Đề tài Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện của khu Gang thép Thái Nguyên

ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Bây giờ ta xét quan hệ điều chỉnh thông số điện kháng và công suất của TCR. Ta có kmin X U I 0 , ở đây Xkmin đƣợc hiểu là trị số điện kháng của kháng điện ứng với lúc góc cắt T0 = 0 nghĩa là ứng với trị số kháng điện không điều khiển. Theo kết quả nhận đƣợc ở trên ta có thể biểu diễn đƣợc biên độ của thành phần cơ bản theo góc cắt T0. 1 k 1101 U X U II X kminmin (3-3) Cách viết theo (3-3) cho phép hiểu TCR nhƣ là cuộn kháng có trị số thay đổi đƣợc. Có nghĩa là khi điều chỉnh SVC thì hiệu quả của việc điều chỉnh tƣơng đƣơng với việc làm thay đổi trị số của kháng điện đến trị số 1k X /X kmin (3-4). Từ biểu thức (3-4) thấy rằng khi 1 thay đổi từ 1 tới 0 thì Xk thay đổi từ Xkmin (tƣơng ứng với góc cắt bằng không) tới k X nghĩa là loại bỏ hoàn toàn hiệu ứng kháng điện (điều khiển hết phạm vi cho phép - góc cắt T0 = 90 0 ). Trong thực tế để mở rộng phạm vi điều chỉnh của SVC thƣờng dùng sơ đồ phối hợp với TSR và TSC. Nhờ đó trị số điện kháng đẳng trị có thể thay đổi trong 1 giới hạn đủ rộng từ Xkmax tới Xkmin tuỳ theo cấu tạo của từng loại SVC. ở đây Xkmax tƣơng ứng với góc cắt lớn nhất. Cũng tuỳ theo mục đích điều chỉnh mà các giá trị Xkmax và Xkmin có thể nhận dấu tuỳ ý. Bài toán đặt ra là nếu xét theo trị số công suất phản kháng thì liệu ta có đặc trƣng tƣơng tự nhƣ trên đã xét hay không, ta thấy: CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 min max max min k 2 k k 2 k X U Q X U Q (3-5) Tức là nếu giữ nguyên điện áp nút thì CSPK cũng thay đổi từ Qmin đến Qmax. Vì vậy, khi điều chỉnh SVC bằng thyristor dòng công suất phản kháng qua SVC cũng thay đổi. Điều đó cho phép ổn định đƣợc hệ thống. III.2.2. Đặc tính làm việc của SVC Ở chế độ làm việc bình thƣờng của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút. Tín hiệu điều khiển là độ lệch điện áp đo đƣợc từ TU, tín hiệu này điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số của thành phần cơ bản dòng điện đi qua kháng nhờ đó công suất tiêu thụ (công suất phản kháng) trên SVC thay đổi. Khi điện áp tăng tác dụng điều chỉnh làm dòng điện tăng, công suất tiêu thụ bởi SVC lớn hơn sẽ hạ thấp đƣợc điện áp nút. Khi điện áp bị giảm thấp, dòng điện qua kháng giảm, SVC giảm công suất tiêu thụ (hoặc phát công suất phản kháng lên hệ thống khi điện áp đẳng trị có tính dung). Nhờ đó tăng cao đƣợc điện áp. Trên hình 3.9c là đặc tính điều chỉnh theo điện áp của SVC thuần kháng, chỉ nhận công suất phản kháng; hình 3.9d là đặc tính tƣơng đối tổng quát hơn của SVC. SVC trong trƣờng hợp này có thể phát hoặc nhận công suất phản kháng. Một cách tƣơng tự ta cũng có đƣờng đặc tính của điện kháng X k theo điện áp (hình 3.9a, hình 3.9c). CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Trong phạm vi thay đổi đƣợc của công suất (phạm vi của TCR) điện áp nút đƣợc giữ ở trị số đặt U0. Trong thực tế, với mục đích phối hợp điều chỉnh, ngƣời ta chế tạo SVC có đặc tính điều chỉnh mềm (có độ dốc) nhƣ trên hình (3.10). Khi đó trong phạm vi điều chỉnh đƣợc của công suất, điện áp nút đƣợc phép dao động với độ lệch U. nhờ có độ dốc của đƣờng đặc tính mà trong phạm vi điều chỉnh đƣợc có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc với các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng khác. B UC BU TĐC UH B UC BU TĐC UH Hình 3.9. CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 III.3. Một số ảnh hưởng phụ của SVC Dựa vào biểu thức dòng điện qua SVC ta thấy rằng đồng thời với thành phần cơ bản, các thành phần bậc lẻ khác cũng tồn tại trong SVC. Căn cứ vào biểu thức khai triển ta cũng có các hàm quan hệ )( 0k T biểu diễn biến thiên trị số tƣơng đối biên độ của các thành phần lẻ bậc k. Qua phân tích thấy rằng biên độ của các thành phần bậc lẻ phụ thuộc rất mạnh theo góc cắt 0 (T0). Đặc điểm này dẫn đến các chú ý khi vận hành không cho dừng lại U0 Q U0 Q U U Xkmin Hình 3.9b Hình 3.9d U0 X Hình 3.9a Xkmax Xkmin U0 X Hình 3.9c Xkmax U U maxkQ minkQ maxkQ minkQ CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 làm việc ở các góc cắt nguy hiểm (biên độ của các sóng hài bậc cao chỉ đạt biên độ cực đại ứng với 1 số góc cắt T0 nào đó). Bởi vậy, trong SVC thƣờng có thêm bộ lọc để khử các thành phần bậc cao, đặc biệt là thành phần bậc ba. Nói chung trị số lớn nhất của thành phần bậc ba cũng không vƣợt quá 15% biên độ dòng điện cực đại qua kháng. Ngoài ra, cần nhận thấy rằng các hiệu ứng phụ của SVC có ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng:  Gây tổn hao phụ.  Gây dao động tần số.  Nhiễu thông tin. Qmin Qmax Q U0 U U Hình 3.10 CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN IV.1: Mở đầu: Lò điện hồ quang xoay chiều luyện thép là phụ tải xung kích phi tuyến tính đặc biệt.Khi lò điện hồ quang xoay chiều vận hành, điểm phát hồ quang luôn thay đổi theo phế thép nóng chảy, theo đó chiều dài hồ quang của nó cũng luôn biến đổi, đồng thời do sập liệu, điều chỉnh điện cực, thổi ôxy... các thao tác này làm cho dòng điện biến đổi nhanh và không ổn định. Thực tiễn và phân tích cho thấy: Dòng điện hồ quang trong lò điện xoay chiều chứa chủ yếu phân lƣợng dòng điện sóng hài bậc hai đến bậc bảy, đồng thời còn có phân lƣợng thấp tần sẽ tạo ra dao động tốc độ lớn đối với điện áp của lƣới cấp điện và dẫn đến biến đổi chớp nhoáng, đồng thời lò điện lấy công suất hữu công và vô công từ hệ thống cấp điện một cách biến động rất lớn sẽ dẫn dến sụt điện áp và dao động điện áp lƣới; giảm công suất đƣa vào lò điện (vì công suất hữu công đƣa vào lò điện tỷ lệ thuận với bình phƣơng