Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các quá trình điện từ của cuộn kháng bù ngang dùng trong lưới điện cao áp
lượt xem 4
download
Mục tiêu chính của luận án "Nghiên cứu các quá trình điện từ của cuộn kháng bù ngang dùng trong lưới điện cao áp" là nghiên cứu, phân tích quá trình điện từ trên mô hình đối tượng của CKBN dùng trong lưới điện cao áp. Phân tích đánh giá phân bố từ cảm trên các khối trụ của CKBN với các kiểu ghép lá thép trụ khác nhau. Nghiên cứu phân tích lực điện từ trên các khối trụ, ứng suất lực tác động trên các tấm vật liệu phi từ tính ngăn cách giữa các khối trụ, quan hệ giữa ứng suất lực với từ cảm trên khối trụ.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các quá trình điện từ của cuộn kháng bù ngang dùng trong lưới điện cao áp
- MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hệ thống truyền tải điện năng tại Việt Nam đang được vận hành ở cấp điện áp cao áp 110 kV, 220 kV và siêu cao áp 500 kV. Các hệ thống truyền tải điện do có chiều dài rất lớn nên sản sinh ra một lượng công suất phản kháng đáng kể. Thông thường, ở chế độ vận hành vừa và đầy tải, lượng công suất phản kháng sinh ra từ đường dây có thể cân bằng bởi các phụ tải điện cảm và điện cảm đường dây. Tuy nhiên khi đường dây quá non tải, hay không tải sẽ xuất hiện hiện tượng tăng điện áp trên dọc tuyến đường dây, gây quá áp làm già hóa, giảm tuổi thọ, thậm chí đánh hỏng cách điện của các thiết bị nối trên đó, đặc biệt là các thiết bị cuối đường dây. Nguyên nhân chính là do dung dẫn giữa dây dẫn với đất sinh ra công suất phản kháng rất lớn mà không được cân bằng. Phương pháp phổ biến và hiệu quả nhằm duy trì ổn định điện áp ở mức quy định là sử dụng các cuộn kháng điện mắc song song (mắc “shunt”) với lưới điện cao áp, còn gọi là cuộn kháng bù ngang (CKBN). Cho thấy các CKBN là thành phần rất quan trọng trên lưới truyền tải điện. Trên cơ sở đó, đề tài “Nghiên cứu các quá trình điện từ của cuộn kháng bù ngang dùng trong lưới điện cao áp” là hết sức cấp thiết và mang tính thời sự đối với các nhà nghiên cứu, các hãng chế tạo Máy điện. Mục đích của luận án Nghiên cứu, phân tích quá trình điện từ trên mô hình đối tượng của CKBN dùng trong lưới điện cao áp. Phân tích đánh giá phân bố từ cảm trên các khối trụ của CKBN với các kiểu ghép lá thép trụ khác nhau. Nghiên cứu phân tích lực điện từ trên các khối trụ, ứng suất lực tác động trên các tấm vật liệu phi từ tính ngăn cách giữa các khối trụ, quan hệ giữa ứng suất lực với từ cảm trên khối trụ. Nghiên cứu xác định số lượng khe hở và khoảng cách giữa các khe hở hợp lý trên trụ của CKBN. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Nghiên cứu xác định được quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò so với điện cảm tổng theo công suất, điện áp và hệ số hình dáng dây quấn, là cơ sở tính chọn tỉ lệ điện cảm rò khi tính toán thông số CKBN. - Các kết quả đạt được giúp cho các nhà nghiên cứu, thiết kế, các hãng chế tạo xác định được thông số kích thước của CKBN cho các dải công suất và điện áp lưới điện, xác định được kiểu ghép lá thép phù hợp cho các khối trụ của CKBN, qua đó hoàn thiện công nghệ chế tạo mạch từ tiến tới sản xuất CKBN tại Việt Nam. Phối hợp lựa chọn từ cảm mạch từ cùng vật liệu, kích thước và số lượng các tấm ngăn cách 1
- dựa trên kết quả nghiên cứu lực điện từ tác động trên các khối trụ, ứng suất lực nén lên các tấm ngăn cách giữa các khối trụ. - Nghiên cứu xác định được số lượng và khoảng cách giữa các khe hở phân bố trên trụ hợp lý nhằm giảm từ trường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, qua đó đạt công suất phản kháng của CKBN. Đối tượng nghiên cứu: CKBN dùng trên lưới điện cao áp và siêu cao áp. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phân bố từ cảm trên các khối trụ ứng với các kiểu ghép lá thép trụ khác nhau. Nghiên cứu lực điện từ tác động trên các khối trụ với các giá trị từ cảm khác nhau, qua đó xác định được ứng suất lực nén lên các tấm ngăn cách giữa các khối trụ. Nghiên cứu xác định số lượng khe hở và khoảng cách giữa các khe hở phù hợp phân bố trên trụ để giảm từ trường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, qua đó đạt công suất phản kháng theo yêu cầu của CKBN. Phương pháp nghiên cứu - Thực hiện nghiên cứu trên cơ sở tổng hợp, phân tích các tài liệu khoa học, các nghiên cứu trong nước và quốc tế. Thực hiện phân tích lý thuyết trường điện từ, lý thuyết máy điện áp dụng cho CKBN dùng trong lưới điện cao áp. - Sử dụng phương pháp giải tích qua mô hình mạch từ kết hợp với phương pháp PTHH để xây dựng lưu đồ xác định các thông số kích thước, các thông số kỹ thuật như điện cảm và công suất, thực hiện mô hình hóa và mô phỏng bài toán điện từ trên đối tượng nghiên cứu. Các đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu đưa ra được đặc tính và đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò so với điện cảm tổng theo công suất, điện áp và hệ số hình dáng dây quấn của CKBN. - Nghiên cứu xác định được kiểu ghép lá thép các khối thép trụ phù hợp với CKBN có công suất lớn dùng trong lưới điện cao áp. - Đưa ra phân bố lực điện từ tác động trên bề mặt các khối trụ, mối quan hệ giữa lực điện từ hay ứng suất lực nén lên các tấm ngăn cách giữa các khối trụ theo giá trị từ cảm trên trụ, là cơ sở giúp các nhà thiết kế, các hãng chế tạo phối hợp lựa chọn các tấm ngăn cách giữa các khối trụ theo từ cảm mạch từ. - Nghiên cứu đưa ra được đặc tính và đa thức xác định số lượng khe hở trên trụ theo công suất và điện áp, đưa ra dải lựa chọn chiều dài mỗi khe hở theo các cấp điện áp cao áp và siêu cao áp để giảm từ trường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, qua đó đạt công suất phản kháng của CKBN. 2
- - Nghiên cứu xác định được dải lựa chọn khoảng cách phù hợp giữa các khe hở với các trường hợp có tiết diện hay đường kính trụ và chiều dài khe hở khác nhau, giúp các nhà thiết kế, các hãng chế tạo có cơ sở lựa chọn vị trí các khe hở trên trụ. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CKBN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Vai trò của cuộn kháng trong hệ thống điện 1.3 Cuộn kháng bù ngang 1.4 Những nghiên cứu ở trong và ngoài nước về CKBN Tại Việt Nam, trong những năm qua, các nhà nghiên cứu và các hãng chế tạo dành nhiều sự quan tâm tới CKBN. Các nghiên cứu liên quan tới ứng dụng CKBN như nghiên cứu tính chọn thông số công suất cho CKBN trên đường dây cao áp [17] hay nghiên cứu chế độ vận hành kháng bù ngang trên đường dây 500 kV Việt Nam [18]. Việc nghiên cứu về CKBN đã được thực hiện rất sớm trên thế giới, nhiều công trình công bố về các hướng nghiên cứu liên quan đến CKBN. Công trình[19] đã trình bày vai trò của khe hở và thực hiện mô phỏng bằng công cụ Comsol với lõi thép có tiết diện chữ nhật để đánh giá ảnh hưởng của kích thước khe hở trên mạch từ tới giá trị từ thông. Công trình [20] thực hiện hai mô hình thực nghiệm cuộn kháng nối tiếp trên đường dây, xác định dòng điện bão hòa với các trường hợp để 1 khe hở hoặc chia thành 3 khe hở nhỏ trên trụ. Các công trình [21]–[26] đều cho thấy khi thêm khe hở trên trụ sẽ giúp tăng từ trở mạch từ, giảm từ thông tránh bão hòa mạch từ, giảm kích thước mạch từ. Công trình [25] đề xuất kiểu ghép xếp lớp dạng đa giác các thép trụ, so sánh với kiểu truyền thống có bu lông xuyên qua các lá thép tạo thành khối thép, giúp giảm được đường kính trụ và khối lượng máy, tuy nhiên chưa đưa ra và phân tích phân bố từ cảm trên trụ. Công trình [28] đưa ra vai trò và ứng dụng của CKBN trên lưới điện cao áp, cấu trúc CKBN một pha một trụ với mạch từ bao xung quanh dây quấn và một pha hai trụ, các cấu trúc mạch từ này đều có thêm các khe hở trên trụ tuy nhiên không đưa ra số lượng khe hở trên đó. Công trình [29] đề xuất cấu trúc CKBN được ghép từ các mô đul bao gồm lõi thép mỏng và bánh dây, cho thấy phân bố điện áp đồng đều trên kiểu dây quấn thực nghiệm. Các công trình trên đều đề cập đến cấu trúc mạch từ có khe hở trên trụ, tuy nhiên không chỉ ra phương pháp xác định số lượng khe hở cần thêm trên trụ. Công trình [30] phân tích sóng hài tại các mức quá áp cho thấy cuộn kháng có đặc tính tuyến tính trong dải 3
