Chương 1. Giới thiệu chung 1. Vai trò, đặc điểm chung của lƣới phân phối 1. Sự tiêu thụ công suất phản kháng 1.
Các nguồn phát công suất phản kháng 1. Các tiêu chí bù công suất phản kháng trên luới phân phối 1. Sơ đồ đấu nối tụ và phƣơng thức điều khiển tụ bù Chương 2. Ảnh hưởng của thiết bị bù, các phương pháp tính toán bù trong lưới điện phân phối 2.
Ảnh huởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ảnh hƣởng của thiết bị bù đến tổn thất công suất và điện năng 2. Ảnh hƣởng của thiết bị bù đến chế độ điện áp của lƣới phân phối 2. Các phƣơng pháp tính toán dung luợng và vị trí bù công suất phản kháng, công cụ tính toán bù 2.
Đánh giá hiệu quả của bù công suất phản kháng Chương 3. Tính toán xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho lưới điện trung thế huyện Mai Sơn 3. Hiện trạng lƣới điện trung thế huyện Mai Sơn 3. Tính toán xác định vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho lƣới điện trung thế huyện Mai Sơn 3.
Đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo vận hành tối ƣu các bộ tụ bù trên hệ thống lƣới điện trung thế huyện Mai Sơn Kết luận, kiến nghị 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 1. Vai trò, đặc điểm chung của lƣới phân phối Lƣới điện phân phối là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐPP là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng. Tính đến nay lƣới điện phân phối đã trải khắp các xã trên đất nƣớc, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.
Do vậy việc nghiên cứu tổng thể về lƣới phân phối hiện nay là rất cần thiết trong đó việc nghiên cứu bù CSPK để giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng, cải thiện điện áp, hệ số công suất, cân bằng tải, hạn chế tối đa các dao động điện áp lớn do các phụ tải tiêu thụ CSPK thay đổi nhiều và các nhiễu loạn trên lƣới do ảnh hƣởng của sóng hài bậc cao nhằm cải thiện chất lƣợng cung cấp và tăng hiệu quả kinh tế là một vấn đề thời sự đang đƣợc ngành điện quan tâm. Đặc điểm chung của lƣới phân phối: a. Chế độ vận hành bình thƣờng của lƣới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xƣơng cá. Để tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện một số khu vực cũng có cấu trúc mạch vòng nhƣng vận hành hở.
Trong mạch vòng các xuất tuyến đƣợc liên kết với nhau bằng dao cách ly hoặc thiết bị nối mạch vòng các thiết bị này vận hành ở vị trí mở trong trƣờng hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đƣờng dây thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng dao cách ly phân đoạn hoặc tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng. Phụ tải lƣới phân phối đa dạng và phức tạp, các phụ tải sinh hoạt, dịch vụ, nông nghiệp, công nghiệp hầu hết cùng trong một hộ phụ tải. So với mạng hình tia, mạch vòng có chất lƣợng điện tốt hơn, đó chính là lý do tồn tại mạch vòng, song lại gây phức tạp về vấn đề bảo vệ rơle, cấu trúc mạch vòng chỉ thích hợp cho những máy biến áp có công suất lớn và có số lƣợng trạm trên mạch vòng ít. Mặt khác cùng với một giá trị đầu tƣ thì hiệu quả khai thác mạch vòng kín so với mạch hình tia là thấp hơn.
Ngoài ra chất lƣợng phục vụ của mạng hình tia đã liên tục đƣợc cải thiện đặc biệt là những 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thập niên gần đây với sự xuất hiện của các thiết bị có công nghệ mới và các thiết bị tự động, việc giảm bán kính cung cấp điện, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng cho nên chất lƣợng điện mạng hình tia đã đƣợc cải thiện lên rất nhiều. Kết quả của các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đƣa đến kết luận nên vận hành lƣới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do: - Vận hành đơn giản; - Trình tự phục hồi lại lƣới sau sự cố dễ dàng hơn; - Ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ. Với các lý do trên nên trong phần tiếp theo của nội dung luận văn chỉ tập trung đi sâu tìm hiểu việc bù công suất phản kháng trên lƣới phân phối hở và các lợi ích của việc bù công suất phản kháng. Sự tiêu thụ công suất phản kháng Xét sự tiêu thụ năng lƣợng trong một mạch có điện trở và điện kháng: U R U P+jQ p+jq Hình 1.1 Sơ đồ cung cấp đơn giản Mạch đƣợc cung cấp bởi điện áp: u = Umsinωt; (1.1) Dòng điện i lệch pha với u một góc φ: i = Imsin(ωt- φ); hay i = Im(sinωt.4) 0 UIcos P UI UIsin S Q Hình 1.2 Quan hệ giữa P và Q 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhƣ vậy dòng điện i là tổng của 2 dòng điện thành phần: i = i1+i2 (1.5) i1 có biên độ Imcosφ cùng pha với điện áp; i2 có biên độ Imsinφ chậm pha so với điện áp một góc π/2 Công suất tƣơng ứng với hai thành phần i1 và i2 là: P: gọi là công suất tác dụng; Q: gọi là công suất phản kháng; Ta cũng có thể viết: P = U.7) Nhƣ vậy: Công suất tác dụng (CSTD) là công suất có hiệu lực biến năng lƣợng điện thành các dạng năng lƣợng khác và sinh ra công.
Công suất phản kháng (CSPK) của một nhánh nói lên cƣờng độ của quá trình dao động năng lƣợng. CSPK đƣợc tiêu thụ ở động cơ KĐB, MBA, đƣờng dây tải điện và mọi nơi có từ trƣờng. Yêu cầu CSPK chỉ có thể giảm đến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu đƣợc vì nó cần thiết để tạo ra từ trƣờng, yếu tố cần thiết trong quá trình chuyển hoá điện năng. Sự tiêu thụ CSPK trên lƣới điện có thể đƣợc phân chia một cách gần đúng nhƣ sau: - Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60-65%; - Máy biến áp tiêu thụ 22-25%; - Đƣờng dây tải điện và các phụ tải khác 10%.
Nhƣ vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ nhiều CSPK nhất. Công suất tác dụng P là công suất đƣợc biến thành công nhƣ cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện, còn CSPK Q là công suất từ hoá trong máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi CSPK giữa máy phát điện và phụ tải là quá trình dao động. Việc tạo ra CSPK cung cấp cho các phụ tải không nhất thiết phải lấy từ nguồn mà có thể cung cấp trực tiếp cho các phụ tải từ tụ điện hay máy bù đồng bộ.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhu cầu công suất phản kháng chủ yếu là ở các Công ty, Xí nghiệp công nghiệp, cosφ của chúng dao động từ 0,5 đến 0,8 nghĩa là cứ 1 kW công suất tác dụng thì chúng yêu cầu từ 0,75 đến 1,7 kVAr công suất phản kháng. Bởi vì, trong xí nghiệp công nghiệp phụ tải chủ yếu là các động cơ KĐB và MBA. do vậy muốn giảm công suất phản kháng phải chú ý đến các phụ tải này. Nhu cầu công suất phản kháng ở các hộ phụ tải sinh hoạt, dân dụng không nhiều vì cosφ của chúng thƣờng lớn hơn 0,9.
Nhu cầu công suất phản kháng ở các MBA công suất nhỏ là 10% công suất định mức của chúng, ở MBA lớn là 3%, còn các MBA siêu cao áp có thể là từ 8- 10% để hạn chế dòng ngắn mạch. Ví dụ sau đây minh họa ảnh hƣởng của hệ số công suất đến công suất toàn phần: 100kW 100kW 75kVAr 100kW 100kVAr Hình 1.3 Quan hệ giữa hệ số công suất và công suất toàn phần Bảng 1.1 Quan hệ giữa hệ số công suất và công suất toàn phần Cosφ = 1,0 Cosφ = 0,8 Cosφ = 0,7 P = 100kW P = 100kW P = 100kW Q=0 Q = 75kVAr Q = 100kVAr S = 100kVA S = 125kVA S = 141kVA 1. Các nguồn phát công suất phản kháng Khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện là rất hạn chế do cosφ của các máy phát từ 0,8-0,85 và cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế ngƣời ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải.
Các máy phát chỉ đảm đƣơng một phần nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm nhiệm (máy bù đồng bộ, tụ điện,. Trong hệ thống phải tính đến một nguồn công suất phản kháng nữa, đó là các đƣờng dây, đặc biệt là các đƣờng cáp và đƣờng 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dây siêu cao áp. Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lƣới phân phối, do vậy chỉ lƣu ý đến các trƣờng hợp đƣờng dây 35 kV dài và các đƣờng cáp ngầm. Tuy nhiên CSPK phát ra từ các phần tử này cũng không đáng kể nên nguồn phát CSPK chính trong lƣới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ đồng bộ và máy bù.
Các ƣu nhƣợc điểm của các nguồn công suất phản kháng: a) Ƣu điểm của tụ điện: - Chi phí tính theo 1VAr của tụ điện rẻ hơn máy bù đồng bộ, ƣu điểm này càng nổi bật khi dung lƣợng càng tăng. - Tổn thất công suất tác dụng trong tụ điện rất nhỏ, khoảng 0,05-0,1 W/kVAr; trong khi đó máy bù đồng bộ tƣơng đối lớn, khoảng 3-15 W/kVAr tuỳ theo công suất định mức của máy. - Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao hơn máy bù đồng bộ. - Tụ điện lắp đặt đơn giản, có thể phân ra nhiều cụm để lắp rải trên lƣới phân phối, hiệu quả là cải thiện tốt hơn đƣờng cong phân bổ điện áp.
Không cần ngƣời trông nom vận hành. Việc bảo dƣỡng, sửa chữa đơn giản. b) Nhƣợc điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ: - Máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh trơn còn tụ điện điều chỉnh từng cấp. - Máy bù có thể phát ra hay tiêu thụ CSPK, tụ điện chỉ phát ra CSPK.
- Công suất phản kháng do tụ điện phát ra phụ thuộc vào điện áp vận hành, thời gian vận hành, tuổi thọ ngắn, dễ hƣ hỏng (khi bị ngắn mạch, quá áp).