Ổn Định Hệ Thống Điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC:

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI:

CÁC BIỆN PHÁP VỀ VẬN HÀNH
TRONG VIỆC CẢI THIỆN ỔN ĐỊNH
HỆ THỐNG ĐIỆN

Họ và tên GVHD : ThS. Biện Văn Khuê
Thực hiện

: Nhóm 6

Họ và tên SVTH : Nguyễn Minh Tân
Nguyễn Anh Tuấn
Huỳnh Minh Hoàng
Chuyên ngành

: Kỹ Thuật Điện

Lớp

: DH14DC

Vũng Tàu, Tháng 11 Năm 2017

Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Thái độ tác phong và nhận thức trong quá trình thực hiện đồ án:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
2. Hình thức, thể thức trình bày đồ án:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
3. Kiến thức chuyên môn:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
4. Đánh giá khác:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
5. Đánh giá kết quả:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS. Biện Văn Khuê

Page 2 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

LỜI CÁM ƠN
Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Biện Văn Khuê, trên cương vị
là người hướng dẫn đề tài, đã tận tình giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện
báo cáo.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa - Vũng
Tàu đã cung cấp cho chúng tôi những kiến thức quý báu làm nền tảng cho những
nghiên cứu của chúng tôi trong báo cáo.
Chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến hệ thống thông tin, các nguồn
thông tin, các tài liệu, bài nghiên cứu, tiểu luận, bài viết, sách báo và mọi nguồn thông
tin trong và ngoài nước Việt Nam đã tạo điều kiện để chúng tôi triển khai đề tài trong
suốt thời gian qua.
Chúng con xin gửi lời tri ân sâu sắc tới cha mẹ, những người đã sinh thành, chỉ
dạy, nuôi dưỡng và quan tâm chăm sóc để chúng con có được ngày hôm nay.
Và sau cùng, xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã luôn có những hỗ trợ,
động viên, giúp đỡ trong những năm tháng trên giảng đường đại học và trong quá
trình hoàn thành báo cáo này./.
Vũng Tàu, ngày tháng 10 năm 2017
Thực Hiện
Nhóm 6

Page 3 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

MỤC LỤC
Trang
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN..................................................
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................
MỤC LỤC ...............................................................................................................
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................

1

0.1. Đặt Vấn Đề. ...................................................................................................

1

0.2. Phương Pháp Nghiên Cứu.............................................................................. 1
0.3. Tính Cần Thiết Của Đề Tài.............................................................................

1

0.4. Mục Tiêu, Nhiệm Vụ Và Giới Hạn Của Đề Tài ............................................. 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN.......................... 3
1.0. Chế Độ Của Hệ Thống Điện........................................................................... 3
1.0.1. Hệ thống điện (HTĐ)............................................................................... 3
1.0.2. Chế độ của hệ thống điện......................................................................... 4

1.0.3. Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện......................................... 5
1.0.3.1. Chế độ xác lập bình thường............................................................. 5
1.0.3.2. Chế độ xác lập sau sự cố.................................................................. 5
1.0.3.3. Chế độ quá độ.................................................................................. 6
CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH......................... 7
2.1. Cải Thiện Đặc Tính Của Những Phần Tử Chính Trong Hệ Thống Điện......... 7
2.1.1. Máy phát điện.......................................................................................... 7
2.1.1.1. Cải tạo tham số của máy phát điện.................................................. 7
2.1.1.2. Hệ số cosφ của các máy phát điện................................................... 8
2.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích..................................................... 10
2.1.2.1. Nguyên lý cấu tạo............................................................................ 10
2.1.2.2. Tác động của thiết bị từ động điều chỉnh kích th ước đến ổn định tĩnh 12
2.1.2.3. Ảnh hưởng đến ổn định động.......................................................... 13
2.1.3. Máy cắt điện............................................................................................ 14
2.1.3.1. Cắt nhanh sự cố............................................................................... 14
Page 4 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

2.1.3.2. Tự động đóng lại đường dây tải điện............................................... 16
2.1.4. Đường dây tải điện:............................................................................ 18
CHƯƠNG III: CÁC BIỆN PHÁP VẬN HÀNH.................................................... 21
3.0. Các Biện Pháp Về Vận Hành..........................................................................