- điện áp định mức, vùng bão hòa trên đặc tính VA. Công trình [32] đánh giá ảnh hưởng của vật liệu làm mạch từ có từ thẩm khác nhau tới từ trường tản xung quanh khe hở cùng quan hệ giữa từ thẩm tương đối theo chiều dài của khe hở trên trụ. Công trình [23] đưa ra phương pháp tính từ trở của các kiểu khe hở có hình dạng khác nhau dựa trên phép biến hình bảo giác Schwarz Christoffel. Kết quả tính toán theo phương pháp này sau đó được so sánh với kết quả mô phỏng theo phương pháp PTHH cho thấy tính chính xác của phương pháp. Công trình [24], [34] đề xuất ra phương pháp tính từ dẫn tương ứng với từ trường tản xung quanh khe hở, thực hiện tính toán từ dẫn tản xung quanh không gian khe hở trong cấu trúc 3D qua các vùng từ dẫn điển hình xét trên mặt cắt 2D. Công trình [35] xác định từ trở khe hở với các kiểu và vị trí khe hở trên mạch từ. Các thành phần tổn hao trên dây quấn và tổn hao trên mạch từ như tổn hao từ trễ, tổn hao do dòng xoáy, tổn hao phụ hay tổn hao khe hở được đưa ra và xác định trong các công trình [38]-[47].Trong các nghiên cứu đều chưa xét đến ảnh hưởng của số lượng khe hở trên trụ. Công trình [52] thực hiện tính toán kích thước khe hở tối thiểu chi phí vật liệu tác dụng và chi phí hoạt động của cuộn kháng 480 kVAr- 2,2 kV ứng với hai cấu trúc có 4 và 16 khe hở trên trụ. Tuy nhiên không đưa ra cơ sở lựa chọn số khe hở. Công trình [53] thực hiện tính toán thiết kế tối ưu kích thước mạch từ và dây quấn của cuộn kháng khô. Nhóm tác chọn cách ghép bậc các lá thép trụ, chưa xét đến số lượng khe hở cần thêm vào mạch từ. Công trình [54] thiết kế CKBN ba pha 25MVA-230 kV cũng với kiểu ghép xếp lớp lá thép trụ, không xét tới ảnh hưởng của từ trường tản và không đề cập đến số lượng khe hở trên trụ. Công trình [55] thiết kế CKBN ba pha 20MVA-230 kV, cũng chưa xét đến số lượng khe hở cần thêm vào mạch từ. Công trình [63] sử dụng phương pháp PTHH khảo sát anh hưởng của hình dáng khe hở đến thông số điện cảm của cuộn cảm có thể bão hòa, trong nghiên cứu này nhóm tác giả không xét đến từ trường rò và từ trường tản xung quanh khe hở. Công trình [64] thực hiện mô hình hóa trên Ansys Maxwell đưa ra tổn hao đồng và tổn hao sắt, kết quả được so với giá trị thực nghiệm cho thấy tính chính xác của mô hình trên Ansys Maxwell. 1.5 Những vấn đề còn tồn tại và đề xuất hướng nghiên cứu Từ những tổng hợp và phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước, tác giả nhận thấy các nghiên cứu đều cho thấy cần thêm khe hở trên mạch từ. Tuy nhiên làm xuất hiện từ trường tản xung quanh khe hở, từ 4
- trường này tản ra và quay lại giữa c khối trụ khiến phân bố từ cảm trên trụ của CKBN không giống với MBA, hơn nữa phân bố từ cảm liên quan đến nhiều thông số của CKBN trong đó có phân bố lực điện từ trên các khối trụ, phân bố lực không đồng đều sẽ khiến cấu trúc trụ được ghép bởi các khối này sẽ kém bền vững. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào xét đến phân bố từ cảm trên các khối trụ với các cách ghép lá thép khác nhau, cũng như phân tích lực điện từ tác động trên các khối trụ, gây ra lực nén lên các tấm ngăn cách đặt giữa các khối trụ. Với các nghiên cứu về tính toán thiết kế đều chưa xét đến từ trường rò trong CKBN. CKBN được mắc song song với lưới điện do đó công suất phản kháng nhận từ lưới phụ thuộc chính vào điện áp làm việc và điện kháng của cuộn kháng. Từ trường tản xung quanh khe hở gây ảnh hưởng tới thông số của CKBN trong đó có giá trị điện cảm. Các nghiên cứu có xét đến cấu trúc có các khe hở nhỏ, tuy nhiên đều không đưa ra cơ sở lựa chọn số lượng khe hở, chưa có công trình nào nghiên cứu đến số lượng khe hở cần chia để đạt được điện cảm hay công suất nhận từ lưới điện. Trên cơ sở phân tích các vấn đề còn tồn tại, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu như sau: Nghiên cứu xác định quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò so với điện cảm tổng theo công suất, điện áp và hệ số hình dáng dây quấn của CKBN. Phân tích ảnh hưởng của các kiểu ghép lá thép trụ đến phân bố từ cảm, kiến nghị kiểu ghép phù hợp. Phân tích lực điện từ tác động lên các khối trụ, là nguyên nhân gây ra lực nén lên các tấm ngăn cách. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu giúp các nhà chế tạo phối hợp lựa chọn vật liệu, kích thước hay số lượng các tấm ngăn cách giữa các khối trụ với từ cảm trên trụ. Nghiên cứu xác định số lượng khe hở tối thiểu cần chia trên trụ và xác định khoảng cách giữa các khe phù hợp trên trụ nhằm giảm từ trường tản, điện cảm tản và điện cảm tổng, đạt công suất phản kháng theo yêu cầu. 1.6 Kết luận chương Giới thiệu tổng quan về vai trò của cuộn kháng trong hệ thống điện, đặc biệt vai trò của CKBN. Bức tranh tổng thể các loại CKBN được đưa ra theo các cách phân loại khác nhau cùng phạm vi sử dụng theo công suất, điện áp lưới điện và khoảng cách truyền tải. Tổng hợp và phân tích các nghiên cứu ở trong nước và ngoài nước về CKBN. Trên cơ sở đó nêu ra những vấn đề còn tồn tại từ những nghiên cứu trước đó, đề ra hướng nghiên cứu cho luận án này. 5
- CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH MẠCH TỪ CKBN 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Trường điện từ và hệ phương trình Maxwell 2.3 Vật liệu làm mạch từ 2.3.1 Đặc điểm của thép kỹ thuật điện Mạch từ được ghép bởi các lá thép kỹ thuật điện, các thông số điện từ của cuộn kháng điện phụ thuộc vào đặc tính của loại thép được sử dụng. Một trong những đặc tính từ của vật liệu sắt từ là đường cong từ hóa như mô tả trên Hình 2.1. Hình 2.1 Đường cong từ hóa Quan hệ giữa H và B thể hiện qua phương trình: B = μrμ0H (2.13) Từ thẩm của vật liệu sắt từ μ= μrμ0 thay đổi theo cường độ từ trường. 2.3.2 Đặc tính tuyến tính Hình 2.7 Quan hệ điện áp và Đặc tính của cuộn kháng phụ thuộc dòng điện trên CK vào vật liệu điện từ, CKBN làm việc ở đoạn tuyến tính mô tả qua quan hệ giữa điện áp và dòng điện như Hình 2.7. 2.3.3 Vai trò của khe hở trên trụ của CKBN Mạch từ của CKBN làm bằng vật liệu sắt từ, để CKBN nhận vào công suất phản kháng đủ lớn theo yêu cầu từ lưới điện, kích thước máy phù hợp, cần tăng từ trở bằng cách thêm các khe hở trên trụ, ngăn cách các khối trụ thường bằng các tấm vật liệu phi từ tính. Khi thêm khe hở trên trụ sẽ thay đổi đặc tính B(H) của mạch từ, tăng giá trị dòng điện hay cường độ từ trường tại mức bão hòa mạch từ như mô tả trên Hình 2.8. Kích thước của khe hở phụ thuộc vào công suất, tần số và từ cảm trên mạch từ. 2.4 Cấu trúc của CKBN Hình 2.8 Đường 2.4.1 Cấu trúc mạch từ cong B(H) khi có và CKBN có thể có cấu trúc ba pha hoặc tổ ba không có khe hở [70] cuộn kháng một pha. 6
- Hình 2.9 CKBN một pha Hình 2.12 CKBN ba pha: (a) năm một cuộn dây: (a) có trụ trụ, (b) không có trụ trong cuộn dây giữa, (b) không có trụ giữa 2.4.2 Cấu trúc dây quấn 2.5 Từ trường trong CKBN Từ thông chính trong mạch từ khi qua các khe hở do có từ trở rất lớn so với từ trở mạch từ nên làm xuất hiện từ thông tản xung quanh các khe hở. Khe hở có chiều dài càng lớn thì từ (a) (b) thông tản càng mở rộng ra xung Hình 2.23 Phân bố từ thông quanh. Do đó cần chia một khe hở trong CKBN: (a) một khe hở lớn thành nhiều khe hở nhỏ trên trụ. lớn, (b) chia nhiều khe hở Số lượng khe hở sẽ được nghiên cứu và phân tích trong luận án này. Dy 2.6 Mô hình mạch từ tương đương Wy Hy bcw Từ cấu trúc cơ bản của CKBN, khi xét từ thông chính trong mạch từ, có thể chia mạch từ thành các phân đoạn để dựng mô hình mạch từ tương đương Hc Hw qua từ trở như mô tả trên Hình 2.25a, biến đổi tương đương thành sơ đồ như Hình 2.25b và Hình 2.25c. Điện cảm Dc Ww được xác định qua từ trở tổng: Hình 2.24 Thông số kích 𝑁 2 thước cơ bản của L 𝑡𝑜𝑡 = (2.18) R 𝑡𝑜𝑡 7