điện áp) trực tiếp ảnh hƣởng đến sản lƣợng thép ra lò; ngoài ra sự mất cân bằng của ba pha điện cực do thao tác và sập liệu dẫn đến ngắn mạch không đối xứng giữa ba pha điện cực, ngoài ra còn sinh ra dòng thứ tự âm nghịch sóng cơ bản tạo ra ba pha mất cân bằng. * Tác hại của sóng hài đối với thiết bị điện thể hiện qua các điếm sau: 1. Sóng hài ảnh hƣởng đến sự quay của động cơ: Sóng hài ảnh hƣởng đến động cơ quay là do dẫn đến tổn thất phụ, sau đó là sinh ra trấn động cơ giới, tiếng ồn và quá áp sóng hài 2. Sóng hài ảnh hƣởng đến biến thế của lƣới cấp điện 3. Ảnh hƣởng của sóng hài đối với cơ cấu đổi dòng: Sự biến động bất thƣờng của điện áp lƣới xoay chiều làm cho mạch xung không đều của góc điều khiển bộ biến dòng, đồng thời bằng sự phản hồi dƣơng sẽ phóng đại biến đổi méo lệch điện áp của hệ thống làm cho bộ biến dòng làm việc không ổn định. Còn với bộ nghịch biến thì có thể CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 sinh ra thất bại đổi pha liên tục mà không thể công tác đƣợc thậm chí hỏng thiết bị đổi pha 4. Ảnh hƣởng của sóng hài đến tụ bù song song và cáp điện 5. Sóng hài gây nhiễu thông tin 6. Ảnh hƣởng của sóng hài đến công tơ điện 7. Sóng hài ảnh hƣởng đến rơ le bảo vệ, hệ thống tự động và máy tính điện tử * Sung kích vô công sẽ dẫn đến những ảnh hƣởng xấu sau: 1. Làm cho điện áp thanh cái cấp điện sụt áp và dao động, giảm mức làm việc của thiết bị động cơ 2. Khi điện áp thanh cái cấp điện dao động sẽ làm biến đổi mô men quay phụ phải loại động cơ dị bộ, công suất hữu công đƣa vào phụ tải cũng vì thế mà giảm xuống, ảnh hƣởng đến lực ra của thiết bị và sản xuất 3. Xung kích vô công nhanh kiểu lò hồ quang điện sẽ dẫn đến dao động điện áp thanh cái đột biến, kích thích mắt ngƣời, bị nhiễu hình đối với ti vi và máy tính * Biểu hiện tác hại của thứ tự âm chủ yếu nhƣ sau: 1. Dƣới sự tác động đồng thời của sóng hài và thứ tự âm làm cho rất nhiễu bảo vệ và cơ cấu tự động. Dùng bộ lọc thứ tƣ âm làm nguyên kiện khởi động trong hệ thống điện lực sinh ra động tác sai lệch. 2. Do hƣớng quay của thứ tự âm sóng cơ bản và thứ tự dƣơng sóng cơ bản ngƣợc chiều nhau nên khi đua vào động cơ ( dị bộ và đồng bộ ) sinh ra sức điện động phụ làm rung máy và tổn thất phụ Lò điện xoay chiều sinh ra dòng điện sóng hài cấp cao lớn, thứ tự âm, và điện áp xung vô công dao động và đột biến ảnh hƣởng nghiêm trọng đến bản thân hộ sử dụng và sự vận hành an toàn của các thiết bị trên lƣới điện, làm giảm chất lƣợng điện của lƣới. Vì vậy cần phải căn cứ vào các tiêu chuẩn của chất lƣợng điện để hạn chế và có giải pháp tổng hợp để xử lý khắc phục IV.2: Căn cứ thiết kế hệ thống SVC CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Tài liệu cơ sở chủ yếu để thiết kế hệ thống SVC này lấy từ công ty Gang Thép Thái Nguyên, tất cả tài liệu thiết kế đều lấy số liệu mới nhất. Số liệu về hệ thống cấp điện: IV.2.1: Các thông số trạm biến thế Gia Sàng và trạm biến thế cấp điện của Gang Thép: * Trạm biến áp 110 kV của lƣới điện quốc gia dung lƣợng đoản mạch khi sử dụng phƣơng thức vận hành lớn nhất và phƣơng thức vận hành nhỏ nhất là: Smax = 943 MVA ; Smin = 719.4 MVA * Trạm biến thế Thái Nguyên 110 kV đến Gia Sàng 110 kV; 50 MVA, dùng hai đƣờng dây AC 120 dẫn, độ dài 11 km, trở kháng dây đơn 5.26 * Máy biến thế cho khu lò điện 50 MVA đổi áp có tải, điện áp 110/ 35/ 6 kV, điện áp đoản mạch cao trung: 9.5% ; cao thấp: 17.43% ; trung thấp: 6.53%, dòng điện không tải 0.23% * Biến thế 50 MVA bên 35 kV dẫn đến thanh cái 35 kV lò điện, sử dụng dây dẫn AC 240 đơn, độ dài 4 km, trở kháng 1.68 * Lò điện mới vào sản xuất; phía 6 kV của biến thế 50 MVA không tải IV.2.2: Các thông số của biến áp lò điện nhƣ sau: Lò điện hồ quang 12 tấn, biến áp 9000 kVA, điện áp đoản mạch xem bảng (1) sau: Điện áp thứ cấp (V) 320 272 231 UK (%) 8.21 9.96 11.37 Điện áp đoản mạch của lò điện 30 tấn hiện có xem bảng (2). Trị số điện áp đoản mạch biến thế 16000 kVA lò 30 tấn Điện áp thứ cấp (V) 353 305 245 137 UK (%) 6.83 8.72 10.91 23.61 *Lò điện 30 tấn mới, biến áp 25000 kVA, điện áp đoản mạch 8% CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 * Lò tinh luyện 40 LF, bién áp 7000 kVA, điện áp đoản mạch 8% IV.2.3: Trở kháng và điện kháng hạn dòng của mạch ngắn lò điện: * Lò điện xoay chiều 12 tấn ( Biến thế 9000 kVA ), trở kháng mạch ngắn của điện áp thứ cấp lớn nhất: 0.9 + j 2.7 ( m ) * Lò điện xoay chiều 30 tấn ( Biến thế 16000 kVA ), trở kháng mạch ngắn của điện áp thứ cấp lớn nhất 0.8 + j 2.8 ( m ) * Lò điện xoay chiều 30 tấn mới ( Biến thế 25000 kVA ), trở kháng mạch ngắn điện áp lớn nhất của bên thứ cấp 0.65 + j 2.65 ( m ) * Lò tinh luyện 40 tấn LF ( Biến thế 7000 kVA ), trở kháng mạch ngắn của điện áp thứ cấp lớn nhất 0.5 + j 2.5 ( m ) IV.2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt đƣợc: Yêu cầu cần đạt đƣợc là, các chỉ tiêu về chất lƣợng điện năng, theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện và quy phạm trang bị điện hiện hành IV.2.4.1. Trị số cho phép của dòng điện sóng hài: Dòng điện sóng hài các cấp trạm Gia Sàng đƣa vào hệ thống 110 kV thoả mãn đƣợc yêu cầu về sóng hài trên lƣới điện theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện. Trong tiêu chuẩn trị số cho phép của dòng điện sóng hài các cấp, dƣới dung lƣợng đoản mạch cơ bản giả định nhƣ bảng 3: Điện áp tiêu chuẩn 110 kV Dung lƣợng mạch ngắn cơ bản M.V.A Trị số cho phép dòng điện sóng hài và số cấp sóng hài Ihp (A) 2 3 4 5 6 7 110 750 12 9.6 6.0 9.6 4.0 6.8 Do trong bảng 3 dung lƣợng mạch ngắn nhỏ nhất của điểm khảo sát tính toán không giống với dung lƣợng mạch ngắn nhỏ nhất tiêu chuẩn giả định CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 ( 750 MVA ). Trong bảng 3 theo tiêu chuẩn nhà nƣớc trị số dòng điện sóng hài cho phép trƣớc hết phải tính đổi theo phụ lục. Công thức tính đổi nhƣ sau: Ih = 2 1 k k S S . Ihp (1) Với Sk1: Dung lƣợng mạch ngắn nhỏ nhất của điểm liên kết chung Sk2: Dung lƣợng mạch ngắn tiêu chuẩn MVA Ihp: Trị số cho phép của dòng điện sóng hài cấp h trong bảng 3 Ih: Trị số cho phép của dòng điện sóng hài cấp h khi dung lƣợng mạch ngắn là Sk1 Do dung lƣợng mạch ngắn khi phƣơng thức vận hành nhỏ nhất của trạm 110kV lƣới điện quốc gia đã biết là: 719.4 MVA; qua tính toán dung lƣợng đoản mạch dƣới phƣơng thức vận hành nhỏ nhất của điểm khảo sát tính toán trạm Gia Sàng 110kV là 629.3 MVA; Trị số dòng điện sóng hài cho phép nhỏ nhất tính đổi nhƣ bảng 4: Trị số cho phép của của dòng điện sóng hài các cấp trạm 110 Gia Sàng qua tính đổi dung lƣợng đoản mạch nhỏ nhất Cấp sóng hài h 2 3 4 5 6 7 Trị số cho phép sóng hài tính đổi (A) 10.1 8.06 5.03 8.06 3.36 5.71 Theo yêu cầu phụ lục quốc gia, dòng điện sóng hài cấp thiết cho phép tại điểm liên kết còn phải tính đổi theo công thức (2) Ihi = Ih. 1 tS iS (2) Trong đó: Ih: Trị số cho phép dòng điện (A), sóng hài cấp h tính đổi theo công thức (1) CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Si: Dung lƣợng của bộ i (lấy 50 MVA) MVA St; Dung lƣợng thiết bị cấp điện tại điểm liên kết chung (lấy 70 MVA) : Hệ số tăng của vị trí pha lấy theo bảng 5 Bảng 5: Trị số lấy của hệ số tăng theo vị trí pha h 3 5 7 9 11 13 α 1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2.0 Trị số dòng cho phép sóng hài trạm 110kV Gia Sàng tính đổi theo công thức (2) nhƣ sau: Bảng 6: Trị số cho phép sóng hài các bậc 110kV Trạm Gia Sàng điểm khảo sát: Số cấp sóng hài 2 3 4 5 6 7 Trị số dòng sóng hài cho phép Ihi(A) 8.54 5.94 4.25 6.09 2.84 4.49 IV.2.4.2. Trị số cho phép của điện áp sóng hài Căn cứ vào qui định “Chất lƣợng điện – Sóng hài trên lƣới chung của Trung Quốc”. Trị số hạn định điện áp sóng hài của các cấp điện áp trên hệ thống cung cấp điện, nhƣ bảng 7 ( Điện áp pha ) Tức trị số cho phép tỷ lệ lệch méo sóng hài của thanh cái 110kV trạm biến thế Gia Sàng là 2% CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 Bảng 7: Trị số điện áp sóng hài cho phép của các cấp điện áp Điện áp lƣới điện (kV) Tỷ lệ biến lệch sóng hài điện áp % Tỷ lệ điện áp sóng hài các bậc Bậc lẻ Bậc chẵn 35 3.0 2.4 1.2 110 2.0 1.6 0.8 IV.2.4.3. Dao động điện áp và trị số đột biến: Điện áp thanh cái 110kV trạm biến thế Gia Sàng do cụm lò điện sinh ra phải thoả mãn theo yêu cầu “Dao động điện áp cho phép và của chất lƣợng điện” theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện bao gồm: * Điện áp 110kV dao động nhỏ hơn: 2% * Điện áp 110kV biến đổi đột biến < 0.6% IV.2.4.4. Trị số cho phép điện áp thứ tự nghịch: Độ không cân bằng điện áp thanh cái 110kV, điểm đo đạc tại trạm biến thế Gia sàng do cụm lò điện gây ra đáp ứng yêu cầu cần qui định về “Độ không cân bằng điện áp” phải nhỏ hơn 1.3%. IV.2.4.5: Yêu cầu hệ số cos tại điểm đặt công tơ Hệ số cos công suất bình quân tại điểm đo 110kV Gia Sàng lớn hơn 0.92 IV.2.5: Hệ thống cấp điện của Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam Công ty Gang thép Thái Nguyên hiện nay có một trạm biến thế 110 Gia sàng do nguồn trạm 110kV quốc gia cung cấp theo hai đƣờng. Trạm biến áp Gia sàng có hai máy biến thế 110kV; một máy có dung lƣợng 50 MVA, dẫn bằng dây AC 120 kép, bắc trên cao, dài 11 km. Một máy biến thế dung lƣợng 20 MVA, lấy từ trạm biến áp Thái Nguyên, dài 11 km, bằng dây AC240 đơn. Trong đó máy biến thế 50MVA điện áp 110kV/35kV/6kV, hiện máy 50 MVA cấp cho hai lò điện 35kV, 1 lò 12 tấn máy biến CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 thế 9000kVA, một lò 30 tấn máy biến thế 16.000 kVA, sản lƣợng thép 30 tấn/một mẻ. Sắp tới tăng thêm một lò điện 30 tấn các công suất máy biến thế 25.000 kVA, một lò tinh luyện LF 40 tấn, máy biến thế 7000 kVA và cơ cấu hệ thống bù vô công tĩnh SVC, máy biến thế 20 MVA chủ yếu cung cấp cho cụm lò điện 6 kV và phụ tải trong nhà máy ( ảnh hƣởng của nó đối với chất lƣợng điện rất nhỏ có thể bỏ qua không tính ), hai máy biến thế 110 kV, 6 kV vận hành riêng rẽ không ảnh hƣởng gì tới nhau, hệ thống cấp điện và các thông số định mức của thiết bị, vận hành và sơ đồ cấp điện nhƣ hình 1: 35 kV AC 120 11 km 110 kV 6 kV B1 B4 9 MVA 8.2% 12 T K B3 25 MVA 8.0 % 30 T Không hoạt động Hình 1: B5 16 MVA 6.8% 30T B2 7 MVA 8.0% 40 T LF 35 kV SVC Míi t¨ng 110 kV Tr¹m Th¸i Nguyªn Tr¹m Gia sµng 12 % 110 kV CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 Máy biến áp ba cuộn dây B1: 110 / 35 / 6 kV có UN CT% = 9.5 % ; UN CH % = 17.43 UN TH % = 6.53 % ; Sđm = 50 MVA. Máy biến áp hai cuộn dây B2: 35 / 6 kV có UN = 8 % ; Sđm = 7 MVA. Máy biến áp hai cuộn dây B3: 35 / 6 kV có UN = 8.0 % ; Sđm = 25 MVA. Máy biến áp hai cuộn dây B4: 35 / 6 kV có UN = 8.2 % ; Sđm = 9 MVA. Máy biến áp hai cuộn dây B4: 35 / 6 kV có UN = 6.8 % ; Sđm = 16 MVA. Cuộn kháng có Xk % = 12 % Ta có sơ đồ đẳng trị nhƣ hình vẽ ( tính trong hệ đơn vị cơ bản không tên ) Chọn Scb = 100 MVA ; Ucb = Utb Đƣờng dây AC 120 ( l = 11 km ), tra phụ lục 11 sách thiết kế nhà máy điệnvà trạm biến áp ( Nguyễn Hữu Khải ) nối khoảng cách hình học giữa các pha là 5m thì x0 = 0.423 ( Ω / km ) XH = N cb S S ( Với SN = 943 MVA ) => XH = 943 100 = 0.106 - Điện kháng máy biến áp B1 : UC % = 2 1 ( UN CT% + UN CH % - UN TH % ) = 2 1 ( 9.5 + 17.43 – 6.53 ) = 10.2 % - Điện kháng hệ thống : UNH % = 2 1 ( UN CH % + UN TH % - UN CT % ) = 2 1 ( 17.43 + 6.53 – 9.5) = 7.23 % CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 =>X1 = X2 = x0.l. 2 cb cb U S = 0.423. 