CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ LƯỚI ĐIỆN
3.1. Phân tích TTĐN trên đường dây trung áp tuyến 471
3.1.3. Ảnh hưởng của CSPK truyền tải trên lưới
3.1.3.1. Hệ số công suất và nâng cao hệ số công suất[2].
Hầu hết các thiết bị tiêu thụ điện là các phụ tải mang tính điện cảm, khi làm việc cần đến công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Từ tam giác công suất, quan hệ giữa P và Q được xác định qua hệ số công suất cosφ. Cosφ được coi
là một chỉ tiêu định mức quan trọng, nó đặc trưng cho mức độ sử dụng công suất phản kháng. Nhưng chọn cosφ làm chuẩn sẽ không thể hiện đúng sự thay đổi thực tế giá trị của công suất phản kháng, ví dụ hệ số công suất cosφ giảm từ 0.95 xuống 0.94 thì công suất phản kháng thay đổi 10%, khi cosφ giảm từ 0.99 xuống 0.98 thì công suất phản kháng thay đổi 42%.
Công suất tác dụng P sinh ra công, còn công suất phản kháng Q tuy không sinh ra công nhưng không thể thiếu được vì công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong các máy điện. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa máy điện và hộ dùng điện là quá trình dao động. Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện. Tuy nhiên, lượng công suất phản kháng Q truyền tải nhiều trong mạng điện sẽ hạn chế khả năng tải của đường dây và máy biến áp. Đường dây và máy biến áp được lựa chọn theo công suất toàn phần S, nếu Q tăng lên, P phải giảm.
Nếu cosφ phụ tải thấp, tuy nhu cầu công suất tác dụng P không thay đổi, nhưng lượng công suất phản kháng Q phải truyền tải trong mạng sẽ tăng lên, công suất phản kháng tăng lên, làm tăng tổn thất công suất cũng như tổn thất điện áp.
100kVA 100kVA 100kVA 100kVA 100kVA
Cos𝜑= 1 Cos𝜑= 0,9 Cos𝜑= 0,8 Cos𝜑= 0,7 Cos𝜑= 0,6
Sự thay đổi P và Q và cosφ nhưng S không thay đổi 100kw
90kw 43,59 kVAr
80kw 60 kVAr
70kw 71,41 kVAr
60kw 80 kVAr
100kVA 111,11 kVA 125 kVA 142,86 kVA 166,67 kVA
Cos𝜑= 1 Cos𝜑= 0,9 Cos𝜑= 0,8 Cos𝜑= 0,7 Cos𝜑= 0,6
Sự thay đổi Q, S và cosφ nhưng không thay đổi P
100kw 100kw 100kw 100kw 100kw
48,43 kVAr
75 kVAr
102 kVAr
133,33 kVAr
3.1.3.2. Đặc tính vận hành của máy phát điện.
Hình 3.1: Đặc tính vận hành của máy phát điện.
Hình (8) là đặc tính vận hành của máy phát điện. Khi phụ tải lớn, cả hệ thống truyền tải và phụ tải đều yêu cầu công suất phản kháng cảm tính, và máy phát phải phát CSPK vào hệ thống. Ngược lại, khi tải nhẹ, điện dung của hệ thống tải điện chiếm ưu thế và máy phát điện phải tiêu thụ công suất phản kháng thừa này. Máy phát CSPK khi dòng kích từ lớn (quá kích thích). Hình trên, ta thấy: công suất tác dụng của máy phát bị hạn chế bởi công suất tua bin, ở vùng quá kích thích CSPK sản xuất ra bị giới hạn bởi dòng điện giới hạn theo điều kiện phát nóng máy phát, ở vùng thiếu kích thích CSPK tiêu thụ bị giới hạn bởi giới hạn ổn định tĩnh, giới hạn này có thể được mở rộng nhờ sử dụng TĐK [1].
3.1.3.3. Điều chỉnh các nguồn CSPK
Nhu cầu CSPK của phụ tải biến đổi theo thời gian, theo chu kỳ ngày đêm.
Nhu cầu này được đáp ứng bởi các nhà máy điện. Bản thân lưới điện cũng là nguồn cung cấp CSPK do điện dung của chúng (đặc biệt là các đường dây siêu cao). Trong chế độ công suất phụ tải cao, CSPK của các nguồn trên không đủ đáp ứng, do đó trong HTĐ phải đặt thêm các nguồn CSPK khác. Trong chế độ phụ tải thấp, nếu cứ để nguyên các nguồn CSPK như trong chế độ phụ tải cao, thì sẽ thừa CSPK, do đó các nguồn CSPK phải điều chỉnh được, để giảm công suất trong chế độ non tải.
