1.3.1 Giới hạn quá điện áp bằng kháng điện bù ngang
Kháng bù ngang
Chức năng tác dụng:
Là thiết bị chỉ tiêu thụ công suất phản kháng nên có tác dụng triệt tiêu ,điều chỉnh lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa do lƣới điện sinh ra,giảm điện áp và giữ ổn định điện áp hệ thống.
Trên các đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha- đất và pha – pha là rất lớn,Điện dung này phát ra công suất phản kháng Qc rất lớn ( có tác dụng nhƣ tụ bù ngang) ,vì vậy trong trƣờng hợp đƣờng dây không tải hoặc tải nhỏ lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa lớn thì điện áp cuối dƣờng dây sẽ nâng cao hơn đầu đƣờng dây. Để giảm ảnh hƣởng bất lợi của điện dung này ,ngƣời ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt công suất phản kháng Qc.Đối với đƣờng dây siêu cao áp 500kv, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm đặt kháng là 500km.
Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lƣới điện nhƣ hình vẽ:
U
R jX
Kháng điện
Cfa-đất
Nguyên lý cấu tạo:
Cuộn kháng có thể đƣợc coi nhƣ một máy biến áp mà trong đó không có cuộn dây thứ cấp, tất cả dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải) Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tƣơng tự nhƣ máy biến áp ,nhƣng vì tất cả dòng chảy vào cuộn kháng là dòng kích từ nên nếu dung khung từ nhƣ máy biên áp thông thƣờng nó sẽ bão hòa rất nhanh ,trở kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chạy qua cuộn kháng sẽ nhỏ.
Trong cuộn kháng, đƣờng khép mạch từ khác so với máy biến áp,mạch từ đƣợc khép kín qua khe hở không khí (từ thông đƣợc khép qua vòng không khí) nhằm trách bão hòa nhanh cho khung từ. Muốn đƣợc nhƣ vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép ngƣời ta tạo rất nhiều những khoảng trống bằng các nêm chèn vào trong lõi thép.
Vì cuộn kháng làm việc trong môi trƣờng điện từ rất mạnh, nên yêu cầu cao về sự chắc chắn của khung từ và vỏ để chống độ rung rất lớn so với máy biến áp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 91 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
1.3.2 Giới hạn quá điện áp bằng tụ bù dọc
Tụ bù dọc
Chức năng tác dụng
Trên các đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn điện dung pha – đất và pha – pha là rất lớn,do đó khi không tải hoặc tải nhỏ thì điện áp cuối đƣờng dây sẽ cao hơn điện áp đầu đƣờng dây.Vì vậy kháng bù ngang có tác dụng giảm sự tăng áp này , giữ điện áp tại cuối đƣờng dây ổn định bằng điện áp định mức. Đối với tụ bù dọc chỉ có tác dụng giảm điện áp giáng trên đƣờng dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đƣờng dây) dàn đều điện áp trên đƣờng dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đƣờng dây.
Đồ thì điện áp dọc theo đƣờng dây nhƣ sau: Đƣờng 1: khi không có tụ và kháng bù Đƣờng 2: khi có tụ và kháng bù 2 1 U(kv) L(km) Nguyên lý bù
Tụ bù đƣợc mắc nối tiếp trên đƣờng dây truyền tải là cho tổng trở đƣờng dây giảm đi (XS=X-XBÙ),Trở kháng trong hệ thống truyền tairbao gồm phần lớn là thành phần kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở (Zht=R+jXS) .Do đó nếu chúng ta thay đổi đƣợc XS thì sẽ thay đổi đƣợc điện áp ở phía tải bởi vì sự sụt áp trên đƣờng dây đƣợc gây nên bởi dòng điện điện kháng nhiều hơn là dòng điện điện trở.
Sơ đồ mô phỏng đƣờng dây khi có tụ bù dọc
U
R jX -jXbù
Sau khi bù ,điện kháng trên đƣờng dây là:X∑ = X-Xbù
Và điện áp dơi trên đƣờng dây sẽ là : U=[P,,R + Q,(X-Xbù)]/U Nhƣ vậy : U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 92 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
CHƢƠNG 2: QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƢỜNG DÂY CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI
Đề bài :Quá điện áp trên đƣờng dây siêu cao áp vận hành ở chế độ không tải
Cho sơ đồ đƣờng dây dài nối với nguồn có công suất vô cùng lớn, điện áp pha của nguồn là 500kV, Hệ thống điện vận hành ở chế độ không tải
Các tham số của đƣờng dây R= 0,028 Ω/km
XL= ωL = 0,325 Ω/km BC= ωC = 5,2 μS/km Bỏ qua điện dẫn rò G
1 2
Chiều dài đƣờng dây : l = 700km
Tính toán phân bố điện áp dọc theo đƣờng dây dài từ điểm 1 đến điểm 2, (Dùng phần mềm Matlab tính toán, vẽ đồ thị phân bố điện áp (giá trị hiệu dụng) theo chiều dài đƣờng dây)
Khi nhận thấy U2>U1, tính toán tổng công suất bù ở cả ba pha ở điểm 2 bằng kháng bù ngang sao cho điện áp điểm 2 bằng điểm 1.
