Nghiên cứu quá trình quá độ trên lưới điện cao thế khi đóng cắt tụ bù ngang tại trạm biến áp 220kv sóc sơn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.86 MB, 85 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐẠI NAM
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
CAO THẾ KHI ĐÓNG CẮT TỤ BÙ NGANG TẠI
TRẠM BIẾN ÁP 220kV SÓC SƠN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Hà Nội – Năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐẠI NAM
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
CAO THẾ KHI ĐÓNG CẮT TỤ BÙ NGANG TẠI
TRẠM BIẾN ÁP 220kV SÓC SƠN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ ĐỨC TÙNG
Hà Nội – Năm 2016
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................... 4
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 7
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 8
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ TỤ BÙ NGANG TRONG LƯỚI
ĐIỆN CAO THẾ ................................................................................................ 9
1.1. Vai trò của tụ bù ngang trong lưới điện cao thế ................................. 9
1.1.1. Cung cấp công suất phản kháng................................................... 10
1.1.2. Điều khiển điện áp ......................................................................... 10
1.1.3. Tăng khả năng tải của hệ thống ................................................... 11
1.1.4. Giảm được tổn thất công suất của hệ thống ............................... 12
1.1.5. Giảm gánh nặng về công suất nói chung .................................... 12
1.2. Các phương pháp lắp đặt tụ bù ngang ................................................ 12
1.2.1. Các kiểu điều khiển dùng cho tụ bù ngang đóng cắt ................. 13
1.2.2. Các kiểu đấu nối bộ tụ bù ngang ba pha ..................................... 13
1.2.3. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC – Static Var
Compensator)............................................................................................. 14
1.3. Giới thiệu tụ bù ngang đặt tại trạm biến áp 220kV Sóc Sơn ........... 15
1.4. Kết luận ................................................................................................... 18
CHƯƠNG 2 : CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ XẢY RA KHI ĐÓNG CẮT
TỤ BÙ NGANG ............................................................................................... 19
2.1. Cơ sở lý thuyết cơ bản của quá trình quá độ khi đóng cắt tụ điện
độc lập ............................................................................................................ 19
2.2. Hiện tượng xảy ra khi đóng cắt tụ bù ngang ..................................... 21
2.2.1. Đóng điện cho một bộ tụ bù ngang độc lập................................ 21
Đại Nam
1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
2.2.2. Trường hợp xảy ra quá điện áp động học ................................... 22
2.2.3. Trường hợp có sự khuếch đại điện áp ......................................... 23
2.2.4. Quá điện áp pha – pha ................................................................... 24
2.2.5. Trường hợp phóng điện trước xảy ra trong thiết bị chuyển
mạch ............................................................................................................ 24
2.2.6. Trường hợp xảy ra khi đóng cắt bộ tụ bù ngang ghép song song ..........25
2.2.7. Phóng điện trở lại của bộ tụ bù ngang ........................................ 25
2.3. Một số phương pháp hạn chế quá điện áp gây ra bởi quá trình đóng
cắt tụ bù ngang trên lưới điện cao thế ........................................................ 26
2.3.1. Sử dụng điện trở đặt trước để làm giảm biên độ quá điện áp và
dòng điện tràn ............................................................................................ 26
2.3.2. Sử dụng điện cảm đặt trước hoặc điện cảm cố định để làm giảm biên
độ quá điện áp và dòng điện tràn ................................................................ 29
Ảnh hưởng của việc chuyển mạch tụ bù ngang tới lưới điện cao
2.4.
