Khi đường dây không tải (không tiêu thụ công suất tác dụng) lượng công suất phản kháng của điện trường phát ra rất lớn có thể gây ra quá điện áp ở một phần của đường dây. Để hạn chế mức quá điện áp không tải người ta dùng các kháng điện bù ngang.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Khi tăng dần công suất tác dụng tải trên đường dây, lượng công suất phản kháng thừa do đường dây phát ra sẽ giảm dần. Do vậy, các kháng điện bù ngang cần phải được cắt ra. Việc cắt các kháng điện bù ngang ra khỏi đường dây cần được kiểm tra sao cho ở thời điểm cắt kháng điện, điện áp ở bất kỳ điểm nào ở trên đường dây cũng không vượt quá giới hạn tối đa cho phép. Khi công suất tải bằng công suất tự nhiên thì các kháng điện phải được cắt ra hoàn toàn hoặc phải làm sao cho lượng công suất phản kháng các thiết bị bù từ bên ngoài đưa vào hoặc rút ra khỏi đường dây phải bằng không. Yêu cầu này có thể thực hiện bằng nhiều cách.
1. Sử dụng kháng điện có điều khiển giới hạn điều chỉnh (Q-Qdd). Đây là
phương án tốt nhất cả về kỹ thuật lẫn kinh tế.
2. Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với máy bù đồng bộ. Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - (QK + QB) đến + (QK + QB), trong đó QK là công suất phản kháng điện, QB là công suất phản kháng máy bù đồng bộ. Trong phương án này công suất của kháng điện có thể bé hơn phương án 1 tuy nhiên giá tiền thiết bị cao hơn.
3. Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với thiết bị bù tĩnh có khả năng thay đổi công suất bù liên tục. Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - QK đến + (QBT + QK) trong đó QBT là công suất của thiết bị bù tĩnh.
4. Điều khiển bằng đóng cắt các điện kháng có công suất cố định trong quá trình vận hành. Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh nhảy bậc và khả năng điều chỉnh không cao.
Đối với đường dây dài, để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong vận hành ổn đinh của hệ thống và nâng cao năng lực chuyển tải của đường dây cần sử dụng các biện pháp kỹ thuật đặc biệt. Những biện pháp kỹ thuật thường dung để đảm bảo những yêu cầu trên đối với những đường tải điện xoay chiều gồm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
a. Tăng số lượng dây nhỏ trong một pha của đường dây để giảm bớt điện kháng và tổng trở sóng, tăng công suất tự nhiên và khả năng tải của đường dây.
b. Bù thông số của đường dây bằng các thiết bị bù dọc và ngang để giảm cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán của đường dây rút ngắn lại.
c. Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đường dây.Với đường dây 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang không được quá 600km.
d. Đặt máy bù đồng bộ hoặc thiết bị bù tĩnh ở các trạm nút công suất trung gian và trạm cuối.
Ở các đường dây dài cao áp hoặc siêu cao áp, khi không tải hoặc non tải, lượng công suất phản kháng do đường dây phát ra rất lớn và có thể gây quá điện áp ở một số phần của đường dây. Để hạn chế mức quá áp, tăng khả năng tải của đường dây, nâng cao ổn định người ta sử dụng phương án dọc và bù ngang.
1.7. Bù dọc và bù ngang đƣờng dây
Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số qua các thiết bị bù dọc và bù ngang. Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây. Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao động công suất làm cho việc vận hành hệ thống một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. Đây là biện pháp cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở Việt Nam.
1.7.1. Bù dọc
Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao làm ảnh hưởng rất xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
giữa đầu và cuối đường dây, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém.
Bù dọc là giải pháp tăng điện dẫn liên kết (giảm điện kháng X của đường
dây) bằng dung kháng XC của tụ điện. Qua đó giới hạn truyền tải của đường
dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên. Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ.
