Nghiên cứu các phương pháp điều khiển điện áp và phân bố công suất phản kháng trong mạng cung cấp điện, ứng dụng cho mạng cung cấp điện thành phố thái bình

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG
NHÀ MÁY ĐIỆN .............................................................................................2
1.1 Nhà máy điện ....................................................................................................2
1.2 Tìm hiểu chung về máy phát điện đồng bộ. ..................................................3
1.3 các đặc tính của máy phát điện đồng bộ. .......................................................6
1.3.1 Đặc tính khơng tải. ..................................................................................7
1.3.2 Đặc tính ngắn mạch và tỉ số ngắn mạch. .................................................7
1.3.3 Đặc tính ngồi và độ thay đổi điện áp ∆Uđm của máy .............................8
1.3.4 Đặc tính điều chỉnh. .................................................................................9
1.3.5 Đặc tính tải ............................................................................................10
1.4 Các phương pháp điều chỉnh điện áp ..........................................................11
1.4.1. Các thiết bị điều chỉnh điện áp............................................................. 13
1.4.2. Các loại điều chỉnh Điện áp ......................................................................16
1.5 Điều chỉnh điện áp ở nhà máy điện .............................................................28
1.5.1. Điều chỉnh điện áp ở máy phát điện .....................................................28
1.5.2. Điều chỉnh ở máy biến áp tăng áp ........................................................28
1.5.3. Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dịng cơng suất phản kháng ....29
CHƯƠNG 2: NHIỆM VỤ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP, ĐIỀU CHỈNH CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN ......................................31
2.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản
kháng .................................................................................................................... 31
2.1.1 Vai trò của điện áp và các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp..................... 31
2.1.2 Hệ kích từ của các máy điện đồng bộ. ...................................................31
2.1.3 Cấu tạo hệ thống kích từ. .......................................................................34
2.1.4 Nhiệm vụ của các thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (TĐĐCĐA) ......37
2.2 Các thiết bị TĐĐC điện áp điển hình ...........................................................37
2.2.1 Nguyên lý TĐĐC điện áp ......................................................................38
2.2.2 Hệ thống kích từ của máy phát điện 1 chiều. ........................................38

2.2.3 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo sai lệch. ................39


2.2.4 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo nguyên lý bù
nhiễu ...............................................................................................................42
2.2.5 Hệ thống TĐĐC điện áp theo nguyên lý hỗn hợp................................. 45
2.2.6 Các thiết bị TĐĐC điện áp thường dùng trong các máy phát điện đồng
bộ công suất nhỏ. ............................................................................................45
2.3 Xây dựng sơ đồ TĐĐC điện áp sử dụng Tiristor ........................................51
2.3.1 Đối tượng điều chỉnh............................................................................. 51
2.3.2 Khối điều khiển .....................................................................................52
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO
MÁY PHÁT ĐIỆN TUAPIN HƠI CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI
BÌNH ..............................................................................................................56
3.1 Nhiệm vụ thiết kế: ..........................................................................................56
3.1.1 Nhiệm vụ ...............................................................................................56
3.1.2 Thông số chung: ....................................................................................56
3.1.3 Hệ thống kích từ cho máy phát điện. .....................................................57
3.1.4 Nhiệm vụ thiết bị tự động điều chỉnh điện áp kiểu tĩnh AVR. ..............57
3.2 Tính chọn thiết bị cho mạch động lực. .........................................................58
3.2.1 Sơ đồ mạch động lực: ............................................................................58
3.2.2 Tính chọn các thông số của mạch động lực ..........................................60
3.3 Thiết kế mạch đo lường, điều khiển .............................................................69
3.3.1Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển .......................................................69
3.3.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển..................................................................71
3.3.3 Tính chọn các khối của mạch điều khiển ..............................................81
KẾT LUẬN ĐỒ ÁN: ......................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NĨI ĐẦU
Cơng nghiệp hóa, hiện đại của đất nước ta trên con đường phát triển đòi
hỏi cần phải phát triển mạnh mẽ các ngành công nghiệp trọng điểm và yều
cầu khoa học kỹ thuật tiên tiến. Đặc biệt cần phải chú trọng, ưu tiên đến các
ngành phát triển như năng lượng, giao thông… Bởi tầm quan trọng cũng như
sự cần thiết cho sự phát triển của đất nước.
Nằm trong sự phát triển năng lượng thì vấn bảo đảm cung ứng và ổn
định nguồn năng lượng điện đóng vai trị quan trọng nhất. Vì vậy, chúng ta
cần phải có nguồn nhân lực có chất lượng cao để bảo đảm cho sự phát triển
đó. Ngồi ra, nước ta lại có ưu thế về tài ngun than đá, sơng suối đó là
những yếu tố quan trọng nhất trọng sự phát triển nguồn năng lượng điện.
Thực tế thì nước ta đã, đang và sẽ ưu tiên phát triển ngành điện vì sự
phát triển của các ngành cơng nghiệp mũi nhọn khác. Ngồi ra, để đảm bảo
cho sự ổn định cũng như tuổi thọ của các thiết bị tiêu thụ điện thì việc ổn định
điện áp trong quá trình cung cấp tiêu thụ và sử dụng lại càng đóng vai trị
quan trọng.
Thực chất của quá trình ổn định điện áp cũng là quá trình điều chỉnh
công suất phản kháng cho phù hợp.
Đề tài em chọn là: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
ĐIỆN ÁP VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG
CUNG CẤP ĐIỆN, ỨNG DỤNG CHO MẠNG CUNG CẤP ĐIỆN
THÀNH PHỐ THÁI BÌNH.
Trong q trình làm đồ án em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của
thầy giáo, tiến sỹ Ngô Duy Hưng cùng các thầy cô trong bộ môn và các bạn
đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ để em hồn thành tốt đồ án của mình.

