Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối" tập trung giải quyết hai vấn đề lớn đó là Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Nguyễn Tuyển Tiến CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Đặng Quốc Thống Hà Nội – 2014
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Được sự giúp đỡ nhiệt tình cũng như tạo điều kiện thuận lợi của Viện đào tạo sau Đại học, Viện Điện, Bộ môn Hệ thống điện hiện nay em đã hoàn thành luận văn và chuẩn bị bảo vệ. Vì vậy em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của Trường Đại học Bách khoa,Viện đào tạo sau Đại học, Viện Điện, Bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là thầy PGS.TS. Đặng Quốc Thống đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Trong quá trình hoc tập, cũng như là trong quá trình làm luận văn, khó tránh khỏi những sai sót, rất mong được các thầy, cô bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, cô để tôi học thêm được nhiều kinh nghiệm và bảo vệ luân văn được tốt hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2014 Học viên Nguyễn Tuyển Tiến
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2014 Học viên Nguyễn Tuyển Tiến
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CCĐ Cung cấp điện CLĐA Chất lượng điện áp CLĐN Chất lượng điện năng CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng ĐADT Điều áp dưới tải ĐCĐA Điều chỉnh điện áp ĐCĐB Động cơ đồng bộ ĐCKĐB Động cơ không đồng bộ HTĐ Hệ thống điện LPP Lưới phân phối MBA Máy biến áp TCTĐL Tổng công ty Điện lực TTN Thứ tự nghịch TTT Thứ tự thuận TĐĐCĐA Tự động điều chỉnh điện áp TĐKT Tự động điều chỉnh kích từ ĐVTĐ Đơn vị tương đối
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ khi điện áp thay đổi. Hình 1.2: Đặc tính của đèn sợi đốt. Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất. Hình 1.4: Sơ đồ thay thế dòng điện bap pha chạy qua đường dây có tổng trở Z = R + jX. Hình 1.5: Đồ thị biến thiên của dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố đều. Hình 1.6: Sơ đồ thay thế dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố đều. Hình 1.7: Sơ đồ that thế MBA 3 cuộn dây. Hình 1.8: Đồ thị xác định Tmax. Hình 1.9: Sơ đồ thay thế của đường dây có 3 phụ tải. Hình 1.10: Đồ thị phụ tải trong một năm. Hình 2.1: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển. Hình 2.2: Sơ đồ dạng hình tia cổ có cải tiến. Hình 2.3: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển cải tiến có đường dây dự trữ. Hình 2.4: Sơ đồ phân phối dạng đường có trục phân nhánh. Hình 2.5: Sơ đồ phân phối dạng đường trục có phân nhánh cải tiến. Hình 2.6: Sơ đồ phân phối dạng đường trục có phân nhánh cải tiến có đường dây dự phòng. Hình 2.7: Sơ đồ phân phối dạng mạch vòng. Hình 2.8: Sơ đồ phân phối dạng đường dây kép. Hình 2.9: Sơ đồ sử dụng đối với các trạm biến áp không có thanh cái ở phần điện áp cao. Hình 2.10: Nguyên lý đầu chuyển đổi phân áp.
