-Chơng vi-
tự động điều chỉnh điện áp
và công suất phản kháng trong hệ thống điện
6.1. Những vấn đề chung về điều chỉnh điện áp và công suất
phản kháng trong hệ thống điện .
Điện áp nh đã biết, là một trong những chỉ tiêu đặc trng cho chất lợng điện
năng. Trong quá trình vận hành bình thờng mức điện áp ở từng nút của hệ thống điện
phải đợc giữ trong giới hạn cho phép. Trị số thực tế của điện áp ở mỗi nút của hệ thống
điện luôn thay đổi theo chế độ vận hành của hệ thống và cân bằng công suất phản
kháng ở từng nút phụ tải.
Cân bằng công suất phản kháng phải đợc thỏa mãn ứng với các thông số đảm
bảo điều kiện làm việc bình thờng của lới điện và các hộ tiêu thụ điện. Điện trở tác
dụng của các phần tử lới điện thờng có trị số không lớn lắm, còn điện kháng thì phụ
thuộc vào khoảng cách pha, nghĩa là phụ thuộc vào cấp điện áp của lới điện. Nếu kể cả
điện kháng của máy biến áp thì điện kháng tổng của hệ thống có thể lớn hơn điện trở
tổng hàng chục lần.Vì vậy nếu vận chuyển công suất phản kháng từ chỗ này sang chỗ
khác của hệ thống sẽ gây nên tổn thất điện áp rất lớn trên các phân tử của hệ thống
điện.
Về mặt kinh tế, nên đảm bảo cân bằng công suất phản kháng ở từng cấp điện áp
của hệ thống điện, vì vậy vấn đề điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ
thống điện mang tích cục bộ (địa phơng) rất rõ rệt.
Nếu xét tổng thể hệ thống điện thì ở từng phần khác nhau, phơng pháp và phơng
tiện điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng rất khác nhau.
Điện áp trên thanh cái của máy điện và trong lới cung cấp (truyền tải) có thể
điều chỉnh bằng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện. Các
máy phát điện đồng bộ có thể:
- Phát công suất phản kháng trong chế độ quá kích thích:
- Tiêu thu công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích.
- Thay đổi điện áp và công suất phản kháng một cách liên tục (trơn, không nhảy
cấp).
Các máy bù đồng bộ (MBĐB), động cơ đồng bộ cỡ lớn hoặc máy bù tĩnh (tiếng
Anh: SVC- Static VAR Compensator) cũng có thể thực hiện các chức năng phát hoặc
tiêu thụ công suất phản kháng tơng tự nh máy phát điện đồng bộ. Các thiết bị này thờng đợc đặt ngay ở nút phụ tải hoặc đầu vào cuộn dây thứ 3 (hạ áp) của các máy biến
áp liên lạc giữa hai cấp điện áp truyền tải khác nhau (chẳng hạn 220kV và 500kV).
Trong các hệ thống truyền tải điện siêu cao áp ( 330kV) với công suất phản
kháng do điện dung đờng dây phát ra thờng khá lớn, trong chế độ không tải hoặc non
tải lợng công suất phản kháng thừa này có thể gây quá điện áp lớn. Để tiêu thụ bớt
công suất phản kháng ở các đờng dây siêu cao áp ngời ta đặt các kháng điện bù ngang .
Các kháng điện bù ngang này có thể đợc nối cố định vào đờng dây, nối qua máy cắt
điện hoặc có công suất tiêu thụ có thể điều khiển đợc.
ở các đờng dây siêu cao áp có chiều dài lớn, trị số của cảm kháng, có ảnh hởng
xấu đến phân bố điện áp trên đờng dây khi công suất truyền tải thay đổi và làm giảm
khả năng tải của đờng dây theo điều kiện ổn định của hệ thống. Để tăng khả năng tải
và cải thiện điều kiện phân bố điện áp trên đờng dây ngời ta đặt các bộ tụ điện bù dọc.
Để bù công suất phản kháng ở các nút phụ tải từ (từ 0,4kV đến 110 kV) ngời ta
sử dụng rộng rãi các bộ tụ điện tĩnh (TĐT). Những bộ tụ điện tĩnh khi làm việc phối
hợp với các kháng điện có điều khiển (trơn) có thể tạo nên các máy bù tĩnh (SVC) công
suất phản kháng. Ngày nay các SVC thờng đợc sử dụng ở cấp trung áp (6-35 kV) với
nhiều u việt hơn hẳn các mày bù đồng bộ đã đợc sử dụng trớc đây.
Trong số các phơng tiện điều chỉnh điện áp của lới điện, thiết bị điều chỉnh đầu
phân áp dới tải của các máy biến áp tự ngẫu có vai trò rất quan trọng.
Đối với các máy biến áp làm nhiệm vụ liên lạc giữa các lới điện có cấp điện khác
nhau, trong mỗi lới đều có chứa các nguồn phát công suất phản kháng, thì khi thay đổi
đầu phân áp của máy biến áp liên lạc sẽ làm thay đổi sự phân bố công suất phản kháng
giữa các lới điện .
46
6.2. tự động điều chỉnh điện áp
,công suất phản kháng ở máy phát điện đồng bộ
Điều chỉnh điện áp v công suất phản kháng ở máy phát điện đồng bộ đ ợc thực
hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích từ trong cuộn dây rô-to của máy phát điện
thông qua máy tự động điều chỉnh kích từ (TĐK).
6.2.1. Các thông số đầu vào của hệ thống tự động điều chỉnh kích từ.
1. Độ lệch tức thời của điện áp khỏi giá trị cho tr ớc: Máy điều chỉnh tiếp
nhận độ lệch này và thay đổi dòng điện kích từ của máy phát điện nhằm khôi phục lại
trị số đã cho của điện áp.
Một số máy điều chỉnh không thể giữ chính xác trị số điện áp cho trớc và có thể
có một sai số thống kê nào đó, sai số này càng bé nếu hệ số khuếch đại của máy điều
chỉnh càng lớn.
Khi điều chỉnh điện áp trên cực máy phát điện nhằm giữ cho điện áp máy phát
UF = const, ta có:
U F =
kc =
U 0
1+ k
x
U F
= d 0,
I F . P 1 + k
trong đó: U F - sai số thống kê khi đa máy điều chỉnh vào làm việc;
U 0 I F .P . X d - độ lệch ban đầu khi cha đa máy điều chỉnh vào làm
việc và điện áp đầu cực máy phát thay đổi do dòng điện stato thay đổi;
k = kF . kKT.kTDK hệ số khuyếch đại của hệ thống điều chỉnh hở bằng tích của
các hệ số khuyếch đại của máy phát điện (k F), máy kích thích (kKT) và máy tự động
điều chỉnh kích từ (kTĐK);
kc hệ số tĩnh của máy điều chỉnh theo thành phần dòng điện phản kháng.
Việc tăng hệ số khuếch đại k thờng bị hạn chế theo điều kiện ổn định của hệ thống
điều chỉnh.
2. Các nhiễu loan chủ yếu có ảnh hởng đến trị số điện áp đầu cực máy phát
là dòng điện trong cuộn stato và góc lệch pha giữa dòng điện stato vơi điện áp máy
phát. Khi tăng dòng điện phụ tải hoặc hoặc tăng góc lệch pha giữa điện áp và dòng
điện, điện áp giáng trên cuộn dây stato tăng theo, nếu dòng điện kích từ không thay
đổi, điện áp ở đầu cực máy phát sẽ giảm. Để khôi phục lại điện áp, TĐK phải tăng
dòng điện kích từ nghĩa là làm tăng sức điện động của máy phát nhằm bù lại điện áp
giáng trên cuộn dây stato.
Tốc độ phản ứng của TĐK khá nhanh vì TĐK bắt đầu làm việc trớc khi xuất
hiện những độ lệch lớn của điện áp. Tuy nhiên độ chính xác của tác động điều chỉnh
không cao do không thể bù hết tất cả các nhiễu loạn.
3. Đạo hàm theo thời gian (bậc một và bậc hai) của điện áp và các tác động
nhiễu loạn: Việc đa các trị số đạo hàm vào quy luật điều chỉnh tăng nhanh đáng kể tốc
độ điều chỉnh và không làm ảnh hởng đến đặc tính của máy điều chỉnh. Giải pháp này
đặc biệt có hiệu quả cao đối với các hệ thống kích từ tác động nhanh.
4. Độ lệch tức thời và đạo hàm bậc nhất của tần số: Việc đa các đại lợng này
vào quy luật điều chỉnh làm tăng độ ổn định của các máy phát điện làm việc song song.
6.2.2. Thiết bị kích từ cỡng bức
1-Thiết bị tăng nhanh kích thích
* Nhiệm vụ: Nối tắt Rđc trong mạch kích từ của máy phát điện kích thích khi điện
áp đầu cực máy phát điện xoay chiều UF giảm nhiều ( lúc ngắn mạch ) nhằm mục đích
tăng kích từ đến trị số giới hạn để phục hồi nhanh chóng điện áp đầu cực máy điện
xoay chiều.
47
* Sơ đồ (hình 6.1)
* Nguyên lý làm việc
- Khi điện áp đầu cực máy phát điện giảm nhiều thì các rơ le 1RU, 2RU đóng tiếp
điểm, các rơ le 1RG, 2RG tác động, rơ le 3RG có điện đóng tiếp điểm nối tắt R đc làm
cho dòng kích từ của máy phát điện kích thích tăng nhanh, U KT tăng nhanh làm cho IKTF
tăng nhanh, dẫn đến tăng điện áp máy phát điện xoay chiều.
Dùng hai rơ le kém áp nối vào hai biến điện áp khác nhau đặt ở đầu cực máy phát
điện xoay chiều và dùng hai tiếp điểm của 1RG, 2RG nối tiếp với nhau, nhằm đảm bảo
cho thiết bị không tác động nhầm khi đứt cầu chì trong mạch của biến điện áp.