21

3.1. Cân Bằng Công Suất.......................................................................................

21

3.2. Các Yếu Tố Cơ Bản Gây Mất Ổn Định Trong Hệ Thống Điện....................... 23
3.3. Các Biện Pháp Vận Hành............................................................................... 24
3.3.1. Các biện pháp chung................................................................................ 24
3.3.2. Các biện pháp cụ thể................................................................................ 24
3.3.2.1. Cắt nhanh ngắn mạch....................................................................... 24
3.3.2.2. Điều chỉnh kích từ và động cơ sơ cấp.............................................. 24
3.3.2.3. Điều khiển dung lượng bù dọc và bù ngang.................................... 25
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN..................................................................................... 28
4.1. Vấn Đề Đạt Được........................................................................................... 28
4.2. Hạn Chế..........................................................................................................

29

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 30

Page 5 of 32


LỜI MỞ ĐẦU
0.1.
Đặt Vấn Đề:
Có rất nhiều sự cố gây mất ổn định trong hệ thống điện, mỗi lần gặp sự cố
gây thiệt hại rất lớn cho bên điều phối lẫn bên tiêu thụ điện về nhiều mặt: kinh tế,
xã hội, an ninh, chính trị,… Do vậy việc ổn định và vận hành là một trong những
vấn đề quan tâm hàng đầu của mọi công dân, mọi quốc gia.
0.2.
Phương Pháp Nghiên Cứu:

Do đặc thù của đề tài nên việc tìm hiểu tập trung đi vào nghiên cứu từ các
nguồn thông tin. Chúng tôi chọn phương án nghiên cứu dựa trên các nguồn tài
liệu phong phú và kiến thức có được kết hợp với kiến thức học được của môn
học để hoàn thiện đề tài.
Qua việc tìm hiểu sách, báo, internet, bạn bè chia sẻ và kiến thức đã được
học tôi tìm hiểu vấn đề được giao và tổng hợp thành một bài báo cáo nhằm phục
vụ nhu cầu tìm hiểu về Các Biện Pháp Về Vận Hành Trong Việc Cải Thiện Ổn
Định Hệ Thống Điện nhằm góp phần phục vụ nhu cầu đi lên của cuộc sống.
0.3.
Tính Cần Thiết Của Đề Tài:
Việc nghiên cứu Các Biện Pháp Về Vận Hành Trong Việc Cải Thiện Ổn
Định Hệ Thống Điện xưa nay luôn được sự quan tâm mạnh mẽ của bên điều
hành hệ thống điện quốc gia sao cho ngày một ưu việt hơn, chính xác hơn .
0.4.
Mục Tiêu, Nhiệm Vụ Và Giới Hạn Của Đề Tài:
Mục tiêu, nhiệm vụ:
Nhằm hỗ trợ việc xử lí các biện pháp vận hành sao cho tối ưu nhất.
Giới hạn:
Đề tài này tìm hiểu Các Biện Pháp Về Vận Hành Trong Việc Cải Thiện
Ổn Định Hệ Thống Điện. Không bao hàm tất cả các đề tài khác và không
chuyên sâu như một người nghiên cứu và phân tích nhiều năm hay kiến thức
uyên thâm. Những vấn đề tìm hiểu còn có giới hạn kiến thức.


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ
ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

1.0.