thế và các biện pháp hạn chế quá điện áp.................................................. 30
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI THAO TÁC
CHUYỂN MẠCH TỤ BÙ NGANG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV SÓC
SƠN BẰNG PHẦN MỀM ATP-EMTP ....................................................... 32
3.1. Giới thiệu về chương trình ATP-EMTP ............................................. 32
3.1.1. Ứng dụng của chương trình .......................................................... 32
3.1.2. Kết hợp các modules tính toán trong ATP ................................. 33
3.2. Mô phỏng quá trình chuyển mạch tụ bù trong hệ thống điện thực
hiện bằng phần mềm ATP-EMTP. .............................................................. 34
3.2.1. Đặc điểm hệ thống mô phỏng....................................................... 34
3.2.2. Nhập số liệu các phần tử hệ thống điện trong ví dụ mô phỏng 37
3.2.2.1. Nguồn điện .............................................................................. 37
3.2.2.2. Đường dây ............................................................................... 38
Đại Nam
2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
3.2.2.3. Máy biến áp AT1, AT2 .......................................................... 39
3.2.2.4. Bộ tụ bù ngang ........................................................................ 40
3.2.2.5. Phụ tải......................................................................................... 41
3.2.3. Kết quả tính toán, mô phỏng ........................................................ 42
3.2.3.1. Tính toán, mô phỏng quá trình đóng bộ tụ bù............................ 42
a. Đóng tụ trực tiếp.............................................................................. 42
b. Đóng máy cắt qua cuộn kháng ........................................................ 53
c. Đóng máy cắt qua điện trở .............................................................. 57
d. Tách cuộn kháng sau khi đóng máy cắt .......................................... 65
e. Tách điện trở sau khi đóng máy cắt .............................................. 69
3.2.3.2. Tính toán, mô phỏng quá trình cắt bộ tụ bù ngang ........................ 73
3.3.Đánh giá, nhận xét các kết quả tính toán và mô phỏng ............................ 77
3.3.1. Đóng máy cắt trực tiếp bộ tụ bù ngang ............................................. 77
3.3.2. Đóng máy cắt bộ tụ bù ngang thông qua cuộn kháng và điện trở .... 78
3.3.2.1. Đóng cuộn kháng và điện trở cố định ........................................ 78
3.3.2.2. Tách cuộn kháng và điện trở sau khi đóng máy cắt bộ tụ.......... 79
3.3.3. Quá trình cắt bộ tụ ............................................................................. 80
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 83
Đại Nam
3
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi. Nội dung, số liệu được
tập hợp từ nhiều nguồn khác nhau. Thuyết minh, mô phỏng và kết quả tính toán
được bản thân tôi thực hiện.
Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2016
Đại Nam
Khóa CH2014B
Đại Nam
4
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ
Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cán bộ công nhân viên thuộc
Trạm biến áp 220kV Sóc Sơn và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi thực hiện hoàn thành luận văn này. Đặc biệt tôi xin bày
tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Lê Đức Tùng – thầy đã tận tình quan
tâm hướng dẫn giúp đỡ tôi xây dựng và hoàn thành luận văn này.
Vì thời gian và kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn này không thể
tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô,
bạn bè và đồng nghiệp để bản luận văn này ngày càng hoàn thiện.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Đại Nam
5
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng tóm tắt lợi ích khi ứng dụng các tụ bù ngang
Bảng 1.2. Thông số một bình tụ
Bảng 1.3. Thông số tổ hợp dàn tụ ( 3 pha )
Bảng 1.4. Thông số các bình
Bảng 3.1. Bảng giá trị điện áp và dòng điện trường hợp đóng tụ trực tiếp khi trị
số điện áp tức thời pha A cực đại
Đại Nam
6
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC
Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn đóng cắt tụ điện độc lập vào hệ thống
Hình 2.2. Mạch tương đương cho trường hợp nạp điện bằng nguồn cảm ứng
chu kì
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống xảy ra quá điện áp động học
Hình 2.4. Bộ tụ đóng vào nguồn điện cao
Hình 2.5. Hệ thống mô tả quá điện áp trên tụ khi đóng cắt tụ
Hình 2.6. Điện áp trên tụ khi đóng cắt tụ tại thời điểm t=0,02s
Hình 2.7. Dòng điện tràn qua tụ khi đóng cắt tụ tại thời điểm t=0,02s
Hình 2.8. Hệ thống mô tả đóng cắt tụ điện khi có điện trở đặt trước
Hình 2.9. Điện áp trên tụ điện khi có điện trở đặt trước
Hình 2.10. Dòng điện tràn qua tụ điện khi có điện trở đặt trước
Hình 2.11. Hệ thống mô tả đóng cắt tụ điện khi có điện cảm đặt trước
Hình 2.12. Điện áp trên tụ điện khi có điện cảm đặt trước
Hình 2.13. Dòng điện tràn qua tụ điện khi có điện cảm đặt trước
Hình 3.1. Tổng quan về các modules trong ATP-EMTP
Hình 3.2. Sơ đồ một sợi trạm biến áp 220kV Sóc Sơn
Hình 3.3. Mô hình và nhập số liệu cho nguồn điện AC 3 pha
Hình 3.4. Mô hình và nhập số liệu cho đường dây
Hình 3.5. Mô hình và nhập số liệu cho máy biến áp AT1, AT2
Hình 3.6. Mô hình và nhập số liệu cho tụ bù ngang
Hình 3.7. Mô hình và nhập số liệu cho phụ tải
Hình 3.8. Mô hình thay thế trạm biến áp 220kV Sóc Sơn
Đại Nam
7
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
MỞ ĐẦU
Việc thao tác đóng cắt tụ bù ngang là thao tác rất thường xuyên trên lưới
điện, quá trình thao tác này luôn gây ra ảnh hưởng đến sự vận hành lưới điện
trong đó có vấn đề quá điện áp. Để giữ ổn định điện áp tại một nút điện áp,
người ta đặt một bộ tụ bù ngang ở nút đó. Do vậy việc nghiên cứu quá trình
quá độ đóng cắt tụ bù ngang và hiện tượng quá điện áp gây ra bởi quá trình này
là rất cần thiết trong việc thiết kế lắp đặt và vận hành tụ bù ngang trên lưới
điện cao thế.
