BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
GVHD: ĐÀO MINH TRUNG
Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

Chương I. Khái niệm chung.

Chương II. Các phương pháp điều chỉnh điện áp.

Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp.

Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp.

Chương V. Xác định tổn thất cho phép trong mạng điện phân phối.

Chương VI. So sánh các biện pháp điều chỉnh điện áp.
Chương I. Khái niệm chung
Khái niệm chung:

Duy trì điện áp bình thường là một trong những biện pháp cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống
điện. Điện áp giảm thấp quá mức có thể gây nên độ trượt quá lớn ở các động cơ không đồng bộ, dẫn đến qúa tải về
công suất phản kháng ở các nguồn điện. Điện áp giảm thấp cũng làm giảm hiệu quả phát sáng của các đèn chiếu
sáng, làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và ảnh hưởng đến độ ổn định của các máy phát làm việc song
song. Điện áp tăng cao có thể làm già cỗi cách điện của thiết bị điện và thậm chí có thể đánh thủng cách điện làm
hư hỏng thiết bị. Điện áp tăng cao sẽ làm giảm tuổi thọ của các đèn.
Chương I. Khái niệm chung

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống điện được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lí,

chẳng hạn như tận dụng công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần tử trong
hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lí của những đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp,…

Điện áp cũng có thể được duy trì nhờ các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của các máy phát điện và máy bù đồng bộ,
các thiết bị tự động thay đổi tỷ số biến đổi của máy biến áp, các thiết bị tự động thay đổi dung lượng của các tụ bù tĩnh
Chương II. Các phương pháp điều chỉnh điện áp

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 dòng 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.
Chương II. Các phương pháp điều chỉnh điện áp
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

Điều chỉnh cấp thứ 3
Chương II. Các phương pháp điều chỉnh điện áp

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.
Chương II. Các phương pháp điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh cấp 3

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 toàn. Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hay tự động. Thực hiện nhiệm vụ này
do hệ thống điều độ trung tâm thục hiện.
Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:
1. Đầu phân áp của máy biến áp
2. Máy biến áp điều áp dưới tải
3. Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây
4. Máy bù đồng bộ
5. Bộ tụ điện có điều chỉnh
6. Động cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
1. Đầu phân áp của máy biến áp
Ở đầu dây cao áp của máy biến áp ngoài đầu ra chính còn 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.
U
C

U
H
4
3
5
2
1
Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
2. Máy biến áp điều áp dưới tải
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.
U
C
U
H
1
0
2
-1
-2
Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
4. Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải – không có tải trên trục của nó. Nếu bỏ qua tổn thất
không tải, có thể coi như máy bù đồng bộ không 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.

Máy bù đồng bộ là nguồn công suất phản kháng rất linh động vì công 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.


Công 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.
Chương III. Các thiết bị điều chỉnh điện áp
3. 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.
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
Các phương pháp:
•
Điều chỉnh điện áp bằng tay và tự động
•
Cân bằng công suất phản kháng và điều chỉnh điện
•
áp trong hệ thống điện
•
Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
•
Điều chỉnh điện áp đối ứng

•
Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt thiết bị bù ngang
•
Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt thiêt bị bù dọc
•
Điều chỉnh điện áp ở nhà máy điện
•
Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi đầu phân áp
•
Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi tổng trở đầu dây
•
Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
1. Điều chỉnh điện áp bằng tay và tự động

các quá trình điều chỉnh đòi 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,…

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 không 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 thông dụng vì tác dụng rất có lợi về ổn định trong hệ thống.
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
2. Cân bằng công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

Bù công 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 công 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 công suát phản kháng trên hệ thống điện sua đó sẽ nói vè điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
3. 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

Điều kiện ổn định tĩnh và ổn định điện áp hệ thống được đảm bảo cao nhất trong mọi chế độ vận hành và sự cố.

Có hai con đường cho sự cân bằng công suất cho hệ thống

1. Cưỡng bức phụ tải mà chủ yếu là xí nghiệp công nghiệp phải đảm bảo công suất của họ ở mức cho phép cách này chủ yếu
làm giảm công suất phản kháng.

2. Đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống điện để giải quyết phần thiếu còn lại.
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
4. Điều chỉnh điện áp đối ứng

Chúng ta khảo sát cụ thể việc điều chỉnh điện áp đối ứng được sử dụng trên sơ đồ thay thế mô tả trên hình sau. Trên sơ đồ này, máy biến áp được
biểu thị bằng hai phần tử là tổng trở máy biến áp và máy biến áp lý tưởng.
U
A
U

2
MBA
U
B
B
U
1
ca
U∆
T
U∆
ta
U∆
A
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp

Điện áp trên thanh cái cao áp U2 và UA sai khác nhau một giá trị là tổn thất điện áp trong máy biến áp, và qua máy biến áp lý
tưởng điện áp được giảm xuống UA tương ứng với hệ số biến áp mà ta cần phải xét đến khi lựa chọn đầu phân áp.
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
5. Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt thiết bị bù ngang

Thiết bị bù được sử dụng để điều chỉnh điện áp khi sử dụng các phương tiện khác không đảm bảo tiêu chuẩn về chất lượng
điện năng. Thiết bị bù thường dùng là tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ hoặc các động cơ đồng bộ có thể điều chỉnh kích từ.

Việc sử dụng thiết bị bù còn có lợi là nâng cao tính kinh tế của mạng điện.

Ta xét sơ đồ như hình bên dưới, để đảm bảo điện áp yêu cầu ở thanh cái hạ áp UB, ta cần đặt ở đây thiết bị bù với dung lượng
Qb
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
R

X
U
A
U
B
P - jQ
U
B
U
A
MBA
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp
Trong đó:
UA là điện áp ở đầu nguồn
UBo là điện áp ở thanh cái B qui đổi về phía cao áp
P,Q là công suất tác dụng và công su`ất phản kháng của phụ tải
X,R là thông số của đường dây và máy biến áp
Trước khi đặt thiết bị bù điện áp ở thanh cái UA có giá trị:
Bo
BoA
U
QXPR
UU
+
+=
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp

Sau khi đặt thiết bị bù ta có:

Trong đó:


UB là điện áp ở thanh cái B qui về phía cao áp

Ta có:
( )
B
b
BA
U
XQQPR
UU
−+
+=
( )
Bo
Bo
B
b
B
U
QXPR
U
U
XQQPR
U
+
+=
−+
+
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp

Ta suy ra:
Ta có thể xem:
Do đó ta có:
BBo
BoB
B
b
U
QXPR
U
QXPR
UU
U
XQ
+
+
+
−−=
BBo
U
QXPR
U
QXPR +
≈
+
( )
X
UUU
Q
BBoB

b
−
=
Chương IV. Các loại điều chỉnh điện áp

Tác dụng của bù ngang

Giảm độ sụt áp và sự thay đổi điện áp giữa cực tiểu và cực đại.

Giảm công suất tổn thất và giảm được yêu cầu công suất ở nguồn phát.

Giảm tổn thất điện năng, dẫn đến tiết kiệm chi phí vận hành.

Tăng khả năng tải của đường dây, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, cải thiện tình trạng điện áp.