Chế Độ Của Hệ Thống Điện:
1.0.1.
Hệ thống điện (HTĐ):
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất,

truyền tải và tiêu thụ năng lượng.
Các phần tử của hệ thống điện được chia thành hai nhóm:
Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải,
phân phối và sử dụng điện năng như máy phát, đường dây tải điện và các
thiết bị dùng điện.
Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng
thái hệ thống điện như: điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần
số, bảo vệ rơle, máy cắt điện,…
Mỗi phần tử của hệ thống điện được đặc trưng bởi các thông số, các
thông số này được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ
đồ liên lạc giữa chúng và nhiểu sự giản ước tính toán khác. Ví dụ: tổng trở,
tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự
động điều chỉnh kích thích… Các thông số của các phần tử cũng được gọi
là thông số của hệ thống điện.
Nhiều thông số của hệ thống điện là các đại lượng phi tuyến, giá trị
của chúng phụ thuộc vào dòng công suất, tần số,… như là X, Y, độ từ hóa,
… trong phần lớn các bài toán thực tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có
hệ thống tuyến tính. Nếu tính đến sự biến đổi của các thông số ta có hệ
thống phi tuyến, đây là một dạng phi tuyến của hệ thống điện, dạng phi
tuyến này chỉ phải xét đến một số ít trường hợp như khi phải tính đến độ
bão hòa của máy phát, máy biến áp trong các bài toán ổn định.
1.0.2.
Chế độ của hệ thống điện:

Tập hợp các quá trình xảy ra trong hệ thống điện và xác định trạng
thái làm việc của hệ thống điện trong một thời điểm hay một khoảng thời
gian nào đó gọi là chế độ của hệ thống điện.
Các quá trình nói trên được đặc trưng bởi các thông số U, I, P, Q, f, ,
… tại mọi thời điểm của hệ thống điện. Ta gọi chúng là các thông số chế độ,
các thông số này khác với thông số hệ thống ở chỗ nó chỉ tồn tại khi hệ
Page 2 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

thống điện làm việc. Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm
việc của hệ thống điện.
Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số hệ
thống điện, nhiều mối quan hệ này có dạng phi tuyến. Ví dụ: P = U2/R.
Đó là dạng phi tuyến thứ hai của hệ thống điện, dạng phi tuyến này
không thể bỏ qua trong các bài toán điện lực.
Các chế độ của hệ thống điện được chia thành hai loại:
Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao
động rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể
xem như các thông số này là hằng số.
Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thông số của
nó bất biến theo thời gian vì hệ thống điện bao gồm một số vô cùng lớn các
phần tử, các phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế
độ cũng biến đổi không ngừng.
Chế độ xác lập được chia thành:
+ Chế độ xác lập bình thường là chế độ vận hành bình thường
của hệ thống điện.

+ Chế độ xác lập sau sự cố xảy ra khi đã loại trừ sự cố.
+ Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá
độ ví dụ như chế độ ngắn mạch duy trì…
-

Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất

nhiều.
Chế độ quá độ gồm có:
+ Chế độ quá độ bình thường là các bước chuyển từ chế độ xác
lập bình thường này sang chế độ xác lập bình thường khác.
+ Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố.
1.0.3.
Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện:
1.0.3.1.
Chế độ xác lập bình thường:
Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho
các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số
chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm trong giới hạn được quy định
bởi các tiêu chuẩn.
Page 3 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Đảm bảo độ tin cậy: các phụ tải được cung cấp điện liên
tục với chất lượng đảm bảo. Mức độ liên tục này phải đáp ứng được
yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của hệ thống điện.

Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thỏa mãn độ tin cậy và
đảm bảo chất lượng điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất
điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất.
Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người
vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện.
1.0.3.2.
Chế độ xác lập sau sự cố:
Các yêu cầu mục 1.0.3.1 được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo
dài trong một thời gian ngắn, sau đó phải có biện pháp hoặc là thay
đổi thông số của chế độ hoặc là thay đổi sơ đồ hê thống để đưa chế độ
này về chế độ xác lập bình thường.
1.0.3.3.
Chế độ quá độ:
Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng chế độ xác lập bình
thường hay chế độ xác lập sau sự cố.
Trong thời giá quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn
cho phép như: giá trị của dòng điện ngắn mạch, điện áp tại các nút của
phụ tải khi ngắn mạch…
Các yêu cầu của hệ thống điện được xét đến khi thiết kế và
được đảm bảo bằng cách điều chỉnh thường xuyên trong quá trình vận
hành hệ thống điện.

