Nghiên cứu Đánh Giá và Đề Xuất Giải Pháp Cải Thiện Chất Lượng Điện Áp Trên Lưới Điện Trung Áp Tỉnh Thái Nguyên

Các phương pháp tính toán và kiểm tra chất lượng điện áp trên lưới trung áp

Trên lưới phân phối, các phần tử chủ yếu là máy biến áp và đường dây, nên ta chỉ xét hai phần tử này trong tính toán thông số phần tử và sơ đồ thay thế. Nhưng với các máy biến áp công suất lớn, thành phần điện áp giáng trên điện trở rất nhỏ so với thành phần điện áp giáng trên điện kháng (Ur Ux), do đó. Tỷ số biến áp của máy biến áp lý tưởng này có thể được thay đổi bằng cách thay đổi bằng tay đầu phân áp cố định trên máy biến áp khi máy biến áp không vận hành.

Việc kiểm tra độ lệch điện áp cho phép đánh giá chất lượng điện áp tại một phụ tải nào đó có đạt tiêu chuẩn hay không nhưng không cho phép đáng giá tổng quát toàn bộ một xuất tuyến và không xác định được giá trị điện áp tối ưu. Trong lưới hạ áp hai chế độ max và min có ý nghĩa quyết định, nếu đảm bảo chất lượng điện áp ở hai chế độ này thì sẽ đảm bảo chất lượng điện áp ở tất cả các chế độ còn lại, do đó khi xét chung toàn lưới hạ áp phải xét đồng thời hai chế độ này. Lưới điện hiện tại vận hành chủ yếu là các thiết bị 3 pha hoặc nếu là phụ tải một pha thì cũng được phân bố tương đối đều trên cả 3 pha, vì vậy ta giả thiết lưới điện được vận hành trong chế độ đối xứng.

Trong chế độ đối xứng dòng điện trong dây trung tính bằng 0, dòng điện, điện áp trên cả 3 pha như nhau, tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng là như nhau. Lưới điện phân phối khu vực Thái Nguyên cũng như hầu hết các khu vực khác đều sử dụng hệ thống điều áp dưới tải ở các trạm 110(220)kV nên ta coi mỗi xuất tuyến của trạm 110kV (hay còn gọi là một lộ, một đường dây) là một đơn vị lưới phân phối độc lập để tính toán vì sự biến đổi dòng điện, điện áp của các xuất tuyến độc lập với nhau. Từ những kết quả phân tích trên, ta mô phỏng lưới phân phối như ví dụ dưới đây, Si là công suất tiêu thụ tại nút i (do các phần tử ngoài lưới, bao gồm cả các phụ tải cao áp như động cơ cao áp, các thiết bị tiêu thụ điện áp cao).

Sử dụng phương pháp này để tính toán tổn thất điện áp ta sẽ xác định được điện áp trên phụ tải tại các thời điểm max và min của lưới phân phối. Theo các số liệu đo đạc thực tế ở trên ta nhận thấy rằng công suất tiêu thụ tại các phụ tải ở các thời điểm max và min tỷ lệ với điện năng tiêu thụ của phụ tải. Các máy biến áp phân phối khi thiết kế thường được tính để đáp ứng được mức độ tăng trưởng của phụ tải ít nhất là sau 5 năm, thường là sau 10 năm.

Trong lưới điện luôn bao gồm cả máy biến áp mới xây dựng và máy biến áp đã vận hành lâu năm vì vậy giữa dung lượng định mức của máy biến áp và công suất max, min không có tỷ lệ như nhau ở các máy biến áp khác nhau. Ta tính phân bố công suất trên các nhánh bằng cách lấy công suất tại thời điểm max (min) tại đầu nguồn phân chia cho các nhánh theo tỷ lệ điện năng tiêu thụ đã biết ở các thời gian gần với thời điểm tính toán. -Kiểm tra CLĐA (chất lượng điện áp) nếu chưa đạt tiến hành các biện pháp khác như điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp trung gian, điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp phân phối, thay dây, bù phản kháng v.v.

Giao diện chương trình Conus

Điều chỉnh điện áp đầu nguồn (số liệu xem Bảng 4.2)

Không có đầu phân áp nào của trạm trung gian Chùa Hang đáp ứng chỉ tiêu CLĐA cho tất cả các phụ tải của các trạm 6/0.4kV. Tính lại tổn thất điện áp với điện áp đầu nguồn và nấc phân áp của MBA trung gian đã xác định ở trên. Có thể bù điều khiển tập trung trên đường dây trung áp song chi phí cao do phải sử dụng các thiết bị đóng cắt cao áp, vì vậy ta chọn giải pháp lắp đặt tụ bù tĩnh tập trung có điều khiển (như SVC) tại thanh cái 0.4 kV của các trạm phân phối.

Có thể sử dụng thiết bị điều khiển vô cấp dung lượng bù như thyristor hạ áp hoặc các contactor để điều khiển dung lượng bù theo từng nấc. Việc tính toán tối ưu dung lượng bù và lập trình điều khiển dung lượng bù là một công việc phức tạp nhưng hoàn toàn khả thi. Loại máy bù công suất phản kháng được kiến nghị ở đây là các thiết bị bù có điều khiển như SVC, TCR, TSR, TSC (gọi chung là các thiết bị FACTS) làm việc dưới sự điều khiển của các van bán dẫn Thysistor.

Các máy bù này có thể điều chỉnh từ công suất phản kháng âm đến công suất dương, giúp cho việc giữ điện áp nút cố định. Tuy nhiên, có một số hiệu ứng phụ như tạo các sóng hài bậc cao về dòng điện, gây tổn thất phụ, dao động tần số và nhiễu cho thông tin tải ba. Trong giới hạn của luận văn này, ta không đi sâu vào lĩnh vực tính toán bù công suất phản kháng, nhưng xuất phát từ công suất phản kháng trên các nhánh và giá trị điện áp ở các chế độ max, min cũng như trở kháng của các nhánh ta có thể thử các giá trị dung lượng bù ở các chế độ, tính toán lại giá trị điện áp bằng chương trình để tìm ra được dung lượng bù thích hợp.

Kết quả sau khi tính toán dung lượng bù và tính điều chỉnh tối ưu đầu phân áp hầu hết các trạm đạt yêu cầu CLĐA nhưng một số trạm đã hết nấc điều chỉnh nhưng không đạt CLĐA. Theo kết quả tính toán trên và so sánh với sơ đồ đường dây 381, các máy biến áp không đạt CLĐA đều ở đầu nguồn đường dây nên đã điều chỉnh đầu phân áp cố định về nấc thấp nhất nhưng điện áp vẫn cao. Để khắc phục tình trạng này có thể xem xét thay các máy biến áp tại các trạm đầu nguồn, bằng các máy biến áp có điện áp định mức cao hơn (xem Bảng 4.5).

Sau khi thay máy biến áp, tính toán, điều chỉnh tối ưu đầu phân áp cố định, kết quả CTTQ đạt 2.160132 và toàn bộ các phụ tải cao áp, hạ áp trên đường dây 381 Quan Triều đạt chỉ tiêu chất lượng điện áp (xem phụ lục).