Đề tài Tìm hiểu các phương pháp bù trong lưới điện

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆBỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN LẠNHĐỀ TÀI:TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ TRONG LƯỚI ĐIỆNGiáo viên hướng dẫn:Ths. Nguyễn Thanh Hiền ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỘTSinh viên thực hiện:Trần Hoài ĐẳngMSSV: 212113002Mã lớp: CA13KDNỘI DUNGCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCHƯƠNG IV: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆNCHƯƠNG V: KẾT LUẬNCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng. Công suất phản kháng Q là một khái niệm trong ngành kỹ thuật điện dùng để chỉ phần công suất điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong cá thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế u và dòng điện i. Q = U.I.sinφCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng. a) Động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ CSPK chính trong lưới điện, chiếm khoảng 60% ÷ 65%. b) Máy biến áp. MBA tiêu thụ khoảng 22% ÷ 25% nhu cầu CSPK tổng của lưới điện c) Đèn huỳnh quang. Tiêu thụ khoảng 0,3 ÷ 0,5. 1.3. Các nguồn phát công suất phản kháng.Các nhà máy điện tụ điện, động cơ đồng bộ và máy bù. 1.4. Bù công suất phản kháng. 1.4.1.Tiêu chí kỹ thuật. a) Yêu cầu về cosφ. Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ CSPK càng nhỏ. Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nhất là đối với các động cơ nhỏ. Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số phụ tải của động cơ.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNG1.4. Bù công suất phản kháng. 1.4.1.Tiêu chí kỹ thuật. b) Đảm bảo mức điện áp cho phép Có thể thay đổi sự phân bố CSPK trên lưới, bằng cách đặt các máy bù đồng bộ hay tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân bố lại CSPK phát ra giữa các nhà máy điện trong hệ thống.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG1.4. Bù công suất phản kháng. 1.4.1.Tiêu chí kỹ thuật. c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép. Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp: Thay đổi đầu phân áp của MBA. Nâng cao điện áp của máy phát điện. Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNG1.4. Bù công suất phản kháng. 1.4.2. Tiêu chí kinh tế. a) Lợi ích khi đặt bù. Giảm được công suất tác dụng Giảm nhẹ tải của MBA Giảm được tổn thất điện năng. Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối. b) Chi phí khi đặt bù. Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù. Tổn thất điện năng trong tụ bù.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNG Kết luận Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 chỉ tiêu bù: Bù theo kỹ thuật tức là nhằm nâng cao điện áp nằm trong giới hạn cho phép. Bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện năng trên đường dây từ đó sẽ đưa đến lợi ích kinh tế. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể tách biệt 2 phương pháp này mà nó hỗ trợ lẫn nhau.CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNGCHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGHình 2.1. Sơ đồ thay thế.2.1. Tụ bù ngang. 2.1.1. Chức năng, ứng dụng. Với các đường dây truyền tải có điện dung pha - đất nhỏ thì việc nối rẽ nhánh tụ công suất (bù ngang) tại đầu vào tải hoặc trạm phân phối sẽ giảm được sự sụt áp và giữ ổn định điện áp tại các nút phụ tải.2.1. Tụ bù ngang. 2.1.1. Chức năng, ứng dụng Lúc này, tổn thất điện áp trên đường dây là: sU = (P.R + (Q - Qbù).X)/UTrong đó : - P là công suất tác dụng được truyền trên đường dây. - R là thành phần điện trở của đường dây. - Q là công suất phản kháng được truyền trên đường dây. - X là thành phần điện kháng của đường dây. - U là điện áp tại đầu đường dây.Như vậy: sU sẽ giảm khi có Qbù, trong trường hợp tải P nhỏ hoặc không tải mà Q bù lớn thì sU < 0, điều đó có nghĩa là sẽ xảy ra sự dâng quá áp tại các nút có lắp đặt Qbù. CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.1. Tụ bù ngang 2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm. Cấu tạo: Các bản cực tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại được cách điện bởi các màng giấy mỏng tẩm dung môi và được cuốn lại với nhau thành các lớp xen kẽ và được nhúng trong dầu cách điện. Để có các bộ tụ cao áp, người ta ghép nối nhiều ổ tụ nhỏ để chia đều điện áp đặt lên mỗi tổ tụ. Đặc điểm: Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp. Điều chỉnh điện áp theo từng cấp cố định tùy theo dung lượng bù. Lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.1. Tụ bù ngang 2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn. Số liệu cả dàn tụ: Công suất: 62,5 MVAr. Điện áp định mức: 123 kV. Sơ đồ nối: YY không nối đất. Tổng số bình tụ: 66 bình. Thông số từng bình tụ: Công suất: 947 KVAr. Điện dung: 72,32 mF. Điện áp định mức: 6456V, 50 Hz.