Luận văn: Tính toán lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng thiết bị bù hợp lý trong lưới điện phân phối

Chia sẻ: Orchid_1 Orchid_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:107

Thêm vào BST

Báo xấu

332
lượt xem 134
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với quá trình Công nghiệp hoá và hiện đại hoá Đất nƣớc, nhu cầu phụ tải không ngừng gia tăng. Sự xuất hiện của các khu công nghiệp đòi hỏi sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng lên nhanh chóng, điều đó làm tăng tổn thất điện năng, công suất và chi phí truyền tải điện năng, giảm hiệu quả sử dụng mạng điện, đồng thời làm giảm hệ số công suất cos và chất lƣợng điện năng....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Tính toán lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng thiết bị bù hợp lý trong lưới điện phân phối

Luận văn Tính toán lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng thiết bị bù hợp lý trong lưới điện phân phối
1 MỞ Đ ẦU Cùng với quá trình Công nghiệp hoá và hiện đại hoá Đất nƣớc, nhu cầu phụ tải không ngừng gia tăng. Sự xuất hiện của các khu công nghiệp đòi hỏi sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng lên nhanh chóng, điều đó làm tăng tổn thất điện năng, công suất và c hi phí truyền tải điện năng, giảm hiệu quả sử dụng mạng điện, đồng thời làm giảm hệ số công suất cos và chất lƣợng điện năng. Sự tăng tổn thất do suy giảm hệ số cos buộc các nhà kinh doanh điện năng phải áp dụng bảng giá phạt đối với các hộ dùng điện c ó hệ số cos thấp. Chính vì vậy nhiệm vụ bù công suất phản kháng đƣợc đặt ra không chỉ đối với hệ thống điện, mà cả các hộ dùng điện. Đề tài “Tính toán lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng thiết bị bù hợp lý trong lưới điện phân phối ” đƣợc thực hiện nhằm đ áp ứng nhu cầu cấp bách nói trên. Khác với công su ất tác d ụng, công suất ph ản kháng trong hệ thố ng điện đƣợc sản sinh ra cũng nhƣ đƣợc tiêu thụ dƣới rất nhiều hình thức. Một số ph ần tử hệ thố ng điện chỉ tiêu th ụ công suất ph ản kháng, một số khác vừa tiêu t hụ vừ a có thể sinh ra công su ất này. S ự tiêu th ụ và t ạo ra công su ất phản kháng thay đ ổi ph ụ thuộc vào nhiều yế u tố khác nhau. Vấn đề “bù công su ất phản kháng ” là một vấn đ ề hết sức ph ức tạp, liên quan đ ến rất nhiều tham s ố chế đ ộ cũng nhƣ các tham s ố hệ thố ng, mà không ngừ ng biến đ ổi theo thời gian. Đã có nhi ều tác giả áp dụng các kết qu ả nghiên c ứ u của các nƣớc khác nhau trong vi ệc gi ải bài toán bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, đ ố i với m ạng điện phân phố i nƣớc ta, vấn đ ề bù công suất phản kháng mới chỉ đƣợc đ ề cập đ ến ở một số khảo sát, đánh giá. Các c ụm tụ bù đƣợc xây dự ng mộ t cách tự phát, chƣa có nhữ ng nghiên c ứu và tính toán một cách khoa họ c, nên