Kiểm tra lại phân bố điện áp trên đƣờng dây sau khi đã lắp đặt kháng điện ở giữa đƣờng dây, nhận xét, đƣa ra giải pháp ?
2.1 Tính toán phân bố điện áp dọc đƣờng dây dài từ điểm 1 đến điểm 2
Ta có hệ số truyền sóng : j Trong đó: 2 2 ( ) 16( . ) 8 L C C L L C RG X B RB X G RG X B 2 2 2( ) ( ) 16( . ) C L L C L C C L RB X G RG X B RG X B RB X G Tổng trở sóng: 6 0, 028 0,325 250, 231 10, 759( ) 0 5, 2.10 L c C R jX j Z j G jB j
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 93 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
2.2 Giới thiệu Matlab
Matlab là một trong những hệ thống đƣợc soạn thảo hết sức chu đáo, mạch lạc với việc áp dụng nhiều thuật toán phong phú, đặc biệt nhƣ chính tên của nó – “MATric LABoratory’’, thuật toán ma trận đƣợc coi là hạt nhân quan trọng trong lập trình M Matlab. Cú pháp ngôn ngữ của chƣơng trình Matlab đƣợc thiết lập tinh tế đén mức ngƣời sử dụng không có cảm giác là đang tiếp xúc với các phép tính phức tạp của ma trận. Ma trận đƣợc áp dụng rộng rãi trong các bài toán kĩ thuật phức tạp nhƣ hệ thống điện lực, tự động hóa,…Vì vậy Matlab chính là phần mềm hết sức thuận tiện và hiệu quả đối với các lĩnh vực này.
Là 1 hệ thống mở, Matlab kết hợp rất nhiều phƣơng pháp tính mà có thể áp dụng thuận tiện cho bất kì ngƣời sử dụng nào, Matlab có đặc điểm linh hoạt và dễ thích nghi, vì vậy cho dù là ngƣời mới bắt đầu hay là 1 chuyên gia sành sỏi, vẫn có thể sử dụng Matlab một cách thoải mái và cuốn hút, Matlab rất ƣu ái với ngƣời sử dụng, bạn có thể tạo ra chƣơng trình chuyên môn của mình mà Matlab sẵn sàng đáp ứng, Matlab cho phép tiếp cận và áp dụng dễ dàng các hàm có sẵn để giải các bài toán cần thiết và đồng thời có thể sang tạo ra các m,file mà khi đƣợc lƣu giữ với thủ tục phù hợp, matlab coi nhƣ là hàm của chính hệ thống, điều đó cho phép mở rộng khả năng vô hạn của Matlab. Đó cũng chính là ƣu điểm nổi bật của Matlab mà không chƣơng trình nào có đƣợc.
2.3 Phân bố điện áp khi chƣa có kháng
- Tinh toan phan bo dien ap doc duong day dai 500kV, che do ho mach cuoi duong day
w=2*pi*50;
l=700; % Duong day dai 500km R=0.028; %%Ohm/km XL=0.325; %%Ohm/km BC=5.2e-6; %%Simens/km G=0; %%Simens/km beta=sqrt((R*G-XL*BC+sqrt((R*G-XL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2))/8) alpha=sqrt(2)*(R*BC+XL*G)/sqrt(R*G-XL*BC+sqrt((R*G- XL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2))
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC SV: TRỊNH BÁ MẠNH 94 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG gamma=beta+i*alpha Zc=sqrt((R+i*XL)/(G+i*BC)) U1=500e3;
% Dien ap cuoi duong day U2=U1/cosh(gamma*l); % Phan bo dien ap x=0:0.1:l; for i=1:size(x,2) Ux(i)=U2*cosh(gamma*(l-x(i))); end %UX=rot90(abs(Ux)); plot(x,Ux,'red') grid on xlabel('Khoang cach(km)'); ylabel('Mo dun dien ap(V)'); hold on Kết quả : 0,1042.103 3 0, 659.10 0,1042.3 j0, 659.103 Zc 250, 23 j10, 759( )
Hình 2,1: Phân bố điện áp khi chưa có kháng
0 100 200 300 400 500 600 700 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6x 10 5 Khoang cach(km) M o du n di en a p( V)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 95 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG % Tinh cong suat khang dien bu ngang de U2=U1
Xq=Zc*sinh(gamma*l)/((1-cosh(gamma*l)))
% Công suat phan khang can bu o ca 3 pha de U2=U1 Q=3*U1^2/imag(Xq)
% Tinh toan lai dien ap U2
U2e=U1/(cosh(gamma*l)+Zc*sinh(gamma*l)/Xq); %Tinh toan lai phan bo dien ap
for i=1:size(x,2) Uxe(i)=U2e*cosh(gamma*(l-x(i)))+U2e*Zc*sinh(gamma*(l-x(i)))/Xq; end %UXe=rot90(abs(Uxe)); plot(x,Uxe,'blue'); Umax=max(Uxe) Kết quả : Xq 135,39 1043,2i( ) Qbu 7189,3(MVA)
2.4 Phân bố điện áp khi có kháng
