Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

LỜI NÓI ĐẦU
***
Cùng với quá trình phát triển kinh tế và xã hội của đất nước, nghành đi ện luôn
phải đi trước một bước trong công cuộc công nghiệp hóa. Các nhà máy xí nghi ệp, các
khu công nghiệp ngày càng phát tri ển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ công su ất ph ản
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 m ạng đi ện nh ư:
Giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng đ ốt nóng dây d ẫn, tăng ti ết
diện dây dẫn, hạn chế khả năng truyền tải công suất tác dụng, không s ử dụng h ết
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 gi ảm tổn th ất đi ện năng r ất đ ược
coi trọng ở các nước tiên tiến .Giải pháp này được quan tâm ngay từ khâu thi ết k ế, l ựa
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 m ột cách t ốt nh ất đ ề tài. Song do
kiến thức còn hạn chế nên bài làm của nhóm em không thể tránh kh ỏi những thi ếu
sót, do vậy nhóm em kính mong nhận được sự góp ý, bảo ban của thầy, cùng v ới s ự
giúp đỡ của các bạn để nhóm em có thể hoàn thi ện đề tài của mình và hoàn thành t ốt
việc học tập trong nhà trường cũng như công việc sau này.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Tháng 9 năm 2014.


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

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


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

2.4.2. Nguyên tắc hoạt động
2.4.3. Kết nối
2.4.4. Lợi ích
2.5. STATCOM
CHƯƠNG III MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

3.1. Máy bù đồng bộ.
3.1.1. Cấu tạo
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản….
3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng
3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ
3.1.5. Công suất và khả năng bù của MBĐB
3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa.
CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN
CHƯƠNG V – KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng.
 Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công suất hư kháng,
công suất ảo) Q là một khái niệm trong ngành kỹ thuật điện dùng đ ể ch ỉ ph ần
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
 Đơn vị đo Q là VAr ( Volt Amperes ractive ).

1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng.

(1.2)

Trên lưới điện, công suất phản kháng (CSPK) được tiêu thụ ở : Đ ộng cơ không
đồng bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải đi ện và ở các phần tử, các thi ết
bị có liên quan đến từ trường.
Yêu cầu về CSPK chỉ có thể giảm đến mức tối thi ểu chứ không th ể tri ệt tiêu đ ược
vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thi ết trong quá trình
chuyển hóa điện năng.
a) Động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ là thi ết bị tiêu th ụ CSPK chính trong l ưới đi ện, chi ếm
khoảng 60% – 65%.

CSPK của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần :

1


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
 Một phần nhỏ CSPK được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ
cấp .
 Phần lớn CSPK còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở.
b) Máy biến áp.
MBA tiêu thụ khoảng 22% - 25% nhu cầu CSPK tổng của lưới đi ện, nh ỏ h ơn nhu
cầu của các động cơ không đồng bộ do CSPK dùng đ ể từ hóa lõi thép MBA không l ớn
so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe h ở không khí. Nh ưng do s ố thi ết b ị 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 m ột ch ấn l ưu đ ể h ạn ch ế
dòng điện. Tùy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất ch ưa được hi ệu ch ỉnh
cosφ của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 - 0,5.
Các đèn huỳnh quang hi ện đại có b ộ kh ởi đ ộng đi ện t ừ, h ệ s ố công su ất ch ưa
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 thi ết bị đi ện tử này kh ởi đ ộng 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 cos φ của nhà máy từ
0,8 – 0,9 hoặc cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế người ta không ch ế tạo các máy phát có
khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải. Các máy phát chỉ đảm đương m ột phần nhu
cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đ ồng b ộ, t ụ
điện).
Ngoài ra trong hệ thống đi ện nói chung, ph ải k ể đ ến m ột ngu ồn phát CSPK n ữa,
đó là các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường cáp và đường dây siêu cao áp.