1


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
1.1 Nhà máy điện
Một nhà máy điện bao gồm rất nhiều thành phần:
 Đối với nhà máy thủy điện cần phải có những cơng trình chính sau:
-

Đập ngăn hoặc dâng nước tạo thành hồ chứa

-

Cơng trình xả lũ.

-

Cơng trình lấy nước cho nhà máy thủy điện.

-

Cơng trình tàu bè đi lại trên hệ thống đường thủy

Khu nhà máy là khu vực sản xuất điện năng, có nhiệm vụ chuyển hóa
năng lượng nước thành điện năng và đưa nguồn điện đó vào hệ thống
điện theo yêu cầu tiêu thụ. Do đó, tại các khu vực nhà máy có các cơng
trình sau:
-

Nhà máy thủy điện và các thiết bị tổ máy.

-

Trạm phân phối điện cao áp.

-

Các phòng phục vụ cho nhà máy.

 Với nhà máy nhiệt điện, yêu cầu có khác nhà máy thủy điện về nguồn
cung cấp nhiên liệu. Trong khi nhà máy thủy điện nguồn cung cấp năng
lượng là nước, thì nhà máy nhiệt điện ở nước ta nguồn cung cấp năng
lượng chính chủ yếu là từ nguồn than trù phú.
Vì vậy, việc đặt nhà máy nhiệt điện nơi gần nguồn nhiên liệu là một yếu
tố bắt buộc vì yếu tố kinh tế cũng như hiệu quả của nhà máy điện.
Hệ thống trong nhà máy nhiệt điện bao gồm:
-

Hệ thống lị hơi cơng suất lớn.

-

Turbine

2


-

Máy phát điện.