Nếu đứt cầu chì của một biến điện áp nào thì một trong hai rơ le kém áp tác động
đóng tiếp điểm thì chỉ có một trong hai rơ le trung gian có điện (1RG, 2RG) sẽ báo tín
hiệu đứt cầu chì.
Các rơ le kém áp đợc nối vào điện áp dây bảo đảm cho thiết bị kích từ cỡng bức
tác động tốt khi ngắn mạch giữa các pha.
Chọn điện áp khởi động cho các rơ le kém áp
UKđR =
U dmF
trong đó: - kat = 1,2
k at .kv .nu
- kv = 1,05 ữ 1,15
* Ưuku điểm: Thiết bị đơn giản nên đợc đặt ở hầu hết các máy phát điện và máy
bù đồng bộ.
* Nhợc điểm: Không có tác dụng điều chỉnh trong vận hành bình thờng
(khi
điện áp đầu cực máy phát điện UF biến đổi ít theo phụ tải).
+
iKT
Rđc
_
3RG
_
_
+
Tín hiệu
đứt cầu chì
1RG
MC
2RG
_
_
2RU
1RU
Từ 1BU đến
Từ 2BU đến
Hình 6 -1 Thiết bị tăng nhanh kích từ
2- Thiết bị giảm nhanh kích thích
* Nhiệm vụ:
48
Đa thêm RP vào mạch kích thích của máy phát điện kích thích khi điện áp đầu
cực máy phát điện xoay chiều tăng nhiều (khi mất phụ tải đột ngột của máy phát điện
tuốc bin nớc) nhằm mục đích làm cho điện áp máy phát điện xoay chiều đợc giảm
nhanh.
* Sơ đồ
_
RP
BU
Rđc
+
BU
+
RU
RG
* Nguyên lý làm việc
Hình 6-2 Thiết bị giảm nhanh kích thích
Khi điện áp đầu cực máy phát điện U F tăng nhiều, rơ le RU tác động đóng tiếp
điểm làm cho cuộn dây của RG có điện, tiếp điểm của rơ le RG mở ra và đ a RP vào
mạch kích thích của máy phát điện kích thích nhờ đó mà điện áp đầu cực máy phát
điện xoay chiều giảm nhanh.
* Chọn điện áp khởi động của rơ le quá áp đợc xác định theo điều kiện rơ le phải
trở về khi điện áp đầu cực máy phát UF trở lại UFđm.
UKđRU =
k at
U
UFđm = 1,3 Fdm
kv .nu
nu
trong đó: - kat = 1,05
- kv = 0,8
* Phạm vi ứng dụng: Đợc trang bị cho các máy phát điện tuốc bin nớc.
6.2.3. Thiết bị kompun dòng.
Thiết bị Kom pun dòng để thực hiện điều chỉnh điện áp của máy phát điện khi
dòng điện của máy phát IF thay đổi. Sơ đồ nguyên lý nh hình 6.3.
Thiết bị Kom pun gồm chỉnh lu CL, máy biến áp Kom pun BC và biến trở đặt Rđ.
- Biến trở đặt dùng để xác định chế độ làm việc thích hợp nhất của Kom pun (đ a
nó vào làm việc cũng nh cắt nó ra một cách từ từ) dùng để hiệu chỉnh Kom pun.
- Máy biến áp BC dùng để ngăn mạch kích thích máy phát điện kích thích với
mạch thứ cấp của máy biến dòng có điểm nối đất.
Dòng điện kích thích của máy kích thích gồm hai thành phần:
iKT = iRKT + iK
của máy kích thích qua biến trở kích
trong đó iRKT: thành phần dòng điện kích thích
thích.
iK: thành phần dòng điện do thiết bị Kom pun cung cấp.
-
BI
iKT
Rđc
49
IF
iK
iRKT
BC
Rđ
Hình 6-3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Kom pun
Trong một số trờng hợp dòng điện Kom pun đa vào cuộn kích thích phụ của máy
kích thích. Vì vậy trong trờng hợp chung có thể viết:
(iW)KT = (iW)KT + (iW)K .
trong đó (iW)KT: Sức từ động tổng của máy kích thích
(iW)KT : Sức từ động do dòng kích thích ( đi qua biến trở Rđc ) của máy kích
thích sinh ra
(iW)K : Sức từ động do thiết bị Kom pun tạo ra.
UF
2 < đm
UF
Có Kom pun
1 = đm
Không có Kom pun
3 > đm
0
IFmin
IF
0
Hình 6-4
Quan hệ UF =f(IF) ở đầu cực máy phát khi có thiết
bị Kom pun
IFmin
IFđm
IF
Hình 6-5
Quan hệ UF =f(IF) ở đầu cực máy phát khi có thiết
bị Kom pun với góc khác nhau
* Nguyên lý làm việc:
- Khi IF tăng ( UF giảm ) thì iK tăng. Kết quả Kom pun điều chỉnh tăng điện áp UF.
- Khi IF giảm ( UF tăng ) thì iK giảm, Kom pun có tác dụng điều chỉnh điện áp UF.
- Quan hệ giữa IF và UF ở đầu cực máy phát điện khi có Kom pun nh hình 6-4.
+ Đặc tính UF = f(IF) có điểm gẫy khi máy kích thích không có cuộn kích từ phụ.
Vì khi IF < IFmin thì điện áp ở hai đầu chỉnh lu bé hơn điện áp một chiều ở hai đầu
cuộn kích thích nên không thể có iK.
Khi IF > IFmin thì áp ở hai đầu chỉnh lu lớn hơn điện áp ở hai đầu cuộn kích thích
bắt đầu có iK. IFmin = ( 10 ữ 30)IFđm, các máy phát điện nói chung không làm việc với
phụ tải nhỏ nh vậy do đó nhợc điểm này có thể bỏ qua.
+ Nếu máy phát điện kích thích có cuộn kích từ phụ thì đặc tính sẽ không có
điểm gẫy.
* Nhợc điểm của Kom pun: là sự phụ thuộc của điện áp U F vào góc lệch pha của
phụ tải. Nh đã biết cùng một giá trị dòng điện IF nh nhau nhng phụ tải nào có cos nhỏ
sẽ làm cho điện áp máy phát giảm nhiều hơn ( ở đây xét phụ tải cảm kháng ). Tác dụng
của Kom pun chỉ phụ thuộc vào giá trị của I F, do đó không thể duy trì điện áp nh nhau
đối với phụ tải có cos khác nhau mặc dù có cùng giá trị IF (hình 6-5).
6.2.4. Thiết bị corecto điện áp
50
Hiện nay thờng sử dụng rộng rãi corectơ loại điện từ, nó gồm các bộ phận sau:
1. Khuếch đại từ .
Rpt
a. Cấu tạo.
Gồm lõi sắt có ba trụ, hai trụ
U
Uđ
Iđ
bên quấn cuộn dây làm việc W, ở
trụ giữa quấn cuộn dây điều khiển
Wđk để điều khiển khuếch đại từ và
cuộn dây đặt Wđ để định chế độ làm
việc của khuếch đại từ.
b. Nguyên lý làm việc.
Dòng điện xoay chiều đi qua
W
Wđk
Wđ
phụ tải và cuộn dây W :
I =
U
Iđk
( R pt + R) 2 + (L) 2
Trong đó R,L là điện trở và điện cảm
của cuộn dây W
Rpt điện trở của phụ tải.
Thờng thì L >> R nên với U
là hằng số và Rpt là hằng số thì trị số
của I chỉ phụ thuộc vào điện cảm
Uđk
Hình 6-6 Cấu tạo thiết bị corectơ điện áp
L, mà điện cảm L lại phụ thuộc vào độ thẩm từ à của lõi sắt.
* Vậy nguyên lý làm việc của khuếch đại từ là dùng một biến thiên công suất bé
trong cuộn điều khiển có thể khống chế đợc một biến thiên một công suất xoay chiều
lớn trên phụ tải.
B
* Hệ số khuếch đại của khuếch đại
từ là tỷ số giữa lợng biến thiên công suất
B4
xoay chiều với lợng biến thiên công suất
B3
một chiều tơng ứng.
B2
P
KP =
P1
B1
chiều
Trong đó P : độ thay đổi công suất phụ
tải.
H1 H2 H3
H4
H
P1 chiều độ thay đổi công suất tHình
0 6 7 Quan hệ giữa B và H của lõi sắt
ơng ứng trong mạch điều khiển
à L, I
KP : Hệ số khuếch đại
Trên hình 6 - 8 ta thấy hệ số khuếch
I
đại đợc đặc trng bằng độ dốc của đặc tính
I = f(Iđk), nghĩa là đặc tính càng dốc thì
KP càng lớn.
* Tác dụng của cuộn đặt (Wđ): Cuộn
dây đặt dùng để xác định vị trí ban đầu
của đờng đặc tính tính I = f(Iđk) của
Hình
khuếch đại từ. Khi có Iđ bằng hằng số
L 6 - 8 Các đặc tính à, L, I theo Iđk
trong cuộn Wđ thì ngay với iđk = 0 trong
Iđk
trụ giữa của khuếch đại từ đã có sẵn một từ thông chỉ khi (I đ = -Iđk) thì độ từ hoá trong
lõi sắt mới là nhỏ nhất.
51
Vậy khi thay đổi trị số và chiều của dòng điện đặt thì ta sẽ tịnh tiến đặc tính
I = f(Iđk) sang phải hoặc sang trái trục tung (hình 6 - 9).
c. Khuếch đại từ có phản hồi.
Hệ số khuếch đại của khuếch đại từ đợc đặc
trng bằng độ dốc của đặc tính I = f(Iđk) .
I
Muốn thay đổi hệ số khuếch đại thì ta phải
thay đổi độ dốc của đặc tính I = f(Iđk).
Để đạt mục đích trên ta dùng khuếch đại từ
có phản hồi.
Iđ =0
Trong khuếch đại từ có phản hồi, I sau khi Iđ >0
qua phụ tải đợc chỉnh lu và đa vào cuộn dây phản
Imin
hồi WPh (hình 6 - 10).
- Nếu sức từ động của cuộn dây phản hồi
Iđk
tăng cờng cho sức từ động của cuộn dây điều
Hình 6 - 9
khiển (cùng chiều) ta có phản hồi dơng.
Đặc tính I = f(Iđk) khi thay đổi Iđ
- Nếu sức từ động của cuộn phản hồi ngợc
chiều với sức từ động của cuộn điều khiển ta có
phản hồi âm.
Dòng điện phản hồi IPh trong cuộn phản hồi có chiều xác định còn i đk có thể dơng
hoặc âm, lõi sắt đợc từ hoá nhờ cả hai dòng điện này nên sức từ động tổng của khuếch
đại từ là:
(iW) = (iW)Ph (iW)đk
Vậy về một phía của trục tung khi có I Ph thì sức từ động tổng (iW) tăng làm cho
I = f(Iđk) dốc hơn do đó hệ số khuếch đại tăng, ngợc lại về phía kia (iW) giảm, đặc
tính choãi ra nên hệ số khuếch đại giảm (hình 6 - 11)
I
RPt
có phản hồi
U
Không có
phản hồi
WPh
Wđ
Iđk
Wđk
W
Hình 6 11
Đặc tính I = f(Iđk) khi có IPh
Hình 6 10 Khuếch đại từ có phản hồi
2. Bộ phận đo lờng.
Bộ phận đo lờng cần cho tín hiệu độ lệch áp tỷ lệ của máy phát điện.
- Giả thiết khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển nối vào hai mạch khác nhau về
tính chất nhng đợc cung cấp từ một nguồn điện chung Uab UF (hình 6 - 12).
(i.Wđk)
R
(ixWđk2)
iR
(iRWđk1)
UFđm
0
(iWđk)
52
Wđk1
X
ix
U
Wđk2
Uab UF
Hình 6 - 13
Các quan hệ (iWđk)= f(U)
Hình 6 - 12
Khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển và
đợc cung cấp từ một nguồn
+ Dòng điện iR chạy qua R đợc chỉnh lu rồi vào Wđk1 có đặc tính iR = f(U) là đờng
thẳng
+ Dòng điện ix qua kháng điện đợc chỉnh lu rồi đa vào cuộn Wđk2 có đặc tính ix
= f(U) là quan hệ không đờng thẳng (Hình 6 - 13).
- Ta chọn trị số của R và X sao cho:
+ Khi UF = UFđm thì (iRWđk1) = (ixWđk2)
và (iWđk) = (iRWđk1) - (ixWđk2) = 0.
+ Khi UF < UFđm thì (iRWđk1) > (ixWđk2) và (iWđk) > 0.
+ Khi UF > UFđm thì (iRWđk1) < (ixWđk2) nên (iWđk) < 0.
Vậy khi điện áp đầu cực máy phát điện thay đổi thì (iW đk) cũng thay đổi cả về trị
số và chiều, nguyên tắc này đợc ứng dụng để điều khiển khuếch đại từ.
3. Corectơ điện từ.
a. Sơ đồ (Hình 6-14)
b. Nguyên lý làm việc
* Corectơ thuận
- Trong corectơ thuận đầu ra của corectơ là i KTf1 đặt vào cuộn kích từ phụ cùng
chiều với dòng kích từ trong cuộn kích từ chính. Sức từ động trong cuộn phản hồi cùng
chiều với sức từ động trong cuộn điều khiển một.
(iW)I = (iW)Ph + [(iW)đk1 - (iW)đk2]
hay sức từ động trong khuếch đại từ một là: (iW)I = (iW)Ph + (iW)đk
iKT
iKTP2X
iKTP1
Rđc
iR
W
Wph
Wđk1
KĐTI
W
R
X
đk
2
ix
W
Wph
Hình 6 - 14
Sơ đồ nguyên lý corectơ điện từ
iR
KĐTII
53
Wđk1
Wđk2
0
ix
UFđm
1Wph
UF
- Khi UF < U1 thì (iW)I của khuếch
iWđk
iWđk2
iWđk1
đại từ 1 tăng lên làm cho dòng điện đầu ra
là iKTf1 tăng lên dẫn đến dòng kích từ tổng
của máy phát điện kích thích tăng lên. Kết
quả làm tăng điện áp của máy phát điện
xoay chiều.
iWPh
- Khi UF > U1 thì sức từ động tổng của
khuếch đại từ một vẫn tăng nên corectơ
UF
thuận điều chỉnh sai. Đáng lẽ cần làm giảm
0
điện áp ở đầu cực máy phát điện xoay chiều
UFđm iW
đk
(a)
thì lại làm cho UF càng tăng.
iWđk
Để giảm nhợc điểm này dùng chỉnh lu
khoá CL1.
iWđkI
Khi (iW)đk2 > (iW)đk1 thì có một
thành phần dòng điện ix chạy qua chỉnh lu
A
CL1 do đó có:
(iW)đk1 = (iW)đk2
UF
Nhờ có chỉnh lu CL1 mà sức từ động
UFđm
(b)
tổng (iW)I là đờng nét đứt nằm ngang
(hình 6 - 15,b).
Hình 6 - 15
- Trong corectơ thuận ngời ta điều chỉnh cho điểm
với ra
U Fđm
vềthuận
bên trái
Đặc ứng
tính đầu
của nằm
corectơ
điểm A trên hình 6 - 15,b.
ứng dụng: Corectơ thuận đợc dùng cho các máy phát điện tuốc bin hơi vì máy
phát điện tuốc bin hơi ít có hiện tợng quá điện áp.
*Corectơ nghịch
Trong corectơ nghịch dòng đầu ra của khuếch đại từ hai ( KĐT II ) là iKTf2 ngợc
chiều với dòng kích từ trong cuộn kích thích chính của máy phát điện kích thích. Sức
từ động trong cuộn phản hồi ngợc chiều với sức từ động trong cuộn điều khiển một
(iW)đk1.
- Khi UF >U1 thì (iW)II tăng cả về trị số do đó KĐTII đợc bão hoà thêm do đó iKTf2
tăng làm cho corectơ nghịch có tác dụng điều chỉnh giảm điện áp UF xuống.
- Khi UF < U1 thì dòng đầu của corectơ nghịch vẫn tăng, corectơ nghịch điều
chỉnh sai: Đáng lẽ cần làm tăng UF thì lại làm UF giảm hơn. Để tránh nhợc điểm này
dùng chỉnh lu khoá CL2.
Khi UF < U1 thì iRWđk1 > ixWđk2 sẽ có một thành phần dòng điện iR chạy qua
chỉnh lu CL2 do đó có:
iRWđk1 = ixWđk2
Nhờ có CL2 mà sức từ động tổng của KĐTII là đờng nét đứt nằm ngang.
Trong corectơ nghịch, ngời ta điều chỉnh cho điểm tơng ứng với UFđm nằm về phía
bên phải điểm A (hình 6 -16).
(iW)II
0
UFđm
54
UFđm
0
UF
(iW)II
Hình 6 16 Đặc tính đầu ra corectơ nghịch
(iW)II
- ứng dụng: Corectơ nghịch thờng đợc
dùng với máy phát điện tuốc bin nớc. Vì
khi máy phát bị mất phụ tải đột ngột thì U F
sẽ tăng.
Cũng có thể dùng đồng thời cả
corectơ thuận và corectơ nghịch. Đặc tính
đầu ra của corectơ tổng hợp nh hình 6-17.
Thuận
UF
Tổng hợp
Nghịch
Hình 6 17 Đặc tính của corectơ tổng hợp
6.2.5. Điều chỉnh và phân phối công suất phản kháng giữa các máy phát điện
làm việc song song.
1. Đặt độ dốc của đặc tuyến điều chỉnh.
Khi các máy phát điện làm việc song song để có thể phân bố công suất giữa các
máy phát một cách ổn định đặc tuyến điều chỉnh điện áp của máy phát theo dòng điện
stato phải có một độ dốc dơng nhất định (H6.18a). Để tạo nên độ dốc này có thể đa
thành phần điện áp tỷ lệ với dòng điện stato vào điện áp đầu vào U TĐK của máy tự
động điều chỉnh kích từ.
UTĐK = U + IR
b)
a)
U
U0
UA
R
Udđ
TN
*
UTĐK = U + IR
BI
*
c)
Ip
UTĐK
BU
*
IA
Ia
A
IaR
B
Idđ I
C
U
U
U
IAR
UB
C
TĐK(a);
BC Sơ đồ đấu dây
Hình 6.18: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) dơng của đặc tính điều chỉnh
điện áp
(b) và đồ thị véc tơ (c)
Trên hình 6.18b và c trình bày sơ đồ đấu dây và đồ thị véc tơ tơng ứng. Cần lu ý
đến cực tính của các cuộn dây BI và BU cũng nh việc chọn tổ hợp giữa dòng và áp đặt
vào TĐK. Nếu chọn dòng điện của một pha nào đó (chẳng hạn I A) thì điện áp sẽ là điện
áp dây của hai pha kia (U BC). Từ hình 6.18c có thể nhận thấy rằng, thành phần phản
kháng của IP của dòng điện stato sẽ có ảnh hởng quyết định đến việc thay đổi trị số của
điện áp đầu vào UTĐK của máy điều chỉnh kích từ.
Khi dòng điện stato tăng lên thì điện áp đầu vào của TĐK cũng tăng theo, TĐK
sẽ cảm nhận nh điện áp ở đầu cực máy phát tăng và sẽ tác động theo hớng giảm bớt
điện áp, tạo nên độ dốc dơng của đặc tuyến điều chỉnh.
Thành phần điện áp do dòng điện stato đặt vào bộ phận đo lờng của TĐK ở chế
độ làm việc danh định bằng:
U R = R.I dd F / n I ,
trong đó: R - điện trở mắc ở phía thứ cấp của máy biến dòng,
Idd dòng điện danh định của máy phát, n1 tỷ số biến của máy biến dòng.
55
Hệ số phụ thuộc (độ dốc) của đặc tính điều chỉnh có thể đợc xác định gần đúng
theo công thức sau:
U R cos
kc
kc
U dd / nu
.100%,
R.I dd . cos nu
.
.100%
U dd
nI
trong đó: - góc lệch pha giữa dòng điện và áp đợc đa vào bộ phận đo lờng của
TĐK (hình 6.18c),
Udd - điện áp danh định của máy phát điện,
nu tỷ số biến đổi của máy biến điện áp.
Từ đó có thể tính đợc trị số của điện trở R tơng ứng với hệ số phụ thuộc của đặc
tính điều chỉnh cần đặt:
UR
k cU dd
n1
.
1.0nu 1dd cos
Hệ số kc thờng đợc điều chỉnh trong khoảng kc = 3 4 %
U
U
a)
U0
U02
R1
2
U01
R2
1
R1> R2
Idđ
b)
I
I
I1 thay đổi hệ số phụ
I2 thuộc (a) và
Hình 6.19. Thay đổi các đặc tính điều chỉnh điện áp bằng cách
dịch chuyển (tịnh tiến) đặc tính điều chỉnh (b)
Vì vậy, khi R có trị số càng lớn thì hệ số phụ thuộc k c càng lớn và mức độ phụ
thuộc của điện áp đầu cực máy phát vào dòng điện stato càng cao (hình 6.19a). Để giữ
điện áp đầu cực máy phát điện không thay đổi thành phần điện áp từ BU đặt vào bộ
phận đo lờng để thay đổi UTĐK bằng biến trở hoặc biến áp tự ngẫu đặt ở phía thứ cấp
của BU (hình 6.20b).
Khi thay đổi trị số đặt của điện áp, đặc tính điều chỉnh sẽ bị dịch chuyển nh ng
hệ số phụ thuộc sẽ không thay đổi (hình 6.19b).
Nếu đổi chiều dòng điện qua điện trở đặt R (hình 6.20b) điện áp đặt vào bộ
phận đo lờng của TĐK sẽ bằng.
UTĐK= U- IR.
Đặc tính điều chỉnh sẽ có độ dốc âm ( k c <0 ) đôi khi còn đợc gọi là đặc tính
điều chỉnh khác thờng.
56
2. Điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp trên thanh cái nhà máy
điện bằng thiết bị TĐK.
b)
a)
U
R
*
BI
U0
*
TN
Ip
UTĐK
A
B
Idđ I
IA
Ia
BU
* *
UTĐK = U - IR
c)
UA
C
IaR
UC
UTĐK
IpR
UB
I AR
Hình 6.20: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) âm của đặc tính điều chỉnh điện áp (a);
Thiết bị TĐK của máy Sơ
phát
điệndây
có(b)thể
đồ đấu
và làm
đồ thịviệc
véc tơvới
(c) đặc tính điều chỉnh phụ
thuộc hoặc độc lập.
Với đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc (hình 6.19a) mỗi trị số của điện áp trên cực
máy phát UF tơng ứng với một trị số xác định của thành phần phản kháng I P của dòng
điện stato (hoặc công suất phản kháng tơng ứng).
Phơng trình của đặc tuyến điều chỉnh hình 6.19a có dạng:
UF = U0 KcIp
Hoặc dới dạng các số gia (độ lệch):
UF + kcIp = 0
Vế trái có thể xem nh tín hiệu đầu vào của TĐK với đặc tính điều chỉnh tự nhiên
không phụ thuộc ở cuối quá trình điều chỉnh với trị số U 0 không đổi. Trị số đặt U0 có
thể đợc điều chỉnh bằng tay hoặc tự động.
Hệ số phụ thuộc kc của đặc tính điều chỉnh có thể tính trong hệ đơn vị có tên
(kV/kA) hoặc bằng %.
kc =
hoặc
U F
, kV / kA
I P
kc % =
U F *
I P*
.100 =
U F * I Fdd
I
.
.100 = kc Fdd .100
U Fdd I P
U Fdd
Điện áp trên thanh góp của nhà máy điện gồm nhiều máy phát điện làm việc
song song và phân bố công suất phản kháng giữa các máy phát điện phụ thuộc vào tác
động phối hợp giữa TĐK của các máy phát điện.
Sau đây sẽ đề cập đến một số phơng pháp thờng gặp để điều chỉnh công suất
phản kháng và điện áp giữa các máy phát điện làm việc song song lên thanh góp chung
của nhà máy điện.
a. Điều chỉnh theo đặc tuyến có độ phụ thuộc d ơng. Phơng pháp đơn giản
nhất để điều chỉnh điện áp trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công suất phản
kháng giữa các máy phát nối với thanh góp là điều chỉnh ở tất cả các máy có TĐK với
đặc tính đợc chỉnh định với hệ số phụ thuộc dơng.
Vì độ biến thiên điện áp trên thanh góp giống nhau cho tất cả máy phát nên phơng trình đặc trng cho quan hệ điều chỉnh của một máy thứ i nào đó có thể việt dới
dạng:
U + kciIpi = 0; i = 1, n
Chia mỗi phơng trình cho kci và cộng n phơng trình lại ta có:
1
U +
n
1
i =1 kci
n
I
i =1
pi
=0
57
Thay U từ phơng trình này vào phơng trình điều chỉnh của các máy i và k ta có:
n
1
I pi =
kci
I pi
I pk
I
pi
kcNMD
I pNMD
1 kci
i =1 k ci
i =1
n
k ck
k ci
=
Nh vậy, khi sử dụng phơng pháp này điện áp trên thanh góp nhà máy điện đợc
điều chỉnh với hệ số phụ thuộc dơng:
kcNMD =
1
n
1
k
i =1
ci
còn phụ tải phản kháng phân bố tỉ lệ nghịch với các hệ số phụ thuộc tơng ứng.
Trờng hợp có hai máy phát điện làm việc song song với các đặc tính điều chỉnh
1 và 2 (hình.6.21a) ta có:
IPNMĐ = IPI + IP2
UF1 = UF2 = UF
Khi phụ tải của nhà máy điện thay đổi một lợng UNMĐ sẽ làm giảm điện áp một
lợng U và sự phân bố dòng điện phản kháng giữa các máy phát cũng thay đổi.
Để khôi phục lại điện áp đầu cực máy phát chẳng hạn bằng điện áp danh định
UFdđ có thể dịch chuyển đặc tính điều chỉnh của một máy phát điện nào đó ( chẳng hạn
U
U
b)
a)
1
Udđ
2
U
1
Udđ
2
Ip1
Ip
Ip2
Ip2
+Ip
-Ip
Ip2
Ip1
2
Ip
Ip1
Ip
Ip2
đặc tính của máy 2 trên hình 6.21a), chỉnh định cho nó làm việc ở chế độ độc lập. Máy
phát điện đợc chỉnh định ở chế độ độc lập sẽ tiếp nhận toàn bộ sự biến động công suất
Hìnhnhà
6.21máy
Đặc tuyến
có là
hệ số
phụ thuộc
kc >0khả
(a) và
kc <0mang
(b) công suất
phản kháng của
điện điều
( tấtchỉnh
nhiên
trong
giới hạn
năng
của nó ).
Khi có nhiều máy phát đựoc chỉnh định ở các chế độ độc lập hoặc có đặc tuyến
điều chỉnh với hệ số phụ thuộc âm cùng nối lên thanh góp chung thì cần phải có một
thiết bị riêng để tự động điều khiển việc phân bố công suất ( dòng điện ) phản kháng
giữa các máy phát điện. Chẳng hạn, khi có hai máy phát điện với đặc tuyến điều chỉnh
có hệ số phụ thuộc âm cùng nối với thanh góp ( hình.6.21b) thì sự phân bố ban đầu của
dòng điện phản kháng I P01 và I P0 2 giữa hai máy phát sẽ không ổn định.
Ví dụ khi có một biến động ngẫu nhiên nào đó của công suất (dòng điện) phản
kháng, ở máy 1 dòng điện phản kháng giảm 1 lợng -IP còn ở máy 2 tăng +IP, tổng
dòng điện phản kháng của hai máy phát không thay đổi nên điện áp trên thanh góp sẽ
không thay đổi. Theo đặc tính làm việc của mình thiết bị TĐK máy 1 sẽ tác động giảm
kích từ, còn máy 2 tăng kích từ kéo theo sự biến động của dòng điện phản kháng giữa 2
58
máy càng lớn: máy 1 tiếp tục giảm IP1, còn máy 2 tiếp tục tăng IP2, quá trình này làm
cho sự phân bố dòng điện phản kháng giữa hai máy trở nên không ổn định.
Nếu các máy phát nối lên thanh góp chung qua máy biến áp tăng thì có thể sử
dụng thiết bị TĐK với đặc tính độc lập hoặc hệ số phụ thuộc âm. Thật vậy, điện áp trên
thanh góp bằng:
U = UF IPxB
trong đó:
UF và IP là điện áp và dòng điện phản kháng của máy phát đợc tính đổi
về phía cao áp của máy biến áp;
xB - điện kháng của máy biến áp.
Nếu TĐK của máy phát đợc chỉnh định ở chế độ độc lập (U F = const) thì đặc
tuyến điều chỉnh của bộ máy phát điện máy biến áp sẽ có hệ số phụ thuộc dơng, là:
UF = U0 + KcIp
Khi ấy điện áp trên thanh góp bằng:
U = (U0 + KcIp)N - IPxB
= U0 + KcNIP - IPxB
= U0 (xB Kc)IP
trong đó:
N - hệ số biến đổi của máy biến áp
Máy điều chỉnh kích từ khi làm việc sẽ bù một phần điện áp giáng trong máy
biến áp. Phân bố công suất phản kháng tỷ lệ nghịch với đại lợng (xB Kc).
b. Dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc d ơng. Phơng trình của
đặc tuyến điều chỉnh của máy phát điện có dạng;
UF = Ud kcQF
Trong đó:
QF công suất phản kháng của máy phát điện
kc hệ số phụ thuộc của đặc tuyến điều chỉnh theo công suất
phản kháng Q
Ud - điện áp đặt của máy phát điện khi QF = 0
Nếu giữ Ud = U0 = const thì điện áp trên thanh góp của nhà máy điện sẽ giảm
khi công suất phản kháng tăng.
Đã biết rằng trong nhiều trờng hợp khi tiêu thụ công suất tác dụng tăng, tiêu thụ
công suất phản kháng cũng tăng (cos = const ), và do đó tổn thất điện áp trên lới điện
tăng theo. Nh vậy khi tăng công suất tác dụng cần phải tăng điện áp trên thanh góp của
nhà máy điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ trong giới hạn cho phép.
Khi điều chỉnh điện áp theo phơng pháp dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ
phụ thuộc dơng, trị số của điện áp đặt U d không giữ cố định mà sẽ tự động thay đổi
theo quan hệ.
Ud = U0 + kP
Trong đó: P công suất tác dụng của máy phát điện; k hệ số tỷ lệ (không
đổi).
Khi ấy đặc tính điều chỉnh điện áp của máy phát điện theo công suất phản
kháng vẫn có độ phụ thuộc dơng để đảm bảo phân bố ổn định phụ tải phản kháng giữa
các máy phát, nhng khi phụ tải tác dụng thay đổi, đặc tính điều chỉnh sẽ đợc tự động
dịch chuyển. Nếu phụ tải tác dụng P 1 tơng ứng với dải thay đổi công suất phản kháng
Q1, còn P2 tơng ứng với Q2 thì khi tổng công suất tác dụng thay đổi, điện áp trên
thanh góp nhà máy điện không vợt ra khỏi vùng gạch chéo trên đồ thị hình 6.22, nghĩa
U điều chỉnh khác thờng và phân bố công suất phản kháng theo tỷ lệ
là đảm bảo đợc việc
giữa các tổ máyUphát
điện. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng khi cos const.
d2
Ud1
2
2
1
Ud0
2
1
P2 > P1
P1 > 0
Q1
P=0
Q2
QNMĐ
Q1
Q2
Hình 6.22 Điều chỉnh điện áp theo phơng59
pháp dịch chuyển đặc tuyến điều
chỉnh với hệ số phụ thuộc dơng
c. Điều chỉnh theo tỷ phần phụ thuộc: Đợc sử dụng để điều chỉnh điện áp
theo quan hệ độc lập hoặc khác thờng trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công
suất phản kháng theo tỷ lệ giữa các nhà máy phát điện.
Quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện theo phơng pháp này khi điều chỉnh
theo quan hệ độc lập đợc thực hiện theo biểu thức sau:
n
U i + kci (QFi i QFk ) = 0;
i = 1, n
k =1
Trong đó: Ui = UFi U0 - độ lệch điện áp của máy phát khỏi giá trị U0 cho trớc;
i tỷ phần tham gia của máy phát điện thứ i trong cần bằng tổng công suất
phản kháng của nhà máy
n
n
k =1
i =1
QFk ; i = 1
kci hệ số phụ thuộc của đặc tuyến điều chỉnh máy phát điện thứ i.
Chia mỗi phơng trình của tổ máy cho hệ số phụ thuộc S i và cộng các phơng
trình trong điều kiện U1 = U2... = Un = U, ta nhận đợc:
n
n
n
1
+ (1 i ) QFk = 0
k =1 kci
i =1
k =1
U
Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi U = 0, vì rằng
n
i =1
i
= 1 vằ Kci >0 , công
n
suất phản kháng của máy phát th i ở cuối quá trình điều chỉnh : QF1 = i QFk
k =1
TĐK của mỗi máy phát điện sẽ điều chỉnh điện áp theo độ chênh lệch của công
suất phản kháng thực tế QFi so với trị số công suất phản kháng theo tỷ phần đã đợc
n
phân i QFk .Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi :
k =1
n
QFi = QFi -
i QFk
k =1
=0
Vế phải của phơng trình phản ánh quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện có
thể đợc xem nh tín hiệu đầu vào của mỗi thiết bị TĐK của máy phát điện tơng ứng .
Quá trình điều khiển đợc diễn ra nh sau: Khi công suất phản kháng thay đổi,
điện áp trên thanh góp nhà máy điện lệch khỏi giá trị cho trớc và tất cả các TĐK bắt
đầu làm việc, theo độ lệch U. Chúng thay đổi dòng điện kích từ và công suất phản
kháng của máy phát điện sao cho điện áp trên thanh góp khôi phục lại giá trị ban đầu.
Công suất phản kháng đợc phân phối giữa các máy phát điện theo tín hiệu QFi cho
đến khi độ lệch này trở lại bằng không ( nghĩa là mỗi máy phát đã nhận đủ tỷ phần của
mình trong lợng công suất phản kháng tổng của toàn nhà máy ). Khi ấy tác động điều
chỉnh sẽ không còn nữa và hệ thống điều chỉnh điện áp trở lại trạng thái cân bằng.
6.3. Tự động điều chỉnh điện áp ở trạm biến áp
1. Khái niệm về điều chỉnh điện áp ở trạm biến áp.
Điện áp ở đầu ra của máy biến áp có thể điều chỉnh đợc bằng cách thay đổi tỷ
số biến của máy biến áp, tức thay đổi số vòng của các cuộn dây máy biến áp. Việc thay
đổi này có thể thực hiện bằng tay khi máy biến áp không mang điện hoặc tự động khi
máy biến áp đang mang tải (còn gọi là tự động điều chỉnh điện áp dới tải).
60
Tự động điều chỉnh điện áp dới tải không làm gián đoạn cung cấp điện trong
quá trình thay đổi đầu phân áp. Khi chuyển từ đầu phân áp này sang đầu phân áp khác
để không làm hở mạch, phải có một thời đoạn quá độ), tuy rất ngắn, cả hai vị trí đấu
phân áp cạnh nhau để đợc nối với mạch ngoài (phụ tải). Để không gây ngắn mạch giữa
các vòng dây nối với hai đầu phân áp này ngời ta phải đa vào mạch một điện trở (hoặc
ít gặp hơn - một điện kháng) để hạn chế các dòng điện. Thông thờng cuộn dây điều
chỉnh đợc bố trí ở phía cao áp, với số vòng dây nhiều hơn và dòng điện thấp hơn thuận
lợi hơn cho việc chế tạo thiết bị chuyển đổi đầu phân áp.
Đối với cuộn dây dấu hình sao, việc thay đổi phân áp đợc thực hiện ở phía trung
điểm, ở đó điều kiện cách điện đối với cuộn dây và thiết bị chuyển đổi đầu phân áp nhẹ
nhàng hơn. Thiết bị đổi nối của cả 3 pha có thể đặt chung trong một hộp, gọn và giá rẻ
hơn.
Với các máy biến áp có cuộn dây nối tam giác và phần lớn máy biến áp tự ngẫu
thờng phải sử dụng thiết bị đổi nối riêng cho từng pha với bộ điều khiển chung cho cả 3
pha.
Riêng đối với MBA tự ngẫu tùy theo chức năng của nó trong hệ thống ngời ta
phân biệt khả năng điều chỉnh điện áp:
- Máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc, giữa hai hệ thống với hai cấp điện
áp khác nhau, thỉnh thoảng phải điều chỉnh điện áp giữa hai hệ thống.
- Máy biến áp tự ngẫu chuyên dùng cho một số phụ tải đặc biệt nối với điện áp
thấp phía thứ cấp với giới hạn điều chỉnh điện áp rất rộng nh các lò điện, các bộ chỉnh
lu dùng cho điện phân, giao thông điện...
- Máy biến áp tự ngẫu để cung cấp điện áp thấp cho các tác động cơ điện lớn khi
khởi động .
Có nhiều phơng án đấu nối các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu tuỳ theo mục
đích điều chỉnh điện áp (hình 6.23).
Phơng án điều chỉnh phía trung điểm ( hình 6.23a) có u điểm là bộ đổi đầu phân
áp làm việc trong vùng điện áp thấp nhng làm tăng kích thớc của máy biến áp, thờng
chỉ sử dụng khi điện áp của máy biến áp rất cao và giới hạn điều chỉnh hẹp .
Khi điện áp thấp thay đổi, điện áp cao cố định tuỳ theo giới hạn điều chỉnh ngời
ta sử dụng một trong các phơng án 6.23b, 6.23c. Trong trờng hợp ngợc lại khi điện áp
thấp cố định, ngời ta sử dụng các phơng án 6.23d ,6.23e, bộ đổi đầu phân áp luôn đặt ở
phía điện áp thấp .
Bộ đổi đầu phân áp có thể dcó từ 9 đến 35 đầu phân áp, giới hạn điều chỉnh có
U1
U1
U1
U2
U2
a)
U2
c)
b)
U1
U1
U2
U2
thể đến 20 - 30% điện áp danh định, mỗi nấc điều chỉnh từ 1 đến 2,5 . Ta có:
d)
e)
61
hình 6.23. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp tự ngẫu
Udc = .U
trong đó:
Udc - Giới hạn điều chỉnh điện áp;
n số nấc điều chỉnh về một phía (tăng hoặc giảm);
U - điện áp của mỗi nấc điều chỉnh.
Cùng một giới hạn điều chỉnh điện áp Udc khi tăng số nấc điều chỉnh n, bớc
nhảy U của mỗi nấc điều chỉnh giảm, nghĩa là có thể điều chỉnh tinh hơn, nhng kết
cấu bộ đổi đầu phân áp khi ấy sẽ phức tạp hơn.
2.Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp.
Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp làm việc với hai thông số cơ bản: phạm
vi (giới hạn) điều chỉnh và thời gian tác động (thời gian trễ).
Phạm vi điều chỉnh điện áp trong quá trình vận hành còn đợc gọi là vùng không
nhậy của thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải. Thiết bị tự động điều chỉnh
với thời gian vợt quá trị số đặt trớc.
Thời gian trễ cần thiết để ngăn chặn tác động chuyển đầu phân áp khi có những
dao động điện áp ngắn hạn. Thời gian này thờng chọn khoảng:
tAU = 1 - 3 phút.
Cũng có những loại thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải của máy biến
áp hai cuộn dây trình bày trên (hình 6.24).
Tín hiệu đầu vào đợc lấy từ máy biến điện áp BU trên thanh góp phía phụ tải
của trạm biến áp và từ máy biến dòng điện BI đặt ở mạch dòng điện tổng của trạm.
Bộ phận đo lờng độ lệch điện áp U của máy điểu chỉnh có thể phản ứng theo:
- Trị số điện áp tại nơi đặt máy điều chỉnh;
- Trị số điện áp tại nơi đặt máy điều chỉnh có hiệu chỉnh theo trị số điện áp
giáng trên đờng dây từ trạm biến áp đến thanh cái của hộ tiêu thụ (bù dòng điện).
Khi điện áp đặt vào bộ phận đo lờng vợt khỏi vùng không nhậy của máy điều
chỉnh, thiết bị tự động chuyển đầu phân áp thông qua các khâu khuếch đại U(-) hoặc
U(+) với thời gian trễ đặt trớc sẽ gửi tín hiệu đi đến bộ truyền động để Tăng hoặc
Giảm điện áp đợc điều chỉnh.
Khi điện áp đợc điều chỉnh nằm trong giới hạn vùng không nhậy Ukn các khâu
khuếch đại U(-) hoặc U(+) sẽ không tác động.
Việc thay đổi đầu phân áp có thể thực hiện tại chỗ (tủ điều khiển gắn với máy
biến áp) từ phòng điều khiển trạm hoặc từ trung tâm điều độ lới điện, thao tác bằng tay
hoặc thông qua hệ thống truyền động điện.
Khi điều khiển thay đổi đầu phân áp bằng tín hiệu điện, hệ thống điều khiển
phải đợc thiết kế sao cho mỗi xung điều khiển chỉ thay đổi đợc một nấc phân áp.
Việc lựa chọn phơng thức điều khiển (tại chỗ, từ phòng điều khiển trạm hoặc từ
khả năng điều khiển chuyển đầu phân áp đồng thời từ nhiều nơi khác nhau. Trong quá
trình chuyển đổi đầu phân áp đèn tín hiệu ở phòng điều khiển trạm sẽ sáng. Vị trí đầu
phân áp đang sử dụng đợc hiển thị bằng cơ hoặc điện thông qua hệ thống tiếp điểm phụ
đèn tín hiệu.
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp
BI
BIG
U
U(+)
U(-)
tU
Giảm
Tăng
Đến bộ chuyển
đổi đầu phân áp
tU
BUG
62
Hình 6.24: Sơ đồ nguyên lý thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải
của máy biến áp 2 cuộn dây.
Khi có hai hoặc nhiều máy biến áp làm việc song cần phải có hệ thống liên
động giữa các bộ chuyển đổi đầu phân áp để đảm bảo điều kiện phân bố công suất
phản kháng giữa các máy biến áp. Khi vị trí đầu phân áp của các máy biến áp khác
nhau hệ thống cảnh báo (đèn, chuông) sẽ hoạt động. Nếu việc điều chỉnh đầu phân áp.
đợc thực hiện tự động thì có thể không cần tổ chức liên động giữa các bộ truyền động
chuyển đầu phân áp, tuy nhiên trong khâu đo lờng của thiết bị tự động điều chỉnh đầu
phân áp phải có bộ phận chọn đầu phân áp cho từng máy theo điều kiện cực tiểu hoá
dòng điện phản kháng qua máy biến áp. Khi ấy các máy biến áp có thể làm việc song
song với vị trí đầu phân áp khác nhau.
6.4. Điều chỉnh điện áp trong lới điện truyền tảI và phân phối
Các đờng dây tải điện nói chung có thông số phân bố rải theo dọc chiều dài đờng dây. Trong tính toán và nghiên cứu chế độ vận hành của hệ thống ngời ta thờng
thay thế gần đúng sơ đồ đờng dây với thông số rải bằng sơ đồ đẳng trị hình với
thông số tập trung (hình 6.25). Với các đờng dây có chiều dài lớn thờng đợc phân đoạn
(300 - 400 km) và mỗi phân đoạn có thể sử dụng sơ đồ đẳng trị hình để khảo sát,
tính toán.
R
U1
G
2
B
2
XL
U2
B
2
G
2
R - Điện trở tác dụng
X Cảm kháng
G - Điện dẫn tác dụng
B Dung dẫn
Về lý thuyết, tất cả các thông số dọc (R, X L) và ngang (G, B) đều có thể ảnh hởng đến chế
điệnSơápđồtrên
đờng
dây
tảicủa
điện.
Hìnhđộ6.25:
đẳng
trị hình
đờng dây tải điện
Tuy nhiên, nh đã biết, tơng quan thực tế thờng gặp giữa các thông số của đờng
dây truyền tải cho thấy các thông số cảm kháng X L và dung dẫn B cùng với đại lợng
công suất phản kháng Q tải trên đờng dây có ảnh hởng quyết định đến chế độ điện áp
trên hệ thống truyền tải.
Xét ví dụ một đờng dây tải điện có các thông số đơn vị (tính cho 1km đờng dây)
sau đây: r0 = 0,021/km; B0 = 3,39.10-61/.km; g0 = 0; Zs (tổng trở sóng) = 270. Các
thông số đẳng trị cho sơ đồ hình với các chiều dài khác nhau trình bày trong bảng
6.1. Có thể nhận thấy rằng XL >>R và G << B , ngoài ra các quan hệ R, X, G, B không
phụ thuộc tuyến tính vào chiều dài L của đờng dây. ở các trị số chiều dài lớn (L =
2000, 3000km) thành phần tác dụng của tổng trở Z có trị số âm, còn thành phần tác
dụng của tổng dẫn Y tăng đột biến do các quan hệ phi tuyến của thông số đờng dây.
Để đảm bảo phân bố điện áp trên đờng dây tải điện, đặc biệt đối với các đờng
dây dài siêu cao áp, khi công suất truyền tải trên đờng dây thay đổi cần sử dụng nhiều
63
giải pháp kỹ thuật khác nhau nh phân đoạn đờng dây và đặt thiết bị bù công suất phản
kháng ở các nút trung gian, bù cảm kháng (bù dọc) và bù dung dẫn (bù ngang) của đ ờng dây. Ngoài ra giải pháp phân pha đối với các đờng dây siêu cao áp cũng ảnh hởng
đến thông số của đờng dây và đo đó ảnh hởng đến phân bố điện áp trên hệ thống
truyền tải.
Bảng 6.1 Thông số của sơ đồ đẳng trị hình của đờng dây tải điện có chiều
dài đến 3000km
L, km
500
1000
1500
2000
3000
Z = R +j XL,
9,5 + j 139,3
13,6 + j 240
9,2 + j 273,5
-3,3 + j 230
-32,2 - j 21
Y = G + j B, 10-41/
0,018 + j 10,1
0,173 + j 21,8
0,283 + j 38,0
3,780 + j 67,3
436,0 - j282,8
6.4.1. Phân đoạn đờng dây và điều chỉnh điện áp tại các nút.
Nh đã biết, đối với các đờng dây siêu cao áp tải điện đi xa, giới hạn về khả năng
tải Pgh theo điều kiện vận hành hệ thống nh đảm bảo ổn định, chế độ giới hạn tải cho
phép theo điều kiện phát nóng của dây dẫn.
Chẳng hạn đối với đờng dây tải điện trên không ở cấp điện áp siêu cao 330 1150kV với số lợng dây phân pha là n, mỗi dây dẫn có tiết diện tối đa là 500mm 2 (tơng
ứng với dòng điện tải cho pháp Icp theo điều kiện phát nóng là 945A) có công suất tải
cho phép Pcp theo phát nóng dây dẫn và công suất tự nhiên P tn cho trong bảng 2.3 đợc
tính theo các công thức:
(2.18)
Pcp = n 3U d đ .I cp .cos
Ptn =
U dd2
ZS
(2.19)
Trong đó: Udd- điện áp danh định của đờng dây; cos = 0,9; ZS tổng trở sóng
của đờng dây: (n = 4) ZS 270 .
Từ số liệu của bảng 2.3 có thể nhận thấy rằng đối với các đờng dây trên không ở
các điện áp khác nhau trị số tơng đối của công suất tải cho phép P *cp theo điều kiện
phát nóng so với công suất tự nhiên P tn rất gần nhau (nằm trong khoảng (2,54-2,74)) và
có thể lấy trung bình.
P*cp = 2,64
Trên hình 2.19 trình bày quan hệ giữa khoảng cách truyền tải L với công suất tải
cho phép P*cp theo phát nóng và theo giới hạn của đặt tính ổn định (đặc tính góc) P*gh.
Bảng 6.2
Trị số tơng đối của công suất tải cho phép theo phát nóng của đờng dây tải điện
siêu cao áp
Udd(kV)
330
500
750
1150
N
2
3
5
8
Pcp,MW
972
2210
5524
13552
Ptn,MW
355
869
2066
5153
2,74
2,54
2,67
2,63
P
P*cp= cp
Ptn
(cũng tính trong hệ đơn vị tơng đối so với công suât tự nhiên Ptn) trong điều kiện
giữ điện áp ở hai đầu đờng dây bằng nhau và bằng điện áp danh định.
64
Hình 6.26: Xác định chiều dài phân đoạn giới hạn lgh của đờng dây truyền tải.
Từ hình 6.26 có thể nhận thấy rằng với chiều dài truyền tải từ 1250 đến 1500
km công suất giới hạn theo đặc tính góc cân bằng công suất tự nhiên (P *gh = 2,64). Khi
giảm khoảng cách truyền tải P*gh tăng nhanh và sẽ bằng 2Ptn ở L 500 km.
ở chiều dài Lgh 370 km giới hạn truyền tải theo đặc tính góc P gh bằng công
suất tải cho phép phát nóng P cp. Điểm giao nhau giữa 2 đặc tuyến P *gh và P*cp tơng ứng
với Lgh chia khoảng cách truyền thành 2 miền: Khi L Lgh điều kiện quyết định khả
năng tải của đờng dây xác định theo đặc tính góc (điều kiện ổn định) của công suất
truyền tải.
Nh vậy, đối với khoảng cách truyền tải lớn, nếu đờng dây đợc chia thành nhiều
phân đoạn với chiều dài mỗi phân đoạn bằng Lgh và đặt phơng tiện điều chỉnh công
suất phản kháng tại các nút để giữ điện áp gần điện áp danh định thì về lý thuyết có thể
nâng giới hạn tải của đờng dây đến trị số cho phép phát nóng.
6.4.2 Bù dung dẫn của đờng dây (bù ngang)
Trong chế độ không tải hoặc non tải dòng điện điện dung chạy qua dung dẫn
của đờng dây tạo nên một lợng công suất phản kháng Qc bơm vào đờng dây:
Công suất phản kháng Qc U2 . . C. 1 (MVAR),
trong đó: Udd - điện áp danh định của đờng dây, kV;
- tần số danh định, radian/giây;
C - điện dung đơn vị của i km đờng dây, F/km;
L chiều dài của đờng dây, km.
Với điện áp siêu cao lợng công suất phản kháng do đờng dây phát ra rất lớn.
Chẳng hạn, với đờng dây 500 kV, công suất phản kháng do 1 km đờng dây phát ra
khoảng 1MVAR/km. ở chế độ không tải lợng công suất phản kháng này có thể gây
quá áp nguy hiểm ở đầu đờng dây bị hở mạch.
Để minh hoạ, ta giả thiết dung dẫn của đờng dây đợc đặt tập trung ở đầu cuối đờng dây bị hở mạch (hình 6.27a). ở chế độ không tải dòng điện chạy trên đờng dây là
dòng điện dung Ic có góc pha vợt trớc điện áp U2 ở cuối đờng dây 900. Điện áp giáng
U trên đờng dây làm cho điện áp U1 ở đầu đờng dây bé hơn nhiều so với điện áp U 2 ở
U2đờng dây đợc nối với
cuối đờng dâya)(đồ thị vectơ trên hình.6.27b). Nếu đầu
b)nguồn có
Không bù
U1 =Udd thì
điện
áp
cuối
đờng
dây
U
>>
U
(hình
6.27c).
2
dd
X
U
R
2
Để 1khử ảnh hởng
của LmộtUdung
dẫn đờng dây, giảm mức quá áp ở cuối
đờng
Có đặt
dây ta có thể đặt tại dây một kháng điện K còn đợc gọi là kháng bù ngang. Điện
khángcảm
bù
ngang pha
Lk của kháng bù ngang khi đặt dới điện áp sẽ tạo nên dòng điện cảm ứng LL ngợc
với dòng điện dung IC của dung dẫn đờng dây. Kết
quả là trên đờng dây không tải sẽ có
U1 =Udđ
I
dòng điện (Ic IL) << Ic,điện áp
C giáng U I= (Ic IL). Z sẽ bé hơn và chênh lệch điện
áp giữa U1 và U2 sẽ giảm đi (hình 6.27b). L
Tơng quan giữa IL và Ic hay giữa công suất của kháng bù ngang Q k và công suất
do điện dung của đờng dây phát ra Qc đợc gọi là hệ số bù ngang KL:
KL =
Qk
.100%
Qc
0
I
Tuỳ theo kết cấu của kháng điện và cách đấu nối kháng điện vào đờng dây mà
ta có thể có hệ số bù ngang cố định
I hoặc thay đổi.
Nếu công suất của khángC điện không thay đổi
và đấu cứng vào đờng dây
j(IL
jI
X
(không qua máy cắt điện) thì hệ số bù ngang
sẽ
không
thay
đổi hay còn gọi là bù cố
U1
c L
Ic)XL
định.
IR
c)
c
U1
(IL Ic)R
U2
IL
65
Hình 6.27. Quá điện áp trên đờng dây truyền tải trong chế độ không tải
a) Sơ đồ đẳng trị ; b) Đồ thị véctơ ; c) Điện á ở đầu đờng dây bị hở mạch
Nhợc điểm của phơng pháp bù cố định là không thể giữ điện áp tại nút bù không
thay đổi khi chế độ tải công suất của đờng dây thay đổi. Để có thể điều chỉnh điện áp
tại các nút bù luôn nằm trong giới hạn cho phép khi công suất tải trên đờng thay đổi (từ
không tải P = 0 đến tải cực đại P = P max) cần thay đổi dung lợng của thiết bị bù. Dung lợng của thiết bị bù ngang có thể thay đổi nhẩy cấp hoặc liên tục. Khi điều khiển nhẩy
cấp các kháng và tụ bù ngang đợc chia thành nhiều nhóm (có thể đến 3 4 nhóm) và
đầu vào nút bù thông qua thiết bị đóng cắt. ở chế độ không tải cả các kháng đợc đóng
vào đờng dây, tất cả các tụ đợc cắt ra. Khi công suất tải càng tăng sẽ lần lợt cắt kháng
điện ra khỏi đờng dây và đa dần các nhóm tụ điện vào. ở chế dộ tải cực đại tất cả các tụ
điện đợc đóng vào còn tất cả kháng điện đợc cắt ra.
Ngày nay công nghiệp đã có thể chế tạo các máy bù tĩnh (SVC Static VAR
empensator) với công suất bù có thể điều chỉnh liên tục trong giới hạn. . Tụ điện và
kháng bù trong máy bù tĩnh đợc đấu song song vào nút bù qua các bộ van thyristor. Bộ
van thyristor trong mạch tụ điện làm nhiệm vụ nh một thiết bị đóng cắt không có tiếp
điểm (TSC thyristor sithched capacitor), còn bộ van thyristor trong mạch kháng
điện làm nhiệm vụ điều khiển dòng điện qua kháng điện (thyristor controled reactor TCR). Tùy thuộc vào Pgóc
mở của thyristor biên độ của sóng cơ điện sẽ thay đổi.
T
6.4.3. Bù cảm X
kháng
của Iđờng dây (bù dọc).
Xáp
R
C
L
Nếu
có
thể
giữ
điện
tại nút luôn
U1
U1 U dd thì công suất
U2 bằng điện áp danh định
truyền tải quan hệ với góc truyền tải và tổng trở Z của đờng dây theo biểu
thức:jI (XL-XC)
jI X
G
2
U dd2
sin
U1
Z
0
U dd2
0 P=
= Pgh - công suất truyền tải đạt trị số Ugiới
Khi = 90 ,
hạn.
IR
2
Z
B
2
P=
G
2
B
2
L
b)
I
Từ đó có thể thấy công suất truyền tải giới hạn theo điều kiện ổn định tỷ lệ
nghịch với tổng trở đờng dây (trong đó chủ yếu là cảm kháng đờng dây). Đối với các
a) số cảm kháng X của đờng dây lớn ảnh hởng
đờng dây dài trị
Có bùhàng
dọc loạt chỉ tiêu
P xấu đến
kinh tế kỹ thuật quan trọng của đờng dây nh giảm khả năng tải cho phép, làm tăng góc
truyền tải, giảm hệ số dự trữ về ổn định, tăng tổn thất điện áp, tổn thất công suất c)
và
điện năng trên đờng dây.
Hình 6.28: Bù dọc:
a. Sơ đồ đẳng trị hình của đờng dây truyền tải có bù dọc:
b. Đồ thị vectơ
c. Đặc tính công suất theo điều kiện ổn định
66
P T
Không bù
PT
0
gh
900
1800
Để giảm ảnh hởng của cảm kháng XL đối với các đờng dây dài ngời ta có thể đặt
các bộ tụ điện nối tiếp (bù dọc) vào đờng dây. Đặt thiết bị bù dọc với dung kháng X C
nối tiếp vào đờng dây (hình 6.28a) làm giảm điện kháng của đờng dây xuống còn (XL XC), giảm thành phần phản kháng của tổn thất điện áp xuống còn
jI (XL - XC) (hình 6.28b), tăng công suất truyền tải giới hạn đến Pgh = U2dd / (XL - XC)
và giảm góc truyền tải đến (hình 6.28c) .
Một tác dụng quan trọng nữa của các bộ tụ bù dọc là dòng điện tải chạy qua tụ
sẽ phát ra một lợng công suất phản kháng bù lại phải tổn thất trên cảm kháng của đờng
dây do đó làm giảm tổn thất công suất và điện năng trong các hệ số bù dọc K c.
KC =
XC
.100%
XL
XL cảm kháng của đờng dây, ;
XC dung kháng của thiết bị bù dọc, .
Về lý thuyết có thể chọn KC trong giới hạn:
0 KC 1,
thực tế thờng chọn: 0,25 KC 0,7.
Nếu chọn KC < 0,25 hiệu quả của giải pháp bù dọc không lớn, lại làm phức tạp
thêm kết cấu của trạm, nếu chọn KC quá lớn (KC 1) có thể xảy ra hiện tợng cộng hởng tần số thấp, nguy hiểm cho rôto của máy phát điện gần nơi đặt thiết bị bù.
Với một hệ số bù KC xác định, tùy theo số lợng và vị trí đặt thiết bị bù dọc mà
phân bố điện áp trên đờng dây, khi KC = 0,5 với các phơng án bố trí thiết bị bù khác
nhau. Cũng cần lu ý rằng bù dọc là một giải pháp bắt buộc đối với các đờng dây siêu
cao áp có chiều dài lớn. Việc đặt thêm thiết bị bù dọc làm phức tạp thêm kết cấu của
trạm và đờng dây truyền tải, nói chung làm giảm độ tin cậy của hệ thống truyền tải.
6.4.4. Điều chỉnh điện áp trong lới điện phân phối.
1. Cân bằng công suất phản kháng ở các nút phụ tải:
Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng của lới điện và các phụ tải điện phải
thực hiện cân bằng công suất trong lới điện nói chung và trớc tiên là ở các nút phụ tải.
Nh đã biết, điện trở tác dụng của các phần tử lới điện thờng có trị số bé hơn
hàng chục lần so với cảm kháng, vì vậy việc tải công suất phản kháng trên lới điện sẽ
gây tổn thất điện áp lớn. Mặt khác, các thiết bị dùng điện khá nhạy cảm với sự biến
thiên điện áp của lới điện. Điều này cắt nghĩa tại sao không nên tải công suất phản
kháng qua các phần tử của lới điện mà phải cố gắng đảm bảo cân bằng công suất phản
kháng qua các phần tử của lới điện ở từng nút phụ tải lớn và ở từng cấp điện áp của lới
điện bằng các phơng tiện bù công suất phản kháng tại chỗ.
Cân bằng công suất phản kháng ở nút phụ tải đợc thực hiện trong điều kiện điện
áp tại nút đợc giữ trong giới hạn cho phép.
trong đó:
67
Do đó thông số cần phải đợc điều chỉnh để đảm bảo điều kiện cân bằng công
suất phản kháng chính là trị số điện áp ở nút phụ tải.
Quy luật đảm bảo cân bằng công suất phản kháng tại nút phụ tải có thể đợc
minh hoạ bằng đồ
thị6.29:
trênĐặc
hình
Nút suất
phụphản
tải ởkháng
đây tại
đợcnúthiểu
là thanh cái trung áp
Hình
tính6.29.
cân bằng
phụ tải
(6 35kV) của các trạm nguồn cung cấp cho lới điện phân phối. Đờng cong 1 đặc trng cho quan hệ giữa điện áp U tại nút theo công suất phản kháng Q phải nhận từ hệ
thống. Khi lợng công suất phản kháng tiêu thụ bé, nó có thể đợc cấp bằng các nguồn
tại chỗ nên điện áp ở nút phụ tải thay đổi không nhiều. Khi nhu cầu công suất phản
kháng tăng lên, nó phải đợc cấp từ các nguồn xa hơn, việc tải công suất phản kháng
qua các phần tử lới điện, nh trên đã nói gây tổn thất điện áp lớn và hệ số k c = Q/U
đặc trng cho độ dốc của quan hệ Q = f(U) của hệ thống điện sẽ giảm thấp.
Mặt khác để bù lại độ tăng của tổn thất điện áp khi phụ tải tăng, phải nâng điện
áp ở thanh cái trung áp của các trạm nguồn (điều chỉnh khác thờng) bằng tác động điều
chỉnh trong qúa trình vận hành lới điện.
Lợng công suất phản kháng tiêu thụ bởi các thiết bị dùng điện cũng phụ thuộc
vào điện áp. Các đờng cong 2 trên hình 6.29 tơng ứng với các mức tiêu thụ công suất
phản kháng khác nhau. Điểm giao nhau giữa đờng cong 1 và đờng cong 2 xác định cân
bằng công suất phản kháng tại nút phụ tải. Khi tăng phụ tải điểm cân bằng sẽ bị dịch
chuyển sang vị trí mới tơng ứng với mức điện áp tại nút thấp hơn, có thể vợt quá giới
hạn cho phép theo điều kiện làm việc bình thờng của phụ tải hoặc của hệ thống. Vì vậy
phải tác động để nâng điện áp ở nút lên bằng các dịch chuyển đờng cong 1 lên phía
trên. Việc dịch chuyển này có thể đợc thực hiện bởi hệ thống tự động điều chỉnh kích
từ của máy phát điện hoặc thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải của máy biến
áp. Kết hợp giữa hai quá trình (hình 6.30) thay đổi đặc tính của hệ thống (1 - 1' - 1')
và tăng trởng của phụ tải (2 - 2' - 2') hình thành nên quan hệ điều chỉnh 3 đặc tr ng
cho sự biến thiên của điện áp nút U theo lợng công suất phản kháng Q tiêu thụ tại nút.
2
U
2
2
3
aE
Khi điện áp thay đổi trong giới hạn rộng quan hệ Q(U) không tuyến tính. Trên
thực tế dải dao động điện áp cho phép khá hẹpE nên có thể xem quan hệ Q(U) là tuyến
tính. Ta có:
Q = QF - QT,
1
(1-a) E
trong đó:
Q thay đổi công suất phản kháng ở nút phụ tải; 1
QF thay đổi côgn suất phản kháng của nguồn 1phát;
68
Q
Hình 6.30: Đặc tính điều chỉnh điện áp ở nút phụ tải
QT thay đổi công suất phản kháng tiêu thụ bởi thiết bị dùng
điện khi điện áp thay đổi.
Từ đó:
Q* = -KC . U* - KT . U*
Với U* - độ lệch điện áp tính trong hệ đơn vị tơng đối:
U =
Q*
,
K C + KT
trong đó: KC và KT là các hệ số đặc trng cho quan hệ Q(U) cảu hệ thống (nguồn
phát) và của phụ tải.
Nếu phụ tải phản kháng không phụ thuộc vào điện áp (K T = 0) thì điện áp sẽ
biến đổi theo quan hệ:
U* = -Q*/KC
Quan hệ :
U8 / U* = KC / (KC + KT) = 1 a
Từ đó suy ra rằng khi sức điện động của nguồn thay đổi một lợng E, điện áp tại
nút phụ tải sẽ thay đổi một lợng (1 - a)E (hình 6.30). Đại lợng a đặc trng cho độ suy
giảm hiệu quả của tác động điều chỉnh điện áp.
E có thể đợc thay đổi liên tục bằng tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh
kích từ máy phát điện, bằng tác động của SVC hoặc thay đổi nhẩy cấp bằng chuyển đổi
đầu phân áp của máy biến áp điều áp dới tải hoặc đóng các bộ tụ bù tĩnh.
Khi nút phụ tải bị thiếu công suất phản kháng hệ số (1 - a) tăng và hiệu quả của
tác động điều chỉnh điện áp bị suy giảm (hình 6.31).
2. Điều chỉnh điện áp trên thanh góp các trạm phân phối hạ áp:
Các trạm phân phối hạ áp (6 35kV/0,4kV) thờng đặt máy biến áp có thể đổi
nấc điều
điện áp
ở chế
bảo điện
áptheo
trênKcực
thiết bị dùng
Hìnhchỉnh
6.31: Quan
hệ giữa
cácđộ
hệ không
số giảm tải.
hiệuĐể
quảđảm
điều chỉnh
điện áp
và K
C
điện nằm trong giới hạn cho phép ở chế độ tải cực đại phải giữ điện áp
trênT thanh góp
trạm phân phối hạ áp ở trị số cao nhất có thể (nhng không vợt quá điện áp lớn nhất cho
phép) để bù lại điện áp giáng trên đờng dây từ trạm phân phối đến phụ tải (điều chỉnh
khác thờng).
Độ lệch điện áp U theo định nghĩa:
U =
trong đó:
U U dd
.100%,
U dd
U - điện áp thực tế tại điểm khảo sát;
Udd - điện áp danh định.
Độ lệch điện áp U2 trên thanh góp hạ áp của máy biến áp phân phối đợc xác
định theo biểu thức:
U2 = U1 - UB + UB,
trong đó:
U1 - độ lệch điện áp phía sơ cấp của máy biến áp, %;
69
UB tổn thất điện áp trong máy biến áp, %;
UB lợng điện áp tăng thêm phụ thuộc vào vị t rí đầu phân áp
đã đợc đặt (khi đã cắt điện máy biến áp).
Tùy thuộc vào vị trí của máy biến áp phân phối gần hay xa trạm nguồn mà chọn
đầu phân áp thích hợp sao cho bù đợc độ lệch điện áp trong lới trung áp (U1) và thực
hiện đợc yêu cầu điều chỉnh khác thờng trong chế độ phụ tải cực đại đã nêu trên.
U2%
5
Imax
2,5
Imin
0
U1%
2,5
5
7,5
10
Các trạm gần nguồn sẽ sử dụng đầu phân áp cao nhất, càng xa nguồn đầu phân
áp đặt càng thấp. TrênHình
hình
6.32
trình
quan điện
hệ giữa
độ lệch
điện áp trên thanh góp
6.32:
Đặc
tính bày
điều chỉnh
áp ở nút
phụ tải
phân phối hạ áp U2 với độ lệch điện áp phía nguồn U1 tơng ứng với các chế độ tải
khác nhau.
3. Điều khiển đóng cắt các bộ tụ bù tĩnh:
Các bộ tụ bù tĩnh đợc sử dụng rất rộng rãi trong lới điện áp cho hộ tiêu thụ và
tăng các chỉ tiêu kinh tế trong vận hành lới điện.
Thay đổi lợng công suất phát của các bộ tụ bù tại nút phụ tải sẽ dẫn đến làm
thay đổi:
1. Tổn thất công suất và điện năng trong lới điện vì luồng công suất phản kháng
trên các đờng dây thay đổi;
2. Điện áp tại điểm đấu nối bộ tụ bù:
U = .C.xDU / U dd
xD
.Qc
U dd
trong đó: C - điện dung bộ tụ bù; x D cảm kháng của phần lới điện có luồng
công suất phản kháng thay đổi;
Qc dung lợng bộ tụ bù.
Yếu tố thứ nhất làm tăng tính kinh tế trong vận hành lới điện, còn yếu tố thứ hai
làm tăng
hiệu
6-35
kV quả của các thiết bị dùng điện.
Khi thiết kế lắp đặt và vận hành các thiết bị bù cần xem xét cả hai yếu tố nêu
trên để tính toán lựa chọn dung lợng bù hợp lý.
Itĩnh
Để điều khiển việc thay đổi dung lợng bù của b)
các bộ tụUđiện
ngời ta có thể
A
p
chọn
hai
thông
số
cơ
bản:
điện
áp
trên
thanh
góp
hạ
áp
của
trạm
và
thành
phần phản
B
a)
I
R máyĐK
kháng
của dòng điện tổng qua
biến áp (hình 6.33).
Ia
I
BI
BU
UĐK
UC
0,4kV
UB
UBC
-IaR
-IpR
C
QC
70
Hình 6.33: Sơ đồ đấu nối và đồ thị véctơ của điện áp điều khiển cắt các bộ tụ
- IR