2


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới điện phân ph ối, do v ậy ch ỉ l ưu ý đ ến 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, th ường là g ần b ằng 1,

do đó mức tiêu thụ CSPK rất ít không thành vấn đề lớn cần quan tâm .Trái l ại, các xí
nghiệp, nhà máy, phân xưởng…đại bộ dùng động cơ không đồng bộ, là n ơi tiêu th ụ
chủ yếu CSPK. Hệ số công suất của động cơ không đồng b ộ phụ thu ộc vào đi ều ki ện
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, su ất tiêu th ụ
CSPK càng nhỏ.
 Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nh ất là
đối với các động cơ nhỏ.
 Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhi ều vào h ệ s ố
phụ tải của động cơ, khi quay không tải lượng CSPK cần thi ết cho đ ộng c ơ
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 gi ờ cũng có đi ện áp r ơi, cho nên đi ện áp ở
từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau. Tất cả các thiết bị tiêu thụ đi ện đều
được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nh ất đ ịnh, n ếu đi ện áp đ ặt trên
đầu cực của thiết bị điện khác trị số định mức sẽ làm cho tình tr ạng làm vi ệc c ủa
chúng xấu đi.
Vì các lý do trên, việc đảm bảo điện áp ở mức cho phép là m ột ch ỉ tiêu kỹ thu ật
rất quan trọng. Trên thực tế không thể nào giữ được điện áp vào đầu cực của các

3


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
thiết bị điện cố định bằng điện áp định mức mà chỉ có th ể đảm bảo trị s ố điện áp
thay đổi trong một
phạm vi nhất định theo tiêu chuẩn kỹ thuật đã cho phép mà thôi, thông th ường đi ện
áp đặt cho phép dao động ± 5%. Độ lệch điện áp là tiêu chu ẩn đi ện áp quan tr ọng
nhất ảnh hưởng lớn đến giá thành hệ thống điện.
Có thể thay đổi sự phân bố CSPK trên l ưới, bằng cách đặt các máy bù đ ồng b ộ hay

tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân b ố l ại CSPK phát ra gi ữa
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 l ợi ích, n ếu l ợi ích thu
được cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì vi ệc bù kinh tế sẽ đ ược
thực hiện.
a) Lợi ích khi đặt bù.
 Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ th ống đi ện, do đó
giảm được dự trữ công suất tác dụng.
 Giảm nhẹ tải của MBA trung gian và đường trụ trung áp do gi ảm đ ược yêu c ầu
CSPK.
 Giảm được tổn thất điện năng.
 Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối.
b) Chi phí khi đặt bù.
 Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù.
 Tổn thất điện năng trong tụ bù.

4


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Kết luận
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chúng ta th ấy được r ằng :
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 đi ện năng,
hao tổn điện áp, làm tăng công suất truy ền t ải d ẫn đ ến tăng chi phí l ắp đ ặt…, vì v ậy
phải có những biện pháp để giảm lượng công suất này. Một trong những bi ện pháp
đơn giản và hiệu quả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm c ải thi ện đ ược các nh ược
điểm trên.
Việc bù CSPK có thể được thực hiện bằng các ngu ồn 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 hi ệu
quả hơn, vì vậy mà nó được ứng dụng rộng rãi.
Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 ch ỉ 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 đ ưa đ ến l ợi
ích kinh tế.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không th ể tách bi ệt 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 nhi ều vào công su ất truy ền t ải và
thông số đường dây. Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi đi ện áp tại v ị 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 thi ết b ị bù (SVC, STATCOM, t ụ bù
ngang, tụ bù dọc, kháng bù ngang…) nhằm mục đích cải thi ện đi ện 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 v ậy t ụ đi ện luôn
phát ra công suất phản kháng Q, cung cấp cho phụ tải, giảm lượng công su ất ph ản
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 đi ện dung pha-đ ất nh ỏ thì vi ệc n ối rẽ
nhánh tụ công suất (bù ngang) tại đầu vào tải ho ặc tr ạm phân ph ối sẽ gi ảm đ ược s ự
sụt áp và giữ ổn định điện áp tại các nút phụ tải.
Sơ đồ thay thế như sau :

6


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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 tr ở của đ ường dây.
- Q là công suất phản kháng được truy ền trên đường dây.
- X là thành phần đi ện kháng của đ ường dây.
- U là điện áp tại đầu đường dây.
Như vậy, sU sẽ giảm khi có Q bù, trong trường hợp tải P nhỏ hoặc không tải mà Q bù
lớn thì sU < 0, điều đó có nghĩa là sẽ xảy ra sự dâng quá áp tại các nút có l ắp đặt Q bù.
2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm.

