Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
LỜI NÓI ĐẦU
* * *
Cùng với quá trình phát triển kinh tế và xã hội của đất nước, nghành điện luôn phải đi
trước một bước trong công cuộc công nghiệp hóa. Các nhà máy xí nghiệp, các khu công
nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ công suất phản kháng càng
tăng, điều này làm giảm hệ số cos
ϕ
. Do đó hệ số công suất cos
ϕ
có giá trị nhỏ điều này
ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ thuật của mạng điện như: Giảm chất lượng
điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn
chế khả năng truyền tải công suất tác dụng, không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ
cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện năng.
Vấn đề bù công suất phản kháng là giải pháp giảm tổn thất điện năng rất được coi
trọng ở các nước tiên tiến .Giải pháp này được quan tâm ngay từ khâu thiết kế, lựa chọn
thiết bị và dây truyền công nghệ sản xuất.
Với đề tài: “Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng”, nhóm em đã cố gắng
tìm kiếm, học hỏi và tổng hợp để hoàn thành một cách tốt nhất đề tài. Song do kiến thức
còn hạn chế nên bài làm của nhóm em không thể tránh khỏi những thiếu sót, do vậy
nhóm em kính mong nhận được sự góp ý, bảo ban của thầy, cùng với sự giúp đỡ của các
bạn để nhóm em có thể hoàn thiện đề tài của mình và hoàn thành tốt việc học tập trong
nhà trường cũng như công việc sau này.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Tháng 9 năm 2014.



TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng
1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
1.3. Các nguồn phát công suất phản kháng
1.4. Bù công suất phản kháng
1.4.1. Tiêu chí kỹ thuật
1.4.2. Tiêu chí kinh tế
CHƯƠNG II TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1. Tụ bù ngang
2.1.1. Chức năng, ứng dụng
2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm
2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn
2.2. Kháng bù ngang:
2.2.1. Chức năng tác dụng
2.2.2. Nguyên lý cấu tạo
2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh
2.3. Tụ bù dọc
2.3.1. Chức năng tác dụng
2.3.2. Nguyên lý bù
2.3.3. Giới thiệu về tụ bù dọc tại trạm 500 kV Hà Tĩnh
2.4. SVC – Tụ bù tĩnh.
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.4.1. Cấu tạo
2.4.2. Nguyên tắc hoạt động
2.4.3. Kết nối
2.4.4. Lợi ích
2.5. STATCOM

CHƯƠNG III MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
3.1. Máy bù đồng bộ.
3.1.1. Cấu tạo
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản….
3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng
3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ
3.1.5. Công suất và khả năng bù của MBĐB
3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa.
CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN
CHƯƠNG V – KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng.
• Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công suất hư kháng,
công suất ảo) Q là một khái niệm trong ngành kỹ thuật điện dùng để chỉ phần công
suất điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do
sự tích lũy năng lượng trong cá thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo
ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế u(t) và dòng điện i(t).[1]
• Khi u(t),i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì :
Q = U.I.sinφ (1.1)
Trong đó : - U,I : Giá trị hiệu dụng của u(t),i(t).
- φ : Pha lệch giữa u(t),i(t).
• Công suất phản kháng Q là phần ảo của công suất biểu kiến S :
S = P + iQ (1.2)
• Đơn vị đo Q là VAr ( Volt Amperes ractive ).
1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng.
Trên lưới điện, công suất phản kháng (CSPK) được tiêu thụ ở : Động cơ không đồng
bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải điện và ở các phần tử, các thiết bị có liên

quan đến từ trường.
Yêu cầu về CSPK chỉ có thể giảm đến mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó
cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện
năng.
a) Động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ CSPK chính trong lưới điện, chiếm khoảng
60% – 65%.
CSPK của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần :
4
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• Một phần nhỏ CSPK được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ
cấp .
• Phần lớn CSPK còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở.
b) Máy biến áp.
MBA tiêu thụ khoảng 22% - 25% nhu cầu CSPK tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu
của các động cơ không đồng bộ do CSPK dùng để từ hóa lõi thép MBA không lớn so với
động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí. Nhưng do số thiết bị và tổng dung
lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK của MBA cũng rất đáng kể.
CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm hai thành phần :
• Công suất phản kháng được sử dụng để từ hóa lõi thép.
• Công suất phản kháng tản từ máy biến áp.
c) Đèn huỳnh quang.
Thông thường các đèn huỳnh quang vận hành có một có một chấn lưu để hạn chế
dòng điện. Tùy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cosφ
của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 - 0,5.
Các đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động điện từ, hệ số công suất chưa được
hiệu chỉnh cosφ thường gần bằng 1. Do vậy không cần hiệu chỉnh hệ số công suất của
thiết bị này. Tuy nhiên, khi các thiết bị điện tử này khởi động thì sinh ra các sóng hài.
1.3. Các nguồn phát công suất phản kháng.
Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do cosφ của nhà máy từ 0,8

