1.2.9 .Thiết bị bù ngang có điều khiển
1.3. Tính năng của các phương tiện điều chỉnh điện áp
Bảng 1.1: Bảng so sánh tính năng của các phương tiện điều chỉnh điện áp
Loại phương tiện ĐCĐA Điều chỉnh trơn Phát Q Tiêu thụ Q Độ linh hoạt Khả năng tự động điều chỉnh Ghi chú Máy phát Có Có nhưng hạn chế Có nhưng hạn chế Có Có Máy bù đồng bộ Có Có Có Có Có SVC Có Có Có Có Có Các bộ tụ
bù ngang Không Có Không
Có, nếu điều khiển đóng cắt được Có Các bộ tụ
bù dọc Không Có Không Không Không
Có thể gây cộng hưởng
Kháng bù
ngang Không Không Có Không Không
Không tốt trong một số trường hợp tải
Loại phương tiện ĐCĐA Điều chỉnh trơn Phát Q Tiêu thụ Q Độ linh hoạt Khả năng tự động điều chỉnh Ghi chú Đóng cắt
đường dây Không Có Có
Tuỳ thuộc chế độ Theo quyết định của người vận hành Điều chỉnh nấc phân áp Không _ _ Có Có Điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng 1.4. Phương thức đặt thiết bị bù Có thể thực hiện các cách đặt bù sau[4]:
1.4.1 Đặt bù chung cho mọi chế độ, nghĩa là các thiết bị bù được đặt cứng một lần và được tính toán sao cho thỏa mãn mọi chế độ vận hành, trong vận hành các thiết bị bù này không cần phải điều khiển:
1.4.2 Đặt bù cho từng chế độ, nghĩa là các thiết bị bù có thể thay đổi khả năng làm việc trong vận hành theo yêu cầu của từng chế độ, tức là thiết bị bù có thể điều khiển được. Có thể điều khiển thiết bị bù theo các cách:
- Đóng cắt toàn bộ, bằng tay từ xa hay tự động.
- Đóng cắt từng phần, điều khiển hữu cấp theo chế độ. Đóng cắt tự động. - Điều khiển vô cấp theo chế độ (SVC hoặc máy bù đồng bộ…) Trong những năm gần đây các thiết bị bù tĩnh đã thay thế các máy bù đồng bộ.
1.4.3 Sử dụng cả hai cách đồng thời, cách này cho hiệu quả cao nhất: Một bộ phận thiết bị bù nối cứng, một bộ phận nối qua một bộ điều khiển đơn giản kiểu đóng – cắt hoặc hữu cấp và một bộ phận khác điều khiển vô cấp. Ví dụ như: một bộ
phận kháng điện được đóng vào khi đường dây không tải và cắt ra khi đường dây mang tải, nhưng một bộ phận nối cứng cho các chế độ còn lại, đồng thời ở nút tải trung gian hoặc nút cuối đặt ở SVC điều khiển vô cấp.
Làm theo cách 1 có lợi là giá thành đường dây thấp, chi phí vận hành thấp độ tin cậy của đường dây cao, do thiết bị bù đơn giản và không phải điều khiển trong vận hành nên giá thấp và khả năng sự cố thấp. Tuy nhiên hiệu suất tải điện sẽ không cao do thiết bị bù không thích nghi được với các chế khác nhau.
Làm theo cách 2 có lợi là hiệu suất tải điện cao do mỗi chế độ đều có hiệu suất cao. Nhưng giá thành đường dây và chi phí vận hành cao, độ tin cậy thấp.
Cách 3 cho hiệu suất tải điện cao nhất nhưng chi phí rất cao và phải điều khiển liên tục nên khả năng sự cố cao.
1.5. Phương pháp điều chỉnh điện áp
Đối với phần lớn các hệ thống điện hiện đại, việc giám sát điện áp trong toàn hệ thống được thực hiện bởi hệ thống SCADA/EMS (Supervisory Control And Data Acquysition /Energy Management System). Hệ thống này thường được trang bị tại các trung tâm điều độ. Các thông tin về điện áp được thu thập về giúp cho người vận hành ra các quyết định để thực hiện việc điều chỉnh điện áp qua các phương tiện điều chỉnh điện áp.
Có 2 lý thuyết khác nhau về điều chỉnh điện áp:
1.5.1. Điều khiển tập trung: Các thiết bị điều khiển được thực hiện dựa trên thông tin chung về vận hành của toàn hệ thống. Ví dụ: kỹ sư vận hành hệ thống giám sát toàn bộ phân bố điện áp trong hệ thống và đưa ra các lệnh điều khiển công suất phản kháng.
1.5.2. Điều khiển nhiều cấp: các thiết bị điều khiển được quy định trước luật điều khiển ở trạng thái vận hành ổn định dựa trên các thông tin vận hành cục bộ tại chỗ và các khu vực lân cận. Ví dụ: các bộ tự động điều chỉnh điện áp của các nhà máy điện (NMĐ) hoặc các bộ tự động điều chỉnh nấc phân áp dưới tải của các MBA được giao điều chỉnh điện áp theo biểu đồ cho trước.
Với sự phát triển ngày càng lớn mạnh về công nghệ điện tử công suất trong các thiết bị điều khiển, lý thuyết về điều chỉnh điện áp nhiều cấp ngày càng được ưa chuộng hơn ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở châu âu. Cũng giống như điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp nhiều cấp gồm 2 hoặc 3 cấp tuỳ theo các quan điểm khác nhau [4]:
Cấp 1 (điều chỉnh sơ cấp): là điều chỉnh tự động ở máy phát và các thiết bị tự động khác như SVC nhằm giữ điện áp ở tất cả các nút an toàn cho phép bằng cách duy trì điện áp tại các nhà máy điện, thiết bị bù tác động nhanh tại một giá trị xác định trước. Thời gian đáp ứng khoảng 100ms đến 1s. Quá trình này đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi điện áp bằng tác động của các bộ AVR, máy bù đồng bộ. Công cụ điều chỉnh là điều chỉnh kích từ máy phát.
Hệ thống điện được chia thành các miền vùng/miền tương đối độc lập nhau về điện áp.
Cấp 2 (điều chỉnh thứ cấp): Điều chỉnh các thiết bị còn lại như đầu phân áp, tụ, kháng bù, điều chỉnh cho từng miền, mỗi miền chọn một điểm (PILOT), đưa điện áp các PILOT về giá trị yêu cầu. Quá trình này đáp ứng chậm hơn cấp 1 được thực hiện ở từng vùng trong hệ thống nhằm đáp ứng các sự biến đổi chậm về độ lệch lớn của điện áp.
Các thiết bị tham gia điều chỉnh cấp 2 gồm: + Các thiết bị tham gia điều chỉnh sơ cấp
+ Các thiết bị điều chỉnh điện áp tác động chậm (OLTC,…) Thời gian đáp ứng từ (1÷15) phút
- Thông thường, khoảng cách về điện từ nút (PILOT) đến các nút khác trong miền là nhỏ.
- Lượng công suất phản kháng trong miền phải đảm bảo đủ theo yêu cầu điều chỉnh của miền.
- Khoảng cách về điện giữa các nút (PILOT) của các miền phải đủ lớn để những tác động điều khiển trong nội bộ mỗi miền ảnh hưởng đến nhau không đáng kể.
Cách xác định miền điều chỉnh điện áp và (PILOT) như sau:
- Tính công suất ngắn mạch cho các nút, chọn nút có công suất ngắn mạch lớn nhất làm nút kiểm tra.
- Đặt nguồn điện áp vào một trong những (PILOT) và tính toán tổn thất điện áp từ nút (PILOT) đến các nút còn lại. Tính lần lượt cho các (PILOT).
- Nghiên cứu tổn thất, xác định miền điều chỉnh điện áp.
Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống điện, việc điều chỉnh điện áp miền đều có xét đến ảnh hưởng đối với các miền lân cận thông qua trào lưu công suất phản kháng liên lạc giữa các miền.
Cấp 3 (cũng có thể gọi là điều chỉnh thứ cấp): Điều chỉnh hài hòa mức điện áp cấp 2 giữa các miền điều chỉnh cấp 2 theo yêu cầu của chế độ hiện thời, 15 phút điều chỉnh 1 lần. Quá trình tính toán biểu đồ điện áp đặt cho các nút PILOT tối ưu hóa mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế và an toàn. Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động. Công cụ để làm việc này là chương trình tối ưu trào lưu công suất (OPF - Optimal Power Flow). Thời gian đáp ứng (15 ÷ 60) phút.
Cấp 1
Hình 1.19. Sơ đồ điều chỉnh điện áp cấp 1, 2, 3 tổng quát TVR TVR
Power network
PI
QR QR QR
AVR AVR AVR
PI QR QR AVR AVR ~ ~ ~ ~ ~ …. …. Điều chỉnh cấp 3 SVR ĐC Cấp 2 SVR ĐC Cấp 2
Điều khiển điện áp cấp 1, cấp 2 thuộc điều chỉnh điện áp của lưới điện Truyền tải, điều khiển cấp 3 áp dụng cho lưới điện phân phối. Cấu trúc về điều chỉnh điện áp theo cấp được mô tả trên hình 2.13
PI: Bộ điều chỉnh phối hợp tạo tín hiệu cho bộ điều chỉnh QR của từng khu vực đưa tín hiệu sửa đổi cho AVR của tổ máy phát.
1.6. Thực trạng điện áp và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Việt nam
Nội dung phần này sẽ trình bày các Quy định điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Việt Nam, Quy trình xử lý sự cố hệ thống điện, giới thiệu về các phương tiện điều chỉnh điện áp hiện có và đánh giá chung về thực trạng vấn đề điện áp trên lưới điện truyền tải miền Bắc.
1.6.1. Quy định về điều chỉnh điện áp trong HTĐ Việt Nam
Tóm tắt Quy định về điều chỉnh điện áp trên lưới điện truyền tải 500kV, 220kV Việt Nam như sau [6][11]:
I. Nguyên tắc chung huy động nguồn công suất phản kháng
1. Thay đổi nguồn công suất phản kháng đang vận hành của các máy phát, máy bù đồng bộ, thiết bị bù tĩnh theo thứ tự từ gần đến xa điểm thiếu, thừa vô công; 2. Huy động thêm các nguồn công suất phản kháng đang dự phòng còn lại của hệ thống khi điện áp thấp, cắt bớt các tụ bù tĩnh khi điện áp cao;
3. Phân bổ lại trào lưu công suất trong hệ thống điện;
4. Điều chỉnh nấc máy biến áp cho phù hợp với quy định của thiết bị. Có quyền thay đổi biểu đồ điện áp cho phù hợp với tình hình thực tế (có xét giới hạn cho phép đối với thiết bị );
5. Hạn chế tối đa việc truyền công suất phản kháng qua các cấp điện áp.
II. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp
1. Đảm bảo điện áp trong giới hạn cho phép, không gây quá áp hoặc nguy hiểm cho các thiết bị trong hệ thống điện Quốc gia;
2. Đảm bảo tối thiểu chi phí vận hành và tổn thất; 3. Đảm bảo tối ưu các thao tác điều khiển.
III. Phân cấp điều chỉnh điện áp
1. Cấp điều độ hệ thống điện Quốc gia chịu trách nhiệm tính toán, quy định điện áp và điều chỉnh điện áp trên lưới điện 500kV; thanh cái 220kV của các trạm 500 kV, điện áp thanh cái các NMĐ thuộc quyền điều khiển.
2. Cấp điều độ hệ thống điện miền căn cứ vào mức điện áp tại các điểm nút chính do cấp điều độ hệ thống điện quốc gia quy định để tính toán, quy định điện áp và điều chỉnh điện áp hệ thống điện thuộc quyền điều khiển cho phù hợp với giới hạn quy định.
3. Cấp điều độ hệ thống phân phối căn cứ vào mức điện áp tại các điểm nút do cấp điều độ hệ thống điện miền quy định để tính toán, quy định điện áp và điều chỉnh điện áp của lưới phân phối phù hợp với giới hạn quy định.
4.Căn cứ vào phân cấp điều chỉnh điện áp, các cấp điều độ tính toán và quy định các nút kiểm tra cần kiểm tra điện áp. Các nút kiểm tra điện áp được lựa chọn sao cho điện áp tại các nút đó đặc trưng cho điện áp của khu vực cần điều chỉnh.
IV. Quy định điện áp nút
1. Quy định mức điện áp tại các nút:
Trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có sự cố đơn lẻ xảy ra trong lưới điện truyền tải, điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới được quy định như sau[6].
Bảng 1.2: Điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện truyền tải
Cấp điện áp Chế độ vận hành HTĐ (kV)
Vận hành bình thường Sự cố một phần tử
500kV 475 ÷ 525 450 ÷ 550
220kV 209 ÷ 242 198 ÷ 242
110kV 104 ÷ 121 99 ÷ 121
2. Quy định phân chia các khoảng thời gian trong ngày như sau:
Giờ thấp điểm (Min): 23h-5h
Giờ cao điểm (Max): 10h-11h, 18h-20h
3.Quy trình xử lý sự cố trong hệ thống điện Việt Nam- phần điều chỉnh điện áp
Điều 1: Quy định về giới hạn điều chỉnh điện áp cho từng thiết bị như sau:
1. Máy phát điện, máy bù đồng bộ
a) Khi làm việc với công suất và cos định mức, độ chênh lệch điện áp cho phép 5% so với điện áp định mức.
b) Trường hợp điện áp đã thấp hơn 5% và máy phát bị quá tải, nhà máy không được tự động giảm kích từ làm giảm điện áp. Trường hợp này trưởng ca nhà máy phải báo cáo ngay tình hình vận hành cho cấp điều độ có quyền điều khiển.
2. Máy biến áp lực
a) Trong điều kiện vận hành bình thường:
Cho phép máy biến áp được vận hành với điện áp cao hơn định mức tại đầu phân áp tương ứng lâu dài 5%, khi phụ tải không quá phụ tải định mức và 10% khi phụ tải không quá 0,25 phụ tải định mức;
Cho phép máy biến áp được vận hành với điện áp cao hơn định mức tại đầu phân áp tương ứng ngắn hạn 10% (dưới 6 giờ trong một ngày đêm), khi phụ tải không quá phụ tải định mức;
b) Trong điều kiện sự cố
Các máy biến áp tăng và hạ áp, máy biến áp tự ngẫu ở điểm trung tính không có đầu phân áp hoặc không nối với máy biến áp điều chỉnh được phép làm việc lâu dài với điện áp cao hơn điện áp định mức 10% khi phụ tải không quá phụ tải định mức.
Đối với máy biến áp tự ngẫu ở điểm trung tính không có đầu phân áp hoặc nối với máy biến áp điều chỉnh nối tiếp, mức tăng điện áp cho phép được xác định theo số liệu của nhà chế tạo.
c) Khi điện áp vận hành vượt quá trị số chỉnh định bảo vệ quá áp mà bảo vệ không tác động hoặc vượt quá 20% so với điện áp định mức của đầu phân áp tương ứng khi không có bảo vệ quá áp, nhân viên vận hành phải thực hiện tách ngay máy biến áp ra khỏi vận hành để tránh hư hỏng.
3. Điện áp tại các điểm đo đếm cấp cho khách hàng:
a) Trong điều kiện lưới điện ổn định điện áp tại điểm đo đếm cấp cho khách hàng được phép dao động trong khoảng 5% so với điện áp định mức với điều kiện khách hàng phải đảm bảo cos0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thoả thuận trong hợp đồng.
b) Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được phép dao động từ +5% đến -10% so với điện áp danh định.
Điều 2: Những giới hạn điều chỉnh điện áp được xác định theo :
1. Giá trị điện áp lớn nhất cho phép thiết bị vận hành lâu dài theo quy định của nhà chế tạo;
2. Giá trị điện áp nhỏ nhất cho phép vận hành lâu dài phải đảm bảo an toàn cho hệ thống tự dùng của nhà máy điện, đảm bảo mức dự phòng ổn định tĩnh của HTĐ hoặc đường dây có liên quan (giới hạn này căn cứ vào kết qủa tính toán các chế độ vận hành của HTĐ mà quy định riêng bằng các điều lệnh).
3. Giá trị điện áp đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng.
Điều 3: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện:
1. Đảm bảo điện áp trong giới hạn cho phép, không gây quá áp hoặc nguy hiểm cho các phần tử trong HTĐ;
2. Đảm bảo tối thiểu chi phí vận hành và tổn thất; 3. Đảm bảo tối ưu các thao tác điều khiển.
Điều 4: Các phương tiện điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện được chia thành 3 nhóm như sau:
1. Nguồn công suất phản kháng: máy phát, tụ bù ngang, kháng bù ngang, máy bù đồng bộ và thiết bị bù tĩnh (SVC - Static Var Compensator).
2. Thay đổi thông số đường dây: như tụ bù dọc.
3. Thay đổi trào lưu công suất phản kháng: nấc phân áp máy biến áp, máy biến áp nối tiếp.
1. Biểu đồ điện áp được lập xuất phát từ việc đảm bảo điện áp cần thiết cho khách hàng có tính đến chế độ làm việc tối ưu và khả năng điều chỉnh của HTĐ Quốc gia.
2. Biểu đồ điện áp tại các nút kiểm tra phải được lập ít nhất một lần trong một quý hoặc khi có những thay đổi lớn về nguồn, lưới hoặc tải.
Điều 7: Căn cứ vào vào phân cấp điều chỉnh điện áp, các trung tâm điều độ tính toán và quy định biểu đồ điện áp cho các nút kiểm tra. Các nút kiểm tra được lựa chọn