- R1 R2 Rg Rg Rg R5 F =IN R6 R135 F =IN R246 F =IN Rc R7 R7 R3 R4 (a) (b) (c) Hình 2.25 Sơ đồ mạch từ thay thế CKBN 2.6.1 Từ trở phần lõi thép Công thức tổng quát xác định từ trở của các phần mạch từ: 1 𝑙𝑖 𝑅 𝑐𝑖 = (2.19) 𝜇 𝑟 𝜇0 𝐴 𝑖 Từ trở tương đương phần sắt từ xác định theo phương trình: 𝑅2 + 𝑅4 + 𝑅6 𝑅 𝑐 = 𝑅7 + 2 4. (𝐻 𝑐 + 𝐻 𝑦 − 𝑙 𝑔 ) 2𝑊𝑦 + 𝐷 𝑐 + 2𝐻 𝑦 + 𝐻 𝑐 (2.23) = + 𝜇. 𝜋. 𝐷2𝑐 2𝜇. 𝐻 𝑦 . 𝐷 𝑦 2.6.2 Từ trở phần khe hở trên trụ Từ dẫn tản xung quanh khe hở: 𝜋ℎ 𝑃 𝑓.𝑎 = 𝜇0 𝐷 (1 + 𝑙𝑛 ) (2.35) 4𝑙 𝐷 𝜋ℎ 𝑃 𝑓.𝑏 = 𝜇0 (1 + 𝑙𝑛 ) (2.36) (a) (b) 2 2𝑙 2.6.3 Điện cảm Hình 2.28 Các kiểu khe hở: Điện cảm có thể được xác định (a) giữa trụ và gông, (b) giữa các thông qua từ trường trong CKBN khối trụ hoặc xác định thông qua năng lượng tích trữ theo phương trình: 1 (2.44) 𝑊 = 2 𝐿. 𝐼 2 2.7 Kết luận chương Luận án phân tích đặc tính tuyến tính của CKBN, vai trò của khe hở trên trụ, ảnh hưởng của từ trường tản đến điện cảm. Từ đặc điểm cấu trúc mạch từ, luận án xây dựng mô hình mạch từ tương đương, phân tích phương pháp xác định từ trở phần lõi thép và từ trở phần khe hở trên trụ có xét đến ảnh hưởng của từ trường tản. Để giảm ảnh hưởng của từ trường tản, cần thiết phải chia một khe hở có chiều dài lớn này thành các khe hở nhỏ phân bố trên trụ, qua đó giảm từ dẫn tản và điện cảm tản. Số lượng khe hở và khoảng cách giữa các khe hở phù hợp sẽ 8
- được nghiên cứu trong luận án ở nội dung các chương sau. CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CKBN 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Tổng quan về công cụ Ansys Maxwell Hình 3.3 Quá trình giải bài toán bằng phương pháp PTHH [92], [93] 3.3 Mô hình hóa và mô phỏng CKBN 3.3.1 Đối tượng mô phỏng CKBN ba pha có Qđm = 91 MVAr, Uđm = 500 kV - 50 Hz, kiểu đấu dây Y0, điện kháng XL = 2712 H do hãng ABB chế tạo: Bảng 3.1 Thông số chính của CKBN 91 MVAr (a) Nhãn máy (b) Phần mạch từ giữa trụ và gông (c) Khe hở giữa các khối trụ (d) Dây quấn Hình 3.7 Hình ảnh thực tế các bộ phận chính của CKBN ba pha ABB 91 MVAr 9
- 3.3.2 Thiết lập và dựng mô hình mô phỏng bằng Ansys Maxwell 3.3.3 Phân tích kết quả Hình 3.8 Mô hình CKBN ba pha Hình 3.12 Phân bố từ cảm trên dựng trong Ansys Maxwell mạch từ Hình 3.10 Điện áp đặt vào các pha Hình 3.11 Dòng điện các pha dây quấn CKBN 91 MVAr trên dây quấn CKBN Bảng 3.3 So sánh giá trị dòng điện mô phỏng với giá trị định mức Giá trị Kết quả mô Sai số Thông số Ký hiệu định mức phỏng (%) Dòng điện pha A IfA (A) 105 105,6708 0,64 Dòng điện pha B IfB (A) 105 105,7161 0,68 Dòng điện pha C IfC (A) 105 105,6585 0,63 Bảng 3.4 So sánh giá trị dòng điện mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm Kết quả Kết quả Sai số Thông số Ký hiệu mô phỏng đo (%) Dòng điện pha A IfA (A) 105,6708 106,44 0,73 Dòng điện pha B IfB (A) 105,7161 106,86 1,08 Dòng điện pha C IfC (A) 105,6585 106,34 0,65 Từ cảm phân bố không đồng đều trên các khối trụ, từ cảm ở xung quanh cạnh khối trụ lớn hơn ở trong lòng khối trụ. Nguyên nhân là do cần thêm khe hở trên trụ để tăng từ trở mạch từ, làm xuất hiện thành phần từ thông tản xung quanh lân cận các khe hở. 10
- Hình 3.13 Phân bố từ cảm trên đoạn C1-C2 giữa khối trụ Hình 3.14 Phân bố từ cảm trên Hình 3.15 Phân bố từ cảm trên đoạn G1-G2 dọc khe hở giữa các đoạn D1-D2 dọc theo chiều cao khối trụ mặt trong dây quấn Bảng 3.5 Điện cảm tự cảm và hỗ cảm CKBN 91 MVAr Điện cảm (H) Pha A Pha B Pha C Pha A 8,7257 -0,00565 -0,00129 Pha B -0,00565 8,7199 -0,00566 Pha C -0,00129 -0,00566 8,7268 Bảng 3.6 So sánh giá trị điện kháng mô phỏng với giá trị định mức Giá trị Kết quả mô Sai số Thông số Ký hiệu định mức phỏng (%) Điện kháng pha A XA (ohm) 2712 2739,08 1,00 Điện kháng pha B XB (ohm) 2712 2735,88 0,88 Điện kháng pha C XB (ohm) 2712 2739,42 1,00 Bảng 3.7 So sánh giá trị điện kháng mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm Kết quả Kết quả Sai số Thông số Ký hiệu mô phỏng đo (%) Điện kháng pha A XA (ohm) 2739,08 2698,7 1,47 Điện kháng pha B XB (ohm) 2735,88 2694,4 1,52 Điện kháng pha C XB (ohm) 2739,42 2689,3 1,83 11
- Các kết quả sai số giữa giá trị điện kháng các pha từ kết quả mô phỏng so với giá trị định mức hay so sánh với kết quả đo thực nghiệm đều đạt trong dải dung sai cho phép là 5% theo tiêu chuẩn IEC 289 hay tiêu chuẩn IEC 60076-6 về cuộn kháng điện. Hình 3.16 Tổn hao đồng trên CKBN 91 MVAr Hình 3.17 Tổn hao sắt trên mạch từ CKBN 91MVAr Bảng 3.8 So sánh các giá trị tổn hao mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm Kết quả Kết quả Sai số Thông số Ký hiệu mô phỏng đo (%) Tổn hao sắt từ Pfe (kW) 68,5186 70,8165 3,24 Tổn hao đồng Pcu (kW) 152,3767 155,3205 1,90 Kết quả trên chứng tỏ tính đúng đắn của mô hình mô phỏng CKBN. Sai khác này là do phương pháp PTHH là phương pháp gần đúng và mô hình mô phỏng thực hiện trên phần tác dụng gồm mạch từ và dây quấn, đã bỏ qua các vật liệu cách điện và cấu trúc hỗ trợ. 3.4 Xác định thông số kích thước CKBN 3.4.1 Mô hình giải tích 3.4.2 Mô hình mô phỏng 12