11. 2115 100 = 0.035 UNT % = 2 1 ( UN CT% + UN TH % - UN CH % ) = 2 1 ( 9.5 + 6.53 – 17.43) = -0.7 % ( ~ 0 % ) XH X1 X2 X3 X4 X5 X6 X8 X9 X7 40 T 30 T mới 6 110 35 Sơ đồ đẳng trị hệ thống trong hệ đơn vị cơ bản không tên 110 X10 30 T cũ X11 12 T 35 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 X3 = XC = 100 %NCU . dm cb S S = 50 100 . 100 2.10 = 0.204 X4 = XH = 100 %NHU . dm cb S S ~ 0 X5 = XT = 100 %NTU . dm cb S S = 50 100 . 100 23.7 = 0.1446 Đƣờng dây AC 240 ( l = 4 km ) Tra phục lục 11 sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp (Nguyễn Văn Khải) và khoảng cách giữa các pha bằng 3m thì x0 = 0.369 Ω∕ km X6 = x0.l. 2 cb cb U S = 0,369. 4. 237 100 = 0.108 Máy biến áp B2 ( 40 T) X7 = XB2 = 100 %NU . dm cb S S = 7 100 . 100 8 = 1.143 Kháng điện : X8 = XK = 100 %KU . dm cb S S = 25 100 . 100 12 = 0.48 Máy biến áp B3 ( 30 T mới ) X9 = XB3 = 100 %NU . dm cb S S = 25 100 . 100 8 = 0.32 Máy biến áp B4 ( 12 T ) X10 = XB4 = 100 %NU . dm cb S S = 9 100 . 100 2.8 = 0.91 Máy biến áp B5 ( 30 T cũ ) X11 = XB5 = 100 %NU . dm cb S S = 16 100 . 100 8.6 = 0.43 IV.3. Phân tích ảnh hƣởng của cụm lò điện hồ quang tới chất lƣợng điện của lƣới điện cung cấp điện: CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 IV.3.1: Ảnh hƣởng chất lƣợng điện trong lƣới cấp điện hiện nay của Công ty Gang thép Thái Nguyên IV.3.1.1: Ảnh hƣởng của sóng hài đến lƣới cung cấp điện Hệ thống XH X3 X5 X4 X6 6kV 35 kV 35 kV 110 kV 110 kV Nguồn sóng hài Trạm Thái Nguyên Trạm Gia sàng Hình 2: Các giá trị tham số lƣới điện hệ thống cấp điện hiện có của Gang thép Thái Nguyên X1 X2 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 Trạm biến áp Gia sàng của mạng cung cấp điện Gang thép Thái Nguyên bên 35 kV cấp cho hai lò điện hồ quang xoay chiều (12 tấn và 30 tấn). Căn cứ vào các đƣờng đấu dây chính của hệ thống, trở kháng đoản mạch trong phƣơng thức vận hành nhỏ nhất của hệ thống ( khi vận hành theo phƣơng thức này lò điện ảnh hƣởng lớn nhất đến chất lƣợng điện ). Các thông số thiết bị cấp điện của hệ thống, thông số về thiết bị của Bảng 8: Dòng điện sóng hài và tổng sai lệch điện áp sóng hài xẩy ra của hệ thống dẫn vào lò điện hồ quang, hệ thống cấp điện hiện nay Số bậc sóng hài h 2 3 4 5 6 7 Dòng điện sóng hài phía 35kV (A) 36.4 39.4 15.1 17.0 9.10 8.70 Dòng điện sóng hài phía vào 110kV (A) 11.6 12.5 4.80 5.41 2.90 2.77 Trị số dòng điện sóng hài cho phép điểm đo trạm 110kV Gia sàng (A) 8.54 5.94 4.25 6.09 2.84 4.49 Tổng mức sai lệch điện áp sóng hài trạm 110kV Thái Nguyên 1.62% Tổng mức sai lệch điện áp sóng hài trạm 110kV Gia sàng 1.87% Trị số cho phép: 2% Tổng mức sai lệch điện áp sóng hài trạm 35kV Thái Nguyên 1.95% Tổng mức sai lệch điện áp sóng hài 35kV lò điện 3.54% Tổng mức sai lệch điện áp sóng hài 6kV trạm Gia sàng 2.11% CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 lò điện là nguồn dòng sóng hài và trở kháng ngắn mạch, đã ®-îc phân tích đẳng trị. Các thông số của mạng xem hình 2 Dùng trình tự phân tích sóng hài nhập từ Canada để tính toán, mô phỏng dòng điện sóng hài lớn nhất và khả năng dẫn đến tỷ lệ tổng biến lệch điện áp sóng hài lớn nhất trên thanh cái của các cấp điện áp, kết quả tính toán, mô phỏng dòng điện sóng hài và điện áp sóng hài xem bảng 8: Kết quả tính toán dòng điện, điện áp sóng hài trong bảng 8 cho thấy: Dòng điện sóng hàibậc 2, 3, 4, 6 khảo sát tại trạm biến áp 110kV Gia sàng dẫn vào hai lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện hiện có của Gang thép Thái Nguyên vƣợt tiêu chuẩn dẫn đến mức sai lệch điện áp sóng hài của thanh cái này dã đạt tới 1.87% gần với trị số yêu cầu 2% của giới hạn tiêu chuẩn IV.3.1.2: Ảnh hƣởng của dao động và đột biến của điện áp đối với lƣới điện. Hệ thống XH X3 X5 X4 X6 6kV 35 kV 35 kV 110 kV 110 kV Trạm Thái Nguyên Trạm Gia sàng X1 X2 X10 X11 Hình 3: Tham số đẳng trị mạng hệ thống CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 Trị số dao động và đột biến điện áp lớn nhất có thể sinh ra trên các thanh cái cấp điện của Gang thép Thái Nguyên đƣợc xác định phải căn cứ vào dung lƣợng ngắn mạch nhỏ nhất mà lƣới điện quốc gia cấp ở trạm 110kV Thái Nguyên và các tham số đẳng trị của lƣới hệ thống để tính toán dung lƣợng ngắn mạch nhỏ nhất trên các thanh cái cấp điện, các tham số đẳng trị của lƣới hệ thống nhƣ chỉ ra ở hình 3. Bảng 9: Dung lượng ngắn mạch ở phương thức vận hành nhỏ nhất các cấp điện áp của hệ thống cấp điện Gang thép Thái Nguyên Dung lƣợng ngắn mạch lớn nhất Smax Dung lƣợng ngắn mạch nhỏ nhất Smin Thanh cái 110kV trạm Thái Nguyên lƣới quốc gia 943MVA 719.4 MVA Thanh cái 110kV trạm Gia sàng 794.3 MVA 629.3 MVA Thanh cái biến áp 35kV Gia sàng 316.6 MVA 286.6 MVA Thanh cái lò điện 35kV Gia sàng 228 MVA 212 MVA Từ các tham số trên tính toán trị số dao động và đột biến của điện áp sinh ra khi hai lò điện hồ quang xung kích vô công lớn nhất xem bảng 10 Từ bảng 10 dao động và đột biến điện áp sinh ra bởi hai lò điện xoay chiều của hệ thống cấp điện hiện nay có thể thấy, dao động điện áp lớn nhất ở điểm khảo sát 110kV trạm Gia sàng là 3.00%, vƣợt quá va trị số cho phép 2%; đột biến điện áp lớn nhất là 0.972% đã vƣợt quá xa yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia đối với đột biến phụ tải là 0.6% CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Bảng 10: Xung kích vô công của hai lò điện xoay chiều hiện có dẫn đến dao độngvà đột biến điện áp Lƣợng xung kích vô công lớn nhất Qmax 34.43 MVAr Lƣợng tăng xung kích vô công lớn nhất Qmax 22.03 MVAr Dao động điện áp lớn nhất Umax Đột biến điện áp lớn nhất Thanh cái lò điện 35kV 10.39% 2.89% Thanh cái 35kV trạm Gia sàng 7.69% 2.14% Thanh cái 110kV trạm Gia sàng 3.00% 0.972% Thanh cái 110kV trạm Thái Nguyên 3.06% 0.851% IV.3.1.3: Ảnh hƣởng của thứ tự nghịch sóng cơ bản đối với lƣới điện Dòng điện và điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản mô phỏng sự thật của hệ thống cấp điện hiện có nhƣ sau: * Dòng điện thứ tự nghịch sóng cơ bản trên thanh cái lò điện 35kV đến phía hạ áp biến thế chính I2 = 107.2 ( A ) * Dòng điện thứ tự nghịch sóng cơ bản 110kV trạm Gia sàng đến 110kV trạm Thái Nguyên I2 = 34.11 ( A ) * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 110kV trạm biến áp Thái Nguyên lƣới điện quốc gia U2 = 0.523 % CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 110kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 0.603 % * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 35kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 4.14 % * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái lò điện 35kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 4.2 % Từ kết quả tính toán thứ tự nghịch có thể thấy, điểm khảo sát thanh cái 110kV trạm biến áp Gia sàng điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản không vƣợt qua hạn định 1.3 % của tiêu chuẩn quốc gia IV.3.2: Ảnh hƣởng của hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC đối với chất lƣợng điện năng của lƣới điện IV.3.2.1: Ảnh hƣởng của sóng hài đối với lƣới điện Hệ thống cấp điện tƣơng lai của Công ty Gang thép Thái Nguyên không có SVC ở phía thanh cái lò điện 35kV trạm Gia sàng của hệ thống cấp điện hiện nay lại tăng thêm hai lò điện hồ quang xoay chiều , một lò 30 tấn cao công suất, một lò 30 tấn tinh luyện thùng thép LF, cộng với hai lò hồ quang xoay chiều hiện có, tất cả bốn lò điện hồ quang cùng vận hành. Căn cứ đấu nối chính của hệ thống cấp điện tƣơng lai, trở kháng ngắn mạch của phƣơng thức vận hành nhỏ nhất của hệ thống ( Khi vận hành phƣơng thức đó ảnh hƣởng của lò điện đối với chất lƣợng điện năng của hệ thống cấp điện là nghiêm trọng nhất ), tham số thiết bị cấp điện của hệ thống, tham số thiết bị cấp điện của lò điện, trở kháng ngắn mạch của lò điện và nguồn dòng điện sóng hài đã tiến hành đẳng trị tham số lƣới đối với Bảng 11: Lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện tương lai không có SVC sinh ra dòng điện sóng hài của hệ thống và dẫn đến mức tổng biến dạng của điện áp sóng hài CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Thứ bậc sóng hài h 2 3 4 5 6 7 Dòng điện sóng hài sinh ra phía 35kV (A) 68.5 114.2 31.3 54.2 19.6 19.5 Dòng điện sóng hài sinh ra phía 110kV (A) 21.8 36.3 9.96 17.2 6.24 6.20 Trị số cho phép dòng điện sóng hài điểm khảo sát 110kV trạm Gia sàng (A) 8.54 5.94 4.25 6.09 2.84 4.49 Mức tổng sai lệch điện áp sóng hài 110kV trạm Thái Nguyên 4.28 % Mức tổng sai lệch điện áp sóng hài 110kV trạm Gia sàng 4.95 % ( Cho phép: 2 %) Mức tổng sai lệch điện áp sóng hài 35kV trạm Thái Nguyên 5.15 % Mức tổng sai lệch điện áp sóng hài 35kV lò điện 9.37 % Mức tổng sai lệch điện áp sóng hài 6kV trạm Gia sàng 5.58 % hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC ( hình 4 ), sử dụng trình tự phân tích sóng hài, lần lƣợt tính toán mô phỏng song quá trình vận hành của lò điện có thể có dòng điện sóng hài lớn nhất trong đƣờng dây có cấp điện áp và có thể dẫn đến múc tổng sai lệch của điện áp sóng hài lớn nhất trên thanh cái các cấp điện áp, kết quả tính toán mô phỏng sự thật của dòng điện sóng hài, điện áp sóng hài xem bảng 11 Từ kết quả tính toán mô phỏng của dòng điện, điện áp sóng hài ( Bảng 11 ) có thể thấy: Bốn lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC của Gang thép Thái Nguyên sinh ra dòng điện sóng hài bậc 2, 3, 4, 5, 6, 7 của điểm khảo CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 Hệ thống XH X3 X5 X4 X6 6kV 35 kV 35 kV 110 kV 110 kV Nguồn sóng hài Trạm Thái Nguyên Trạm Gia sàng X1 X2 Hình 4: Đẳng trị tham số mạng hệ thống cấp điện tƣơng lai của gang thép Thái Nguyên không có SVC CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 sát 110kV trạm biến áp Gia sàng đều vƣợt quá tiêu chuẩn,trong đó bậc 2, 3, 5 vƣợt tiêu chuẩn nghiêm trọng,dẫn đến mức tổng sai lệch của điện áp sóng hài của thanh cái 110kV Gia sàng cao đến 4.95 %, mức tổng sai lệch của điện áp vƣợt trị số hạn định tiêu chuẩn cho phép 2 %, do đó cần thiết lắp đặt thiết bị SVC để ngăn chặn. Bốn lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện tƣơng lai dẫn đến biến dạng hình sóng điện áp, dòng điện trên thanh cái 110kV trạm Gia sàng, thanh cái 35kV cấp điện cho lò điện. IV.3.2.2: Sự thật của dao động và đột biến của điện áp đối với lƣới điện Hệ thống XH X3 X5 X4 X6 6kV 35 kV 35 kV 110 kV 110 kV Trạm Thái Nguyên Trạm Gia sàng X1 X2 X10 X11 X7 X8 X9 Hình 5: Tham số đẳng trị mạng hệ thống tƣơng lai không có SVC CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 Nhƣ trên đã nói, trị số dao động và đột biến điện áp lớn nhất có thể sinh ra trên các thanh cái cấp điện của hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC của Gang thép Thái Nguyên, đầu tiên phải căn cứ vào dung lƣợng ngắn mạch nhỏ nhất mà lƣới điện quốc gia cấp ở 110kV trạm Thái Nguyên và các tham số đẳng trị của lƣới hệ thống để tính ra dung lƣợngngắn mạch nhỏ nhất trên các thanh cái cấp điện ( Xem bảng 9 ). Các tham số đẳng trị lƣới hệ thống nhƣ hình 5 Từ các tham số trên tính toán ra trị số điện áp dao động và đột biến sản sinh khi ba lò điện xoay chiều không có SVC xung kích vô công lớn nhất xem bảng 12 Bảng 12: Ba lò điện xoay chiều tương lai không có SVC xung kích vô công dẫn đến điện áp dao động và đột biến Lƣợng xung kích vô công lớn nhất Qmax 47.38 MVAr Lƣợng tăng xung kích vô công lớn nhất Qmax 30.32 MVAr Dao động điện áp lớn nhất Umax Đột biến điện áp lớn nhất Thanh cái lò điện 35kV 14.30 % 3.97 % Thanh cái 35kV trạm Gia sàng 10.58 % 2.94 % Thanh cái 110kV trạm Gia sàng 4.82 % 1.34 % Thanh cái 110kV trạm Thái Nguyên 4.21 % 1.17 % CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 Từ bảng 12 ba lò điện xoay chiều của hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC sản sinh ra điện áp dao động và đột biến có thể thấy điện áp dao động lớn nhất điểm khảo sát 110kV trạm Gia sàng là 4.8 %, vƣợt quá trị số cho phép 2.0 %, điện áp đột biến lớn nhất là 1.34 % càng vƣợt xa tiêu chuẩn nhà nƣớc 0.6 % đối với yêu cầu đột biến phụ tải chiếu sáng thông thƣờng. IV.3.2.3: Ảnh hƣởng thứ tự nghịch sóng cơ bản đến lƣới điện Sự thật dòng điện thứ tự nghịch sóng cơ bản và điện áp thứ tự âm sóng cơ bản của hệ thống cấp điện tƣơng lai không có SVC nhƣ sau: * Dòng điện thứ tự nghịch sóng cơ bản trên thanh cái lò điện 35kV đến phía hạ áp biến thế chính I2 = 214.4 ( A ) * Dòng điện thứ tự nghịch sóng cơ bản 110kV trạm Gia sàng đến 110kV trạm Thái Nguyên I2 = 68.23 ( A ) * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 110kV trạm biến áp Thái Nguyên lƣới điện quốc gia U2 = 1.04 % * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 110kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 1.21 % * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái 35kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 8.25 % * Điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản của thanh cái lò điện 35kV trạm biến áp Gia sàng U2 = 8.58 %. Từ kết quả tính toán thứ tự nghịch có thể thấy, điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản ở điểm khảo sát thanh cái 110kV trạm biến áp Gia sàng là 1.21 % đã tiếp cận tiêu chuẩn nhà nƣớc hạn định là 1.3 %, nhƣng ở thanh cái 35kV trạm biến áp Gia sàng và thanh cái 35kV lò điện trạm biến áp Gia sàng thứ tự nghịch là 8.25% và 8.58 % sẽ sinh ra uy hiếp lớn đối với máy điện quay ( máy đồng bộ và dị bộ ) và biến thế điện lực của hệ thống cấp điện. IV.3.2.4: Hiệu nghiệm dung lƣợng biến thế chính 50 MVA CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 Từ đồ thị vòng công suất vận hành của lò điện hồ quang xoay chiều ( hình 4 ) có thể biết khi ba lò điện hồ quang xoay chiều cùng đạt đến xung kích vô công lớn nhất, lò tinh luyện thùng thép LF vận hành ở thời kỳ nó ng chảy, nhóm lò điện tiêu thụ công suất lớn nất từ hệ thống: * Công suất lớn nhất của lò điện hồ quang xoay chiều 12 tấn tiêu thụ từ hệ thống là: S12 = 24.88 MVA. * Công suất lớn nhất của lò điện hồ quang xoay chiều 30 tấn tiêu thụ từ hệ thống là: S30 = 31.79 MVA. * Công suất lớn nhất của lò điện hồ quang xoay chiều cao công suất tiêu thụ từ hệ thống là: S30UHP = 43.66 MVA. * Công suất lớn nhất của lò tinh luyện thùng thép LF 30 tấn tiêu thụ từ hệ thống là: SLF = 7.0 MVA. Do đó, tổng công suất thông qua biến áp chính 50 MVA là: S = 4 44 30 4 30 4 12 LFUHP SSSS = 54.38 ( MVA ) Hình 4: Đồ thị vòng công suất vận hành của lò điện hồ quang xoay chiều Điểm vận hành bình thƣờng Điểm vận hành ngắn mạch P Q 0 Qmax CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 Từ kết quả tính toán ở trên có thể thấy, hệ thống cấp điện tƣơng lai nếu không có SVC, biến thế chính 50 MVA thƣờng xuyên ở trạng thái quá tải, sẽ không thể vận hành đƣợc IV.4: Xác định phƣơng án SVC Do dung lƣợng ngắn mạch của hệ thống cấp điện Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam rất nhỏ, đồng thời từ tính toán mô phỏng ở trên đƣợc biết dòng điện sóng hài, điện áp sóng hài, xung kích vô công của hệ thống điện tƣơng lai dẫn đến dao động và đột biến điện áp tại điểm khảo sát phía 110kV trạm biến áp Gia sàng vƣợt hai chỉ tiêu chuẩn nghiêm trọng, dung lƣợng định mức của biến thế chính 50 MVA không đủ để cấp cho bốn lò điện hồ quang trong tƣơng lai đồng thời vận hành, nhóm lò điện trong quá trình sản xuất sẽ uy hiếp đến vận hành an toàn đối với biến áp chính sinh ra ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sự ổn định của hệ thống điện lực và chất lƣợng điện năng cho nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị SVC dung lƣợng phù hợp để bảo đảm cả hệ thống vận hành an toàn ổn định. Do những đặc thù cố hữu của nhóm lò điện hồ quang xoay chiều sản sinh ra sóng hài bậc cao, xung kích vô công dẫn đến dao động và đột biến điện áp, điện cực ba pha ngắn mạch không đồng đều sản sinh ra dòng điện và điện áp thứ tự âm và hệ số cos tƣơng đối thấp. Thực tế các công trình trong và ngoài nƣớc chứng minh, sử dụng trang bị SVC kiểu TCR + FC là phƣơng pháp kinh tế nhất, hiệu quả nhất tiến hành tổng hợp đối với lò điện hồ quang, từ đầu những năm 80 đã đƣợc dùng rộng rãi vào quá trình tổng hợp chất lƣợng điện năng của lò điện hồ quang xoay chiều. IV.5: Khả năng đƣợc cải thiện về chất lƣợng điện năng của mạng điện đối với hệ thống cung cấp điện gang thép sau này khi dã đƣợc lắp thêm SVC Hệ thống cấp điện tƣơng lai của gang thép Thái Nguyên sau khi dƣợc lắp thêm SVC, do trên dây cái TCR của 11 kV và dây cái lò điện 35 kV lần lƣợt đƣợc lắp các cụm lọc sóng bậc hai, bậc 3, bậc 4, bậc 5, là để sau này dùng vào việc cấp dòng điện của công suất vô công dung tính và loại bỏ sóng hài các bậc. Dựa theo tham số của bộ CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 lọc sóng và khả năng đƣa dòng điện lọc sóng hài lớn nhất vào mạch của các cấp điện áp và tổng hệ số biến lệch điện áp sóng hài lớn nhất lên dây cái của các cấp điện áp, kết quả tính toán mô phỏng về dòng điện và điện áp sóng hài ở bảng 13. Bảng 13 : Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài và dòng điện sóng hài của lò hồ quang đưa vào hệ thống sau khi đã lắp thêm SVC lên hệ thống cấp điện sau này Số bậc sóng hài 2 3 4 5 6 7 Điện áp sóng hài bên đƣa vào 35 kV ( A ) 7.67 2.22 1.01 15.5 7.26 10.5 Điện áp sóng hài bên đƣa vào 110 kV (A ) 2.44 0.707 0.321 4.93 2.31 3.33 Dòng sóng hài hấp thụ ở các đƣờng lọc (A) 211 114 30.9 23.0 10.1 10.8 Trị số cho phép của dòng sóng hài 110 kV trạm khảo nghiệm Gia sàng 8.54 5.64 4.25 6.09 2.84 4.49 Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài 110 kV trạm Thái Nguyên 1.49 % Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài 110 kV trạm Gia sàng 1.73 % ( trị số cho phép: 2 % ) Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài 35 kV trạm Thái Nguyên 1.79 % Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài 35 kV lò điện 3.27 % Tổng mức biến dạng điện áp sóng hài 6kV trạm Gia sàng 1.95 % Tổng hệ số biến dạng điện áp sóng hài TCR 110 kV 3.43 % CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 Từ kết quả tính toán về dòng điện và điện áp sóng hài ở bảng 13 cho thấy: Sau khi đã lắp thêm SVC lên hệ thống cấp điện của gang thép sau này thì cả bốn lò điện hồ quang sẽ đƣa đƣợc toàn bộ dòng điện sóng hài các bậc vào điểm khảo nghiệm. Trạm biến thế 110 kV Gia sàng vì khống chế đƣợc nó trong phạm vi cho phép. Trong đó tỷ lệ hấp thụ về dòng điện sóng hài của bộ lọc sóng bậc 2, 3, 4 là 90 % trở lên, tỷ lệ hấp thụ dòng điện sóng hài bậc 5, 6, 7 của bộ lọc sóng thông cao bậc 5 là 50 % trở lên. Tổng tỷ số biến lệch điện áp sóng hài của thanh cái 110 kV trạm biến thế Gia sàng là 1.73 %, thấp hơn trị số cho phép là 2 % hạn định trong tiêu chuẩn. Bởi vậy sau khi lắp thêm FC của SVC thì sóng hài đƣa vào hệ thống đƣợc cải thiện rất lớn. Trên đây là những hiệu quả về kỹ thuật mà SVC mang lại, để thấy rõ được ưu điểm nổi bật của SVC tác giả xin đưa ra phân tích hiệu quả kinh tế của SVC đem lại cho khu gang thép Thái Nguyên. IV.6: Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng SVC tại khu gang thép Thái Nguyên. Vốn đầu tƣ trạm SVC của công ty gang thép Thái Nguyên: 80 tỷ VND Vốn tự có: 40 tỷ VND Vốn vay: 40 tỷ VND Lãi suất: 8 % / năm Thuế thu nhập: 28 % Đơn vị tính: Tỷ VNĐ Tác giả phân tích hiệu quả kinh tế mà SVC đem lại ở khu gang thép Thái Nguyên trong vòng 10 năm Khấu hao đều hàng năm: 8 tỷ/năm Trả vốn đều hàng năm: 4 tỷ/năm Trả lãi theo vốn còn lại Trƣớc 2001 khi chƣa có SVC: 300 tấn/1 năm Sau 2001 khi lắp thêm SVC: 500 tấn/1 năm Giá thành 1 tấn: 900 USD = 0.144 tỷ VND CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 *Trả vốn: Đều hàng năm mỗi năm 4 tỷ *Trả lãi: (Bảng a) Năm Trả lãi Trả vốn Vốn gốc còn 0 40 1 3.2 4 36 2 2.88 4 32 3 2.56 4 28 4 2.24 4 24 5 1.92 4 20 6 1.6 4 16 7 1.28 4 12 8 0.96 4 8 9 0.64 4 4 10 0.32 4 0 *Doanh thu: Sau khi lắp thêm SVC doanh thu hàng năm tăng thêm là: ( 500 – 300 ) x 0.144 = 28.8 (Tỷ VND) Doanh thu tăng thêm trong 10 năm: 28.8 x 10 = 288 (Tỷ VND) *Thuế thu nhập = (Doanh thu - trả lãi - khấu hao – chi phí vận hành) x thuế suất (28%). (Bảng b) CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 Năm Doanh thu Trả lãi Khấu hao Chi phí vận hành Thuế suất Thuế thu nhập 0 1 28.8 3.2 8 (28%=0.28) 4.928 2 28.8 2.88 8 0.28 5.0176 3 28.8 2.56 8 0.28 5.1072 4 28.8 2.24 8 0.28 5.1968 5 28.8 1.92 8 0.28 5.2864 6 28.8 1.6 8 0.28 5.376 7 28.8 1.28 8 0.28 5.4656 8 28.8 0.96 8 0.28 5.5552 9 28.8 0.64 8 0.28 5.6448 10 28.8 0.32 8 0.28 5.7344 *Tổng chi = Vốn tự có + Chi phí vận hành + Trả vốn + Doanh thu + Thuế (Bảng c) Năm (1) Vốn tự có (2) Chi phí vận hành (3) Trả vốn (4) Lãi (5) Thuế thu nhập (6) Tổng chi (7) 0 40 40 1 4 3.2 4.928 12.128 2 4 2.88 5.0176 11.8976 3 4 2.56 5.1072 11.6672 4 4 2.24 5.1968 11.4368 5 4 1.92 5.2864 11.2064 6 4 1.6 5.376 10.976 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 7 4 1.28 5.4656 10.7456 8 4 0.96 5.5552 10.5152 9 4 0.64 5.6448 10.2848 10 4 0.32 5.7344 10.0544 *Hệ số chiết khấu: t i1 1 ( Với i = 8 %, t: năm, t có giá trị từ 0 ÷ 10) (Bảng d) Năm Hệ số chiết khấu 0 1 1 0.925926 2 0.857399 3 0.793832 4 0.73503 5 0.680583 6 0.63017 7 0.58349 8 0.540269 9 0.500249 10 0.463193 *CFAT: Dòng tiền sau thuế = Doanh thu - Tổng chi (Bảng e) CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 Năm Doanh thu Tổng chi CFAT 0 0 40 -40 1 28.8 12.128 16.672 2 28.8 11.8976 16.9024 3 28.8 11.6672 17.1328 4 28.8 11.4368 17.3632 5 28.8 11.2064 17.5936 6 28.8 10.976 17.824 7 28.8 10.7456 18.0544 8 28.8 10.5152 18.2848 9 28.8 10.2848 18.5152 10 28.8 10.0544 18.7456 *CFATpv: Dòng tiền thuần sau thuế CFATpv = CFAT x hệ số chiết khấu (Bảng f) Năm (1) CFAT (2) Hệ số chiết khấu (3) CFATpv (4) 0 -40 1 -40 1 16.672 0.925926 15.43704 2 16.9024 0.857399 14.49108 3 17.1328 0.793832 13.60057 4 17.3632 0.73503 12.76247 5 17.5936 0.680583 11.97391 6 17.824 0.63017 11.23241 7 18.0544 0.58349 10.53457 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 (1) (2) (3) (4) 8 18.2848 0.540269 9.978708 9 18.5152 0.500249 9.26221 10 18.7456 0.463193 8.68284 *Bt ( 1 + i ) -t : Khoản thu của năm thứ t qui về hiện tại = Doanh thu x Hệ số chiết khấu (Bảng g) Năm Doanh thu Hệ số chiết khấu Bt ( 1 + i ) -t 0 28.8 1 0 1 28.8 0.925926 26.66667 2 28.8 0.857399 24.69136 3 28.8 0.793832 22.86237 4 28.8 0.73503 21.16886 5 28.8 0.680583 19.6008 6 28.8 0.63017 18.14889 7 28.8 0.58349 16.80452 8 28.8 0.540269 15.55974 9 28.8 0.500249 14.40717 10 28.8 0.463193 13.33997 *Ct ( 1 + i ) -t : Khoản chi phí của năm thứ t qui về hiện tại = Tổng chi x Hệ số chiết khấu (Bảng h) CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92 Năm Tổng chi Hệ số chiết khấu Ct ( 1 + i ) -t 0 40 1 40 1 12.128 0.925926 11.22963 2 11.8976 0.857399 10.20027 3 11.6672 0.793832 9.2618 4 11.4368 0.73503 8.406389 5 11.2064 0.680583 7.626888 6 10.976 0.63017 6.916742 7 10.7456 0.58349 6.269954 8 10.5152 0.540269 5.681035 9 10.2848 0.500249 5.144961 10 10.0544 0.463193 4.657133 *T CFATpv: Xác định thời gian hoàn vốn: Theo tính toán thời gian hoàn vốn của công trình SVC gang thép Thái Nguyên là 3 năm (Bảng k) Năm (1) CFATpv (2) T CFATpv (3) 0 -40 -40 1 15.43704 -24.563 2 14.49108 -10.0719 3 13.60057 3.52869 4 12.76247 16.29116 (1) (2) (3) 5 11.97391 28.26507 6 11.23241 39.49721 CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 (1) (2) (3) 7 10.53457 50.03178 8 9.978708 59.91049 9 9.26221 69.1727 10 8.68284 77.85554 *NPV: Giá trị hiện tại thuần: Chỉ tiêu này phản ánh qui mô lãi của dự án ở mặt bằng hiện tại (đầu thời kỳ phân tích) = Bt ( 1 + i ) -t - Ct ( 1 + i ) -t NPV = n ot Bt ( 1 + i ) -t - n t 0 Ct ( 1 + i ) -t = = 193.2503 –115.3948 =77.85554 (tỷ VND) > 0 ( Với i = 8 %, t: năm, t có giá trị từ 0 ÷ 10) Tiêu chuẩn đánh giá: NPV > 0: Dự án có hiệu quả NPV = 0: Dự án cần phải xem xét thêm NPV < 0: Không hiệu quả *B/C: Tỷ suất lợi ích chi phí: Phản ánh ứng với một đồng chi phí bỏ ra dự án đem lại bao nhiêu đồng doanh thu khi tính chuyển về mặt bằng thời gian hiện tại. 674688.1 3948.115 2503.193 1 1 0 0 n t t t n t t t iC iB C B (tỷ VND) ( Với i = 8 %, t: năm, t có giá trị từ 0 ÷ 10) Tiêu chuẩn đánh giá : B/C > 1 : Dự án có hiệu quả B/C < 1 : Dự án không có hiệu quả CHƢƠNG IV: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 94 B/C = 1 : Tuỳ vào từng điều kiện để xem xét *IRR: Tỷ suất hoàn vốn nội t¹i: Là mức lãi suất nếu dùng nó làm tỷ suất chiết khấu để tính chuyển các khoản thu chi về hiện tại thì tổng thu sẽ cân bằng với tổng chi Phương pháp tính: Có nhiều phƣơng pháp tính, ta dùng phƣơng pháp nội suy để tính Chọn i1 sao cho NPV1 > 0 và gần 0 (Độ chính xác cao ): i1 = 25%, NPV1 = 9.236919 Chọn i2 sao cho NPV2 < 0 và gần 0 (Độ chính xác cao ): i2 = 30%, NPV2 = -1.23131. Vậy IRR = i1 + ( i2 - i1 ). %59.25 23131.1236919.9 236919.9 21 1 NPVNPV NPV Tiêu chuẩn đánh giá IRR > i: Dự án có hiệu quả IRR < i: Dự án không có hiệu quả IRR = i: Tuỳ vào điều kiện để xem xét Kết luận: Qua phân tích, tính toán trên đây có thể nhận thấy rằng công trình SVC đƣợc lắp đặt tại Công ty gang thép Thái Nguyên đem lại hiệu quả cao cả về kỹ thuật lẫn kinh tế, trong đó hiệu quả kinh tế đƣợc đánh giá theo các chỉ tiêu cơ bản dƣới đây: + Thời gian hoàn vốn: 3 năm + Giá trị hiện tại thuần (NPV) với i = 8%: 77,86 tỷ VNĐ + Tỷ suất lợi ích – chi phí (B/C): 1,67 + Tỷ suất hoàn vốn nội tại (IRR): 25,59% KẾT LUẬN CHUNG Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 95 KẾT LUẬN CHUNG Qua nội dung và các kết quả nghiên cứu của bản luận văn có thể rút ra các kết luận sau: Đối với các hệ thống điện hợp nhất thì việc bù thông số là hết sức quan trọng để nâng cao khả năng truyền tải và tính ổn định của chúng. Sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất với việc chế tạo thyristor công suất thích hợp để sử dụng trong các khâu chủ yếu của hệ thống tải điện xoay chiều linh hoạt, mở ra xu hướng mới trong việc nâng cao hiệu quả và hiện đại hóa các hệ thống điện Phần tổng quan tác giả đã tổng hợp được về đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn, lý thuyêt cơ bản về bù công suất và các thiết bị bù công suất phản kháng. Ngoài ra tác giả giới thiệu về hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển SVC và đi sâu nghiên cứu về thực trạng khu gang thép Thái Nguyên để đánh giá và phân tích hiệu quả sử dụng SVC của khu gang thép Thái Nguyên, từ đó thấy được sự cần thiết nghiên cứu nội dung của bản luận văn. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC) có khả năng thay đổi thông số lưới điện bằng hệ thống điều chỉnh trơn với thời gian tác động nhanh. Nghiên cứu áp dụng SVC là việc làm hết sức có ý nghĩa, làm cho hệ thống điện vận hành linh hoạt trong chế độ bình thường và sự cố, tăng độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành. Đồng thời, việc sử dụng SVC đem lại hiệu quả đáng kể nâng cao ổn định điện áp trong các trường hợp sự cố nặng nề và giảm được tổn thất trong toàn hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Bách (2001): Ổn định của hệ thống điện, Trường đại học Bách khoa Hà Nội. 2. Trần Bách (2002): Lưới điện và hệ thống điện - Tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 3. Trần Bách(2004): Lưới điện và hệ thống điện - Tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 4. Nguyễn Bính (2000): Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 5. Đặng Ngọc Dinh, Trần Bách, Ngô Hồng Quang, Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái (1981), Hệ thống điện tập 1 và 2, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội. 6. Lã Văn Út (1996): Các thiết bị bù tĩnh có điều khiển ứng dụng trong Hệ thống điện, Trường đại học Bchs khoa Hà Nội. 7. Lã Văn Út (2000): Tính toán phân tích các chế độ của hệ thống điện 8. Lã Văn Út (2000): Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 9. Bản dịch tiếng việt của Nguyễn Văn Ái (1999): Bù công suất phản kháng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, Bộ năng lượng - Công ty điện lực 1, Hà Nội. 10. Nguyễn Văn Đạm (1998): Mạng điện cao áp và siêu cao áp, Hà Nội 11. Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (1999): Phân tích và giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 12. Thuyết minh thiết kế hệ thống thiết bị bù công suất phản kháng dùng cho lò hồ quang điện (SVC) của khu gang thép Thái Nguyên (2000). 13. Siemen SVC - Bộ bù tĩnh điều chỉnh tự động