CHƯƠNG I TRUYỀN TẢI ĐIỆN ĐI XA
1.3 VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI
1.3.1 Chế độ xác lập khi hở mạch phía nhận điện
Khi phía cuối đường dây (phía nhận điện) hở mạch sẽ có 3 hiện tượng không bình thường xảy ra :
-Điện áp đầu ở đầu hở tăng cao
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Page 97 -Máy phát điện có thể bị quá tải do dòng điện dung
-Máy phát có thể bị tự khích thích
Sau đây ta sẽ xem xét 3 trường hợp nêu trên : Sự tăng cao điện áp ở cuối đường dây Khi không tính đến điện trở của đường dây,ta có :
. .
1 2.cos 0
U U
Điện áp hai đầu đường dây luôn trùng pha với nhau nhưng khác về biên độ và có thể viết : U1U2.cos0 ; 2
1 0
1 os U
U c (2.55) Nếu xuất phát từ cuối đường dây (x=0) thì điện áp điểm x là : Ux U c2. os0x (2.56)
Hình 2.6 Quan hệ tỷ số U2/U1 theo độ dài đường dây
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Page 98
Ux/U1
l ;km
1,0 1,4 1,8
200 400 600 800
0
Hình 2.7 là phân bố điện áp trên dọc đường dây
Trên hình 2.6 trình bày quan hệ tỷ số U2/U1 theo độ dài đường dây,còn trên hình 2.7 là phân bố điện áp trên dọc đường dây với độ dài đường dây khác nhau ( 1 : 500km ;
2 :750km ;3 :1000km )
Công suất phản kháng điện dung
Công suất phản kháng do điện dung đường dây gây ra ở đầu đường dây không tải và không bù khi không tính đến điện trở đường dây là :
2 1
1 0
0
. .
Kt s
Q U tg
Z
Với
0
0 1 2 0
0
. sin ; . os
tg os U U c
c
thay vào công thức trên ta được :
2 2
1 0
0
.sin 2
Kt 2
s
Q U
Z
(2.57) Công suất điện dung máy phát phải chịu là :
QF Q1Kt QMBA (2.58)
Nếu điện áp trên cực máy phát điện bình thường thì giá trị tính được QF có thể dùng để đánh giá quá tải của máy phát điện.Nếu điện áp máy phát giảm thấp thì phải tính ra dòng điện để xét quá tải :
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Page 99
( 1 )
; 3
F MBA
F F
F MBA
Q U U
I U
U K
(2.59) Ví dụ đường dây dài 1000km,điện áp đầu đường dây U1=500kV.
0 6
0 60 ;x0 0, 293 /km b; 0 3.93.10 1 / km
. Tính U2 và Q1Kt :
1
2 0
0
500 1000
os os60
U U kV
c c
2 2 0
1 0 2 1
0 0
500 . 60
.10 1580
29,3 3,93
Kt
U tg tg
Q MVAR
x b
Nếu công sất máy phát điện là 300 MVA thì sẽ bị quá tải : 100 1580 300 500%
Ta thấy ngay cả khi giảm điện áp đầu nguồn máy phát điện vẫn bị quá tải.
Khi đóng đường dây vào hệ thống,người ta nâng điện áp đầu nguồn lên từ từ và kiểm tra các hạng mục sau :
- Quá tải máy phát,xét đến khả năng quá tải của máy phát điện,khả năng này phụ thuộc thời gian kéo dài quá tải
- Trường hợp một máy phát điện bị quá tải quá mức cho phép thì có thể cho chạy song song một số máy phát điện trong chế độ không tải.
- Nếu không được thì tính đến đóng kháng điện. Công suất kháng điện cần thiết phụ thuộc vào độ dài đường dây và khả năng quá tải của máy phát điện.
Khi truyền tải điện đi xa để hạn chế quá điện áp cuối đường dây do dung dẫn của đường dây gây ra ở chế độ không tải và tải nhỏ,trong kỹ thuật điện hiện nay người ta sử dụng các kháng bù ngang mắc ở hai đầu mỗi đoạn đường dây cao áp và siêu cao áp. Đồng thời để nâng cao độ ổn định điện áp và khả năng truyền tải dài của các đường dây người ta thường thực hiện lắp đặt hệ thống tụ bù dọc kết hợp với kháng bù ngang không điều khiển trên đường dây.
