nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng

NÂNG CAO HIỆU QUẢ
TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
CHƢƠNG II : ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

TS. NGUYỄN Nhất Tùng
KHOA HTĐ-ĐHĐL


Mục Lục

 30 tiết lý thuyết, 1- 2 bài kiểm tra
Thi viết, không dùng tài liệu

1. GIỚI THIỆU CHUNG
 Lịch sử phát triển của htđ
 Vấn đề truyền tải công suất tác dụng & công suất phản kháng
 Điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong HTĐ

2. NÂNG CAO HIỆU QUẢ BẰNG VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
 Chất lƣợng điện năng
 Những vấn đề chung về điều chỉnh Đ.A & công suất phản kháng trong htđ
 Phƣơng thức điều chỉnh điện áp
Chế độ xác lập của đƣờng dây với tụ bù doc
Các vấn đề cần quan tâm đối với đƣờng dây có tụ bù dọc

3. ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
Các kết nối đƣờng dây một chiều
Các bộ biến đổi…

4. ỨNG DỤNG FACTS
Các kiến thức cơ bản về FACTS

TCSC và SVC


Đƣờng dây với tụ bù dọc


KHÁI QUÁT ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU CAO ÁP


Các cấp điện áp xoay chiều SCA trên thế giới :




Các đƣờng dây < 250 km & U<220 kV






220, 330, 380, 400, 500, 750 và 1150 kV
Sơ đồ thay thế tính toán sử dụng các tham số tập trung (các tham số
R, L, C, B),
Bỏ qua tính chất sóng trong quá trình truyền tải năng lượng

Các đƣờng dây > 250 km & U>220 kV




Sử dụng các thông số dải, phân bố đều dọc chiều dài dây,
Có tính đến tính chất sóng của đường dây.
Trong tính toán gần đúng :



Chia nhỏ đƣờng dây dài thành nhiều đoạn ngắn (khoảng 100 -200 km).
Mỗi đoạn ngắn đƣợc thay thế bằng các tham số tập trung


ĐẶC ĐiỂM DSCA


Dùng dây dẫn phân pha




220 kV : mỗi pha có 2 sợi
500 kV : mỗi pha có 3 hay 4 sợi (phân tích chế độ xác lập HTĐ – PGS Phạm Văn Hòa)
Tác dụng của dây dẫn phân pha




Dòng điện I trên DSCA rất lớn (1000 A đối với 500 kV tính theo công
suất tự nhiên 900 MW; 300A cấp 220 kV). Điều này dẫn đến dây dẫn
tiết diện lớn, khó khăn trong thi công => phân pha giải quyết vấn đề.
DSCA gây từ trường với cường độ lớn, tổn thất vầng quang cao.

Dùng dây dẫn phân pha :
•R : bán kính vòng tròn đi qua đỉnh
pp

n 1
Rđt  n n.r.R pp

khung định vị.
•n : số dây trong 1 pha

Bán kính đẳng trị lớn => giảm cường độ điện trường trên bề mặt.
Giảm tổn thất vầng quang, và giảm thấp điện kháng đơn vị của dây


ĐẶC ĐiỂM DSCA



Khoảng cách cách điện và chiều dài chuỗi sứ lớn
Ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh.









DSCA chiếm nhiều đất đai để xây dựng trạm và cột móng.

Tiếng ồn do hồ quang, nhiễu vô tuyết,
Ảnh hƣởng của cƣờng độ điện trƣờng xuống phía duới
đƣờng dây,
Ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời,

Độ tin cậy : DSCA đòi hỏi độ tin cậy cao.



Tổn thất điện năng dò vầng quang điện rất cao
Sự tản ra công suất phản kháng là rất lớn.


Tổng quan Bù C.S phản kháng trên HTĐ


Xét HTĐ đơn giản nhƣ hình
vẽ. Từ hình vẽ ta có
MPĐ E/_0

Tải

V/_ 

V  E  jXI



Trên các đƣờng dây điện truyền tải, điện trở tác dụng
thƣờng có giá trị không lớn, còn điện kháng thì có giá trị lớn

hơn rất nhiều, phụ thuộc vào các loại phần tử và vào khoảng
cách giữa các pha.


