Mạch từ được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện mã hiệu M3 hãng AK Steel [95] có đặc tính thể hiện trong Phụ lục 2.
Thông qua phương pháp giải tích và thực hiện hiệu chỉnh trên mô hình mô phỏng nhằm đạt điện cảm hay công suất theo yêu cầu, luận án thực hiện tính toán và đưa ra thông số của CKBN một pha công suất 35 MVAr, trong tổ CKBN ba pha tổng công suất sẽ là 105 MVAr dùng trong lưới điện 500 kV như thể hiện trong
Bảng 3.9. Thông số kích thước của một số trường hợp với tỉ lệ Ag/lg khác nhau được
Bảng 3.9 Thông số chính CKBN một pha công suất 35 MVAr
Thông số Ký hiệu Giá trị
Công suất phản kháng Q (MVAr) 35
Điện áp định mức U (kV) 500⁄√3
Dòng điện định mức I (A) 121,24
Điện cảm tổng L (H) 7,5788
Đường kính trụ Dc (mm) 701
Chiều cao trụ Hc (mm) 1793
Tổng chiều dài khe hở trên trụ lg (mm) 386
Số vòng dây quấn N (vòng) 2018
Chiều rộng dây quấn Ww (mm) 254
Chiều cao dây quấn Hw (mm) 1523
Giá trị điện cảm tổng tính qua năng lượng được so sánh với giá trị theo yêu cầu tính qua giải tích thể hiện trên Bảng 3.10.
Bảng 3.10 Sai số điện cảm giữa hai phương pháp của CKBN một pha 35 MVAr
Thông số Phương pháp PTHH
Phương pháp
Giải tích Sai số
Điện cảm tổng L (H) 7,5876 7,5788 0,12%
Luận án tiếp tục thực hiện tính toán mô phỏng tương tự cho các CKBN khác, kết quả thông số kích thước của các CKBN một pha có công suất 50/3 MVAr, 64/3 MVAr, 80/3 MVAr, 128/3 MVAr, 190/3 MVAr, 260/3 MVAr và 330/3 MVAr dùng trong lưới điện cao áp 110 kV, 220 kV và siêu cao áp 500kV theo tổ ba cuộn kháng một pha thể hiện trong Phụ lục 3. Kết quả nhận được trong các tính toán này sẽ giúp có được thông số kích thước của mô hình đối tượng để thực hiện các nghiên cứu phân tích trong những nội dung tiếp theo.
3.5 Nghiên cứu xác định điện cảm rò trong CKBN
Điện cảm rò là một trong những thành phần điện cảm cần được xác định ngay tại những bước đầu khi tính toán thông số CKBN. Trên lưu đồ Hình 3.18 cho thấy, thông số dây quấn của CKBN được xác định thông qua thành phần điện cảm khe hở trên trụ, tổng thành phần điện cảm này cùng với điện cảm tản xung quanh khe hở và điện cảm rò là điện cảm tổng của CKBN. Điện cảm tổng dễ dàng xác định được từ công suất yêu cầu và điện áp lưới điện, do đó xác định được giá trị hay tỷ lệ giữa điện
cảm rò so với điện cảm tổng là cần thiết đối với các nhà nghiên cứu, thiết kế hay chế tạo CKBN. Đây là một trong những đại lượng chính cần lựa chọn sơ bộ trong quá trình tính toán giải tích, giá trị phần trăm điện cảm rò chọn sơ bộ càng chính xác sẽ giúp giảm số lượng mô hình ảo đối tượng khi thực hiện nghiên cứu.
Tương ứng với từng CKBN có công suất, điện áp và các thông số kích thước đã xác định được ở nội dung trước và được tổng hợp trong Phụ lục 3, luận án thực hiện xác định các thành phần điện cảm thông qua năng lượng, từ đó đưa ra quan hệ giữa tỉ lệ giá trị điện
cảm rò so với điện cảm tổng ứng với các giá trị công suất tại từng cấp điện áp như thể hiện trên
Hình 3.22.
Từ kết quả trên Hình 3.22 cho thấy, tại cùng một cấp điện áp, khi tăng công suất của
CKBN thì tỉ lệ giữa điện cảm rò so với
Hình 3.22 Quan hệ giữa giá trị điện cảm rò so với điện cảm tổng theo công suất tại các cấp điện áp khác nhau
điện cảm tổng tăng. Từ kết quả nhận được, tác giả thiết lập đa thức là hàm quan hệ giữa % điện cảm rò theo công suất và điện áp, thông qua phương pháp nội suy Lagrange. Theo lý thuyết nội suy Lagrange [96], có thể xác định được đa thức P(x) có bậc nhỏ hơn hoặc bằng n thỏa mãn các điều kiện P(xi) = yi với i từ 1 đến n+1. Chi tiết phương pháp nội suy Lagrange mô tả trong Phụ lục 4. Công thức tổng quát như phương trình: � � + 1 �(�) = ∑ �� =1 � − � �� ∏ �� − �� �≠� (3.35)
Áp dụng công thức (3.35) thông qua công cụ Matlab dựng được đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo công suất và các cấp điện áp 110 kV, 220 kV, 500 kV:
%�� = �( ,� �)
= (−9,913. 10−10. �2 + 6,116. 10−7. � − 3,451. 10−4). �2
− (9,008. 10−7. �2 + 3,002. 10−5. − �
8,289) (3.36)
Đa thức (3.36)
giúp dễ dàng xác định % điện cảm rò tại các giá trị công suất và điện áp khác nhau. Thêm nữa, điện cảm rò phụ thuộc đáng kể vào hình dáng cao thấp của mạch từ hay cửa sổ mạch từ. Theo phương pháp tính toán kích thức mạch từ cho thấy, hệ số hình dáng dây quấn kw trong cửa sổ mạch từ quyết định đến hình dáng tổng thể
Hình 3.23 Thiết lập thay đổi giá trị hệ số hình dáng dây quấn
của mạch từ. Tại mỗi CKBN có công suất và điện áp khác nhau, luận án thực tính toán điện cảm rò với các giá trị kw thay đổi từ 4 đến 12 với bước thay đổi 0,2 như giá trị thiết lập trên Hình 3.23. Quan hệ giữa tỉ lệ giá trị điện cảm rò so với điện cảm tổng ứng với hệ số hình dáng dây quấn kw khác nhau cho một số cấp công suất trên lưới điện cao áp và siêu cao áp thể hiện trên các Hình
3.24, Hình 3.25 và
Hình
3.26. Từ kết quả đạt
Hình 3.24 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ số kw tại các cấp công suất khác nhau trên lưới điện 110 kV
quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò Ll theo hệ số hình dáng dây quấn khi thay đổi từ 4 đến 12 tại các dải công suất khác nhau trên lưới điện cao áp 110 kV:
%�� (110��) = �(��, �) = (−7,313. 10−6. �2 + 14,22. 10−4. + 105,7. 10 � −3). �2 + (16,5. 10−5. �2 − 0,03371. − � 2,536). �� + (−12,32. 10−4. �2 + 0,2689. + � 19,77) � (3.37)
Với U = 110 kV; kw = 4 12; Q = 50/3 MVAr 330/3 MVAr. Kết quả tính từ đa thức có giá trị sai khác trung bình 1,9% so với đặc tính trên Hình 3.24.
Hình 3.26 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ số kw tại các cấp công suất khác nhau trên lưới điện 220 kV
Tương tự, đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo hệ số hình dáng dây quấn và công suất của CKBN trên lưới điện cao áp 220 kV:
%�� (220��) = �(��, �) = (−8,258. 10−6. �2 + 14,75. 10−4. + 97,92. � 10−3). �2 (3.38) + (17,68. 10−5. �2 − 0,0338. − 2,387 � ). �� + (−12,53. 10−4. �2 + 0,2648. + 19,01) �
Với U = 220 kV; kw = 4 12; Q = 50/3 MVAr 330/3 MVAr. Kết quả tính từ đa thức có giá trị sai khác trung bình 1,8% so với đặc tính trên Hình 3.25.
Hình 3.25 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ số kw tại các cấp công suất khác nhau trên lưới điện 500 kV
� �
Đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo hệ số hình dáng dây quấn và công suất của CKBN trên lưới điện siêu cao áp 500 kV:
%�� (500��) = �(��, �) = (−7,277. 10−6. �2 + 13,36. 10−4. + 97,43. � 10−3). �2 (3.39) + (16,12. 10−5. �2 − 0,0316. − 2,361 � ). �� + (−11,73. 10−4. �2 + 0,2531. + 18,86) �
Với U = 500 kV; kw = 4 12; Q = 50/3 MVAr 330/3 MVAr. Kết quả tính từ đa thức có giá trị sai khác trung bình 1,8% so với đặc tính trên Hình 3.26.
Các kết quả đạt được thể hiện trên đặc tính Hình 3.24, Hình 3.25 và Hình 3.26 hay qua các đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo hệ số hình dáng dây quấn tại các dải công suất khác nhau trên lưới điện cao áp và siêu cao áp giúp các nhà nghiên cứu, thiết kế và các hãng chế tạo có cơ sở lựa chọn tra cứu giá trị điện cảm rò Ll (%) khi tính toán thiết kế, qua đó giảm số lượng mô hình đối tượng ảo cần thực hiện.
3.6 Kết luận chương
Trong chương này, luận án thực hiện mô hình hóa và mô phỏng CKBN ba pha có công suất Qđm = 91 MVAr, kết quả được so sánh với giá trị định mức và so với các kết quả đo thực nghiệm được thực hiện tại tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh EEMC có sai số chấp nhận được, điều đó cho thấy tính đúng đắn của mô hình nghiên cứu. Trên cơ sở này, trong các nội dung tiếp theo, luận án tiếp tục sử dụng phương pháp PTHH để nghiên cứu, phân tích, đánh giá đặc tính điện từ của CKBN. Tiếp theo, luận án xác định thông số kích thước CKBN kết hợp giữa mô hình giải tích và mô hình mô phỏng, đưa ra kết quả của các CKBN một pha có công suất khác nhau dùng trong lưới điện cao áp và siêu cao áp theo tổ ba cuộn kháng một pha, thể hiện trong Phụ lục 3. Cũng trong chương này, luận án thực hiện nghiên cứu và xây dựng đặc tính cùng đa thức thể hiện quan hệ giữa tỉ lệ giá trị điện cảm rò so với điện cảm tổng ứng với các giá trị công suất tại từng cấp điện áp cao áp, siêu cao áp và hệ số hình dáng dây quấn kw khác nhau. Kết quả nhận được từ chương này là cơ sở để dựng mô hình đối tượng nghiên cứu trong những nội dung ở chương tiếp theo của luận án. Các kết quả chương 3 được công bố trong bài báo số [1], [2] và [6].
� �
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KHE HỞ ĐẾN ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ CỦA CKBN
4.1 Giới thiệu chung
Trên cơ sở kết quả từ mô hình mô phỏng đã được kiểm chứng giữa phương pháp PTHH với kết quả đo thực nghiệm cùng bộ thông số của CKBN đã tính toán ở chương 3, trong chương này, luận án nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số khe hở trên trụ đến đặc tính điện từ của CKBN. Luận án nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các kiểu ghép lá thép các khối trụ đến phân bố từ cảm trên trụ, từ đó đưa ra kiểu ghép phù hợp để chế tạo các khối trụ của CKBN. Tiếp theo, dựa vào lý thuyết tính toán lực điện từ, nghiên cứu phân bố ứng suất lực điện từ tác động trên các khối trụ và các tấm ngăn cách giữa các khối trụ này. Trong CKBN, với mỗi giá trị từ cảm sẽ xác định được thể tích và qua đó xác định được chiều dài tổng của khe hở trên trụ. Tuy nhiên, từ khe hở có chiều dài lớn, cần chia nhỏ thành bao nhiêu khe, khoảng cách giữa các khe hở này thế nào được nghiên cứu phân tích và đánh giá để đưa ra khuyến nghị về số khe và khoảng cách giữa các khe phù hợp nhằm mục đích giảm từ trường tản qua đó giảm điện cảm tản và điện cảm tổng, đạt giá trị công suất phản kháng mà CKBN nhận từ lưới điện.
4.2 Nghiên cứu phân bố từ cảm các kiểu ghép lá thép trụ CKBN
4.2.1 Các kiểu ghép lá thép trụ và hệ tọa độ tương ứng
Do có các khe hở được thêm vào trên trụ của CKBN, nên xuất hiện thành phần từ trường tản xung quanh khe hở. Thành phần từ trường tản hướng từ khối trụ này tới khối trụ khác như mô tả trên Hình 4.1 sẽ khiến phân bố từ cảm trên các khối trụ không đồng đều.
Hình 4.1 Từ trường tản khu vực xung quanh khe hở
Y N o 2 N o 1 N o 2 Y
định hướng ghép lá thép cho các khối trụ trên Z
mô hình, cần thiết lập hệ tọa độ lá thép với các RD
hướng RD, TD và LD vuông góc với nhau, L
qua đó xác định quan hệ tương ứng với hệ tọa độ OXYZ khi dựng mô hình đối tượng như mô tả trên Hình 4.2.
Thông qua hệ tọa độ lá thép RD, TD và LD có thể xác định vị trí tương đối của các lá LD thép trong không gian phân tích. Từ thông tản hướng vào lá thép theo các hướng có đặc