– 0,9 hoặc cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát có khả năng
phát nhiều CSPK cho phụ tải. Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của
phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện).
Ngoài ra trong hệ thống điện nói chung, phải kể đến một nguồn phát CSPK nữa, đó là
các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường cáp và đường dây siêu cao áp.
Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới điện phân phối, do vậy chỉ lưu ý đến các trường
hợp đường dây 35 kV dài và các đường cáp ngầm. Nhưng CSPK phát ra từ các phần này
5
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
cũng không đáng kể nên nguồn CSPK chính trong lưới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ
đồng bộ và máy bù.[2]
1.4. Bù công suất phản kháng.
1.4.1. Tiêu chí kỹ thuật.
a) Yêu cầu về cosφ.
Phụ tải của các hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, thường là gần bằng 1, do
đó mức tiêu thụ CSPK rất ít không thành vấn đề lớn cần quan tâm .Trái lại, các xí nghiệp,
nhà máy, phân xưởng…đại bộ dùng động cơ không đồng bộ, là nơi tiêu thụ chủ yếu CSPK.
Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động
cơ, các yếu tố chủ yếu như sau :
• Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ CSPK
càng nhỏ.
• Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nhất là đối
với các động cơ nhỏ.
• Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số phụ tải
của động cơ, khi quay không tải lượng CSPK cần thiết cho động cơ không đồng bộ
cũng đã bằng 60% – 70% lúc tải định mức.
b) Đảm bảo mức điện áp cho phép.
Khi có điện chạy trong dây dẫn thì bao giờ cũng có điện áp rơi, cho nên điện áp ở
từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau. Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện đều
được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nhất định, nếu điện áp đặt trên đầu

cực của thiết bị điện khác trị số định mức sẽ làm cho tình trạng làm việc của chúng xấu
đi.
Vì các lý do trên, việc đảm bảo điện áp ở mức cho phép là một chỉ tiêu kỹ thuật rất
quan trọng. Trên thực tế không thể nào giữ được điện áp vào đầu cực của các thiết bị
điện cố định bằng điện áp định mức mà chỉ có thể đảm bảo trị số điện áp thay đổi trong
một
6
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
phạm vi nhất định theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã cho phép mà thôi, thông thường điện áp
đặt cho phép dao động ± 5%. Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn điện áp quan trọng nhất ảnh
hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện.
Có thể thay đổi sự phân bố CSPK trên lưới, bằng cách đặt các máy bù đồng bộ hay tụ
điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân bố lại CSPK phát ra giữa các
nhà máy điện trong hệ thống.
c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép.
Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp :
• Thay đổi đầu phân áp của MBA.
• Nâng cao điện áp của máy phát điện.
• Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù.
1.4.2. Tiêu chí kinh tế.
Khi thực hiện bù kinh tế người ta tính toán để đạt được các lợi ích, nếu lợi ích thu
được cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ được thực
hiện.
a) Lợi ích khi đặt bù.
• Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống điện, do đó
giảm được dự trữ công suất tác dụng.
• Giảm nhẹ tải của MBA trung gian và đường trụ trung áp do giảm được yêu cầu
CSPK.
• Giảm được tổn thất điện năng.
• Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối.

