CHƯƠNG CHÍN TÍNH TOÀN MẠNG DIỆN KÍN DON GIÃN 9. KHÁI NIỆM CHUNG Mạng điện kín là mạng điện trong đó điện nảng có thể đưa đến các hộ tiêu thụ ít nhất là từ hai phía, ví dụ như trên hỉnh 9- la, điện nang có thê’ đưa đến cho phụ tải c qua hai đường l2 và ly Mạng điện kín đơn giàn nhất gòm hai đường dây làm việc song song (hình 9- Ib). Cả hai đường dây lj và 1, có thê’ đi theo hai hàng cột riêng, hay cùng trên một hàng cột. Mạng điện kín nhưng nhận điện tìí một nguồn cung cấp điện A gọi là mạng điện hình vòng (hỉnh 9- la).
Mạng điện kín đơn giản là mạng điện chỉ co' một mạch vòng, mà đặc trưng cho no' là mạng điện hình vòng. Nguồn cung cấp điện A co' thê’ trực tiếp là nhà máy điện, hoặc trạm biến áp, có thể được nối với nguồn điện của hệ thống. Khi khảo sát mạng điện hình vòng, ta có thế coi như là một mạng điện có hai đàu cung cấp điện, điện áp bàng nhau, (hình 9-lc). Trong mạng điện kín, muôn biết công suất đi trên các đoạn đường dây phải dùng phép tính toán riêng (sẽ trinh bày ở mục 9-2 và 9-3).
Vi dụ xét mạng kín trên hình 9- la, không thể nói ngay được phàn nào của phụ tái Sc sẽ chạy trên đường 12 và phàn nào theo đường lv Điều này phụ thuộc vào chiều dài và tiết diện dây dẫn của tất cả các đoạn trong mạng điện, và phu thuộc vào trị sô' và vị trí các phụ tải trong mạng điện. Nhưng mạng điện kín đơn gián (hình 9- lb), gồm hai đường dây giống nhau làm việc song song thì ta biết ngay là công suât chuyển tải trên mỏi đường dây lã 0,5S. Mạng điện kín thường có các dạng phức tạp hơn. ví dụ như trên hinh 9- Id, mạng diện bao gồm một số mạch vòng kín và nhận điện nâng từ một sô nguỏn cung cấp A ị, Ay, Ay 450 Tại các điếm a, b, c, ư, số đường dây đến lớn hơn hoặc bằng ba gọi là các điếm nút cùa mạng điện.
Mạng điện kín có các điểm nút gọi là mạng điện kín phức tạp. Tính toán mạng điện kín phức tạp sẽ trình bày trong chương 10. c- Sơ dô mạng diện kín dơn giản; d- Sơ đô mạng diện kín phức tạp ƯU điểm chính cùa mạng điện kin là: 1. Bảo đảm cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ.
Mức kinh tế về mặt vận hành cao, chù yếu là do tổn thất công suất AP trong mạng điện kín thấp hơn trong mạng điện hở. Trong nhiều trường hợp vốn đâu tư xây dựng mạng điện kín thấp hơn mạng điện hở có cùng một mức độ dự trữ như nhau. Tính linh hoạt cao vì mạng điện kín thích ứng tốt và kịp thời với các trạng thái làm việc khác nhau của mạng điện. Khi phụ tài trong mạng điện kín có sự thay đổi đột biến thì tại các phụ tải trong mạng điện, điện áp biến thiên ít.
Nhược điểm chính của mạng điện kín là: /. Tính toán phức tạp hơn mạng điện hở rất nhiều. Nhưng ngày nay nhờ co' mãy tỉnh được sử dụng rộng rãi, với các chương trinh mẫu, nên việc giải tích mạng điện kín phức tạp không còn là việc khó khãn. Vận hành mạng điện kín phức tạp hơn.
Bảo vệ rơle và tự động hóa mạng điện cũng phức tạp và khó khan hơn. PHÀN BÕ CÒNG SUẤT TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÀY CỦA MẠNG ĐIỆN CÓ HAI ĐẦU CUNG CẤP ĐIỆN, ĐIỆN ÁP BẰNG NHAU Tim sự phân bố chính xác trong mạng điện kín là vân đê kho' khàn. Với những tính toán kỹ thuật không cần độ chính xác cao, ta co' thể dùng phương |)háp tính toán gân điíng. Trong tính toán gân đúng ta có những giả thiết sau: 1.
Các phụ tải ta dùng là phụ tải tính toán và công suất, nhà máy điện là công suất nhà máy điện tính toán. Nội dung cùa phụ tải tính,toán và cõng suát nhà máy điện tỉnh toán đã no'i ở mục 4-7 chương 4. Khi đã qui ước như vậy, trong quá trình tính toán ta sẽ được một sơ đồ thay thế của mạng điện mà đường dây của nó chi gồm có điện trở và điện kháng. Khi tính công suất trên các đoạn đường dây, ta bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây.
Tổn thất công suất trong từng đoạn đường đây của mạng điện được xác định trong bước thứ hai của tính toán, xuất phát từ công suất tìm được khi không tính tổn thất công suất. Dòng điện chạy trên tùng đoạn được xác định theo điện áp định mức: xụ Im = ^3Uđm trong đó ký hiệu là giá trị phức liên hợp của công suất toàn phần chạy trên đoạn m. Sau đây ta sẽ xét trường hợp dơn giản nhất là mạng điện co' hai đâu cung cấp điện A ị và A, (hình 9-2a). Tìm sự phân hô công suất trong mạng điện với già thiết là điện áp tại AI và A, Hình 9-2a Mạng điện kín có hai đầu cung cấp diện 452 bàng nhau vè trị sô' và trùng nhau về góc pha.
Gọi tổng trở các đoạn đường dây là Z|, z,, zv Z4- Chiêu chuyến vận cùa công suất trên từng đoạn đường dây chưa biết. Vậy ta già thiết trước chiêu chuyển vận của công suất trẽn các đoạn như ở hình 9- 2a. Theo định luật. Kirchhoff II, vì UA1 = ƯA> nên tổng sô' điện áp giáng trẽn toàn bộ đường dây phải bàng không.
- 0 <»• 1) Thay giá trị của I vào biểu thức (9-1), ta có phương trình sau: S| Ị S1 1 S-Ị .z2 + z,---- z4 = 0 ^Udm' ^3Udm - /3Udm V3Udm Nêu thay tất. cả các sô' phức bằng số phức liên hợp ta có: S| St St Si ■=■ ,z. - X”—Z4 = 0 (9-2» ựSudm «ud„ vsudm V3Udm Với giả thiết chiêu chuyển vận công suất như trên hình 9-2a, ta có: «2 = S, - s„ s. Sị Sd - s5 = sd - s, + s„ - Sc.
(ở đây có phụ tài —S(. để chỉ tại điểm c có một. nhà máy điện phát ra cho mạng điện một công suất cố định là Sc). Thay cãc trị số công suất này vào phương trình (9-2) ta có: S, - S| - S, - S, - ốh + S - Z.
+ Z2 + —---- 7=77---- Z3 - ^ĨJdlll ^3Udm V3Udm >■ + Sh - Spg- 0 <3Udm Từ đây chúng ta có: • 8|,(Z2 + Zj + z4) - SC(Z3 + z4) + sd.A— “ ■■"■JRL"1 Z| + z2 + z3 + z4 Gọi các tổng trở của đường dây tìí đàu cung cấp điện Â, (đàu đối diện) đến cãc phụ tải b, c, íỉ là Z|v Zc, Zd (hình 9-2a), tổng trở toàn bộ đường dây là Zy Gọi SA1 và SA, là công suất phát, ra từ hai đàu cung cấp điện A| và 453 A2. Công thức (9-3) có thể viết như sau: Q _ è _ Sh.zd - SAI- —-------- ------------ ------ z,ỵ Có thể viết gọn dưới dạng tổng quát như sau: n • Y s„.A1 = —5- - (9-4) ZeV / Cũng cách viết tương tự, ta viết được công suất phát ra tỉt đầu cung cap A2: .z5 A2 và cũng viết dưới dạng tổng quát có: Ssm.z;n $4 $A2 = --- 5---- (9- 4a) zỵ trong đo' z;n lã tổng trở phức liên hợp của dường dây từ đàu cung cấp đối diện đến phụ tải Slir Sau khi đã tính được công suẵt phát từ hai đâu nguòn Aị và A, vào mạng, ta dễ dàng tìm được cõng suất trên các đoạn còn lại theo định luật Kirchhoff ĩ. Nếu phụ tài cho bàng dòng điện thỉ công thức trên co' thê’ viết như sau: ia'--- • _ ‘bZb ~ i<Zc + *dZd Ẹ'nrZm I ” ~zỊ và: • ib Zi, - ỹz; + *d zd A2 Zv f‘nrZm I Zv 454 vì tất cả các số hạng trong (9-4) đêu là các trị số phức, nên để đơn giản tính toán các phương trình này, ta biểu diễn bằng một dạng khác hợp lý hơn. Gọi Yỵ là tổng dẫn phức liên hợp của toàn bộ đường dây và bàng: Yv - - Gỵ + ịBv trong đó: Rỵ Xỵ Gỵ = nT~' z r£ + x| và = -5- + T77 x£ Từ công thức (9-4), ta co' thể viết: SA1 = ---- 5=---- • = <GX + jBX>ẸSnrZm Zv 1 = <G£ + jBI)ỵ[<pm + jq„,i(Rm - jXj}.
Triển khai tiếp ta co': Sai = [°V-S <P™R™ + 9„,x,„) + BzS(pmXm- qmR,„>]+ + i[BsS<PmRm + q„.x,„> - GzS<PmXm - q,„Rm>]. Vậy: PAI = G1S <PmRm + lA’ + <PmX„, - W Qai - Bx2<pA, + M„,xm) - GíS<p,A, - qmRm) Đế cho gọn ta đặt: S<PmRm + qmxm) = M và V(pmX|n - qmRm) = N Công thức trên se bàng: PA1 = GX.N Còng thức (9-5) cho ta dễ dàng tính được sự phân phối công suất trong mạng điện theo tính toán số học, chứ không phải tính toán phức số. 455 Để kiểm tra kết quả tính toán, nên dùng công thức (9-4) và (9-4a) để tìm công suất phát ra từ hai đầu cung cấp điện, và tổng công suất này phải bàng tổng phụ tải của mạng điện. Biết được công suất S| và S4, lân lượt co' thể tính ra được s, và Sv nghĩa là ta đã xác định được tình trạng phân bố cóng suất trong mạng điện.
Dỉểm nào có phụ tải nhận công suất tù hai phía đi tới gọi là diểni phán công suất (hay là điểm phán dòng điện), và biểu thị trên sơ đồ mạng điện bàng ký hiệu ▼. Điểm này co' điện áp thấp nhất trên toàn bộ đương dây đang xét. Sa đS mang điện kin đan giần Cùng có trường hợp có hai điếm phân công suất: điểm phân công suất tác dụng và điểm phân công suất phản kháng như ở hình 9-2b. Với trường hợp này, ta dùng ký hiệu ▼ để chỉ điểm phân công suất tác dụng, và ký hiệu V để chi điểm phân công suất phàn kháng.
í A _____ 30fan a 30fan b 40fan 8 AC -/20 Ị AC-95 Ị AC-05 Hai trạm biến áp a và 25*JX /SfJ/2 b của hai nhà máy lấy điện MVA a) MVA từ hai trạm biến áp khu A ỉ, = 8,/^j/2^S a Z2 -- 93 *J’Z87Ỉ3 -■ 8 &-------- -------- - - 4*> vực A và B bàng đường dây cao áp 110 kV, dây / 25" JX 1 ' /5+J/2 1 J MVA JWA dẳn đật cách nhau 4 ni b) trên cột hình chữ n. Phụ Va JỊ5*jHỈ í) Kịĩ*j/2,t tải của trạm a là 25 + ị20 y—------ ---------- MVA và của trạm & là 15 25ij2OA4YA /5*j/2MVA + jl2 MVA. Các số liệu của đường dây cho trên hình Hỉnh 9-3. Mạng diện kín có hai phụ tải.
Cả hai trạm biến áp khu vực A và đều có điện áp luôn luôn bàng nhau và bàng 112 kV. Xác định trạng thái phàn bố' công suất trên mạng điện. 456 Bài Ịiiùi Các tổng trở các đoạn đường dây 1, 2, và 3 ghi trẽn hình 9-3b.