BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC UY ĐỀ TÀI: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRẠM TỤ BÙ TRONG MÔI TRƯỜNG HỌA TẦN LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NĂM 2004 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy Chöông 1:TOÅNG QUAN VEÀ TRAÏM TUÏ BUØ I. Taïi sao phaûi buø? Ñeå caûi thieän heä soá coâng suaát cuûa maïng ñieän, caàn moät boä tuï ñieän laøm nguoàn phaùt coâng suaát phaûn khaùng. Caùch giaûi quyeát naøy goïi laø buø coâng suaát phaûn khaùng. Taûi mang tính caûm coù heä soá coâng suaát thaáp seõ nhaän thaønh phaàn doøng ñieän phaûn khaùng ( chaäm pha so vôùi ñieän aùp moät goùc 90o ) töø maùy phaùt ñöa qua heä thoáng tryeàn taûi/ phaân phoái.
Do ñoù keùo theo toån thaát coâng suaát vaø hieän töôïng suït aùp. Khi maéc tuï song song vôùi taûi ( hay coøn goïi laø buø ngang), doøng ñieän coù tính dung cuûa tuï seõ coù cuøng höôùng ñi nhö thaønh phaàn caûm khaùng cuûa doøng taûi. Doøng ñieän qua tuï naøy ( nhanh pha hôn ñieän aùp nguoàn 90o ) ngöôïc pha vôùi thaønh phaàn phaûn khaùng cuûa doøng taûi I L. Neáu thaønh phaàn doøng ñieän naøy trieät tieâu laãn nhau I L = I C thì khoâng coøn toàn taïi doøng phaûn khaùng ñi qua phaàn löôùi phía tröôùc vò trí ñaët tuï buø.
I L − IC IL IC L R C Taûi Trong heä thoáng ñieän phaàn lôùn caùc hoä tieâu thuï ñieän coù cuoän daây nhö: ñoäng cô ñieän, khí cuï ñieän, ñoàng hoà ño löôøng ñieän. thì ngoaøi vieäc tieâu thuï coâng suaát taùc duïng (P) coøn tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng (Q). Do ñoù trong heä thoáng ñieän phaûi saûn xuaát vaø chuyeân taûi caû coâng suaát taùc duïng vaø coâng suaát phaûn khaùng. Neáu phuï taûi tieâu thuï nhieàu coâng suaát phaûn khaùng thì toång coâng suaát chuyeân taûi treân ñöôøng daây taêng leân laøm cho toån thaát ñieän aùp toån thaát doøng ñieän taêng daãn ñeán toån thaát ñieän naêng taêng leân.
Ñeå ñaûm baûo toån thaát ñieän aùp vaø toån thaát ñieän naêng trong löôùi ñieän naèm trong phaïm vi cho pheùp thì moät trong nhöõng bieän phaùp coù hieäu quaû cao laø giaûm coâng suaát phaûn khaùng chuyeân taûi treân ñöôøng daây baèng caùch: ñaët thieát bò buø ñeå saûn xuaát coâng suaát phaûn khaùng taïi choã cung caáp cho hoä tieâu thuï ñieän. Vaäy coâng duïng cuûa thieát bò buø laø söû duïng coâng suaát taùc duïng nhoû tröïc tieáp saûn xuaát ra löôïng coâng suaát phaûn khaùng lôùn cung caáp taïi choã cho hoä tieâu thuï. Nhôø ñoù maø löôïng coâng suaát chuyeân taûi treân ñöôøng daây giaûm xuoáng, laøm cho Trang 1 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy toån thaát ñieän aùp, toån thaát ñieän naêng giaûm vaø doøng ñieän chuyeân taûi treân ñöôøng daây cuõng giaûm xuoáng. Ví duï: moät ñöôøng daây taûi ñieän cung caáp cho moät hoä tieâu thuï 1 löôïng coâng suaát taùc duïng P vaø coâng suaát phaûn khaùng Q nhö hình A B P,Q P,Q U Khi chöa ñaët thieát bò buø A P,Q=( Q − Qb ) B P,Q U Qb Khi coù ñaët thieát bò buø • Khi chöa ñaët thieát bò buø: Toån thaát ñieän aùp treân ñöôøng daây P.
X ΔU = U Toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây P2 + Q2 ΔA = R.t U2 Doøng ñieän chuyeân taûi treân ñöôøng daây S P2 + Q2 I= = 3U 3U • Neáu taïi thanh goùp B coù ñaët thieát bò buø ñeå cung caáp coâng suaát phaûn khaùng tröïc tieáp cho hoä tieâu thuï moät löôïng Qb thì coâng suaát phaûn khaùng Q caàn chuyeân taûi treân ñöôøng daây chæ coøn: Q = Q − Qb ' nhö vaäy toån thaát ñieän aùp , toån thaát ñieän naêng vaø doøng chuyeân taûi treân ñöôøng daây laø: P. X ΔU ' = = U U Trang 2 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy P 2 + (Q − Qb ) 2 ΔA' = .t U2 S' P 2 + (Q − Qb ) 2 I' = = 3U 3U Keát quaû treân ta thaáy ΔU ' < ΔU ΔA' < ΔA I' < I So saùnh keát quaû ta thaáy toån thaát ñieän aùp, toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây khi coù ñaët thieát bò buø nhoû hôn khi chöa ñaët thieát bò buø, do ñoù doøng ñieän chuyeân taûi treân ñöôøng daây cuõng nhoû ñi. Vò trí laép ñaët tuï buø II.1 Buø taäp trung Buø taäp trung aùp duïng khi taûi lieân tuïc vaø oån ñònh. Nguyeân lyù: boä tuï buø ñaáu vaøo thanh goùp haï aùp cuûa traïm phaân phoái chính vaø ñöôïc ñoùng trong thôøi gian taûi hoaït ñoäng.
Öu ñieåm: buø taäp trung : laøm giaûm giaûm tieàn phaït do vaán ñeà tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng, laøm giaûm coâng suaát bieåu kieán yeâu caàu, laøm nheï taûi cho maùy bieán aùp vaø do ñoù noù coù khaû naêng phaùt trieåm theâm caùc phuï taûi khi caàn thieát. Nhaän xeùt: doøng ñieän phaûn khaùng tieáp tuïc ñi vaøo taát caû caùc loä phaân phoái chính cuûa maïng haï theá; do ñoù kích côõ cuûa daây daãn, coâng suaát toån hao trong daây khoâng ñöôïc caûi thieän vôùi cheá ñoä buø taäp trung. n 01 M M M M Buø taäp trung Trang 3 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy II.2 Buø töøng nhoùm ( buø phaân ñoaïn) Buø töøng nhoùm neân söû duïng khi maïng ñieän quaù lôùn vaø khi cheá ñoä taûi tieâu thuï theo thôøi gian cuûa caùc phaân ñoaïn thay ñoåi khaùc nhau. Nguyeân lyù: boä tuï buø ñöôïc ñaáu vaøo tuû phaân phoái khu vöïc.
Hieäu quaû do buø nhoùm mang laïi cho caùc daây daãn xuaát phaùt töø tuû phaân phoái chính ñeán caùc tuû phaân phoái khu vöïc coù ñaët tuï ñöôïc theå hieän roõ nhaát. Öu ñieåm:laøm giaûm tieàn phaït do vaán ñeà tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng, laøm giaûm coâng suaát phaûn khaùng yeâu caàu, kích thöôùc daây caùp ñi ñeán caùc tuû phaân phoái khu vöïc seõ giaûm ñi hoaëc vôùi cuøng daây caùp treân coù theå taêng theâm phuï taûi cho tuû phaân phoái khu vöïc, toån hao treân daây caùp seõ giaûm. Nhaän xeùt: doøng ñieän phaûn khaùng tieáp tuïc ñi vaøo taát caû caùc daây daãn xuaát phaùt töø caùc tuû phaân phoái khu vöïc, do ñoù kích thöôùc vaø coâng suaát toån hao trong daây daãn noùi treân khoâng ñöôïc caûi thieän vôùi cheá ñoä buø nhoùm. Khi coù söï thay ñoåi ñaùng keå cuûa phuï taûi luoân luoân toàn taïi nguy cô buø dö vaø keøm theo hieän töôïng quaù ñieän aùp.
n 01 n0 2 n0 2 M M M M Buø nhoùm II.3 Buø rieâng Buø rieâng ñöôïc xeùt ñeán khi coâng suaát ñoäng cô ñaùng keå so vôùi coâng suaát cuûa maïng ñieän. Nguyeân lyù: boä tuï maéc tröïc tieáp vaøo ñaàu daây noái cuûa thieát bò duøng ñieän coù tính caûm. Buø rieâng neân ñöôïc xeùt ñeán khi coâng suaát cuûa ñoäng cô laø ñaùng keå so vôùi coâng suaát cuûa maïng ñieän. Boä tuï ñònh möùc ( KVAr) ñeán khoaûng 25% giaù trò coâng suaát (KW) cuûa ñoäng cô.
Buø boå sung taïi ñaàu nguoàn ñieän cuõng coù theå mang laïi hieäu quaø toát. Öu ñieåm: laøm giaûm tieàn phaït do vaán ñeà tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng, giaûm coâng suaát bieåu kieán yeâu caàu, giaûm kích thöôùc vaø toån hao daây daãn ñoái vôùi taát caû daây daãn. Trang 4 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy Nhaän xeùt : doøng ñieän phaûn khaùng coù giaù trò lôùn seõ khoâng toàn taïi trong maïng ñieän. n 01 n0 2 n0 2 M M M M Buø rieâng III.
