Chương 9: Giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện

Chia sẻ: Mưa Rơi Lặng Thầm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

540
lượt xem 149
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung Chương 9 Giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện trình bày các nội dung: Tổn thất hệ thống tiêu biểu; nguyên tắc phân tích tổn thất; sự phân tán, công suất dự trữ và tổn thất trên tổn thất; tính kinh tế của việc giảm tổn thất, lợi ích cho công ty; các biện pháp giảm tổn thất điện năng; hệ số công suất kinh tế; tính toán bù kinh tế bằng phương pháp ma trận; phân bố dung lượng bù trong mạng điện xí nghiệp; phân bố kinh tế công suất trong mạng điện kín.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 9: Giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện

345 Chöông 9 GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 9.1 MÔÛ ÑAÀU Naêng löôïng laø nguoàn chuû yeáu cuûa söï phaùt trieån kinh teá vaø xaõ hoäi trong ñoù ñieän naêng chieám moät vai troø quan troïng. Taàm côõ vaø caáu truùc cuûa heä thoáng ñieän thay ñoåi nhieàu töø nöôùc naøy sang nöôùc khaùc. Trong quaù trình cung caáp ñieân naêng ñeán nôi tieâu thuï, heä thoáng ñieän phaûi gaùnh chòu toån thaát trong caùc caáp saûn xuaát, truyeàn taûi vaø phaân phoái ñieän naêng. Toån thaát trong khaâu saûn xuaát thay ñoåi trong khoaûng 1 ñeán 6% cuûa toång saûn löôïng ñieän naêng tuøy theo loaïi nhaø maùy (thuûy ñieän hay nhieät ñieän). Caùc khaûo saùt gaàn ñaây cho thaáy, toån thaát trong truyeàn taûi vaø phaân phoái khoaûng 10% treân toång saûn löôïng ñieän naêng saûn xuaát ra maëc duø möùc toån thaát toái öu kinh teá coù theå ñaït döôùi 5%. Toån thaát lôùn trong truyeàn taûi vaø phaân phoái laø baøi toaùn quan troïng maø caùc coâng ty ñieän löïc ôû haàu heát caùc nöôùc ñang phaùt trieån phaûi ñoái ñaàu. Caùc thoáng keâ gaàn ñaây cho bieát khoaûng 48% trong 25 nöôùc ñang phaùt trieån ñaït ñöôïc möùc toån thaát treân döôùi 15% cuûa saûn löôïng ñieän naêng. Toån thaát ñöôïc chia laøm toån thaát kyõ thuaät vaø toån thaát phi kyõ thuaät. Hình 9.1 trình baøy toån thaát trong caùc phaàn cuûa heä thoáng ñieän. Caùc toån thaát kyõ thuaät bao goàm: (a) Toån thaát treân ñöôøng daây do ñieän trôû cuûa daây daãn; (b) Toån thaát trong maùy bieán aùp vaø maùy ñieàu chænh; (i) Toån thaát coù taûi (trong ñoàng); (ii) Toån thaát khoâng taûi (trong saét). (c) Toån thaát vaàng quang treân ñöôøng daây cao aùp vaø sieâu cao aùp; (d) Toån thaát ñieän moâi trong ñöôøng daây caùp ngaàm hay tuï ñieän tónh; (e) Toån hao trong ñieän naêng keá; (f) Toån hao do heä soá coâng suaát thaáp; (g) Caùc toån thaát kyõ thuaät khaùc. Caùc toån thaát phi kyõ thuaät bao goàm: (a) Troäm ñieän ôû khaùch haøng coù ñaët ñieän naêng keá; (i) Caâu tröôùc ñieän keá; (ii) Laøm ñieän keá chaïy chaäm; (iii) Khoâng thöïc hieän ñuùng hôïp ñoàng. (b) AÊn caép ñieän: khaùch haøng khoâng coù ñieän keá, caâu ñieän baát hôïp phaùp; (c) Ñieän keá hoaït ñoäng sai;
346 CHÖÔNG 9 (d) Söï laøm vieäc khoâng ñuùng cuûa nhaân vieân ñieän löïc trong vieäc ghi chæ soá coâng tô vaø thu tieàn ñieän. Hình 9.1: Toån thaát ñieän naêng trong heä thoáng 9.2 TOÅN THAÁT HEÄ THOÁNG TIEÂU BIEÅU Khoaûng 9÷10% cuûa ñieän naêng saûn xuaát ra trong nhieàu heä thoáng ñieän bò maát maùt. Vì ñaàu tö phaûi ñöôïc thöïc hieän ñoái vôùi caùc coâng trình ñeå cung caáp buø vaøo toån thaát naøy, caùc coâng trình naøy caàn ñöôïc xem xeùt kyõ löôõng trong thieát keá. Söï hieåu bieát veà toån thaát laø cô baûn vaø khoâng ñöôïc boû qua trong vieäc so saùnh caùc phöông aùn vaø phaûi ñöôïc nghieân cöùu ñaày ñuû veà moãi tröôøng hôïp cuï theå.
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 347 Toån thaát kyõ thuaät cuûa moät heä thoáng tieâu bieåu Nguoàn toån thaát Phaàn traêm Maùy bieán aùp taêng ôû nhaø maùy 0,375 Ñöôøng daây truyeàn taûi sô caáp 0,750 Traïm sô caáp 0,375 Ñöôøng daây truyeàn taûi thöù caáp 1,700 Traïm thöù caáp 0,375 Ñöôøng daây phaân phoái sô caáp 3,000 Traïm phaân phoái sô caáp 0,375 Ñöôøng daây phaân phoái thöù caáp 4,000 Ñöôøng reõ ñeán khaùch haøng 0,375 Thieát bò ño ñeám 1,500 Toång: 12,622% 9.3 NGUYEÂN TAÉC PHAÂN TÍCH TOÅN THAÁT Toån thaát thöôøng ñöôïc ñaùnh giaù theo thaønh phaàn ñieän naêng vaø thaønh phaàn coâng suaát cuûa chuùng ñöôïc xem nhö moät phuï taûi yeâu caàu. Moät trong nhöõng khaûo saùt quan troïng trong vieäc qui hoaïch vaø thieát keá moät heä thoáng ñieän ñang phaùt trieån laø phí toån do toån thaát trong coâng suaát, ñieän naêng vaø coâng suaát phaûn khaùng. Noùi chung, toån thaát coù theå ñöôïc giaûm thieåu baèng söï ñaàu tö nhieàu hôn trong ñöôøng daây vaø thieát bò. Ñieàu caàn thieát laø phaûi xaùc ñònh lieäu xem vieäc giaûm chi phí veà toån thaát coù xöùng ñaùng vôùi vieäc taêng trong ñaàu tö hay khoâng. Phí toån do toån thaát coâng suaát ñöôïc keå ñeán neáu nhö toån thaát laøm taêng phuï taûi ñænh ôû moät hay nhieàu thaønh phaàn cuûa heä thoáng. Phuï taûi ñænh taêng daãn ñeán vieäc taêng khaû naêng mang taûi cuûa moãi phaàn töû trong heä thoáng saûn xuaát vaø truyeàn daãn coâng suaát ñeán ñieåm maø toån thaát xaûy ra. Phí toån do toån thaát coâng suaát laø taùc duïng cuûa toån thaát ñöôïc ñaùnh giaù trong phí toån veà khaû naêng taûi cuûa heä thoáng trong töông lai. Khaû naêng taûi ñöôïc yeâu caàu ñeå cung caáp cho toån thaát phaûi ñöôïc keå vaøo khaû naêng döï tröõ nhö ñaõ ñöôïc daønh öu tieân cho phuï taûi ñænh. Baát kyø söï ñaàu tö naøo veà khaû naêng taûi phuï theâm trong töông lai phaûi bao goàm phí toån ñaàu tö veà nguyeân vaät lieäu vaø chi phí veà baûo quaûn. Chi phí haøng naêm veà toån thaát coâng suaát bao goàm chi phí coá ñònh treân voán ñaàu tö ñöôïc yeâu caàu ñeå cung caáp cho toån thaát coäng vôùi chi phí vaän haønh vaø baûo quaûn. Chi phí vaän haønh vaø baûo quaûn tyû leä vôùi khaû naêng taûi. Phí toån do thaønh phaàn ñieän naêng toån thaát phaûi ñöôïc keå ñeán vì toån thaát laøm taêng chi phí saûn xuaát ñieän naêng ñöôïc baùn hay ñieän naêng ñöôïc mua. Toång quaùt, chi phí do toån thaát ñieän naêng baèng tích soá cuûa ñieän naêng toån thaát trong thieát bò vôùi giaù moät ñôn vò ñieän naêng taïi nguoàn. Phí toån veà toån thaát coâng suaát phaûn khaùng cuõng phaûi ñöôïc xeùt ñeán neáu chuùng coù taùc duïng ñaùng keå. Toån thaát phaûn khaùng ñöôïc tính toaùn ñoái vôùi phuï taûi yeâu caàu cöïc ñaïi cuûa phaàn heä thoáng ñang xeùt. Chi phí toån thaát phaûn khaùng laø chi phí haøng naêm cuûa thieát bò buø coâng suaát phaûn khaùng ñöôïc thieát ñaët treân phaàn cuûa heä thoáng nhaèm taïo ra ñöôïc phí toån ít nhaát ñoái vôùi vieäc cung caáp phaûn khaùng.
348 CHÖÔNG 9 Heä soá toån thaát laø tyû soá giöõa toån thaát coâng suaát trung bình vôùi toån thaát coâng suaát luùc phuï taûi ñænh. ∆Ptb Ktt = FLS = ∆Pmax Vôùi moät phuï taûi ñaõ cho, heä soá toån thaát laø moät giaù trò ôû khoaûng giöõa cuûa heä soá phuï taûi vaø bình phöông cuûa heä soá phuï taûi: (Kpt)2 ≤ Ktt ≤ Kpt Phöông trình thöôøng ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh Ktt cuûa heä thoáng coù daïng: Ktt = a × Kpt + (1 – a) K2pt Trong phaàn lôùn caùc toån thaát, vieäc duøng heä soá toån thaát thöôøng laø ñuû. Ñoâi khi vieäc duøng soá giôø töông ñöông cuûa toån thaát cuõng coù theå xaùc ñònh ñöôïc toån thaát ñieän naêng. Soá giôø töông ñöông τ cuûa toån thaát trong moät thôøi kyø baèng toån thaát ñieän naêng trong thôøi kyø ñoù chia cho toån thaát coâng suaát luùc phuï taûi cöïc ñaïi. Soá giôø töông ñöông τ baèng soá giôø toång cuûa giai ñoaïn khaûo saùt nhaân vôùi heä soá toån thaát. Töø ñoù suy ra bieåu thöùc toån thaát tính ñieän naêng: ∆A = ∆Ptb Τ = (Ktt ∆Pmax) T = (Ktt T) ∆Pmax = τ ∆Pmax trong ñoù T: toång soá giôø cuûa giai ñoaïn khaûo saùt, ví duï 8760 giôø/naêm. τ: soá giôø töông ñöông (coøn goïi laø thôøi gian toån thaát coâng suaát cöïc ñaïi), τ = KttT. 9.4 SÖÏ PHAÂN TAÙN, COÂNG SUAÁT DÖÏ TRÖÕ VAØ TOÅN THAÁT TREÂN TOÅN THAÁT Do söï phaân taùn, toån thaát coâng suaát cöïc ñaïi cuûa caùc thaønh phaàn cuûa heä thoáng coù theå khoâng truøng vôùi phuï taûi ñænh cuûa toaøn heä thoáng. Vì coâng suaát yeâu caàu ñöôïc caên cöù töø toån thaát ñænh xaûy ra ñoàng thôøi vôùi phuï taûi ñænh cuûa phaàn heä thoáng ñoù, do ñoù caàn ñöa ra moät heä soá döï phaàn vaøo ñænh cuûa toaøn heä thoáng. Toån thaát khoâng ñoåi, nhö toån thaát trong saét cuûa maùy bieán aùp, ñöôïc coi nhö truøng vôùi phuï taûi ñænh cuûa taát caû caùc phaàn cuûa heä thoáng. Ñoái vôùi toån thaát trong ñieän trôû, nhö toån thaát trong ñoàng cuûa maùy bieán aùp thì heä soá döï phaàn ñænh cuûa toån thaát baèng bình phöông cuûa heä soá döï phaàn ñænh cuûa phuï taûi ñöôïc cung caáp qua maùy bieán aùp. Vieäc tính toaùn coù theå ñöa vaøo heä soá ñoàng thôøi khi khoâng bieát heä soá döï phaàn ñænh hoaëc laø khi caùc ñænh khoâng oån ñònh trong moät thôøi gian daøi. Heä soá ñoàng thôøi coù theå ñöôïc öôùc löôïng töø tyû soá cuûa caùc heä soá phuï taûi cuûa caùc phaàn töû cuûa heä thoáng ñang xeùt vôùi heä soá phuï taûi cuûa toaøn heä thoáng. Laáy ví duï, heä soá phuï taûi cuûa moät taûi tieâu thuï laø 15% vaø heä soá phuï taûi heä thoáng laø 50%. Heä soá ñoàng thôøi cuûa phuï taûi ñoù cho bôûi: 15/50 = 0,30 Bình phöông cuûa heä soá ñoàng thôøi gaàn baèng vôùi heä soá döï phaàn ñænh cuûa toån thaát: (0,3)2 = 0,09 Ñoái vôùi phaàn töû cuûa heä thoáng, toån thaát coâng suaát ñöôïc tính toaùn ñoái vôùi phuï taûi cöïc ñaïi cuûa phaàn töû heä thoáng ñang xeùt. Vieäc taêng coâng suaát taûi trong baát cöù phaàn naøo khaùc cuûa heä thoáng ñöôïc yeâu caàu ñeå buø vaøo toån thaát naøy vaø löôïng phuï taûi taêng theâm do toån thaát ñöôïc xem nhö moät phaàn cuûa phuï taûi toång treân phaàn töû cuûa heä thoáng vaøo thôøi gian coù phuï taûi ñænh. Toån thaát ñieän naêng (kWh) ñöôïc tính vôùi heä thoáng ñang xeùt baèng caùch nhaân toån thaát coâng suaát (kW) luùc phuï taûi cöïc ñaïi vôùi heä soá toån thaát vaø toång soá giôø cuûa khoaûng thôøi gian tính toån thaát hoaëc baèng toån thaát coâng suaát (kW) luùc phuï taûi cöïc ñaïi nhaân vôùi soá giôø töông ñöông τ. Ñoái
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 349 vôùi toån thaát khoâng ñoåi vaø lieân tuïc, nhö toån thaát trong saét cuûa maùy bieán aùp thì kWh toån thaát ñieän naêng baèng toån thaát kW khoâng ñoåi nhaân vôùi toång soá giôø cuûa giai ñoaïn. Ñaàu tö cho toån thaát ñænh seõ ñöôïc keå vaøo trong coâng suaát döï tröõ vaø tính baèng phaàn traêm cuûa phuï taûi ñænh. Toån thaát xaûy ra trong moät phaàn cuûa heä thoáng ñieän, gaây ra caùc phuï taûi phuï theâm trong caùc phaàn khaùc cuûa heä thoáng vaø ngöôïc trôû laïi nguoàn. Giaù trò cuûa caùc thaønh phaàn coâng suaát vaø ñieän naêng phaûi bao goàm caû taùc duïng tích luõy cuûa caùc soá gia veà toån thaát goïi laø “toån thaát treân toån thaát” khi caùc thaønh phaàn naøy ñi qua caùc phaàn cuûa heä thoáng ñieän. Baûng sau ñaây cho moät ví duï ñieån hình veà toån thaát vaø toån thaát treân toån thaát (theo phaàn traêm) Phaàn cuûa heä thoáng Toån thaát (%) Toån thaát treân toån thaát (%) Truyeàn taûi vaø traïm 2,25 2,25 – – – Phaân phoái sô caáp 2,00 4,25 2,0 – – Maùy bieán aùp phaân phoái 0,50 4,75 2,5 0,5 – Phaân phoái thöù caáp 3,0 7,75 5,5 3,5 3,0 Ñoaïn cung caáp cho khaùch haøng vaø ñieän keá 1,0 8,75 6,5 4,5 4,0 8,75 Baûng naøy ñöôïc hieåu nhö sau: 1 kW toån thaát trong phaân phoái sô caáp laøm xuaát hieän 1,0225 kW toån thaát trong phaàn truyeàn taûi vaø 1 kW toån thaát trong phaàn phaân phoái thöù caáp laøm xuaát hieän 1,0475 kW toån thaát trong caùc phaàn phía tröôùc. Caøng nhieàu toån thaát veà phía khaùch haøng seõ gaây ra nhieàu toån thaát treân toån thaát trong caùc phaàn cuûa heä thoáng ngöôïc veà phía nguoàn. 9.5 TÍNH KINH TEÁ CUÛA VIEÄC GIAÛM TOÅN THAÁT, LÔÏI ÍCH CHO COÂNG TY 9.5.1 Toån thaát truyeàn taûi vaø phaân phoái Trong quaù trình phaân phoái ñieän naêng töø nhaø maùy ñeán phuï taûi, toån thaát laø khoâng traùnh khoûi do caùc tính chaát veà ñieän vaø vieäc ño löôøng ñieän naêng trong heä thoáng ñieän. Toån thaát naøy bao goàm toån thaát truyeàn taûi vaø phaân phoái (toån thaát T vaø D). Ñònh nghóa suaát toån thaát ñieän naêng laø phaàn traêm toån thaát ñieän naêng vaø ñöôïc ñònh nghóa nhö sau: ∆A toån thaát A truyeàn taûi − A baùn ñöôïc ∆A% = 100% = 100% A truyeàn taûi A truyeàn taûi trong ñoù ñieän naêng truyeàn taûi A laø ñieän naêng coøn laïi sau khi tröø toång ñieän naêng phaùt vôùi ñieän naêng töï duøng ôû caùc nhaø maùy. Toån thaát T vaø D ñöôïc chia ra laøm toån thaát truyeàn taûi vaø traïm töø ñaàu truyeàn taûi ñeán ñaàu phaân phoái vaø toån thaát phaân phoái töø ñaàu phaân phoái ñeán ñaàu tieâu thuï (H.9.2): Hình 9.2 9.5.2 Ñaùnh giaù ñôn giaûn veà coâng taùc giaûm toån thaát Caàn thieát phaûi lieät keâ caùc taùc duïng cuûa caùc coâng taùc giaûm toån thaát ñieän naêng ñeå coù theå
350 CHÖÔNG 9 ñaùnh giaù caùc lôïi ích kinh teá do giaûm toån thaát mang laïi. Vì phuï taûi coù aûnh höôûng ñeán toån thaát khoâng phaûi luoân coá ñònh, toån thaát ñieän naêng coù theå giaûm thoâng qua vieäc aùp duïng heä soá phuï taûi ñeå giaûm toån thaát ñieän naêng vaøo luùc phuï taûi ñænh. Coù nhieàu phöông phaùp ñeå tính toaùn vieäc giaûm toån thaát ñieän naêng nhöng coù leõ phöông phaùp hôïp lyù nhaát laø ñaùnh giaù chi phí nhieân lieäu trong vieäc cung caáp ñieän. Ví duï löôïng ñieän naêng baùn ñöôïc laø 56310 trieäu kWh, ñieän naêng toån thaát laø 3509 trieäu kWh, phaàn traêm toån thaát ñieän naêng 3509 ∆A% = 100% = 5,87% tröôùc khi coù bieän phaùp giaûm toån thaát. Neáu thöïc hieän giaûm 56310 + 3509 toån thaát 0,01% treân toån thaát ñieän naêng, nghóa laø ∆A% = 5,77% töông öùng vôùi toån thaát ñieän naêng 56310 = − 56310 = 3448 trieäu kWh, tieát kieäm ñöôïc 3509 – 3488 = 61 trieäu kWh. 1 − 0, 0577 Qui ñoåi löôïng ñieän naêng toån thaát veà ñaàu phaùt (ñaàu saûn xuaát) vôùi giaû thieát toån thaát 5,87% ôû caáp truyeàn taûi vaø phaân phoái vaø 5,64% töï duøng cuûa nhaø maùy. Coù ñöôïc keát quaû sau: 1 1 61 trieäu kWh × x = 69 trieäu kWh 1 − 0, 0587 1 − 0, 0564 Giaûm toån thaát 0,1% coù nghóa laø giaûm ñieän naêng saûn xuaát 69 trieäu kWh vaø töø ñoù giaûm chi phí nhieân lieäu saûn xuaát. 9.6 CAÙC BIEÄN PHAÙP GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG Coâng taùc choáng toån thaát ñöôïc tieán haønh thoâng qua vieäc phaân tích toån thaát trong heä thoáng, thieát laäp caùc bieän phaùp phoøng choáng toån thaát vaø ñaùnh giaù taùc duïng cuûa caùc bieän phaùp naøy. Coâng ty ñieän löïc toå chöùc giaùm saùt veà maët kyõ thuaät vaø haønh chính. Caùc nhieäm vuï chuû yeáu bao goàm: a) Phaân tích vaø ñaùnh giaù toån thaát; b) Kieåm soaùt caùc toån thaát trong heä thoáng; c) Choáng aên caép ñieän. Taùc duïng cuûa vieäc choáng toån thaát thoâng qua caùc hoaït ñoäng noùi treân ñöôïc toùm löôïc nhö sau. 9.6.1 Choáng toån thaát thoâng qua caûi taïo löôùi ñieän a) Phaùt trieån truïc heä thoáng truyeàn taûi Xaây döïng caùc ñöôøng daây truyeàn taûi chính xuyeân qua caùc vuøng trong nöôùc coù caáp ñieän aùp 110 kV, 154 kV, 220 kV, 345 kV, 500 kV. b) Xaây döïng caùc nhaø maùy vaø caùc traïm ôû caùc trung taâm phuï taûi Phaàn lôùn ñieän naêng ñöôïc cung caáp töø caùc nhaø maùy ôû xa trung taâm phuï taûi. Xaây döïng caùc nhaø maùy nhieät ñieän lôùn gaàn taâm phuï taûi caûi thieän söï maát caân ñoái trong vieäc ñieàu ñoä heä thoáng. Ñieàu naøy laøm giaûm ñöôïc söï phaân chia coâng suaát treân ñöôøng daây daøi, goùp phaàn giaûm toån thaát truyeàn taûi vaø phaân phoái. c) Ñôn giaûn hoùa caùc caáp ñieän aùp Chaúng haïn ôû mieàn Nam caáp ñieän aùp 66 kV daàn daàn ñöôïc thay baèng caáp 110 kV vaø chæ coøn caáp ñieän aùp 110 kV, 220 kV treân löôùi truyeàn taûi cuõng nhaèm muïc ñích giaûm toån thaát. d) Thay caùc ñöôøng daây phaân phoái trung aùp vaø haï aùp vaø bieán ñoåi heä thoáng phaân phoái moät pha thaønh ba pha
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 351 Caùc ñöôøng daây cuõ bò quaù taûi do phuï taûi phaùt trieån ñöôïc thay baèng daây daãn coù ñöôøng kính lôùn hôn hoaëc laø caûi thieän caùc ñöôøng daây ba pha 220 V thaønh ñieän aùp 380 V. Caùc ñöôøng daây moät pha treân maïng noâng thoân do khoaûng caùch daøi neân gaây suït aùp vaø toån thaát ñieän naêng ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh ñöôøng daây ba pha. e) Ñaët tuï buø ñeå naâng cao cosϕ ñöôøng daây Heä soá coâng suaát thaáp gaây ra bôûi caùc phuï taûi ñoäng cô caûm öùng, cuøng vôùi tính caûm cuûa ñöôøng daây. Ñieàu naøy gaây ra suït aùp lôùn vaø toån thaát ñieän naêng nhieàu hôn treân ñöôøng daây. Tuï ñieän buø ngang treân ñöôøng daây ñöôïc duøng ôû nhöõng nôi caàn ñieàu chænh cosϕ cao hôn treân cô sôû cuûa vieäc ño heä soá coâng suaát treân ñöôøng daây phaân phoái. Caùc nôi tieâu thuï coù ñoäng cô baét buoäc phaûi ñaëêt tuï ñieän löïc, cosϕ ôû cuoái ñöôøng daây ñöôïc yeâu caàu töø 0,85 ñeán 0,95, caùc phuï taûi coù cosϕ thaáp bò phaït vôùi giaù tieàn ñieän cao hôn. Gaàn ñaây, caùc ñoà ñieän gia duïng coù heä soá coâng suaát thaáp, chaúng haïn nhö ñeøn huyønh quang cuõng ñaët tuï ñieän buø cosϕ ngay töø nôi saûn xuaát. Tuy vaäy, vaán ñeà ñaët ra cho maùy phaùt ñieän coù cosϕ dung (cosϕ sôùm) vaøo nhöõng luùc phuï taûi cöïc tieåu, keát hôïp vôùi doøng ñieän ñieän dung treân ñöôøng daây truyeàn taûi cao aùp vaø sieâu cao aùp coù theå daãn ñeán töï kích maùy phaùt - moät vaán ñeà caàn ñöôïc nghieân cöùu. f) Giaûm toån thaát trong caùc maùy bieán aùp phaân phoái Toån thaát saét cuûa caùc maùy bieán aùp phaân phoái chieám moät phaàn lôùn cuûa toång toån thaát. Vieäc duøng caùc maùy bieán aùp coù toån thaát saét thaáp (loõi saét cuoán) thay cho caùc maùy bieán aùp cuõ cuõng laøm giaûm toån thaát ñaùng keå. 9.6.2 Choáng toån thaát thoâng qua caûi thieän ñieàu kieän veà vaän haønh a) Giaûm toån thaát thoâng qua ñieàu ñoä kinh teá trong heä thoáng Vôùi khaû naêng döï tröõ saün coù cuûa caùc nhaø maùy ñieän ñeå ñaûm baûo chaát löôïng ñieän naêng veà ñieän aùp vaø taàn soá, vieäc ñieàu ñoä heä thoáng ñöôïc thöïc hieän bôûi ñieàu ñoä trung taâm vaø ñieàu ñoä ñòa phöông. Taùc duïng cuûa vaän haønh kinh teá trong heä thoáng ñieän ñaõ giaûm ñöôïc toån thaát ñieän naêng (moät trong nhöõng raøng buoäc veà vaän haønh) qua vieäc duy trì ñieän aùp oån ñònh trong heä thoáng, ñieàu khieån maùy phaùt nhaèm caân baèng coâng suaát trong heä thoáng, cöïc tieåu coâng suaát phaûn khaùng phaùt ra ôû nhaø maùy... b) Cung caáp tröïc tieáp baèng ñieän aùp cao ñeán caùc phuï taûi Caùc phuï taûi coâng suaát lôùn coù soá löôïng caøng ngaøy caøng taêng keát quaû cuûa neàn kinh teá phaùt trieån nhanh ñöôïc khuyeán khích nhaän ñieän tröïc tieáp töø ñieän aùp cao qua traïm bieán aùp phaân phoái ñaët ngay taïi nôi tieâu thuï. Ñieàu naøy laøm giaûm toån thaát vaø traùnh toån thaát ñieän naêng do cung caáp qua nhieàu caáp ñieän aùp, chaúng haïn phaùt trieån caùc caáp ñieän aùp 110 kV, 35 kV,... ñeå deã daøng noái ñeán caùc phuï taûi lôùn baèng caùc caáp dieän aùp naøy thay vì cung caáp töø caùc caáp ñieän aùp 6, 10, 15, 22 kV. c) Giaûm toån thaát thoâng qua caûi thieän heä soá phuï taûi Heä soá phuï taûi coøn ñöôïc goïi laø heä soá ñieàn kín phuï taûi. Khi heä soá phuï taûi cuûa heä thoáng thaáp, khaû naêng phaùt ñeå cung caáp cho phuï taûi cöïc ñaïi caøng lôùn. Ñieàu naøy coù nghóa laø phaûi ñaàu tö nhieàu hôn cho nguoàn vaø löôùi vaø toån thaát coâng suaát tyû leä vôùi bình phöông cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän cuõng töø ñoù maø taêng leân. Heä soá phuï taûi coù theå ñöôïc caûi thieän naâng leân neáu laøm cho ñoà thò phuï taûi ñöôïc baèng phaúng
352 CHÖÔNG 9 hôn baèng caùch haïn cheá söû duïng ñieän vaøo nhöõng giôø cao ñieåm vaø chuyeån sang söû duïng vaøo nhöõng giôø thaáp ñieåm, thay ñoåi qui trình saûn xuaát cuûa caùc phuï taûi coâng nghieäp ñeå coù ñoà thò phuï taûi hôïp lyù. Ñieàu naøy khoâng phaûi deã daøng laøm ñöôïc theo yù muoán cuûa coâng ty ñieän löïc, chæ coù caùch laø ñieàu chænh laïi giaù baùn ñieän theo giôø nghóa laø baùn giaù cao vaøo luùc phuï taûi ñænh vaø giaù thaáp hôn vaøo luùc phuï taûi cöïc tieåu ñeå ngöôøi tieâu thuï ñieän yù thöùc veà moät keá hoaïch söû duïng ñieän cho chính hoï. d) Giaûm dieän tích trung bình phaân phoái ñieän treân moãi kWh ñieän naêng do phuï taûi yeâu caàu taêng leân Trong moät vuøng cho tröôùc, vieäc taêng coâng suaát tieâu thuï cuõng coù nghóa laø giaûm ñöôïc khoaûng caùch taûi ñieän truyeàn taûi vaø dieän tích vuøng phaân phoái cho moãi kWh ñieän naêng cung caáp vì seõ xaây döïng theâm nhieàu traïm bieán aùp trong vuøng vaø do ñoù giaûm ñöôïc toån thaát ñieän naêng. Taát nhieân ñieàu naøy khoù coù theå ñaït ñöôïc baèng moïi coá gaéng cuûa coâng ty ñieän löïc nhaèm giaûm toån thaát ñieän naêng. Ñaây chæ laø moät kieåu giaûm toån thaát töï nhieân maø yeáu toá chính cuûa giaûm toån thaát laø khi yeâu caàu söû duïng ñieän taêng leân nhanh choùng. Vôùi cuøng moät lyù do naøy maø caùc traïm bieán aùp phaân phoái ñaët ôû nôi thích hôïp cuõng coù taùc duïng giaûm toån thaát töông töï. 9.6.3 Coâng taùc giaûm toån thaát ñoái vôùi toån thaát phi kyõ thuaät Toån thaát phi kyõ thuaät bao goàm aên caép ñieän, toån thaát do söï khaùc nhau veà thôøi ñieåm ño löôøng, toån thaát do sai soá trong vieäc tính toaùn toån thaát trong heä thoáng phaân phoái. a) Choáng aên caép ñieän Vaán ñeà naøy laø raát quan troïng trong toån thaát phi kyõ thuaät vaø caàn coù caùc bieän phaùp veà maët kyõ thuaät vaø haønh chính. Coù theå naâng chieàu cao ñoaïn daây noái töø ñöôøng daây vaøo nhaø, duøng xaø daøi hôn ñeå traùnh caâu moùc ñieän vaø duøng daây caùp boïc töø choã noái ñeán ñieän naêng keá ñeå traùnh moùc ñieän traùi pheùp phía tröôùc coâng tô, duøng loaïi coâng tô choáng quay ngöôïc... Coâng tô ñieän coù theå laép ñaët beân ngoaøi thay vì beân trong nhaø. b) Kieåm tra chaët cheõ ñieän naêng keá Ñeå quaûn lyù baùn buoân khoâng bò sai soùt, bieän phaùp tích cöïc ñöôïc thöïc hieän tröôùc heát laø chænh ñònh laïi caùc ñieän naêng keá chaïy sai, thay theá ngay caùc coâng tô hoaït ñoäng sai. Thöù hai laø giaùm saùt ñònh kyø caùc coâng tô ñieän, kieåm tra caùc maùy bieán doøng ñaët ôû caùc phuï taûi lôùn, ñaët ñeøn tín hieäu ñeå baùo ñöùt daây chì ôû caùc maùy bieán ñieän aùp ño löôøng, kieåm tra caùc ñaáu noái vaøo coâng tô ñeå traùnh maéc sai ñaàu daây vaøo coâng tô, kieåm tra ñieän naêng keá khoâng nhöõng tieán haønh ôû nhöõng nôi tieâu thuï maø coøn ôû traïm ñieän, nhaø maùy ñieän ñeå traùnh sai soùt trong phaân tích toån thaát. 9.7 NAÂNG CAO cosϕ ϕ ÑÖÔØNG DAÂY Phuï taûi cuûa maïng ñieän phaàn lôùn laø caùc ñoäng cô khoâng ñoàng boä coù cosϕ thaáp. Vôùi cuøng moät coâng suaát taùc duïng cung caáp cho phuï taûi, khi heä soá coâng suaát caøng thaáp thì coâng suaát khaùng taûi treân ñöôøng daây caøng lôùn taïo ra toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng ñaùng keå. Ví duï moät maïng ñieän nhö treân H.9.3. vôùi phuï taûi P + jQ.
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 353 Hình 9.3 Toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng: P2 + Q2 P2 + Q2 ∆P = R ∆Q = X (9.1) U2 U2 Baây giôø ñaët taïi phuï taûi moät tuï ñieän tónh hay maùy buø ñoàng boä ñeå phaùt ra moät löôïng coâng suaát phaûn khaùng laø Qbuø thì coâng suaát khaùng taûi treân ñöôøng daây giaûm xuoáng baèng Q –Qbuø theo H.9.4. Hình 9.4 Toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng sau khi ñaët tuï buø: P2 + (Q − Q buø )2 P2 + (Q − Q buø )2 ∆P = 2 R ∆Q = X (9.2) U U2 Sau khi buø cosϕ cuûa ñöôøng daây ñöôïc naâng cao coøn cosϕ cuûa phuï taûi vaãn nhö cuõ khoâng ñöôïc naâng cao. Tuï buø ngang trong heä thoáng cung caáp ñieän coù caùc nhieäm vuï chính nhö sau: - Ñaûm baûo coâng suaát khaùng cung caáp cho vuøng phuï taûi töø nguoàn phaùt ñieän ñöôïc giöõ trong giôùi haïn hôïp lyù; - Traùnh quaù taûi cuûa ñöôøng daây hay maùy bieán aùp giöõa nguoàn vaø nôi ñaët tu;ï - Naâng cao heä soá coâng suaát cuûa phaàn maïng ñieän giöõa nguoàn vaø nôi ñaët tuï; - Giaûm quaù taûi maùy phaùt; - Giaûm toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø toån thaát ñieän naêng; - Giaûm toån thaát phaûn khaùng; - Giaûm toån thaát ñieän aùp. Tuï ñieän khoâng phaûi laø thieát bò duy nhaát buø coâng suaát phaûn khaùng vaø naâng cao heä soá coâng suaát cuûa heä thoáng. Vieäc caûi thieän naøy cuõng coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng maùy buø ñoàng boä hay maùy buø tónh. Maùy buø ñoàng boä thöôøng ñaët ôû ñaàu nhaän cuûa ñöôøng daây taûi ñieän daøi, coù khaû naêng phaùt hay thu coâng suaát khaùng. Trong maïng phaân phoái duøng tuï buø laø phoå bieán do toån thaát trong tuï nhoû (töø 2 ñeán 4 watt/kVAr tuøy theo nhaø cheá taïo), laép ñaët ñôn giaûn, ít baûo trì. Taùc duïng naâng cao heä soá coâng suaát Xeùt maïch ñieän phaân phoái hình tia ñôn giaûn döôùi ñaây (H.9.5):
354 CHÖÔNG 9 Hình 9.5: Ñöôøng daây hình tia – AÛnh höôûng cuûa heä soá coâng suaát ñeán suït aùp ñöôøng daây Buø ngang baèng caùch maéc song song tuï ñieän ôû ñaàu nhaän nhaèm naâng cao heä soá coâng suaát cuûa ñaàu nhaän (cuõng laø naâng cao cosϕ ñöôøng daây) nhö trình baøy trong H.9.6: Hình 9.6: Taùc duïng naâng cao cosϕ ñöôøng daây cuûa tuï buø ngang Giaû thieát ñieän aùp ñaàu nhaän ñöôïc giöõ khoâng ñoåi baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaàu phaùt. Ñieän aùp pha ñaàu phaùt cho bôûi phöông trình: U 2P = (U N cos ϕN + RI)2 + (U N sin ϕN + X L I)2 (9.3) Toån thaát coâng suaát taùc duïng: ∆P = 3. RI2. 10–3 kW (9.4) PN2 R = .10−3 kW (9.5) U 2N cos 2 ϕN trong ñoù: P N (kW) laø coâng suaát taùc duïng ôû ñaàu nhaän UN (kV) laø ñieän aùp ñaàu nhaän. Töø ñoà thò vectô vaø caùc phöông trình treân coù caùc nhaän xeùt sau: a) Suït aùp - AÛnh höôûng cuûa suït aùp do caûm khaùng laø ñaùng keå khi tyû soá X/R cuûa ñöôøng daây lôùn vaø heä soá coâng suaát cuûa phuï taûi nhoû. AÛnh höôûng naøy giaûm khi heä soá coâng suaát lôùn. - Neáu heä soá coâng suaát trôû neân sôùm, trò soá cuûa ñieän aùp ñaàu phaùt UP seõ giaûm xuoáng vaø vôùi goùc heä soá coâng suaát sôùm lôùn (cosϕ sôùm caøng nhoû) thì UP seõ nhoû hôn ñieän aùp ñaàu nhaän UN. Tuy nhieân, ñieän aùp ñaàu nhaän khoâng ñöôïc cao hôn ñaàu phaùt khoaûng 5 – 6% vaø heä soá coâng suaát ñaàu nhaän khoâng ñöôïc ñeå cho coù quaù nhieàu tính dung. b) Toån thaát coâng suaát Toån thaát coâng suaát treân ñöôøng daây giaûm khi cosϕN taêng vaø cuoái cuøng giaûm ñeán trò soá:  PN2  ∆P =  2 .R.10−3  kW  U R 
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 355 khi heä soá coâng suaát cosϕN = 1, toån thaát coâng suaát laø ít nhaát. Taùc duïng cuûa heä soá coâng suaát sôùm roõ raøng laøm taêng toån thaát do cosϕR laïi giaûm thaáp. c) Doøng ñieän ñöôøng daây Doøng ñieän ñöôøng daây giaûm do cosϕR taêng, doøng thaáp nhaát khi cosϕR baèng ñôn vò. Toùm taét caùc lôïi ích cuûa buø ngang: i) Giaûm ñoä suït aùp vaø giaûm söï thay ñoåi ñieän aùp giöõa taûi cöïc tieåu vaø cöïc ñaïi neáu duøng tuï ñieän töï ñoäng ñoùng theo taûi (tuï öùng ñoäng). Maët khaùc, ñoái vôùi moät ñoä suït aùp cho tröôùc, khaû naêng taûi cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi / phaân phoái ñöôïc taêng leân. ii) Ñoái vôùi moät phuï taûi kW cho tröôùc, doøng ñieän vaø coâng suaát kVA tyû leä nghòch vôùi heä soá coâng suaát. Do ñoù, vieäc naâng cao heä soá coâng suaát daãn ñeán söï giaûm doøng ñieän vaø phuï taûi kVA yeâu caàu. iii) Ñònh möùc cuûa maùy caét vaø maùy bieán aùp choïn treân cô sôû cuûa phuï taûi doøng ñieän hay kVA. Do ñoù khi heä soá coâng suaát ñöôïc caûi thieän, quaù taûi caùc thieát bò ñieän ñöôïc traùnh khoûi hay moät phuï taûi kW lôùn hôn ñöôïc pheùp truyeàn qua caùc thieát bò. Vieäc choïn ñònh möùc caùc thieát bò thöôøng döïa treân caùc phoûng ñoaùn phaùt trieån cuûa phuï taûi trong töông lai vaø neáu naâng cao heä soá coâng suaát ñöôïc keå ñeán vaøo luùc choïn thieát bò thì thöïc teá chöùng toû coù theå choïn caùc ñònh möùc veà doøng ñieän hay kVA thaáp hôn. iv) Giaûm toån thaát coâng suaát RI2, daãn ñeán tieát kieäm chi phí vaän haønh vaø giaûm ñöôïc yeâu caàu kW ôû nguoàn phaùt. v) Giaûm toån thaát coâng suaát phaûn khaùng treân ñöôøng daây (XI2) vaø giaûm yeâu caàu kVAr ôû nguoàn phaùt. Coâng suaát tuï buø ñeå naâng cao cosϕ cuûa ñöôøng daây. Giaû thieát heä soá coâng suaát cuûa phuï taûi laø cosϕ1, caàn naâng cao Hình 9.7: Naâng cao heä soá heä soá coâng suaát cuûa ñöôøng daây cung caáp leân cosϕ2 (H.9.7). coâng suaát ñöôøng daây Coâng suaát tuï buø cho bôûi: baèng tuï buø Qbuø = Q1 – Q2 = P(tgϕ1 – tgϕ2) (9.6) Vai troø vaø lôïi ích cuûa tuï buø ngang ñöôïc xem xeùt chi tieát hôn trong khaûo saùt sau ñaây veà aùp duïng thöïc teá trong heä thoáng ñieän. Tuï buø ngang trong heä thoáng truyeàn taûi Theo quan ñieåm kinh teá thì coù moät giaù trò toái öu cuûa coâng suaát khaùng ñöôïc truyeàn taûi töø nhaø maùy. Trong heä thoáng ñieän lieân keát, coâng suaát khaùng toái öu thay ñoåi theo töøng giôø. Khaûo saùt cung caáp coâng suaát khaùng coù keå ñeán chi phí veà phaùt vaø truyeàn taûi coâng suaát khaùng vaø so saùnh vôùi chi phí cung caáp coâng suaát khaùng töø caùc nguoàn trong vuøng phuï taûi (töùc laø baèng tuï ñieän hay maùy buø) Lôïi ích cuûa vieäc chuyeån coâng suaát khaùng phaùt töø nhaø maùy veà vuøng phuï taûi. Caùc ñieåm sau ñaây caàn xem xeùt khi moät nhaø maùy hay heä thoáng truyeàn taûi môùi ñöôïc thieát keá. Ñoái vôùi moät phuï taûi kW cho tröôùc, neáu coâng suaát khaùng kVAr cuûa nguoàn phaùt vaø cuûa heä thoáng truyeàn taûi cho phuï taûi giaûm thì: a) Toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø ñieän naêng seõ giaûm xuoáng vaø toån thaát phaûn khaùng trong heä thoáng truyeàn taûi cuõng giaûm theo. Keát quaû laø qui hoaïch ñöôïc coâng suaát taùc duïng vaø phaûn
356 CHÖÔNG 9 khaùng cuûa nguoàn nhoû hôn. b) Khaû naêng taûi doøng ñieän cuûa ñöôøng daây vaø maùy bieán aùp seõ nhoû hôn. c) Khaû naêng kích töø vaø ñònh möùc coâng suaát khaùng cuûa maùy phaùt seõ nhoû hôn. Moät vaán ñeà quan troïng khaùc laø vieäc ñieàu khieån ñieän aùp cuûa vuøng phuï taûi. Ñieàu naøy seõ trôû neân khoù khaên hôn neáu moät löôïng coâng suaát khaùng kVAr ñaùng keå ñöôïc taûi töø nhaø maùy ñieän. Neáu thieát bò ñieàu aùp hay ñaàu phaân aùp cuûa maùy bieán aùp laø caàn thieát ñeå ñaûm baûo suït aùp cho pheùp thì chi phí cuûa caùc thieát bò naøy phaûi ñöôïc xeùt trong baát kyø khaûo saùt naøo lieân quan ñeán giaûm coâng suaát khaùng truyeàn taûi baèng buø ngang. Trong tình traïng söï coá, vieäc vaän haønh thoûa maõn seõ deã duy trì hôn neáu coâng suaát khaùng truyeàn taûi töø nguoàn ñang ôû möùc thaáp. Noùi caùch khaùc, bieán ñoäng trong heä thoáng do caét ñöôøng daây seõ ít naëng neà neáu nhö cheânh leäch giöõa ñieän aùp ñaàu phaùt vaø ñaàu nhaän laø nhoû. Moät yeáu toá quan troïng laø khaû naêng duy trì ñieän aùp phuï taûi cuûa tuï buø ngang; vieäc caét moät maïch laøm taêng toång trôû ñeán phuï taûi vaø tuï ñieän seõ taïo ra moät ñoä taêng ñieän aùp lôùn hôn tröôùc. Ngöôøi vaän haønh seõ ñaùnh giaù ñoä taêng ñieän aùp naøy sau khi moät maïch ñöôïc caét ra. OÅn ñònh cuûa heä thoáng Vieäc duøng tuï ñieän ñeå giaûm bôùt yeâu caàu coâng suaát khaùng cung caáp cho vuøng phuï taûi seõ caûi thieän ñöôïc heä soá coâng suaát cuûa maùy phaùt. Tuy vaäy khi phuï taûi cöïc tieåu maùy phaùt coù theå vaän haønh ôû heä soá coâng suaát sôùm. Ñieàu naøy daãn ñeán giaûm kích töø maùy phaùt nhöng vaán ñeà laø heä soá coâng suaát sôùm cuûa maùy phaùt khoâng ñöôïc vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp. Ñoái vôùi caùc maùy phaùt ñieän cuû coù ñieàu chænh kích töø ñieàu khieån baèng tay thì khi vaän haønh gaàn ñaày taûi vôùi möùc kích töø thaáp coù theå daãn tôùi maát oån ñònh vaø trong tröôøng hôïp naøy phaûi thieát keá sao cho maùy phaùt phaùt moät löôïng coâng suaát khaùng nhaát ñònh. Caùc maùy phaùt ñôøi môùi coù boä ñieàu chænh kích töø taùc ñoäng nhanh thì raøng buoäc treân khoâng ñeán ñoåi quaù chaët cheû vaø coù giôùi haïn coâng suaát khaùng thaáp hôn traùnh cho kích töø maùy phaùt giaûm xuoáng quaù möùc an toaøn. Tuï buø ngang trong maïng phaân phoái Taêng khaû naêng taûi cuûa ñöôøng daây Khaû naêng taûi cuûa ñöôøng daây ñöôïc giôùi haïn bôûi ñieàu kieän phaùt noùng hay bôûi ñoä suït aùp. Vieäc laép ñaët tuï buø ngang caûi thieän ñöôïc heä soá coâng suaát vaø giaûm doøng ñieän trong maïch vôùi moät coâng suaát kW cho tröôùc. Do ñoù, ñöôøng daây coù theå cung caáp nhieàu phuï taûi hôn tröôùc khi ñöôïc naâng caáp neáu caàn. Trong vieäc qui hoaïch ñöôøng daây môùi, coù theå ñaàu tö caùc thieát bò nhö maùy caét, maùy bieán aùp, ñöôøng daây coù khaû naêng taûi doøng ñieän thaáp hôn neáu nhö ñaûm baûo heä soá coâng suaát lôùn hôn baèng caùch buø coâng suaát khaùng ngay töø luùc qui hoaïch. Giaûm toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng Giaûm toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng laø keát quaû tröïc tieáp töø vieäc giaûm doøng ñieän ñoái vôùi moät phuï taûi kW cho tröôùc vaø laøm taêng hieäu suaát trong phaân phoái. Caûi thieän tình traïng ñieän aùp Tuï buø ngang nhö ñaõ trình baøy, cho thaáy taùc duïng taêng ñieän aùp. Neáu duøng tuï töï ñoäng ñoùng caét theo taûi (coøn goïi laø tuï öùng ñoäng) thì ñieän aùp ñöôïc caûi thieän do tuï buø cung caáp coâng suaát khaùng thay ñoåi tuøy theo yeâu caàu cuûa phuï taûi phaûn khaùng. Ví duï 9.1: Moät traïm ñieän cung caáp cho phuï taûi 300 kVA ôû heä soá coâng suaát cosϕ1 = 0,8 treã. Moät ñoäng cô ñoàng boä ñöôïc ñaët song song vôùi taûi. Taûi cuûa traïm laø 300 kW vôùi cosϕ2 = 0,95 treã. Xaùc
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 357 ñònh: a) Coâng suaát kVA cuûa ñoäng cô ñoàng boä; b) Heä soá coâng suaát cuûa ñoäng cô. Giaûi Taûi cuûa traïm tröôùc khi coù ñoäng cô: P = S cosϕ = 300 × 0,80 = 240 kW. Coâng suaát phaûn khaùng töông öùng: Q = S sinϕ1 = 300 × 0,60 = 180 kVA Taûi toång khi coù ñoäng cô: Pt = P + Pm = 300 kW (ñaõ cho) trong ñoù Pm = 300 – 240 = 60 kW. Heä soá coâng suaát toång hôïp cosϕ2 = 0,95 (ñaõ cho), vôùi ϕ2 = 18°12’, tgϕ2 = 0,3288. Coâng suaát khaùng toång: Qt = (P + Pm) tgϕ2 = 300 × 0,3288 = 98,64 kVAr Q – Qt = 180 – 98,64 = 81,36 kVAr. Söï sai bieät veà coâng suaát khaùng naøy ñöôïc caân baèng bôûi coâng suaát khaùng sôùm (coù tính dung) cuûa ñoäng cô ñoàng boä, do ñoù coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng cuûa ñoäng cô laø: Pm = 60 kW vaø Qm = 81,36 kVAr (sôùm). Coâng suaát bieåu kieán cuûa ñoäng cô: Sm = 2 Pm + Q2m = 602 + 81, 362 = 100 kVA Heä soá coâng suaát cuûa ñoäng cô: Pm 60 cosϕm = = = 0,6 (sôùm). Sm 100 Hình 9.8 Caùc quan heä veà coâng suaát ñöôïc veõ trong H.9.8. Ví duï 9.2: Moät ñoäng cô caûm öùng 250 HP, 3300 V, ba pha, hieäu suaát 0,86, cosϕ = 0,707 treã. Ñeå caûi thieän cosϕ cuûa ñöôøng daây leân 0,9, duøng tuï buø maéc ôû ñoäng cô. Tính: i) Coâng suaát kVAr cuûa tuï buø. ii) Ñieän dung cuûa tuï buø khi a) maéc Y, b) maéc ∆. iii) Toån thaát coâng suaát taùc duïng treân ñöôøng daây tröôùc vaø sau khi buø, giaû thieát ñieän trôû moãi pha cuûa ñöôøng daây laø 1 Ω. Giaûi 250x0, 746 i) Coâng suaát ñieän cuûa ñoäng cô: P = = 216,8 kW 0, 86 cosϕ1 = 0,707 ⇒ ϕ1 = 45°, tgϕ1 = 1 cosϕ2 = 0,90 ⇒ ϕ2 = 25°50’, tgϕ2 = 0,4841 Ban ñaàu: Coâng suaát khaùng cuûa ñoäng cô:
358 CHÖÔNG 9 Q1 = P1 tgϕ1 = 216,8 × 1 = 216,8 kVAr Sau khi naâng heä soá coâng suaát ôû cuoái ñöôøng daây leân 0,90 Coâng suaát phaûn khaùng ôû cuoái ñöôøng daây: Q2 = P. tgϕ2 = 216,8 × 0,4841 = 105 kVAr Hình 9.9 Coâng suaát phaûn khaùng cung caáp bôûi boä tuï ñieän: Qc = Q1 – Q2 = 216,8 – 105 = 111,8 kVAr boû qua toån thaát trong tuï ñieän, coâng suaát ñònh möùc cuûa boä tuï laø 111,8 kVAr. ii) Neáu tuï ñieän maéc hình tam giaùc 111, 8 Idaây = = 19,55 A 3.3, 3 19, 55 Ic = = 11,3 A 3 Dung khaùng moãi pha cuûa tuï ñieän: UC 3300 106 Xc = = = 292,2 Ω = (vôùi C [ µF]) IC 11, 3 2πfC 106 106 suy ra C = = = 10,9 µF. 2πfX C 2π x 50 x 292, 2 - Neáu tuï ñieän maéc hình sao: Ic = Idaây = 19,55 A UC 3300 Xc = = = 97,43 Ω IC 3x19, 55 106 106 Hình 9.10 C= = = 32,7 µF. 2πfX C 2π.50.97, 43 iii) Toån thaát coâng suaát treân ñöôøng daây tröôùc khi ñaët tuï buø P2 + Q12 216, 82 + 216, 82 ∆ P1 = R = 1 = 8632 W = 8,632 kW U2 3, 32 Toån thaát coâng suaát treân ñöôøng daây sau khi ñaët tuï buø: P2 + Q22 216, 82 + 1052 ∆P 2 = R = 1 = 5328 W = 5,328 kW. U 2 3, 32 Ví duï 9.3: Tính giaù bieåu hai thaønh phaàn. Moät xí nghieäp ñöôïc cung caáp ñieän töø löôùi ñieän vôùi giaù bieåu nhö sau: i) Giaù bieåu treân coâng suaát: - 500 kVA ñaàu tieân: 7,5 $/kVA haøng thaùng - 1000 kVA keá tieáp: 7,25 $/kVA haøng thaùng - treân 1500 kVA: 7 $/kVA haøng thaùng ii) Giaù bieåu ñieän naêng: - 50000 kWh ñaàu: 0,05 $/kWh - 150000 kWh keá tieáp: 0,048 $/kWh - 300000 kWh keá tieáp: 0,045 $/kWh
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 359 - lôùn hôn 500000 kWh: 0,042 $/kWh Neáu phuï taûi cöïc ñaïi yeâu caàu laø 3240 kW vôùi heä soá coâng suaát 0,9 vaø heä soá phuï taûi 0,8. Tìm löôïng ñieän naêng tieâu thuï trung bình haøng thaùng (30 ngaøy) vaø giaù ñieän bình quaân cho moãi kWh. Giaûi P 3240 Coâng suaát bieåu kieán: S = = = 3600 kVA cos ϕ 0, 9 Phuï taûi trung bình: 3240 x 0,8 = 2592 kW Ñieän naêng tieâu thuï haøng thaùng: A = 2592 x 30 x 24 = 1866240 kWh Tieàn ñieän haøng thaùng: i) Theo coâng suaát phuï taûi cöïc ñaïi yeâu caàu: - 500 kVA ñaàu: 500 x 7,5 = 3750 $ - 1000 kVA keá: 1000 x 7,25 = 7250 $ - 2100 kVA coøn laïi: 2100 x 7 = 14700 $ Toång 3600 kVA = 25700 $ ii) Theo ñieän naêng tieâu thuï: - 5000 kWh ñaàu: 50000 x 0,05 = 2500 $ - 150000 kWh tieáp: 150000 x 0,048 = 7200 $ - 300000 kWh giôø tieáp 300000 x 0,045 = 13500 $ - 1366240 kWh coøn laïi 1366240 x 0,042 = 57380 $ Toång soá tieàn 1866240 kWh = 80580 $ Tieàn ñieän haøng thaùng i) vaø ii) 25700 + 80580 = 106280 $ Suy ra giaù ñieän bình quaân: 106280 = 0,0569 $/kWh 1866240 9.8 HEÄ SOÁ COÂNG SUAÁT KINH TEÁ Neáu goïi B laø chi phí haøng naêm cho moãi kVA treân chi phí ñaàu tö cuûa thieát bò buø coâng suaát khaùng vaø ñieän naêng cung caáp theo giaù bieåu hai thaønh phaàn, trong ñoù bao goàm chi phí A haøng naêm cho moãi kVA cuûa phuï taûi cöïc ñaïi yeâu caàu thì heä soá coâng suaát kinh teá nhaát cho bôûi: 2 B cos ϕkt = 1 −   (9.6) A vaø cosϕkt ñoäc laäp vôùi cosϕ ban ñaàu tröôùc khi ñaët thieát bò buø, giaû thieát raèng thieát bò buø khoâng tieâu thuï coâng suaát taùc duïng.
360 CHÖÔNG 9 Hình 9.11 Goïi P laø coâng suaát taùc duïng bieåu dieãn bôûi ñoaïn OA, vôùi cosϕ1 ban ñaàu, coâng suaát bieåu kieán S1 cho bôûi: P OC = (9.7) cos ϕ1 vaø coâng suaát phaûn khaùng Q1: AC= P.tgϕ1 (9.8) Heä soá coâng suaát ôû cuoái ñöôøng daây cung caáp cho phuï taûi ñöôïc naâng leân cosϕ2 baèng caùch ñaët thieát bò buø. Coâng suaát bieåu kieán S2 sau khi buø: P OB = (9.9) cos ϕ2 vaø coâng suaát phaûn khaùng sau khi buø Q2: AB = P.tgϕ2 (9.10) Phí toån haøng naêm tính treân coâng suaát kVA cöïc ñaïi sau khi buø laø: A x P (9.11) cos ϕ2 Coâng suaát cuûa thieát bò buø: Qbuø = BC = AC – AB = P(tgϕ1– tgϕ2) (9.12) Giaû söû thieát bò buø khoâng toån thaát coâng suaát taùc duïng Sbuø = Qbuø. Neáu goïi x laø phí toån moãi kVA coâng suaát buø vaø r% laø suaát chi phí haøng naêm thì chi phí haøng naêm cho moãi KVA coâng suaát buø laø rx/100 = B vaø toång chi phí haøng naêm cuûa thieát bò buø laø B.Qbuø = B.P(tgϕ1– tgϕ2). Chi phí haøng naêm cuûa khaùch haøng tính cho phaàn coâng suaát ñaët (thieát bò buø vaø thieát bò cung caáp ñieän): A x P C = + B.P(tgϕ1– tgϕ2) (9.13) cos ϕ2 Ñeå cöïc tieåu chi phí C, laáy ñaïo haøm cuûa C theo ϕ2 vaø cho baèng khoâng: dC sin ϕ  1  = A.P. 2 2 + B.P  − 2  = 0 (9.14) dϕ2 cos ϕ2  cos ϕ2  A sinϕ2 = B (9.15) B hay ϕ2 = arcsin   vôùi B ≤ A (9.16) A Suy ra heä soá coâng suaát kinh teá: 2 B cosϕ2 = cosϕkt = 1 −   (9.17) A 9.9 VAÄN HAØNH KINH TEÁ TRAÏM BIEÁN AÙP Traïm bieán aùp coù theå coù nhieàu maùy bieán aùp gheùp song song. Phuï taûi cuûa traïm thay ñoåi theo
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 361 ñoà thò phuï taûi. Ñieàu kieän ñeå coù söï phaân boá coâng suaát qua caùc maùy bieán aùp tyû leä vôùi coâng suaát ñònh möùc cuûa moãi maùy laø caùc maùy bieán aùp phaûi coù phaàn traêm ñieän aùp ngaén maïch UN% baèng nhau, cuøng tyû soá bieán aùp, cuøng toå ñaâu daây ba pha ôû hai phía sô caáp vaø thöù caáp, cuøng ñaàu phaân aùp, cuøng thöù töï pha. Khi thoûa maõn caùc ñieàu kieän laøm vieäc song song thì coâng suaát qua moãi maùy bieán aùp, cuûa traïm coù ba maùy chaúng haïn, ñöôïc tính nhö sau: Sdm1 Sdm2 Sdm3 S1 = S S2 = S S3 = S (9.18) ΣSdm ΣSdm ΣSdm Caàn ñöa ra phöông thöùc vaän haønh caùc maùy bieán aùp song song sao cho coù lôïi nhaát veà maët toån thaát coâng suaát. Xeùt ñöôøng cong toån thaát coâng suaát ∆P cuûa moät maùy bieán aùp (H.9.11): 2  S  ∆P = ∆PFe + ∆PCu ñm   (9.19)  Sdm  Hình 9.12 ∆PFe gaàn nhö khoâng ñoåi, ∆PCu tyû leä vôùi S2, töø ñoù ñöôøng cong ∆P = f(S) coù daïng ñöôøng thaúng naèm ngang ∆PFe coäng vôùi parabol ∆PCu: Töông töï, coù theå veõ ñöôøng cong toån thaát khi vaän haønh hai maùy, ba maùy song song (H.9.13.). Ví duï, khi vaän haønh 2 maùy song song: 2 2  S   S  ∆P = ∆PFe1 + ∆PFe2 + ∆PCu,ñm1.   + ∆PCu,ñm2.   (9.20)  Sñm1 + Sñm2   Sñm1 + Sñm2  Khi vaän haønh ba maùy song song: 2  S  ∆P = ∆PFe1 + ∆PFe2+ ∆PFe2 + ∆PCu,ñm1.   + S  ñm1 + Sñm2 + S ñm3  2 2  S   S  ∆PCu,ñm2.   + ∆PCu,ñm3.   (9.21)  Sñm1 + Sñm2 + Sñm3   Sñm1 + Sñm2 + Sñm3  Töø ñoù ruùt ra ñöôïc caùc phöông thöùc vaän haønh nhö sau: - Khi S < SA vaän haønh moät maùy; - Khi SA < S < SB vaän haønh hai maùy; - Khi S > SB vaän haønh ba maùy. SA, SB laø caùc coâng suaát giôùi haïn ñeå chuyeån töø phöông thöùc naøy sang phöông thöùc khaùc. Tröôøng hôïp coù n maùy gioáng nhau gheùp song song thì coâng suaát giôùi haïn chuyeån töø n sang (n–1) maùy vaän haønh song song hay ngöôïc laïi cho bôûi coâng thöùc: Hình 9.13
362 CHÖÔNG 9 2 2 1 S  1 S  (n–1)∆PFe + ∆PCu,ñm  gh  = n.∆PFe + ∆PCu,ñm  gh  (9.22) n −1  Sñm  n  Sñm  Suy ra coâng suaát giôùi haïn: ∆PFe Sgh = Sñm n(n − 1) (9.23) ∆PCu ,ñm 9.10 BUØ KINH TEÁ TRONG MAÏNG ÑIEÄN Nhö ñaõ bieát, ñaët tuï buø ngang ôû phuï taûi coù taùc duïng naâng cao cosϕ vaø giaûm toån thaát ñieän naêng. Trong maïng ñieän, tuï buø ñöôïc duøng phoå bieán hôn maùy buø ñoàng boä chuû yeáu laø tuï buø tieâu thuï raát ít coâng suaát taùc duïng, khoaûng 0,3÷0,5% coâng suaát ñònh möùc vaø vaän haønh söûa chöõa ñôn giaûn. Tuï ñieän hay maùy buø duøng trong vieäc giaûm toån thaát ñieän naêng chæ coù lôïi khi naøo khoaûng tieàn tieát kieäm ñöôïc do hieäu quaû giaûm toån thaát ñieän naêng ñöôïc buø vaøo voán ñaàu tö thieát bò buø sau moät khoaûng thôøi gian tieâu chuaån nhaát ñònh vaø sau ñoù ñöôïc lôïi tieáp tuïc trong suoát thôøi gian tuoåi thoï cuûa thieát bò buø. Vaán ñeà laø ñaët tuï ôû ñaâu (trong maïng phöùc taïp), coâng suaát bao nhieâu. Ñoù laø lôøi giaûi cuûa baøi toaùn kinh teá döïa treân tieâu chuaån chi phí tính toaùn haøng naêm laø nhoû nhaát. Noäi dung cuûa baøi toaùn ñöôïc phaùt bieåu nhö sau: Vôùi caùc aån soá laø Qb1, Qb2,...,Qb,n laø coâng suaát buø ñaët ôû n nuùt, thaønh laäp haøm chi phí tính toaùn Z ñeå xaùc ñònh dung löôïng buø toái öu thoûa maõn ñieàu kieän raøng buoäc Qbuø ≥ 0. Aån soá Qbuø laø nghieäm cuûa heä phöông trình: ∂Z ∂Z ∂Z = 0, = 0,........, =0 (9.24) ∂Q buø1 ∂Q buø 2 ∂Q buø ,n Trong quaù trình giaûi, neáu xuaát hieän moät nghieäm coù giaù trò aâm, chaúng haïn Qbuø,k < 0 coù nghóa laø nuùt k khoâng caàn buø, cho Qbuø,k = 0 vaø giaûi laïi heä (n–1) phöông trình ñeå tìm (n–1) aån coøn laïi. Sau ñaây trình baøy caùch thaønh laäp haøm chi phí Z vaø tính toaùn Qbuø ñoái vôùi maïng ñieän ñôn giaûn goàm moät ñöôøng daây vôùi moät phuï taûi: Hình 9.14 Haøm chi phí tính toaùn goàm ba thaønh phaàn: Z1: Thaønh phaàn lieân quan ñeán voán ñaáu tö thieát bò buø: Z1 = (avh + atc) Ko.Qbuø (9.25) vôùi Ko laø giaù tieàn noät ñôn vò dung löôïng buø. Z2: Thaønh phaàn toån thaát ñieän naêng trong thieát bò buø: Z2 = C0 ∆P0 Qbuø T (9.26) trong ñoù: C0 - tieàn 1 KWh ñieän naêng
GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 363 ∆P0 - toån thaát coâng suaát treân moät ñôn vò thieát bò buø, 0,003÷0,005 kW/kVAr T - thôøi gian ñoùng tuï. Z3: Thaønh phaàn toån thaát ñieän naêng trong maïng ñieän sau khi ñaët thieát bò buø: P2 + (Q − Q buø )2 Z3 = .RτC0 (9.27) U2 P2 vì thaønh phaàn RτC0 gioáng nhau ñoái vôùi moïi phöông aùn buø neân khoâng caàn phaûi keå vaøo khi so U2 saùnh phöông aùn vaø Z3 ñöôïc vieát nhö sau: (Q − Q buø )2 Z3 = .RτC0 (9.28) U2 Toùm laïi, haøm chi phí tính toaùn Z coù daïng: (Q − Q buø )2 Z = Z1 + Z2 + Z3 = (avh + atc) K0.Qbuø + C0. ∆P0.QbuØ.T + .RτC0 (9.29) U2 Laáy ñaïo haøm ∂Z/∂Qbuø vaø cho baèng khoâng: ∂Z 2C0 Rτ = (avh + atc) K0 + C0. ∆P0..T – (Q–Qbuø) = 0 (9.30) ∂Q buø U2 Giaûi ñöôïc Qbuø: U 2 [(a vh + a tc )K 0 + C0 .∆P0 .T] Qbuø = Q – (9.31) 2C0 Rτ Tröôøng hôïp Qbuø < 0 coù nghóa laø ñaët thieát bò buø laø khoâng kinh teá. Ñoái vôùi ñöôøng daây lieân thoâng goàm moät nguoàn vaø nhieàu phuï taûi doïc theo ñöôøng daây, aån soá laø caùc dung löôïng buø Q1, Qb2, Qb3 laàn löôït ñaët taïi caùc phuï taûi 1, 2, 3 doøng coâng suaát khaùng sau khi ñaët thieát bò buø ñöôïc ghi treân H.9.15: Hình 9.15 Haøm chi phí tính toaùn Z ñöôïc vieát nhö sau: Z = (avh + atc) K0 (Qb1 + Qb2 + Qb3) + C0.∆P0..T(Qb1 + Qb2 + Qb3) C0 τ + [(Q3 – Qb3)2 R3 + (Q2 + Q3 – Qb2 – Qb3)2 R2 (9.32) U2 + (Q1 + Q2 + Q3 – Qb1– Qb2 – Qb3)2 R1]. Coâng suaát khaùng caàn buø laø nghieäm cuûa heä phöông trình: ∂Z ∂Z ∂Z =0 =0 =0 (9.33) ∂Q b1 ∂Q b2 ∂Q b3 Neáu coù nghieäm Qb,i aâm thì nuùt i khoâng caàn buø vaø cho Qb,i = 0 bôùt ñi moät phöông trình öùng vôùi Qbi vaø giaûi laïi.
364 CHÖÔNG 9 Ví duï 9.4: Cho maïng ñieän 110 kV coù sô ñoà trong H.9.16a. Chieàu daøi ñöôøng daây vaø coâng suaát phuï taûi cho treân hình veõ. Hình 9.16 Daây daãn AC–185 coù r0 = 0,17 Ω/km, daây AC–95 coù r0 = 0,33 Ω/km Maùy bieán aùp B1 110/22 kV, 31,5 MVA, ∆PN = 200 kW. Maùy bieán aùp B2 110/22 kV, 20 MVA, ∆PN = 163 kW. Thôøi gian toån thaát coâng suaát lôùn nhaát τ = 5500 giôø/naêm. Tieàn ñaàu tö tuï ñieän 22 kV 5000 $/MVAr, tieàn ñieän naêng toån thaát 50 $/MWh, toån thaát coâng suaát töông ñoái trong tuï buø ∆P* = 0,005, heä soá (avh + atc) = 0,225. Giaû thieát ñoùng tuï suoát naêm (T = 8760 giôø/naêm). Haõy xaùc ñònh dung löôïng buø taïi caùc nuùt 4 vaø 5 nhaèm giaûm toån thaát ñieän naêng. Giaûi Ñieän trôû ñoaïn 12: R12 = 0,17. 30 = 5,1 Ω Ñieän trôû ñoaïn 23: R23 = 0,33. 20 = 6,6 Ω Ñieän trôû daây quaán maùy bieán aùp B1 qui veà phía 110 kV: ∆PN U 2dm 200.1102 RB1 = 2 103 = 2 103 = 2, 44 Ω Sdm 31500 Ñieän trôû daây quaán maùy bieán aùp B2: 163.1102 3 RB2 = 10 = 4, 93 Ω 20000