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.2. Kháng bù ngang. 2.2.1. Chức năng tác dụng. Là thiết bị chỉ tiêu thụ CSPK nên có tác dụng triệt tiêu, điều chỉnh lượng CSPK dư thừa do lưới điện sinh ra, giảm điện áp và giữ ổn định hệ thống. Giảm bất lợi của điện dung này, người ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt CSPK QcCHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.2. Kháng bù ngang. 2.2.2. Nguyên lý cấu tạo. Nguyên lý của cuộn kháng tương tự như của máy biến áp, nhưng vì tất cả dòng chảy vào quận kháng là dòng kích từ (dòng không tải) nên nếu dùng khung từ như máy biến áp thông thường, nó sẽ bão hòa rất nhanh, trở kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chảy qua quận kháng sẽ nhỏ. Mạch từ được khép kín qua khe hở của không khí nhằm tránh bão hòa nhanh cho khung từ. Muốn được như vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép, người ta tạo rất nhiều những khoảng trống bằng nêm chèn vào trong lõi thép.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.2. Kháng bù ngang. 2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh. Cuộn kháng 500 kV do hãng ABB chế tạo đóng vai trò bù ngang hệ thống truyền tải đường dây 500 kV Bắc – Nam. Công suất: 128MVAr. Trở kháng: 30,5 W.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.3. Tụ bù dọc. 2.3.1. Chức năng tác dụng.Giảm điện áp giáng trên đường dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đường dây), dàn đều điện áp trên đường dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đường dây.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.3. Tụ bù dọc. 2.3.2. Nguyên lý bù.Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng trở đường dây nhỏ đi: XS = X - Xbù. Trở kháng trong hệ thống truyền tải bao gồm phần lớn là thành phần điện kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở: Zht = R + J.XS. Do đó, nếu chúng ta thay đổi được XS thì sẽ thay đổi được điện áp ở phía tải bởi vì sự sụt áp trên đường dây được gây nên bởi dòng điện điện kháng nhiều hơn dòng điện điện trở.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.3. Tụ bù dọc. 2.3.2. Nguyên lý bù Sơ đồ mô phỏng đường dây khi có tụ bù dọc : Hình 2.6. Sơ đồ mô phỏng đường dây. Sau khi bù, điện kháng trên đường dây là : X∑= X – Xbù Điện áp rơi trên đường dây sẽ là: U = (P.R+Q.(X-Xbù))/U Như vậy, U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.3. Tụ bù dọc. 2.3.3. Giới thiệu về tụ bù dọc tại trạm 500 kV Hà Tĩnh Thông số của cả dàn tụ: Điện áp hệ thống: 500 kV. Số nhánh song song: 2. Tần số: 50 Hz. Điện dung sai lệch cho phép ở 20º: ± 3%. Công suất: 91,5 MVAr. Số bình tụ song song trong 1 pha: 5 + 5. Dóng định mức: 1000 A. Số bình tụ nối tiếp trong 1 pha: 9. Dòng sự cố lớn nhất: 12,5 kA. Điện dung định mức: 104 mF. Tổng số bình tụ trong 1 tổ hợp: (5 + 5) × 9 × 3 = 270.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.4. SVC – Tụ bù tĩnh. 2.4.1. Cấu tạo. SVC gồm 3 bộ phận chính: TCR (Thyristor Controlled Reactor): Đây là quận kháng có điều khiển, cho phép điều khiển lượng CSPK tiêu thụ trên XK bằng cách dùng thyristor để điều khiển dòng điện chạy qua XK. TSR (Thyristor Switched Reactor): Đây là quận kháng được đóng mở trực tiếp bằng thyristor. TSC (Thyristor Switched Capacitor): Đây là tụ điện được đóng mở trực tiếp bằng thyrstor.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.4. SVC – Tụ bù tĩnh. 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động. Một SVC điển hình gồm các tụ bù ngang được đóng cắt riêng biệt, được kết nối với cuộn dây điện cảm (có hoặc không có lõi sắt) được điều chỉnh bằng thyristor. Các thiết bị SVC thường được đặt ở những nơi có yêu cầu điều chỉnh điện áp chính xác. Việc điều chỉnh điện áp thường dùng các bộ điều khiển có phản hồi (closed-loop). Việc điều chỉnh điện áp được tiến hành từ xa bằng hệ thống SCADA hoặc bằng tay theo giá trị đặt. CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG2.4. SVC – Tụ bù tĩnh. 2.4.3. Kết nối. SVC không làm việc ở điện áp của đường dây, nó thường được nối qua máy biến áp tăng áp, với điện áp đường dây phía cao xuống điện áp thấp hơn 2.4.4. Lợi ích. Lợi ích chính của việc sử dụng SVC so với các tụ bù được đóng cắt cơ khí là chũng phản ứng gần như tức thời với sự thay đổi điện áp của hệ thống. CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.5. STATCOM. STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù CSPK cho hệ thống. STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều khiển điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh điện áp và góc pha từ STATCOM.CHƯƠNG II: TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG3.1. Máy bù đồng bộ. 3.1.1. Cấu tạo. a) Stato. Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn vỏ máy và nắp máy. b) Rôto. Với các máy nhỏ và vừa rôto được làm bằng thép đúc, gia công thành khối lăng trụ trên có các cực từ. Với các máy công suất lớn rôto được ghép từ các lá thép dày từ 1 ÷ 6 mm, dập định hình và ghép trên giá đỡ rôto. CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG3.1. Máy bù đồng bộ. 3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản. Khi ta đưa dòng điện kích thích một chiều it vào dây quấn kích thích đặt trên cực từ, dòng điện it sẽ tạo nên một từ thông Φt. Nếu ta quay rôto lên đến tốc độ n(vg/ph), thì từ trường kích thích sẽ quét qua dây quấn phần ứng và cảm ứng nên trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f1 = p.n/60.CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG3.1. Máy bù đồng bộ. 3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng. Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ được tính: 3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ. * Chế độ quá kích thích. Máy bù đồng bộ có tác dụng như một bộ tụ điện làm tăng cos và bù điện áp rơi trên lưới điện, được gọi là máy phát công suất phản kháng.CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1. Máy bù đồng bộ. 3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ. * Chế độ thiếu kích thích. Khi tải của các hộ dùng điện giảm điện áp của lưới tăng thì cho máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ thiếu kích thích tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện và gây thêm điện áp rơi trên đường dây để duy trì điện áp khỏi tăng quá mức quy định. CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤTPHẢN KHÁNG 3.1. Máy bù đồng bộ. 3.1.5. Công suất và khả năng bù của máy bù đồng bộ. Thông thường đối với máy bù đồng bộ Xd = 1,5 ÷ 2,2; S’/Sđm= 0,45 ÷ 0,67 và các trị số này có thể đáp ứng yêu cầu về vận hành. Trong một số trường hợp cần tăng trị số của S’ thì phải giảm xd bằng cách tăng khe hở và điều này khiến cho giá thành của máy cao hơn. Để được kinh tế hơn, có thể thực hiện chế độ kích thích âm, khi đó E < 0, kết quả là I’ sẽ tăng khiến cho S’ lớn hơn lên.CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa. Khi cho dòng điện một chiều vào rotor của động cơ không đồng bọ dây quấn, động cơ sẽ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp. Do đó nó có khả năng sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. Nhược điểm của loại động cơ này là tổn thất công suất quá lớn khả năng quá tải kém.CHƯƠNG III: MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCHƯƠNG IV: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆNMáy bù đồng bộ, vì có công suất lớn nên thường được đặt tập trung ở những điểm quan trọng của hệ thống điện. Tụ điện có thể được đặt ở mạng điện áp cao hoặc ở mạng điện áp thấp.Tụ điện điện áp cao (6 – 15 kV) được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian, hoặc trạm phân phối. Tụ điện điện áp thấp (0,4 kV) được đặt theo ba cách:Đặt phân tán các tụ bù ở từng thiết bị điện.Đặt tụ điện thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đường dây chính trong phân xưởng.Đặt tụ điện tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân áp.Trong thực tế tùy vào tình hình cụ thể mà chúng ta phối hợp cả ba phương án đặt tụ điện kể trên.CHƯƠNG IV: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆNCHƯƠNG V: KẾT LUẬNBù công suất phản kháng là một trong các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng điện năng cung cấp và cho phép giảm tổn thất, giảm vốn đầu tư xây dựng mạng điện, giảm tải trên đường dây và máy biến áp, làm tuổi thọ của chúng dài hơn.EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN