2.4.1. Định nghĩa chế độ làm việc
Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện. Đặc trƣng của chế độ là các thông số chế độ U, I, P, Q, … Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của thời gian. Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ theo thời gian và dựa vào sự biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của lƣới điện.
a. Chế độ xác lập
Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số biến đổi nhỏ quanh giá trị trung bình nên có thể xem nhƣ là hằng số.
Chế độ làm việc cơ bản của lƣới điện là chế độ làm việc xác lập bình thƣờng, trong đó lƣới điện cung cấp điện cho phụ tải điện với cấu trúc đầy đủ và chất lƣợng điện năng đạt yêu cầu.
Chế độ xác lập có thể là chế độ xác lập đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với LPP (3 pha 3 dây) thì chế độ làm việc chủ yếu là chết độ đối xứng vì phụ tải đƣợc cấp qua MBA 3 pha và phía hạ áp các hộ dùng điện đƣợc phân đều cho các pha,
Trong các chế độ xác lập thì các chế độ sau đƣợc quan tâm hơn cả:
- Chế độ max: là chế độ dùng để chọn hoặc kiểm tra kỹ thuật dây dẫn và thiết bị phân phối điện, tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng. Trên lƣới phân phối, chế độ max của từng phần tử và chế độ max chung của lƣới điện (mức điện áp trên lƣới là
thấp nhất, tổn thất công suất là lớn nhất) là không trùng nhau về thời gian vì công suất yêu cầu lớn nhất của từng phụ tải không xảy ra đồng thời.
- Chế độ min: là chế độ của lƣới điện trong đó mức điện áp trên lƣới là cao nhất, với trƣờng hợp riêng là chế độ không tải.
- Chế độ xác lập sau sự cố: là khi một hay hơn một phần tử lƣới điện bị sự cố không tham gia vận hành. Chế độ sự cố ở thời điểm max chung đƣợc quan tâm chính.
b. Chế độ quá độ
Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số chế độ biến đổi theo thời gian. [2] - Chế độ quá độ bình thƣờng xảy ra khi phụ tải biến đổi giá trị yêu cầu do quy luật sinh hoạt và sản xuất, khi đó điện áp cũng biến đổi theo và đƣợc điều chỉnh bởi thiết bị điều chỉnh điện.
- Chế độ quá độ sự cố xảy ra khi ngắn mạch, chạm đất pha…trong chế độ này, dòng điện và điện áp biến đổi mạnh, lƣới điện có thể phải cắt bộ phận sự cố để đảm bảo an toàn, đƣa lƣới điện về chế độ xác lập sau sự cố.
2.4.2. Phần tử lƣới phân phối
Các phần tử lƣới phân phối bao gồm:
1) Máy biến áp trung gian, máy biến áp phân phối.
2) Thiết bị dẫn điện: đƣờng dây điện gồm dây dẫn và phụ kiện.
3) Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, hệ thống bảo vệ rơle, aptômát, bảo vệ chống quá điện áp, giảm dòng ngắn mạch.
4) Thiết bị điều chỉnh điện áp: thiết bị điều áp dƣới tải trong trạm trung gian, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hoá, thiết bị lọc sóng hài bậc cao…
5) Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện…, thiết bị truyền thông tin đo lƣờng.
7) Thiết bị nâng cao độ tin cậy: thiết bị tự đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch…
8) Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa.
Mỗi phần tử trên đều có các thông số đặc trƣng (nhƣ công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện trở, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt, kích thƣớc…) đƣợc chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (nhƣ máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù…) thì thông số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên đƣợc dùng để tính toán chế độ làm việc của lƣới phân phối.
Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: làm việc và không làm việc. Một số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi đang mang điện (dƣới tải) nhƣ: máy cắt, aptomat, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể thay đổi trạng thái khi cắt điện nhƣ: dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến ápvà đƣờng dây nhờ có các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây điện đƣợc chia làm nhiều phần tử lƣới.
Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ nhƣ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử lƣới không làm việc để lƣới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất min. [3]
a. Phụ tải của lƣới điện phân phối
Phụ tải điện là công suất tác dụng (P) và phản kháng (Q) yêu cầu đối với lƣới điện ở điện áp và tần số danh định tại một điểm nào đó trên lƣới điện (gọi là điểm tải) và trong một khoảng thời gian nào đó.
Trong các giá trị của phụ tải thì quan trọng nhất là phụ tải cực đại (max) là công suất yêu cầu lớn nhất đối với lƣới điện trong một chu kỳ vận hành nhất định. Giá trị phụ tải đó thƣờng lấy là giá trị trung bình lớn nhất trong vòng 30 phút của đồ thị phụ tải thực. Đây là giá trị công suất gây nên tổn thất điện áp lớn nhất trên lƣới phân phối. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lƣới điện phân phối cung cấp điện tới một lƣợng lớn và đa dạng về các loại phụ tải nhƣ: sinh hoạt, thƣơng mại, công nghiệp, nông nghiệp và các thành phần khác. Các phụ tải này có những tính chất và đặc điểm riêng về điện tạo nên nhƣng đặc tính khác nhau của các lộ đƣờng dây cấp điện cho chúng. Và do đó các lộ đƣờng dây sẽ đƣợc phân loại theo từng loại phụ tải mà chúng cấp điện tới. Trong một trạm TG với nhiều lộ xuất tuyến đó phụ thuộc vào phần trăm phụ tải trên tổng số phụ tải đƣợc cấp điện.
Trên toàn bộ lƣới thì đặc tính phụ tải của lƣới sẽ thay đổi theo số hộ phụ tải đƣợc cấp điện từ lƣới. Khi số hộ tiêu thụ tăng lên tức là mức ảnh hƣởng của chúng tới các chế độ của lƣới điện sẽ giảm đi. Phụ tải trên lƣới có thể đƣợc chia thành phụ tải động, phụ tải nhiệt, phụ tải chiếu sáng và các tổn thất trên lƣới. [5]
Trong phạm vi 80120% điện áp định mức, thì sự phụ thuộc của các thành phần phụ tải hỗn hợp vào điện áp có thể đƣợc mô tả thông qua quan hệ sau:
dm a dm P . U U P ; dm b dm Q . U U Q (2.1)
Trong (3.1) a = 0,61,4 và b = 1,53,2, giá trị trung bình của a = 1 và b = 2 có thể sử dụng trong những trƣờng hợp chung, có nghĩa là công suất tác dụng tiêu thụ tỉ lệ bậc nhất với điện áp trong khi công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải lại thay đổi theo bình phƣơng điện áp. [6]
Một trong những đặc điểm của phụ tải là biến đổi theo tần số và điện áp tại điểm nối vào lƣới điện. Phụ tải cơ sơ có giá trị ở Uđm và fđm. Khi điện áp và tần số lệch khỏi định mức thì giá trị thực tế của phụ tải sẽ biến đổi theo quan hệ:
qf qv pf pv ) f .( ) U .( Kq Q ) f .( ) U .( Kp P (2.2)
Trong đó, Kp và Kq là các hệ số phụ thuộc giá trị định mức của phụ tải. Còn các hệ số Pv, Pf, Qv và Qf là các hệ số thống kê đặc trƣng cho các loại thiết bị dùng điện. Bảng 2.1 liệt kê giá trị của một số phụ tải. [1]
Bảng 2.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng
Phụ tải Pv Pf Qv Qf
Đèn sợi đốt 1,6 0 0 0
Đèn huỳnh quang 1,2 3-1 -1 2,8
Máy sƣởi (bình đun nƣớc) 2,0 0 0 0
Động cơ KĐB ½ tải 0,2 1,6 1,5 -0,3
Động cơ KĐB đầy tải 0,1 0,6 2,8 1,8
Lò nung 1,9 2,1 -0,5 0
Nhà máy nhôm 1,8 2,2 -0,3 0,6
Khi có nhiều thiết bị điện dùng điện đối với một điểm tải, các hệ số Pv, Pf, Qv và Qf có thể tính theo phƣơng pháp trung bình toán học nhƣ sau:
i i i P P Pv Pv (2.3)
Trong đó Pi là công suất của phụ tải thứ i.
b. Trạm biến áp phân phối
Các TBA phân phối có nhiệm vụ biến đổi điện áp trung áp xuống hạ áp để cấp điện cho lƣới phân phối hạ áp. Các trạm này thƣờng chỉ có một MBA. Phía cao thế đƣợc đóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì (hình dƣới) hoặc sử dụng cầu chì tự rơi (hình dƣới). Bảo vệ chống quá điện thế do sóng sét lan truyền từ đƣờng dây vào trạm dùng chống sét van. Phía hạ thế đóng cắt và bảo vệ bằng Aptômát; có hệ thống đo lƣờng các đại lƣợng: dòng điện, điện áp, điện năng hữu công, vô công.
Về kết cấu thƣờng là trạm treo trên cột hoặc trạm kiểu kiốt nếu ở trong thành phố. Độ tin cậy cung cấp điện của các trạm biến áp này không cao, thời gian sửa chữa thay thế lớn không đáp ứng đƣợc nhu cầu cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng.
2.4.3. Các yêu cầu của lƣới điện phân phối
Lƣới điện phân phối có mật độ khá dày đặc, cung cấp điện năng cho phụ tải với chất lƣợng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn và đem lại cho doanh nghiệp kinh doanh điện lợi nhuận cao nhất trong toàn bộ thời gian vận hành:
- Chất lƣợng điện năng bao gồm chất lƣợng điện áp và chất lƣợng tần số, phải đảm bảo chúng thỏa mãn các tiêu chuẩn về độ lêch và độ dao động. Riêng với điện áp, nó còn phải đảm bảo độ không đối xứng và độ không sin.
- An toàn điện gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện, cho ngƣời vận hành và ngƣời dùng điện.
- Độ tin cậy cung cấp điện cao, cần đƣợc xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về kinh tế, thể hiện trong việc lựa chọn phƣơng án lƣới điện.
- Tổn thất điện năng trên lƣới là nhỏ nhất.
AB1 AB2 A B BI MBA CC CSV (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
§-êng d©y trung¸p
A A A V kWh b) AB3 AB1 AB2 AB BI MBA CC CD CSV
§-êng d©y trung¸p
A A A V kWh
a)
AB3
Bên cạnh đó, khả năng tải của lƣới điện cũng cần đƣợc đảm bảo, đó là dòng điện hoặc dòng công suất mà đƣờng dây hoặc MBA tải đƣợc mà không vi phạm các tiêu chuẩn kỹ thuật. Trên LPP, khả năng tải đƣợc tính theo phát nóng và điều kiện điện áp, tổn thất điện áp trên đƣờng dây phải nhỏ hơn giá trị cho phép, trong điều kiện bình thƣờng và sự cố, đảm bảo chất lƣợng điện áp ở phụ tải. [10]
2.5. Chất lƣợng điện áp của lƣới phân phối : 2.5.1. Sự biến dạng của điện áp : 2.5.1. Sự biến dạng của điện áp :
- Chất lƣợng điện năng trên lƣới phân phối chính là chất lƣợng điện áp.
- Bình thƣờng điện áp có dạng sóng hình sin và biên độ bằng giá trị định mức . - Khi vận hành, do tác động của phụ tải điện và các sự cố nên điện áp bị biến dạng: biên độ giảm hoặc tăng so với giá trị định mức, dạng sóng bị méo (không còn là hình sin) gây ra các sóng hài, ở lƣới điện 3 pha điện áp các pha không bằng nhau gây mất cân bằng, biên độ điện áp dao động ảnh hƣởng đến ánh sáng. Các biến dạng này đều gây ra ảnh hƣởng sấu đối với phụ tải điện. Bảng dƣới đây là phân loại các biến dạng điện áp theo thời gian kéo dài.
Bảng 2.2: Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995. [16]
Loại Dải Tần Thời gian tồn tại Biên độ
1. Quá độ-transient
1.1. Quá độ xung (impulsive)
1.1.1. Nanosecond <50ns
1.1.2. Microsecond 50ns-1ms
1.1.3. Minisecond >1ms
1.2. Quá độ dao động(oscillatory)
1.2.1. Tần số thấp <5kHz 0,3 – 50 ms 0 - 4 pu 1.2.2. Tần số trung bình 5-500kHz 20 micro giây 0 – 8 pu 1.2.3. Tần số cao 0.5-6MHz 5 micro giây 0 – 4 pu
2. Biến đổi ngắn hạn
2.1. Biến đổi tức thời
2.1.1. Gián đoạn(interruption) 0,5 - 30 chu kỳ <0,1 pu 2.1.2. Giảm (sag, dip) 0,5 - 30 chu kỳ 0,1 - 0,9 pu 2.1.3. Tăng (swell) 0,5 - 30 chu kỳ 1,1 – 1,8 pu 2.2. Biến đổi chốc lát
2.2.1.Gián đoạn(interruption) 30 chu kỳ - 3s <0,1 pu 2.2.2.Giảm(sag, dip) 30 chu kỳ - 3s 0,1 - 0,9 pu
2.2.3.Tăng(swell) 30 chu kỳ - 3s 1,1 – 1,4 pu
2.3. Biến đổi tạm thời
2.3.1. Gián đoạn (interruption) 3 sec – 1 min <0,1 pu 2.3.2. Giảm (sag, dip) 3 sec – 1 min 0,1 - 0,9 pu
2.3.3. Tăng(swell) 3 sec – 1 min 1,1 – 1,2 pu
3. Biến đổi dài hạn
3.1. Gián đoạn duy trì >1min 0 pu
3.2. Kém điện áp (undervoltage) >1min 0,8 – 0,9 pu 3.3. Quá điện áp (overvoltage) >1min 1,1 – 1,2 pu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Điện áp không cân bằng Trạng thái ổn định 0,5 – 2%
5. Biến đổi sóng điện áp
5.1. Thành phần 1 chiều Trạng thái ổn định 0 – 0,1 % 5.2. Hài bậc cao (Harmonnics) Trạng thái ổn định 0 – 20 % 5.3. Hài đa tần (Interharmonics) Trạng thái ổn định 0 -2 % 5.4. Các xung nhọn xuất hiện theo
chu kỳ (Notching) Trạng thái ổn định
5.5. Do các thành phần khác Trạng thái ổn định 0 -1 %
6. Dao động điện áp (flicker) Không liên tục 0,1 – 7 %
Hình 2.6: Hình ảnh của các biến dạng liên quan đến chất lượng điện áp [14] + Còn theo nguyên nhân biến dạng điện áp đƣợc chia làm 2 loại:
1- Do các nhiễu loạn nhƣ sét đánh, ngắn mạch…: Quá độ (transients); Giảm và tăng áp ngắn hạn (sag và swell); Mất điện ngắn hạn. Loại này ảnh hƣởng mạnh đến các thiết bị điện tử, máy tính.
2- Biến đổi trong chế độ xác lập do biến thiên của phụ tải, phân bố phụ tải điện trên các pha, tính chất dùng điện của các thiết bị dùng điện:
+ Điện áp thấp hoặc cao dài hạn: ảnh hƣởng đến thiết bị dùng điện, an toàn của lƣới điện
+ Không cân bằng giữa các pha: ảnh hƣởng đến thiết bị dùng điện 3 pha, tăng tổn thất điện năng.
+ Méo dạng sóng (harmonics): ảnh hƣởng đến các rơle, thiết bị tự động, điều khiển, gây cộng hƣởng với tụ bù, nhiễu loạn các loại, tăng tổn thất điện năng .
+ Nhiễu âm (notch): ảnh hƣởng đến thông tin.
+ Dao động (flicker): ảnh hƣởng đến ánh sáng điện, gây hại mắt.
2.5.2. Các tiêu chuẩn chất lƣợng điện áp
1- Tiêu chuẩn đối với biến đổi biến độ điện áp dài hạn:
Độ biến đổi điện áp dài hạn đƣợc tính theo độ lệch giữa điện áp thực tế và điện áp định mức: dm100 % dm U U U U (2.4)
Tiêu chuẩn yêu cầu độ lệch này phải nằm trong giới hạn cho phép:
U U U (2.5)
+ Đối với lƣới điện hạ áp giới hạn là ±5%, lƣới điện trung cao áp: ±10%, 500kV: ±5%.