Bộ điều chỉnh điện áp máy biến áp

Đồ án Hệ thống điệnLỜI NÓI ĐẦUTrong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đất nước. Các khu côngnghiệp, nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư, đô thị được xây dựng ngày càng nhiều.Cho nên nhu cầu sử dung điện năng là rất lớn khi đó chất lượng điện năng ngàycàng được chú ý hơn. Do đó công tác điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện làcông việc hết sức quan trọng và cần thiết cho sự phát triển công nghiệp hóa, hiệnđại hóa của khu vực cũng như của Đất nước.Do đó việc nghiên cứu, thực hiện đề tài điều chỉnh điện áp trong hệ thốngđiện là một cơ hội để chúng em hiểu biết thêm về công tác điều chỉnh điện áp lướiđiện để trang bị thêm những kiến thức phục vụ cho công tác sau này của chúng em.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 1Đồ án Hệ thống điệnChương I. GIỚI THIỆU CHUNGDuy trì điện áp bình thường là một trong những biện pháp cơ bản để đảmbảo chất lượng điện năng của hệ thống điện. Điện áp giảm thấp quá mức có thể gâynên độ trượt quá lớn ở các động cơ không đồng bộ, dẫn đến quá tải về công suấtphản kháng ở các nguồn điện. Điện áp giảm thấp cũng làm giảm hiệu quả phát sángcủa các đèn chiếu sáng, làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và ảnh hưởngđến độ ổn định của các máy phát làm việc song song. Điện áp tăng cao có thể làmgià cỗi cách điện của thiết bị điện và thậm chí có thể đánh thủng cách điện làm hưhỏng thiết bị. Điện áp tăng cao sẽ làm giảm tuổi thọ của các đèn.Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống điện được duy trì ở một giá trị địnhtrước nhờ có những phương thức vận hành hợp lí, chẳng hạn như tận dụng côngsuất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại cácphần tử trong hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lí của những đường dây truyềntải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp,…Điện áp cũng có thể được duy trì nhờ các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ[TĐK] của các máy phát điện và máy bù đồng bộ, các thiết bị tự động thay đổi tỷ sốbiến đổi của máy biến áp, các thiết bị tự động thay đổi dung lượng của các tụ bùtĩnh, Nếu điện áp đặt và phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức dophụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc của phụ tải cũng trở nên khôngtốt. Nói cách khác, độ lệch điện áp càng lớn thì chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của thiếtbị dùng điện càng thấp.Theo định nghĩa độ lệch điện áp bằng: đmUUU −=∆[V]SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 2Đồ án Hệ thống điệnĐộ lệch điện áp tính theo phần trăm so với điện áp định mức bằng:100UUU%Uđmđm−=∆Trong đó:U: điện áp thực tế đặt vào phụ tải [V]Uđm: điện áp định mức của mạng điện [V]Độ lệch điện áp sinh ra ở nơi tiêu thụ điện là do:- Nguyên nhân phát sinh là ở bản thân các hộ dùng điện, phụ tải của hệthống dùng điện luôn luôn thay đổi làm cho sự phân bố công suất trong mạng điệncũng thay đổi theo. - Độ lệch điện áp cao nhất thường xuất hiện trong lúc sự cố dây đứt hoặcmáy phát lớn nhất của nhà máy bị hỏng phải ngừng hoạt động.- Do sự thay đổi tình trạng làm việc của hệ thống điện chẳng hạn như việcthay đổi phương thức vận hành của nhà máy điện hoặc sự thay đổi nào đó trong sơđồ mạng điện cũng làm cho sự phân bố công suất trong mạng điện thay đổi theolàm ảnh hưởng đến tổn thất điện áp, tạo nên các độ lệch về điện áp khác nhau ở cácnơi dùng điện.Trên thực tế không thể nào giữ được điện áp ở phụ tải luôn luôn đúng bằngđịnh mức, nhưng nếu giữ được độ lệch điện áp tương đối nhỏ thì các phụ tải vẫn giữđược chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật tốt. SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 3Đồ án Hệ thống điệnChương II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁPCác phương pháp điều chỉnh điện ápĐể điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:1. Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng điều chỉnh dòng điện kích từmáy phát.2. Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biếnáp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.3. Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điềuchỉnh và máy biến áp bổ trợ.4. Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áptrên đường dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộcó điều chỉnh kích từ.5. Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đườngdây nhằm thay đổi tổn thất điện áp. Về địa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp, có thể ở nhà máy điện, trên mạngđiện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt ngay tại thiết bị dùng điện.Theo bản chất vật lý chỉ có hai phương pháp điều chỉnh điện áp, hoặc tăngthêm nguồn công suất phản kháng [phương pháp 1 và 4] hoặc phân bố lại công suấtphản kháng trong mạng điện [các phương pháp còn lại], phương pháp sau chỉ cóhiệu quả khi hệ thống điện có đủ công suất phản kháng. Khi hệ thống điện thiếucông suất phản kháng, phương pháp duy nhất để điều chỉnh điện áp là tăng thêm cácnguồn công suất phản kháng.Để có thể điều chỉnh tốt điện áp, quá trình điều chỉnh được chia theo thờigian thành ba giai đoạn, mà hệ thống điều chỉnh điện áp của Điện lực Pháp thựchiện có hiệu quả là: điều chỉnh sơ cấp, điều chỉnh thứ cấp và điều chỉnh cấp ba.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 4Đồ án Hệ thống điệnĐiều chỉnh sơ cấpĐiều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi nhanhvà ngẫu nhiên của các thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát và các máy bù tĩnh. Điềuchỉnh sơ cấp thực hiện tự động trong thời gian vài chục phần trăm giây. Điều chỉnhsơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện ở mức an toàn, tránh nguy cơ suy áptrong điều kiện vận hành bình thường và nhất là khi sự cố.Điều chỉnh thứ cấpĐiều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm của điện áp. Điều chỉnhthứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉnh định của các thiết bị điều chỉnh sơcấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện và các máybiến áp điều áp dưới tải trong từng miền. Quá trình này kết thúc trong vòng 3 phút.Điều chỉnh cấp 3Điều chỉnh cấp 3 để điều hòa mức điện áp giữa các miền điều chỉnh thứ cấp,với mục đích tối ưu hóa mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế vàan toàn. Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hay tự động. Thực hiện nhiệm vụnày do hệ thống điều độ trung tâm thục hiện.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 5UCUH43521Đồ án Hệ thống điệnChương III. CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁPViệc điều chỉnh điện áp trong phạm vi cho phép là vấn đề phức tạp vì hệthống liên kết nhiều nguồn với nhiều phụ tải ở mọi cấp bậc của hệ thống điện. Kếtquả là giữ điện áp chỉ ở một điểm của hệ thống là chưa đủ mà trái lại phải giữ ởnhiều điểm ở mọi cấp bậc theo chiều ngang cũng như chiều dọc của hệ thống.Nói cách khác, vấn đề điều chỉnh điện áp là xuyên suốt toàn bộ hệ thống vàđòi hỏi một số lượng lớn các thiết bị đặt trong hệ thống để phục vụ cho hệ thốngnày. Việc lựa chọn và phối trí các thiết bị điều áp là một trong những vấn đề lớncủa kỹ thuật hệ thống điện. Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:- Đầu phân áp của máy biến áp- Máy biến áp điều áp dưới tải- Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây- Máy bù đồng bộ- Bộ tụ điện có điều chỉnh- Động cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ.1. Đầu phân áp của máy biến ápỞ đầu dây cao áp của máy biến áp ngoài đầu ra chính còn có các đầu ra phụgọi là đầu phân áp. Các đầu phân áp cho phép thay đổi số vòng dây của cuộn caomáy biến áp và do đó thay đổi hệ số biến áp của máy biến áp.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 6UCUH102-1-2Đồ án Hệ thống điện2. Máy biến áp điều áp dưới tải Máy biến áp điều áp dưới tải là loại máy biến áp có thể thay đổi đầu phân ápkhi đang mang tải. Máy biến áp điều áp dưới tải khác các loại máy biến ápthông thường ở chổ là có bộ chuyển đổi đầu phân áp dưới tải, có đầu phân ápnhiều hơn và phạm vi điều áp rộng hơn.3. Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dâyMáy biến áp bổ trợ cùng với máy biến áp động lực được sử dụng rộng rãitrong mạng điện để điều chỉnh điện áp dưới tải. Máy biến áp bổ trợ có một cuộn dâyđược nối tiếp với đường dây có thể thay đổi được điện áp. Cuộn dây này được cungcấp điện từ cuộn thứ cấp của máy biến áp phụ. Cuộn sơ cấp của máy biến áp phụnhận điện từ mạng điện.Tùy theo cách đấu nối cuộn dây của máy biến áp bổ trợ và của máy biến ápphụ, ta có thể tạo được sức điện động phụ E lệch pha hoặc cùng pha với điện áp.