Khi mắc thêm tụ vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện sẽ giảm xuống (XL - XC). Giả sử góc lệch giữa dòng điện phụ tải I và điện áp
cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở đầu đường dây và góc
lệch pha giữa véc tơ điện áp giữa 2 đầu đường dây giảm xuống nhiều. Qua
đó ta thấy được hiệu quả của việc bù dòng. a. Ổn định điện áp
- Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải. - Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
b. Ổn định về góc lệch .
Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.
- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây. + Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
sin . 2 1 L gh X U U P (1.37)
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
L gh X U U P 1 2 (1.38)
+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
sin . 2 1 C L gh X X U U P (1.39)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
C L gh X X U U P 1 2 (1.40)
Ta thấy sau khi bù giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:
C C L X X X K lần (1.41)
c. Giảm tổn thất công suất và điện năng
- Dòng điện chạy qua tụ C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.
Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:
% 100 . C C L C X X X K
Thông thường đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ
40-75% tuỳ theo chiều dài từng đường.
1.7.2. Bù ngang
Bù dang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp. Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp. Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện.
Dòng điện IL của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện tương quá áp ở cuối đường dây.
Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt bù của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trong đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải … của đường dây.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
- Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp. Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây.
- Trong chế độ non tải (Ptải < PTN) thì công suất phản kháng trên đường dây thừa và đi về 2 phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng.
- Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như sau:
l b U
QC dd2.0. (1.43)
Trong đó: Udd: Điện áp đanh dịnh của đường dây
L: Chiều dài đường dây
- Đối với đường dây siêu cap áp có điện áp 330 750kV thì có thể sử dụng quan hệ gần đúng: 0 0 6 0 0 1,15.10, b X Z b X C (1.44) Nên ta có: C Z b 3 0 10 . 07 , 1
Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra
là: TN C dd C l lP Z U Q.1,07.103.1,07.103.. (1,45)
Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL
% 100 . % 100 . C L C L L Q Q I I K (1.46) Trong đó:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra
Đối với đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của kháng bù ngang trên đường dây bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra.
Kháng điện bù ngang có điều khiển là một thiết bị tiêu thụ công suất
phản kháng có điều chỉnh công suất phản kháng tiêu thụ trong giới hạn từ Q0
đến trị số danh định.
Kháng điện bù ngang vừa thực hiện chức năng của một kháng điện bình thường vừa thay thế được các máy phát điện trong nhiệm vụ điều chỉnh công suất trong hệ thống. Sử dụng kháng bù ngang có điều khiển trong nhiều trường hợp cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể.
`Công suất đặt của kháng bù ngang có điều khiển giống như kháng bình thường, được tính toán theo chế độ vận hành không tải đường dây. Nó phụ thuộc vào công suất tự nhiên và chiều dài của đường dây.
Nếu ở các trạm nhận điện, ta đặt các kháng bù ngang có điều khiển với công suất đủ lớn đảm bảo được chức năng bù ngang thông số đường dây và ở những điểm đặt này có thể giữ điện áp không đổi. Như vậy, trong chế độ vận hành với công suất tải trên đường dây thay đổi không cần phải đóng hoặc cắt kháng điện ra khỏi đường dây.
Kết luận
Trong chương này, em đã tìm hiểu được tổng quan bù công suất phản kháng. Qua đó thấy vai trò của việc bù công suất phản kháng là nâng cao tính tin cậy của hệ thống điện, tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây, giảm tổn thất và cải thiện hàng loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của đường dây, đặc biệt là của các đường dây cao áp và siêu cao áp có chiều dài lớn. Các chế độ làm việc quá độ, chế độ xác lập và cân bằng công suất trong hệ thống điện. Sự hình thành công suất phản kháng trên đường dây cao thế khi truyền tải và biết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
tổn thất điện áp trên đường dây có nguyên nhân chính là công suất phản kháng. Đây là những vấn đề lý thuyết cơ bản khi nghiên cứu hệ thống điện. Nó giúp em hiểu rõ bản chất của quá trình trao đổi năng lực trong hệ thống điện. Trong chương này em cũng trình bày hai phương pháp bù công suất phản kháng là bù dọc và bù ngang trên đường dây. Đây là vấn đề quan trọng trong ổn định hệ thống điện. Từ những lý thuyết cơ bản trên là cơ sở để em
nghiên cứu thiết kế bộ công suất phản kháng trong hệ thống điện ở chương sau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
CHƢƠNG 2
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC
2.1. Đặt vấn đề
Trước đây, các thiết bị bù công suất phản kháng là các bù tĩnh và máy bù đồng bộ. Các thiết bị bù này ngày nay ít được dùng nữa vì chúng có nhiều hạn chế.