Page 4 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP

NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH
Việc đảm bảo cho hệ thống điện được ổn định trong mọi điều kiện có tầm
quan trọng đặc biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng liên tục cho các hộ
tiêu thụ.
Trong thực tế nhiều khi bản thân hệ thống điện với các thiết bị cơ bản
không đủ để đảm bảo ổn định, không đủ độ dự trữ ổn định cần thiết, người ta
phải dùng các biện pháp nhằm tăng cường ổn định của hệ thống điện.
Các biện pháp nâng cao ổn định có thể chia làm hai loại:
 Cải thiện các phần tử chính của hệ thống điện.
 Thêm vào hệ thống các phân tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định
của hệ thống.
2.1. Cải Thiện Đặc Tính Của Những Phần Tử Chính Trong Hệ Thống
Điện:
2.1.1. Máy phát điện:
2.1.1.1. Cải tạo tham số của máy phát điện:
Ta thấy rằng trong trường hợp không có thiết bị từ động điều
chỉnh kích thước, nếu giảm Xd thì sẽ tăng được dự trữ ổn định tĩnh.
Đối với ổn định động thì việc giảm Xd sẽ có tác dụng tốt.

Page 5 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Tuy nhiên nếu muốn tăng Tj, giảm X’d thì giá máy phát điện tăng
lên nhiều, do đó chỉ có thể làm các máy phát thủy điện có thông số
theo yêu cầu, còn các máy phát nhiệt điện thì sản xuất hàng loạt các
thông số giống nhau.

Cần chú ý rằng ở các máy phát điện, nếu sử dụng thiết bị từ động
điều chỉnh kích thước loại mạnh thì hiệu quả của việc cải thiện các
thông số của chúng sẽ giảm đi nhiều.
2.1.1.2. Hệ số cosφ của các máy phát điện:
Hệ số cosφ của máy phát điện có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính
công suất của nó. Ta hãy xét đồ thị véc tơ sau đây:
Nếu giả thiết công suất tác dụng phát ra là không đổi thì: P =
U.I. cosφ = hs (U=hs).
Do đó: I.cosφ = Ia = hs và đoạn thẳng I.Xht.cosφ = Ia.Xht cũng
không đổi.
Vì thế nếu ta chỉ thay đổi cosφ bằng cách thay đổi công suất
phản kháng thì đầu mút vector dòng điện sẽ trượt trên BB’ và vector E
sẽ trượt trên AA’ để giữ cho Ia và Ia.Xht là hằng số.

Page 6 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Ví dụ: Nếu ta tăng cosφ bằng cách giảm I 1 xuống I2 thì sức điện
động E1 sẽ giảm xuống E2. Như vậy đường đặc tính công suất E 2 sẽ
giảm thấp hơn E1 và độ dự trữ ổn định tĩnh sẽ giảm đi.
Khi cosφ = 1 thì thì sức điện động sẽ là E 3, nếu cosφ đổi dấu thì
E sẽ giảm tiếp đến khi φ = 90 0 thì vector B trùng với trục 0A, đạt giá
trị nhỏ nhất ứng với giới hạn ổn định.
Trên hình 4.4 là quan hệ Pmax và cosφ máy phát điện.

Qua phân tích trên ta thấy rằng nếu cosφ của máy phát điện càng

cao thì càng không lợi về ổn định. Nhưng sản xuất máy phát với
cosφ thấp thì cùng một giá trị của công suất tác dụng P công
suất biểu kiến sẽ lớn vì S =P/cosφ làm cho máy phát đắt tiền, trong
thực tế người ta chọn giá trị thích hợp của cosφ.
Page 7 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

2.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích:
2.1.2.1. Nguyên lý cấu tạo:
Trên hình 4.5 là sơ đồ nguyên lý của thiết bị từ động điều chỉnh
kích thước.
Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có bộ phận điều chỉnh 1
và 2. Bộ phận 2 làm nhiệm vụ điều chỉnh lúc bình thường nhằm giữ
cho sức điện động E nào đó là hằng số. Bộ phận 2 là bộ phận cường
hành kích thích, tác động lúc sự cố, có tác dụng giữ cho điện áp trên
cực máy phát điện không bị giảm thấp quá (hình 4.5a).
Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có 3 phần tử chủ yếu
(hình 4.5b, c): 1 là phần tử biến đổi - biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín
hiệu đầu vào của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước, 2 là bộ phận
đo lường, 3 là bộ phận khuếch đại - khuyếch đại tín hiệu điều khiển.