Để điều chỉnh điện áp ngang thì điện áp đặt vào cuộn dây của máy biến ápbổ trợ phải vuông góc với pha đang khảo sát.Để điều chỉnh điện áp dọc thì cuộn sơ của máy biến áp phụ được nối vàocùng với pha đang khảo sát.Bộ điều chỉnh đường dây chỉ sử dụng có một máy biến áp. Cuộn thứ cấp củamáy biến áp được nối nối tiếp trên đường dây, có thể làm tăng hoặc làm giảm điệnSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 7Đồ án Hệ thống điệnáp trên đường dây đó. Các mạng điện công nghiệp, đại bộ phận điều dùng máy biếnáp điều chỉnh đường dây.4.Máy bù đồng bộMáy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải – khôngcó tải trên trục của nó. Nếu bỏ qua tổn thất không tải, có thể coi như máy bù đồngbộ không tiêu tốn công suất tác dụng mà chỉ sản xuất công suất phản kháng. So vớiđộng cơ đồng bộ thông thường thì máy bù đồng bộ có trục nhỏ hơn nên có kíchthước và trọng lượng nhỏ hơn.Máy bù đồng bộ là nguồn công suất phản kháng rất linh động vì công suấtphản kháng của nó có thể thay đổi liên tục về độ lớn và về chiều từ công suất phảnkháng sang công suất dung hầu nhưng rất đơn giản bằng cách thay đổi từ trườngkích thích. Công suất phản kháng cung cấp bởi máy bù đồng bộ có khuynh hướng tăngkhi điện áp thanh cái giảm, kết quả là máy bù đồng bộ vận hành tốt hơn tình trạnghệ thống có sự cố và giảm được nhấp nháy về ánh sáng. Máy bù đồng bộ có thể quá tải ngắn hạn bằng cách điều chỉnh kích thích vàlàm giảm được sự nhấp nháy về ánh sáng.Vì máy bù đồng bộ có thể sinh ra công suất phản kháng và cũng có thể tiêuthụ công suất phản kháng, nên máy bù đồng bộ có thể làm giảm hoặc làm tăng điệnáp tại phụ tải. máy bù đồng bộ không chịu ảnh hưởng của điện áp mạng điện trongviệc sản xuất ra công suất phản kháng, nó chỉ phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện kíchtừ. Dùng máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh được điện áp rất trơn [không bị nhảycấp] và chính xác, vì dòng điện kích từ có thể điều chỉnh liên tục. Gia tiền của mỗiđơn vị dung lượng của máy bù đồng bộ thay đôi theo công suất định mức của nó,cho nên chỉ khi nào dung lượng trên 500 kVA, dùng máy bù đồng bộ mới đảm bảokinh tế.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 8Đồ án Hệ thống điệnChương IV. CÁC LOẠI ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP1. Điều chỉnh điện áp bằng tay và tự độngCác quá trình điều chỉnh đòi hỏi sự chỉnh định liên tục đáp ứng với sự thayđổi của điện áp, bao gồm điều chỉnh kích từ máy phát, máy bù đồng bộ, vị trí củacác bộ điều chỉnh cảm ứng, nhảy nấc, bộ bù tĩnh,…Tất cả các phương thức điều chỉnh có thể được thực hiện bằng tay hay tựđộng.Các bộ điều chỉnh điện áp trên đường dây nhánh hay tụ bù ngang trong hệthống phân phối thực tế được điều khiển tự động vì số lượng lớn các thiết bị điềuchỉnh và không có người trực, máy phát hay máy bù đồng bộ có người trực có thểđược điều chỉnh bằng tay. Tuy vậy, khi sự liên kết hệ thống ngày càng phát triểnrộng lớn thì điều khiển tự động kích từ máy phát trở nên thông dụng vì tác dụng rấtcó lợi về ổn định trong hệ thống. 2. Cân bằng công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điệnVì lý do kinh tế công suất nhà máy chỉ có thể đảm đương một phần yêu cầucông suất phản kháng của phụ tải nhưng phần quan trọng có thể đáp ứng tức thờicác biến đổi nhanh công suất phản kháng của phụ tải trong chế độ làm việc bìnhthường cũng như sự cố phần còn lại phải dùng các thiết bị bù để cung cấp cho phụtải.Ta thấy máy phát chỉ cung cấp khoảng 50% tổng yêu cầu công suất phảnkháng của hệ thống phần còn thiếu được xử lý sau.Yêu cầu phụ tải công nghiệp nâng cosϕ lên 0,85.[tgϕ = 0,6179], công suấtphản kháng được bù là: 0,7.