GIÁO TRÌNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN_CHƯƠNG 4 ppsx

Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 70 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
Chơng 4
Các biện pháp nâng cao ổn định

Việc đảm bảo cho HTĐ đợc ổn định trong mọi điều kiện có tầm quan trọng đặc
biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng liên tục cho các hộ tiêu thụ.
Trong thực tế nhiều khi bản thân HTĐ với các thiết bị cơ bản không đủ để đảm
bảo ổn định, không đủ độ dự trữ ổn định cần thiết, ngời ta phải dùng các biện pháp
nhằm tăng cờng ổn định của HTĐ.
Các biện pháp nâng cao ổn định có thể chia làm hai loại:
1. Cải thiện các phần tử chính của HTĐ.
2. Thêm vào hệ thống các phân tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định của hệ thống.
4.1. Cải thiện đặc tính của những phần tử chính trong HTĐ
4.1.1. Máy phát điện
a. Cải tạo tham số của MPĐ
ở chơng 2, mục 2.2 đã nói về ảnh hởng của điện kháng của MPĐ X
d
đến ổn
định tĩnh của HTĐ. Ta thấy rằng trong trờng hợp không có TĐK, nếu giảm X
d
thì sẽ
tăng đợc dự trữ ổn định tĩnh. Đối với ổn định động thì việc giảm X
d
sẽ có tác dụng tốt
(hình 4.1). Ngoài ra việc tăng hằng số quán tính
j
T sẽ có lợi đối với ổn định động ở
chỗ nó cho
cat
t kéo dài hơn hoặc với

cat
t không đổi thì công suất truyền tải sẽ cao hơn
(hình 4.2).
Tuy nhiên
nếu muốn tăng
j
T ,
giảm
d
'X thì giá
MPĐ tăng lên
nhiều, do đó chỉ có
thể làm các máy
phát thủy điện có
thông số theo yêu
cầu, còn các máy
phát nhiệt điện thì sản xuất hàng loạt với các thông số giống nhau.
Cần chú ý rằng ở các MPĐ, nếu sử dụng TĐK loại mạnh thì hiệu quả của việc cải
thiện các thông số của chúng sẽ giảm đi nhiều.
b. Hệ số cos

của các MPĐ
Hệ số cos của MPĐ có ảnh hởng nhiều đến đặc tính công suất của nó. Ta hãy
xét đồ thị véc tơ sau đây:
Nếu giả thiết CSTD phát ra là không đổi thì:
)(cos hsUhsIUP =
=

=

P
0
t
cắt
X'
d1


X'
d2
X'
d1
<X'
d2
Hình 4.1

P
0
t
cắt
T
j1


T
j2
T
j1
<T
j2

Hình 4.2

Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 71 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
Do đó:
hsII
a
==cos.
và đoạn thẳng
htaht
X.Icos.X.I =
cũng không đổi.
Vì thế nếu ta chỉ thay đổi
cos bằng cách thay đổi CSPK
thì đầu mút vector dòng điện sẽ
trợt trên trục BB' và vector E sẽ
trợt trên AA' để giữ cho
a
I và
hta
XI là hằng số.
Ví dụ nếu ta tăng cos bằng
cách giảm I
1
xuống I
2
thì sức điện
động E
1
sẽ giảm xuống E

2
. Nh
vậy đờng đặc tính công suất E
2
sẽ giảm thấp hơn E
1
và độ dự trữ ổn định tĩnh sẽ giảm đi.