Các bản cực tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại đ ược cách đi ện b ởi 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 n ối nhi ều ổ t ụ
nhỏ để chia đều điện áp đặt lên mỗi tổ tụ.
Đặc điểm của phương pháp dùng tụ bù ngang :
 Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp.
 Điều chỉnh điện áp theo từng cấp cố định tùy theo dung lượng bù.
 Lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới.
2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn.
a) Số liệu cả dàn tụ :
 Công suất : 62,5 MVAr.
 Điện áp định mức : 123 kV.
 Sơ đồ nối : YY không nối đất.
 Tổng số bình tụ : 66 bình.
b) Thông số từng bình tụ :
7


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
 Công suất : 947 KVAr.
 Điện dung : 72,32 mF.
 Điện áp định mức : 6456,50 Hz.
Sơ đồ nguyên lý :

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 ph ải thay
thế các bình tụ.
 Kiểm tra giá trị chỉnh định và sự làm việc hoàn hảo của các rơle bảo v ệ.
 Sau khi đấu nối lại, dòng không cân bằng phải nhỏ h ơn 20% giá tr ị tác đ ộng
của bảo vệ.
 Kiểm tra bằng mắt các bình tụ không bị bẩn, hư h ỏng, ch ảy d ầu….C ần v ệ 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.
8


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.2.1. Chức năng tác dụng.
 Là thiết bị chỉ tiêu thụ CSPK nên có tác dụng tri ệt tiêu, điều ch ỉnh l ượng 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–đ ất và pha–pha là r ất
lớn. Điện dung này phát ra CSPK Qc lớn (có tác dụng như tụ bù ngang), vì v ậy
trong trường hợp đường dây không tải hoặc tải nhỏ lượng CSPK dư thừa l ớn
thì điện áp ở cuối đường dây sẽ nâng cao hơn đầu đường dây. Để gi ảm bất l ợi
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 l ớn nhất gi ữa hai đi ểm
đặt kháng là 500 km.
 Sơ đồ nguyên lý :

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lưới.
2.2.2. Nguyên lý cấu tạo.

 Cuộn kháng có thể coi như một máy biến áp mà trong đó không có qu ận 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 bi ến áp, nhưng vì tất
cả dòng chảy vào quận kháng là dòng kích từ (dòng không tải) nên n ếu dùng
khung từ như máy biến áp thông thường, nó sẽ bão hòa rất nhanh, tr ở 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 bi ến áp. M ạch 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. Mu ốn được nh ư vậy trong ph ần
ứng của cuộn kháng bằng thép, người ta tạo rất nhiều những khoảng tr ống
bằng nêm chèn vào trong lõi thép.[3]
9


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh.
Cuộn kháng 500 kV do hãng ABB chế tạo đóng vai trò bù ngang h ệ th ống truy ền
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 ph ải





xiết lại.
Kiểm tra bình silicagen: Khi 2/3 lượng silicagen đổi mầu thì phải thay thế.
Kiểm tra mức dầu trên bình dầu phụ có phù hợp với bảng chỉ thị không.
Kiểm tra nhiệt độ của dầu cách điện và cuộn dây.
Thường xuyên kiểm tra và làm sạch bề mặt bộ phận làm mát, n ếu cần thi ết

phải phun nước với áp lực cao.
 Với sứ cao áp: Thường xuyên làm sạch bụi bẩn. Đ ể tránh tăng nhi ệt đ ộ t ại ch ỗ
tiếp xúc điện, cần kiểm tra và xiết lại các bu lông, đai ốc tại đ ầu c ốt. N ếu 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.
10