Thậm chí khi đã giảm hết công suất phản kháng của nguồn, CSPK ở một số điểm nào đó trên HTĐ vẫn thừa CSPK do đường dây sinh ra quá lớn, làm điện áp tăng đến mức nguy hiểm, khi đó phải có các thiết bị tiêu thụ CSPK thừa này.
Trong thực tế, ngoài máy phát và máy bù đồng bộ, người ta thường dùng các nguồn CSPK như:
- Nguồn phát: tụ điện, tụ điện điều khiển bằng Thyristor.
- Tiêu thụ: kháng điện tuyến tính, kháng điện bão hòa, kháng điện dùng dòng một chiều điều khiển bão hòa (kháng điện bão hòa có khả năng ổn áp cao, thích hợp với chế độ điện áp dao động nhanh), kháng điện điều khiển bằng Thyristor, máy biến áp điện kháng lớn điều khiển bằng Thyristor.
Hình 3.2: Tổ hợp tụ điện và kháng điện có điều khiển bằng Thyristor.
Các nguồn này được đặt tại các địa điểm trên lưới điện gần nhất nơi có yêu cầu để tránh phải truyền tải CSPK trên lưới.
Công suất của các nguồn CSPK được điều khiển từ xa hoặc tự động, theo cấp hoặc vô cấp. SVC (Static Var Compensator) là thiết bị gồm tụ và kháng kết hợp điều khiển vô cấp bằng Thyristor dùng để ổn áp trong chế độ xác lập và quá độ, được đặt ở những nơi cần thiết, có nguy cơ dao động điện áp cao, độ dự trữ ổn định thấp. Trên (hình 6) là sơ đồ tổng quát của SVC; một SVC thực tế có thể chỉ có tụ điều khiển, kháng cố định hoặc kháng điều khiển tụ cố định. Các nguồn CSPK cũng được điều chỉnh theo luật nhất định: bằng tay hoặc theo thời gian [1].
SVC là thiết bị bù ngang dùng để phát hay tiêu thụ công suất phản kháng, nối rẽ nhánh. Công suất phát ra của chúng được điều chỉnh để chuyển đổi dòng điện dung hoặc dòng điện cảm nhằm mục đích duy trì hoặc điều khiển các thông số xác định của hệ thống điện[9]; SVC có 2 loại:
Fixed Capacitor (FC - tụ điện cố định) kết hợp với Thyristor Controlled Reactor (TCR - cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor);
Thyristor Switched Capacitor (TSC - tụ điện đóng mở trực tiếp bằng
Thyristor) kết hợp với Thyristor Controlled Reactor (TCR - cuộn kháng được điều khiển bằng thyristor)
Loại SVC thứ hai linh hoạt hơn loại thứ nhất và chỉ yêu cầu cuộn kháng có công suất nhỏ hơn và do đó sóng hài sinh ra ít hơn.
Bộ tụ được nối tiếp với kháng điện tạo thành bộ lọc sóng hài bậc cao, công suất của mỗi kháng điện điều khiển độc lập với nhau. Nhờ có bộ kháng điều khiển bằng Thyristor công suất phản kháng của bộ bù luôn cân bằng với yêu cầu của phụ tải. Bộ bù này tác động nhanh, liên tục và chính xác thích ứng với phụ tải đối xứng và không đối xứng, có tác dụng triệt tiêu hoặc giảm đến tối đa mọi dao động của điện áp, có tác dụng loại trừ cộng hưởng trên lưới. Bộ bù này cho phép không cần điều áp dưới tải.
Hình 3.3 Bộ bù tổng hợp có điều khiển
3.1.3.4. Nguyên lý làm việc của SVC
Trong chế độ phụ tải thấp, điện áp HTĐ có thể tăng cao, đặc biệt do lưới truyền tải bơm CSPK lên HTĐ. Lượng CSPK phụ thuộc vào điện áp, chiều dài và kết cấu của đường dây tải điện. Sử dụng kháng bù ngang sẽ tiêu thụ bớt CSPK trên HTĐ, cân bằng CSPK giữa nguồn và phụ tải, giúp ổn định điện áp lưới điện [10].