Việc cung cấp điện năng cho hệ thống điện nói chung của nhà máy điện

là giống nhau.
 Nhà máy điện hạt nhân.
Thực chất đây là nhà máy nhiệt điện nhưng điểm khác chủ yếu là việc
sử dụng nhiên liệu. Vì việc sinh nhiệt bằng năng lượng nguyên tử, do
vậy việc an toàn cần phải được đề cao nghiêm ngặt.
Cịn các yếu tố cịn lại khơng khác gì nhà máy nhiệt điện.
1.2 Tìm hiểu chung về máy phát điện đồng bộ.
Máy phát điện đồng bộ (MFĐ) thường được kéo bởi tuốc-bin hơi hoặc
tuốc-bin nước, vì vậy chúng được gọi chung là máy phát tuốc-bin hơi, hoặc
máy phát tuốc-bin nước. Đối với tuốc-bin hơi, do đặc trưng là tốc độ cao (cỡ
vài nghìn vịng/ phút) nên máy phát thường có kết cấu rơ-to cực ẩn, với đường
kính nhỏ để giảm thiểu lực ly tâm và ngược lại, đối với tuốc-bin nước, tốc độ
thấp nên thường có rơ-to cực lồi, đường kính có thể lên tới 15m tuỳ thuộc
cơng suất của máy.
MFĐ ba pha (MFĐ3) thường gặp cơ bản là máy phát điện mà dòng
điện một chiều được đưa vào quận dây kích từ khơng thơng qua vành đổi
chiều. Cực từ của MFĐ3 được kích thích bằng dịng điện một chiều được đặt
ở phần quay, còn dây quấn phần ứng với 3 điểm đối xứng trên nó được nối ra
ngồi tải thì được đặt ở phần tĩnh. Cũng có thể đặt cực từ ở phần tĩnh và dây
quấn phần ứng ở phần quay giống trong máy điện 1 chiều như ở máy điện
đồng bộ cơng suất nhỏ, vì sự trao đổi vị trí đó khơng làm thay đổi ngun lý
làm việc cơ bản củamáy.
Nguyên lý làm việc cơ bản như sau:
Stator của máy phát điện đồng bộ có dây quấn 3 pha được đặt cách
nhau một góc 120o trong khơng gian, được gọi là phần ứng, cảm ứng ra các

3


điện áp cung cấp ra tải. Còn rotor của máy phát, với cấu tạo dây quấn cực từ

(cực lồi đối với máy phát có tuốc bin tốc độ thấp như các máy phát tuốc bin
nước, và cực ẩn đối với tuốc bin có tốc độ cao như máy phát Diesel, tuốc bin
hơi và khí) làm nhiệm vụ cung cấp từ trường.
Khi rotor quay với tốc độ n thì từ trường cực từ sẽ quét và cảm ứng lên
các dây quấn phần ứng các sức điện động (s.đ.đ.) xoay chiều lần lượt lệch pha
nhau 120o theo chu kỳ thời gian, với tần số:
f= (Hz)
p: Số cặp cực.
Khi MFĐ3 làm việc khép mạch với tải, dòng điện 3 pha chảy trong 3
dây quấn lệch nhau góc

2
về thời gian sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ
3

n1 = (vòng/phút).
 Máy cực ẩn
Rotor được làm bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối
hình trụ, trên đó người ta gia cơng phay tạo rãnh để đặt dây quấn kích từ.
Phần khơng phay rãnh hình thành mặt cực từ.
Các MFĐ3 cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p=2, như vậy tốc độ
quay của Rotor là 3000 vòng/phút. Để hạn chế lực ly tâm trong phạm vi an
toàn đối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép Rotor, đường kính D của
Rotor không quá 1,1 – 1,5 m. Tăng công suất của máy bằng cách tăng chiều
dài l của Rotor. Chiều dài tối đa của Rotor vào khoảng 6,5 m.
Dây dẫn kích từ đặt trong rãnh Rotor được chế tạo từ dây đồng trần, tiết
diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây. Các vòng dây của bối
dây này được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng. Dây quấn kích từ
nằm trong rãnh được cố định và ép chặt bằng các thanh nêm phi từ tính đưa
vào miệng rãnh. Phần đầu nối ở ngoài rãnh được đai chặt bằng các ống trụ