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Như đã nói ở mục “Kháng bù ngang” : Trên các đường dây siêu cao áp có đ ộ dài l ớn,
điện dung pha-đất và pha-pha là rất lớn, do đó khi không tải hoặc t ải nh ỏ thì đi ện áp
cuối đường dây sẽ cao hơn đầu đường dây. Vì vậy, kháng bù ngang, có tác dụng gi ảm
sự tăng áp này, giữ điện áp tại cuối đường dây ổn định bằng đi ện áp định mức. Đ ối
với tụ bù dọc chỉ có tác dụng giảm điện áp giáng trên đường dây (gi ảm t ổn th ất đi ện
áp và công suất trên đường dây), dàn đều điện áp trên đường dây bằng v ới đi ện 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 bù.

Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng tr ở đ ường 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 b ởi vì s ự s ụt 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 :
11


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Hình 2.6. Sơ đồ mô phỏng đường dây.
Sau khi bù, điện kháng trên đường dây là :
Điện áp rơi trên đường dây sẽ là :

X∑ = X – Xbù
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.
a) Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc 1 pha :

12

(2.2)
(2.3)


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc(1 pha).
1 – Tụ điện.

4 – Máy c ắt.

2 – Khe hở phóng điện.

5 – M ạch c ảm d ịu.

3 – Điện tr ở 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 h ở, dùng đ ể b ảo
vệ quá áp dàn tụ.
 Điện trở phi tuyến Varisto : Đấu song song với tụ là tổ h ợp đi ện tr ở phi tuy ến
MOV, ở điện áp làm việc, MOV có điện tr ở rất cao và không cho dòng ch ạy qua,
khi có điện áp tới ngưỡng của MOV, điện trở của nó bằng không và dòng sẽ
chạy qua nó. MOV có tác dụng hạn chế điện áp của tổ h ợp tụ trong tr ị s ố gi ới
hạn (khi có ngắn mạch, dòng điện chạy qua tụ sẽ vượt nhiều l ần so v ới 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 h ở
tới giá trị đảm bảo an toàn cho các thi ết bị khác c ủa tổ h ợp t ụ. M ạch c ảm d ịu
sẽ dập tắt các dao động phóng sao cho biên độ phóng l ần th ứ hai nh ỏ h ơn 50%
lần phóng thứ nhất.
 Máy cắt tụ : Đấu song song với giàn tụ. Khi máy cắt đóng, giàn tụ b ị n ối ngắn
mạch và bị tách ra khỏi vận hành. Khi máy cắt mở sẽ đưa giàn tụ vào v ận hành.
13


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

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 l ần. Trước khi
thực hiện công việc kiểm tra, bảo dưỡng, cần phải nối đất vỏ tụ, sau đó n ối 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 tr ị
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.
 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 đi ện c ực thì ph ải
làm sạch bằng vải và dũa. Kiểm tra các chỗ nối bằng bu lông tại các đi ện 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 ph ải lau
sạch.[3]
2.4. SVC – Tụ bù tĩnh.
14


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
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 truy ền tải đi ện áp
cao.
SVC là một thiết bị trong nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chi ều linh ho ạt
(FACTS), nó được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn đ ịnh c ủa h ệ th ống
điện. Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng các thi ết bị không chuy ển đ ộng hay nói rõ
hơn là sử dụng các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thi ết b ị h ơn là s ử
dụng máy cắt và dao cách ly.
SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo đ ể đi ều ch ỉnh đi ện áp
tại các nút đặt SVC và điều chỉnh điện kháng. Nếu hệ th ống th ừa công su ất ph ản
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 h ệ th ống và h ạ th ấp

điện áp tại nút điều chỉnh.
Ngược lại, nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ đ ược t ự
động đóng vào. Do đó, công suất phản kháng được bơm thêm vào hệ th ống, đi ện áp
của nút được cải thiện.
SVC cũng thường được đặt tại các vị trí có tải thay đổi nhi ều v ới t ốc đ ộ cao, nh ư lò
điện. SVC dùng để làm trơn dao động điện áp.

