Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu chất lượng điện cho lưới phân phối và áp dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán cho lộ 371 E28.2 Hưng Yên

Chia sẻ: Trần Xuân Trường Trường | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:129

Thêm vào BST

Báo xấu

249
lượt xem 107
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu chất lượng điện cho lưới phân phối và áp dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán cho lộ 371 E28.2 Hưng Yên" này chủ yếu nghiên cứu về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá và biện pháp nâng cao chất lượng điện áp, áp dụng tính toán chất lượng điện áp bằng máy tính cho một lưới điện cụ thể.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu chất lượng điện cho lưới phân phối và áp dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán cho lộ 371 E28.2 Hưng Yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐÀO XUÂN TIẾN NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN CHO LỘ 371 E28.2 HƯNG YÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ĐIỆN Mã số ngành: Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Khánh 1
MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có bước tăng tr ưởng một cách ấn tượng, kéo theo đó là nhu cầu dùng điện tăng rất nhanh. Thực tế trên đòi hỏi chúng ta phải đẩy nhanh tốc độ xây dựng các loại nhà máy điện, đồng thời tập trung thiết lập một cấu trúc quản lý mới, tái cơ cấu công ty điện lực hiện nay đang thống lĩnh ngành điện và từng bước xây dựng một thị trường điện cạnh tranh. Sự đồng thời diễn ra trên đã tạo ra những thách thức đối với ngành điện Việt Nam. Tăng trưởng của nhu cầu điện ở Việt Nam hiện nay chủ y ếu do gia tăng nhu cầu điện của ngành công nghiệp và gia tăng sử dụng điện cho sinh hoạt của người dân. Ngoài việc cần sản xuất ra lượng điện năng đủ lớn, chúng ta biết rằng điện năng tuy là một loại sản phẩm nhưng nó có những đặc điểm khác biệt không giống bất kỳ các loại sản phẩm nào. Nó phụ thuộc đồng thời vào các quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ. Sở hữu những đặc tính khác biệt và tr ực tiếp tham gia vào các quá trình sản xuất các dạng sản phẩm khác nhau, nó được coi là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm này. Không những vậy với sự ra đời và sử dụng rộng rãi của các thiết bị phụ tải nhạy cảm với chất lượng điện như máy tính, các thiết bị đo lường, bảo vệ rơle, hệ thống thông tin liên lạc, chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện với chất l ượng cao. Việc suy giảm chất lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị suy giảm, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế không chỉ của mỗi cá nhân mà còn đối với toàn xã hội nhất là trong thời kỳ mà Việt Nam đã gia nhập WTO. Do đó việc nâng cao chất lượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang một ý nghĩa chiến lược và cần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội. Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện là một vấn đề cấp bách hiện nay. Mục đích nghiên cứu: 2
Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các vấn đề về chất lượng điện năng của lưới phân phối. Trong phạm vi luận văn này tác giả chủ yếu nghiên cứu về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá và biện pháp nâng cao chất l ượng điện áp. Áp dụng tính toán chất lượng điện áp bằng máy tính cho một lưới điện cụ thể. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chung của đề tài tập trung chủ yếu ở lưới phân phối đó là các lộ xuất tuyến đường dây trung áp của TBA 110 kV. Trong điều kiện thời gian có hạn luận văn chủ yếu nghiên cứu các vấn đề về chất l ượng điện trong lưới trung áp, các lưới điện phân phối hình tia hay lưới điện kín nhưng vận hành hở và áp dụng đánh giá thực tế cho lưới điện của một lộ xuất tuyến điển hình. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Vấn đề nâng cao chất lượng điện cho phép cải thiện chế độ làm việc kinh tế của các thiết bị điện, đồng thời cho phép tiết kiệm điện năng, một nhiệm vụ cấp bách mang tính toàn cầu nhất là trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh. Việc áp dụng khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng điện như việc sử dụng các thiết bị bù linh hoạt vào lưới phân phối được triểu khai ở nhiều nước trên thế giới đã mạng lại hiệu quả rất cao. Tuy nhiên ở nước ta việc áp dụng các tiến bộ đó còn khá dè dặt và chỉ mang tính manh mún ở một số địa phương và cơ sở sản xuất. Nôi dung chinh của luận văn: ̣ ́ Luận văn thực hiện với nội dung sau: Lời mở đầu. Chương 1: Lưới phân phối và các vấn đề chung về chất lượng điện năng. Chươ ng 2: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá ch ất l ượng đi ện năng trong l ưới phân phối. Chương 3: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện. Chương 4: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện Chương 5: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán chất lượng điện áp 3
cho lưới điện tỉnh Hưng Yên. Kết luận. CHƯƠNG 1 LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 1.1 Tổng quan về lưới phân phối 1.1.1 Khái niệm chung Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho các phụ tải. Lưới phân phối nói chung gồm 2 thành phần đó là lưới phân phối điện trung áp 6-35kV và lưới phân phối điện hạ áp 380/220 V hay 220/110 V. Lưới phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và mang nhiều đặc điểm đặc trưng: 1. Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải. 2. Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98 % điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch l ưới phân phối. Mỗi sự cố trên lưới phân phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội. 3. Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50 % vốn cho hệ thống điện (35 % cho nguồn điện, 15 % cho lưới hệ thống và lưới truyền tải). 4. Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40 ÷ 50) % tổn thất xảy ra trên lưới phân phối. 5. Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện. 1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35 kV, đưa điện năng từ các trạm trung gian tới các trạm phân phối hạ áp. Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 4