Hình 4.5
Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có 2 loại:

Page 8 of 32

Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

1.

Loại tác động tỷ lệ, tác động theo độ lệch của điện áp (ΔU)

hay dòng điện (ΔI) (hình 4.5b). Chính vì vậy nên thiết bị từ động điều
chỉnh kích thước loại này không thể giữ cho điện áp trên cực máy phát
UF là hằng số, vì khi đó ΔU = 0, tín hiệu điều chỉnh không có và U F
lại tụt xuống. Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước loại này chỉ giữ
được sức điện động Ex đặt sau XFx, thường là sức điện động quá độ E'
đặt sau X'd là hằng số.

2.

Loại thiết bị từ động điều chỉnh kích thướC tác động mạnh

(hình 4.5c) là loại hiện đại, ngoài độ lệch điện áp và dòng điện nó còn
tác động theo đạo hàm bậc 1 và 2 (bộ phận a, b). Vì thế nó có tác động
mạnh và có thể giữ cho UF là hằng số, khi ΔU =0 thì đạo hàm của
dU/dt ≠ 0 cho nên thiết bị từ động điều chỉnh kích thước vẫn tác động.
2.1.2.2. Tác động của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước đến
ổn định tĩnh:
Ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các yêu cầu với thiết bị từ động điều
chỉnh kích thước.

Page 9 of 32

Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Yêu cầu thứ 1: là tác động nhanh, tức là độ tăng của sức điện
động Eq theo thời gian phải lớn, tốc độ tăng này lại phụ thuộc vào tốc
độ tăng của điện áp đặt trên cuộn kích thích U k. Trên hình 4.6 chỉ rõ
ảnh hưởng của độ tăng của E q đến đường đặc tính công suất, E q tăng
càng nhanh thì đường đặc tính công suất càng dốc và Pmax càng lớn.
Độ tăng của Uk hiện nay đạt khoảng 200V/s, còn Eq là 2000 3000V/s.
Yêu cầu thứ 2: là Uk max hay Eq max phải cao, vì điện áp của cuộn
kích thích cũng như Eq không thể tăng vô hạn nó chỉ có thể tăng đến
giá trị cực đại cho phép Eq max và Uk max .
Khi Eq đã đạt Eq max thì đường đặc tính công suất thôi không tăng
nữa mà sẽ trượt theo đường đặc tính công suất với E q max , cho nên Eq
càng cao thì Pmax sẽ càng lớn.
Yêu cầu thứ 3: là thiết bị từ động điều chỉnh kích thước phải rất
nhạy không có vùng chết tức là vùng tuy đã có tín hiệu nhưng thiết bị
từ động điều chỉnh kích thước vẫn không tác động, nhờ có độ nhậy rất
cao máy phát điện có thể làm việc được ở vùng ổn định nhân tạo.
2.1.2.3. Ảnh hưởng đến ổn định động:
Ảnh hưởng của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước đến ổn
định động không đáng kể bởi vì quá trình quá độ cơ điện xảy ra rất
nhanh (0,1 - 0,2s) còn quá trình quá độ điện từ lại xảy ra chậm (1s).
Tuy vậy trong trường hợp cắt mạch chậm thì bộ phận cường
hành kích thích của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước cũng có tác
dụng và giảm diện tích gia tốc (hình 4.7).

Page 10 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Nếu không có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước tức là E’=
hs thì diện tích gia tốc là F 1233'44' và diện tích hãm tốc là F 4'56, khi
có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước thì E' sẽ tăng lên đến E' max
khi đó Fgt = F 12344' và Fht = F 4'5786.
Độ tăng của diện tích hãm tốc cũng phụ thuộc vào tốc độ tăng
của E' và giá trị E'max cho nên đối với ổn định động yêu cầu cũng là
tăng nhanh E' và E'max phải cao.
2.1.3. Máy cắt điện:
Sử dụng máy cắt điện cắt nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để đảm
bảo ổn định động của HỆ THỐNG ĐIỆN.
2.1.3.1. Cắt nhanh sự cố:

Hình 4.8
Page 11 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Nếu cắt ngắn mạch càng nhanh thì diện tích gia tốc càng nhỏ và diện
tích hãm tốc càng lớn, máy phát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao động,
công suất truyền tải P0 được nâng cao. Ngoài ra việc cắt nhanh ngắn mạch

còn có tác dụng ngăn chặn sự biến hoá của ngắn mạch không đối xứng
thành ngắn mạch 3 pha. Ta hãy xét tác dụng tăng khả năng truyền tải của hệ
thống đồ thị hình 4.8.

Nếu ngắn mạch với góc

cat1

thì theo điều kiện cân bằng điện tích hãm

tốcvà gia tốc có thể tải được công suất tối đa là P 01 lúc đó: Fgt1 = F1234 = Fht =
F456’.
Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở T cat2 thì cũng theo điều kiện đó có thể tăng
công suất tải lên P02 khi đó: Fgt2 = F1’2’3’4’ = Fht2 = F4’’5’56’.
Sự phụ thuộc của công suất tải P 0 vào Tcat ứng với các dạng ngắn mạch
khác nhau trên đồ thị 4.9. Qua đó ta thấy rằng thời gian cắt ngắn mạch có
tác dụng rất lớn đến công suất tải trong các trường hợp mạch 3 pha và 2 pha
chạm đất.

Mặt khác mức độ nặng nhẹ của ngắn mạch còn phụ thuộc vào sơ đồ
nối dây của hệ thống. Ta hãy xét 2 sơ đồ A và B (hình 4.10).
Khi xảy ra ngắn mạch 2 pha chạm đất, ta thấy:
Page 12 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

-

Ngắn mạch với sơ đồ B trầm trọng hơn sơ đồ A.

-

Tình trạng vận hàng sau ngắn mạch thì sơ đồ B lại tốt hơn. Cho
nên nếu cắt nhanh ngắn mạch thì sơ đồ B tốt hơn sơ đồ A, còn nếu
cắt chậm thì sơ đồ A tốt hơn. Trên hình 4.10 là quan hệ giữa P 0 và
Pcat của sơ đồ A và B.

Cuối cùng ta hay nói đến khả năng cắt nhanh của máy cắt: thời gian
cắt của bản thân máy cắt từ khi có tín hiệu và đến khi dập xong hồ quang là
0,04 – 0,07s còn thời gian tác động của bảo vệ rơle là 0,01 – 0,03s cho nên
thời gian cắt của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05 – 0,1s.
2.1.3.2. Tự động đóng lại đường dây tải điện:
Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đường dây là tạm thời, nên
sau 1 thời gian nhất định đủ để khử Ion nếu ta đóng lại đường dây thì nó
có thể làm việc bình thường.

Page 13 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Thời gian khử Ion: 110kV  0,1 - 0,13s; 220kV  0,12 - 0,33s
Thường 80- 90% tự động đóng lại có kết quả.
Tự động đóng lại thường dùng cho các đường dây cụt một lộ đến
các phụ tải để đảm bảo cung cấp điện. Nhưng cũng được dùng cho các máy

phát làm việc song song và có tác dụng đảm bảo ổn định động nhất là với
các đường dây liên lạc 1 lộ.
Tác dụng của tự động đóng lại đường dây tải điện trên hình 4.11.

Điều kiện để chọn thời gian tự động đóng lại đường dây tải điện là:
-

TTĐLvà tcat phải đủ nhỏ sao cho Fgt < Fht max.

-

tTĐL > t khử Ion.

Điều hết sức quan trọng là tự động đóng lại đường dây tải điện chỉ có
thể thực hiện được nếu ở hệ thống cho phép đóng phi đồng bộ.
Đối với đường dây 2 lộ tự động đóng lại đường dây tải điện có hiệu
quả kém hơn so với đường dây 1 lộ.
2.1.4. Đường dây tải điện:

Page 14 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Điện thế của đường dây tải điện đi xa đóng vai trò quan trọng nâng
cao ổn định của hệ thống điện, nó làm giảm điện kháng tương đối của
đường dây tải điện so với các phần tử còn lại vì.
Xdd = Xdd0.L.(Scs/U2dd)

Rõ ràng là Xdd tỷ lệ nghịch với bình phương điện áp của đường dây tải
điện. Do Xdd giảm cho nên Pmax sẽ tăng lên. Trên hình 4.12 biểu diễn quan
hệ giữa Pmax và điện áp Udd của đường dây tải điện dài 200km.
Đối với các đường dây dài điện kháng tuyệt đối Xdd của đường dây
cũng có tác dụng
đáng kể đến độ dự trữ ổn định. Để giảm Xdd người ta có thể thực hiện
các biện pháp:
-

Bù dọc bằng cách đấu thêm Xc vào đường dây, do đó Xdd = XL -

XC sẽ giảm đi.
-

Phân nhánh dây dẫn, làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn

do đó giảm điện kháng.
-

Đặt các trạm cắt trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn

đường dây bị sự cố, như vậy cải thiện chế độ của hệ thống sau khi cắt ngắn
mạch (hình 4.13).

Page 15 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Đối với đường dây siêu cao áp có thể đặt các máy bù động bộ ở dọc
đường dây hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải của hệ thống.

Page 16 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

CHƯƠNG III: CÁC BIỆN PHÁP VẬN HÀNH
3.0.
Các Biện Pháp Về Vận Hành:
Cần có sự phân chia công suất nguồn Q hợp lý đẻ có thể có một độ dự trữ
tương hợp về ổn định điện áp.
Dự trữ nóng công suất phản kháng cần được bảo đảm nhờ kích từ và các tụ
bù ngang.
Nhân viên điều phối cần nhận biết đúng các triệu chứng mất ổn định và có
biện pháp kịp thời để điều khiển Q, cắt tải,…
3.1.

Cân Bằng Công Suất:

Điều kiện cần để chế độ xác lập có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác
dụng và công suất phản kháng. Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công
suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của hệ
thống điện.
PF = Ppt + ΔP = P

(1.1)

QF = Qpt + ΔQ = Q

(1.2)

Giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng có mối quan hệ:
S 2 = P 2 + Q2

(1.3)

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét
một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng.
Tuy vậy trong thực tế tính toán và vận hành hệ thống điện một cách
gần đúng có thể xem sự biến đổi của công suất tác dụng và công suất phản
kháng tuân theo các quy định riêng biệt ít ảnh hưởng đến nhau, đó là:
- Sự biến đổi của công suất phản kháng ảnh hưởng chủ yếu đến điện
áp của hệ thống điện. Như vậy có thể xem điện áp là chỉ tiêu để đánh giá sự
cân bằng công suất phản kháng.
Trong khi vận hành hệ thống điện các điều kiện cân bằng công suất
(1.1) và (1.2) được đảm bảo một cách tự nhiên. Các thông số của chế độ luôn
giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thoả mãn.
Page 17 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Ví dụ: khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng công suất tác
dụng của nguồn lên lập tức tần số sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của
phụ tải cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với công suất của nguồn. Hay
khi đóng thêm một phụ tải công suất phản kháng thì lập tức điện áp toàn hệ
thống sẽ giảm làm cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt
lại sự cân bằng công suất phản kháng. Tất nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực
hiện được trong phạm vi cho phép.
Các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) và (1.3) là các cơ sở xuất
phát để tính toán các chế độ của hệ thống điện. Từ các điều kiện ấy ta tính
được các thông số của chế độ U, I, P, Q,...
Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn của phụ tải điện và hệ thống điện,
quy định các giá trị cân bằng cho công suất tác dụng và công suất phản
kháng như sau:
- Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số
đồng bộ f (50 hay 60 Hz) hoặc là nằm trong giới hạn cho phép:
fcp min ≤ f ≤ fcp max
- Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp tại các nút của hệ
thống điện nằm trong giới hạn cho phép:
Ucp min ≤ U ≤ Ucp max.
Khi điện áp và tần số lệch khỏi các giá trị cho phép thì xem như sự cân
bằng công suất không đảm bảo và cần có biện pháp để bảo đảm chúng.
Sự cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, vì ở tất cả
các điểm trên hệ thống tần số luôn có giá trị chung. Việc đảm bảo tần
số do đó dễ thực hiện, chỉ cần điều chỉnh công suất tại một nhà máy nào
đó.