Hình 2.11: Sơ đồ thay thế máy biến áp. Hình 2.12: Điều chỉnh điện áp theo tín hiệu U. Hình 2.13: Điều chỉnh điện áp theo tín hiệu I. Hình 2.14: Sơ đồ lắp đặt MBA bổ trợ. Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp bổ trợ. Hình 2.16: Biểu đồ véc tơ của máy biến áp điều chỉnh bổ trợ. Hình 3.1: Véc tơ công suất trước và sau khi bù. Hình 3.2: Biểu đồ phân bố dòng điện với một vị trí đặt bù. Hình 3.3: Biểu đồ phân bố dòng điện với 3 vị trí đặt bù. Hình 3.4: Sơ đồ mạng hình tia. Hình 3.5: Sơ đồ mạng đường có trục phân nhánh. Hình 4.1: Màn hình giao diện của chương trình PSS/ADEPT 5.0 Hình 4.2: Cửa sổ Equipment List View của chương trình PSS/ADEPT Hình 4.3: Cửa sổ Progress View của chương trình PSS/ADEPT Hình 4.4: Cửa sổ Report Preview của chương trình PSS/ADEPT Hình 4.5: Thanh trạng thái, thanh menu chính và thanh công cụ của chương trình PSS/ADEPT Hình 4.6: Sơ đồ lộ 478E22 Kim Ngưu trước khi đặt tụ bù Hình 4.7: Sơ đồ lộ 478E22 Kim Ngưu sau khi đặt tụ bù Bảng 4.1: Thông số đường dây lộ 473E22 Kim Ngưu Bảng 4.2: Thông số máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu Bảng 4.3: Thông số tải máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.4: Thông số tải máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.5: Kết quả điện áp tại các nút lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.6: Kết quả điện áp tại các nút lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.7: Dòng công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại)
Bảng 4.8: Dòng công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.9: Tổn thất công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.10: Tổn thất công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.11: Dòng công suất và tổn thất công suất lộ 473E22 Kim Ngưu trước khi bù Bảng 4.12: Vị trí các nút cần đặt tụ bù trên thẻ capo Bảng 4.13: Điện áp nút trên lộ 483E22 Kim Ngưu sau khi bù Bảng 4.14: Kết quả công suất và tổn thất công suất sau khi bù
MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng. Do đó đòi hỏi ngành điện phải đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng ngày càng tốt hơn. Không chỉ đảm bảo tính liên tục cung cấp điện mà điện năng được cung cấp phải đảm bảo chất lượng. Sau khi việt Nam gia nhập WTO, các nhà đầu tư nước ngoài đã đầu tư vào Việt Nam ở nhiều lĩnh vực, chủ yếu là công nghiệp nên nhu cầu cung cấp điện với chất lượng cao là nhiệm vụ thiết yếu của ngành điện. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn: Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của đề tài này sẽ nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối như: Điện áp ở nút phụ tải, tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện, độ tin cậy cung cấp điện đối với hộ tiêu thụ…Nguyên nhân làm giảm chất lượng điện năng, từ đó phân tích, tìm ra những giải pháp nâng cao chất lượng điện năng đối với lưới điện phân phối. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng của lưới phân phối nói chung và ứng dụng vào một xuất tuyến của lưới phân phối Quận Hai Bà Trưng. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện trong lưới phân phối và đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng điện năng. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Trong thời đại Công nghiệp hóa - hiện đại hóa, năng lượng là nguồn lực chủ yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội. Trong đó điện năng chiếm vai trò cực kỳ quan trọng là nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động của con người.
Trong quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ lượng điện năng tổn thất rất lớn… Các khảo sát gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải và phân phối trong một số lưới điện có thể lớn hơn 10% tổng sản lượng điện năng. Chất lượng điện áp ở một số nút trong lưới điện không đáp ứng tiêu chuẩn, độ tin cậy cung cấp điện rất thấp… Bài toán chất lượng điện năng là bài toán khó của ngành điện, nhất là trước tình hình thực tế như hiện nay, công nghiệp sử dụng điện ngày càng tăng, lượng điện năng sản xuất không đáp ứng đủ nhu cầu, tình hình thiếu điện năng ngày càng trầm trọng nhất là vào mùa khô. Do đó, nếu nâng cao được chất lượng điện năng để hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn sẽ góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phất triển bền vững. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết: Nội dung của đề tài tập trung giải quyết hai vấn đề lớn đó là Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối. Cụ thể như sau: - Khái niệm về chất lượng điện năng. - Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối. - Các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng. - Các giải pháp giảm tổn thất điện năng. - Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để đánh giá chất lượng điện năng của xuất tuyến 22kV - 473E22 Kim Ngưu Quận Hai Bà Trưng - Hà Nội.
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 1.1. ĐỊNH NGHĨA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG: Ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20 người ta đã đưa ra các khái niệm về "Chất lượng điện năng ", lúc đó nó đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi, cho đến ngày nay thì còn nhiều bất đồng về việc sử dụng khái niệm này, về cách định nghĩa và áp dụng nó thế nào cho chính xác. Trong nhiều tài liệu của châu Âu và Mỹ, "Chất lượng điện năng" được hiểu là chất lượng của sản phẩm điện được nhà cung cấp phân phối cho các hộ sử dụng . Còn các nhà chuyên môn thì đưa ra những nhận định của riêng mình. Theo Roger.C.Dugan: Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng, điều này phụ thuộc vào vị trí người đưa ra định nghĩa này. Ví dụ các nhà cung cấp điện thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là độ tin cậy và khẳng định độ tin cậy đó. Các nhà quản lý điện cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này . Còn các nhà sản xuất thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là những đặc tính của nguồn điện cho phép thiết bị làm việc ổn định. Ngoài ra ông cũng đã viết "Chất lượng điện năng" = "Chất lượng điện áp" và phân tích rằng hệ thống cung cấp điện chỉ có thể điều chỉnh chất lượng của điện áp chứ không thể điều chỉnh được dòng điện do các tải đặc biệt sinh ra. Từ đó Roger.C. Dugan đưa ra định nghĩa: Chất lượng điện năng là bất kỳ một vấn đề điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện áp, dòng điện hay tần số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hỏng hay hoạt động sai. Với Barry. W. Kennedy, ông nhận định chất lượng điện năng theo hai quan điểm nó là một vấn đề hay một sản phẩm tuỳ thuộc theo quan điểm của từng người. Ông viết: Nếu bạn là một kỹ sư điện,một nhà nghiên cứu về điện hay một thợ điện thì bạn có thể nhìn nhận chất lượng điện năng là một vấn đề và cần phải được giải quyết. Còn nếu bạn là nhà kinh doanh, người mua bán điện hay một khách hàng tiêu thụ điện thì điện năng là một sản phẩm và chất lượng điện năng là một phần quan trọng trong đó. Từ đó ông đưa ra định nghĩa của Gerry Heydt về chất lượng 1
điện năng “là biện pháp, sự phân tích,cải thiện cho điện áp, thông thường là điện áp trên tải, để duy trì điện áp này ở dạng sin theo điện áp và tần số định mức”. Trong một số tài liệu khác, Maura.C.Ryan định nghĩa: Chất lượng điện năng là mức độ trong đó việc sử dụng và phân phối năng lượng điện đều tác động đến sự hoạt động của thiết bị điện. Bất kỳ một sai lệch nào so với biên độ, tần số của dạng sóng điện áp hình sin lý tưởng đều xem như là các vấn đề chất lượng điện năng. Còn Kabelo Klifford Modipance cho rằng: Chất lượng điện năng là bất kỳ phản ứng nào không bình thường trên hệ thống điện xảy ra đối với dạng sóng của dòng điện hay /và điện áp, tác động có hại đối với sự hoạt động bình thường của thiết bị điện tử hay điện. Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế như IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers) và IEC (International Electronical Commision) cũng đã định nghĩa và phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện năng. Theo IEEE thì: Chất lượng điện năng là một khái niệm của việc nối nguồn và nối đất cho các thiết bị nhạy cảm mà theo cách đó phù hợp cho việc hoạt động của thiết bị. Vào năm 2000 IEC đã đưa ra bản dự thảo và đề nghị định nghĩa về chất lượng điện năng theo cách sau: Chất lượng điện năng là tính chất điện tại một điểm cho trước trên một hệ thống điện được đánh giá so sánh với một bộ các thông số kỹ thuật tham khảo (với một chú ý đi kèm: trong một vài trường hợp các thông số này có liên quan đến độ tương thích giữa năng lượng cung cấp trên mạng và các tải được kết nối với mạng đó). 1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI: 1.2.1. Điện áp nút phụ tải: 1.2.1.1. Tiêu chuẩn điện áp: Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện. Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện. Chất lượng điện năng ảnh 2
hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện. Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng cao. Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống. Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng. a. Độ lệch điện áp ΔU: Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức U đm với điều kiện là tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm /s, được tính như sau: U t  U dm ΔU = .100% (1.1) U dm Độ lệch cho phép ΔUcp%: - Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5 ÷ 5% - Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5 ÷ 10% - Trên các thiết bị còn lại từ -5 ÷ 5% - Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%. b. Dao động điện áp dU: Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện, các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn thường gây ra dao động điện áp. U max  U min dU= .100% (1.2) Udm Trong đó: Umax điện áp hiệu dụng lớn nhất; U min điện áp hiệu dụng bé nhất; Uđm điện áp danh định. 3
Tiêu chuẩn quy định: - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giờ thì dU = 3 ÷ 5%Uđm - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/phút thì dU = 1÷ 1,5%Uđm - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giây thì dU = 0,5% Uđm c. Độ không đối xứng K2: Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch Khi điện áp thứ tự nghịch lớn thì độ không đối xứng cao Độ không đối xứng K2 : . . . U A  a 2 U B  aU C U2 K2= .100% = .100% (1.3) 3Udm 3Udm Với U2 điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản a= K2 ≤ 1% thì xem là đối xứng. d. Độ không hình sin Kks: U  Kks = .100% (1.4) U1  Với U γ∑ =   U s 2 2 Kks ≤ 5% thì xem là hình sin. 1.2.1.2. Ảnh hưởng điện áp đến sự làm việc của phụ tải: Hệ thống điện cần phải bảo đảm cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng. Nếu chất lượng điện năng không đảm bảo, vượt ra ngoài giới hạn quy định thì thiết bị điện có thể sẽ bị sự cố hư hỏng, giảm tuổi thọ, hoặc làm việc kém hiệu quả và không kinh tế. Sau đây ta xét ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của các phụ tải thông dụng trong thực tế như sau: a. Đối với động cơ: Momen của động cơ không đồng bộ tỷ lệ thuận với bình phương điện áp U đặt vào động cơ. 4
Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho moment quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức, vì các máy phát và máy đồng bộ được thiết kế để giữ nguyên khả năng phát công suất phản kháng khi điện áp biến đổi ít. Hình (1.1) biểu diễn sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ khi điện áp thay đổi. M U>Unm U=Uđm U
T, Φ, % Φ T 100 U% 90 95 100 105 110 Hình 1.2: Đặc tính của đèn sợi đốt T: Thời gian phục hồi đèn. Φ[%]: Quang thông của đèn. c. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở: Công suất tiêu thụ đối với các thiết bị một pha là: 2 Up P =I2 R = (1.5) P Còn đối với hệ thống tiêu thụ 3 pha: 2 2 Up P = 3I R =3 (1.6) P Trong đó: Up : điện áp pha R: là điện trở Như vậy công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này sẽ tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt nóng sẽ giảm xuống rõ rệt. Đối với lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của các lò điện. Khi điện áp ở lò luyện kim giảm từ 10÷15% thành phẩm có thể giảm từ 15÷20% do hư hỏng và do bị kéo dài thời gian. d. Đối với nút phụ tải tổng hợp: 6
Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải (Hình 1.3). Từ (Hình 1.3) ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng. Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm, đến một giá trị điện áp giới hạn U gh nào đó nếu điện áp tiếp tục giảm, công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nút phụ tải hoặc toàn hệ thống điện khi điện áp giảm xuống 70÷80% so với điện áp định mức ở nút phụ tải. Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải tiên đoán để tìm biện pháp ngăn chặn kịp thời. P, Q Q P 0 Ugh Uđm U Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất e. Đối với hệ thống điện: Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện các thiết bị bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy phát nóng cục bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ chọc thủng cách điện. Đối với đường dây, điện áp tăng cao làm tăng công suất vầng quang ở các đường dây siêu cao áp. 1.2.2. Tần số 7
Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp. Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức. Do vậy và do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức. 1.2.2.1. Độ lệch tần số Độ lệch tần số so với tần số định mức: f  f dm Δf = .100% (1.7) f dm Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép Δfmin ≤ Δf ≤ Δfmax (1.8) Cũng có nghĩa tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép fmin ≤ f ≤ fmax (1.9) Trong đó: f min = fđm - Δfmin fmax = fđm + Δfmax 1.2.2.2. Độ dao động tần số Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%. Độ dao động tần số không được lớn hơn giá trị cho phép. Đối với hệ thống điện Việt nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz. Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là ± 0,1Hz. 1.2.3. Tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ do mỗi phần tử của mạng điện đều có tổng trở nên đều gây ra tổn thất công suất và điện áp. Bất kỳ một phần tử nào nối vào hệ thống đều gây ra tổn thất công suất, ngoài ra cách lắp đặt không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng sẽ gây ra tổn thất công suất như các mối nối hoặc do sự già hóa vật liệu thiết bị. Tổn thất công suất do nhiều yếu tố và nguyên nhân gây ra nhưng đường dây và MBA là hai phần tử trong hệ thống gây tổn thất công suất lớn nhất. Trong lưới phân phối tổng chiều dài đường dây và số lượng MBA rất lớn, 8
hơn nữa lưới phân phối có cấp điện áp thấp nên tổn thất công suất trên lưới phân phối là con số không nhỏ. Tổn thất công suất bao gồm tổn thất công suất tác dụng (chủ yếu trên đường dây) và tổn thất công suất phản kháng (chủ yếu trong MBA). Tổn thất công suất gây tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải thấp, làm tăng giá thành sản xuất cũng như truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém. Vì vậy phân tích tổn thất công suất trên lưới phân phối có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn. 1.2.3.1. Tổn thất công suất trên đường dây: a. Đường dây có phụ tải tập trung: Khi có dòng điện 3 pha chạy qua đường dây có tổng trở Z = R + jX như (Hình 1.4) sẽ gây ra tổn thất công suất như sau: S2 P2  Q2 ΔP = 3.I2.R = . R  .R (1.10) U 22 U 22 S2 P2 Q2 ΔQ = 3.I2.X = .X = .X (1.11) U 22 U 22 Trong đó: P: là công suất tác dụng của 3 pha. Q: là công suất phản kháng của 3 pha. R: là điện trở 1 pha. X: là điện kháng 1 pha. ΔP: là tổn thất công suất tác dụng của 3 pha. ΔQ: là tổn thất công suất phản kháng của 3 pha. U2 : điện áp dây. ΔP, P[MW]; ΔQ, Q[MVAr]; U2[kV]; R, X[Ω]. U1 R +jX U2 P +jQ Hình 1.4: Sơ đồ thay thế dòng điện 3 pha chạy qua đường dây 9
b. Đường dây có phụ tải phân bố đều: Đó là trường hợp các hệ thống điện phân phối trong thành phố, đường dây chiếu sang công cộng dường phố, đường dây cung cấp điện cho các xí nghiệp trong khu chế xuất… Gần đúng ta có thể coi dòng điện biến thiên theo đường thẳng dọc theo đường dây dẫn như (Hình 1.5). A B dl C I I Ib L 0 l L Hình 1.5: Đồ thị biến thiên của dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố đều I: Dòng tổng của phụ tải phân bố đều. I.l Lấy một vi phân dI tại B ta có dòng Ib = L Tổn thất ΔP trong một vi phân dl là: dΔP =3. 2 b .dr Điện trở trên một đơn vị chiều dài dây dẫn r0 (Ω/km)  dr = r 0.dl 2  I.l  Vậy: dΔP =3   .r0 dl (1.12) L Toàn bộ tổn thất công suất dọc đường dây AC là: L 2  I.l  3.r .I 2 L (1.13) P   3.  .r0 .dl  0 2  l ..dl  r0 .I .L  R.I 2 2 2 0  L  L 0 10
So sánh (1.10) và (1.13) ta thấy tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có cùng phụ tải nhưng phân bố tập trung ở cuối đường dây: ΔPtập trung =3.ΔPphân bố đều 1 2 1 2 . . a) ZL I b) 1 I ZL 3 3 Hình 1.6: Sơ đồ thay thế dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố đều Từ đó có thể dùng sơ đồ thay thế tương đương như (Hình 1.6a) hoặc như (Hình 1.6b) để tính tổn thất. c. Tổn thất công suất khi tải không đối xứng: Khi tải không đối xứng sẽ dẫn đến dòng điện và điện áp cũng không đối xứng cả về biên độ và góc pha. Sau đây chỉ xét biên độ. Để thuận tiện trong việc tính toán, người ta sẽ phân tích các đại lượng không đối xứng thành các thành phần đối . . . . xứng. Đó là các thành phần thứ tự thuận ( U1 , I1 ), thành phần thứ tự nghịch ( U 2 , I 2 ) . . và thành phần thứ tự không (U 0, I 0 ). . . . . . . Ta có U A , U B , U C , I A , I B , I C là điện áp và dòng điện của 3 pha A, B, C. Ta có mối quan hệ sau: . 1 . . . U1  (U A  a U B  a 2 U C ) 3 . 1 . . . U2  (U A  a2 UB  a UC ) 3 . 1 . . . U0  U A  U B  UC 3( ) . 1 . . . I1  (I A  a IB  a 2 IC ) 3 . 1 . . . I2  (I A  a 2 I B  a IC ) 3 11