b) Chi phí khi đặt bù.
• Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù.
• Tổn thất điện năng trong tụ bù.
Kết luận
7
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chúng ta thấy được rằng :
CSPK là một phần không thể thiếu của MBA, động cơ điện, đèn huỳnh quang…
Tuy nhiên do truyền tải trên đường dây lại gây ảnh hưởng đến hao tổn điện năng,
hao tổn điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí lắp đặt…, vì vậy phải
có những biện pháp để giảm lượng công suất này. Một trong những biện pháp đơn giản
và hiệu quả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm cải thiện được các nhược điểm trên.
Việc bù CSPK có thể được thực hiện bằng các nguồn bù khác nhau, tuy nhiên qua
phân tích và với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật thì việc sử dụng tụ bù tĩnh là hiệu
quả hơn, vì vậy mà nó được ứng dụng rộng rãi.
Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 chỉ tiêu bù :
• Bù theo kỹ thuật tức là nhằm nâng cao điện áp nằm trong giới hạn cho phép.
• Bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện năng trên đường dây từ đó sẽ đưa đến lợi ích
kinh tế.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể tách biệt 2 phương pháp này mà
nó hỗ trợ lẫn nhau.[2]
8
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG II
TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Tổn thất điện áp của lưới điện phụ thuộc rất nhiều vào công suất truyền tải và thông
số đường dây. Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp tại vị trí trên lưới
so với định mức nằm trông phạm vi điện áp cho phép.
Trong lưới truyền tải điện, chúng ta sử dụng các thiết bị bù (SVC, STATCOM, tụ bù
ngang, tụ bù dọc, kháng bù ngang…) nhằm mục đích cải thiện điện áp các nút, ngoài ra

việc bù CSPK còn có thêm ý nghĩa:
• Tăng khả năng tải của đường dây.
• Cải thiện tính ổn định của điện áp các nút.
• Phân bố lại CSPK trong hệ thống dẫn đến giảm tổn thất hệ thống.
• Tăng độ dự trữ ổn định của hệ thống.
2.1. Tụ bù ngang.
2.1.1. Chức năng, ứng dụng.
Véc tơ dòng đi qua tụ bao giờ cũng vượt trước véc tơ điện áp, do vậy tụ điện luôn
phát ra công suất phản kháng Q, cung cấp cho phụ tải, giảm lượng công suất phản kháng
truyền tải từ lưới về có tác dụng nâng cao điện áp tại cuối đường dây.
Như vậy, với các đường dây truyền tải có điện dung pha-đất nhỏ thì việc nối rẽ nhánh
tụ công suất (bù ngang) tại đầu vào tải hoặc trạm phân phối sẽ giảm được sự sụt áp và
giữ ổn định điện áp tại các nút phụ tải.
Sơ đồ thay thế như sau :
Hình 2.1. Sơ đồ thay thế.
Lúc này, tổn thất điện áp trên đường dây là :
9
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
sU = (2.1)
Trong đó : - P là công suất tác dụng được truyền trên đường dây.
- R là thành phần điện trở của đường dây.
- Q là công suất phản kháng được truyền trên đường dây.
- X là thành phần điện kháng của đường dây.
- U là điện áp tại đầu đường dây.
Như vậy, sU sẽ giảm khi có Q
bù
, trong trường hợp tải P nhỏ hoặc không tải mà Q
bù
lớn
thì sU < 0, điều đó có nghĩa là sẽ xảy ra sự dâng quá áp tại các nút có lắp đặt Q

bù
.
2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm.
Các bản cực tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại được cách điện bởi các
màng giấy mỏng tẩm dung môi và được cuốn lại với nhau thành các lớp xen kẽ và được
nhúng trong dầu cách điện. Để có các bộ tụ cao áp, người ta ghép nối nhiều ổ tụ nhỏ để
chia đều điện áp đặt lên mỗi tổ tụ.
Đặc điểm của phương pháp dùng tụ bù ngang :
• Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp.
• Điều chỉnh điện áp theo từng cấp cố định tùy theo dung lượng bù.
• Lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới.
2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn.
a) Số liệu cả dàn tụ :
• Công suất : 62,5 MVAr.
• Điện áp định mức : 123 kV.
• Sơ đồ nối : YY không nối đất.
• Tổng số bình tụ : 66 bình.
b) Thông số từng bình tụ :
• Công suất : 947 KVAr.
• Điện dung : 72,32 mF.
• Điện áp định mức : 6456,50 Hz.
Sơ đồ nguyên lý :
10
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý.
c) Các bảo vệ chính như :
• Bảo vệ quá dòng : Tụ không chịu được dòng liên tục vượt quá dòng định mức theo
hệ số quy định.
• Bảo vệ kém dòng : Đề phòng điện dung của tụ bị giảm quá mức dẫn tới sự cố.
• Bảo vệ dòng không cần bằng : Không vượt quá 20% giá trị dòng vận hành.

• Bảo vệ quá áp : Không vượt quá 110% điện áp định mức.
d) Chú ý khi vận hành :
• Dòng không cần bằng đến 50% giá trị cắt tụ thì cần phải đo điện dung các bình tụ.
Nếu tụ nào có điện dung thay đổi hơn 10% giá trị ban đầu thì cần phải thay thế
các bình tụ.
• Kiểm tra giá trị chỉnh định và sự làm việc hoàn hảo của các rơle bảo vệ.
• Sau khi đấu nối lại, dòng không cân bằng phải nhỏ hơn 20% giá trị tác động của
bảo vệ.
• Kiểm tra bằng mắt các bình tụ không bị bẩn, hư hỏng, chảy dầu….Cần vệ sinh định
kỳ hàng năm.
• Trước khi chạm vào bình tụ, cần phải nối tắt tụ và nối đất.[3]
2.2. Kháng bù ngang.
2.2.1. Chức năng tác dụng.
• Là thiết bị chỉ tiêu thụ CSPK nên có tác dụng triệt tiêu, điều chỉnh lượng CSPK dư
thừa do lưới điện sinh ra, giảm điện áp và giữ ổn định hệ thống .
• Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài, điện dung pha–đất và pha–pha là rất
lớn. Điện dung này phát ra CSPK Qc lớn (có tác dụng như tụ bù ngang), vì vậy
trong trường hợp đường dây không tải hoặc tải nhỏ lượng CSPK dư thừa lớn thì
11
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
điện áp ở cuối đường dây sẽ nâng cao hơn đầu đường dây. Để giảm bất lợi của
điện dung này, người ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt CSPK Qc.
Đối với đường dây siêu cao áp 500 kV, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm đặt
kháng là 500 km.
• Sơ đồ nguyên lý :
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lưới.
2.2.2. Nguyên lý cấu tạo.
• Cuộn kháng có thể coi như một máy biến áp mà trong đó không có quận dây
thứ cấp, tất cả dòng chảy vào quận kháng trở thành dòng kích từ (dòng không
tải).

• Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tương tự như của máy biến áp, nhưng vì
tất cả dòng chảy vào quận kháng là dòng kích từ (dòng không tải) nên nếu
dùng khung từ như máy biến áp thông thường, nó sẽ bão hòa rất nhanh, trở
kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chảy qua quận kháng sẽ nhỏ.
• Trong quận kháng, đường khép mạch từ khác so với máy biến áp. Mạch từ
được khép kín qua khe hở của không khí (từ thông được khép vòng qua 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 nêm chèn vào trong lõi thép.[3]
2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh.
Cuộn kháng 500 kV do hãng ABB chế tạo đóng vai trò bù ngang hệ thống truyền tải
đường dây 500 kV Bắc – Nam .
• Công suất : 128 MVAr.
• Trở kháng : 30,5 W.
12
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Hình 2.4. Sơ đồ lắp đặt.
Các công việc bảo dưỡng kiểm tra :
• Thường xuyên kiểm tra bên ngoài của bề mặt kháng, làm sạch bụi bẩn.
• Kiểm tra dò dầu tại những điểm nối trong hệ thống dẫn dầu, nếu cần phải xiết lại.
• Kiểm tra bình silicagen: Khi 2/3 lượng silicagen đổi mầu thì phải thay thế.
• Kiểm tra mức dầu trên bình dầu phụ có phù hợp với bảng chỉ thị không.
• Kiểm tra nhiệt độ của dầu cách điện và cuộn dây.
• Thường xuyên kiểm tra và làm sạch bề mặt bộ phận làm mát, nếu cần thiết phải
phun nước với áp lực cao.
• Với sứ cao áp: Thường xuyên làm sạch bụi bẩn. Để tránh tăng nhiệt độ tại chỗ tiếp
xúc điện, cần kiểm tra và xiết lại các bu lông, đai ốc tại đầu cốt. Nếu có thể, dùng
camera quan sát nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc.[3]
2.3. Tụ bù dọc.
2.3.1. Chức năng tác dụng.

Như đã nói ở mục “Kháng bù ngang” : Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài lớn,
điện dung pha-đất và pha-pha là rất lớn, do đó khi không tải hoặc tải nhỏ thì điện áp cuối
đường dây sẽ cao hơn đầu đường dây. Vì vậy, kháng bù ngang, có tác dụng giảm sự tăng
áp này, giữ điện áp tại cuối đường dây ổn định bằng điện áp định mức. 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.
13
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Đồ thị điện áp theo dọc đường dây như sau :
Đường 1: Khi không có tụ và kháng bù.
Đường 2: Khi có tụ và kháng bù.
Hình 2.5. Đồ thị điện áp dọc đường dây.
2.3.2. Nguyên lý bù.
Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng trở đường dây nhỏ
đi: XS = X - X
bù
. Trở kháng trong hệ thống truyền tải bao gồm phần lớn là thành phần điện
kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở: Z
ht
= R + J.XS. 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 dòng điện điện trở.
Sơ đồ mô phỏng đường dây khi có tụ bù dọc :
Hình 2.6. Sơ đồ mô phỏng đường dây.
Sau khi bù, điện kháng trên đường dây là : X∑ = X – X
bù
(2.2)
Điện áp rơi trên đường dây sẽ là : U = (2.3)
14

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Như vậy, U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc.[3]
2.3.3. Giới thiệu về tụ bù dọc tại trạm 500 kV Hà Tĩnh.
a) Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc 1 pha :
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc(1 pha).
1 – Tụ điện. 4 – Máy cắt.
15
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2 – Khe hở phóng điện. 5 – Mạch cảm dịu.
3 – Điện trở phi tuyến.
b) Chức năng của các thiết bị trên dàn tụ :
• Khe hở phóng điện : Làm việc dựa trên sự quá điện áp của khe hở, dùng để bảo vệ
quá áp dàn tụ.
• Điện trở phi tuyến Varisto : Đấu song song với tụ là tổ hợp điện trở phi tuyến MOV,
ở điện áp làm việc, MOV có điện trở rất cao và không cho dòng chạy qua, khi có
điện áp tới ngưỡng của MOV, điện trở của nó bằng không và dòng sẽ chạy qua nó.
MOV có tác dụng hạn chế điện áp của tổ hợp tụ trong trị số giới hạn (khi có ngắn
mạch, dòng điện chạy qua tụ sẽ vượt nhiều lần so với dòng định mức của tụ hệ quả
xuất hiện quá điện áp đột biến đối với các bình tụ).
• Mạch cảm dịu : Dùng để giới hạn và dập tắt dòng hồ quang phóng qua khe hở tới
giá trị đảm bảo an toàn cho các thiết bị khác của tổ hợp tụ. Mạch cảm dịu sẽ dập
tắt các dao động phóng sao cho biên độ phóng lần thứ hai nhỏ hơn 50% lần phóng
thứ nhất.
• Máy cắt tụ : Đấu song song với giàn tụ. Khi máy cắt đóng, giàn tụ bị nối ngắn mạch
và bị tách ra khỏi vận hành. Khi máy cắt mở sẽ đưa giàn tụ vào vận hành.
c) Các thông số kỹ thuật :
Thông số của cả dàn tụ :
• Điện áp hệ thống : 500 kV. ● Số nhánh song song : 2.
• Tần số : 50 Hz. ● Điện dung sai lệch cho phép ở 20º : ± 3%.
• Công suất : 91,5 MVAr. ● Số bình tụ song song trong 1 pha: 5 + 5.

• Dóng định mức : 1000 A. ● Số bình tụ nối tiếp trong 1 pha : 9.
• Dòng sự cố lớn nhất : 12,5 kA. ● Điện dung định mức : 104 mF.
• Tổng số bình tụ trong 1 tổ hợp: (5+5)×9×3 = 270.
Chú ý : Công việc kiểm tra, bảo dưỡng giàn tụ thực hiện ba năm một lần. Trước khi thực
hiện công việc kiểm tra, bảo dưỡng, cần phải nối đất vỏ tụ, sau đó nối tắt các đầu tụ rồi
mới được tiến hành công việc.
Với các bình tụ :
• Đo điện dung : Điện dung của mỗi bình tụ không được thay đổi quá ± 5% giá trị
xuất xưởng của nhà chế tạo.
16
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• Kiểm tra độ kín : Các bình tụ không bị dò dỉ dầu.
• Kiểm tra và thay thế cầu chì bị đứt.
• Lau chùi sạch sứ đầu vào và xiết lại các đầu nối bu lông.
d) Bảo dưỡng các khe hở phóng điện :
• Kiểm tra bằng mắt các khe hở, sứ đỡ. Nếu có vết cháy trên điện cực thì phải làm
sạch bằng vải và dũa. Kiểm tra các chỗ nối bằng bu lông tại các điện cực trên, điện
cực dưới và điện cực phụ.
• Đo lại khoảng cách giữa các điện cực, đảm bảo giữ giá trị ban đầu.
e) Mạch cảm dịu :
• Kiểm tra bằng mắt cuộn dây và điện trở, lau chùi sứ đỡ.
f) Bảo dưỡng điện trở phi tuyến Varistor ôxit kim loại (MOV) :
• Kiểm tra xem MOV có bị phóng điện, cháy hoặc hư hỏng bề mặt không. Trong
trường hợp này phải thay thế.
• Kiểm tra mức ô nhiễm của các vỏ sứ : Nếu độ ô nhiễm bẩn cao, cần phải lau sạch.
[3]
2.4. SVC – Tụ bù tĩnh.
Tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi hay còn gọi là SVC (Static VAR Compensator) là
một thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh trên lưới truyền tải điện áp cao.
SVC là một thiết bị trong nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS),