380/220 V hay 220/110 V cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện. Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với các thông số yêu cầu đề ra. Về cấu trúc lưới phân phối thường là: Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, Hình 1.1, đặc điểm của nó là đơn giản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được các nhu cầu của các phụ tải quan trọng. MC (1) 1 (2) 2 (3) 3 (4) 4 (5) 5 Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5 Hình 1.1 - Lưới phân phối hình tia không phân đoạn Lưới phân phối hình tia có phân đoạn, Hình 1.2, là lưới phân phối hình tia được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải, hay máy cắt phân đoạn… các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc đi ều khiển từ xa. Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khiển chúng. MC (1) 1 (2) 2 (3) 3 (4) 4 (5) 5 Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5 Hình 1.2 - Lưới phân phối hình tia có phân đoạn Lưới điện kín vận hành hở, Hình 1.3, lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều chỉnh hồ sơ câp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các ́ phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường. 5
MC (1) 1 (2) 2 (3) 3 (4) 4 (5) 5 Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5 (6) MC (11) 10 (10) 9 (9) 8 (8) 7 (7) 6 5 Pmax10 Pmax9 Pmax8 Pmax7 Pmax6 Hình 1.3 - Lưới điện kín vận hành hở Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển phải đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều. 1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điện năng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp đ ịnh mức của thiết bị đó. Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làm việc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ra trong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quá trình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên. Cho nên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng được coi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đ ổi trong phạm vi cho phép quanh mức chuẩn đã quy định. Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng 6
điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.4. Hình 1.4 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện. a) Dạng sóng điện áp lý tưởng. b) Các dạng thay đôi của song điện áp. ̉ ́ Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đ ối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do sự cố chạm đất… Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn đ ược phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị. Bởi vì một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên 7
trong không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng. EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là ± 10 % với 95 % thời gian trong tuần. Với hệ thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp ± 10 % là quá rộng. Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định là 50 Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz ± 1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là ± 2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước thành viên. Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ 1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và c ực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị: 8
Hình 1.5 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm trong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải. Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy phạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau: 1. Về điện áp: - Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng ± 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cosϕ ≥ 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. - Trong trường hợp lưới điện chưa ổn đ ịnh, đi ện áp đ ược dao đ ộng t ừ +5 % đến -10 %. 2. Về tần số: - Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz. - Trường hợp hệ thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ± 0,5 %. 9
CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 2.1 Tần số 2.1.1 Độ lệch tần số: Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - f n) gọi là độ lệch tần số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối: f - fn Δf (%) = 100 (%); (2.1) fn Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép: ∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax. 2.1.2 Độ dao động tần số: Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến đổi đó gọi là dao động tần số. Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch, quá trình đóng cắt tải… 2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện. a) Với thiết bị điện. Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn đến giảm năng suất làm việc của thiết bị. Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các động cơ. Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại. b) Đối với hệ thống điện Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự 10
dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện. Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy. Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ hoá như máy biến áp. Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải. Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45 ÷ 46) Hz, ở tần số này năng suất của các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng. Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế trong hệ thống điện. Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất rõ trong phân tích trên. Tần số thay đổi là do có sự sai l ệch về momen điện và momen cơ trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng momen này được thực hiện tại các nhà máy điện. Trong phạm vi nghiên cứu về lưới điện phân phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp do chúng là một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. 2.2 Điện áp nút phụ tải 2.2.1 Dao động điện áp Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Được tính theo công thức: U max - U min ΔU = 100 (%) ; (2.2) Un Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các 11
thiết bị có cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn, … Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao động. Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức: kQ vk = 100 (%); (2.3) 1 - kQ Q Ở đây: k Q = S - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA; BA Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr; SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA. Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số k Q. Với cùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì mức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thông ́ càng được đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ l ưỡng đ ể làm dung hòa các y ếu t ố trên. Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính toán gần đúng như sau: ∆U = ΔQ . 100 (%); (2.4) SN Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc: SB ∆U = .100 (%); (2.5) SN Trong đó: ∆Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải; SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang; SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc. 12
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy định dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau: 6Δt ΔU cp = 1 + =1+ (%); (2.6) n 10 Trong đó: N - là số dao động trong một giờ; ∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút). Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đ ối với các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến 1,5 %. Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U l ớn hơn 15 % thì sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển. 2.2.2 Độ lệch điện áp 2.2.2.1. Độ lệch điện áp tại phụ tải Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức: U - Un ν = . 100 (%); (2.7) Un Độ lệch điên ap ν phải thỏa mãn điều kiện: ν- ≤ ν ≤ ν+ trong đó : ν-, ν+ là ̣ ́ giới hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp. Độ lệch điện áp đ ượ c tiêu chu ẩn hóa theo m ỗi n ước. Ở Vi ệt Nam quy đ ịnh: - Độ lệch cho chiếu sáng công nghi ệp và công s ở, đèn pha trong gi ới hạn: -2,5 % ≤ νcp ≤ +5 %. - Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ νcp ≤ +10 %. - Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ νcp ≤ +5 %. Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra mất điện cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt… Tuy nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đ ảm bảo không đ ược 13
tăng quá 110 % điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đ ến khi s ự cố b ị loại trừ … Ngoài ra bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận tr ị số điện áp đấu nối, trị số này có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành. 2.2.2.2. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: ν- ≤ ν- ≤ ν+. Tr¹ m ph© phèi n L í i h¹ ¸ p ν MiÒ CL§ A n B ∆UH A ν+ νB νA 1 2 3 P ν+ Pmin Pmax MiÒ CL§ A n ∆UH2 ∆UH1 ν− ν− Hình 2.1 Hình 2.2 Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đ ạt yêu c ầu về độ lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai chế độ max và chế độ min của phụ tải. Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min. ν − ν A1 ν + ν − ν A2 ν + (2.8.1) ν − ν B1 ν + ν − ν B2 ν + Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch chéo, Hình 2.1, gọi là miền chất lượng điện áp. 14
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (2.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong cả chế độ phụ tải max và min. Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4 kV của trạm phân phối. Ta có: ν A1 =ν B1 − ∆U H1 (2.8.2) ν A2 =ν B2 − ∆U H2 Thay vào (2.8.1) ta được: ν − + ∆U H1 ν B1 ν + + ∆U H1 ν − + ∆U H2 ν B2 ν + + ∆U H2 ν − ν B1 ν + ν − ν B2 ν + Nếu hai bất phương trình đầu thỏa mãn vế trái thì hai bất phương trình sau cũng thỏa mãn vế trái và nếu hai bất phương trình sau thỏa mãn vế phải thì hai bất phương trình đầu cũng thỏa mãn vế phải hệ trên tương đương với: ν − + ∆U H1 ν B1 ν+ ⇔ (2.8.3) ν − + ∆U H2 ν B2 ν+ Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễn theo tiêu ch uân (2.8.3) trên Hình 2.2 ứng ̉ với hai chế độ công suất max và min của phụ tải. Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau: Khi cho biết ∆UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh giá chất lượng điện như Hình 2.2. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong chế độ max và min, tính được νB1, νB2. Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối bằng một đường thẳng. Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3) thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng (đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không đ ạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần có các biện pháp để điều chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho 15