[1,169 – 0,6197] = 0,3845 [kVAr]SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 9Đồ án Hệ thống điệnPhần công suất bù của xí nghiệp phụ thuộc vào cosϕ của phụ tải công nghiệpPhần còn lại do hệ thống phải bù là: 0,547 - 0,3845 = 0,1928 [kVAr]Như vậy ứng với 1 [kw] công suất phụ tải phải bù khoảng 0,2 [kVAr]. Nếutính đến lưới siêu cao áp thì công suất bù sẽ nhỏ hơn ta thấy công suất bù của hệthống là để bù vào tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp và lưới điệnđiều này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến vị trí đặt bù.Bù công suất phản kháng để phục vụ điều chỉnh điện áp do vậy điện áp trongchế độ vận hành là tiêu chuẩn kỹ thuật chính để chọn công suất bù. điều chỉnh điệnáp trong tụ bù là thao tác các tụ bù cùng với điều chỉnh kích từ ở máy phát điện vàđiều chỉnh các dầu phân áp ở các biến áp có trang thiệt bị điều áp dưới tải. Phương thức điều chỉnh điện áp lựa chọn ảnh hưởng nhiều đến bài toán bùnó quyết định mục tiêu cũng như cách thức đặt bù ngượi lại cách thức đặt bù cũngảnh hưởng lớn đến chất lượng điện áp do đó chúng liên hệ chặt chẽ với nhau dướiđây trình bày phương thức bù công suát phản kháng trên hệ thống điện sua đó sẽ nóivè điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.3. Bù công suất phản kháng trong hệ thống điệnCần xác định vi trí đặt bù điều chỉnh tụ bù tai mỗi vi trí sao cho điện áp tạimọi nút của hệ thống nằm trong phạm vi cho phép trong moi chế độ vận hành bìnhthường và sự cố.Chi phí cho bù nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo:- Điện áp mỗi nút lớn nhất trong giới hạn cho phép- Điều kiện ổn định tĩnh và ổn định điện áp hệ thống được đảm bảo caonhất trong mọi chế độ vận hành và sự cố. SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 10Đồ án Hệ thống điệnCó hai con đường cho sự cân bằng công suất cho hệ thống1. Cưỡng bức phụ tải mà chủ yếu là xí nghiệp công nghiệp phải đảmbảo công suất của họ ở mức cho phép cách này chủ yếu làm giảm công suất phảnkháng. 2. Đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống điện để giải quyết phầnthiếu còn lại.Cả hai cách đều được sử dụng đồng thời ,trong đó cách thứ 2 do hệ thốngđiện thực hiện một cách chủ động có tầm quan trọng lớn.Công suất bù thường được điều chỉnh theo bậc một cách tự động hoặc donhân viên vận hành trong trường hợp cần thiết để điều chỉnh điện áp có thể sử dụngthiết bị bù được điểu chỉnh chơn, tức thời theo điện áp vận hành.Một phần công suất bù thường là phần cố định có thể được phân tán xuốnglưới truyền tải để tranh thủ giảm tổn thất trong lưới này.Tuy nhiên phải cân nhắc vìnhư vậy độ tin cậy của công suất bù này sẽ bị giảm và để an toàn cho hệ thống điệnphải tăng hệ số công suất phản kháng lên. Như vậy sau khi bù cưỡng bức một lượng công suất phản kháng đáng kể lưuthông qua lưới phân phối, lượng công suất phản kháng này được đặt trực tiếp ở nơithiếu. Để giảm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng trên lưới ta có thểthực hiện bù kinh tế.Bù kinh tế chỉ được thực hiện khi nó mang lại lợi ích kinh tế, nghĩa là lợi íchkinh tế mà nó mang lại lớn hơn chi phí đặt và trạm bù trong xí nghiệp công nghiệpcông suất phản kháng phải bù cưỡng bức để đảm bảo cosϕ cũng được phân bố hợplý nhằm giảm tối đa tổn thất điện năng.4. Điều chỉnh điện áp đối ứngChúng ta khảo sát cụ thể việc điều chỉnh điện áp đối ứng được sử dụng trênsơ đồ thay thế mô tả trên hình sau. Trên sơ đồ này, máy biến áp được biểu thị bằnghai phần tử là tổng trở máy biến áp và máy biến áp lý tưởng. SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 11-50+5%Uδ[ ]caU1∆[ ]BU1δ[ ]caU2∆[ ]AU2δ[ ]AU1δ[ ]TU2δ[ ]TU1δ[ ]*2AUδ[ ]*1AUδ[ ]*1BUδ[ ]*2BUδ[ ]BU2δ[ ]taU2δ[ ]taU1δUAU2MBAUBBU1caU∆TU∆taU∆AĐồ án Hệ thống điệnTrong đó:U1 là điện áp trên thanh cái tại đầu nguồn cung cấp điệnU2 là điện áp trên thanh cái điện áp sơ cấp [điện áp cao] của trạm biến áp khu vựcUA là điện áp trên thanh cái điện áp thứ cấp [điện áp thấp] của trạm biến áp khu vựcUB là điện áp tại cuối đường dây trung áp của mạng điện phân phốicaU∆ là tổn thất điện áp trên đường dây cao ápTU∆ là tổn thất điẹn áp trên máy biến áp khu vựctaU∆ là tổn thất điện áp trên đường dây trung áp ABĐiện áp tại thanh cái cao áp của trạm biến áp khu vực bằng:U2 = U1 - caU∆Điện áp trên thanh cái cao áp U2 và UA sai khác nhau một giá trị là tổn thất điện ápTU∆ trong máy biến áp, và qua máy biến áp lý tưởng điện áp được giảm xuống UAtương ứng với hệ số biến áp mà ta cần phải xét đến khi lựa chọn đầu phân áp.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 12Đồ án Hệ thống điệnHình trên trình bày biểu đồ biến thiên điện áp trong hai chế độ phụ tải cựctiểu và phụ tải cực đại [ta dùng ký hiệu 1 để chỉ phụ tải cực tiểu và ký hiệu 2 để chỉphụ tải cực đại]. Trên trục ngang ghi các trị số độ lệch điện áp tính theo phần trămđiện áp định mức.Đường nét đứt cho thấy rõ nếu hệ số biến áp nT = 1 thì trong chế độ phụ tảicực tiểu, điện áp tại thanh cái thứ cấp A của trạm biến áp khu vực sẽ cao hơn, cònkhi phụ tải cực đại lại thấp hơn trị số cho phép, nghĩa là độ lệch điện áp Uδsẽ rangoài miền cho phép. Khi đó các phụ tải được đấu vào mạng trung áp [ví dụ tạiđiểm A và B] sẽ làm việc trong điều kiện không cho phép. Thay đổi hệ số biến ápnT của máy biến áp khu vực, tat hay đổi được UA, nghĩa là ta điều chỉnh được điệnáp.Trong chế độ phụ tải cực tiểu, ta phải hạ thấp điện áp UA đến giá trị lớn hơnđiện áp định mức Uđm một chút. Trường hợp này ta phải chọn tỷ số biến áp tiêuchuẩn nT lớn hơn để đạt được điều kiện sau:[ ]đmA1UU ≥Trong chế độ phụ tải cực đại, ta phải tăng điện áp UA đến giá trị lớn hơn Uđmvà bằng [ ]đmU.1,105,1 ÷ Trường hợp này ta phải chọn tỷ số biến áp tiêu chuẩn nT nhỏ hơn, để đạtđược điều kiện sau: [ ][ ]đmA2U.1,105,1U ÷≥Như vậy điện áp tại các điểm trên đường dây trung áp, dù ở xa nguồn cũngnhư ở gần nguồn điều nằm trong giới hạn cho phép. Tóm lại khi phụ tải cực đại taphải điều chỉnh tăng điện áp, còn khi phụ tải cực tiểu ta phải điều chỉnh giảm điệnáp, việc điều chỉnh như vậy gọi là điều chỉnh đối ứng.5. Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt thiết bị bù ngangSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 13RXUAUBP - jQUBUAMBAĐồ án Hệ thống điệnThiết bị bù được sử dụng để điều chỉnh điện áp khi sử dụng các phương tiệnkhác không đảm bảo tiêu chuẩn về chất lượng điện năng. Thiết bị bù thường dùnglà tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ hoặc các động cơ đồng bộ có thể điều chỉnh kích từ. Việc sử dụng thiết bị bù còn có lợi là nâng cao tính kinh tế của mạng điện.Ta xét sơ đồ như hình bên dưới, để đảm bảo điện áp yêu cầu ở thanh cái hạáp UB, ta cần đặt ở đây thiết bị bù với dung lượng QbTrước khi đặt thiết bị bù điện áp ở thanh cái UA có giá trị:BoBoAUQXPRUU++=Trong đó:UA là điện áp ở đầu nguồnUBo là điện áp ở thanh cái B qui đổi về phía cao ápP, Q là công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tảiX, R là thông số của đường dây và máy biến ápSau khi đặt thiết bị bù ta có:[ ]BbBAUXQQPRUU−++=Trong đó: UB là điện áp ở thanh cái B qui về phía cao ápTa có: bobobbbUQXPRUUQQPRU++=−++][Ta suy ra: BBoBoBBbUQXPRUQXPRUUUXQ+++−−=SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 14[ ] [ ]222Ros sinS R N R R L C NV V c RI V X X Iϕ ϕ= + + + −  Đồ án Hệ thống điệnTa có thể xem: BBoUQXPRUQXPR +≈+Do đó ta có: XUUUQBBoBb].[ −=Như vậy: Khi thay UB, UBo, X ở các chế độ phụ tải khác nhau ta xác định được dung lượng bù cần thiết ở mọi chế độ vận hành của mạng điện. Vì UB phụ thuộc vào hệ số biến áp của máy biến áp nên có thể đặt đầu phân áp hợp lý sao cho dung lượng bù cần đặt là bé nhất. Tiện ích của tụ bù ngang: Giảm độ sụt áp và sự thay đổi điện áp giữa cực tiểu và cực đại nếu dùng tụ điện tự động đóng theo tải [ tụ ứng động] . Mặt khác, đối với một độ sụt áp cho trước, khả năng tải của đường dây truyền tải phân phối được tăng lên. Đối với một phụ tải có công suất P cho trước, dòng điện và công suất biểu kiến S tỷ lệ nghịch với hệ số công suất. Do đó việc nâng cao hệ số công suất dẫn đến giảm dòng điện và công suất phụ tải yêu cầu. Giảm tổn thất công suất tác dụng [RI2], dẫn đến tiết kiệm chi phí vận hành vàgiảm được yêu cầu công suất tác dụng ở nguồn phát. Giảm tổn thất công suất phản kháng trên đường dây [ XI2] và giảm yêu cầu công suất phản kháng ở nguồn phát.6. Điều chỉnh điện áp bằng cách đặt thiết bị bù dọc Tụ bù đuợc mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải, ở khoảng giiữa tải và nguồn cấp dây. Điều này cải thiện ổn đinh tĩnh và ổn đinh động của hệ thống, giảm sụt áp ở phụ tải. Tụ bù dọc có công suất kháng thay đổi tùy theo tải của đường dây.Tác dụng của tụ bù dọc:Giảm sụt áp đầu nhận:Điện áp đầu nhận sau khi bù:Giảm dao động điện áp, nhấp nháy ánh sáng. Hiện tượng dao động điện áp thường xảy ra khi khởi động động cơ có công suất lớn, hàn điện, hồ quang điện.Tăng khả năng tải và giới hạn ổn định:Lượng công suất truyền tải của đương dây[ giả sử không tổn hao], trước khi