4


thép phi từ tính nhằm bảo vệ chống lại lực điện động do dòng điện gây ra. Hai
đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu
trục thông qua hai chổi điện, nối với dịng kích từ 1 chiều.
Dịng điện kích từ 1 chiều thường được cung cấp bởi một máy phát điện
1 chiều, hoặc xoay chiều được chỉnh lưu (có hoặc khơng có vành trượt), nối
chung trục với MFĐ.
Stator của MFĐ3 cực ẩn bao gồm lõi thép, trong có đặt dây quấn 3 pha,
ngoài là thân và vỏ máy. Lõi thép Stator được ghép và ép bằng các tấm tôn
Silic có phủ cách điện. Các đường thơng gió làm mát cho máy được chế tạo
cố định trong thân máy để đảm bảo độ bền cách điện của dây quấn và máy.
 Máy Cực lồi.
Máy cực lồi được chế tạo cho các MFĐ có tốc độ quay thấp, nên khác
với máy cực ẩn, đường kính D của Rotor có thể lớn tới 15 m trong khi chiều
l
dài l lại nhỏ với tỷ lệ D = 0,15 – 0,2

Rotor của MFĐ cực lồi cơng suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo
bằng thép đúc và gia công thành khối hình trụ trên mặt có đặt cực từ. Ở các
máy lớn, lõi thép đó được chế tạo từ các tấm thép dày, từ 1-6mm, được dập
hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ và lõi thép này thường
không trực tiếp lồng vào trục của máy mà được đặt trên giá đỡ của Rotor, giá
này được lồng vào trục máy.
Cực từ đặt trên lõi thép Rotor được ghép bằng những lá thép dày 1- 1,5 mm,
chế tạo có đi hình T hoặc bằng các bu-lơng xun qua mặt cực và vít chặt
vào lõi thép Rotor.
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn

5


theo chiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là các lớp
mica hoặc amiang. Sau khi gia công, các cuộn dây được lồng vào các thân
cực. Dây quấn cản của MFĐ được đặt ở trên các đầu cực có cấu tạo như
dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ. Nghĩa là làm bằng các
thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và hai đầu nối với hai vành ngắn mạch.
Stator của MFĐ cực lồi có cấu tạo như ở MFĐ cực ẩn.
Để đảm bảo vận hành ổn định, ngoài các yêu cầu chặt chẽ đỗi với kết
cấu về điện, các kết cấu về cơ học và hệ thống làm mát cũng được thiết kế chế
tạo phù hợp và tương thích với từng loại MFĐ, đáp ứng được môi trường và
chế độ làm việc. MFĐ, làm mát bằng gió – cơng suất nhỏ, có các khoang
thơng gió làm mát được thiết kế chế tạo nằm giữa vỏ máy và lõi thép Stator.
Đầu trục của máy được gắn một cánh quạt gió để khi quay khơng khí được
thổi qua các khoang thơng gió này. Vỏ máy ngoài ra cũng được chế tạo với
các sống gân hoặc cánh toả nhiệt nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi
nhiệt cho máy. Phổ biến nhất là các MFĐ được làm mát bằng nước hoặc bằng
khí và được áp dụng cho các máy có cơng suất lớn cỡ từ vài chục kW trở lên.
1.3 các đặc tính của máy phát điện đồng bộ.
-

Đặc tính khơng tải E=Uo =f(it) khi I=0 và f=fđm khi I= 0 và f= fđm

-

Đặc tính ngắn mạch U = f(it) khi U = 0 ; f = fđm

-

Đặc tính ngồi U = f(I) khi it = const ; cosφ =const ; f = fđm

-

Đặc tính điều chỉnh it = f(I) khi U = const ; cosφ = const ; f =fđm

-

Đặc tính tải U= f(it) khi I = const ; cosφ = const ; f= fđm

6


1.3.1 Đặc tính khơng tải.
Đặc tính khơng tải là quan hệ giữa sức điện động E cảm ứng ra quận
dây stator với dịng điện kích từ khi dịng điện tải bằng không trong hệ
đơn vị tương đối với:

E

E*= E

i

và

i* = i
đm

đm

E*

i*

O

Hinh 1.1. Đặc tính khơng tải
1.3.2 Đặc tính ngắn mạch và tỉ số ngắn mạch.
In = f(it) khi U= 0 ; f= fđm.
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng điện tải khi ngắn mạch (khi
dây quấn phần ứng được nối tắt ngay đầu máy) với dịng điện kích từ
khi điện áp bằng không và tần số bằng định mức. Nếu bỏ qua điện trở
của dây quấn phần ứng ( rư = 0) thì mạch điện dây quấn phần lúc ngắn
mạch là thuần cảm ( Ψ = 90O) như vậy:
E
Iq = cosΨ = 0
Id = IsinΨ = I
=> E = jIxd
Vậy ta có đồ thị véc tơ:

jIxd

jIxưd
jIxưσ
O

Hình 1.2 Đồ thị véctơ

7

I


Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy khơng bão
hồ vì từ thơng khe hở khơng khí  Φσ cần thiết để sinh ra.
Eσ = E – Ixưd = Ixσư Rất nhỏ, Như vậy quan hệ I = f(It) là đường thẳng
I
I = f(It)

O

It

Hình 1.3 . Đặc tính ngắn mạch
Tỷ số ngắn mạch: Tỷ số ngắn mạch K là tỷ số dòng điện ngắn mạch Ino ứng
với dịng điện kích thích sinh ra suất điện động E = Uđm khi khơng tải với
dịng điện định mức
I no

U đm

K= I ( Trong đó: Ino= x )
đm
d
xd là tri số bão hòa của điện kháng dọc trục ứng với Uđm=E
Tỷ số ngắn mạch K là một hằng số quan trọng trong máy điện đồng bộ. Máy
với K lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp ∆U nhỏ khiến cho máy là việc
ổn định khi tải thay đổi.

1.3.3 Đặc tính ngồi và độ thay đổi điện áp ∆Uđm của máy
phát đồng bộ.
Đặc tính ngồi là quan hệ điện áp đầu ra của máy phát khi dịng điện tải thay
đổi với dịng điện kích từ, hệ số cơng suất và tần số là khơng đổi.
Dịng điện it - ứng với Uđm ; Iđm ; cosφ= const ; f = fđm - được gọi là dòng điện
từ hoá định mức.

8


U(v)
∆Uđm

cosφ=0.8 (thuần cảm)

Uđm

cosφ=1

cosφ=0
Iđm

I(A)

Hình 1.4. đặc tính ngồi
Từ hình vẽ ta thấy dạng đặc tính ngồi phụ thuộc vào tính chất tải. Nếu
tải có tính cảm khi I tăng phản ứng khử từ của phần ứng tăng, điện áp giảm và
đường biểu diễn đi xuống. Ngược lại, nếu tải có tính dung khi I tăng , phản
ứng phần ứng là trợ từ, điện áp tăng và đường biểu diễn đi lên.
Độ thay đổi điện áp định mức  ∆Uđm cuả máy phát điện đồng bộ là sự

thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức với cosφ = cosφ đm đến khơng tải
trong điều kiện khơng thay đổi dịng điện kích thích.
1.3.4 Đặc tính điều chỉnh.
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ của dịng kích từ với dịng điện tải để ln giữ
cho điện áp khơng thay đổi. Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng điện it của
máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát không đổi
U

cosφ=0.8 (thuần cảm)
cosφ=1

U0

it
cosφ=0.8 (thuần kháng)

9


Iđm

I

Hình 1.5. Đặc tính điều chỉnh
Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng của phản ứng phần ứng tăng làm cho
U bị giảm. Để giữ cho U không đổi phải tăng dịng điện từ hố it. Ngược lại ở
tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm it thông thường cosφđm =
0,8 ( thuần cảm) nên từ thông tải

(U = Uđm ; I = 0) đến tải đinh mức (U =

Uđm ; I = Iđm) phải tăng dịng điện từ hố
1.3.5 Đặc tính tải
Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu ra của MFĐ với dịng kích từ
khi tải là khơng đổi. Với các trị số khác nhau của I và cosφ sẽ có các đặc tính
tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng cosφ = 0
(φ = 900) và I = Iđm Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra được từ đặc tính
khơng tải và tam giác điện kháng
Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2) để có trị số I n = Iđm dịng điện kích
thích itn hoặc sức từ động Ftn cần thiết bằng Ftn=itn = OC .
Khi máy làm việc ở chế độ ngắn mạch sức từ động của cực từ F tn = OC
gồm hai phần. Một phần để khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC =
kưdFưd sinh ra Eưd phần còn lại OB = OC – BC sẽ sinh ra suất điện động tản từ
Fσư = Iđmxσư = AB ( A nằm trên đoạn thẳng của đặc tính khơng tải đường 1 vì
lúc đó mạch từ khơng bão hồ).
Tam giác ABC được hình thành như trên được gọi là tam giác điện
kháng các cạnh BC và AB của tam giác tỷ lệ với dòng tải định mức I đm Đem
tịnh tiến tam giác điện kháng ABC sao cho điểm A tựa trên đặc tính khơng tải
thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính thuần cảm (đường 3)

10


U.I
M
Eσ
1

I=0

A

I=Iđm

O

C’
3

2

Iđm
0

C Q

P

it

Hình 1.6 Đặc tính tải
1.4

Các phương pháp điều chỉnh điện áp
Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:
1. Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng điều chỉnh dịng điện

kích từ máy phát.
2. Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy
biến áp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.

3. Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp
điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ.
4. Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất
điện áp trên đường dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ
điện đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
5. Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng
đường dây nhằm thay đổi tổn thất điện áp.
Về địa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp, có thể ở nhà máy điện, trên mạng
điện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt ngay tại thiết bị dùng điện.

11


Theo bản chất vật lý chỉ có hai phương pháp điều chỉnh điện áp, hoặc
tăng thêm nguồn công suất phản kháng (phương pháp 1 và 4) hoặc phân bố lại
công suất phản kháng trong mạng điện (các phương pháp còn lại), phương
pháp sau chỉ có hiệu quả khi hệ thống điện có đủ cơng suất phản kháng. Khi
hệ thống điện thiếu công suất phản kháng, phương pháp duy nhất để điều
chỉnh điện áp là tăng thêm các nguồn công suất phản kháng.
Để có thể điều chỉnh tốt điện áp, quá trình điều chỉnh được chia theo
thời gian thành ba giai đoạn, mà hệ thống điều chỉnh điện áp của Điện lực
Pháp thực hiện có hiệu quả là: điều chỉnh sơ cấp, điều chỉnh thứ cấp và điều
chỉnh cấp ba
 Điều chỉnh sơ cấp
Điều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi
nhanh và ngẫu nhiên của các thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát và các máy
bù tĩnh. Điều chỉnh sơ cấp thực hiện tự động trong thời gian vài chục phần
trăm giây. Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện ở mức an
toàn, tránh nguy cơ suy áp trong điều kiện vận hành bình thường và nhất là
khi sự cố

 Điều chỉnh thứ cấp
Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm của điện áp. Điều
chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉnh định của các thiết bị điều
chỉnh sơ cấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện
và các máy biến áp điều áp dưới tải trong từng miền. Quá trình này kết thúc
trong vòng 3 phút.
 Điều chỉnh cấp 3

12


Điều chỉnh cấp 3 để điều hòa mức điện áp giữa các miền điều chỉnh thứ
cấp, với mục đích tối ưu hóa mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn
kinh tế và an tồn. Q trình này có thể thực hiện bằng tay hay tự động. Thực
hiện nhiệm vụ này do hệ thống điều độ trung tâm thực hiện.
1.4.1. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
Việc điều chỉnh điện áp trong phạm vi cho phép là vấn đề phức tạp vì
hệ thống liên kết nhiều nguồn với nhiều phụ tải ở mọi cấp bậc của hệ thống
điện. Kết quả là giữ điện áp chỉ ở một điểm của hệ thống là chưa đủ mà trái
lại phải giữ ở nhiều điểm ở mọi cấp bậc theo chiều ngang cũng như chiều dọc
của hệ thống.
Nói cách khác, vấn đề điều chỉnh điện áp là xuyên suốt toàn bộ hệ
thống và đòi hỏi một số lượng lớn các thiết bị đặt trong hệ thống để phục vụ
cho hệ thống này.
Việc lựa chọn và phối trí các thiết bị điều áp là một trong những vấn đề
lớn của kỹ thuật hệ thống điện.
Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:
- Đầu phân áp của máy biến áp
- Máy biến áp điều áp dưới tải
- Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây

- Máy bù đồng bộ
- Bộ tụ điện có điều chỉnh
- Động cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ.

13


a. Đầu phân áp của máy biến áp

UH
UC

5
4
3
2
1

Ở đầu dây cao áp của máy biến áp ngồi đầu ra chính cịn có các đầu ra
phụ gọi là đầu phân áp. Các đầu phân áp cho phép thay đổi số vòng dây của
cuộn cao máy biến áp và do đó thay đổi hệ số biến áp của máy biến áp
b. Máy biến áp điều áp dưới tải

UH
UC
2
1
0
-1
-2

Máy biến áp điều áp dưới tải là loại máy biến áp có thể thay đổi đầu
phân áp khi đang mang tải. Máy biến áp điều áp dưới tải khác các loại máy
biến áp thông thường ở chổ là có bộ chuyển đổi đầu phân áp dưới tải, có đầu
phân áp nhiều hơn và phạm vi điều áp rộng hơn.

14


c. Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây
Máy biến áp bổ trợ cùng với máy biến áp động lực được sử dụng rộng
rãi trong mạng điện để điều chỉnh điện áp dưới tải. Máy biến áp bổ trợ có một
cuộn dây được nối tiếp với đường dây có thể thay đổi được điện áp. Cuộn dây
này được cung cấp điện từ cuộn thứ cấp của máy biến áp phụ. Cuộn sơ cấp
của máy biến áp phụ nhận điện từ mạng điện.
Tùy theo cách đấu nối cuộn dây của máy biến áp bổ trợ và của máy
biến áp phụ, ta có thể tạo được sức điện động phụ E lệch pha hoặc cùng pha
với điện áp.
Để điều chỉnh điện áp ngang thì điện áp đặt vào cuộn dây của máy biến
áp bổ trợ phải vuông góc với pha đang khảo sát.
Để điều chỉnh điện áp dọc thì cuộn sơ của máy biến áp phụ được nối vào cùng
với pha đang khảo sát.
Bộ điều chỉnh đường dây chỉ sử dụng có một máy biến áp. Cuộn thứ
cấp của máy biến áp được nối nối tiếp trên đường dây, có thể làm tăng hoặc
làm giảm điện áp trên đường dây đó. Các mạng điện cơng nghiệp, đại bộ phận
điều dùng máy biến áp điều chỉnh đường dây.
d.Máy bù đồng bộ
Máy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ khơng tải –
khơng có tải trên trục của nó. Nếu bỏ qua tổn thất khơng tải, có thể coi như
máy bù đồng bộ khơng tiêu tốn công suất tác dụng mà chỉ sản xuất công suất

phản kháng. So với động cơ đồng bộ thông thường thì máy bù đồng bộ có trục
nhỏ hơn nên có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn.

15


Máy bù đồng bộ là nguồn công suất phản kháng rất linh động vì cơng
suất phản kháng của nó có thể thay đổi liên tục về độ lớn và về chiều từ công
suất phản kháng sang công suất dung hầu nhưng rất đơn giản bằng cách thay
đổi từ trường kích thích.
Cơng suất phản kháng cung cấp bởi máy bù đồng bộ có khuynh hướng
tăng khi điện áp thanh cái giảm, kết quả là máy bù đồng bộ vận hành tốt hơn
tình trạng hệ thống có sự cố và giảm được nhấp nháy về ánh sáng.
Máy bù đồng bộ có thể quá tải ngắn hạn bằng cách điều chỉnh kích
thích và làm giảm được sự nhấp nháy về ánh sáng.
Vì máy bù đồng bộ có thể sinh ra cơng suất phản kháng và cũng có thể
tiêu thụ cơng suất phản kháng, nên máy bù đồng bộ có thể làm giảm hoặc làm
tăng điện áp tại phụ tải. máy bù đồng bộ không chịu ảnh hưởng của điện áp
mạng điện trong việc sản xuất ra cơng suất phản kháng, nó chỉ phụ thuộc chủ
yếu vào dịng điện kích từ. Dùng máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh được điện
áp rất trơn (khơng bị nhảy cấp) và chính xác, vì dịng điện kích từ có thể điều
chỉnh liên tục. Gia tiền của mỗi đơn vị dung lượng của máy bù đồng bộ thay
đơi theo cơng suất định mức của nó, cho nên chỉ khi nào dung lượng trên 500
kVA, dùng máy bù đồng bộ mới đảm bảo kinh tế.
1.4.2. Các loại điều chỉnh Điện áp
a. Điều chỉnh điện áp bằng tay và tự động
Các q trình điều chỉnh địi hỏi sự chỉnh định liên tục đáp ứng với sự
thay đổi của điện áp, bao gồm điều chỉnh kích từ máy phát, máy bù đồng bộ,
vị trí của các bộ điều chỉnh cảm ứng, nhảy nấc, bộ bù tĩnh,…

