp - R'1, X'2 điện trở cảm kháng cuộn thứ cấp quy đổi bên sơ cấp - BB, GB điện dẫn phản kháng điện dẫn tác dụng máy biến áp - I0 dịng điện từ hố Với sơ đồ (hình 1-5a) ta xét đầy đủ tổn thất công suất máy biến áp sau: - Tổn thất đồng cuộn dây sơ thứ cấp (R1, R'2), tổn thất công suất tác dụng hiệu ứng Jun - Tổn thất công suất phản kháng cuộn sơ thứ từ thông rị (X1, X'2) - Tổn thất cơng suất tác dụng lõi thép máy biến áp dòng điện Foucault sinh (GB) - Tổn thất công suất phản kháng điện dẫn phản kháng (BB) Máy biến áp lúc vận hành bị nóng lên vì: - Tổn thất đồng (R1, R'2) - Tổn thất thép (GB) Tổn thất cơng suất phản kháng làm lệch góc điện áp Sơ đồ thay hình T khơng tiện lợi cho việc tính tốn Nếu ta bỏ qua khơng xét tới dịng điện khơng tải chạy cuộn sơ cấp ta dùng sơ đồ (hình 1-5b), tham số máy biến áp coi khơng đổi, sai số gây nhỏ, tính tiện lợi Trong sơ đồ RB = R1 + R'2 XB = X1+ X'2 Mặt khác ta thấy tổn thất công suất tác dụng PFe lõi thép coi cố định trường hợp (không tải, tải ) lúc không tải PFe = P0 dựa vào bảng số liệu nhà chế tạo cho Ta thấy tổn thất công suất phản kháng từ gây lõi thép QFe dựa vào tham số tra bảng mà tính trị số cố định máy biến áp định Vì thay tổng dẫn máy biến áp cơng suất khơng tải để vẽ sơ đồ thay lúc tính tốn (hình 1-5c) SFe = PFe + jQFe GV: Nguyễn Thị Khánh Page 10 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên ' U HT  E '  I X d'  ; X d'   X e  X d' E ' tính cho chế độ trước đóng đường dây; I dòng điện mạch máy phát điện: I  X d'  E ' Z pt Z td  Z  Z pt td / Thay I vào công thức ta tính điện áp U HT   Z    X 'd Z pt td '  U HT  E 1  '   Z   Z  Z    X d Z pt td pt td  (6.87) Để xác định xem cho phép đóng điện đường dây để hồ đồng khơng, ta phải tính điện áp U Trước tiên phải tính U :   U  '  U  K U HT B B   (6.88)  U B tổn thất máy biến áp; KB hệ số biến áp máy biến áp, hệ số cần có giá trị nhỏ để giảm độ tăng điện áp phía nguồn Tiếp theo :   U  U cos  l (6.89) Sau đóng điện, cơng suất phản kháng vào hệ thống nhận điện là: Q HT U   ' HT Zˆ td (6.90) Zˆ td số phức liên hợp Z td Nếu điện áp đầu nguồn tính lớn giá trị cho phép, cần phải đặt kháng điện phía nguồn 6.9.3 Chế độ xác lập không tải đường dây đóng mạch hai phía Sau đặt điện áp vào đường dây tiến hành hòa đồng nhà máy điện xa với hệ thống nhận điện, chế độ không tải thiết lập đường dây, tăng phụ tải đường dây thực từ từ Chế độ tồn thực tế, GV: Nguyễn Thị Khánh Page 184 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên cần phải biết thơng số điện áp đường dây, công suất phản kháng chạy vào máy phát nhà máy chạy vào hệ thống nhận điện Nếu điện áp hai đầu đường dây nhau, dòng điện đường dây Như vậy, chế độ khơng tải đường dây có chiều dài l, đóng mạch hai phía, xem chế độ đường dây có chiều dài l/2 đặt vào điện áp U1 hay U2 từ phía Khi điện áp điểm cách điểm cuối đoạn x (hình 6.32a) tính theo cơng thức (6.91) sau: U x  U1 cos0 x cos0 x U2  0l l cos cos 2 (6.91) Điện áp cao chế độ điện áp đường dây: U l /2  U1 U2 cos  0l  cos  0l (6.92) Hình 6.32 Phân bố điện áp đường dây đóng mạch hai phía a Điện áp hai đầu đường dây b Điện áp hai đầu đường dây khác So sánh (6.92) với (6.80) thấy rằng, điện áp cao đường dây đóng mạch hai phía thấp điện áp đầu hở mạch đường dây có chiều dài, đóng mạch phía Cơng suất phản kháng cuối đường dây đóng