1. CHƯƠN G1
8.1.2 Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng đ iện xoay chiều
Truyền tải điện năng công suất lớn đi xa đòi hỏi điện áp của đường dây tải điện phải rất cao. Hiện nay ở các nước công nghiệp lớn đang nghiên cứu và thiết kế các đường dây tải điện xoay chiều (1000¸1200) kV. Khả năng tải điện của các đường dây tải điện xoay chiều điện áp cao với độ dài tải điện dưới 1000 [km] ở phạm vi sau đây:
- Với điện áp 110 [kV] khả năng tải 30 [MW]. - Với điện áp 220 [kV] khả năng tải 120 [MW]. - Với điện áp 330 [kV] khả năng tải 450 [MW]. - Với điện áp 400 [kV] khả năng tải 550 [MW]. - Với điện áp 500 [kV] khả năng tải 850 [MW]. - Với điện áp 750 [kV] khả năng tải 2000 [MW]. - Với điện áp 1000 [kV] khả năng tải 4000 [MW].
Sử dụng điện áp cao hoặc siêu cao xoay chiều truyền tải điện năng đi xa có ưu điểm là giảm được tổn thất điện năng và tổn thất điện áp. Tuy nhiên gặp phải những vấn đề kỹ thuật phức tạp mà ở các cấp điện áp thấp, đường dây ngắn không có như:
- Điện áp cao sẽ xuất hiện hiện tượng vầng quang điện gây ra tổn thất điện năng rất lớn. Khi điện áp từ 110 [kV] trở lên, vầng quang điện là yếu tố chủ yếu để lựa chọn tiết diện dây dẫn và là yếu tố quan trọng quyết định khoảng cách giữa các dây pha nhằm giảm tổn thất điện năng đến mức chấp nhận được. Vì vậy tiết diện dây dẫn thường phải chọn rất lớn, dùng dây dẫn đặc biệt tiết diện lớn như vậy không kinh tế. Để giải quyết vấn đề này thường dùng dây dẫn phân pha (phân thành 2, 3 hay 4 dây song song với nhau). Biện pháp này vừa hạn chế được tổn thất vầng quang, vừa không phải dùng các dây dẫn có tiết diện quá lớn. Dây dẫn phân pha được dùng bắt đầu từ cấp điện áp 220 [kV] thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật với dây dẫn đặc. Khi điện áp cao hơn 220 [kV] thì phải dùng dây phân pha.
- Điện áp cao làm cách điện của các thiết bị rất phức tạp làm cho vốn đầu tư của các đường dây dài rất cao, hạn chế khả năng kinh tế của chúng. Biện pháp chính để giảm cách điện các HTĐ áp cao là nối đất trực tiếp trung tính của các máy biến áp, khi đó cách điện chỉ cần tính toán cho điện áp pha. Tuy nhiên hệ thống bị cắt điện khi chạm
đất một pha (thường là chạm đất thoáng qua), để khắc phục nhược điểm này có thể sử dụng thiết bị tự động hoá như: tự động đóng lại một pha trên các đường dây tải điện, tự động đóng nguồn dự phòng...
- Khi đường dây dài làm việc không tải, xảy ra hiện tượng tăng cao điện áp ở cuối đường dây tải điện phía hở mạch lớn hơn điện áp cho phép (nếu đường dây dài 1000 [km] điện áp có thể tăng gấp 2 lần). Để khắc phục phải sử dụng các thiết bị bù để điều chỉnh điện áp.
- Khi làm việc không tải, ở các máy phát điện nối với các các đường dây dài có thể xảy ra hiện tượng tự kích thích do điện dung của đường dây rất lớn. Máy phát không phát CSTD và mang phụ tải điện dung, dòng điện dung từ hoá stator của máy phát cùng chiều với với dòng điện kích thích từ hoá rotor. Dẫn đến dòng kích thích tự tăng lên làm điện áp tăng lên.
- Hạn chế cơ bản nhất khi sử dụng điện áp cao xoay chiều để tải điện đi xa là vấn đề ổn định, tức là giữ vững chế độ làm việc đồng bộ của các máy phát làm việc song song. Để tải điện đi rất xa phải sử dụng các biện pháp đặc biệt để nâng cao ổn định, điều kiện để HTĐ ổn định là công suất tải trên đường dây dài không vượt quá công suất giới hạn. Công suất này thường nhỏ hơn công suất giới hạn lớn nhất khoảng (20¸50)%. Đường dây tải điện càng dài thì công suất giới hạn càng thấp, để khắc phục phải nâng cao điện áp và giảm điện kháng đường dây.
Giải quyết những vấn đề trên làm giảm tính kinh tế của tải điện đi xa bằng dòng điện xoay chiều điện áp cao.