- Hệ thống 220k V: Nhằm để đồng bộ với hệ thống nguồn điện, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện và đáp ứng được nhu cầu phụ tải giai đoạn đến nă m
1.3. Điều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống điện 1 Hoạt động của hệ thống điện.
1.3.1. Hoạt động của hệ thống điện.
Chế độ làm việc và cân bằng công suất của HTĐ
Khi HTĐ hoạt động, điện năng được sản xuất ra trong các nhà máy điện truyền lên lưới hệ thống, từ lưới này điện năng đi qua lưới truyền tải (hay là lưới cung cấp) đến lưới phân phối. Lưới phân phối cấp điện trực tiếp cho một bộ phận thiết bị dùng điện đồng thời cấp điện cho lưới hạ áp thông qua các trạm phân phối, lưới hạ áp cấp điện trực tiếp cho các thiết bị dùng điện.
Khi HTĐ hoạt động, tập hợp các quá trình xảy ra trong HTĐ (hoặc trong một phần của HTĐ)và xác định trạng thái của nó trong một thời điểm hoặc trong 1 khoảng thời gian nhất định gọi là chế độ của hệ thống điện.
Chếđộ của HTĐđặc trưng bới các thông số chếđộ, đó là: công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q, điện áp U, góc pha của điện áp θ, dòng điện I tại mọi điểm của HTĐ. Các thông số này biến thiên liên tục trong thời gian do nhu cầu điện
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
năng của phụ tải luôn biến dổi theo quy luật của sản xuất và đời sống và do các sự kiện bất thường khác (gọi chung là sự cố) như: Ngắn mạch, hỏng hóc ngẫu nhiên các tổ máy phát hoặc đường dây điện…
Chế độ xác lập là chếđộ làm việc bình thường của HTĐ, trong đó các thông số chếđộđược coi là không đổi. Chế độ quá độ là chếđộ trong đó các thông số chế độ biến đổi nhanh, mạnh. Chế độ quá độ bình thường là chếđộ xảy ra khi yêu cầu công suất của phụ tải biến đổi mạnh, còn chế độ quá độ sự cố là chếđộ xảy ra khi khi xảy ra sự cố trong HTĐ… HTĐ phải đáp ứng các chế độ này bằng hệ thống điều khiển và rơle – tựđộng hóa.
Điện năng có đặc điểm là không thể dự trữđược. Phụ tải yêu càu đến đâu thì HTĐđáp ứng đến đó, do đó công suất phát của các nhà máy điện phải luôn thay đổi theo sự thay đổi nhu câu công suất tác dụng P và điện áp của các nhà máy điện phải luôn thay đổi đểđáp ứng nhu cầu công suất phản kháng Q của phụ tải.
Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn điện phải luân cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải trong mọi thời điểm vận hành.
Nếu công suất tác dụng của nguồn điện nhỏ hơn yêu cầu của phụ tải thì tần số sẽ giảm và ngược lại. Tần số là thước đo cân bằng công suất tác dụng. Khi tần số nằm trong phạm vi cho phép quy định bởi tiêu chuẩn chất lượng điện năng thì có nghĩa là đủ công suất tác dụng. Nếu tần số cao hơn thi công suất nguồn thừa so với phụ tải, ngược lại nếu tần số thấp hơn thì công suất nguồn thiếu so với phụ tải. Cân bằng công suất tác dụng có tính chất hệ thống, tần số ở mọi nơi trên HTĐ luôn như nhau. Để có thểđáp ứng tức thời mọi biến đổi của nhu cầu, công suất nguồn phải có dự trữ một lượng công suất nhất định, trong đó phần lớn là dự trữ nóng (dưới dạng các máy phát chạy non tải), một phần có thể là dự trữ lạnh, tổ máy ở trạng thái nghỉ, khi sự cố xảy ra mới khởi động, tổ máy dự trữ lạnh phải có thời gian khởi động và nhận tải nhanh, lượng công suất dự trữ này được điều khiển nhờ hệ thồng điều chỉnh tần số. Như vậy công suất đặt của nguồn điện phải lớn hơn yêu cầu phụ tải một lượng công suất dự trữ sự cố Pdtsc.
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
Ngoài công suất sự trữ sự có còn có thể phải đặt thêm công suất dự trữ bảo quản Pdtbq để có thể bảo quản các tổ máy mà không ảnh hưởng đến phụ tải.
Công suất dự trữ sự cốđược xác định ở thời điểm phụ tải cực đại năm, ở chế độ này cân bằng công suất được xác định như sau:
dm F pt dtsc dtbq td P ≥ P + ∆ +P P +P + ∑ ∑ ∑ ∑P P (1.4) Trong đó:
- là tổng công suất định mức của nguồn điện, nếu nhà máy điện dã cũ thì dùng công suất khả phát. dm F P ∑ - là tổng công suất yêu cầu của phụ tải, nếu các phụ tải có hệ số đồng thời nhỏ hơn 1 thì phải tính đến. pt P ∑
- : tổng tổn thất công suất trên lưới điện và trong máy biến áp. Khi tính toán sơ bộ thì lấy cỡ 10% công suất phụ tải.