mạch hai phía tính theo cơng thức sau: U12  0l U 22  0l Q1  Q2   tg  tg Zc Z2 GV: Nguyễn Thị Khánh Page 185 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Hay là: U l2/2 Q1  Q2   sin 0l 2Zc Trong trường hợp điện áp hai đầu đường dây nhau, ví dụ U  U , phân bố điện áp đường dây tìm cách xếp chồng hai chế độ, chế độ không tải đường dây đóng mạch hai phía điện áp hai đầu đường dây U  U chế độ ngắn mạch cuối đường dây đặt điện áp  U  U  U vào đầu đường dây Như vậy, điện áp điểm đường dây cách điểm cuối đường dây đoạn x (hình 6.32b) có giá trị: U x  U 'x  U ''x Giá trị điện áp U ' x tìm theo cơng thức tương tự công thức (6.91) Đối với điều kiện U  U , điện áp U 'x xác định theo công thức: Ux U2 cos  l /  x  l cos Tiếp theo tính phân bố điện áp dọc đường dây ngắn mạch cuối đường dây, đầu đường dây đặt vào điện áp U Biết rằng, điện áp đầu dòng điện cuối đường dây liên hệ với qua công thức:  U  j I Z c sin  0l Do đó: U j I Zc  sin  0l Tương tự tìm điện áp điểm, cách điểm cuối đường dây đoạn x: U ''x  j I Z c sin  0l Hay là:  U sin  0l U ''x  sin  0l GV: Nguyễn Thị Khánh Page 186 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Vì vậy, điện áp điểm x bằng: Ux U2 sin l cos  l /  x   U  0l  0l cos sin 2 (6.93) Đồ thị biểu diễn phân bố điện áp đường dây khơng tải đóng mạch hai phía U  U cho hình 6.32a,b Từ đồ thị hình 6.32b nhận thấy rằng, U  U , điểm có khả điện áp lớn chuyển đầu đường dây có điện áp cao 6.9.6 Tự kích thích máy phát điện làm việc đường dây không tải 6.9.6.1 Tự kích thích Tự kích thích chế độ làm việc máy phát, mà cực chúng đường dây tự thiết lập điện áp đó, khơng tương ứng với dịng điện kích từ máy phát Khi xảy tự kích thích, phần lớn nhân viên nhà máy khả điều khiển điện áp thiết lập Giá trị điện áp điểm khác hệ thống tự kích thích vượt q giá trị cho phép đến mức gây nguy hiểm đốiv ưới cách điện đường dây máy biến áp Các máy phát nối vào đường dây khơng tải, tự kích thích, nữa, tăng dịng điện điện áp q trình tự kích thích chúng xảy khơng chu kỳ (tự kích thích đồng bộ) dao động (tự kích thích khơng đồng bộ) Tần số dòng điện điện áp tự kích thích phù hợp với tần số dao động riêng mạch điện, gồm có mạng điện ngồi có tính chất điện dung máy phát điện Biên độ dao động xuất hạn chế bão hòa từ lõi thép máy biến áp máy phát điện Tự kích thích khơng đồng nguy hiểm hệ thống điện, biên độ dao động điện áp dòng điện tăng lên nhanh, thiết bị điều chỉnh tự động kích từ khơng thể loại trừ q trình phát triển nhanh Nối với đường dây khơng tải với máy phát không tải xảy tự kích thích, tự kích thích xuất quan hệ định thông số máy phát đường dây Các điều kiện tự kích thích hệ thống điện tính sở phân tích phương trình vi phân tuyến tính khơng đồng máy điện quay mạch điện bên ngồi có tính chất điện dung Trong xác định giải pháp khắc phục tự kích thích, khơng xét bão hịa từ 6.9.6.2 Khái niệm đơn giản tượng tự kích thích GV: Nguyễn Thị Khánh Page 187 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Chúng ta xét sơ đồ đường dây truyền tải điện (hình 6.33a) Giả thiết máy phát thủy điện nối với đường dây tải đinệ, vậy, sơ đồ thay chế độ xác lập, máy phát thủy điện thay điện kháng ngang trục X q sức điện động giả tưởng EQ Từ sơ đồ thay nhận thấy rằng, dòng điện cuộn dây stator máy phát nối với điện dung X e bằng: I  Ie j (6.96) Trong đó: EQ I R   Xq  Xe  e tg  ; Xq  Xe Re Ở Re X e điện trở tác dụng điện kháng đẳng trị đường dây truyền tải Tự kích thích xuất dòng điện điện dung chạy qua cuộn dây stator máy phát vượt trước sức điện động EQ góc đó, máy phát từ hóa thêm (Hình 6.33a ) U EQ EQ  Z Y Y Xe EQ Re I I XB  Xe  Xq  Xe  Xq Xq Hình 6.33 Sơ đồ đường dây truyền tải điện GV: Nguyễn Thị Khánh Page 188 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Điều kiện tự kích thích viết gần dạng bất đẳng thức sau: Xe  Xq (6.95) Nhưng để xảy tự kích thích sơ đồ hình 6.33a, cần phải tồn chế độ xác lập không tải Các kết nghiên cứu cho thấy rằng, chế độ xác lập khơng tải xảy thỏa mãn điều kiện bất đẳng thức: Xe  Xd (6.96) Trong đó: X d điện kháng đồng dọc trục máy phát Từ bất đẳng thức (6.95) (6.96) ta nhận thấy rằng, điều kiện xuất tự kích thích viết tổng qt sau: Xd  Xe  Xq (6.97) Giả thiết rằng, chế độ xác lập không tải tồn điều kiện tự kích thích (6.97) thực sơ đồ xét Vì vậy, cơng suất tác dụng máy phát đồng truyền vào mạng điện lớn để bù vào tổn thất công suất máy phát mạng điện Nếu máy phát khơng có kích từ sức điện động EQ tạo từ trường dư máy phát Khi bỏ qua sức điện động phân tích gần thấy rằng, máy phát truyền vào mạng điện có cơng suất phần ứng sinh khác điện kháng đồng dọc trục ngang trục máy phát, nghĩa : U Xd  Xq Pp  sin2 Xd Xq (6.98) Ở U điên áp đầu đường dây chế độ xác lập khơng tải (xem hình 6.33a),  góc lệch pha EQ vàU Sauk hi cân giá trị cực đại công suất máy phát với tổn thất công suất đường dây, máy phát máy biến áp, ta nhận được: U Xd  Xq U  Re Xd Xq Z ct Từ tìm thêm tiêu chuẩn xác định khả tự kích thích: Re  Xd  Xq (6.99) Bất đẳng thức (6.99) tương ứng với điều kiện, phát cơng suất phần ứng lớn để bù vào tổn thất công suất tự kích thích GV: Nguyễn Thị Khánh Page 189 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Phân tích chặt chẽ q trình tự kích thích sở phương trình ParkGoreb rằng, thực điều kiện (6.97) (6.99), tăng điện áp xảy không chu kỳ từ trường stator rotor quay đồng Dạng tự kích thích gọi tự kích thích đồng bộ, cịn bất đửng thức (6.97) (6.99) tiêu tự kích thích đồng (vùng I hình 6.36.) Phân tích đơn giản tự kích thích đồng rằng, tự kích thích đồng xuất cuộn dây kích từ khép mạch, hở mạch, hỗ trợ phát triển nhờ cơng suất phần ứng Như vậy, tự kích thích đồng xuất máy phát điện cực lồi Nhưng điều kiện (6.97) (6.99) Khi đóng máy phát vào đường dây có điện dung đẳng trị X e  X q , máy phát phát cơng suất tác dụng bù tổn thất mạng điện, bảo trợ phát triển tự kích thích 6.9.6.3 Các vùng tự kích thích Sau xét điều kiện xuất tự kích thích, vùng nó, tiến hành xác định vùng I Xuất phát từ momen động máy phát cực lồi, viết gần biểu thức công suất tác dụng máy phát truyền vào mạng điện P ' U Xq  X d X q X 'd Dựa vào phương trình tìm điều kiện xuất tự kích thích, khác với điều kiện tìm trước GV: Nguyễn Thị Khánh Page 190 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng n Hình 6.36 Các vùng ự kích thích máy phát cực ẩn Các bất đẳng thức đặc trưng gần khả bắt đầu q trình tự kích thích trường hợp có dạng: ' X q  X e  X d ; Re  X q  X 'd X q X 'd (6.100) Vùng tự kích thích xác định bất đẳng thức (6.100) gọi vùng tự kích thích khơng đồng II Kết hợp tham số máy phát thủy điện mạch ngồi để gây tự kích thích cho hình 6.33, (các