Đối với tụ bù tĩnh. Bộ tụ song song lần đầu tiên sử dụng để hiệu chỉnh hệ số công suất vào năm 1914. Thiết bị đóng ngắt thường sử dụng như rơle và cầu dao. Các phương pháp này dựa trên các chuyển mạch cơ học và các rơle. Nhược điểm là phản ứng chậm, không tin cậy, phát ra dòng điện khởi động cao, đòi hỏi phải bảo dưỡng thường xuyên.
Đối với máy bù động. Máy bù động đóng vai trò quan trọng trong điều khiển công suất phản kháng và điện áp trong hơn 50 năm. Máy điện có thể cung cấp điều khiển công suất phản kháng liên tục khi được sử dụng với mạch kích từ tự động chính xác. Nhược điểm là đỏi hỏi thiết lập nhiều và số lượng thiét bị khởi động bảo vệ đáng kể, chúng không thể điều khiển đủ nhanh để bù cho sự thay đổ tải lớn. Ngoài ra, sự tổn thất của chúng là sớm hơn so với bù tĩnh, và chi phí thì lớn hơn nhiều so với các bộ bù tĩnh.
Ngày nay, với sự ra đời của các thiết bị Thyrisor công suất lớn và cùng với nó là các thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System), trong đó có SVC (Static Var Compensator) là thiết bị FACTS thông dụng, đã khắc phục được các nhược điểm nêu trên và mang lại hiệu quả cao trong vận hành hệ thống điện. Sự ưu việt của SVC được thể hiện là: Khả năng điều chỉnh nhanh, biên độ thay đổi khá lớn, độ tin cậy cao và giảm bớt tổn thất. Ngoài ra, yêu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
cầu bảo hành bảo trì thấp do vắng mặt các phần tử quay nên ngày nay nó đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện. Nó hoạt động trong hệ thống như một phần tử thụ động nhưng lại phản ứng như đối tượng tự thích nghi với thông số chế độ làm việc của hệ thống.
Kết luận: Từ yêu cầu đề tài và phân tích ở trên, em quyết định chọn thiết kế bộ bù công suất theo kiểu SVC. Sau đây là cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị bù tĩnh SVC.
2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tĩnh SVC
2.2.1. Cấu tạo chung
Về cơ bản SVC cấu tạo từ các phần tử chính sau: Tụ điện có điện dung cố định (FC), tụ điện đóng mở bằng Thyristor (TSC) và kháng điện đóng mở bằng Thyristor (TSR), kháng điện điều khiển bằng Thyristor (TCR) .
TCR (Thyristor Controlled Reactor): Kháng điều khiển bằng thyristor có chức năng điều khiển liên tục dòng công suất phản kháng.
TSC (Thyristor Switched Capacotpor): Tụ đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh dòng công suất phản kháng tiêu thụ.
TSR (Thyristor Switched Reactor): Kháng đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh công suất phản kháng phát trên lưới.
Ngoài các phần tử cơ bản nói trên còn phải kể đến các phần tử khác của SVC như hệ thống điều khiển Thyristor, các bộ lọc cao tần, máy biến áp với điện áp thứ cấp phù hợp với các cấp điện áp của SVC, các bộ lọc cao tần làm