Mục đích nghiên cứu đề tài này của tác giả là đưa ra cho người đọc một số hiện
tượng quá trình quá độ và các giải pháp thiết kế lắp đặt thiết bị hỗ trợ làm
giảm, hạn chế hiện tượng quá độ trên bằng các phương pháp đóng cắt tụ bù
ngang khác nhau bằng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP, rồi từ đó đưa ra các
nhận xét, đánh giá và kiến nghị.
Trong luận văn này, đối tượng được tác giả chọn để nghiên cứu quá trình
đóng cắt máy cắt bộ tụ bù ngang là trạm biến áp 220kV Sóc Sơn thuộc Công ty
truyền tải điện 1 – Tổng công ty truyền tải điện quốc gia.
Kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể dùng làm tài liệu tham khảo,
một phần kết quả có thể được sử dụng vào trong thực tế, từ đó có thể tư vấn
cho đơn vị sử dụng các phương pháp làm giảm thiểu ảnh hưởng của quá trình
thao tác như: chọn thời điểm đóng cắt, bộ trở đóng cắt, tuy nhiên kết quả
nghiên cứu còn đơn giản vì lược bỏ đi nhiều yếu tố, sơ đồ mô tả trạm còn đơn
giản ( sơ đồ đơn và ko nhiều thanh cái, bỏ qua điện dung của các đường dây
truyền tải cũng như điện dung của các thanh cái ).
Nội dung của luận văn này được trình bày trong 3 chương :
Chương 1 : Tổng quan về tụ bù ngang trong lưới điện cao thế
Chương 2 : Các quá trình quá độ xảy ra khi đóng cắt tụ bù ngang
Chương 3 : Mô phỏng quá trình quá độ khi thao tác chuyển mạch tụ bù
ngang tại trạm biến áp 220kV Sóc Sơn bằng phần mềm ATP-EMTP
Đại Nam
8
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TỤ BÙ NGANG TRONG LƯỚI
ĐIỆN CAO THẾ
1.1.
Vai trò của tụ bù ngang trong lưới điện cao thế
Đa số các phụ tải hệ thống điện và các thông số chính của hệ thống ( ví
dụ như đường dây và máy biến áp ) về bản chất đều có tính cảm, do vậy chúng
vận hành tại một hệ số công suất thấp. Khi vận hành tại một hệ số công suất
thấp như vậy, một hệ thống điện đòi hỏi công suất phản kháng thêm vào, nếu
không nó sẽ làm giảm khả năng tải của hệ thống, tăng tổn thất công suất và
điện năng trong hệ thống, và giảm điện áp của hệ thống.
Bảng 1.1 cho ta một bảng tóm tắt lợi ích đem lại từ tụ bù ngang khi
chúng được đặt trong hệ thống truyền tải và phân phối. Hỗ trợ công suất phản
kháng và điều khiển điện áp là các lợi ích đầu tiên đối với một hệ thống truyền
tải trong khi lợi ích trong lưới điện phân phối có thể thay đổi phụ thuộc vào
việc có hay không lợi ích sinh ra trong hệ thống khi lắp đặt tụ bù, hay khách
hàng sử dụng điện.
Bảng 1.1. Bảng tóm tắt lợi ích khi ứng dụng các tụ bù ngang
Lợi ích
Hệ thống Hệ
thống
truyền tải
phân phối
Cung cấp công suất phản kháng
1
2
Điều khiển điện áp
1
1
Tăng khả năng tải
2
2
Giảm tổn thất công suất trong hệ thống
2
1
Giảm gánh nặng về công suất nói chung
-
1
1 – Lợi ích đầu tiên
2 – Lợi ích thứ hai
Đại Nam
9
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
1.1.1. Cung cấp công suất phản kháng
Cung cấp công suất phản kháng bao gồm nhiều lợi ích khác nhau như cải
thiện điều khiển điện áp, giảm tổn thất công suất và công suất phản kháng yêu
cầu tại máy phát, và tăng giới hạn ổn định tĩnh. Dung lượng VAr được tiêu
chuẩn hoá kích cỡ và lắp đặt tại các trạm truyền tải và phân phối để cung cấp
công suất phản kháng cho tải hay để cung cấp hỗ trợ ở giữa các mạch truyền tải
nặng.