vùng chữ nhật, số “th” giá trị điện trở tới hạn) Phân tích phương trình Park-Goreb rằng, vùng tự kích thích I II nửa đường trịn (hình 6.36) Ngồi kết nghiên cứu tren sở phương trình Park-Goreb cho phép khẳng định rằng, tự kích thích có khả xảy điện kháng đẳng trị mạch X e nhỏ X d' có tính chất khơng đồng Vùng tự kích thích khơng đồng gọi vùng III (hình 6.36) 6.9.6.6 Tự kích thích máy phát điện cực ẩn (máy phát tua bin hơi) GV: Nguyễn Thị Khánh Page 191 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Ở máy phát điện cực ẩn khơng có mơmen phản ứng, khơng có vùng tự kích thích đồng I Các kết nghiên cứu rằng, máy phát điện tuabin có hai vùng tự kích thích khơng đồng I II Hình (6.35) Hình 6.35 Các vùng tự kích thích máy điện cực lồi Vùng tự kích thích II máy phát tuabin phù hợp với bất đẳng thức sau: X d'  X c  X d ; R  0,5  X d  X d'  (6.101) Trong Xc R điện trở điện kháng mạch ngồi Vùng tự kích thích III máy phát tuabin rộng nhiều so với máy phát thủy điện 6.9.6.5 Các điều kiện cần đủ để xuất tự kích thích biện pháp khắc phục Sự tồn vùng tự kích thích I, II, III máy phát thủy điện đồng điều kiện cần tự kích thích đóng mạch đường dây không tải vào máy phát Các điều kiện đủ vị trí điểm đặc trưng cho thơng số mạch ngồi, bên trong vùng tự kích thích Vì sau xây dựng vùng tự kích thích cần phải xác định tham số X e Re phù hợp với sơ đồ thay Nếu tự kích thích sơ đồ xét có khả xảy (điểm A hình 6.36), cần phải xét trước biện pháp khắc phục, ví dụ, đặt kháng điện Đôi kháng điện đặt đường dây theo điều kiện đảm bảo giá trị cho phép điện áp chế độ xác lập không tải, khắc phục nguy hiểm xuất tự kích thích Nhưng chiều dài đáng kể đường dây, để ngăn ngừa tự kích thích phải đặc biệt dự kiến đặt kháng điện Trong hàng loạt trường hợp tránh tự kích thích đóng vào đường dây khơng phải máy phát mà số máy phát Các điện kháng GV: Nguyễn Thị Khánh Page 192 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên X d ; X q ; X ' d máy phát làm việc song song giảm, dẫn đến thu hẹp vùng tự kích thích Hơn điểm A (hình 6.36) xác định tham số mạch ngồi ngồi giới hạn vùng tự kích thích Nhưng cần ý rằng, khả làm việc song song số máy phát chế độ xác lập không tải gần với chế độ phải kiểm tra cẩn thận GV: Nguyễn Thị Khánh Page 193 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên GV: Nguyễn Thị Khánh Page 194 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đạm (2016), Mạng lưới điện1,2, NXB Khoa học kỹ thuật [2] Trần Bách (2005), lưới điện hệ thống điện tập 1, ĐHBK Hà Nội [3] Trần Bách (2006), lưới điện hệ thống điện tập 2, ĐHBK Hà Nội [4] Trần Bách (2007), lưới điện hệ thống điện tập 3, ĐHBK Hà Nội [5] Đỗ Xn Khơi (2013), Phân tích chế độ xác lập đường dây tải điện lưới điện, ĐHBK Hà Nội [6] Đỗ Xn Khơi (1998), Tính tốn phân tích hệ thống điện, ĐHBK Hà Nội GV: Nguyễn Thị Khánh Page 195 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên Contents Chương 1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1.2 MÁY BIẾN ÁP 1.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ THIẾT BỊ BÙ 20 1.4 PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN PHỤ TẢI KHI TÍNH CHẾ ĐỘ CÁC MẠNG VÀ HỆ THỐNG 22 Chương 26 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 26 2.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY THEO DÒNG ĐIỆN PHỤ TẢI 27 2.