Tổng quan Bù C.S phản kháng trên HTĐ


Trƣờng hợp thƣờng ở các đ/d truyền tải siêu cao áp
(>330kV), cự ly xa, công suất phản kháng chủ yếu do
điện dung của đƣờng dây phát ra (X mang giá trị âm)
=>gây ra quá điện áp V ở cuối đƣờng dây. Cần đặt các
khang bù ngang (thƣờng đặt tại các trạm BA).



Trƣờng hợp ngƣợc lại : X mang tính chất cảm kháng (L),
có ảnh hƣởng xấu đến phân bố của điện áp. Trƣờng
hợp này cần đặt các tụ bù dọc.


Chất lƣợng điện năng


Chất lượng tần số : điều chỉnh bằng cân bằng CS tác
dụng toàn hệ thống. Đánh giá thông qua :
 Độ lệch tần số so với tần số định mức f = (f- f đm)100/fđm
 Độ dao động tần số: độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ
nhất của tần sô khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn
hơn 1%/s.



Chất lượng điện áp


Độ lệch điện áp so với điện áp định mức của lưới điện:

U  U dm
U 
100 [%]
U dm



Tiêu chuẩn: ±5% nói chung, +5% - 10% cho lưới điện nông thôn
Là tiêu chuẩn quan trọng nhất ảnh hưởng đến giá thành điện năng
9




Chất lƣợng điện năng
Chất lượng điện áp (tiếp…)


Độ dao động điện áp : sự biến thiên nhanh của điện áp dU/dt






Tiêu chuẩn nói chung: không lớn hơn 1%/s
Đối với chiếu sáng : ΔV< 1+ 6/n (n : số dao động trong 1giờ)
Nếu 1 giờ có 1 dao động thì biên độ được phép là 7%. Các thiết bị có sự
biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép V đến 1,5%/s.

Độ không đối xứng : do sự không đối xứng của phụ tải các pha.
Đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không của U.


Thiết bị dùng điện 3 pha đối xứng U2 và U0 không được vượt quá 2% Uđm.

10


Chất lƣợng điện năng


Chất lượng điện áp (tiếp…)


Độ không sin : do các thiết bị có đặc tính phi tuyến gây
lên : bộ chỉnh lƣu, thiristor…


Tiêu chuẩn :

U1 : điện áp của sóng bậc 1


Nguyên nhân gây ra giảm chất lượng điện áp




Tổn thất điện áp trên lưới điện
Sự biến đổi theo thời gian của phụ tải
Nguyên nhân giao động điện áp : khởi động của các động cơ, chế
độ làm việc của thiết bị công nghệ, đóng cắt tụ bù...
11


Chất lƣợng điện năng


Hậu quả của chất lượng điện năng


Điện áp ảnh hưởng đến công tác của thiết bị dùng điện:






Điện áp quá cao : tăng dòng điện, tăng độ phát nóng, già hoá cách điện,
giảm tuổi thọ của thiết bị dùng điện và cả thiết bị của lưới điện.
Điện áp thấp quá: làm thiết bị dùng điện giảm công suất, nhất là đèn
điện. Gây ra phát nóng phụ thiết bị dùng điện quay, giảm tuổi thọ và năng

suất công tác, làm hỏng sản phẩm... .Thấp quá thiết bị dùng điện không
làm việc được.

Điện áp không đối xứng: làm giam hiệu quả công tác và tuổi thọ của
thiết bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng



Các sóng hài bậc cao : làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh
nhiệt, tăng tổn thất sắt từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện,
tăng tổn thất trong lưới điện và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật của hệ thông cung cấp điện, gây nhiễu radio, TV và các thiết bị điện tử

12


Chất lƣợng điện năng


Tiêu chuẩn (TC) chất lượng điện áp:


Độ lệch điện áp so với điện áp định mức là TC cơ bản.






Điều chỉnh độ lệch điện áp: công việc khó khăn nhất, tốn kém nhất,

được thực hiện đồng bộ trên toàn hệ thống điện.

TC khác có tính địa phương, điều chỉnh cục bộ ở xí nghiệp… .

Giải pháp điều chỉnh chất lượng điện áp


Các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới điện truyền tải và
phân phối.




Được chọn lựa trong quy hoạch và thiết kế lưới điện và được hoàn
thiện thường xuyên trong vận hành,
Các tác động điều khiển được thực hiện trong vận hành gồm có các
tác động dưới tải và ngoài tải. Điều khiển dưới tải được thực hiện tự
động hoặc bằng tay từ xa hoặc tại chỗ.
13


Mục đích điều chỉnh điện áp



Đảm bảo độ lệch điện áp trong tiêu chuẩn.
Giảm tổn thất điện năng.