độ lệch nằm trong miền giới hạn. 2.2.2.3. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau: MBA nguån MBA PP § D trung ¸ p B L í i h¹ ¸ p A ∆UTA ∆UH E Εp ∆UB νB νA ∆UTA1 Ε1 ∆UB1 1 Εp ν+ Ε2 ∆UB1 0 ∆UH1 2 ∆UTA2 ∆UH2 ν− Hình 2.3 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầu nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây trung áp, điện áp sụt giảm một lượng là ∆UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến điện áp Ep1. Ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất điện áp ∆UB1 trong máy biến áp phân phối. Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp điện áp giảm xuống thấp hơn nữa do tổn thất ∆UH1 trên lưới hạ áp. Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2). Nếu đường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chất lượng điện áp đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện pháp điều chỉnh. Áp dụng tiêu chuẩn (2.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp tại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu 16
phân áp thích hợp với cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước. Song với tiêu chuẩn này ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp đi ều chỉnh điện áp và không thể l ập mô hình tính toán đ ể gi ải trên máy tính đi ện t ử. Để khắc phục ta đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau: Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán: ν B1 = E1 − ∆U TA1 +E P − ∆U B1 ν B2 = E 2 − ∆U TA2 +E P − ∆U B2 (2.8.4) ν A1 = U B1 − ∆U H1 ν A2 = U B2 − ∆U H2 Xét thêm độ không nhạy ε của thiết bị điều áp ta rút ra hai tiêu chuẩn: ν − + ∆U U1 +ε ν B1 ν + − ε (2.8.5) ν − + ∆U U2 +ε ν B2 ν + − ε Tiêu chuẩn (2.8.5) cho phép đánh giá chất lượng điện áp của toàn lưới hạ ap tai điểm B là thanh cái của máy biến áp hạ áp khi đã biết tổn thất điện áp trong ́ ̣ lưới hạ áp ở chế độ max ∆UH1 và chế độ min ∆UH2. Hình 2.4 Hình 2.5 Tiêu chuẩn (2.8.5) đượ c vẽ trên Hình 2.4 theo quan hệ với công su ất phụ tải, giả thiết quan h ệ này là tuy ến tính. Mi ền g ạch chéo là mi ền ch ất lượ ng điện áp, nghĩa là khi đ ộ l ệch đi ện áp n ằm trong mi ền này thì ch ất lượ ng. Khi đ ộ lệch điện áp t ại B n ằm trong mi ền này thì ch ất l ượng đi ện áp trong toàn l ưới h ạ áp đ ược đ ảm b ảo và ng ược l ại. 17
Tiêu chuẩn này được vẽ trên Hình 2.5 với trục ngang là độ lệch điện áp νB1, chất lượng điện áp được đảm bảo khi νB1 nằm trong miền giữa ν- + ∆U1+ε và ν+ - ε. 2.2.2.4 Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải Trong thực tế ta thấy khi làm việc với các thiết bị điện sử dụng chất lượng điện kém và điện áp thường xuyên dao động nó sẽ gây ra những tác động không tốt đến sức khỏe người lao động, giảm hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị điện. Ta có thể nhận thấy sự ảnh hưởng này đối với các thiết bị cụ thể như sau: 1. Đối với động cơ: Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng b ộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ. 2. Đối với thiết bị chiếu sáng Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5 % thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9 %. Đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10 % thì tuổi thọ của nó giảm (20÷ 25) %, với các đèn có khí, khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn. Đối với các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95 % đi ện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi c ủa điện áp. Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử. Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác. 18
Hình 2.6 - Đặc tính của đèn sợi đốt. 2. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ r ệt. Đối với các lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của các lò điện. 3. Đối với nút phụ tải tổng hợp Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải. P, Q Q P 0 Ugh Un U Hình 2.7 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp. Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng. Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là đi ện áp l ại càng gi ảm và ph ụ t ải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hi ện t ượng thác đi ện áp, có th ể x ảy ra 19
với một nút phụ tải hay toàn hệ thống đi ện khi đi ện áp gi ảm xu ống (70 ÷ 80) % so với điện áp định mức ở nút phụ tải. Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm c ần phải có biện pháp ngăn chặn kịp thời. 4. Đối với hệ thống điện Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn th ất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao có thể chọc thủng cách điện. 2.2.3 Độ không đối xứng 2.2.3.1 Nguyên nhân Trong mạng điện ba pha, ngoài các thi ết b ị đi ện ba pha còn có r ất nhi ều các thiết bị điện 1 pha. Mặc dù nguồn đi ện là 3 pha, ph ụ t ải 3 pha đ ối x ứng đ ối xứng và các phụ tải 1 pha đ ược phân phối đ ều trên các pha khi thi ết k ế và l ắp đặt… Tuy nhiên các phụ tải 1 pha này lai luôn bi ến đ ổi và hoàn toàn mang tính ̣ ngẫu nhiên. Vì vậy, trong quá trình vận hành ch ắc ch ắn không th ể tránh đ ược tình trạng làm việc không đ ối xứng. Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khác nhau như: - Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất như lò điện, máy hàn, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải sinh hoạt… Các lò hồ quang ba pha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thường không đồng đều. Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha cũng là nguyên nhân gây mất đối xứng. - Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn như đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác đều mà không hoán vị. - Do áp dụng một số trường hợp đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”, “pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ 20