bù:SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 15sinS RLV VPXδ=UAUBUAUB1UB2UAUBUAUB1UB2δĐồ án Hệ thống điệnNếu VS và VR không đổi thì công suất truyền tải P phụ thuộc vào:Kháng trở XL của hệ thống giữa VS và VRGóc lệch Sau khi bù:Tụ bù được đưa vào để bù trở kháng của hệ thống:Tóm lại : Tụ bù dọc làm giảm độ sụt áp bằng cách bù một phần kháng trở đường dây. Bù dọc không có tác dụng đến hệ số công suất đầu nhận và ảnh hưởng ít đến tổn thất đường dây, nó chỉ làm giảm công suất phản kháng yêu cầu ở đầu phát bằng cách bù một phần tổn thất công suất phản kháng của đường dây. Một trở ngại đối với tụ bù dọc là cần có thiết bị bảo vệ cho tụ điện và nối tắt dòng điện lớn không cho qua tụ khi có ngắn mạch xảy ra. Ngoài ra, việc đưa vào tụ bù nối tiếp tạo ra mạch cộng hưởng có thể dao động ở tần số thấp hơn tần số dao động bình thường khi bị kích thích bởi các biến động. Hiện tượng này gọi là hiện tượng dao động dưới đồng hồ.Để điều chỉnh điện áp có thể đặt thiết bị bù dọc bằng cách mắc nối tiếp trên đườngdây như hình bên dướiTrong đó:UB1 khi có đặt tụ bù dọcSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 16sinS RL CV VPX Xδ=−Đồ án Hệ thống điệnUB2 khi không có đặt tụ bù dọcBộ tụ có tác dụng làm giảm điện kháng của đường dây, do đó cho tổn thất điện ápgiảm đi.Trước khi đặt tụ bù dọc ta có tổn thất điện áp: UQXPRU+=∆Sau khi đặt thiết bị bù dọc ta có tổn thất điện áp:[ ]UXXQPRUC−+=∆Rõ ràng tổn thất điện áp trên đường dây giảm xuống khi đặt tụ bù dọc.Qua hình trên ta thấy nơi đặt tụ có ảnh hưởng đến phân bố điện áp trên đường dây.Nếu mạng chỉ có một phụ tải thường đặt tụ ở ngay trạm biến áp phân phối. Khimạng có nhiều phụ tải phân bố dọc đường dây thì cần phải cân nhắc lựa chọn điểmđặt tụ cho phù hợp. Nói chung điểm đặt càng gần về phía nguồn càng cần ít tụ điệnvà mức điện áp càng ổn định.Ta khảo sát đường dây như sau:Khảo sát một đường dây 15 kV dây dẫn AC-120 dài 6 km ,điện trở r0 = 0.27 Ω/km cảm kháng 0.327 Ω/km. Phụ tải ở cuối đường dây 6000 kVA ở hệ số công suất 0.8 trễ.1] Tính phần % sụt áp đến cuối đường dây . 2] Xác định dung lượng tụ bù ngang để phần % sụt áp là 5%.3] Với phụ tải ban đầu , xác định dung kháng tụ bù dọc để phần % sụt áp là 5 %.Tính toánPhần % sụt áp Cosϕ = 0.8 => Sinϕ = 0.6Hằng số sụt áp kmkVAUxrKdm./%0001832.0%1001000*156.0*327.08.0*27.0%1001000*sincos%2200=+=+=ϕϕPhần % sụt áp đến cuối đường dây Δu %= k%* s* l = 0.0001832*6000*6= 6.59%Dung lượng tụ bù ngangNếu sụt áp sau khi bù ngang là 5 % thì độ tăng điện áp do tụ bù là:SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 17∼Phụ tải600kWcosϕ=0.850 Hz, 50 Km750 kVA 750 kVAĐồ án Hệ thống điệnRC = Δu = 0.0659 – 0.05 = 0.0159 Dung kháng một pha của tụ bù [ giả thuyết mắc Y]Với R= r0 l=0.27*6=1.62 Ω ; X= X0 l = 0.327*6 = 1.962 ΩSuy ra công suất ba pha của bộ tụ bùBù dọc Nếu dùng tụ bù dọc để sụt áp là 5 % thì độ tăng điện áp do bù dọc là 0.0159 hay tính theo điện áp pha ,điện áp được tăng thêm.Biết rằng ϕSinIXucc=∆ ' => dung kháng tụ bù dọcMột trạm phát điện ở khu vực khai thác mỏ cung cấp phụ tải đỉnh 600 kW ở hệ số công suất cosϕ = 0.8, phụ tải chủ yếu là động cơ đồng bộ dùng cho hầm mỏ. Đườngdây đơn 3 pha 50 Hz , 35 kV, dài 50 km, dây dẫn AC-16, biết khoảng cách tương đương giữa các pha là 1.3 m . Máy biến áp đầu phát và đầu nhận 750 kVA mỗi máyvà biết XB%= 6%Phụ tải và đường dây cho như hình vẽ SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 18CCCccRXRRRXRXX22222]11[4]11[2−−+++=Ω=−−+++=71.1220159.0962.10159.0*262.1]10159.01[4962.1]10159.01[2962.12222cXMVarXUQCc833.171.1221522===Vuc7.13730159.0*15000,==∆Ω==∆=994.06.0*94.2307.137sin,,ϕIuXccAUSI 94.23015*360003===Đồ án Hệ thống điệnBiết lúc khởi động thì dòng khởi động gấp 4 lần dòng làm việc bình thường và cosϕ= 0,3.Khi không có tụ bù:Điện trở và cảm kháng toàn đường dây:Dây AC-16 có các thông số như sau:r0=2,060 Ω/km d= 5,4 mm2 , số sợi :6/1, Icp=105Asuy ra X0 = 0.408Ω/km. Điên trở và cảm kháng của toàn đường dây:R= 2.060 . 50 = 103ΩX= 0.408 . 