P 2  Q2
P 

R
2
U










P tỷ lệ nghịch U², điện áp vận hành càng cao thì tổn thất càng nhỏ.
Lưới trung, hạ áp/ P còn phụ thuộc sự biến thiên của công suất sử
dụng thực theo điện áp, nhiều trường hợp điện áp thấp có lợi hơn.
Lưới 500kV : xét đến tổn thất vầng quang, tỷ lệ thuận với điện áp. Khi
thời tiết tốt tổn thất vầng quang nhỏ thì điện áp cao có lợi, nhưng khi thời
tiết xấu điện áp thấp lại có lợi hơn.

Đảm bảo an toàn cho lưới hệ thống điện: Thiết bị điện: MBA, thiết bị
đóng cắt, sứ cách điện... trong chế độ làm việc bình thường chỉ chịu
được Umax quá 5-10% Uđm.
Với nút tải lớn và hệ thống điện, U ảnh hưởng đến ổn định điện áp &
ổn định tĩnh nên cũng phải chú ý khi điều chỉnh điện áp.
14


Phƣơng thức điều chỉnh điện áp


Trên lưới điện cao & siêu cáo áp, R <U1  U 0 


QX
U0

Như vậy, điều chỉnh U dựa chủ yếu vào:
Điều chỉnh công suất phản kháng hay chính xác hơn là điều
chỉnh cân bằng công suất phản kháng trong lưới điện.
 Điều chỉnh cảm kháng X.
Với MPĐ : điện áp trên cực đƣợc điều chỉnh bằng cách điều
chỉnh dòng điện kích thích (gọi tắt là điều chỉnh kích từ).
Với MBA trung gian: điều chỉnh đầu phân áp. Đây chính là
điều chỉnh dòng Q, muốn điều chỉnh thành công thì lƣới
điện phải có đủ nguồn công suất phản kháng.


16


Phƣơng thức điều chỉnh điện áp


Như vậy :






CS phản kháng Q trên lưới: điều chỉnh bằng đặt bù
ngang tại nút tải, giảm Q lấy từ nguồn:
Q = Q1- Qb
Cảm kháng thì được chọn trước theo điều kiện điện
áp, X nếu quá lớn có thể dùng tụ bù dọc:
X = XL- XC

Điều chỉnh U có thể thực hiện



Dưới tải trong khi lưới điện đang làm việc
Điều chỉnh ngoài tải: dừng công tác của lưới điện để
điều chỉnh
17


Phƣơng thức điều chỉnh điện áp


Trong thực tế, điều chỉnh U được kết hợp 3 hình thức:


Điều chỉnh tự động theo thời gian thực: đáp ứng tức thời
các biến thiên nhanh của điện áp.








điều chỉnh kích từ ở máy phát,
điều chỉnh đầu phân áp tự động ở các MBA trung gian,
điều chỉnh ở máy bù tĩnh SVC.

Điều chỉnh dưới tải bằng tay: điều chỉnh đầu phân áp ở
máy biến áp trung gian, tụ bù.
Điều chỉnh ngoài tải: điều chỉnh đầu phân áp ở MBA phân
phối, MBA trung gian, tụ bù ngang, tụ bù dọc.
Lƣới điện 500kV: phải dùng thêm kháng bù ngang để
điều chỉnh điện áp.
18


Phân cấp điều chỉnh điện áp


Cấp hệ thống điện







Giữ U ở đầu vào các trạm trung gian sao cho việc điều chỉnh U

ở cấp lưới phân phối được thuận lợi.
Giảm tổn thất điện năng.
Đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và lưới điện.

Điều chỉnh điện áp ở lưới phân phối




Đảm bào chất lượng điện áp cho phụ tải.
An toàn cho lưới điện.
Giảm tổn thất điện năng.

19


Điều chỉnh điện áp trên lƣới hệ thống và truyền tải


Trên lưới điện hệ thống và truyền tải có các thiết
bị điều chỉnh điện áp:







Máy phát điện.
Tụ bù cố định và tụ bù điều khiển đơn giản theo bậc.

Máy bù tĩnh SVC.
Kháng bù.
Máy biến áp điều áp ngoài tải và dưới tải.

