Giải pháp cân pha dòng điện các pha qua sản lượng- 123docz.net

2.2.4.1Ảnh hưởng của lệch pha dòng điện đến TTĐN, TTCS và TTĐA của đường dây hạ áp 3 pha 4 dây.

a) Trường hợp dòng điện lệch hết về 1 pha.

Trên lưới hạ áp 3 pha 4 dây tình trạng lệch pha hoàn toàn tồn tại ở 1 trong 2 hình thức sau:

- Trên cột điện có nhiều hộp công tơ nhưng chỉ đấu vào 1 pha, do nguyên nhân chủ quan thuộc về lỗi nhận thức của nhân viên quản lý hạ áp khi tiến hành đấu nối hộp công tơ.

- Trên cột điện chỉ có 1 hộp công tơ, hoặc lưới hạ áp có đường dây 1 pha 0,2kV (nguyên nhân khách quan).

Để đánh giá ảnh hưởng của việc lệch pha dòng điện tới TTĐN, TTCS và TTĐA, ta xem xét một đường dây 3 pha 4 dây có nối đất trực tiếp, 4 dây có tiết diện như nhau, đường dây này cấp điện cho phụ tải có cùng công suất S, xét ở chế độ chỉ vận hành 1 pha và ở chế độ cân đều 3 pha, điện áp của 3 pha ở thanh cái hạ áp cân bằng về pha và biên độ.

Đặt ký hiệu:

- S(1): Công suất truyền tải tổng ở chế độ 1 pha. - S(3): Công suất truyền tải tổng ở chế độ 3 pha.

- If_(3): Dòng điện truyền tải trên mỗi pha ở chế độ vận hành cân bằng 3 pha. - Uf: Điện áp pha - đất.

- Uf_(1): TTĐA trên dây pha vận hành ở chế độ vận hành 1 pha. - Uf_(3): TTĐA trên dây pha ở chế độ vận hành cân bằng 3 pha. - P(1): TTCS tổng ở chế độ vận hành 1 pha.

- P(3): TTCS tổng ở chế độ vận hành cân bằng 3 pha.

- R: Điện trở dây mỗi pha và dây trung tính (giả thiết dây trung tính có tiết diện bằng dây pha).

Ghi chú: số (1) và (3) để trong ngoặc đơn là để ký hiệu chỉ chế độ vận hành 1 pha và chế độ vận hành cân bằng 3 pha.

* Tính toán đối với đường dây 3 pha 4 dây vận hành cân bằng dòng 3 pha:

- Dòng điện trên mỗi pha:

If_(3) = (S(3)/3)/Uf = S/(3Uf) (2.4.1- 1)

- TTĐA: Vì giả thiết dòng tải cân bằng nên cuối đường dây, điện áp tại điểm trung tính không bị xê dịch và bằng không. Trên dây trung tính không có dòng điện. Giá trị TTĐA chỉ do trên dây pha gây nên, không có TTĐA trên dây trung tính:

Uf_(3) = If_(3)R (2.4.1- 2) R là điện trở dây pha, bỏ qua X.

- TTCS (tỷ lệ với TTĐN): Chỉ bao gồm TTCS trên 3 dây pha, không có TTCS trên dây trung tính:

P(3) = 3R(If_(3))2 (2.4.1- 3)

* Tính toán đối với đường dây 3 pha 4 dây chỉ vận hành 1 pha:

- Dòng điện trên pha vận hành:

If_(1) = S(1)/Uf = S/Uf = 3If_(3) (2.4.1- 4)

Như vậy khi đường dây 3 pha 4 dây chỉ vận hành 1 pha thì dòng điện trên pha vận hành sẽ gấp 3 lần so với dòng điện mỗi pha trong chế độ vận hành cân bằng 3 pha.