50= 20,4ΩĐiện kháng của máy biến áp qui về cao áp [35kV]XB1=XB2=10.352.6/750=98ΩCác khảo sát Sụt áp khi không có tụ bù [ tất cả qui về phía 35 kV]Dòng phụ tải bình thườngDòng khởi động Công suất lúc khởi độngSụt áp đường dâyTrong đó :I dòng đường dây lúc bình thường I=12,372AR điện trở của hệ thống , R= 103 ΩXL= cảm kháng của hệ thống, XL=2XB+Xđường dây=216,4ΩSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 19 60012,3723.35.0,8LI A= =art4.12,372 49,488StI A= =art art3. . os 3.35.49,488.0,3 900 wSt StP U I c kϕ= = ≈[ ]L3 os +X sinU I Rcϕ ϕ∆ =[ ]1os 2609/ 900 0,326c tg−=Đồ án Hệ thống điệnSụt áp bình thường :Sụt áp lúc khởi động:Rõ ràng sụt áp quá lớn , cần phải có biện pháp cải thiện sụt áp . Ta lần lượtkhảo sát áp dụng hình thức bù ngang và bù dọc.Áp dụng tụ bù ngang Giả thiết do qui định , động cơ làm việc với tụ bù ngang sao cho hệ số công suất ở đầu nhận nâng lên 0,95 . Công suất kháng yêu cầu và tác dụng của tụ điện của nó đến hệ số công suất lúc khởi động được xác định như sau:Công suất tụ bù ngang để nâng lên hệ số công suất từ 0,8 lên 0,95Công suất kháng của phụ tải khi khởi động [ không có tụ bù]Công suất kháng lúc khởi động khi có tụ bù2862-253=2609 kVarGiả sử lúc khởi động P=900 kW không đổi , hệ số công suất lúc khởi động khi có tụbù là Dòng điện khởi động với tụ bù ngangSụt áp lúc khởi động khi có tụ bù ngangĐiều này cho thấy việc dùng tụ bù ngang cải thiện hệ số công suất lúc khởi động nhưng giảm sụt áp không được bao nhiêu.Áp dụng tụ bù dọcTính toán trên cho thấy sụt áp do cảm kháng của hệ thống chiếm phần quan trọng trong sụt áp tổng. Do đó, độ sụt áp sẽ cải thiện hơn nếu giảm cảm kháng hệ thống bằng tụ bù dọc.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 20[ ]900/ 3.35.0,326 45,54A=[ ]bu 1 2253 arQ P tg tg kVϕ ϕ= − =[ ]3.12,372 103.0,8 216,4.0,6 4,548 13%kV+ = =[ ]3.49,488 103.0,3 216,4.0,954 20,344 59%kV+ = =3.35.49,488.0,954 2862 arkV≈[ ]3.45,54. 103.0,326 216,4.0,945 18,779 53,654%V+ = =URUFMFMBAĐồ án Hệ thống điệnĐộ bù dọc của tụ nối tiếp trong bất cứ trường hợp nào, giả sử ta bù với độ bù sao cho dung trở mỗi pha của tụ bù dọc là 150 Ω Cảm kháng tương đương khi có tụ bù dọc216,4-150= 66,4ΩSụt áp bình thường: Sụt áp lúc khởi động:=> ta thấy có sự cải thiện độ sụt áp trong hai trường hợp7. Điều chỉnh điện áp ở nhà máy điệna. Điều chỉnh điện áp ở máy phát điệnĐiện áp ở thanh cái máy phát có thể điều chỉnh được trong khoảng ± 5% socới điện áp định mức của nó. Ở chế độ phụ tải cực đại do tổn thất trong mạng lớnnên để đảm bảo chất lượng điện năng điện áp ở máy phát cần giữ cao. Ngược lạitrong chế độ phụ tải cực tiểu, tổn thất điện áp trong mạng điện nhỏ cần phải giảmthấp điện áp đầu cực máy phát.b. Điều chỉnh ở máy biến áp tăng ápYêu cầu điện áp ở thanh cái cao áp của máy biến áp tăng áp được xác địnhbởi sự cân bằng công suất phản kháng của hệ thống điện trong các chế độ cực đạivà cực tiểu. Để đảm bảo điện áp yêu cầu chúng ta cần phải chọn đầu phân áp thíchhợp.Nếu ta đặt ở đầu vào của máy biến áp một giá trị bằng điện áp định mức củacuộn hạ áp UH thì điện áp ở đầu ra khi không tải là UPa và điện áp có tải làUPa - ∆UB. Trong đó UPa là điện áp của đầu phân áp cần chọn và ∆UB là tổn thấtđiện áp trong máy biến áp.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 21[ ]3.12,372. 103.0,8 66,4.0,6 3,2 9,14%kV+ = =[ ]3.49,488. 103.0,3 66,4.0,954 8,078 23,08%kV+ = =VF RH Fdm Pa BUU UU U U U= =−∆RF FdmPa BUU UU U= −−∆Đồ án Hệ thống điệnKhi điện áp vào Uv[UF] khác với UH[UFđm] thì điện áp ra UR cũng khác đi vớicùng một tỉ lệ.Ta có biểu thức:Từ đó ta suy ra được:Khi biết điện áp yêu cầu chính là UR trong các chế độ phụ tải và biết ∆UB thìta có thể lựa chọn đầu phân áp UPa phối hợp với UF để điều chỉnh điện áp.8. Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi đầu phân ápTất cả các máy biến áp động lực được sản xuất và bán trên thị trường, dù vớicông suất nhỏ hay với công suất lớn, ngoài đầu phân áp chính còn có một số đầuphân áp phụ. Vì vậy việc tính toán, lựa chọn sử dụng đúng đầu phân áp đạt đượcyêu cầu điều áp là biện pháp quan trọng, tích cực và mang lại hiểu quả cao về kinhtế - kỹ thuật. Tùy theo vị trí và nhiệm vụ của trạm biến áp trong hệ thống điện,người ta có quy định yêu cầu chuẩn riêng về điều áp cho trạm đó. Ví dụ như ở trạmbiến áp khu vực yêu cầu điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo điện áp yêu cầu ở đầu racủa nó, tức là đầu vào của mạng điện địa phương. Các yêu cầu về gia trị điện áp nàyđược xác định theo điều kiện của mạng điện địa phương nhằm đảm