20


Tổng quan các khả năng điều chỉnh điện áp
CẤP MÁY PHÁT

CẤP ĐƯỜNG DÂY

Phát Q trong chế độ quá kích thích

L1, L2 : kháng điện bù ngang

Tiêu thụ Q trong chế độ thiếu kích thích

C1, C2 : kháng điện bù dọc

Thay đổi Q một cách liên tục

TĐT : tụ bù tĩnh điện tại các nút phụ tải
SVC : tụ bù tĩnh điện phối hợp với các
kháng điện có điều khiển

TĐK

C1
500 – 750 kV

110 –
220 kV

35kV

TĐT1

L1

SVC

C2

L2


các khả Năng điều chỉnh U của các phần tử trong HTĐ
Phần tử của Hệ Thống
Chế độ của Phần Tử

Điều chỉnh trơn (liên
tục)

Điều chỉnh nhảy
cấp (gián đoạn)

Phát công suất phản
kháng

MPĐ, máy bù (đồng bộ,

tĩnh), động cơ đồng bộ
quá kích thích, kháng
điện có điều khiển (liên
tục) kết hợp với tụ điện

Tụ điện tĩnh

Tiêu thụ công suất
phản kháng

MPĐ, máy bù (đồng bộ,
tĩnh), động cơ đồng bộ
thieu kích thích, kháng
điện có điều khiển (liên
tục)

kháng điện không
điều khiển

Thay đổi luồng công
suất phản kháng giữa
các lƣới điện có cấp
đ.áp khác nhau

MBA có trang bị bộ
thay đổi đàu phân
áp dƣới tải


Các giai đoạn của quá trình điều chỉnh điện áp

 Điều chỉnh U được chia làm 3 giai đoạn:


Cấp 1 : Các thiết bị (tự động) thực hiện tức thời. VD : điều chỉnh
kích từ, svs...




Nhằm đảm bảo mức điện áp an toàn cho hệ thống trong mọi tình
huống.

Cấp 2: điều chỉnh chậm bằng tay hoặc tự động nhằm đưa điện áp

ở các nút kiểm tra trên lưới hệ thống về mức yêu cầu,




các điều độ viên tiến hành điều chỉnh bằng tay, từ xa hoặc tại chỗ
các đầu phân áp của các máy biến áp, đóng cắt tụ bù...

Cấp 3: điều chỉnh để giảm tổn thất điện năng,
 Thực hiện cho các chế độ xác lập kéo dài, nâng điện áp lên mức
trần để giảm tổn thất điện năng.

Dây 500kV : tính đến tổn thất vầng quang khi điều chỉnh U, giữ U thấp
để giảm tổn thất vầng quang nếu trời xấu. Tổn thất khi thời tiết sấu
rất lớn.
23

Điều chỉnh điện áp trong lƣới phân phối



Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn chính của CLĐA.
Lưới hạ áp :mọi thời gian điện áp phải thoả mãn tiêu chuẩn:
U-  Uxt  U+ với x- địa điểm, t- thời gian

UUUU-

 UA1  U+
 UA2  U+
 UB1  U+
 UB2  U+

U-  UB1 - UH1  U+
U-  UB2 - UH2  U+
U-  UB1  U+
U-  UB2  U+

Với số 1 : chế độ max
Với số 2 : chế độ min
UA1 = UB1 - UH1
UA2 = UB2 - UH2

U- + UH1 UB1U+ + UH1
U- + UH2  UB2 U+ + UH2
U-  UB1  U+

U-  UB2  U+

U- + UH1  UB1  U+
U- + UH2  UB2  U+

24


Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ




Việc điều chỉnh điện áp và công suất phản
kháng đầu MPĐ thực hiện thông qua thiết bị tự
động kích từ TĐK.
Các hệ thống tự động kích từ (TĐK) của MPĐ :





Hệ thống kích từ bằng máy phát điện 1 chiều
Hệ thống kích từ bằng máy phát xoay chiều tần số cao
Hệ thống kích từ bằng dòng điện chỉnh lưu
Hệ thống kích từ không chổi than


Điều chỉnh U và C.S Q ở MPĐ đồng bộ
iTĐK

TĐK một
chiều

TĐK

iKT
KT2

RT

If

KT1
BU

Rdc

TĐK bằng dòng điện chỉnh lưu

TĐK kiểu không chổi than