1.3.2 Giới hạn quá điện áp bằng kháng điện bù ngang Kháng bù ngang
Chức năng tác dụng:
Là thiết bị chỉ tiêu thụ công suất phản kháng nên có tác dụng triệt tiêu ,điều chỉnh lượng công suất phản kháng dư thừa do lưới điện sinh ra,giảm điện áp và giữ ổn định điện áp hệ thống.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Page 100 Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha- đất và pha – pha là rất lớn.Điện dung này phát ra công suất phản kháng Qc rất lớn ( có tác dụng như tụ bù ngang) ,vì vậy trong trường hợp đường dây không tải hoặc tải nhỏ lượng công suất phản kháng dư thừa lớn thì điện áp cuối dường dây sẽ nâng cao hơn đầu đường dây.Để giảm ảnh hưởng bất lợi của điện dung này ,người ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt công suất phản kháng Qc.
Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lưới điện như hình vẽ:
Nguyên lý cấu tạo:
Cuộn kháng có thể được coi như một máy biến áp mà trong đó không có cuộn dây thứ cấp, tất cả dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải)
Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tương tự như máy biến áp ,nhưng vì tất cả dòng chảy vào cuộn kháng là dòng kích từ nên nếu dùng khung từ như máy biên áp thông thường nó sẽ bão hòa rất nhanh ,trở kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chạy qua cuộn kháng sẽ nhỏ.
Trong cuộn kháng, đường khép mạch từ khác so với máy biến áp.mạch từ được khép kín qua khe hở không khí (từ thông được khép qua vòng không khí) nhằm tránh bão hòa nhanh cho khung từ .Muốn được như vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép người ta tạo rất nhiều những khoảng trống bằng các nêm chèn vào trong lõi thép.
Vì cuộn kháng làm việc trong môi trường điện từ rất mạnh, nên yêu cầu cao về sự chắc chắn của khung từ và vỏ để chống độ rung rất lớn so với máy biến áp.
Dung lượng kháng bù ngang và chọn vị trí đặt chúng sẽ ảnh hưởng đến phân bố điện áp dọc theo đường dây và giá trị hệ số công suất cosφ. Việc đặt kháng cuối đường dây để hạn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Page 101 chế hiện tượng quá điện áp ở cuối đường dây khi không tải hoặc non tải, còn để đảm bảo hệ số cosφ cho phép của máy phát đầu nguồn thì phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây.
Trong chế độ tải cực tiểu thì công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV giá trị công suất này vào khoảng Q0 =1 MVAr/km),cho nên để đảm bảo phân bố điện áp đạt yêu cầu thì phải đặt kháng bù ngang trên một số điểm của đường dây (phân bố càng nhiều điểm càng tốt) trên cơ sở tính toán kinh tế - kỹ thật. Thông thường khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200 dến 500km là hợp lý.
1.3.3 Giới hạn quá điện áp bằng tụ bù dọc Tụ bù dọc
Chức năng tác dụng
Đối với tụ bù dọc chỉ có tác dụng giảm điện áp giáng trên đường dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đường dây)dàn đều điện áp trên đường dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đường dây.
Đồ thì điện áp dọc theo đường dây như sau:
Đường 1: khi không có tụ và kháng bù Đường 2: khi có tụ và kháng bù
Nguyên lý bù
Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải là cho tổng trở đường dây giảm đi (XS=X-XBÙ).Trở kháng trong hệ thống truyền tải bao gồm phần lớn là thành phần kháng và
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Page 102 phần nhỏ là thành phần điện trở (Zht=R+jXS) .Do đó nếu chúng ta thay đổi được XS thì sẽ thay đổi được điện áp ở phía tải bởi vì sự sụt áp trên đường dây được gây nên bởi dòng điện điện kháng nhiều hơn là dòng điện điện trở.
Sơ đồ mô phỏng đường dây khi có tụ bù dọc:
Sau khi bù ,điện kháng trên đường dây là: X X Xbù
Và điện áp rơi trên đường dây sẽ là : U=[P.R + Q.(X-Xbù)]/U Như vậy ,U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
Page 103