1 2 0 100 200 300 400 500 600 700 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6x 10 5 Khoang cach(km) M o d u n d ie n a p (V )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 96 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
Hình 2.2: Phân bố điện áp khi có kháng
Nhận xét : Việc lắp kháng điện bù ngang có tác dụng đã có tác dụng cải thiện đƣợc phân bố điện áp trên đƣờng dây, điện áp đầu ra cân bằng với điện áp định mức tại đầu nguồn, Qua đó mang lại các tác dụng sau :
Giảm quá điện áp nội bộ
Giảm dòng công suất phản kháng Giảm tổn thất điện năng
Đảm bảo hoạt động bình thƣờng của đƣờng dây khi hòa đồng bộ, khi đóng đƣờng dây vào hệ thống, trong chế độ không tải và trong các chế độ khác, Giảm nguy có tự kích thích máy phát điện
Giải pháp : Có thể đặt các kháng điện bù ngang ở cuối đƣờng dây, Và có thể đặt thêm các kháng điện bù dọc nhằm mục đích giảm điện áp giáng trên đƣờng dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đƣờng dây)dàn đều điện áp trên đƣờng dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đƣờng dây.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 97 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
KẾT LUẬN CHUNG
Bản đồ án tốt nghiệp đƣợc hoàn thành với kết cấu gồm 2 phần:
- Phần I : Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và đƣờng dây 220/110 kV
- Phần II : Quá điện áp trên đƣờng dây siêu cao áp vận hành ở chế độ không tải
Phần I đƣợc hoàn thành gồm có 4 chƣơng, mỗi chƣơng đƣợc nghiên cứu và tính toán hƣớng tới mục đích cuối cùng là làm sao để thiết kế đƣợc hệ thống chống sét cho trạm biến áp và đƣờng dây 220/110 kV . Nắm bắt đƣợc những mục tiêu đó mỗi chƣơng đã thể hiện đƣợc vai trò, ý nghĩa của mình và đƣợc thể hiện thông qua các bƣớc sau đây:
Bƣớc 1: Tìm hiểu tại sao cần phải bảo vệ chống sét
Bƣớc 2: Tổng hợp kiến thức , nghiên cứu cần thiết nhằm phục vụ tính toán Bƣớc 3: Tính toán lựa chọn phƣơng án tối ƣu bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
Bƣớc 4: Tính toán nối đất nhằm mục đích bảo vệ các thiết bị khỏi quá điện áp Bƣớc 5: Tính toán bảo vệ chống sét đƣờng dây nhằm hạn chế những sự cố không đáng có đảm bảo việc truyền tải điện trong hệ thống điện.
Phần 2 gồm 2 chƣơng :
- Chƣơng 1: Truyền tải điện đi xa
Chƣơng này nghiên cứu về các vấn đề trong việc truyền tải điện đi xa , các mô hình đƣờng dây siêu cao áp và các phƣơng thức bù làm giảm tổn thất điện năng khi truyền tải đi xa
- Chƣơng 2: Quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hành ở chế độ không tải Đƣa ra bài toán tính toán quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hành ở chế độ không tải rồi giải quyết bài toán bằng thuật toán giải trên phần mềm Matlab, để đƣa ra phƣơng án khắc phục hiện tƣợng điện áp tăng cao ở cuối đƣờng dây dài ở chế độ không tải hoặc đƣờng dây mạng tải nhỏ là do đối với đƣờng dây dài siêu cao áp dòng điện dung cũng nhƣ công suất phản kháng do dung dẫn của đƣờng dây sinh ra rất lớn bằng cách dùng kháng bù ngang để tiêu thụ bớt một lƣợng công suất phản kháng do đƣờng dây sinh ra và giảm đƣợc dòng điện điện dung trên đƣờng dây, nhờ vậy có thể duy trì điện áp ở cuối đƣờng dây nằm trong phạm vi cho phép.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
SV: TRỊNH BÁ MẠNH 98 GVHD: TS. TRẦN ANH TÙNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, Quá điện áp và bảo vệ chống quá điện
áp; Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2007
2. TS. Nguyễn Minh Chước, Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp,
Bộ môn Hệ thống điện, trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2002
3. Nguyễn Đình Thắng, Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,
Hà nội, 2005
4. PGS, TS, Trần Bách, Lƣới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005