Möùc ñoä buø toái öu Vieäc tính toaùn möùc buø toái öu cho moät maïng coù theå thöïc hieän theo caùc yeâu caàu sau: - Tieàn ñieän tröôùc khi ñaët töï buø. - Tieàn ñieän töông lai sau khi laép ñaët tuï buø. - Caùc chi phí bao goàm: mua tuï buø vaø maïch ñieàu khieån, laép ñaët vaø baûo trì, toån thaát trong tuï vaø toån thaát tteân daây caùp, maùy bieán aùp sau khi laép ñaët tuï buø. Trang 5 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy Chöông 2: SÖÛ DUÏNG PHAÀN MEÀM ATP/EMTP ÑEÅ PHAÂN TÍCH QUAÙ ÑOÄ CUÛA TRAÏM TUÏ BUØ I.
Giôùi thieäu phaàn meàm ATP/EMTP The Alternative Transients Program (ATP) laø moät phieân baûn cuûa phaàn meàm phaân tích quaù ñoä ñieän töø ( EMTP: Electromagentic transients Program). EMTP coù theå döï ñoaùn söï thay ñoåi ñieän aùp, doøng ñieän. cuûa heä thoáng ñieän nhö laø moät haøm theo thôøi gian, ñoùng caét traïm tuï buø laø moät laø moät trong caùc chöùc naêng maø ATP coù theå thuïc hieän ñöôïc.Hieän töôïng quaù ñoä trong heä thoáng ñieän II.1 Giôùi thieäu Trong phaàn naøy chæ giôùi thieäu chung caùc hieän töôïng quaù ñoä, nguoàn goác vaø haäu quaû cuûa quaù ñoä trong maïch moät pha vaø ba pha. So saùnh vôùi traïng thaùi saùt laäp cuûa heä thoáng ôû moät taàn soá, nôi maø heä thoáng coù theå ñöôïc moâ taû deã daøng baèng moät phöông trình phöùc taïp, moät coâng thöùc toaùn cuûa ñaùp öùng cuûa thieát bò rieâng bieät hoaëc cuûa moät heä thoáng ít phöùc taïp hôn, bôûi vì ôû traïng thaùi saùt laäp ñaùp öùng cuûa heä thoáng lieân quan ñeán moät daõi taàn soá.
Vì theá, hieåu ñöôïc baûn chaát cuûa quaù trình quaù ñoä laø raát quan troïng. Quaù ñoä gaáp ñoâi taàn soá (Double Frequency transients). Tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát cuûa quaù ñoä gaáp ñoâi taàn soá ñöôc xeùt ñeán laø môû maùy caét trong maïch 10kV nhö hình veõ.1mH laø toång trôû ngaén maïch cuûa nguoàn 10kV, C1 = 2μ F laø ñieän dung töông ñöông cuûa caùp noái töø nguoàn ñeán taûi caûm öùng (motor). L2 = 30mH , C2 = 40nF laø ñieän caûm vaø ñieän dung töông ñöông cuûa taûi caûm öùng (motor), toån thaát daây quaán cuûa ñoäng cô ñöôïc thay theá baèng R2 = 0.
Khi môû khoùa hai nöûa cuûa maïch ñoäc laäp vôùi nhau. Tröôùc khi môû khoùa ñieän aùp taàn soá 50Hz ñieän aùp seõ chia töông öùng treân nhöõng ñieän caûm, vì vaäy ñieän aùp xaáp xæ cuûa tuï seõ laø L2 1 VC = VS bôûi vì L2 ? L1 , ? ω L2 L1 + L2 ω (C1 + C2 ) Trang 6 GVHD: TS.Nguyeãn Höõu Phuùc HVTH: Leâ Quoác Uy Khi doøng qua ñieåm khoâng, coâng taéc seõ môû ra vaø ñieän aùp treân coâng taéc seõ laø ñieän aùp ñænh bôûi gì maïch coù tính caûm. Tieáp theo doøng ngaét C2 seõ xaû qua L2 vôùi taàn soá coäng höôûng 1 f2 = = 4594 Hz 2π L2C2 Aûnh höôûng cuûa R2 ñöôïc boû qua. Trong luùc naøy C1 khoâng aûnh höôûng ñeán ñieän theá nguoàn, seõ dao ñoäng khoaûng giaù trò ñænh 2Vs = 8165kV.
Taàn soá cuûa dao ñoäng xaáp xæ 1 f1 = =2453Hz. 2π L1C1 Ñieän aùp quaù ñoä phiaù nguoàn vaø phía taûi Ñieän aùp quaù ñoä qua coâng taéc II.2 Quaù ñoä trong maïch ba pha Heä thoáng ba pha coù theå noái ñaát ôû trung tính, coù theå coâ laäp vôùi ñaát hoaëc coù theå noái ñaát ôû trung tính qua toång trôû. Trong heä thoáng, trung tính ñöôïc noái ñaát ba pha haàu nhö ñoäc laäp vaø töông töï nhö ba maïch moät pha neáu toång trôû noái ñaát cuûa maïch khoâng ñaùng keå.