- TTĐA: Do vận hành 1 pha nên điểm trung tính bị kéo lệch khỏi điểm cân bằng, dòng điện trở về trong dây trung tính bằng dòng điện trên pha vận hành, TTĐA tại phụ tải bằng tổng TTĐA gây ra trên dây pha và dây trung tính:

Uf_(1) = 2If_(1)R (2.4.1- 5) Kết hợp (2.4.1- 4) ta có:

Uf_(1) = 2*3If_(3)R = 6Uf_(3) (2.4.1- 6) Như vậy khi đường dây 3 pha 4 dây chỉ vận hành 1 pha thì TTĐA tại phụ tải gấp 6 lần TTĐA trong chế độ vận hành cân bằng 3 pha.

- TTCS (tỷ lệ với TTĐN): Cũng tương tự như TTĐA, TTCS cũng bị gây ra bởi dây pha và dây về trung tính:

P(1) = 2R(If_(1))2 (2.4.1- 7) Kết hợp (3.4.1- 3) và (3.4.1- 4) ta có:

P(1) = 2R(3If_(3))2 = 6R3(If_(3))2 = 6P(3) (2.4.1- 8)

Như vậy khi đường dây 3 pha 4 dây chỉ vận hành 1 pha thì TTCS gấp 6 lần TTCS trong chế độ vận hành cân bằng 3 pha.

Qua số liệu phân tích, tính toán trên nhận thấy rằng tác hại của việc vận hành lệch pha hoàn toàn 1 pha là vô cùng nguy hiểm, cần phải được hạn chế đến mức tối đa việc vận hành lệch pha như vậy.

b) Trường hợp dòng điện lệch pha với hệ số lệch pha k.

Đây là tình trạng tồn tại cố hữu của lưới điện hạ áp do phụ tải biến thiên ngẫu nhiên liên tục.

Ký hiệu: Imax là dòng lệch pha lớn nhất; Itb là giá trị trung bình cộng của dòng hiệu dụng ở 3 pha; IA, IB, IC, IN là trị hiệu dụng dòng điện trên các pha A, B, C và dây trung tính.

Hệ số lệch pha k = (Imax - Itb)/Itb

Giả thiết dòng pha A chính bằng dòng trung bình, IA = Itb; phụ tải ở các pha có cùng hệ số công suất, tức là dòng ở 3 pha khác nhau về modun nhưng có cùng góc lệch pha với điện áp.

a. Khi 3 pha làm việc cân bằng, ta có:

IA = IB = IC = Itb; IN = 0. (2.4.1- 9)

78 P(3) = R(I2 A + I2 B + I2 C + I2 N) (2.4.1- 11) P(3) = 3R(Itb)2 (2.4.1- 12)

b. Khi lệch pha k%, giả thiết dòng pha A bằng dòng trung bình, IA = Itb:

Ta có:

IA = Itb; IB = (1+k)Itb; IB = (1-k)Itb; (2.4.1- 13) Véc tơ dòng trung tính được tính bằng công thức: IN IA IB IC

  

Ta đã giả thiết phụ tải ở các pha có cùng hệ số công suất, cho nên 3 véc tơ

C B

A,I ,I

I  



lệch nhau 120 độ. Ta tính được giá trị hiệu dụng dòng điện chạy trên dây trung tính IN bằng công thức: IN = 2 / 1 2 C B 2 C B A I ) 2 3 I 2 3 ( ) 2 I I I (           (2.4.1- 14) Chứng minh công thức (2.4.1- 14): Ta có: IBr = IBcos300 = 2 3 IB; IBj = IBsin300 = 2 1 IB; r j IA IB IC IB + IC IN 1200 300 IBr ICr IBj ICj

79 ICr = ICcos300 = 2 3 IC; ICj = ICsin300 = 2 1 IC; IAr = 0; IAj = IA; Mà: IA = 0 + jIAj; IB = IBr - jIBj; IC = - (ICr + jICj); => IB + IC = (IBr - jIBj) - (ICr + jICj) = (IBr - ICr) - j(IBj + ICj) Mặt khác: C B A N I I I I        => IN = (IBr - ICr) + j(IAj - IBj - ICj) Hay: IN = 2 / 1 2 C B 2 C B A I ) 2 3 I 2 3 ( ) 2 I I I (        