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÔNG SUẤT PHỤ TẢI 32 2.4 ĐIỆN ÁP GIÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 35 2.5 TÍNH CHẾ DỘ MẠNG ĐIỆN THEO CÔNG SUẤT CÁC PHỤ TẢI 38 2.6 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN CĨ NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH KHÁC NHAU 42 2.7 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG PHÂN PHỐI HỞ ĐIỆN ÁP U ≤ 35 kV 46 2.8 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY CÓ PHỤ TẢI PHÂN PHỐI ĐỀU 49 2.9 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN KÍN 51 2.10 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 59 Chương 65 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 65 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 66 3.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN 68 3.4 CHỌN CÁC ĐẦU ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 69 3.5 ĐIỀU CHỈNH MẠNG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠNG ĐIỆN 88 3.6 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỒI DỊNG CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 92 Chương 96 4.1 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ 96 4.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DÂN THEO TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP 97 4.3 CHON TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 100 4.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA MẠNG ĐIỆN ÁP DƯỚI 1000V KẾT HỢP VỚI CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 101 Chương 107 5.1.KHÁI NIỆM CHUNG .107 GV: Nguyễn Thị Khánh Page 196 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng n 5.2 TỐI ƯU HĨA CƠNG SUẤT CỦA CÁC THIẾT BỊ BÙ .107 5.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 112 5.4.CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KINH TẾ CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 118 5.5 TỐI ƯU HĨA CHẾ ĐỘ CỦA MẠNG ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG NHẤT 121 Chương 130 6.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG DÂY DÀI .130 6.2 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI 136 6.3 CÁC ĐƯỜNG DÂY CÓ CHIỀU DÀI ĐẶC BIỆT 149 6.6 CÁC SƠ ĐỒ THAY THẾ ĐƯỜNG DÂY DÀI .153 6.6 HIỆU SUẤT TRUYỀN TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI .170 6.7 KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI .170 6.8 NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI 172 6.9 CHẾ ĐỘ XÁC LẬP ĐẶC BIỆT CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI 178 TÀI LIỆU THAM KHẢO .195 GV: Nguyễn Thị Khánh Page 197 Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên GV: Nguyễn Thị Khánh Page 198 ... định mạng có cấp điện áp Nhưng tính điện áp nút cần xét phải xét đến tỷ số biến đổi điện áp máy biến áp 2.7 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG PHÂN PHỐI HỞ ĐIỆN ÁP U ≤ 35 kV Truyền tải điện mạng phân phối thực đường... rằng, tổn thất điện áp đường dây có phụ tải tổng I phân phối nửa tổn thất điện áp đường dây với phụ tải tập trung I đặt cuối đường dây có chiều dài Do phụ tải phân phối thay phụ tải tập trung... Phụ tải biểu diễn dòng điện ngẫu nhiên Phụ tải cho đại lượng ngẫu nhiên sử dụng tính tốn chế độ hệ thống điện có tỷ lệ phụ tải kéo lớn Điện khí hóa giao thơng dạng đặc biệt phụ tải điện, phụ tải