Theo nguyên lý điều chỉnh của TCR và TSC, khi thay đổi góc mở α dẫn đến việc thay đổi CSPK phát ra hay thu vào. Do SVC kết hợp từ TCR và TSC nên SVC có thể điều chỉnh liên tục CSPK trong quá trình điều khiển. Các phần tử của SVC được nối vào mạng điện thông qua các van Thyristor mà không dùng máy cắt. Nhờ vậy, SVC có tốc độ điều chỉnh rất cao, gần như không có thời gian quá độ[10].
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của SVC loại TSC - TCR
Hình 3.5: Đặc tính V-I của SVC
3.1.3.5. Phân tích ảnh hưởng của CSPK truyền tải trên toàn tuyến 471/110kV Đà Lạt 2.
NMTĐ Đạ khai có công suất 8,1 MW, nằm cách trạm 110kV Đà Lạt 2 với khoảng cách 30km, được đấu nối vào lưới điện tại trụ số 471/332. Thông số vận hành khi NMTĐ Đạ khai phát hết công suất (8,1MW) đo được tại các nút phụ tải chính như sau: (nút 1,2,3,4 tương ứng với NMTĐ Đạ khai, trụ số 471/332, trụ số 471/109, trạm 110kV Đà lạt 2).
Từ NMTĐ Đạ khai tới trụ đấu nối vào lưới điện (471/332) có chiều dài l = 10km, sử dụng dây dẫn AC 185mm2 , ro = 1,52 (Ω/km), xo = 0,317 (Ω/km).
Từ trụ số 471/332 tới trụ số 471/109 có chiều dài l = 9.5km, sử dụng dây dẫn (2xAC70mm2), (Lấy thông số dây dẫn 120mm2 , ro = 2,44 (Ω/km), xo = 0,377 (Ω/km để tính toán).
Từ trụ số 471/109 tới trạm 110kV Đà Lạt 2 có chiều dài l = 7km, sử dụng dây dẫn AC 120mm2.
Bảng 3.10: Thông số truy xuất từ chương trình đo ghi xa (PL 11,12,13,14 - TSVH ngày 01.11/2017)
Nút 1 Nút 2 Nút 3 Nút 4
P1 Q1 U1 P2 Q2 U2 P3 Q3 U3 P4 Q4 U4 23h 8,11 2,29 23.9 7,95 2,43 23.9 5,47 2,7 23.2 2,31 2,85 23.7 18h 8,11 2,07 23.9 7,95 2,2 23.7 5,52 2,58 23 4,04 2,34 23.1
Nhận xét: Từ kết quả truy xuất thông số vận hành trên, nhận thấy: vào giờ thấp điểm, điện áp tại trạm 110kV Đà lạt 2 cao hơn nhiều so với định mức, do vậy NMTĐ Đạ khai phải vận hành ở chế độ thiếu kích thích để tiêu thụ CSPK nhằm giảm điện áp lưới. Muốn NM không tiêu thụ CSPK, giảm truyển tải CSPK trên lưới ta phải đặt thiết bị tiêu thụ CSPK.
3.1.3.6. Tác dụng giảm truyền tải CSPK khi đặt kháng bù ngang .
Bảng 3.11: Thông số truy xuất từ chương trình đo ghi xa (PL-9,10 - TSVH ngày 16.11/2017 và ngày 21.01/2018)
8h 7h 5h30 4h
P1 Q1 Cosφ P2 Q2 Cosφ P3 Q3 Cosφ P4 Q4 Cosφ 16-
11-17
7,8 2,28 0,95 7,7 2,43 0,95 7,79 2,46 0.95 7,73 2,61 0,95 21-
01-18
7,54 0,82 0,98 7,6 0,82 0,99 7,7 1,3 0.98 7,7 1,4 0,98
Giảm 1,46 1,61 1,16 1,21
Sau khi lắp đặt 1.5MVAr kháng lên lưới, CSPK truyền tải trên lưới đã giảm một lượng tương đương.
Biểu đồ 3.4. Biểu đồ CSPK sau trước và sau khi lắp đặt kháng bù ngang Giải pháp gắn kháng bù ngang làm giảm CSPK truyền tải trên lưới, góp phần làm giảm tổn thất, tăng tuổi thọ của máy phát điện.