(công thức (2.4.1- 14) đã được chứng minh). Thay (2.4.1- 13) vào (2.4.1- 14) ta được:

IN = 3k Itb (2.4.1- 15)

Gọi P(k) là TTCS khi lưới vận hành với hệ số lệch pha k, vẫn được tính bằng công thức (3.4.1- 11). Thay (3.4.1- 13) và (3.4.1- 15) vào (2.4.1- 11), ta có:

P(k) = R{(I2

tb + ((1+k)Itb)2 +((1-k)Itb)2 +( 3k Itb)2} (2.4.1- 16) P(k) = (3+5k2)I2

tbR (2.4.1- 17)

Gọi P(k)-(3) là chênh lệch TTCS giữa hai chế độ vận hành lệch pha với hệ số k và chế độ vận hành cân bằng 3 pha, ta có:

P(k)-(3) = P(k) - P(3) (2.4.1- 18) Thay (3.4.1- 12) và (3.4.1- 17) vào (3.4.1- 18) ta được:

P(k)-(3) = 5k2I2

tbR (2.4.1- 19)

Gọi P(k)/(3) là tỷ lệ TTCS tăng thêm giữa hai chế độ vận hành lệch pha với hệ số k và chế độ vận hành cân bằng 3 pha, ta có: P(k)/(3) = P(k)-(3) /P(3) (2.4.1- 20) Thay (2.4.1- 12) và (2.4.1- 19) và (2.4.1- 20) ta được: P(k)/(3) = 3 5 k2 (2.4.1- 21)

Kết quả ta tính được giá trị và vẽ được đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của tỷ lệ TTCS tăng thêm vào k:

Bảng 2.4.1a: Bảng số liệu quan hệ giữa tỷ lệ TTCS tăng thêm và hệ số k.

k 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Tỷ lệ 0,42 1,67 3,75 6,67 10,42 15,00 20,42 26,67 33,75 41,67 k 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 Tỷ lệ 50,42 60,00 70,42 81,67 93,75 106,67 120,42 135,00 150,42 166,67 6,6710,42 15,0020,42 26,67 33,75 41,67 50,42 60,00 70,42 81,67 93,75 106,67 120,42 135,00 150,42 166,67 0 3,75 1,67 0,42 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Từ đồ thị biểu thị sự thay đổi của tỷ lệ tăng thêm TTCS theo k ta thấy rằng, khi mức lệch pha k<25% thì P(k)/(3) < 10,42% có thể chấp nhận được. Tuy nhiên khi xét về mặt hiệu quả kinh tế của một phương án thì phải dựa vào tính toán đánh giá các chỉ tiêu như NPV, PVC, PVB và B/C của phương án.

P(k)/(3)

c) Tính các giá trị NPV, PVB, PVC, B/C để tìm hệ số k cho phép.

c1) Tính giá trị PVC (Present Value Cost).

Do quy định trong [16], công việc cân pha phụ tải MBA là nhiệm vụ thường xuyên của đơn vị quản lý vận hành và luôn phải tiến hành kể cả khi không có đòi hỏi riêng về hệ số lệch pha k, vì vậy việc thực hiện cân pha dòng điện coi như đã bao gồm trong nguồn chi phí vận hành thường xuyên có trong quỹ tiền lương. Cho nên xét riêng phương án cân pha dòng điện thì:

PVC = 0 (3.4.1- 22)

c2) Tính giá trị PVB (Present Value Benifit).

Lợi ích từ việc cân pha dòng điện có được từ giảm chi phí TTĐN. Do phụ tải LPP hạ áp thường xuyên thay đổi, do vậy vòng đời của phương án cân pha để tối ưu về kinh tế được chọn là 1 năm, do đó:

PVB = CeP(k)-(3) (2.4.1- 23)

Trong đó:

- Ce là giá mua điện bình quân trong vòng đời của phương án. - P(k)-(3) là chênh lệch TTCS.

-  là thời gian TTCS lớn nhất. Thay P(k)-(3) = 5k2I2

tbR theo công thức (2.4.1- 19) vào (2.4.1- 23) ta được: PVB = 5Cek2I2

tbR (2.4.1- 24)

c3) Tính giá trị NPV (Net Present Value). NPV = PVB – PVC = 5Cek2I2

tbR (2.4.1- 25)

Dễ thấy 3CeI2tbR chính là chi phí TTĐN CttD của nhánh đang được xét trong trường hợp 3 pha cân bằng, cho nên ta có:

NPV =

3 5

k2CttD (2.4.1- 26)

Từ (3.4.1- 26), ta có nhận xét:

- Biện pháp cân pha dòng điện sẽ có giá trị NPV lớn khi áp dụng cho LPP hạ áp hiện đang có tỷ lệ lệch pha k lớn hay là đang có chi phí TTĐN lớn, đặc biệt là LĐHANT vừa mới tiếp nhận.

- Trong mọi trường hợp, xét riêng mặt giảm chi phí TTĐN thì việc cân pha tối ưu đều có NPV > 0, tức là đều nâng hiệu quả vận hành của LPP hạ áp, từ đó đương nhiên cũng góp phần nâng cao khả năng tải của MBA phân phối.

- Phương án cân pha hoàn chỉnh (dòng điện cả 3 pha hoàn toàn cân bằng) có NPV tỷ lệ thuận với chi phí TTĐN xét trong trường hợp đã cân pha hoàn toàn và tỷ lệ thuận với bình phương của hệ số lệch pha k. Do đó, hệ số lệch pha cho phép trong LPP hạ áp không phải là một giá trị cố định, mà phải được xác định riêng từng LPP hạ áp theo giá trị NPV của phương án mang lại.

2.2.4.2. Kết luận chung về vấn đề lệch pha dòng điện.

- Việc vận hành lệch pha dòng điện gây thêm TTĐA, TTCS, TTĐN, đồng thời gây lệch điện áp so với khi vận hành cân bằng dòng điện cả 3 pha. Khi vận hành hết về một pha sẽ gây nên TTĐA, TTCS, gây bất đối xứng modul điện áp lớn gấp 6 lần so với khi vận hành cân bằng.

- Khi tiến hành tính toán TTCS, TTĐN đối với LPP hạ áp 3 pha 4 dây bắt buộc phải tính toán theo từng pha và phải tính toán cả với thành phần TTCS, TTĐN trên dây trung tính.

2.2.4.3. Phương pháp thực hiện cân pha dòng điện thông qua chỉ số công tơ.

Tính đến thời điểm hiện tại, EVN chưa ban hành quy trình chi tiết việc cân pha dòng điện cho LPP hạ áp, tuy nhiên giá trị dòng trung tính đo tại tủ tổng hạ áp của TBA vào giờ cao điểm EVN quy định không được vượt quá 15% giá trị dòng điện mức của MBA [18].

Để đạt được việc cân pha cho MBA, các nhân viên quản lý vận hành trực tiếp TBA tiến hành đo dòng của các pha ở lộ tổng hạ áp vào thời gian cao điểm trong ngày. Nếu phát hiện thấy lệch pha thì thực hiện chuyển đảo các nhánh rẽ ở pha này sang pha khác. Tác dụng cân pha dòng điện theo phương pháp này chưa mang tính tổng thể và chưa xem xét đến các thời điểm khác, dễ dẫn đến lệch pha lớn ở thời điểm khác. Việc cân pha này hoàn toàn chưa quan tâm đến cân pha dòng điện tại từng đoạn lưới, hạn chế tác dụng giảm TTĐN và TTĐA trên từng đoạn lưới của toàn TBA.