1.1.2. Điều khiển điện áp
Ứng dụng các bộ tụ bù ngang trong hệ thống sẽ làm tăng điện áp từ điểm
lắp đặt đến nguồn. Trong một hệ thống với hệ số công suất thấp, tụ bù ngang
có thể giảm dòng điện cảm truyền tải trên hệ thống, do vậy sẽ làm giảm điện áp
rơi trên hệ thống điện.
Có một số công thức có thể được sử dụng để tính ước lượng độ tăng điện
áp khi các tụ được sử dụng, một công thức thường được sử dụng là :
V =
Q.X L
10.U 2
Trong đó :
V là độ tăng điện áp phần trăm tại vị trí lắp đặt tụ
U là điện áp pha – pha của hệ thống không có tụ vận hành
Q là công suất phản kháng 3 pha của tụ bù
X L là điện kháng của hệ thống từ điểm lắp đặt tụ, Ohm
Tụ bù ngang thường được lắp đặt trên đường dây truyền tải tại các thanh
cái để hỗ trợ điều chỉnh điện áp ở khoảng rộng. Chúng được lắp đặt trên các
thanh cái phân phối và trực tiếp trên các thanh cái của khách hàng để cung cấp
sự hỗ trợ điện áp ở khoảng nhỏ hơn và bù công suất cho khách hàng riêng.
Tụ bù ngang lắp đặt để điều chỉnh điện áp được thường được đóng trong
giai đoạn đỉnh của tải hay điều kiện điện áp thấp và được cắt trong giai đoạn
non tải hay các điều kiện điện áp cao.
Đại Nam
10
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
1.1.3. Tăng khả năng tải của hệ thống
Tăng khả năng tải của hệ thống là lợi ích lớn nhất khi lắp đặt tụ bù
ngang trên lưới truyền tải. Nó đặc biệt đáng kể khi tải được cung cấp bởi một
hệ thống được tăng trưởng rất nhanh. Việc lắp thêm các bộ tụ bù ngang sẽ làm
giảm công suất phản kháng tải trên hệ thống, do vậy tạo ra khả năng tải nó có
thể cung cấp cho phụ tải tăng trưởng sau này.
Hệ số công suất tối ưu cho hệ thống khi chỉ lưu ý đến khả năng tải, có
thể ước lượng gần đúng bằng cách sử dụng công thức sau :
PF =
C
1- ( )2
S
Trong đó :
C
là chi phí trên một kilovar của tụ
S
là chi phí trên kilovolamperes của thiết bị hệ thống
PF là hệ số công suất tối ưu
Để tính toán công suất phản kháng cần thiết để điều chỉnh đến một hệ số
công suất cao hơn phải bù một lượng công suất bằng công suất phản kháng ở
hệ số cũ trừ đi lượng công suất ở hệ số mới. Công thức sau đây được sử dụng
để xác định công suất này :
Q = P.[ tan (cos -1 PFcũ) - tan (cos -1 PF mới )]
Trong đó :
P là công suất kilowatt của hệ thống
Q là lượng công suất phản kháng lắp đặt thêm
Một cách đơn giản tìm hàng tương ứng với hệ số công suất hiện tại của
hệ thống và cột tương ứng là hệ số công suất mới. Số tại vị trí cắt hàng và cột
được nhân với công suất kilowatt của hệ thống để tính được tổng lượng công
suất phản kháng cần thiết để điều chỉnh hệ số công suất.
Đại Nam
11
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
1.1.4. Giảm được tổn thất công suất của hệ thống
Trên một hệ thống truyền tải và phân phối nào đó, việc lắp đặt các bộ tụ
bù ngang có thể đem lại sự giảm tổn thất công suất đáng kể.
Việc lắp đặt các dãy tụ bù ngang có thể giảm được dòng điện chạy qua
hệ thống từ nguồn đến điểm lắp đặt tụ. Từ đó tổn thất công suất tỉ lệ trực tiếp
với bình phương của dòng điện, một lượng giảm của dòng điện sẽ làm giảm
một lượng lớn tổn thất công suất.
1.1.5. Giảm gánh nặng về công suất nói chung
Từ việc áp dụng các bộ tụ bù ngang có thể làm giảm bớt công suất tác
dụng của phụ tải, điều này có thể dẫn đến giảm các chi phí chung khác.