P
∆
∑
- : tổng công suất tự dùng của nhà máy điện. Khi tính toán sơ bộ lấy theo số liệu như sau: Nhiệt điện 5-10% ( td P ∑ td P + ∆ ∑ ∑ ), thủy điện: 1%. - : công suất dự trữ sự cố bằng khoảng từ 10-15% ( ) và lớn hơn công suất tổ máy lớn nhất. dtcs P ∑Ptd +∑∆P
- : công suất dự trữ bảo quản, nhu cầu công suất này được tính toán theo điều kiện cụ thể của hệ thống.
dtbq
P
Tương tự, với công suất phản kháng, nếu công suất phản kháng phát nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp sẽ giảm, còn khi công suất phản kháng nguồn lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải thì điện áp sẽ tăng. Điện áp là thước đo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện. Nếu điện áp thấp hơn điện áp giới hạn quy định bởi tiêu chuẩn chất lượng điên áp thì có nghĩa là công suất phản kháng của nguồn điện thiếu so với phụ tải, còn nếu điện áp cao hơn thì có nghĩa là công suất nguồn thừa.
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương. Có nghĩa là chỗ này của HTĐ có thểđủ công suất phản kháng nhưng chỗ khác lại thiếu.
Công suất phản kháng được đáp ứng một phần bởi các nhà máy điên, đây là phần quan trọng có khả năng biến đổi nhanh đáp ứng được sự biến đổi của yêu cầu. Phần còn lại được cấp nhờ các tụ bù, kháng điện được…đặt một cách hợp lý trong HTĐ. HTĐ cần một lượng công suất phản kháng dự trữ chung để điều chỉnh mức điện áp hệ thống khi nhu cầu biến đổi hoặc sự cố nhà máy điện.
Công suất bù Qb xác định từđiều kiện cân bằng công suất phản kháng trong chếđộ max năm của HTĐ:
(1.5)
b pt t B td dt c
Q =∑Q +∑∆ +Q ∑∆ +Q ∑Q +Q −∑Q −QF
Trong đó:
- ∑Qpt =∑P tgpti. ϕpti là công suất yêu cầu của phụ tải.
- ∑QF =∑P tgdmi. ϕdmilà công suất nguồn điện phát được trong chếđộđịnh mức. - ∑Qtd =∑P tgtdi. ϕtdilà công suất phản kháng tự dùng.
- ∑∆Qllà tổn thất công suất trong lưới điện.
- ∑∆QB là tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp = 20%∑Spt . - ∑QClà công suất phản kháng do đường dây sinh ra.
- Qdt là công suất phản kháng sự trữ (7-8)% (∑Qpt +∑∆QB +∑Qt )
Chú ý là dự trữ công suất tác dụng và công suất phản kháng không bằng nhau về tỉ lệ phần trăm.Tính toán công suất bù và bố trí chúng trong HTĐ là bài toán rất phức tạp.
Trong các bài tập thiết kế hệ thống đơn giản thì có thể áp dụng trực tiếp công thức trên, với giả thiết ban đầu là ∑∆ =Qt ∑QC .
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
Nếu ∑QF tính theo công thức: ∑QF =∑P tgpt. ϕpt thì không có thành phần nữa vì nó đã bao hàm trong dự trữ công suất tác dụng rồi. Cần bằng công suất phản kháng được điểu chỉnh nhờ hệ thống điều chỉnh điện áp.
dt
Q
Cân bằng công suất là điều kiện cần của chế độ xác lập, để có thể tồn tại chế độ xác lập còn phải có điều kiện đủ, đó là điều kiện ổn định tĩnh. Trong vận hành HTĐ luôn bị các kích động nhỏ, đó là sự biến đổi nhỏ cân bằng công suất tác dụng. Các kích động này tác động lên cân bằng công suất cơ - điện ở trục tuabin của các tổ máy phát, làm cho tốc độ quay cơ học của tuabin biến đổi. Nếu sau khi bị kích động này, máy phát có khả năng khôi phục lại chếđộ ban đầu thì máy phát có khả năng ổn định tĩnh. Khả năng ổn định tĩnh của HTĐ phụ thuộc vào cấu trúc của nó và vào chế độ làm việc. HTĐ phải có độ dự trữ ổn định tĩnh nhất định, nghĩa là công suất tải thực max trên một đường dây phải nhỏ hơn công suất cực đại mà một đường dây có thể tải được theo điều kiện ổn định tĩnh một khoảng cách ít nhất bằng độ dự trữổn định tĩnh.
Khi làm việc bình thường, tốc độ quay điện của các máy phát điện bằng nhau và bằng tốc độ đồng bộ, (là tốc độ điện = 2. .50π ), và chúng có gia tốc như nhau (cùng tăng hoặc cùng giảm khi có biến đổi cân bằng công suất) ta nói chúng quay đồng bộ với nhau. Khi 1 tổ máy bị mất ổn định tĩnh, tốc độ của nó lệch khỏi tốc độ đồng bộ và có gia tốc ngược với các tổ máy còn lại, nó rơi vào chếđộ phi đồng bộ. Trong chế độ này xảy ra biến động lớn đối với công suất tác dụng và điện áp dẫn đến các thiết bị bảo vệ tác động làm tan rã hệ thống điện, tất cả các tổ máy của HTĐ (hoặc một phần HTĐ) ngừng hoạt động gây ra tổn thất rất lớn về mọi mặt. Do đó, đảm bảo ổn định tĩnh là rất quan trọng.
Khi trong HTĐ xảy ra ngắn mạch trên các đường dây của lưới hệ thống , cân bằng công suất biến đổi rất lớn và đột ngột (gọi là các kích động lớn). Nếu HTĐ khi bị kích động lớn mà vẫn hồi phục được chếđộ ban đầu thì ta nói HTĐ có khả năng ổn định động; ổn định động được bảo đảm nhờ cấu trúc hợp lý của nó và nhờ có các
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
thiết bị rơle – bảo vệ tác động nhanh và các thiết bị tựđộng chống sự cố khác, ổn định động là điều kiện làm việc lâu dài của HTĐ.