- Hình 3.19 Lưu đồ tính toán Hình 3.18 Lưu đồ tính toán giải tích mô phỏng bằng phương Thông số của CKBN một pha 35 MVAr trên pháp PTHH lưới điện 500 kV như thể hiện trong Bảng . Bảng 3.9 Thông số chính CKBN một pha công suất 35 MVAr Hình 3.20 Mô hình CKBN một pha Bảng 3.10 Sai số điện cảm giữa hai phương pháp của CKBN một pha 35 MVAr Phương pháp Phương pháp Thông số Sai số PTHH Giải tích Điện cảm tổng L (H) 7,5876 7,5788 0,12% 13
- Xác định tương tự cho các CKBN một pha có công suất khác nhau dùng trên lưới điện cao áp 110 kV, 220 kV và siêu cao áp 500kV. 3.5 Nghiên cứu xác định điện cảm rò trong CKBN Nghiên cứu xác định điện cảm rò thông qua năng lượng, từ đó đưa ra quan hệ giữa tỉ lệ Lrò so với Ltổng ứng với các giá trị công suất tại từng cấp điện áp. Từ lý thuyết nội suy Lagrange [96], xác định được đa thức quan hệ giữa tỉ lệ %Ll theo công suất và điện áp: Hình 3.22 Quan hệ giữa % điện cảm rò theo công suất và điện áp %𝐿 𝑙 = 𝑓(𝑄, 𝑈) (3.36) = (−9,913. 10−10 . 𝑈 2 + 6,116. 10−7 . 𝑈 − 3,451. 10−4 ). 𝑄2 + (1,329. 10−7 . 𝑈 2 − 8,83. 10−5 . 𝑈 + 9,037. 10−2 ). 𝑄 − (9,008. 10−7 . 𝑈 2 + 3,002. 10−5 . 𝑈 − 8,289) Quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò so với điện cảm tổng với hệ số hình dáng dây quấn kw cho một số cấp công suất trên lưới điện cao áp và siêu cao áp. Đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo kw tại các dải công suất khác nhau trên lưới điện cao áp 110 kV: %𝐿 𝑙 (110𝑘𝑉) = (−7,313. 10−6 . 𝑄2 + 14,22. 10−4 . 𝑄 + (3.37) 105,7. 10−3 ). 𝑘 2𝑤 + (16,5. 10−5 . 𝑄2 − 0,03371. 𝑄 − 2,536). 𝑘 𝑤 + (−12,32. 10−4 . 𝑄2 + 0,2689. 𝑄 + 19,77) Hình 3.24 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ Hình 3.25 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ số kw tại các cấp công suất khác nhau số kw tại các cấp công suất khác nhau trên lưới điện 110 kV trên lưới điện 220 kV 14
- Tương tự, đa thức quan hệ giữa tỉ lệ điện cảm rò theo kw của CKBN trên lưới điện 500 kV mô tả trên phương trình (3.40). Các kết quả đạt được giúp các nhà nghiên cứu, thiết kế có cơ sở lựa chọn %Ll sơ bộ, qua đó giảm số lượng mô hình đối tượng Hình 3.26 Quan hệ giữa Ll/Ltot theo hệ số kw tại các cấp công suất khác nhau trên lưới điện 500 kV ảo cần thực hiện. %𝐿 𝑙 (220𝑘𝑉) = (−8,258. 10−6 . 𝑄2 + 14,75. 10−4 . 𝑄 + (3.38) 97,92. 10−3 ). 𝑘 2𝑤 + (17,68. 10−5 . 𝑄2 − 0,0338. 𝑄 − 2,387). 𝑘 𝑤 + (−12,53. 10−4 . 𝑄2 + 0,2648. 𝑄 + 19,01) %𝐿 𝑙 (500𝑘𝑉) = (−7,277. 10−6 . 𝑄2 + 13,36. 10−4 . 𝑄 + (3.39) 97,43. 10−3 ). 𝑘 2𝑤 + (16,12. 10−5 . 𝑄2 − 0,0316. 𝑄 − 2,361). 𝑘 𝑤 + (−11,73. 10−4 . 𝑄2 + 0,2531. 𝑄 + 18,86) 3.6 Kết luận chương Trong chương này, luận án thực hiện mô phỏng CKBN ba pha 91 MVAr, cho kết quả với sai khác không đáng kể so với các giá trị định mức và so với các giá trị đo thực nghiệm được thực hiện tại tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh EEMC. Các giá trị sai số giữa kết quả từ mô hình mô phỏng đối tượng so với giá trị định mức và so với các kết quả đo thực nghiệm là chấp nhận được, điều đó cho thấy tính đúng đắn của mô hình nghiên cứu. Luận án thiết lập lưu đồ xác định thông số kích thước CKBN kết hợp giữa mô hình giải tích và mô hình mô phỏng, đưa ra kết quả của các CKBN một pha có công suất khác nhau dùng trên lưới điện cao áp và siêu cao áp. Nghiên cứu và xác định đặc tính, đa thức thể hiện quan hệ giữa điện cảm rò Ll (%) theo công suất, điện áp và hệ số hình dáng dây quấn kw. Kết quả nhận được từ chương này là cơ sở để dựng mô hình đối tượng nghiên cứu trong những nội dung ở chương tiếp theo của luận án. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KHE HỞ ĐẾN ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ CỦA CKBN 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Nghiên cứu phân bố từ cảm các kiểu ghép lá thép trụ CKBN 15