Lượng chi phí phát sinh theo kilowatt có thể tính toán theo nhiều cách
khác nhau, bao gồm các phương pháp sau đây:
a. Lượng tiền cố định cho mỗi kilowatt cộng với lượng tiền cố định cho
mỗi kilovar.
b. Lượng tiền nào đó cho mỗi kilowatt tại hay cao hơn một hệ số công
suất nào đó, cộng với chi phí từ mỗi kVAR từ việc vượt quá của
lượng yêu cầu bởi một hệ số công suất nhỏ nhất.
c. Một chi phí trên kilowatt đòi hỏi được nhân với một hệ số tăng với
việc giảm hệ số công suất.
d. Một chi phí cố định trên đỉnh công suất tác dụng.
1.2.
Các phương pháp lắp đặt tụ bù ngang
Các bộ tù bù ngang có thể lắp đặt ngay trên các thanh cái của các trạm
biến áp, trạm bù. Thao tác đóng cắt tụ có thể thực hiện bằng cầu dao, cầu chì
đối với các tụ có dung lượng hạn chế, đối với các tụ có dung lượng lớn có thể
thực hiện thao tác bằng máy cắt. Trong mạng điện các phụ tải lớn hiện nay đã
sử dụng các thiết bị bù tĩnh SVC có điều khiển bằng thyristor.
Đại Nam
12
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
1.2.1. Các kiểu điều khiển dùng cho tụ bù ngang đóng cắt
Quá trình đóng cắt các tụ bù ngang có thể thực hiện bằng cách điều
khiển bằng tay hay tự động bằng cách sử dụng một số kiểu điều khiển thông
minh. Các loại điều khiển thông minh có thể được sử dụng trong điều khiển tự
động bao gồm : đóng cắt theo thời gian, điện áp, dòng điện, điện áp – thời gian,
điện áp – dòng điện, nhiệt độ. Các loại điều khiển phổ thông nhất là : điều
khiển theo thời gian, điện áp, điện áp – dòng.
1.2.2. Các kiểu đấu nối bộ tụ bù ngang ba pha
Bộ tụ bù ngang ba pha có thể được đấu nối , Yo hay Y. Kiểu đấu nối
được sử dụng phụ thuộc vào :
a. Chế độ làm việc của điểm trung tính
b. Các yêu cầu về dây chảy
c. Vị trí lắp đặt bộ tụ điện
d. Ảnh hưởng đến hệ thống thông tin
Thông thường các bộ tụ bù nối Yo chỉ được sử dụng trên các hệ thống sơ
cấp ba pha bốn dây.
Tụ điện nối Y không dùng trong các điều kiện sau đây [1] :
-
Trên các xuất tuyến có các máy cắt đơn pha sử dụng ở phía nguồn
cung cấp.
-
Đối với các bộ tụ bù ngang cố định.
-
Trên các phân đoạn, ở phía trước cầu chì phân đoạn hay các thiết
bị cắt đơn pha.
-
Trên các xuất tuyến có sự chuyển tải công suất đột xuất.
Tuy nhiên các bộ tụ bù ngang nối Y sẽ được sử dụng nếu có một hay các
điều kiện sau đây [1] :
-
Các dòng điện hài bậc cao trong trung tính máy biến áp của trạm
được loại bỏ.
-
Đại Nam
Các nhiễu điện thoại có thể được giảm tối thiểu.
13
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
-
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Việc lắp đặt bộ tụ bù ngang có thể được thực hiện với các thiết bị
đóng cắt bằng hai thiết bị đơn pha với các thiết bị đóng cắt bằng
ba thiết bị đơn pha.
1.2.3. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC – Static Var
Compensator)
SVC là thiết bị bù ngang dùng để thay đổi công suất phản kháng trên
lưới, có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ
hợp từ hai thành phần cơ bản:
- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng
( có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành
).
- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như
thyristor, các cửa đóng mở ( GTO – Gate turn off )…
SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính :
+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor – TCR (Thyristor Controlled
Reactor) có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ.
+ Kháng đóng mở bằng thyristor – TSR (Thyristor Switched
Reactor)
có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh
bằng.
+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – TSC (Thyristor Switched
Capacitor) có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh
bằng thyristor.
Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách
đáng kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và
phức tạp trong vận hành. Các chức năng chính của SVC bao gồm :
+ Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện
áp.
+ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.
Đại Nam
14
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
+ Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố.
+ Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện.
+ Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống
điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột…
Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho
quá trình vận hành hệ thống điện như :
+ Làm giảm tổn thất, giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh.
+ Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây.
+ Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của
đường dây.
Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC
1.3.