16


Tất cả các phương thức điều chỉnh có thể được thực hiện bằng tay hay
tự động.
Các bộ điều chỉnh điện áp trên đường dây nhánh hay tụ bù ngang trong
hệ thống phân phối thực tế được điều khiển tự động vì số lượng lớn các thiết
bị điều chỉnh và khơng có người trực, máy phát hay máy bù đồng bộ có người
trực có thể được điều chỉnh bằng tay. Tuy vậy, khi sự liên kết hệ thống ngày
càng phát triển rộng lớn thì điều khiển tự động kích từ máy phát trở nên thơng
dụng vì tác dụng rất có lợi về ổn định trong hệ thống.
b. Cân bằng công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện
Vì lý do kinh tế cơng suất nhà máy chỉ có thể đảm đương một phần u
cầu cơng suất phản kháng của phụ tải nhưng phần quan trọng có thể đáp ứng
tức thời các biến đổi nhanh công suất phản kháng của phụ tải trong chế độ
làm việc bình thường cũng như sự cố phần còn lại phải dùng các thiết bị bù để
cung cấp cho phụ tải.
Ta thấy máy phát chỉ cung cấp khoảng 50% tổng yêu cầu công suất
phản kháng của hệ thống phần còn thiếu được xử lý sau.
Yêu cầu phụ tải công nghiệp nâng cos lên 0,85.(tg = 0,6179), công
suất phản kháng được bù là:
0,7.(1,169 – 0,6197) = 0,3845 (kVAr)
Phần cơng suất bù của xí nghiệp phụ thuộc vào cos của phụ tải công
nghiệp

17


Phần còn lại do hệ thống phải bù là:
0,547 - 0,3845 = 0,1928 (kVAr)

Như vậy ứng với 1 (kw) công suất phụ tải phải bù khoảng 0,2 (kVAr).
Nếu tính đến lưới siêu cao áp thì cơng suất bù sẽ nhỏ hơn ta thấy công suất bù
của hệ thống là để bù vào tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp và
lưới điện điều này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến vị trí đặt bù.
Bù cơng suất phản kháng để phục vụ điều chỉnh điện áp do vậy điện áp
trong chế độ vận hành là tiêu chuẩn kỹ thuật chính để chọn cơng suất bù. điều
chỉnh điện áp trong tụ bù là thao tác các tụ bù cùng với điều chỉnh kích từ ở
máy phát điện và điều chỉnh các dầu phân áp ở các biến áp có trang thiệt bị
điều áp dưới tải.
Phương thức điều chỉnh điện áp lựa chọn ảnh hưởng nhiều đến bài
toán bù nó quyết định mục tiêu cũng như cách thức đặt bù ngượi lại cách thức
đặt bù cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng điện áp do đó chúng liên hệ chặt
chẽ với nhau dưới đây trình bày phương thức bù cơng st phản kháng trên hệ
thống điện sua đó sẽ nói vè điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.
c. Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
Cần xác định vi trí đặt bù điều chỉnh tụ bù tai mỗi vi trí sao cho điện áp
tại mọi nút của hệ thống nằm trong phạm vi cho phép trong moi chế độ vận
hành bình thường và sự cố.
Chi phí cho bù nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo:
- Điện áp mỗi nút lớn nhất trong giới hạn cho phép

18