nó được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn định của hệ thống điện. Yếu tố
static cho thấy, SVC sử dụng các thiết bị không chuyển động hay nói rõ hơn là sử dụng
các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị hơn là sử dụng máy cắt và
dao cách ly.
SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo để điều chỉnh điện áp tại
các nút đặt SVC và điều chỉnh điện kháng. Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay
điện áp tại các nút cao hơn giá trị cho phép , SVC sẽ đóng vai trò là các kháng bù ngang.
Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều
chỉnh.
17
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Ngược lại, nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ được tự động
đóng vào. Do đó, công suất phản kháng được bơm thêm vào hệ thống, điện áp của nút
được cải thiện.
SVC cũng thường được đặt tại các vị trí có tải thay đổi nhiều với tốc độ cao, như lò
điện. SVC dùng để làm trơn dao động điện áp.
Hình 2.8. Sơ đồ 1 sợi của một SVC, một cuộn dây điện cảm được điều khiển bằng
thyristor(TCR) được nối với ba bộ tụ đóng cắt bằng cơ khí.
2.4.1. Cấu tạo.
SVC gồm 3 bộ phận chính:
• TCR (Thyristor Controlled Reactor): Đây là quận kháng có điều khiển, cho phép
điều khiển lượng CSPK tiêu thụ trên X
K
bằng cách dùng thyristor để điều khiển
dòng điện chạy qua X
K
.
• TSR (Thyristor Switched Reactor) : Đây là quận kháng được đóng mở trực tiếp
bằng thyristor.
• TSC(Thyristor Switched Capacitor): Đây là tụ điện được đóng mở trực tiếp bằng

thyrstor.[4]
2.4.2. Nguyên tắc hoạt động.
18
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Một SVC điển hình gồm các tụ bù ngang được đóng cắt riêng biệt, được kết nối với
cuộn dây điện cảm (có hoặc không có lõi sắt) được điều chỉnh bằng thyristor. Nhờ việc
thay đổi góc dẫn của thyristor mà điện kháng đẳng trị của SVC có thể thay đổi liên tục
được. Do đó công suất phản kháng của lưới điện áp có thể được bơm vào hay hút di một
cách liên tục.
Theo cấu trúc này, các tụ điện sẽ điều chỉnh thô, sau đó, các TCR sẽ điều chỉnh giá trị
cảm kháng, kết quả là giá trị điện kháng đẳng trị là một giá trị liên tục. Điều chỉnh trơn
hơn và linh hoạt hơn có thể thực hiện được bằng cách sử dụng bộ tụ điện được đóng cắt
bằng thyristor hay TCCS (thyristor-controlled capacitor switching).
Thyristor là các thiết bị điều chỉnh tĩnh bằng điện. Thyristor, cũng như các thiết bị
bán dẫn khác, luôn phát nhiệt, nước đã khử ion được dũng để làm mát.
Các tải cảm kháng thay đổi nhanh trong mạch (như các lò điện) có thể làm biến đổi
dạng sóng điều hòa của điện áp. Và do đó, các bộ lọc sóng điện tử công suất lớn được sủ
dụng để làm trơn sóng điện áp. Bản thân các bộ lọc sóng điều hòa này lại có tính dung, do
đó, chúng cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện.
Các thiết bị SVC thường được đặt ở những nơi có yêu cầu điều chỉnh điện áp chính
xác. Việc điều chỉnh điện áp thường dùng các bộ điều khiển có phản hồi (closed-loop).
Việc điều chỉnh điện áp được tiến hành từ xa bằng hệ thống SCADA hoặc bằng tay theo
giá trị đặt.
2.4.3. Kết nối.
Nói chung, SVC không làm việc ở điện áp của đường dây, nó thường được nối qua
máy biến áp tăng áp, với điện áp đường dây phía cao (ví dụ 230 kV) xuống điện áp thấp
hơn (ví dụ 9,5 kV). Việc giảm điện áp làm việc của SVC nhằm kích thước và số lượng thiết
bị của SVC (chủ yếu do các bộ tụ bù ngang có điện áp làm việc thấp). Mặc dù việc làm này
làm cho các cuộn dây điện cảm có kích thước lớn hơn dể chịu được dòng điện lớn.
Các van thyristor của SVC có dạng hình đĩa, với đường kính hàng inch, do đó, chúng