15


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Hình 2.8. Sơ đồ 1 sợi của một SVC, một cuộn dây điện cảm được điều khiển b ằng
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 đi ều khi ển, 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 m ở tr ực ti ếp
bằng thyristor.
 TSC(Thyristor Switched Capacitor): Đây là tụ đi ện được đóng m ở tr ực ti ếp
bằng thyrstor.[4]
2.4.2. Nguyên tắc hoạt động.
Một SVC điển hình gồm các tụ bù ngang được đóng cắt riêng bi ệt, đ ược k ết n ối
với cuộn dây điện cảm (có hoặc không có lõi sắt) được điều chỉnh bằng thyristor. Nhờ
việc thay đổi góc dẫn của thyristor mà điện kháng đẳng trị của SVC có thể thay đổi
liên tục được. Do đó công suất phản kháng của lưới điện áp có th ể 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 đi ều ch ỉnh giá
trị

cảm kháng, kết quả là giá trị điện kháng đẳng trị là m ột giá tr ị liên t ục. Đi ều ch ỉnh
trơn hơn và linh hoạt hơn có thể thực hiện được bằng cách sử dụng b ộ tụ đi ện đ ược
đóng cắt bằng thyristor hay TCCS (thyristor-controlled capacitor switching).
Thyristor là các thiết bị điều chỉnh tĩnh bằng đi ện. Thyristor, cũng nh ư các thi ết b ị
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 đi ện) có th ể làm bi ến
đổi dạng sóng điều hòa của điện áp. Và do đó, các bộ l ọc sóng đi ện t ử công su ất l ớn

16


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
được sủ dụng để làm trơn sóng điện áp. Bản thân các bộ l ọc sóng đi ều hòa này l ại 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 đi ện áp chính
xác. Việc điều chỉnh điện áp thường dùng các bộ điều khi ển có ph ản h ồi (closedloop). 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 th ường đ ược n ối qua
máy biến áp tăng áp, với điện áp đường dây phía cao (ví d ụ 230 kV) xu ống đi ện áp
thấp hơn (ví dụ 9,5 kV). Việc giảm điện áp làm việc của SVC nh ằm kích th ước và s ố
lượng thiết bị của SVC (chủ yếu do các bộ tụ bù ngang có điện áp làm vi ệc th ấp). M ặc
dù việc làm này làm cho các cuộn dây điện cảm có kích th ước lớn h ơn d ể ch ịu đ ược
dòng điện lớn.
Các van thyristor của SVC có dạng hình đĩa, v ới 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 v ới các tụ bù đ ược đóng c ắt c ơ khí là chũng
phản ứng gần như tức thời với sự thay đổi điện áp của hệ th ống. Vì lý do này, chũng
thường hoạt động ở gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu qu ả đi ều ch ỉnh cao nh ất khi

có nhu cầu. SVC nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, đi ều ch ỉnh nhanh h ơn 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 đ ể bù CSPK cho h ệ th ống.

17


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều khi ển điện áp tại v ị trí nó l ắp đ ặt đ ến 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 v ới đi ện áp h ệ th ống, nh ưng
có biên độ lớn hơn, dòng điện và CSPK chạy từ STATCOM vào h ệ th ống, đ ể nâng đi ện
áp lên. Ngược lại,nếu điều khiển điện áp của STATCOM thấp hơn điện áp h ệ th ống,
dòng điện và dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, do v ậy hạn ch ế quá đi ện áp
trên lưới điện.[6]