bảo chất lượngđiện áp ở các thiết bị dùng điện. Có hai loại yêu cầu điều áp ở đầu ra của các trạmbiến áp khu vực cung cấp điện cho mạng điện địa phương là yêu cầu cao hay là yêucầu khác thường và yêu cầu thấp hay là yêu cầu bình thường. Dưới đây ta sẽ khảosát cụ thể cách tính toán lựa chọn đầu phân áp theo yêu cầu điều áp của các máybiến áp hai dây quấn và ba dây quấn.a. Chọn đầu phân áp của máy biến áp giảm áp hai dây quấnĐối với máy biến áp có đầu phân áp có thể vẽ theo sơ đồ thay thế gần đúngnhư hình trên. Đối với máy giảm áp có đầu phân ápUPa: điện áp đầu phân áp ghi trên nhãn máyUkt,hạ: điện áp phía thứ cấp lúc không tảiUPa / Ukt: tỷ số biến ápSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 22Đồ án Hệ thống điệnVới: UN% ≥ 7,5%, Ukt,hạ = 1,1 Uđm,hạUN% < 7,5%, Ukt,hạ = 1,05 Uđm,hạMạch tương đương của máy biến áp giữa hai đầu a và b là mạch tươngđương bao gồm tổng trở của máy biến áp nối tiếp với máy biến áp lý tưởng. Đểchọn đầu phân áp [Upa] sao cho điện áp phía thứ cấp khi mang tải đạt được trị sốyêu cầu [Ub,yc] có thể tiến hành như sau:Tính điện áp U’b là điện áp phía thứ cấp qui đổi về sơ cấp. Vì chọn đầu phânáp nên tạm thời qui đổi theo tỷ số định mức của máy biến áp và chấp nhận U’b nhưlà điện áp qui đổi sao khi chọn đầu phân áp nghĩa là coi như ZB không thay đổi vànhư vậy:BAb'UUU ∆−=Quan hệ về tỷ số biến áp qua máy biến áp lý tưởng:yc,bBAycb,b'ha,ktpaUUUU UUU∆−== Suy ra điện áp Upa cần chọn là: Upa = [UA - BU∆].yc,bha,ktUUb. Chọn đầu phân áp của máy biến áp tăng áp hai dây quấnPhía hạ áp nối với máy phát điện, đầu phân áp đặt phía cuộn dây cao áp. Sơđồ thay thế ở hình trên. Yêu cầu chọn đầu phân áp để điện áp phía cao áp khi máybiến áp mang tải là Ua,ycĐiện áp định mức cuộn hạ áp là điện áp định mức của máy phátFđđpaFByc,aF,aUUUUUUU=∆+=Suy ra:FđđFBycaaUUUUU .,∆+=c. Chọn đầu phân áp máy biến áp ba pha ba dây quấnSVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 23..x12r12U1U2Sc12.Đồ án Hệ thống điệnVới máy biến áp ba dây quấn, chỉ có đầu phân áp ở cuộn cao áp và cuộntrung áp, cuộn hạ không có đầu phân áp.Trước hết ta có đầu phân áp cuộn cao áp theo yêu cầu điện áp trên thanh góphạ áp của máy biến áp:[ ][ ][ ][ ][ ]HktCpaycHHCCycHH'UUUUUUUU=∆+∆−=Suy ra:[ ][ ][ ][ ]HktycHHCCCpaU.UUUUU∆+∆−=Tiếp theo ta tìm đầu phân áp cho cuộn trung áp Upa[C] đã chọn và điện áp yêucầu phía trung áp UT[yc][ ][ ][ ][ ][ ]TktCpaycTTCCycTT'UUUUUUUU=∆+∆−=Suy ra:[ ][ ] [ ][ ]TCCCpaycTTpaUUUUUU∆+∆−=9. Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi tổng trở đầu dâyĐiện áp tại hộ tiêu thụ điện phụ thuộc vào độ sụt áp trong mạng điện, và độ sụt áp này lại phụ thuộc vào tổng trở của đường dây. Ví dụ thành phần dọc trục của vectơ điện áp giáng trên đường dây được mô tả trên hình trên bằng:21212c1212c12UX.Qr.PU+=∆Trong đó:SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 24r0,x0r0x00F12 12 12 12122. .c cP r Q XUU+∆ =Đồ án Hệ thống điệnPc12, Qc12, U2 là công suất và điện áp tại cuối đường dâyR12, X12 là điện trở và điện kháng của đường dây 12Trên hình sau ta thấy quan hệ giữa điện trở và điện kháng theo tiết diện dâydẫn của mạng điện phân phối và mạng điện cung cấp là khác nhau.Trong mạng điện phân phối, điện trở lớn hơn điện kháng, r0 > X0Khi thay đổi tiết diện dây dẫn trong mạng điện phân phối, thì r12 thay đổi,làm thay đổi tổn thất điện áp 12U∆và thay đổi điện áp tại hộ tiêu thụ. Vì vậy trongmạng điện thường được lựa chọn dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép. Trong mạng điện cung cấp thì ngược lại x0 > r0, tổn thất 12U∆chủ yếu là dokháng của đường dây, mà điện kháng của đường dây phụ thuộc rất ít vào tiết diện.Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện cung cấp theo điều kiện tổn thất điện áp chophép là không hợp lý về kinh tế. Vậy ta có thể thay đổi điện kháng của đường dâyđể điều chỉnh điện áp. Để thay đổi điện kháng của đường dây, ta mắc nối tiếp vàođường dây các tụ điện. Trước khi đặt tụ điện vào đường dây thì sụt áp trên đường dây được xác địnhbằng biểu thức:Mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây gọi là bù dọc. Thiết bị bù dọc có thể làmgiảm điện kháng đường dây và giảm được tổn thất điện áp trên đường dây.SVTH: Hoàng Thanh Minh Trang 25Mạng điện phân phốiMạng điện cung cấp