thường được đặt trong nhà.
19
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.4.4. Lợi ích.
Lợi ích chính của việc sử dụng SVC so với các tụ bù được đóng cắt cơ khí là chũng
phản ứng gần như tức thời với sự thay đổi điện áp của hệ thống. Vì lý do này, chũng
thường hoạt động ở gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu quả điều chỉnh cao nhất khi có
nhu cầu. SVC nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, điều chỉnh nhanh hơn và tin cậy
hơn so với các thiết bị bù khác như máy bù đồng bộ.[5]
2.5. STATCOM.
STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI – Voltage – Source Inverter), nó
chuyển đổi nguồn áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù CSPK cho hệ thống.
STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều khiển điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị
cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh điện áp và góc pha từ STATCOM.
Hình 2.9. Cấu trúc cơ bản của STATCOM.
Bằng cách khống chế điện áp của STATOM, cùng pha với điện áp hệ thống, nhưng có
biên độ lớn hơn, dòng điện và CSPK chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên.
Ngược lại,nếu điều khiển điện áp của STATCOM thấp hơn điện áp hệ thống, dòng điện và
dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện.[6]
20
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG 3
MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
3.1. Máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ điện đồng bộ làm việc ở chế độ không tải với
dòng kích từ được điiều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng Q, do đó duy
trì được điện áp quy định của lưới điện ở khu vực tập trung hộ dùng điện.
Máy bù đồng bộ thường được đặt tập trung ở những điểm quan trọng của hệ thống
điện.
3.1.1. Cấu tạo.

Máy bù đồng bộ thường có cấu tạo theo kiểu cực lồi (2p ≥ 4). Để dễ mở máy, mặt cực
được chế tạo bằng thép nguyên khối trên có đặt dây quấn mở máy. Trong trường hợp mở
máy trực tiếp gặp khó khăn thì phải hạ điện áp mở máy, hoặc dùng động cơ không đồng
bộ rôto dây quấn để kéo máy bù đồng bộ đến tốc độ đồng bộ.
Trục của máy bù đồng bộ có thể nhỏ vì không kéo tải cơ. Cũng do mômen cản trên trục
nhỏ (chủ yếu chỉ do ma sát cửa ổ trục và quạt gió) nên yêu cầu làm việc ổn định với lưới
điện không bức thiết, do đó có thể thiết kế cho xd lớn nghĩa là khe hở có thể nhỏ, kết quả
là có thể làm giảm suất điện động và dây quấn kích từ khiến cho kích thước máy nhỏ hơn.
a) Stato.
21
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Kết cấu của stato của máy bù đồng bộ (máy điện đồng bộ) hoàn toàn giống như stato
của máy điện không đồng bộ.
Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn vỏ máy và nắp
máy.
• Lõi thép có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên
trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục.Lõi thép được ép
vào trong vỏ máy.
• Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong
các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha
stator sẽ tạo nên từ trường quay.
b) Rôto.
Hình 3.1. Cực từ của máy đồng bộ cực lồi. Hình 3.2. Dây quấn cản, mở máy.
1. Lá thép cực từ. 2. Dây quấn kích thích.
3. Đuôi cực từ. 4. Nêm. 5. Lõi thép rôto.
Máy cực lồi thường quay với tốc độ thấp nên đường kính rôto có thể lớn tới 15m,
trong khi chiều dài lại bé. Thường l/D = 0,15-0,2.
Với các máy nhỏ và vừa rôto được làm bằng thép đúc, gia công thành khối lăng trụ
trên có các cực từ (Hình 3.1).
Với các máy công suất lớn rôto được ghép từ các lá thép dày từ 1-6 mm, dập định