Khi cos = 1 thì sức điện động sẽ là
3
E , nếu cos đổi dấu thì E sẽ giảm tiếp và đến
khi =90
0
thì vector B trùng với trục 0A, đạt giá trị nhỏ nhất, ứng với giới hạn ổn định.
Trên hình 4.4 là quan hệ P
max
và cos MPĐ.
Qua phân tích trên ta
thấy rằng nếu cos của
MPĐ càng cao thì càng
không lợi về ổn định.
Nhng sản xuất máy phát
với cos thấp thì cùng
một giá trị của CSTD P
công suất biểu kiến sẽ lớn
vì S =P/cos làm cho máy
phát đắt tiền, trong thực tế
ngời ta chọn giá trị thích hợp của cos.
Trong khi vận hành, nếu cos của máy phát cao quá thì để bảo đảm ổn định cần
phải có biện pháp giảm nó xuống, ví dụ nh đấu thêm dẫn kháng vào cực MPĐ để tăng

lợng CSPK của máy phát, hạ thấp cos.
4.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK)
a. Nguyên lý cấu tạo
Trên hình 4.5 là sơ đồ nguyên lý của TĐK.
TĐK có bộ phận điều chỉnh 1 và 2. Bộ phận 2 làm nhiệm vụ điều chỉnh lúc bình
thờng nhằm giữ cho sức điện động E nào đó là hằng số. Bộ phận 2 là bộ phận cờng
hành kích thích, tác động lúc sự cố, có tác dụng giữ cho điện áp trên cực MPĐ không
bị giảm thấp quá (hình 4.5a).
I
a
I
2


I
1

B'
B
E
3
E
2
E
1
U
A
A'
Hình 4.3
0

hsXI
cosIX
hta
ht
=
=

-0,85 -0,9 -0,95 0 0,95 0,9 0,85 0,8

cos
P
max


1,4



1,3


1,2


1,1
Hình 4.4
Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 72 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
TĐK có 3 phần tử chủ yếu (hình 4.5b,c): 1 là phần tử biến đổi - biến đổi tín hiệu
sơ cấp thành tín hiệu đầu vào của TĐK, 2 là bộ phận đo lờng, 3 là bộ phận khuyếch

đại - khuyếch đại tín hiệu điều khiển.
TĐK có 2 loại:
1. Loại tác động tỷ lệ, tác
động theo độ lệch của điện áp
(U) hay dòng điện (I) (hình
4.5b). Chính vì vậy nên TĐK
loại này không thể giữ cho điện
áp trên cực máy phát U
F
là hằng
số, vì khi đó U = 0, tín hiệu
điều chỉnh không có và U
F
lại
tụt xuống. TĐK loại này chỉ giữ
đợc sức điện động E
x
đặt sau
X
Fx
, thờng là sức điện động
quá độ E' đặt sau X'
d
là hằng số.
2. Loại TĐK tác động
mạnh (hình 4.5c) là loại hiện
đại, ngoài độ lệch điện áp và dòng điện nó còn tác động theo đạo hàm bậc 1 và 2 (bộ
phận a, b). Vì thế nó có tác động mạnh và có thể giữ cho U
F
là hằng số, khi U =0 thì

đạo hàm của dU/dt 0 cho nên TĐK vẫn tác động.
b. Tác động của TĐK đến ổn định tĩnh
Kích từ chính Má
y

p
hát
TĐK
1
2
a
)

2 13
b
)

2 1 3
c
)
a
b
Hình 4.5

0

90
0

1
2
3
E
qmax
(U
kmax
)
P
0
P
P
3max



P
2max



P
1max
Hình 4.6

Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 73 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
Đã đợc trình bày rõ ở chơng 2 mục 2. ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các yêu cầu
với TĐK.

Yêu cầu thứ 1: là tác động nhanh, tức là độ tăng của sức điện động E
q
theo thời
gian phải lớn, tốc độ tăng này lại phụ thuộc vào tốc độ tăng của điện áp đặt trên cuộn
kích thích U
k
. Trên hình 4.6 chỉ rõ ảnh hởng của độ tăng của E
q
đến đờng đặc tính
công suất, E
q
tăng càng nhanh thì đờng đặc tính công suất càng dốc và
max
P
càng lớn.
Độ tăng của
k
U
hiện nay đạt khoảng 200V/s, còn
q
E
là 2000 - 3000V/s
Yêu cầu thứ 2: là
maxk
U
hay
maxq
E
phải cao, vì điện áp của cuộn kích thích cũng nh
q

E
không thể tăng vô hạn nó chỉ có thể tăng đến giá trị cực đại cho phép
maxq
E
và
maxk
U
.
Khi
q
E
đã đạt
maxq
E
thì đờng đặc tính công suất thôi không tăng nữa mà sẽ trợt
theo đờng đặc tính công suất với
maxq
E
, cho nên
q
E
càng cao thì
max
P
sẽ càng lớn.
Yêu cầu thứ 3: là TĐK phải rất nhậy không có vùng chết tức là vùng tuy đã có tín
hiệu nhng TĐK vẫn không tác động, nhờ có độ nhậy rất cao MPĐ có thể làm việc
đợc ở vùng ổn định nhân tạo.
c. ảnh hởng đến ổn định động
ảnh hởng của TĐK đến ổn

định động không đáng kể bởi vì
quá trình quá độ cơ điện xảy ra rất
nhanh (0,1-0,2s) còn quá trình quá
độ điện từ lại xảy ra chậm (1 giây).
Tuy vậy trong trờng hợp
cắt mạch chậm thì bộ phận cờng
hành kích thích của TĐK cũng có
tác dụng và giảm diện tích gia tốc
(hình 4.7).
Nếu không có TĐK tức là
E'= hs thì diện tích gia tốc là F 1233'44' và diện tích hãm tốc là F 4'56, khi có TĐK thì
E' sẽ tăng lên đến
max
'E khi đó
gt
F
= F 12344' và
ht
F = F 4'5786.
Độ tăng của diện tích hãm tốc cũng phụ thuộc vào tốc độ tăng của E' và giá trị
E'
max
cho nên đối với ổn định động yêu cầu cũng là tăng nhanh E' và
max
'E phải cao.
4.1.3. Máy cắt điện
Sử dụng máy cắt điện cắt
nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để
đảm bảo ổn định động của HTĐ.
a. Cắt nhanh sự cố

0

cat




1
8
7
E
qmax
(U
kmax
)
P
0
P

Hình 4.7

6
5
4


4'

3'

3
2
P
II
P
III
P
I
1

01

02


2cat

1ca
t




1'
6
5



4

3
P
III
P
02
P
01
P

Hình 4.8

6'
2'
2
P
II
P
I
1
3'
3
5'
4''

4
Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 74 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
Nh khảo sát ở chơng 3, nếu cắt ngắn mạch càng nhanh thì diện tích gia tốc càng
nhỏ và diện tích hãm tốc càng lớn, máy phát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao động,

công suất truyền tải P
0
đợc nâng cao. Ngoài ra việc cắt nhanh ngắn mạch còn có tác dụng
ngăn chặn sự biến hoá của ngắn mạch không đối xứng thành ngắn mạch 3 pha. Ta hãy xét
tác dụng tăng khả năng truyền tải của hệ thống đồ thị hình 4.8.
Nếu ngắn mạch với góc
1cat

thì theo điều kiện cân bằng diện tích hãm tốc và gia
tốc có thể tải đợc công suất tối đa là P
01
lúc đó:
'456ht1234gtl
FFFF
=
=
=

Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở
2cat
t
thì cũng theo điều kiện đó có thể tăng công suất
tải lên
02
P
khi đó:
''"
''''
5654FFFF
2ht43212gt

=
=
=

Sự phụ thuộc của công suất tải
0
P
vào
cat
T
ứng với các dạng ngắn mạch khác nhau cho
trên đồ thị hình 4.9. Qua đó ta thấy rằng thời
gian cắt ngắn mạch có tác dụng rất lớn đến
công suất tải trong các trờng hợp ngắn mạch 3
pha và 2 pha chạm đất.
Mặt khác mức độ nặng nhẹ của ngắn
mạch còn phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của hệ
thống. Ta hãy xét 2 sơ đồ A và B (hình 4.10).
Khi xảy ra ngắn mạch 2 pha chạm đất, ta thấy:
- Ngắn mạch với sơ đồ B trầm trọng hơn sơ đồ A.
- Tình trạng vận hành sau ngắn mạch thì sơ đồ B lại tốt hơn. Cho nên nếu cắt nhanh
ngắn mạch thì sơ đồ B tốt hơn sơ đồ A, còn nếu cắt chậm thì sơ đồ A tốt hơn. Trên hình
4.10 là quan hệ giữa
0
P và
cat
P của 2 sơ đồ
A và B.
Cuối cùng ta
hãy nói đến khả

năng cắt nhanh của
máy cắt: thời gian
cắt của bản thân máy
cắt từ khi có tín hiệu
và đến khi dập xong
hồ quang là 0,04 -
0,07s còn thời gian
tác động của bảo vệ
rơle là 0,01 - 0,03s
cho nên thời gian cắt
P
0
t
cắt
N
(1)


N
(2)


N
(1,1)


N
(3
)
100%

Hình 4.9

N
(1,1)
Sơ đồ A

Hình 4.10
Sơ đồ B

a)

b)

N
(1,1)
1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,1 0,2 0,3 0,4 t
cắt

Dùn

g
sơ đồ B Dùn
g
sơ đồ A

Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 75 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05 - 0,1s.
b. Tự đóng lại đờng dây tải điện TĐL
Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đờng dây là tạm thời, nên sau 1 thời gian
nhất định đủ để khử Ion nếu ta đóng lại đờng dây thì nó có thể làm việc bình thờng.
Thời gian khử Ion: 110kV 0,1 - 0,13s; 220kV 0,12 - 0,33s
Thờng 80- 90% TĐL có kết quả.
TĐL thờng dùng cho các
đờng dây cụt một lộ đến các phụ tải
để đảm bảo cung cấp điện. Nhng
cũng đợc dùng cho các máy phát
làm việc song song và có tác dụng
đảm bảo ổn định động nhất là với
các đờng dây liên lạc 1 lộ.
Tác dụng của TĐL trên hình
4.11.
Điều kiện để chọn thời gian
TĐL là:
-
TDL
t
và
cat
t

phải đủ nhỏ sao
cho
maxhtgt
FF < .
- t
TĐL
> t khử Ion.
Điều hết sức quan trọng là TĐL chỉ có thể thực hiện đợc nếu ở hệ thống cho
phép đóng phi đồng bộ.
Đối với đờng dây 2 lộ TĐL có hiệu quả kém hơn so với đờng dây 1 lộ.
4.1.4. Đờng dây tải điện
Điện thế của đờng dây tải điện đi
xa đóng vai trò quan trọng nâng cao ổn
định của HTĐ, nó làm giảm điện kháng
tơng đối của đờng dây tải điện so với
các phần tử còn lại vì.
2
dd
cs
ddodd
U
S
.L.XX =

Rõ ràng là X
dd
tỷ lệ nghịch với
bình phơng điện áp của đờng dây tải
điện. Do X
dd

giảm cho nên P
max
sẽ tăng
lên. Trên hình 4.12 biểu diễn quan hệ giữa P
max
và điện áp U
dd
của đờng dây tải điện
dài 200km.
Đối với các đờng dây dài điện kháng tuyệt đối X
dd
của đờng dây cũng có tác dụng
đáng kể đến độ dự trữ ổn định. Để giảm X
dd
ngời ta có thể thực hiện các biện pháp:
100 200 300 U
dd
(kV)
P
max


1,2


1,0

0,8

0,6

0,4

0,2
Hình 4.12

0


cat


TDL




4
3
2
1
5
6
F
ht
P
0
P

Hình 4.11

8
7
Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 76 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
- Bù dọc bằng cách đấu thêm
c
X
vào đờng dây, do đó
CLdd
XXX
=
sẽ giảm đi.
- Phân nhánh dây dẫn, làm tăng bán kính tơng đơng của dây dẫn do đó giảm
điện kháng.
- Đặt các trạm cắt trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn đờng dây bị
sự cố, nh vậy cải thiện chế độ của hệ thống sau khi cắt ngắn mạch (hình 4.13).
Đối với đờng dây siêu cao áp có thể đặt các máy bù động bộ ở dọc đờng dây
hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải của hệ thống.
4.2. Các biện pháp phụ
4.2.1. Nối đất các điểm trung tính của máy biến thế qua điện kháng hoặc điện trở
tác dụng
Việc nối đất một số điểm trung tính của MBA qua điện kháng hoặc điện trở trong
HTĐ trung tính nối đất trực tiếp sẽ làm cho tổng trở thứ tự không của hệ thống
0
Z

khi
xảy ra ngắn mạch không đối xứng tăng lên. Việc tăng
0

Z

sẽ làm cho tổng trở ngắn
mạch


Z tăng lên và tổng trở tơng hỗ
12
Z

giảm đi vì:




++=
Z
ZZ
ZZZ
21
2112
.
.
mà:
12
axImI
Z
EU
P =
cho nên

axImI
P sẽ tăng lên.
Trong trờng hợp
dùng điện trở tác dụng sẽ
lớn hơn bởi vì điện trở
tiêu thụ CSTD làm cho
đặc tính công suất khi
ngắn mạch đỡ giảm. Đối
với ngắn mạch xứng các
biện pháp trên không có
tác dụng.
Một biện pháp có thể khác để tăng
0
Z

là giảm số điểm trung tính nối đất, tức là
chỉ nối đất trung tính một số MBA trong HTĐ. Tuy nhiên nếu


Z quá nhỏ sẽ làm cho
dòng ngắn mạch một pha lớn quá có hại cho HTĐ, cho nên số điểm nối đất trung tính
MBA cần đợc lựa chọn một cách hợp lý.
4.2.2. Ghìm điện
C
R
a
)
Hình 4.14
b
)

R
C
Hình 4.13
X
C
Chơng 4: các biện phấp nâng cao ổn định - 77 -
Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện
Trong HTĐ có thể xảy ra trờng hợp t
cắt
rất nhỏ, đến mức bảo vệ rơle và máy cắt
không đủ khả năng thực hiện, hoặc là thực hiện đợc nhng dộ dự trữ ổn định động
không đảm bảo, khi đó ghìm điện đợc áp dụng để nâng cao ổn định động.
Để nâng cao ổn định động đối với ngắn mạch 3 pha ngời ta đấu thêm các điện
trở 3 pha vào mạch MPĐ (hình 4.14) gọi là ghìm điện (dynamic brake). Các điện trở
này sẽ tác động khi xảy ra ngắn mạch 3 pha nh là các phụ tải tiêu thụ CSTD làm cho
đờng đặc tính công suất đỡ giảm, và do đó máy phát đỡ tăng tốc hơn, rotor bị các điện
trở này ghìm lại.
ở sơ đồ a) máy cắt C ở vị trí đóng, nó mở ra khi ngắn mạch, ở sơ đồ b) thì ngợc
lại máy cắt C sẽ đóng vào khi ngắn mạch.
Tác dụng của ghìm điện đợc thấy rõ trên hình 4.15: sơ đồ a là quá trình không
có ghìm điện, sơ đồ b có ghìm điện tác dụng. Ta thấy khi ghìm điện là việc diện tích
tăng tốc bị giảm đi rất nhiều.


0

cat

F
ht
P
0
P

Hình 4.15a

P
I
F
gt
P
III
P
II

0




cat




F
ht

P
0
P

Hình 4.15b

P
I
F
gt
P
III
P
II