Do vậy, thực tế của công tác vận hành LPP hạ áp và TBA phân phối cần thiết phải xây dựng phương pháp cân pha dòng điện có tính ổn định cao hơn, có tác dụng giảm TTĐN và TTĐA tốt hơn.

b) Phương pháp cân pha dòng điện qua chỉ số công tơ.

Để tiến hành cân pha tối đa dòng điện, cần thu thập đầy đủ đồ thị phụ tải của từng phụ tải (mỗi công tơ được coi là 1 phụ tải) hiện có. Sau đó tiến hành tính phân bố các công tơ theo từng pha sao cho đạt tới sự cân bằng tối đa về dòng điện. Điều này sẽ thực hiện được tốt hơn nếu sử dụng các công tơ điện tử có tính năng tự động ghi đồ thị phụ tải. Trên thực tế, các công tơ điện tử 1 pha chưa được sử dụng trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh. Do đó, cần phải sử dụng một cách tiếp cận khác, có mức độ chính xác thấp hơn, nhưng phù hợp với điều kiện thu thập số liệu và khả năng thực hiện.

Các số liệu về phụ tải có khả năng thu thập được:

- Điện năng sử dụng hàng tháng qua chỉ số công tơ. Thông số này cho biết dòng tải trung bình của phụ tải.

- Tính chất hộ sử dụng điện như sinh hoạt, cửa hàng, công sở, ... Thông số này cho biết hộ sử dụng điện sẽ sử dụng điện vào giờ hành chính (phụ tải công sở, cửa hàng bán hàng ban ngày) hay sử dụng vào giờ sinh hoạt (phụ tải gia đình, cửa hàng bán hàng ban đêm).

- Biểu đồ phụ tải của TBA (đo được thường xuyên bằng công tơ điện tử lộ tổng có chức năng tự ghi hoặc do công nhân vận hành tiến hành đo khảo sát vào một số ngày làm việc và một số ngày nghỉ).

Về cơ sở lý thuyết, ta đã có công thức (2.2.2 - 1) và (2.2.2 - 2) Ptb = K1A + K2 A1/2 [kW] theo (2.2.2 - 1)

trong đó: Ptb (kW) là công suất trung bình; A (kWh) là điện năng do đoạn lưới cung cấp; K1, K2 là các hệ số thống kê.

Công suất cực đại được tính theo công thức:

Pmax = Ptb + k. [kW] theo (2.2.2 - 2)

trong đó: k là hệ số phụ thuộc vào mức nguy hiểm lựa chọn (thường là 5%, k = 1,65, tức là với xác suất 95% phụ tải  Pmax);  là độ lệch quân phương của công suất, được thống kê theo loại phụ tải (= 4 - 10%.Pmax).

Các công thức (2.2.2 - 1) và (2.2.2 - 2) khẳng định quan hệ giữa điện năng tiêu thụ A và công suất Pmax của phụ tải. Mặt khác theo [2] thì “tại một thời điểm phụ tải trong các ngày đêm khác nhau biến thiên ngẫu nhiên quanh giá trị trung bình, theo phân phối chuẩn”.

Do vậy, dựa trên các số liệu đầu vào điện năng, luận văn đề xuất phương pháp cân pha dòng điện cho LPP hạ áp theo quy trình sau:

- Phân loại các hộ sử dụng điện có đồ thị phụ tải tương tự nhau (các hộ sử dụng điện có cùng tính chất).

- Phân chia các hộ sử dụng điện có cùng tính chất theo các pha, sao cho điện năng tại

Giải pháp cân pha dòng điện các pha qua sản lượng công tơ

nghĩa của việc giảm tổn thất điện năng

Giới thiệu chung về phần mềm PSS/ADEPT