hình và ghép trên giá đỡ rôto. Cực từ đặt trên rôto ghép bằng các lá thép dày từ 1-1,5
mm.
22
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Dây quấn kích thích được quấn định hình vào lồng và thân cực từ (Hình 3.1).
Trên bề mặt cực từ có một bộ dây quấn ngắn mạch, như dây quấn lồng sóc của máy
điện không đồng bộ (Hình 3.2)
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản.
Khi ta đưa dòng điện kích thích một chiều i
t
vào dây quấn kích thích đặt trên cực từ,
dòng điện i
t
sẽ tạo nên một từ thông Φ
t.
Nếu ta quay rôto lên đến tốc độ n (vg/ph), thì từ
trường kích thích sẽ quét qua dây quấn phần ứng và cảm ứng nên trong dây quấn đó
suất điện động và dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f
1
= p.n/60. Trong đó p là số
cặp cực của máy.
Với máy điện đồng bộ ba pha, dây quấn phần
ứng nối sao (Y) hoặc nối tam giác (Δ) như hình 3.3.
Khi máy làm việc dòng điện phần ứng I
ư
chạy
trong dây quấn 3 pha sẽ tạo nên một từ trường
quay. Từ trường này quay với tốc độ đồng bộ n
1
=

60.f
1
/p.
Hình 3.3. Nguyên lý làm việc cơ bản.
Như vậy ở máy điện đồng bộ ta thấy : n = n
1
chính vì vậy mà ta gọi nó là máy điện
đồng bộ.
3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng.
Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ được tính :
Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ – θ) = mU(Isinψ.cosθ + Icosψ.sinθ) (3.1)
Q = mU( I
d
.cosθ- I
q
.sinθ ) (3.2)
Thay I
d
và I
q
vào ta có :
Q = cosθ + ( )cos2θ ( + ) (3.3)
23
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Đặc tính góc công suất phản kháng của máy điện đồng bộ như hình 3.4.
Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công suất phản kháng
vào lưới, ngoài phạm vi trên máy tiêu thụ công
suất phản kháng.[7]
Hình 3.4. Đặc tính góc
công suất phản kháng máy cực lồi.

3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ.
• Chế độ quá kích thích.
Chế độ làm việc bình thường (giờ cao điểm) của máy bù đồng bộ là chế độ quá kích
thích (tăng kích từ) phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi, tiêu thụ
công suất điện dung của lưới điện. Ở trường hợp này máy bù đồng bộ có tác dụng như
một bộ tụ điện làm tăng cos
ϕ
và bù điện áp rơi trên lưới điện, được gọi là máy phát công
suất phản kháng.
• Chế độ thiếu kích thích.
Khi tải của các hộ dùng điện giảm, ví dụ về đêm hoặc vào những giờ thấp điểm, điện
áp của lưới tăng thì cho máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ thiếu kích thích (giảm dòng
kích từ), tiêu thụ công suất phản kháng (điện cảm) của lưới điện và gây thêm điện áp rơi
trên đường dây để duy trì điện áp khỏi tăng quá mức quy định. Việc điều chỉnh dòng điện
kích thích để duy trì điện áp của lưới (ở đầu cực của máy bù đồng bộ) không đổi, thường
được tiến hành tự động. Máy bù đồng bộ tiêu thụ rất ít công suất tác dụng vì công suất
tác dụng dùng để bù vào các tổn hao công trong nó.
3.1.5. Công suất và khả năng bù của máy bù đồng bộ.
24
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Công suất định mức của máy bù đồng bộ được quy định ứng với chế độ làm việc quá
kích thích có trị số : S
đm
= mU
đm
I
đm
(3.4)
Khi làm việc ở chế độ thiếu kích thích tối đa, công suất của máy bằng :
S’ = mU

đm
I’ (3.5)
Nếu bỏ qua tổn hao công suất thì :
I’= = j (3.6)
Vậy : S’ = m (3.7)
So sánh công suất đó với công suất định mức ta có :
= =
Đây chính là thông số đặc trưng khả năng bù của máy bù đồng bộ.
Thông thường đối với máy bù đồng bộ x
d
= 1,5 ÷ 2,2 ; S’/S
đm
= 0,45 ÷ 0,67 và các trị số
này có thể đáp ứng yêu cầu về vận hành. Trong một số trường hợp cần tăng trị số của S’
thì phải giảm xd bằng cách tăng khe hở và điều này khiến cho giá thành của máy cao
hơn. Để được kinh tế hơn, có thể thực hiện chế độ kích thích âm, khi đó E < 0, kết quả là I’
sẽ tăng khiến cho S’ lớn hơn lên.[8]
3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa.
Khi cho dòng điện một chiều vào rotor của động cơ không đồng bọ dây quấn, động cơ
sẽ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp. Do đó nó có khả
năng sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. Nhược điểm của loại động cơ
này là tổn thất công suất quá lớn (bảng 3-1) khả năng quá tải kém.
Bảng 3-1 Suất tổn thất công suất tác dụng của các loại thiết bị bù.
Loại thiết bị bù Tổn thất CSPK
25