Nghiên cứu chất lượng điện và dao động điện áp trong lưới điện

Đánh giá tác động của quá độ trong quá trình đóng ắt trạm tụ bù trên lưới phân phối hệ thống điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Quốc Thắng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Ngành: Mạng và Hệ Thống Điện
• Đề tài: Đánh Giá Các Tác Động Của Quá Độ Trong Quá Trình Đóng Cắt Trạm Tụ Bù Trên Lưới Phân Phối Của Hệ Thống Điện
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP
• 1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.2. Chất lượng điện áp
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP
• 2.1. Sụt giảm điện áp và mất điện áp
• 2.4. Dao động điện áp
• 2.5. Biện pháp
• 3. CHƯƠNG 3: DAO ĐỘNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI
• 3.1. Dao động điện áp trong lưới điện và nguyên nhân cần khắc phục
• 3.2. Biện pháp ổn định điện áp ở lưới điện có phổ tần dao động
• 4. CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG EMTP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG ĐIỆN ÁP
• 4.1. Giới thiệu về chương trình ATTP - EMTP
• 4.2. Ứng dụng của chương trình
• 4.3. Kết hợp các module tính toán trong ATTP
• 4.4. Mô phỏng các quá độ trạm tụ
• 4.5. Mô phỏng dao động điện áp của lưới hạ quang bằng EMTP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Chất Lượng Điện và Dao Động Điện Áp

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, chất lượng điện trở thành yếu tố then chốt. Các thiết bị điện tử ngày càng nhạy cảm với các biến động điện áp và tần số. Việc đảm bảo chất lượng điện năng không chỉ bảo vệ thiết bị mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Dao động điện áp là một trong những vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu và giải quyết để duy trì ổn định lưới điện. Theo nghiên cứu của U. Navy năm 1968, việc sử dụng thiết bị giám sát và các biện pháp cách ly chuyển mạch tĩnh có thể giúp cải thiện chất lượng điện năng đáng kể.

1.1. Khái niệm cơ bản về chất lượng điện năng trong lưới điện

Chất lượng điện năng thường được định nghĩa bởi các giới hạn cho phép về độ lệch điện áp, dao động điện áp, dạng sóng không hình sin, sự mất cân bằng điện áp và độ lệch tần số. Tiêu chuẩn chất lượng điện đóng vai trò quan trọng, đặc biệt với sự phát triển công nghiệp. Việc duy trì chất lượng điện là một bài toán phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa công nghệ và quy trình quản lý hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu dao động điện áp trong lưới điện

Dao động điện áp quá mức gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của thiết bị, chất lượng sản phẩm, sức khỏe con người và gây thiệt hại cho nền kinh tế. Cần phải nghiên cứu sâu về nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng của chúng đến hệ thống điện, và các biện pháp khắc phục. Các nghiên cứu chỉ ra, các phụ tải tiêu thụ điện là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp.

II. Các Vấn Đề Về Chất Lượng Điện Áp Hướng Dẫn Chi Tiết

Chất lượng điện áp là yếu tố then chốt của chất lượng điện năng. Các vấn đề như sụt áp, quá áp, mất cân bằng pha và sóng hài đều ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị điện. Việc hiểu rõ nguyên nhân và tác động của các vấn đề này là bước đầu tiên để triển khai các giải pháp nâng cao chất lượng điện. Như đã nêu trong tài liệu gốc, các thiết bị ngày càng nhạy cảm hơn với sự mất cân bằng điện áp, do đó, việc duy trì ổn định điện áp là vô cùng quan trọng.

2.1. Sụt Áp và Mất Điện Áp Nguyên nhân và hậu quả trong lưới điện

Sụt áp là sự giảm điện áp xuống dưới 90% giá trị định mức, trong khi mất điện áp là tình trạng điện áp giảm xuống dưới 10%. Cả hai đều gây ra bởi các sự cố trong hệ thống điện, hoạt động của tải nặng, hoặc kết nối gián đoạn. Hậu quả bao gồm giảm hiệu suất thiết bị, hư hỏng thiết bị, và gián đoạn sản xuất. Sự cố chạm đất một pha hoặc khởi động động cơ lớn có thể gây sụt áp đáng kể.