Page 18 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

Trái lại, sự cân bằng công suất phản kháng mang tính chất cục bộ thừa
chỗ này thiếu chỗ khác. Việc điều chỉnh công suất phản kháng phức tạp
không thể thực hiện chung cho toàn bộ hệ thống được.
Trong hệ thống điện, máy phát điện (MF) là phần tử quyết định sự làm
việc của toàn hệ thống, vì vậy sự cân bằng công suất tác dụng trên trục rotor
của các MF đóng vai trò quan trọng quyết định sự tồn tại của chế độ xác lập.
Đây là sự cân bằng Cơ - Điện, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học
của tuabin PTB và công suất điện PMF do máy phát phát ra:
PTB = PMF .
Như trên đã nói, sự cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ
thống cho nên bất cứ sự mất cân bằng nào xảy ra ở bất cứ đâu cũng đều tức
khắc tác động lên máy phát và gây ra sự mất cân bằng cơ điện ở đây.
Đối với công suất phản kháng sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý
nghĩa quan trọng hơn cả. Còn đối với các phụ tải quay cũng có sự cân bằng
cơ điện công suất điện của lưới PPT và công suất cơ PC của các máy công cụ:
PC = PPT .
3.2.

Các Yếu Tố Cơ Bản Gây Mất Ổn Định Trong Hệ Thống Điện:

- Hệ thống không đủ khả năng chuyển tải công suất.
- Thiếu dự trữ công suất trong hệ thống.
- Các biện pháp vận hành điều chỉnh không hợp lý.
- Hệ thống kích từ không đủ khả năng đáp ứng khi có biến động
mạnh.
- Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện.
- Đóng cắt các phần tử của lưới điện.

- Tăng giảm tải đột ngột.
3.3.

Các Biện Pháp Vận Hành:
3.3.1.
-

Các biện pháp chung:

Phân chia công suất nguồn Q hợp lý để có dự trữ tương hợp
Page 19 of 32


Báo Cáo Môn Học

GVHD: ThS. Bi ện Văn Khuê

về ổn định điện áp.
-

Dự trữ nóng công suất phản kháng cần được đảm bảo nhờ

kích từ và các tụ bù ngang.
-

Nhân viên điều phối cần nhận biết đúng các triệu chứng mất

ổn định và có các biện pháp kịp thời điểu khiển Q, cắt tải, …
3.3.2.

Các biện pháp cụ thể:

3.3.2.1.

Cắt nhanh ngắn mạch:

-

Giảm thời gian gia tốc rotor các máy phát.

-

Giảm diện tích gia tốc.

-

Tăng diện tích hãm tốc.

-

Tăng khả năng chuyển tải đường dây.

3.3.2.2.

Điều chỉnh kích từ và động cơ sơ cấp:

P
I

e'

e

Po

a

d

f'

f
II

b
δb

c

δ

δc

Điều chỉnh cưỡng bức công suất tuabin.
Page 20 of 32