- 4.2.1 Các kiểu ghép lá thép trụ và hệ tọa độ tương ứng Y LD Y Y Y No2 No3 No2 LD Y1 X1 No4 No1 TD No1 TD No1 X X X X No1 No4 No2 No2 No3 (a) Kiểu 1 (b) Kiểu 2 (c) Kiểu 3 (d) Kiểu 4 Hình 4.3 Các kiểu ghép lá thép các khối trụ của CKBN. 4.2.2 Mô hình nghiên cứu các kiểu ghép lá thép trụ 4.2.3 Phân tích phân bố từ cảm với các kiểu ghép lá thép trụ Thực hiện nghiên cứu với từng kiểu ghép các lá thép trụ tương ứng như mô tả trên Hình 4.3. Khi thiết lập mô hình đối tượng nghiên cứu, giữ nguyên các thông số kích thước, điều kiện biên hay nguồn cấp như nhau trong từng trường hợp. Bảng 4.2 Từ thông và từ cảm trung bình trên bề mặt khối trụ Hình 4.6 Phân bố từ cảm trên khối trụ với các kiểu ghép lá thép. Hình 4.7 Từ cảm trên đoạn Y1-Y2 giữa khối Hình 4.8 Từ cảm trên đoạn Y1-Y2 giữa trụ với các kiểu ghép lá thép. khối trụ và Y3-Y4 trên mặt khối trụ. 16
- Hình 4.9 Mô hình CKBN một pha có các (a) Không cắt vát khối trụ được cắt vát góc (b) Cắt vát mép khối trụ Hình 4.10 Phân bố từ cảm trên Hình 4.11 Từ cảm trên đoạn Y1-Y2 giữa khối trụ trường hợp cắt vát và khối trụ và Y3-Y4 sát mép vát cạnh. không cắt vát. 4.3 Nghiên cứu lực điện từ trên các khối trụ 4.3.1 Đặt vấn đề 4.3.2 Phương pháp xác định lực điện từ 4.3.3 Phân tích kết quả phân bố lực điện từ Lực điện từ tác động lên các khối trụ tương tự như lực hút điện từ tác động lên phần động của nam châm điện, có xu hướng làm giảm chiều dài khe hở ngăn cách giữa các khối trụ. Ứng suất lực hướng trục trung bình trên Hình 4.12 Phân bố ứng suất lực pháp bề mặt từng khối trụ như tuyến trên bề mặt các khối trụ đồ thị kết quả Hình 4.14. Các tấm ngăn cách phải chịu ứng suất nén rất lớn, lên tới hơn 257,5 kN/m2. Luận án tiếp tục thực hiện nghiên cứu mô hình CKBN với các trường hợp từ cảm trên trụ có giá trị Hình 4.13 Phân bố ứng suất lực trên khác nhau, đưa ra mối hai đoạn Y1-Y2 và Y3-Y4 17
- quan hệ giữa ứng suất lực trung bình trên bề mặt các khối trụ với giá trị từ cảm. Hình 4.15 Quan hệ giữa ứng suất lực trung bình trên bề mặt Hình 4.14 Ứng suất lực hướng trục trên các khối trụ với từ cảm bề mặt trên và dưới của các khối trụ Bức tranh quan hệ trên giúp các nhà nghiên cứu, chế tạo có cơ sở lựa chọn vật liệu, kích thước, số lượng các tấm ngăn cách giữa các khối trụ để chịu được ứng suất lực. 4.4 Nghiên cứu xác định số lượng khe hở trên trụ 4.4.1 Đặt vấn đề 4.4.2 Mô hình nghiên cứu theo số lượng khe hở trên trụ (a) (b) (c) Hình 4.16 Mô hình CKBN một pha khi không phân chia và chia khe hở trên trụ (a) (b) (c) Hình 4.17 Phân bố từ thông tản xung quanh khe hở 18
- 4.4.3 Phân tích kết quả Hình 4.19 Chênh lệch giữa điểm Hình 4.18 Phân bố từ cảm dọc đoạn D1- có từ cảm lớn nhất với giá trị từ D2 theo chiều cao dây quấn cảm trung bình Trường hợp số khe hở ít, giá trị từ cảm có sự chênh lệch lớn dọc chiều cao cạnh dây quấn. Kết quả nghiên cứu chỉ ra trên Hình 4.19, ở trường hợp chia thành 8 khe hở, chênh lệch giữa điểm có từ cảm lớn nhất với giá trị từ cảm trung bình giảm đáng kể, từ cảm phân bố tương đối đồng đều dọc chiều cao dây quấn, chênh lệch là 6,4%. Hình 4.20 Phân bố từ cảm trên Hình 4.21 Phân bố từ cảm đoạn X1-X2 ngang khối trụ trên đoạn Y1-Y2 Với số lượng khe hở nhỏ thì chiều dài mỗi khe hở lớn, thành phần từ thông tản và điện cảm tản lớn, dẫn đến điện cảm tổng lớn. Khi tăng số lượng khe hở từ 1 đến 8 khe điện cảm tản và điện cảm tổng giảm rõ rệt, do khi tăng số khe thì từ dẫn tổng vùng lân cận xung quanh khe hở giảm. Tiếp Hình 4.22 Mối quan hệ giữa điện tục tăng số khe hở lên tới 30 khe cảm tổng và điện cảm tản với số cho thấy điện cảm có giảm nhưng lượng khe hở trên trụ không đáng kể. Với kết quả trên, khi chia số khe hở từ 8 khe sẽ đạt được giá trị điện cảm theo yêu cầu. 19
- Từ đặc tính quan hệ giữa điện cảm tản hay điện cảm tổng ứng với các máy có công suất và điện áp khác nhau đưa ra cơ sở lựa chọn số khe hở cần chia trên trụ phù hợp, kết quả thể hiện trên Hình 4.24. Hình 4.24 Số lượng khe hở trên trụ theo công suất và cấp điện áp Từ kết quả đạt được, luận án thiết lập đa thức quan hệ giữa số lượng khe hở cần chia trên trụ tại các dải công suất khác nhau trên lưới điện cao áp và siêu cao áp, kết quả được lấy theo giá trị nguyên từ phương trình (4.13): 𝑔 = 𝑓(𝑈, 𝑄) = −(7,331. 10−9 𝑈 2 − 5,626. 10−6 𝑈 + 12,17. 10−4 )𝑄 2 + (4.13) = (2,261. 10−6 𝑈 2 − 17,39. 10−4 𝑈 + 0,4305). 𝑄 + 4,528. 10−5 𝑈 2 − 35,46. 10−3 𝑈 + 10,33 Từ chiều dài tổng của khe hở và số khe hở, luận án đưa ra khoảng lựa chọn chiều dài mỗi khe hở ứng với các cấp điện áp như trên Hình 4.25. Hình 4.25 Dải lựa chọn chiều dài một khe hở theo điện áp Kết quả nghiên cứu này cho ra bức tranh quan hệ giữa số lượng khe hở theo công suất và điện áp, từ đó giúp các nhà thiết kế chế tạo có cơ sở lựa chọn được số lượng khe hở phù hợp khi tính toán thiết kế CKBN. 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kinh tế: An ninh tài chính cho thị trường tài chính Việt Nam trong điều kiện hội nhập kinh tế quốc tế
25 p | 313 | 51
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Giáo dục học: Phát triển tư duy vật lý cho học sinh thông qua phương pháp mô hình với sự hỗ trợ của máy tính trong dạy học chương động lực học chất điểm vật lý lớp 10 trung học phổ thông
219 p | 291 | 35
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kinh tế: Chiến lược Marketing đối với hàng mây tre đan xuất khẩu Việt Nam
27 p | 191 | 18
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Luật học: Hợp đồng dịch vụ logistics theo pháp luật Việt Nam hiện nay
27 p | 281 | 17
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Y học: Nghiên cứu điều kiện lao động, sức khoẻ và bệnh tật của thuyền viên tàu viễn dương tại 2 công ty vận tải biển Việt Nam năm 2011 - 2012
14 p | 273 | 16
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Triết học: Giáo dục Tư tưởng Hồ Chí Minh về đạo đức cho sinh viên trường Đại học Cảnh sát nhân dân hiện nay
26 p | 157 | 12
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tính toán ứng suất trong nền đất các công trình giao thông
28 p | 225 | 11
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kinh tế Quốc tế: Rào cản phi thuế quan của Hoa Kỳ đối với xuất khẩu hàng thủy sản Việt Nam
28 p | 188 | 9
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Xã hội học: Vai trò của các tổ chức chính trị xã hội cấp cơ sở trong việc đảm bảo an sinh xã hội cho cư dân nông thôn: Nghiên cứu trường hợp tại 2 xã
28 p | 151 | 8
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kinh tế: Phát triển kinh tế biển Kiên Giang trong tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế
27 p | 65 | 8
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Luật học: Các tội xâm phạm tình dục trẻ em trên địa bàn miền Tây Nam bộ: Tình hình, nguyên nhân và phòng ngừa
27 p | 215 | 8
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kinh tế: Phản ứng của nhà đầu tư với thông báo đăng ký giao dịch cổ phiếu của người nội bộ, người liên quan và cổ đông lớn nước ngoài nghiên cứu trên thị trường chứng khoán Việt Nam
32 p | 185 | 6
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Luật học: Quản lý nhà nước đối với giảng viên các trường Đại học công lập ở Việt Nam hiện nay
26 p | 137 | 5
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kinh tế: Các yếu tố ảnh hưởng đến xuất khẩu đồ gỗ Việt Nam thông qua mô hình hấp dẫn thương mại
28 p | 22 | 4
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Ngôn ngữ học: Phương tiện biểu hiện nghĩa tình thái ở hành động hỏi tiếng Anh và tiếng Việt
27 p | 126 | 4
-
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cơ sở khoa học và khả năng di chuyển của tôm càng xanh (M. rosenbergii) áp dụng cho đường di cư qua đập Phước Hòa
27 p | 10 | 4
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kinh tế: Các nhân tố ảnh hưởng đến cấu trúc kỳ hạn nợ phương pháp tiếp cận hồi quy phân vị và phân rã Oaxaca – Blinder
28 p | 29 | 3
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kinh tế: Phát triển sản xuất chè nguyên liệu bền vững trên địa bàn tỉnh Phú Thọ các nhân tố tác động đến việc công bố thông tin kế toán môi trường tại các doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản Việt Nam
25 p | 175 | 2
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn