Hiệu quả kinh tế - Kỹ thuật khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển trên đường dây truyền tải dài

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> <br /> <br /> HIỆU QUẢ KINH TẾ-KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG KHÁNG BÙ NGANG<br /> CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI DÀI<br /> ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFECTIVENESS IN THE USE OF<br /> CONTROLLED SHUNT REACTORS ON EHV TRANSMISSION LINES<br /> <br /> <br /> Lê Thành Bắc<br /> Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo đánh giá hiệu quả kinh tế -kỹ thuật có thể mang lại trên đường dây truyền tải<br /> 500 kV đoạn Hòa Bình -Phú Lâm với hai phương án dùng thiết bị bù công suất phản kháng:<br /> phương án 1 dùng kháng bù ngang không ều đi khiển kết hợp tụ bù dọc và ph ương án 2 chỉ<br /> dùng loại kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở<br /> phương án 2 khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển sẽ là phương án sử dụng thiết bị đạt<br /> hiệu quả rất cao, cho phép nhanh chóng thu hồi chênh lệch vốn đầu tư của thiết bị bằng việc<br /> giảm bớt tổn thất công suất trên đường dây và giảm chi phí khi vận hành hệ thống.<br /> ABSTRACT<br /> This paper presents an evaluation of economic and technical effectiveness by using<br /> controlled shunt reactors on EHV transmission lines of HoaBinh-PhuLam 500KV Power Station.<br /> Two procedures are proposed in the Vietnam EHV transmission lines: (1) The combination of<br /> un-controlled shunt reactors and series capacitors; (2) Using only controlled shunt reactors in<br /> the control of transformer mode. The study results show that the second proposal brings the<br /> highest effectiveness in economy and technology as well. Load loss and operation cost on the<br /> power system are reduced. Consequently, the term of the loan refund for equipment investment<br /> is shortened.<br /> <br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Giải quyết bài toán bù công suất phản kháng dư và nâng cao khả năng truyền tải<br /> của các đường dây dài cao và siêu cao áp trước đây, mà cụ thể được đề cập trong bài<br /> báo này là đường dây 500 kV với chiều dài 1488 km tuyến Hòa Bình-Phú Lâm đã sử<br /> dụng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc (hình.1) với mức bù như<br /> trong bảng 1. Khi lắp đặt kháng bù ngang kết hợp tụ bù dọc trong hệ thống truyền tải<br /> như hiện nay ở nước ta đã tạm giải quyết được vấn đề hạn chế độ tăng điện áp ở cuối<br /> đường dây khi tải nhỏ và nâng cao khả năng truyền tải của đường dây hơn so với khi chỉ<br /> lắp đặt kháng bù ngang không điều khiển. Tuy nhiên các kết quả vận hành thực tế và<br /> nghiên cứu lý thuyết cho thấy khi chưa hòa mạng thủy điện Yaly thì không thể truyền<br /> tải công suất quá 500 MW từ đầu đến cuối đường dây [1,2] trong khi công suất tự nhiên<br /> của đường dây là 930 MW. Đồng thời đưa đến một số hạn chế sau [2,4]:<br /> – Tăng cao tổn thất điện áp (quá giới hạn cho phép là 15%) trên đường dây khi<br /> truyền tải công suất trên 60% công suất tự nhiên;<br /> <br /> 1<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> – Gây tổn thất lớn công suất trên đường dây, đồng thời làm tăng dòng điện điện<br /> quá trị số cho phép trên một số đoạn của đường dây khi truyền tải công suất lớn trên<br /> 60% công suất tự nhiên (dòng định mức của tụ bù dọc bằng 1000 А [9]).<br /> Hòa Bình Hà Tĩnh Đà Nẵng Pleiku Phú Lâm<br /> U1 U2 U3 U4 U2<br /> 0,5Xc1 λ1 0,5Xc1 0,5Xc2 λ 2 0,5Xc2 0,5Xc3 λ 3 0,5Xc3 0,5Xc4 λ 4 0,5Xc4 I2<br /> I1 Ip1 Ip2 Ip3 Ip4<br /> Ip5<br /> Q p1 Q p1 Q p2 Q p2 Q p3 Q p3 Q p4 Q p4<br /> 2 2 2 2 2 2 2 2<br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng<br /> trên đường dây truyền tải 500 kV tuyến Hòa Bình-Phú Lâm<br /> Kháng bù ngang có điều khiển hiện nay đang thực sự là thiết bị mang lại triển<br /> vọng to lớn cho truyền tải điện xoay chiều. Hiện nay kháng điều khiển kiểu máy biến áp<br /> (УШРТ) đã được đưa vào vận hành trong hệ thống năng lượng của nhiều nước như Ấn<br /> Độ, Liên bang Nga, Trung Quốc, … để bù công suất phản kháng dư của hệ thống truyền<br /> tải cao và siêu cao áp. Đặc tính vượt trội của kháng УШРТ là tác động cực nhanh,<br /> phạm vi điều chỉnh tiêu thụ công suất phản kháng rộng, dòng điện trong cuộn lưới<br /> không bị méo dạng, cho phép nối trực tiếp vào đường dây truyền tải siêu cao áp [5]. Vì<br /> vậy việc nghiên cứu ứng dụng kháng điều khiển loại này vào đường dây truyền tải dài<br /> 500 kV Bắc-Nam ở nước ta thực sự là một nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết.<br /> Bảng 1. Các thông số cơ bản của các phân đoạn của đường dây 500 kV<br /> Hòa Bình-Phú Lâm<br /> Số TT Phần đường Độ dài Rk Mức bù Mức bù ngang Hiệu số bù Dòng định<br /> phân dây sóng ( W) dọc<br /> Pн λk Q X k = X Lk - mức của tụ<br /> đoạn β = kh.k bù dọc<br /> λk X<br /> ηсk = ck Ptnλ k X Ck<br /> (k)<br /> X Lk I đm..C , А<br /> ( W)<br /> 1 Hà Tĩnh 0,357 9,44 0,63 332 0,771 35,06 1000<br /> 2 Đà Nẵng 0,409 10,82 0,554 380 0,673 49,1 1000<br /> 3 Pleiku 0,271 7,19 0,59 252 0,722 30,1 1000<br /> 4 Phú Lâm 0,52 13,78 0,592 483 0,72 57,19 1000<br /> <br /> 2. Đánh giá hiệu quả về kỹ thuật của 2 phương án: phương án lắp kháng không<br /> điều khiển kết hợp tụ bù dọc hiện nay và phương án nếu ứng dụng kháng điều<br /> khiển kiểu biến áp УШРТ<br /> Lắp đặt kháng không điều khiển và tụ bù dọc đã thực sự cải thiện được một số<br /> vấn đề kỹ thuật trong vận hành đường dây dài [1, 2]. Trong trường hợp này quan hệ<br /> giữa độ chênh lệch của điện áp ở đầu (U 1 ) với điện áp ở cuối đường dây (U 2 ) với quan<br /> hệ tổn thất công suất trên đường dây trên công suất truyền tải dọc theo đường dây 500<br /> kV ( ΔP /P) từ Hòa Bình đi Phú Lâm theo [2, 4] đưa ra trên hình 2 và hình 3.<br /> 2<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> Hình 2. Quan hệ điện áp U1/U2 phụ thuộc U1/U2<br /> công suất truyền tải P/P tn trên đường dây<br /> 1,5 Ptn = 930MW<br /> 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khiệ hsố<br /> tải cos φ ≥ 0,95 : λ = 1,56<br /> 6<br /> – Phương án 1 lắp đặt kháng bù ngang và tụ 1,4<br /> bù ọcd như hiện nay, mức bù: 5<br /> β = Qк /(Ptn .λ) и ηc = X / X theo bảng 1 1,3<br /> c L 4<br /> 5<br /> (các đường nét đứt): khi hệ số công suất tải 4 3<br /> cos φ =1 (đường 1); cos φ =0,99 (đường 2); 1,2 2<br /> 3<br /> cos φ =0,98 (đường 3); cos φ =0,97 (đường 1<br /> 2<br /> 4); cos φ =0,96 (đường 5); cos φ =0,95 1,1 6<br /> (đường 6).<br /> P/Ptn<br /> – Phương án 2 khi lắp đặt kháng điều khiển 1,0<br /> УШРТ với luật điều khiển theo bảng. 2 đảm 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0<br /> bảo yêu cầu 1 ≤ U1/U2 ≤ 1,05 (các đường 1<br /> nét liền). 0,9<br /> <br /> Cũng theo các kết quả nghiên cứu nhận được thì khi thay đổi mức bù ngang và<br /> bù dọc ( β , ηc ) cũng không thể giải quyết được vấn đề hạn chế độ độ sụt áp trên đường<br /> dây trong giới hạn cho phép khi truyền tải công suất trên 500 MW [2].<br /> Phương án 2, khi đường dây 500 kV Hòa Bình - Phú Lâm lắp đặt các kháng điều<br /> khiển kiểu máy biến áp УШРТ (hình 4) với luật điều khiển kháng theo như bảng 3 sẽ<br /> đảm bảo duy trì độ chênh điện áp hai đầu đường dây là 1 £ U1 /U 2 £ 1,05 (xem hình 2)<br /> trong tất cả các chế độ truyền tải mà không cần lắp đặt thêm tụ bù dọc, đồng thời cho<br /> phép tăng khả năng truyền tải của đường dây từ không tải đến công suất tự nhiên [2, 6].<br /> ∆P<br /> %<br /> 34<br /> P cos φ ≥ 0,95<br /> 32 11<br /> 30<br /> 9<br /> 28<br /> 26 7<br /> Hình 3. Quan hệ giữa tỷ lệ tổn thất công suất ΔP /P 5<br /> 24<br /> trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm với công suất 22<br /> truyền tải trên đường dây P/Ptn : Phương án 1 với mức 3<br /> 20<br /> bù ngang vàọc bù( d β = Qк /(Ptn .λ) và 18 1<br /> 16 12<br /> ηc = X / X theo bảng 1) (các đường cong 1, 3, 5, 7,<br /> c L 14<br /> 9, 11). Phương án 2 khiắpl đặt УШРТ với luật điều 12<br /> chỉnh như bảng 2 (các đường cong 2, 4, 6, 8, 12) tương 2<br /> 10 64<br /> ứng khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây là: 8 10 8<br /> cosφ =1 (đư ờng 1,2); cosφ =0,99 (đư ờng 3,4); 6<br /> cosφ =0,98 (đường 5, 6); cosφ =0,97 (đường 7, 8); 4<br /> cosφ =0,96 (đường 9, 10); cosφ =0,95 (đường 11, 12) 2 P/Ptn.н<br /> 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0<br /> <br /> <br /> <br /> 3<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> U1 U2 U3 U4 U2<br /> Hòa Bình λ1 Hà Tĩnh λ2 Đà Nẵng λ3 Pleiku λ 4 Phú Lâm<br /> I 2<br /> Ip2 Ip3 Ip4<br /> I1 Ip1<br /> Ip5<br /> β1.1 β1.2 β 2.2 β 2.3 β 3.3 β 3.4 β 4.4 β 4.5<br /> Hình 4. Sơ đồ đường dây truyền tải 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi lắp đặt kháng điều khiển.<br /> Bảng 2. Luật điều khiển [2] cho kháng bù ngang УШРТ để hạn chế độ chênh điện áp giữa hai đầu<br /> đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm 1 £ U 1 /U 2 £ 1,05<br /> <br /> Hệ số công suất Hàm điều khiển Рgh Quan hệ gần đúng của hàm<br /> Điều kiện duy trì tải cuối đường β từ P=0 đến P=P gh Рtn β = f(P/P tn )<br /> điện áp dây, cos φ<br /> Từ P=P gh đến P=P tn<br /> <br /> <br /> 1 0,33 1,157-0,479(P/P tn )-1,001(P/P tn )2<br /> 2 1,158-1,206(P/P tn )-0,908(P/P tn )2<br /> 0,99  P Ptgϕ 0,18<br /> β= 1−   –<br /> 1≤<br /> U1<br /> ≤ 1, 05 0,98  Ptn  Ptn λ 0,16 1,160-1,524(P/P tn )-0,856(P/P tn )2<br /> U2<br /> 0,97 0,14 1,160-1,761(P/P tn )-0,825(P/P tn )2<br /> 0,96 0,13 1,161-1,972(P/P tn )-0,791(P/P tn )2<br /> 0,95 0,12 1,161-2,166(P/P tn )-0,755(P/P tn )2<br /> <br /> Cần phải lưu ý rằng, khi muốn thực hiện điều khiển kháng УШРТ trong chế độ<br /> dòng điện dung thì cuộn dây bù của nó cần phải nối thêm một dung lượng tụ với công<br /> suất khá lớn. Ví dụ, khi muốn hệ số bù β = - 1 thì tổng công suất của bộ tụ (Q c.b ) trong<br /> các mạch lọc phải bằng công suất phản kháng toàn bộ của kháng УШРТ [3].<br /> Phú Lâm Т2 Т3 U4=20 kV<br /> Т1 U2 =220 kV U3=110 kV<br /> Đường dây 500kV<br /> ..<br /> .. С1<br /> U2=500 kV .<br /> β c.c<br /> Сn<br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ khi ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp phối hợp hệ thống tụ bù<br /> lắp đặt tại trạm biến áp phụ tải để bù công suất phản kháng tải<br /> nhằm nâng cao hệ số công suất ở cuối đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm.<br /> Khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây cosφ