CHƯƠNG 3
MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
18


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ 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 tr ường
hợp mở máy trực tiếp gặp khó khăn thì phải hạ điện áp m ở máy, hoặc dùng đ ộng c ơ
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 c ơ. Cũng do mômen c ản trên
trục nhỏ (chủ yếu chỉ do ma sát cửa ổ trục và quạt gió) nên yêu cầu làm vi ệc ổn đ ịnh
với lưới điện không bức thiết, do đó có th ể thi ết 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 khi ến cho kích
thước máy nhỏ hơn.
a) Stato.
Kết cấu của stato của máy bù đồng bộ (máy điện đồng bộ) hoàn toàn gi ống như
stato của máy điện không đồng bộ.
Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn v ỏ máy và n ắp
máy.
 Lõi thép có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thu ật đi ện, đ ược d ập rãnh
bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo h ướng tr ục.Lõi thép
được ép vào trong vỏ máy.
 Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đ ặt trong
các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha ch ạy trong dây qu ấn ba pha
stator sẽ tạo nên từ trường quay.
19


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
b) Rôto.

Hình 3.1. Cực từ của máy đồng bộ cực lồi.
1. Lá thép cực từ.
3. Đuôi cực từ.

Hình 3.2. Dây qu ấn c ản, m ở máy.

2. Dây quấn kích thích.

4. Nêm.

5. Lõi thép rôto.

Máy cực lồi thường quay với tốc độ thấp nên đường kính rôto có th ể l ớn t ới 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 kh ối lăng tr ụ
trên có các cực từ (Hình 3.1).
Với các máy công suất lớn rôto được ghép từ các lá thép dày t ừ 1-6 mm, d ập đ ịnh
hình và ghép trên giá đỡ rôto. Cực từ đặt trên rôto ghép b ằng các lá thép dày t ừ 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, nh ư dây qu ấn l ồng sóc c ủa
máy điện không đồng bộ (Hình 3.2)
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản.
Khi ta đưa dòng điện kích thích m ột chi ều i t vào dây quấn kích thích đặt trên cực
từ, dòng điện it sẽ tạo nên một từ thông Φt. 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

20

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
quấn đó suất điện động và dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f 1 = p.n/60.
Trong đó p là số cặp cực của máy.
Với máy điện đồng bộ ba pha, dây quấn ph ần
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 vi ệc c ơ b ản.
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(Isin ψ.cos θ + Icos ψ.sin θ)
Q = mU( I d.cosθ- Iq.sinθ )

(3.1)
(3.2)

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

21

(3.3)


TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Đặc tính góc công suất phản

kháng của máy điện đồng bộ như
hình 3.4.
Khi -θ' < θ < +θ' máy phát công
suất phản kháng vào lưới, ngoài
phạm vi trên máy tiêu thụ công
suất phản kháng.[7]
Hình
3.4. Đặc tính góc công suất phản kháng máy cực l ồi.

3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ.
 Chế độ quá kích thích.
Chế độ làm việc bình thường (giờ cao điểm) của máy bù đ ồng b ộ là ch ế đ ộ quá
kích thích (tăng kích từ) phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi,
tiêu thụ công suất điện dung của lưới điện. Ở trường hợp này máy bù đồng b ộ có tác
dụng như một bộ tụ điện làm tăng cos và bù điện áp rơi trên lưới điện, được gọi là
máy phát công suất phản kháng.
 Chế độ thiếu kích thích.
Khi tải của các hộ dùng điện giảm, ví dụ v ề đêm ho ặc vào nh ững gi ờ th ấp đi ểm,
điện áp của lưới tăng thì cho máy bù đồng bộ làm việc ở ch ế đ ộ thi ếu kích thích
(giảm dòng kích từ), tiêu thụ công suất phản kháng (đi ện cảm) của lưới đi ện và gây
thêm điện áp rơi trên đường dây để duy trì đi ện áp kh ỏi tăng quá m ức quy đ ịnh. Vi ệc
điều chỉnh dòng điện kích thích để duy trì đi ện áp của l ưới (ở đ ầu cực c ủa máy bù
đồng bộ) không đổi, thường được tiến hành tự động. Máy bù đồng bộ tiêu th ụ r ất ít
công suất tác dụng vì công suất tác dụng dùng để bù vào các tổn hao công trong nó.
3.1.5. Công suất và khả năng bù của máy bù đồng bộ.
22