Giới thiệu tụ bù ngang đặt tại trạm biến áp 220kV Sóc Sơn
Tụ bù ngang T101 đặt tại trạm biến áp 220kV Sóc Sơn được đóng điện
chính thức đưa vào vận hành ngày 23/10/2001, việc này đã giúp cho giảm bớt
tổn hao công suất và nâng cao hệ số cos j trong quá trình truyền tải điện năng trên
hệ thống.
Đại Nam
15
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Bảng 1.2. Thông số một bình tụ
TT
NỘI DUNG
HẠNG MỤC
GIÁ TRỊ
1. Kiểu loại
Q-Bank A
2. Cđm (µF) 200C
72,32
3. Điện trở phóng bên trong (MΩ)
1,5
4. Công suất (kVAr)
947
5. Điện áp định mức (kV)
6,456
6. Dòng điện định mức (A)
146,7
7. Kích thước (mm)
1140x343x178
8. Khối lượng 1 bình (kg)
9. Năm sản xuất
2000
10. Nước sản xuất
Thụy điển
Bảng 1.3. Thông số tổ hợp dàn tụ (3pha)
TT
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
NỘI DUNG
HẠNG MỤC
Công suất 3 pha (kVAr)
Cđm (µF) 200C
Chiều cao sàn tụ (m)
Số nhánh song song / pha
Số bình nối tiếp 1 pha
11
Điện kháng / pha (Ω)
Điện áp định mức (kV)
Dòng điện định mức (A)
Số bình song song / pha
123
298
22
10. Tổng số bình
Đại Nam
GIÁ TRỊ
62500
13.15
4
2
66
16
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Bảng 1.4. Thông số các bình
BÌNH
ĐIỆN
SỐ
PHÓNG (MΩ)
1
TRỞ
ĐIỆN
TRỞ
C (µF)
BÌNH SỐ
1,5
71,99
34
1,5
73
2
1,5
72,68
35
1,5
72,7
3
1,5
71,65
36
1,5
72,5
4
1,5
73,43
37
1,5
71,47
5
1,5
73,22
38
1,5
72,65
6
1,5
72,85
39
1,5
73,2
7
1,5
73,5
40
1,5
72,62
8
1,5
72,8
41
1,5
73,2
9
1,5
71,3
42
1,5
71,78
10
1,5
71,93
43
1,5
71,15
11
1,5
72,72
44
1,5
71,38
12
1,5
72,5
45
1,5
74,1
13
1,5
72,15
46
1,5
71,37
14
1,5
72,8
47
1,5
71,4
15
1,5
71,32
48
1,5
72,54
16
1,5
72,07
49
1,5
73,08
17
1,5
71,26
50
1,5
73,14
18
1,5
73,18
51
1,5
72,58
19
1,5
72,88
52
1,5
71,88
20
1,5
72,07
53
1,5
74,5
21
1,5
71,48
54
1,5
73,36
22
1,5
72,16
55
1,5
73,86
23
1,5
73,08
56
1,5
72,32
24
1,5
72,98
57
1,5
72,99
25
1,5
71,69
58
1,5
72,68
Đại Nam
PHÓNG (MΩ)
C (µF)
17
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
26
1,5
71,59
59
1,5
71,74
27
1,5
74
60
1,5
73,05
28
1,5
73,25
61
1,5
73,37
29
1,5
71,82
62
1,5
72,2
30
1,5
71,93
63
1,5
72,99
31
1,5
73,34
64
1,5
71,6
32
1,5
73,08
65
1,5
71,13
33
1,5
73,42
66
1,5
71,73
1.4.
Kết luận
Tụ bù ngang có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, lắp đặt tụ có thể
làm tăng khả năng tải của hệ thống, giảm tổn thất công suất và điện năng trong
hệ thống, và tăng điện áp của hệ thống, tăng tính ổn định tĩnh của hệ thống mà
nó đấu nối.
Tụ bù nói chung được lắp đặt ở tất cả các cấp điện áp, có thể đấu nối nối
tiếp hoặc song song, tổ hợp tụ bù có thể nối Y, Yo hay tam giác tuỳ thuộc vào
hệ thống mà nó đấu nối. Tụ bù ngang có thể lắp đặt cố định trên các cột đường
dây, trong tủ cao thế trong nhà hay ngoài trời tại các trạm biến áp, trạm bù có
yêu cầu bù công suất lớn và nhanh thường sử dụng bộ bù tĩnh SVC.
Đại Nam
18
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
CHƯƠNG 2 :
CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ XẢY RA KHI ĐÓNG
CẮT TỤ BÙ NGANG
Khi một bộ tù bù ngang nạp hay phóng điện, các quá độ về dòng điện và
điện áp có thể ảnh hưởng đến bộ tụ bù ngang và hệ thống mà nó được đấu nối.
2.1. Cơ sở lý thuyết cơ bản của quá trình quá độ khi đóng cắt tụ điện độc lập
Trong quá trình đóng cắt một tụ điện riêng lẻ, quá độ chuyển mạch có
thể được phân tích bởi mạch 1 pha như trong hình 2.1.
R
0,0,0
RLC +
0,0,0
+ RLC
0,0,0
+
SW
+
0|10ms|0
RLC +
Ls
+ RLC
0,0,0
Lc
0 /_0
C
Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn đóng cắt tụ điện độc lập vào hệ thống
Trong hình 2.1, C là điện dung của tụ điện, L s là điện cảm của hệ thống,
L c là điện cảm của cuộn kháng nối tiếp, R là điện trở của mạch
Tổng điện cảm L của mạch trong hình 2.1 là L= L s
+
L c. Thông thường,
điện trở của mạch tương đối nhỏ do vậy điều kiện dao động
R
2
<
4L
có thể bắt gặp. Như vậy trong quá trình quá độ đóng tụ bù, dòng điện tràn
C
là dòng điện dao động tắt dần và dòng điện này được xác định bằng phương trình.
L
di
+ (1/C) i.dt + R.i = Em . sin( w t + q )
dt
Đại Nam
(2.1)
19
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Ở đây Em là biên độ của điện áp nguồn, q là góc pha của điện áp nguồn. Từ
phương trình (2.1), biểu thức của dòng điện tràn là :
i=
I
m
é
ïì
. ísin(wt + q - j )+ eat ê 1 . 1 sin(q - j ).sin(w 0t - j )êëw 0
ïî
L.C
ù ïü
1
.cos(q - f ).sinw 0t ú.ý
w.w 0.L.C
úû ïþ
(2.2)
trong đó :
I
m
=
R
j = tg
E
w L-1/wC)
m
-1
2
+(
2
w L -1 / wC
R
a = R/2L
w
= 1/ LC - R / 4L
2
0
f = tg
4L / C - R
-1
2
R
Trong hệ thống điện, điện trở của mạch là nhỏ và có thể lấy bằng không.
Như vậy, phương trình (2.2), w 0 =1/ LC , j = p / 2 , f = p / 2; và biểu thức (2.2)
có thể viết đơn giản hơn bằng biểu thức sau:
ì
ü
at
i = I m ícos(wt + q ) + e (cosq.cosw 0 - w 0 .sinq.sinw 0t)ý
w
î
þ
(2.3)
Biểu thức (2.3) chỉ ra biên độ của dòng điện tràn được xác định bởi 2 hệ
số; một là góc q , là góc pha của điện áp nguồn, thông số khác là điện cảm và
điện kháng của mạch. Nếu các thông số của mạch là cố định, sẽ xuất hiện dòng
lớn nhất tại thời điểm điện áp nguồn đạt giá trị đỉnh của nó. Tại thời điểm này,
q = p / 2 , và biểu thức (2.3) được thay thế bằng biểu thức:
i = I m(sin wt - e . w 0 .sinw 0.t)
at
w
(2.4)
Giá trị lớn nhất của dòng điện là :
I =I
s
Đại Nam
m
(1+ w 0 ) = I m(1+
w
1
)
w LC
(2.5)
20
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Như vậy, giá trị lớn nhất của dòng điện tràn trong quá trình chuyển mạch
tụ bù tỉ lệ thuận với w 0 . Khi điện dung của dãy tụ cố định, dòng điện tràn tỉ lệ
nghịch với điện cảm của mạch. Vì lý do này mà điện cảm nối tiếp có thể giảm
một cách hiệu quả dòng điện tràn.
Trong quá trình quá độ chuyển mạch, điện áp trên tụ điện được thể hiện
bằng biểu thức sau :
ìï
üï
1
-a t
=
-cos
w
t
+
.
.sin(
.t
+
q
)
í
U C E Cm ï
e
w 0. ýþï
LC
î
w0
Ở đây,
w
0
E
Cm
(2.6)
là biên độ của điện áp tụ trong trạng thái ổn định. Khi q = p / 2 ,
» 1/ LC , điện áp lớn nhất là :
U = E {-coswt + e
Cm
C
.cosw 0..t
-at
}
(2.7)
Quá điện áp này cũng liên quan tới thông số mạch w 0. , và nó sẽ không
vượt quá 2
2.2.
E
Cm
nếu điện áp ban đầu của tụ là bằng không.
Hiện tượng xảy ra khi đóng cắt tụ bù ngang
2.2.1. Đóng điện cho một bộ tụ bù ngang độc lập
Hình 2.2 biểu diễn một mạch tương đương trong đóng nguồn vào tụ bằng
nguồn cảm ứng chu kỳ ( bỏ qua điện trở nhỏ ) :
Hình 2.2. Mạch tương đương cho trường hợp nạp điện bằng nguồn cảm ứng
chu kì
Đại Nam
21
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Khi đóng thiết bị chuyển mạch, một dòng điện có biên độ lớn và tần số
cao chạy vào bên trong tụ để làm điện áp tụ và hệ thống bằng nhau. Nếu hai
điện áp này bằng nhau vào thời điểm đóng cầu dao thì không có dòng điện tràn
( inrush current ) chạy vào.
Nếu thiết bị được đóng tại đỉnh của điện áp, điện áp trên tụ sẽ tăng từ
không đến điện áp nguồn. Trong quá trình thay đổi điện áp này, một quá điện
áp có thể được sinh ra bằng với lượng thay đổi điện áp đạt được. Điện áp này
cũng có cùng tần số cao như dòng điện tràn và nhanh hơn rất nhiều so với điện
áp hệ thống. Biên độ của xung điện áp này có thể lên đến 2 p.u đối với tụ được
nối Y.
Quá trình nạp điện cho một bộ tụ bù ngang hình sao không nối đất có thể
gây ra quá điện áp quá độ lớn do việc đóng không đồng thời giữa các cực.
Thông thường, quá điện áp quá độ sinh ra khi đóng cắt bình thường tương tự
như quá điện áp đối với các dãy tụ nối đất.
2.2.2. Trường hợp xảy ra quá điện áp động học
Nạp điện cho một biến áp và một bộ tụ bù ngang ( hình 2.3 ) có thể gây
nên quá điện áp động học làm ảnh hưởng đến biến áp, tụ điện và các trang bị
chống sét. Bằng chứng là các hỏng hóc tụ và làm đứt cầu chì.
Bản chất của vấn đề này là việc có điện áp cao gây ra bởi dòng điện tràn
của máy biến áp được gia tăng trong môi trường sóng hài bởi một hệ thống mà
tần số cơ bản gần với một trong những tần số của sóng hài. Dòng điện tràn của
máy biến áp bao gồm các lượng đáng kể về biên độ của các thành phần điều
hoà. Biên độ lớn nhất có khuynh hướng xảy ra đối với các điều hoà có bậc thấp
nhất. Nếu tổng trở tương đối của hệ thống tại một hay các tần số này cao thì
điện áp tại điểm đó sẽ cao ( U= I.Z ). Điều này có khuynh hướng xảy ra đối với
tụ bù ngang gây nên cộng hưởng song song với hệ thống. Vấn đề này được thể
hiện trong dạng quá điện áp kéo dài, nó có một thành phần sóng hài cao, lâu
dài trong nhiều chu kỳ.
Đại Nam
22
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
GVHD : TS. Lê Đức Tùng
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống xảy ra quá điện áp động học.
Bởi vì chống sét không thể hoạt động hiệu quả ngăn chặn quá điện áp ổn
định hay động học, không nên đóng mạch máy biến áp và tụ điện gần nhau từ
khi có nghiên cứu thể hiện rằng quá điện áp sẽ không vượt quá giới hạn cho
phép. Kiểu chuyển mạch này thường gặp trong mạch phân phối nơi mà thành
phần điện trở của tải thường dập tắt hiệu quả kiểu quá điện áp quá độ này.
2.2.3. Trường hợp có sự khuếch đại điện áp
Trong thực tế, bộ tụ bù ngang ít khi cách ly hoàn toàn với hệ thống và
các ảnh hưởng khác có thể xảy ra, sự khuếch đại xung điện áp là một ví dụ.
Điều này thường xảy ra khi một bộ tụ bù ngang được đóng vào hệ thống có
điện áp cao và sự khuếch đại của xung điện áp được xảy ra trên hệ thống điện
cảm nối bộ tụ bù ngang ở điện áp thấp. Hình 2.4a minh hoạ một hệ thống có
đặc tính như trên, còn hình 2.4b biểu thị mạch tương đương. Có hai mạch điện
cảm – điện dung, nếu các tần số cộng hưởng của hai mạch vòng này gần giống
nhau, nghĩa là L1C1 = L2C2 , sự khuếch đại điện áp có thể xảy ra bởi vì mạch
điện áp thấp hơn được bơm vào với một nguồn điện áp tại tần số cộng hưởng.
Đại Nam
23