2.2. Dao Động Điện Áp và Sóng Hài Ảnh hưởng và phương pháp phân tích

Dao động điện áp và sóng hài là những thành phần không mong muốn trong lưới điện, gây ra bởi các tải phi tuyến như bộ chỉnh lưu, biến tần, và lò hồ quang. Sóng hài làm tăng tổn thất, gây nhiễu, và ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị đo. Phân tích phổ tần số là phương pháp hiệu quả để xác định và định lượng các thành phần sóng hài.

2.3. Quá Áp Nguyên nhân và biện pháp phòng tránh trong lưới điện

Quá áp là tình trạng điện áp tăng lên quá 110% giá trị định mức. Nguyên nhân thường là do chuyển mạch tải, hoạt động của bộ tụ, hoặc lỗi điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp. Quá áp có thể gây hư hỏng cách điện, cháy nổ thiết bị, và nguy hiểm cho người sử dụng. Các biện pháp phòng tránh bao gồm sử dụng thiết bị bảo vệ quá áp, điều chỉnh điện áp tự động, và thiết kế lưới điện hợp lý.

III. Dao Động Điện Áp Các Biện Pháp Ổn Định Hiệu Quả Nhất

Dao động điện áp là một vấn đề nghiêm trọng trong lưới điện, đặc biệt là trong các khu vực có tải dao động. Để đảm bảo chất lượng điện năng, cần áp dụng các biện pháp ổn định điện áp hiệu quả. Các biện pháp này có thể bao gồm điều chỉnh công suất phản kháng, sử dụng thiết bị bù, và cải thiện cấu trúc lưới điện. Như tài liệu đã đề cập, trong quá trình ổn định điện áp, các biện pháp giảm thiếu dao động điện áp cũng cần được chú trọng.

3.1. Bù Công Suất Phản Kháng Giải pháp cải thiện chất lượng điện áp

Bù công suất phản kháng là phương pháp hiệu quả để giảm sụt áp và cải thiện hệ số công suất. Các thiết bị bù công suất phản kháng như tụ điện, cuộn kháng, và SVC có thể được sử dụng để cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng, duy trì điện áp ổn định. SVC (Static VAR Compensator) là một giải pháp linh hoạt và hiệu quả để ổn định điện áp trong các lưới điện có tải biến động.

3.2. Sử dụng Bộ Lọc Sóng Hài Giảm thiểu ảnh hưởng của sóng hài

Bộ lọc sóng hài được sử dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của sóng hài trong lưới điện. Có nhiều loại bộ lọc sóng hài khác nhau, bao gồm bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động. Bộ lọc thụ động sử dụng các thành phần RLC để loại bỏ các tần số sóng hài cụ thể, trong khi bộ lọc chủ động sử dụng các bộ biến tần để tạo ra sóng hài ngược pha, triệt tiêu sóng hài hiện có.

3.3. Điều Khiển Điện Áp Thông Minh Ứng dụng trong lưới điện hiện đại

Điều khiển điện áp thông minh là một giải pháp tiên tiến để duy trì điện áp ổn định trong lưới điện hiện đại. Các hệ thống điều khiển điện áp thông minh sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển để theo dõi điện áp và điều chỉnh các thiết bị bù một cách tự động. Lưới điện thông minh cho phép điều khiển điện áp hiệu quả hơn, giảm thiểu sụt áp và cải thiện chất lượng điện năng.

IV. Mô Phỏng Đánh Giá Dao Động Điện Áp Bằng EMTP Hướng Dẫn

Phần mềm EMTP (ElectroMagnetic Transients Program) là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích các hiện tượng quá độ trong hệ thống điện. EMTP có thể được sử dụng để mô phỏng dao động điện áp, đánh giá hiệu quả của các biện pháp ổn định điện áp, và thiết kế các thiết bị bù. Theo tài liệu tham khảo, EMTP rất quan trọng trong việc mô phỏng quá trình đóng cắt trạm tụ bù trong lưới điện.

4.1. Giới thiệu về phần mềm EMTP và ứng dụng trong phân tích lưới điện

EMTP là một phần mềm mô phỏng hệ thống điện mạnh mẽ, có khả năng mô phỏng các hiện tượng quá độ và dao động một cách chính xác. EMTP được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thiết kế lưới điện, đặc biệt là trong việc phân tích chất lượng điện năng và ổn định điện áp. Việc áp dụng EMTP là rất cần thiết để có thể thiết kế được một lưới điện chất lượng.

4.2. Mô phỏng Dao Động Điện Áp do Lò Hồ Quang bằng EMTP

Lò hồ quang là một nguồn gây dao động điện áp lớn trong lưới điện. EMTP có thể được sử dụng để mô phỏng dao động điện áp do lò hồ quang gây ra, đánh giá ảnh hưởng của dao động điện áp đến các thiết bị khác trong hệ thống, và thiết kế các biện pháp giảm thiểu dao động điện áp. EMTP giúp ta hiểu rõ hơn về các tác nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng điện.

4.3. Đánh giá kết quả mô phỏng và đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng

Sau khi mô phỏng dao động điện áp bằng EMTP, cần đánh giá kết quả mô phỏng và đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng. Các giải pháp này có thể bao gồm điều chỉnh công suất phản kháng, sử dụng bộ lọc sóng hài, và cải thiện cấu trúc lưới điện. Việc đánh giá và đề xuất giải pháp cần dựa trên các tiêu chí về chất lượng điện năng và chi phí hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng điện năng là một trong những yếu tố then chốt ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống điện và các thiết bị tiêu thụ điện. Theo ước tính, dao động điện áp và các hiện tượng quá độ trong lưới điện gây ra thiệt hại kinh tế lớn do ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, việc nghiên cứu các tác động của quá độ trong quá trình đóng cắt trạm tụ bù trên lưới phân phối có ý nghĩa quan trọng nhằm nâng cao chất lượng điện áp, giảm thiểu sự cố và tổn thất điện năng.

Luận văn tập trung đánh giá các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, quá độ điện áp do đóng cắt trạm tụ bù, đồng thời phân tích ảnh hưởng của các hiện tượng này đến hệ thống điện phân phối tại khu công nghiệp Hưng Yên, nơi có phụ tải đặc thù như lò điện hồ quang luyện thép của Công ty thép Hòa Phát. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các hiện tượng dao động điện áp, sóng hài, quá độ xung và các biện pháp khắc phục trong giai đoạn từ năm 2004 đến 2006.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, vận hành và bảo vệ hệ thống điện phân phối, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thiệt hại do dao động điện áp và quá độ gây ra. Các chỉ số đánh giá bao gồm mức độ dao động điện áp, tần suất và biên độ quá độ, cũng như hiệu quả của các biện pháp bảo vệ và điều hòa điện áp trong thực tế vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về chất lượng điện năng, đặc biệt tập trung vào:

• Lý thuyết về dao động điện áp (Voltage Fluctuation): Mô tả sự biến đổi có hệ thống hoặc ngẫu nhiên của điện áp, ảnh hưởng đến thiết bị tiêu thụ và chất lượng điện năng.
• Lý thuyết về quá độ điện áp (Transient Overvoltage): Phân loại quá độ thành xung và dao động, nguyên nhân do đóng cắt thiết bị hoặc sét đánh, ảnh hưởng đến cách điện và thiết bị bảo vệ.
• Mô hình sóng hài (Harmonics Model): Sử dụng chuỗi Fourier để phân tích thành phần sóng hài trong điện áp và dòng điện, đánh giá độ méo dạng sóng qua các chỉ số THD (Total Harmonic Distortion) và TDD (Total Demand Distortion).
• Khái niệm mất cân bằng điện áp (Voltage Imbalance): Đánh giá sự lệch pha và biên độ điện áp giữa các pha trong hệ thống ba pha, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ thiết bị.

Các khái niệm chính bao gồm dao động điện áp, quá độ xung, sóng hài, mất cân bằng điện áp và các thiết bị bảo vệ quá áp như TVSS (Transient Voltage Surge Suppressors), máy biến áp cách ly, bộ lọc tần số thấp và điều hòa công suất trở kháng thấp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống điện phân phối tại khu công nghiệp Hưng Yên, bao gồm số liệu đo đạc dao động điện áp, sóng hài và quá độ trong quá trình đóng cắt trạm tụ bù. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các điểm đo tại trạm biến áp và các phụ tải đặc thù như lò điện hồ quang với công suất lên đến 60 MVA.

Phương pháp phân tích sử dụng chương trình mô phỏng quá độ điện từ EMTP (ElectroMagnetic Transients Program) để mô phỏng các hiện tượng quá độ và dao động điện áp. Các phép đo thực tế được so sánh với kết quả mô phỏng nhằm đánh giá độ chính xác và hiệu quả của các biện pháp bảo vệ.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2004 đến 2006, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích mô phỏng và đề xuất giải pháp kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Dao động điện áp do đóng cắt trạm tụ bù: Kết quả mô phỏng và đo đạc cho thấy dao động điện áp có biên độ lên đến 15-20% so với điện áp định mức trong thời gian ngắn (vài chu kỳ), đặc biệt khi đóng cắt các tụ bù có công suất lớn. Hiện tượng này gây ra các xung quá áp và dòng điện dao động có tần số chính từ 300 Hz đến 500 kHz.

2. Ảnh hưởng của lò điện hồ quang: Lò điện hồ quang tại khu công nghiệp Hưng Yên tạo ra dao động điện áp và sóng hài bậc cao, với tổng độ méo sóng hài (THD) dòng điện lên tới 35%, vượt mức cho phép theo tiêu chuẩn quốc tế. Điều này làm tăng tổn thất điện năng và giảm tuổi thọ thiết bị.

3. Mất cân bằng điện áp: Mất cân bằng điện áp tại các điểm đo dao động trong khoảng 2-5%, chủ yếu do tải đơn pha và sự cố đứt cầu chì trong bộ tụ ba pha. Mức mất cân bằng này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ và thiết bị điện tử.

4. Hiệu quả của các thiết bị bảo vệ: Việc sử dụng máy biến áp cách ly, bộ lọc tần số thấp và bộ bảo vệ quá áp TVSS giúp giảm biên độ dao động điện áp và sóng hài từ 15-25%, nâng cao chất lượng điện áp tại các phụ tải quan trọng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của dao động điện áp và quá độ là do đóng cắt các trạm tụ bù và hoạt động của các phụ tải phi tuyến như lò điện hồ quang. So với các nghiên cứu trong khu vực và quốc tế, mức độ dao động và sóng hài tại khu công nghiệp Hưng Yên tương đương hoặc cao hơn do đặc thù tải công nghiệp nặng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ dạng sóng điện áp và dòng điện, bảng tổng hợp chỉ số THD, TDD và mức độ mất cân bằng điện áp tại các điểm đo. Việc áp dụng các thiết bị bảo vệ và điều hòa công suất trở kháng thấp đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu các hiện tượng này, phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng điện năng hiện hành.

Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát quá độ và dao động điện áp trong hệ thống phân phối, đặc biệt tại các khu công nghiệp có phụ tải đặc thù, nhằm đảm bảo vận hành ổn định và giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống điều hòa công suất trở kháng thấp: Áp dụng thiết bị điều hòa công suất trở kháng thấp tại các trạm biến áp phân phối để giảm thiểu dao động điện áp và sóng hài, hướng tới giảm THD dòng điện xuống dưới 20% trong vòng 12 tháng.

2. Lắp đặt bộ lọc tần số thấp và máy biến áp cách ly: Tăng cường sử dụng bộ lọc tần số thấp kết hợp máy biến áp cách ly tại các phụ tải nhạy cảm như lò điện hồ quang, nhằm giảm biên độ quá độ và bảo vệ thiết bị, thực hiện trong 6-9 tháng tới.

3. Nâng cao công tác bảo trì và kiểm tra thiết bị đóng cắt: Thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng các thiết bị đóng cắt trạm tụ bù để hạn chế hiện tượng đóng cắt không tải gây quá độ, giảm thiểu sự cố trong hệ thống, thực hiện định kỳ hàng quý.

4. Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng điện năng: Triển khai hệ thống đo đạc và giám sát trực tuyến các chỉ số dao động điện áp, sóng hài và mất cân bằng điện áp tại các điểm trọng yếu trong lưới phân phối, nhằm phát hiện và xử lý kịp thời các hiện tượng bất thường, hoàn thành trong 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì hệ thống điện: Nắm bắt các hiện tượng dao động điện áp, quá độ và sóng hài để áp dụng các biện pháp bảo vệ và điều hòa điện áp hiệu quả, giảm thiểu sự cố và tổn thất.

2. Nhà quản lý khu công nghiệp và doanh nghiệp sản xuất: Hiểu rõ tác động của các phụ tải công nghiệp nặng đến chất lượng điện năng, từ đó phối hợp với ngành điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo sản xuất ổn định.

3. Chuyên gia thiết kế hệ thống điện: Áp dụng các mô hình và phương pháp phân tích quá độ, dao động điện áp trong thiết kế trạm biến áp và lưới phân phối, tối ưu hóa hệ thống nhằm giảm thiểu các hiện tượng bất lợi.

4. Cơ quan quản lý và lập chính sách năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định về chất lượng điện năng, thúc đẩy đầu tư vào các thiết bị bảo vệ và nâng cao chất lượng điện áp trong khu vực công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Dao động điện áp là gì và tại sao nó quan trọng?
   Dao động điện áp là sự biến đổi liên tục hoặc ngẫu nhiên của điện áp trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của thiết bị và chất lượng sản phẩm. Ví dụ, dao động điện áp do lò điện hồ quang có thể gây hư hỏng thiết bị và giảm tuổi thọ máy móc.

2. Nguyên nhân chính gây ra quá độ điện áp trong lưới phân phối?
   Quá độ điện áp thường do đóng cắt trạm tụ bù hoặc sét đánh gây ra. Quá độ này có thể có tần số cao và biên độ lớn, làm hỏng cách điện và thiết bị bảo vệ nếu không được kiểm soát.

3. Sóng hài ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống điện?
   Sóng hài làm méo dạng sóng điện áp và dòng điện, gây quá nhiệt máy biến áp, giảm hiệu suất thiết bị và tăng tổn thất điện năng. Ví dụ, sóng hài bậc cao do bộ biến đổi công suất điện tử có thể làm giảm tuổi thọ động cơ.

4. Các thiết bị bảo vệ quá áp nào hiệu quả nhất?
   Máy biến áp cách ly, bộ lọc tần số thấp và bộ bảo vệ TVSS là các thiết bị phổ biến giúp giảm thiểu quá độ và sóng hài, bảo vệ thiết bị và nâng cao chất lượng điện áp.

5. Làm thế nào để giảm thiểu mất cân bằng điện áp trong hệ thống ba pha?
   Giải pháp bao gồm cân bằng tải giữa các pha, kiểm tra và thay thế cầu chì hỏng, sử dụng máy biến áp nối tam giác để hạn chế dòng hài bậc ba, và áp dụng các thiết bị điều hòa công suất phù hợp.

Kết luận

• Đánh giá chi tiết các tác động của quá độ trong quá trình đóng cắt trạm tụ bù cho thấy dao động điện áp và sóng hài là nguyên nhân chính gây giảm chất lượng điện năng tại khu công nghiệp Hưng Yên.
• Mức độ dao động điện áp có thể lên đến 20% và sóng hài dòng điện THD đạt 35%, vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép.
• Các thiết bị bảo vệ như máy biến áp cách ly, bộ lọc tần số thấp và TVSS đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu các hiện tượng bất lợi này.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm nâng cao chất lượng điện áp, giảm thiểu thiệt hại và tăng độ tin cậy cung cấp điện.
• Khuyến nghị triển khai hệ thống giám sát chất lượng điện năng và nâng cao công tác bảo trì thiết bị đóng cắt trong vòng 12 tháng tới.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất, theo dõi hiệu quả qua hệ thống giám sát và cập nhật chính sách quản lý chất lượng điện năng.

Các đơn vị vận hành và quản lý hệ thống điện cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng điện năng, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp và kinh tế quốc dân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi  LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ngµnh: m¹ng vµ HÖ thèng ®iÖn ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng cña qu¸ ®é trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t tr¹m tô bï trªn líi ph©n phèi cña hÖ thèng ®iÖn NguyÔn Ngäc Trung Hµ Néi 2006 17061131680331000000 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi  LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng cña qu¸ ®é trong qu¸ tr×nh ®ãng c¾t tr¹m tô bï trªn líi ph©n phèi cña hÖ thèng ®iÖn Ngµnh: m¹ng vµ HÖ thèng ®iÖn M· sè: 02 - 06 - 07 NguyÔn Ngäc Trung Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS. §Æng quèc thèng Hµ Néi 2006 lời cảm ơn T«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn ngêi híng dÉn trùc tiÕp lµ PGS.TS §Æng Quèc Thèng - Bé m«n HÖ thèng ®iÖn, khoa §iÖn, trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ®· tËn t×nh híng dÉn t«i n©ng cao chÊt lîng vµ hoµn thµnh b¶n luËn v¨n nµy, cïng víi sù gióp ®ì vµ ®éng viªn trong suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi nµy. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c ®ång nghiÖp ë §iÖn lùc Hng Yªn, Trung t©m ®iÒu ®é quèc gia A0, Trung t©m thÝ nghiÖm §iÖn 1 ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì cung cÊp d÷ liÖu, phèi hîp sö dông phÇn mÒm EMTP. C¶m ¬n C«ng ty thÐp Hoµ Ph¸t ®· cho phÐp thùc hiÖn c¸c phÐp ®o t¹i tr¹m biÕn ¸p cña c«ng ty trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi nµy.

T«i còng xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o, c¸c ®ång nghiÖp vµ ngêi th©n ®· nhiÖt t×nh gióp ®ì vµ t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy. Hµ Néi, ngµy 10 th¸ng 10 n¨m 2006 Ngêi thùc hiÖn NguyÔn Ngäc Trung N guyÔn ngäc trung - cao o häc hT® 2004-2006 Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña c¸ nh©n t«i, ngoµi nh÷ng trÝch dÉn ®· nªu trong luËn v¨n. T«i xin cam ®oan nh÷ng d÷ liÖu, phÐp ®o thùc hiÖn trong ®Ò tµi nµy lµ hoµn toµn trung thùc vµ cha ®îc c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo tríc ®©y. Ngêi thùc hiÖn NguyÔn Ngäc Trung N guyÔn ngäc trung - cao o häc hT® 2004-2006 Môc lôc lêi nãi ®Çu 1 LiÖ t kª h× nh v Ï vµ µ b ¶ng biÓ u 3 LiÖt kª ch ÷ viÕt t ¾t 5 Ch¬ng 1 Tæng quan vÒ chÊ t lîn îng ®iÖ n n n¨ ng vµ chÊ t l îng ®iÖ n ¸ p 6 1.1 Kh¸i ni Öm c hung.2 ChÊt l  îng ®i Ön ¸p 9 Ch¬ng 2 C¸c vÊ n ®Ò v Ò ch hÊtt lîn îng ®IÖ n ¸p 20 2.1 Sôt gi¶ m ®iÖ n ¸p vµ mÊt Êt ®i Ön ¸p 20 2.4 Dao ®é ng ®i Ön ¸p 51 Qu¸ ¸¸p do c¾ t m¹ ch m¸y biÕ Õn ¸p kh«ng t¶i trªn l-íi p h©n 2.5 phèi 64 Ch¬ng 3 da ao o ®én g ®iÖn n¸¸p vµ c¸c biÖn pph h¸ p æn ® Þnh ®iÖn ¸p ¸p t rªn l íi ®i Ön cã ph ô t ¶i da o ®é ng 72 3.1 Dao ®éng ®iÖn ¸p trong líi ®iÖn vµ nguyªn nh©n cÇn kh¾c phôc ®Ó n©ng cao chÊt lîng ®iÖn 72 3.2 BiÖn ph¸p æn ®Þnh ®iÖn ¸p ë líi ®iÖn cã phô t¶i dao ®éng 80 Ch¬ng 4 Sö dô ng g E MTP m « p háng hÖ thèn g ®iÖn vµ ®¸ nh gi¸ kÕ t q quu¶ ¶ vÒÒ mÆ t d da o ®é ng ®i®i Ön ¸ p 89 4.1 Gií i thiÖÖuu vÒ ch¬ng trr××nh ATTP - E MTTP 89 4.2 øng dôn g cña c h¬ ng trr×nh 89 4.3 KÕt hî p c¸c mod ulees t Ýnh to ¸n t ro ngg A TP 90 4.4 M« pháng c¸c qu¸ ®é ®ãng c¾t tr¹m tô 92 4.5 M« pháng dao ®éng ®iÖn cña lß hå quang b»ng EMTP 99 Õ lôc Phô Õ 1085 tµi liÖu tham kh¶o 117 N guyÔn ngäc trung - cao o häc hT® 2004-2006 1 lời nói đầu Chất lượng điện thường được nói đến như giới hạn cho phép về độ lệch điện áp, dao động điện áp, dạng sóng không hình sin của điện áp và dòng điện, sự mất đối xứng điện áp trong lưới điện ba pha, độ lệch tần số.

Trong các tiêu chuẩn giới hạn đó thì giới hạn về dao động điện áp (nhất là sóng hài và chớp nháy điện áp) là một trong những vấn đề lớn về chất lượng điện cần được quan tâm, nhất là đối với các nước có nền công nghiệp phát triển và các nước đang phát triển. Lý do chọn đề tài: Trong tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, việc nghiên cứu dao động điện áp trong lưới điện có ý nghĩa rất lớn. Nói một cách khác, để tồn tại và phát triển không ngừng nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong cạnh tranh thị trường phải quan tâm đến vấn đề chất lượng điện năng, dao động điện áp là một trong những vấn đề đó. Dao động điện áp qúa mức ảnh hưởng rất xấu đến hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện nối vào lưới điện, đến chất lượng sản phẩm, ảnh hưởng đến sinh hoạt và sức khoẻ của con người như thị giác, thần kinh… Tất cả những điều đó dẫn đến thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân.

Đối với những nhà máy điện ở gần phụ tải dao động xung, dao động điện áp quá lớn do nguồn này gây ra luôn đi đôi với dao động công suất có thể làm cho bộ phận điều chỉnh tuabin của máy phát điện phải hoạt động liên tục ở chế độ công suất đó và kéo theo tình trạng dao động tần số. Dao động điện áp trong lưới điện do nhiều nguyên nhân, nguyên nhân có thể do các phụ tải tiêu thụ điện, cũng có thể do nguồn điện gây ra, nhưng nguyên nhân chủ yếu vẫn là các phụ tải điện nối vào lưới điện. Những phụ tải nối vào lưới điện gây ra dao động điện áp rất đa dạng và có công suất từ nhỏ Ng guuy yÔn ng gäc c tr un ng - c ao o häc chhT T® 220044-20006 2 cho đến rất lớn (ở nhiều nước, riêng một lò điện hồ quang phải dùng một máy biến áp lò có công suất lên đến 60MVA và có thể lớn hơn) với các đặc tính khác nhau. Trong khu vực điện dân dụng vấn đề hạn chế dao động điện áp luôn đóng vai một trò quan trọng trong công việc đảm bảo sinh hoạt và sức khoẻ của con người (thị giác, thần kinh…).

Dao động điện áp có thể xảy ra ở những khu vực lưới điện có các phụ tải dao động như: lò điện hồ quang, máy hàn điện, động cơ điện của các máy cán kim loại, những bộ chỉnh lưu van lớn có điều chỉnh để cấp điện cho truyền động chính của máy cán kim loại … Cũng có thể xảy ra ở các cấp điện áp từ thấp đến cao. Với mong muốn tìm hiểu, nghiên cứu về dao động điện áp. Đề tài này được đưa ra để tìm hiểu các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục. Tên đề tài: “ ĐÁNH GIÁ CÁC TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT TRẠM TỤ BÙ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ” Đối tượng nghiên cứu: Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục.

Phạm vi nghiên cứu: Lưới điện Khu công nghiệp Hưng Yên, ảnh hưởng của lò điện hồ quang luyện thép của Công ty thép Hoà Phát đến các phụ tải điện trong khu công nghiệp này. Ng guuy yÔn ng gäc c tr un ng - c ao o häc chhT T® 2200044-20006 3 Liệt kê hình vẽ và bảng biểu HÌNH VẼ Hình 1.1: Sụt giảm điện áp do sự có chạm đất một pha Hình 1.2: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ lớn Hình 1.3: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha Hình 1.4 - Mất cân bằng điện áp Hình 1.5 - Dạng sóng của dòng điện Hình 1.6 - Dạng phổ của dòng điện Hình 1.7 - Dạng sóng nhiễu loạn điện áp Hình 1.8 - Dao động điện áp do hồ quang gây ra Hình 1.9: Quá độ xung do sét Hình 1.10: Xung dòng quá độ dao động Hình 2.1: Máy biến áp cách ly Hình 2.2: Bộ lọc tần số thấp Hình 2.3: Điều hoà công suất trở kháng thấp Hình 2.4: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp Hình 2.1: Sơ đồ cắt không tải MBA Hình 2.2: Dòng iw và điện áp u2 ở thời điểm tắt hồ quang.3: Điện áp phóng điện ngược.4: Cảm ứng điện áp từ một pha sang hai pha khác.5: Ngắt tụ điện.1: Giản đồ véctơ tải dao động lò điện. 2: Đường cong đặc tính tải dao động của lò điện.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC.4: Biểu đồ điện áp phía sơ cấp máy biến áp nối vào thanh cái 22kV ở các chế độ vận hành có lắp hệ thống tụ điện có thyristor điều khiển. Ng guuy yÔn ng gäc c tr un ng - c ao o häc chhT T® 2200044-20006 4 Hình 3.5: Biểu thị các đường cong phụ tải của lò điện hồ quang.1: Đóng điện vào trạm tụ độc lập.2: Xung quá điện áp và dòng điện qua tụ, Uc(0) =0, t = 5ms.1: Đóng điện vào trạm tụ song song.2: Xung quá áp U C1 và dòng I C1 qua tụ C1, UC2 (0) =0, t = 5ms.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trước.2: Xung quá áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=5ms, t2=6ms, t3=15ms.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại.2: Xung áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=45ms, t2=55ms, t3=56ms.5: QĐA trên mạng hạ áp khi đóng điện vào trạm tụ lưới phân phối.1: Sơ đồ mô phỏng của SVC.2: Icon của SVC400.3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống cung cấp điện cho lò hồ quang.4: Sơ đồ mô phỏng lưới điện.1: Các thành phần thứ tự pha của sóng hài trong HT 3 pha cân bằng.1: Tính toán trị số R/X của các bộ phận cấu thành lưới điện.1: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic Bảng 4.2: Giá trị (pu) của điện áp UC1 và dòng điện IC1 Bảng 4.3: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic Bảng 4.4: Giá trị (pu) của Uc và Ic.