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 ϕ 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. Do đó hệ số công suất cos 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 năm

MỤC LỤC
Trang


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG..........................................................1

1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng.................................................................................1
1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng............................................................................................1
1.3. Các nguồn phát công suất phản kháng.....................................................................................2
1.4. Bù công suất phản kháng.......................................................................................................3
1.4.1. Tiêu chí kỹ thuật............................................................................................................3
1.4.2. Tiêu chí kinh tế..............................................................................................................4
CHƯƠNG II - TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.........................................................................6
2.1. Tụ bù ngang........................................................................................................................6
2.1.1. Chức năng, ứng dụng......................................................................................................6
2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm..........................................................................................................7
2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn...........................................................................7
2.2. Kháng bù ngang:..................................................................................................................9
2.2.1. Chức năng tác dụng........................................................................................................9
2.2.2. Nguyên lý cấu tạo..........................................................................................................9
2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh.........................................................................................10
2.3. Tụ bù dọc.........................................................................................................................11
2.3.1. Chức năng tác dụng......................................................................................................11
2.3.2. Nguyên lý bù...............................................................................................................12
2.3.3. Giới thiệu về tụ bù dọc tại trạm 500 kV Hà Tĩnh...............................................................13
2.4. SVC – Tụ bù tĩnh...............................................................................................................15
2.4.1. Cấu tạo.......................................................................................................................16

2.4.2. Nguyên tắc hoạt động...................................................................................................16
2.4.3. Kết nối.......................................................................................................................17


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.4.4. Lợi ích........................................................................................................................17
2.5. STATCOM.......................................................................................................................18
CHƯƠNG III - MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.................................................................19

3.1. Máy bù đồng bộ.................................................................................................................19
3.1.1. Cấu tạo.......................................................................................................................19
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản….........................................................................................20
3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng.................................................................................21
3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ..............................................................................22
3.1.5. Công suất và khả năng bù của MBĐB..........................Error: Reference source not found
3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa....Error: Reference source not found
CHƯƠNG IV – PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN...Error: Reference source

not found
CHƯƠNG V – KẾT LUẬN................................................................................................ 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................Error: Reference source not found


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
1


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
60% – 65%.

CSPK của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần :
• 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).
2


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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 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.
3


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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
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.
4


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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
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]

5


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
6


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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 :
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 Qbù, trong trường hợp tải P nhỏ hoặc không tải mà Qbù lớn
thì sU < 0, điều đó có nghĩa là sẽ xảy ra sự dâng quá áp tại các nút có lắp đặt Qbù.
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.
7


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 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 :

8


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.
9


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 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 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.
10


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 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.

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.

11


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 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.
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
12

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
bù.
Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng trở đường dây nhỏ đi:
XS = X - Xbù. 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 – Xbù

Điện áp rơi trên đường dây sẽ là :

U=

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.
13

(2.2)
(2.3)

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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.

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.
14


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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.
• Kiểm tra độ kín : Các bình tụ không bị dò dỉ dầu.
• Kiểm tra và thay thế cầu chì bị đứt.
15


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
• 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
16


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
chỉnh.
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 XK.
• 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.
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
17


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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.
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
18


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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]

19


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 x d 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.
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
20


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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.
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 it 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.
21

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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 n1 = 60.f1/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( Id.cosθ- Iq.sinθ )

(3.2)

Thay Id và Iq vào ta có :
Q = cosθ + ( )cos2θ ( + )

(3.3)

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.

22