s ự làm việc của các thiết bị bù chƣa mang l ại hiệu quả đáng kể, th ậm chí có mộ t số nơi khi các thiết bị bù làm việc trong m ạng thì l ại d ẫn đ ến tăng tổn th ất và giảm chất lƣợ ng điện. Trong khi thị trƣờng công suất ph ản kháng ở nhiều nƣớc trên thế giới diễn ra hết sức sôi đ ộng, thì ở nƣớc ta công su ất phản kháng chƣa thực sự đƣợc coi là một dạng hàng hoá mà mới đƣợc trao đ ổi dƣới d ạng ph ạt hệ số cos . Theo nghị định số 45/2001/NĐ-CP c ủa chính ph ủ về việc sử dụng điện, nế u khách S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
2 hàng dùng điện với hệ số cos nhỏ hơn 0,85 thì s ẽ phải trả thêm tiền mua điện năng tác d ụng theo mộ t hệ số phạt k lu ỹ tiến (hệ số cos càng nhỏ thì hệ số k càng lớ n). Tuy nhiên trong th ực tế vấn đ ề phạt hệ số cos thấp diễn ra hết sức tuỳ tiện và thiếu thố ng nh ất. Điều đó cũng dễ hiểu vì thực tế cái mố c phạt cos nhỏ hơn 0,85 đƣợc đặt ra chƣa dự a trên cơ s ở tính toán khoa học. M ặt khác khi khách hàng có hệ số cos lớn hơn m ức quy đ ịnh thì lại chƣa đƣ ợc đ ề cập đ ến… Đề tài sẽ tính toán và đ ề xuất mô hình bù công su ất phản kháng, các tiêu chuẩn đánh giá ch ất lƣợ ng điện. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1. Sự tiêu thụ công suất phản kháng của các thiết bị : Nhƣ đã biết, các thiết bị điện từ khi làm việc sẽ tiêu thụ từ lƣới một dòng điện bao gồm các thành phần: phụ tải, tổn thất, dòng điện tản (dòng rò) và dòng từ hoá. Tức là cùng với việc tiêu thụ một lƣợng công suất tác dụng để sinh công, các thiết bị điện còn tiêu thụ một lƣợng công suất phản kháng. Lƣợng công suất phản kháng mà các thiết bị điện tiêu thụ phụ thuộc vào đặc tính của chúng, các động cơ không đồng bộ, máy biến áp vv… là những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng. Theo số liệu thống kê, thì lƣợng công suất phản kháng do động cơ không đồng bộ tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn nhất (khoảng 65 75%), tiếp theo là máy biến áp khoảng 15 20% và các đƣờng dây 5 8%. Mức đ ộ tiêu thụ công su ất phản kháng đƣợc đánh giá bởi hệ số công suất, mà đƣợc xác đ ịnh bởi t ỷ số giữa công su ất tác dụng (P) và công su ất biểu kiến (S) cos =P/S. P P cos = ; (1.1 ) S 3UI Trong th ực tế vận hành giá tr ị cos thƣờ ng đƣợc xác đ ị nh theo công th ức 1 cos tb = Ax 2 1( ) Ar Trong đó: Ar , Ax - điện năng tác d ụng và ph ản kháng trên thanh cái tr ạm biế n áp P – công su ất tác dụng; S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
4 Để thuận tiện cho việc phân tích và tính toán, đôi khi ngƣời ta thƣờng dùng khái niệm hệ số tg thay cho hệ số cos , đó là tỷ lệ giữa công suất phản kháng và công suất tác dụng: tg = Q/P. Tuy nhiên hệ số tg chỉ áp dụng trong các bƣớc tính trung gian, kết quả cuối cùng lại đƣợc chuyển về hệ số cos tƣơng ứng. của thiết bị điện càng lớ n, tức là mức đ ộ tiêu thụ công su ất phản Khi cos kháng càng bé, vì vậy làm cho mức đ ộ yêu c ầu về Q từ lƣới ít, nó góp ph ần cải thiện chế độ làm việc của lƣới. Hệ số cos của các hộ tiêu thụ lại ph ụ thuộ c vào chế độ làm việc c ủa các ph ụ tải điện. Khi hệ số cos thấp sẽ d ẫn đ ến s ự tăng công s uất ph ản kháng, s ự truyền tải công su ất ph ản kháng trong m ạng điện làm gi ảm sút các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật c ủa m ạng điện nhƣ: a) Làm tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn Tổn thất công suất trong mạng điện đƣợc xác định theo biểu thức. P2 Q2 2 P 3I R R = Pr + Px (1.2 ) 2 U Khi truyền tải điện năng trong mạng điện cao áp do điện trở phản kháng lớn nên thành phần tổn hao công suất phản kháng thƣờng lớn hơn thành phần tổn thất công suất tác dụng. Đặc biệt đối với máy biến áp thành phần tổn thất công suất phản kháng chiếm tỷ lệ rất lớn. Chẳng hạn đối với máy 320 kVA 10/0,4 thì P %= 2,4 còn Q% = 3,2 . b) Tăng tiết diện dây dẫn Khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng cho phép, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện chạy qua dây dẫn và máy biến áp đƣợc xác định : 2 P2 Q S (1.3 ) I 3U 3U S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
5 Từ biểu thức trên chúng ta nhận thấy: Với cùng một điều kiện phát nóng nhất định của đƣờng dây và máy biến áp với P = const, nếu tăng lƣợng công suất phản kháng Q buộc phải tăng tiết diện dây dẫn, do đó sẽ làm tăng chi phí của mạng điện. Theo số liệu tính toán, khi hệ số công suất giảm 20% (từ 1 xuống 0,8) thì lƣợng tổn thất công suất tăng lên khoảng 1,56 lần và khối lƣợng dây dẫn tăng lên 25%. Ví dụ minh hoạ dƣới đây cho thấy ảnh hƣởng của hệ số cos đối với sự thay đổi của công suất toàn phần. cos =1 cos = 0,8 cos = 0,7 P = 100 kW P = 100 kW P = 100 kW Q=0 Q = 75 kVAr Q=100kVAr S = 100 kVA S = 125 kVA S = 141 kVA Kết quả tính toán ở ví dụ trên cho thấy khi hệ số cos giảm từ 1 xuống 0,7 thì giá trị công suất toàn phần tăng lên 1,41 lần. c) Làm hạn chế khả năng truyền tải công suất tác dụng Cũng từ biểu thức (1.3 ) trên ta thấy, nếu vẫn giữ dòng I= const thì khi Q tăng buộc phải giảm P để đảm bảo điều kiện đốt nóng cho phép của các phần tử hệ thống điện. Còn nếu vẫn gi ữ nguyên giá trị P = const thì nếu công suất phản kháng quá lớn sẽ có thể gây quá tải cho các thiết bị điện vì công suất toàn phần S phải tăng lên. Điều đó s ẽ làm giảm tuổi thọ thậm chí có thể phá huỷ thiết bị. Việc giảm công suất tác dụng sẽ làm giảm hiệu suất truyền tải của mạng điện. d) Giả m chất lượ ng điện Tăng công su ất ph ản kháng s ẽ làm giảm ch ất lƣợng điện do tổn thất điện áp tăng và do dao đ ộ ng điện áp khi công su ất ph ản kháng thay đ ổi. Nhƣ đã biết, tổ n thất điện áp đƣợc xác đ ịnh b ởi biể u th ức PR QX U Ur Ux (1.4 ) U S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
6 Thành ph ần tổ n thất ph ản kháng Ux tỷ lệ thuận với công suất ph ản kháng. Việc tăng công su ất Q sẽ làm tăng đáng kể tổ n thất điện áp, do đó làm gi ảm ch ất lƣợng điện. Điều đó làm tăng thêm chi phí do ph ải trang bị các cơ c ấu điều chỉnh điện áp trong hệ thống. Khi chất lƣợ ng điện giảm quá mức cho phép s ẽ dẫn đ ến sự thay đ ổi chế độ làm việc của các phần tử hệ thố ng điện. Sự t hay đ ổi này có thể làm gi ảm năng su ất c ủa các thiết bị gây thiệt h ại về kinh tế cho các ngành s ản xu ất. 2. Hiện trạng bù công suất phản kháng : 2.1.Tình hình bù công su ất ph ả n kháng ở Vi ệt Nam . 2.1.1. Lư ới điện phân ph ối và hệ s ố c ông suất cos . Sơ đồ mạng điện ở các địa phƣơng có dạng nhƣ trên hình 1 .1. Nguồn cấp là từ thanh cái trạm 110 kV, 220 kV hay thanh cái phía cao áp của nhà máy điện bằng đƣờng dây tải điện theo cơ cấu mạch vòng hay hình tia dẫn điện đến khu vực phụ tải điện áp đƣợc hạ xuống 35 kV, 22 kV hay 10 kV, 6 kV. Nếu là 35 kV thì tồn tại các đƣờng dây 35 kV đi sâu tới phụ tải hơn và tại đó hạ xuống 22kV, 10 kV hay 6 kV. Từ thanh cái 22 kV, 10 kV, 6 kV hình thành các đƣờng dây phân phối hình tia, cũng có thể là mạch vòng nhƣng khi vận hành vẫn để ở chế độ hình tia. Từ các đƣờn g dây này theo điểm phụ tải đấu đến các máy biến áp hạ xuống điện áp hạ thế 400/220 V để cấp điện cho các phụ tải hạ thế. Sau trạm hạ áp hình thành các đƣờng dây hạ thế có cấu trúc hình tia dẫn điện đến từng hộ tiêu thụ. 110 kV,220 kV 35 kV 6 22kV 0,4 kV Hình 1 .1. Sơ đ ồ lưới điện S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
7 Trong sơ đ ồ cấp điện nêu trên, hệ số công su ất cos và bù công su ất phản kháng đƣợc đ ề cập đ ến ở từng cấp điện áp. Qua kh ảo sát thực tế tại mộ t số Điện lực tỉnh, các giá tr ị cos ở các c ấp điện áp thể hiện khá rõ nét nhƣ sau: - Tại các c ấp điện áp 35 kV tr ở lên hệ số công suất cos có giá trị thƣờng từ 0,85 tr ở lên. Trƣờng hợ p nguồn c ấp là nhà máy đi ện, ví dụ nhƣ t ại Điện lực Ninh có giá trị kho ảng 0,85; còn trƣờ ng hợ p nguồn cấp là thanh cái t rạm Bình thì cos có giá trị cao hơn, th ậm chí tới 0,92 0,95. Cũng chính vì 110kV, 220kV thì cos vậy mà cos có giá trị tại các đ ầu nhánh đƣờ ng dây c ấp 22kV,10kV, 6kV cũng cao, không dƣới 0,85. Do vậy các nhà qu ản lý Điện lực c ấp tỉnh tự cảm nhận là hệ số cos dƣờng n hƣ không có vấn đ ề gì. - Tại cuối các nhánh đƣờ ng dây c ấp 22kV,10kV, 6kV giá tr ị cos không còn cao nữ a. Các máy biến áp h ạ áp 22kV,10kV, 6kV xuố ng 0,4 kV trong nhi ều trƣờng hợ p vận hành non tải nên giá tr ị cos đầu ra đƣờng dây điện hạ thế bị tụt xuống. Và xa hơn nữ a tại đ ầu vào c ủa các hộ phụ tải điện áp h ạ thế 0,4 kV giá tr ị cos khá thấp do chính các ph ụ t ải điện (đ ồ điện) nhƣ qu ạt, điều hoà nhiệt đ ộ, đèn Neon, t ủ lạnh,....có giá tr ị cos thấp, tiêu th ụ nhiều công su ất phản kháng. Từ cuối các nhánh đƣờng dây c ấp 22kV,10kV, 6kV và toàn bộ phía hạ thế do điện l ực của các chi nhánh qu ản lý, họ ch ủ yếu quan tâm đ ến cung c ấp điện liên tục và thu tiền điện, ít quan tâm đ ến ch ất lƣợ ng điện áp. Th ực tế là do các giá tr ị cos từ cuối các nhánh đƣờ ng dây c ấp 2 2kV,10kV, 6kV và toàn bộ phía hạ t hế th ấp d ẫn đ ến ph ải t ải công suất phản kháng đ ể đáp ứng cho nhu c ầu ph ụ tải. Điều đó dẫn đ ến tổ n th ất công su ất trên các đƣờng dây lớn, tổ n thất điện áp lớ n, làm giảm điện áp tại hộ tiêu th ụ, không đ ảm bảo ch ất lƣợng điện năng. Các vấn đ ề trình bày về chất lƣợ ng điện năng nêu trên nói chung ít đƣ ợc quán triệt ở các Điện lực và các chi nhánh, nên vấn đ ề bù công su ất phản kháng rất ít đƣợc quan tâm. Chỉ một vài Điện lực nhƣ H à Nội, Hải Dƣơng, Nam Định v.v… các S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
8 lãnh đ ạo quan t âm tới vấn đ ề này thì công việc bù công su ất phản kháng có đƣợc thực thi tố t hơn, tuy chƣa tri ệt đ ể; còn đ ại bộ phận các Điện lực tỉ nh việc quan tâm đến vấn đ ề bù công suất phản kháng là r ất ít, ho ặc có chăng thực thi một cách “cƣỡ ng chế” do theo yêu c ầu hoặc theo nghị định c ủa Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - Các xí nghiệp sử dụng điện công suất lớn, điện áp trung-cao thế có hệ số công su ất cos thấp dƣ ới 0,85 (do qui đ ịnh c ủa Tập đoàn Điệ n lực Việt Nam ) thƣờ ng tiến hành lắp đ ặt tụ bù đ ể tránh không bị ph ạt cos . Các xí nghiệp công suất điện nhỏ hay khu cơ quan hành chính, khu dân cƣ hầu nhƣ không hề đ ề cập đ ến bù công su ất ph ản kháng vì ý thức và quan tr ọng hơn c ả l à họ không phải đóng tiền tiêu thụ công suất ph ản kháng mà chỉ đóng tiền điện qua công tơ điện ( tức là chỉ đóng tiền điện tiêu th ụ công su ất tác d ụng). Các nhận xét chung nêu trên về cos và bù công suất phản kháng nêu trên đựơc thể hiện cụ thể qua điều tra thực tế. Trong phạm vi đề tài, tôi đã tiến hành khảo sát tình hình cos và bù công suất phản kháng tại Điện lực tỉnh Hải Dƣơng. 2.1.2 . Thực trạng làm việc của các thiết b ị bù. Nhìn chung, đ ại đa s ố các thiết bị bù công suất ph ản kháng hiện tại không có cơ c ấu t ự động điều chỉ nh, vì vậy ở một số nơi vào giờ th ấp điểm có hiện tƣợng dòng công s uất ph ản kháng ch ạy ngƣợc, làm tăng t ổn th ất và quá áp c ục bộ. Vị trí đặt thiết bị bù thƣờ ng đƣợc chọn sao cho dễ vận hành ch ứ không xét đ ến hiệu qu ả kinh tế của thiết bị, vì vậy chƣa tận dụng đƣợc hiệu quả làm việc c ủa thiết bị, dẫn đến sự lãng phí. Tuổ i thọ của thiết bị bù thƣờ ng th ấp hơn nhiều so với giá trị quy định của nhà sản xu ất vì điều kiện làm việc củ a thiết bị c hƣa phù hợ p. Đa số các trƣờng hợ p hỏ ng t ụ do bị nổ mộ t pha. Nguyên nhân chủ yếu là do ph ần lớ n tụ bù không có bộ lọc sóng hài, mà thông t hƣờ ng sự xuất hiện củ a sóng hài đ ồng thời với sự m ất đ ố i xứ ng, do đó d ẫn đ ến một trong các pha bị quá nhiệt c ục bộ, làm nổ t ụ. Để b ảo vệ tụ bù và nâng cao tuổi thọ c ủa chúng c ần ph ải có s ự nghiên c ứ u, phân tích, áp d ụng các thiết bị bảo vệ phù hợ p nhƣ bộ lọc sóng hài và các thi ết bị giảm ảnh hƣ ởng c ủa sóng hài khác. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
9 Trên cơ s ở phân tích hiện trạng sử dụng điện và hệ số công suất c ủa mạng điện ở mộ t số khu vực ta rút ra một số nh ận xét sau: Chế đ ộ vận hành lƣới phân phố i chủ yếu là vận hành hở . 1. Một thiết bù công su ất ph ản kháng có thể đáp ứng cả ba chức năng là điều 2. chỉnh công su ất, điều chỉ nh điện áp và cân b ằng pha. Việc bù công su ất phản kháng trong lƣ ới phân phối là bù rải trên các xuất tuyến 3. trung áp. Trong th ực tế vận hành, đ ồ t hị thay đ ổi không b ằng phẳng. Do vậy c ần ph ải xác 4. định vị trí, dung lƣợ ng, thời gian đóng c ắt củ a t ụ. 2.2. Vấn đề bù công su ất ph ản kháng ở một số n ƣớc trên thế gi ới . Vấn đ ề bù công su ất ph ản kháng đ ể là gi ải pháp giảm tổ n th ất điện năng rất đƣợc coi trọng ở c ác nƣớc tiên tiến. Giải pháp này đƣợc quan tâm ngay t ừ khâu thiết kế, lự a chọn thiết bị và dây chuyề n công nghệ sản xu ất. M ạng điện ở hầu hết các nƣớc phƣơng Tây đ ều có trang bị tụ bù đ ể nâng cao hệ số công su ất. Việc đ ặt thiết bị bù đƣợc th ực hiệ n theo mộ t số phƣơng án cơ b ản sau: S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
10 3 2 M 1 M M a) M 3 2 M 1 M M b) M 3 2 M 1 M M c) M Hình 2 .1. Các phương án đặt thiết bị bù công suất phản kháng 1). Thiết bị bù lớn đặt trên thanh cái trạm biến áp hoặc tại cá c điểm nút của mạng điện (hình a). Phƣơng án này cho phép giám sát và vận hành dễ dàng thiết bị bù, tuy nhiên tổn thất tr ên đoạn từ thanh cái 1 đến các thiết bị dùng điện không giảm vì ở đoạn này vẫn có dòng công suất phản kháng của phụ tải chạy qua. Thêm vào đó, khi phụ tải phản kháng nhỏ thì có thể sẽ xẩy ra hiện tƣợng dƣ thừa công suất bù. Vì vậy đối với phƣơng án này ngƣời ta thƣờng phải trang bị thêm hệ thống tự động điều chỉnh dung lƣợng tụ bù. 2). Thiết bị bù tĩnh đặt trong tủ phân phối của nhóm thiết bị dùng điện (hình b). P hƣơng án này cho phép giảm tổn thất trên đoạn dây từ thanh cái trạm biến áp đến tủ phân phối củ a các nhóm thiết bị dùng điện, tuy nhiên hệ số công suất phụ thuộc vào số lƣợng thiết bị dùng điện. Trong trƣờng hợp có ít động cơ trong nhóm thì vẫn S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
11 có khả năng dƣ thừa công suất phản kháng. Vì vậy đối với phƣơng án này cũng cần phải trang bị thêm hệ thố ng tự động điều chỉnh dung lƣợng tụ bù. 3). Thiết bị bù tĩnh đóng cắt ngay trên đầu vào của các thiết bị dùng điện (hình c). Theo phƣơng án này một công tắc tơ sẽ điều khiển cả động cơ và tụ bù. Khi động cơ không làm việc thì tụ bù cũng sẽ đƣợc cắt khỏi mạ ng, do đó sẽ không cần đến các thiết bị điều khiển. Thƣờng thì các cụm tụ bù không điều chỉnh đƣợc áp dụng nếu công suất tụ chỉ chiếm 15% công suất của máy biến áp, còn nếu công suất tụ lớn hơn 15% công suất máy biến áp thì cần phải đặt thiết bị bù có tự đ ộng điều chỉnh Để bảo vệ cho thiết bị bù ngƣời ta thƣờng dùng bộ lọc sóng hài lắp nối tiếp với bộ tụ và các máy cắt để bảo vệ chống ngắn mạch. Hiện nay đã có rất nhiều thiết bị tự động điều chỉnh dung lƣợng bù đƣợc áp dụng. Một trong những hệ thống hiện đ ại dùng để điều chỉnh hệ số công suất cos có tên gọi là Hershey. Hệ thống này cho phép khắc phục đƣợc hiện tƣợng thừa công suất phản kháng khi phụ tải cực tiểu, do đó ổn định đƣợc giá trị điện áp và giảm tổn thất trong mạng điện, giá trị của hệ số cos đƣợc duy trì ở mức 0,95 1. Khác với các thiết bị bù thông thƣờng, hệ thống Hershey có trang bị thêm bộ lọc sóng hài. Ngoài ra hệ thống Hershey còn đƣợc lắp đặt thiết bị tự chẩn đoán đặc biệt để cảnh báo khi khi có sự cố bất thƣờng xẩy ra trong các ngăn tụ b ù. Thiết bị tự đ ộng điều chỉnh hệ số công su ất AFPC (Automatic Power Factor Controller) có tên gọ i là POWERWARE đƣợc áp dụng khá rộng rãi ở các nƣớc tiên tiến. Đây là lo ại thiết bị tự đ ộng điều chỉ nh hệ số công su ất có g ắn bộ vi xử l ý, cho phép duy trì gi á trị hệ số công su ất cao nh ất ở mọi thời điểm trong ngày. Công ty lƣới điện Quốc gia NGC (National Grid Company) Hoa Kỳ đã tiến hành một số nghiên c ứ u bù và kinh doanh công su ất ph ản kháng. Công su ất phản kháng đƣ ợc đ ịnh giá theo từng khu vực. Giá thành đ iện năng phản kháng đƣ ợc tính trung bình kho ảng 2,4 $/MVArh. Tại Canada, các nghiên c ứ u về bù công su ất phản S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
12 kháng đƣợc tiến hành b ởi ESO (Electric System Operator) và EMO (Electric Market Operator). Tất cả các máy phát trên 10 MW đ ều đƣợc nối với hệ thống điện mà đƣợc kiểm soát bởi IESO (Indepedent Electric System Operator). Yêu c ầu về hệ số công suất ở hệ thố ng này là 0,9 đ ối với nguồ n và 0,95 đ ối với ph ụ tải. Ở Anh vào đ ầu nhữ ng năm 1990 sau ti ến trình tƣ h ữ u hoá hệ thống truyề n tải và phân phối điện năng, thị trƣờng công su ất ph ản kháng đã bắt đ ầu ho ạt đ ộng. Tất cả các máy phát từ 50 MW trở lên đòi hỏi ph ải có hệ số công suất không dƣới 0,95 và hệ số công su ất phía ph ụ tải không dƣới 0,85. Ở Thuỵ Điển tất c ả c ác nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện yêu c ầu ph ải duy trì hệ số công suất không dƣới 0,9. Riêng ở H à Lan việc trả tiền điện ph ản kháng chƣa đƣợc th ực hiệ n. Ở Bỉ việc trả tiền điện năng tác dụ ng đƣợc thực hiện tuỳ vào c ấp điện áp: Trong khi với m ạng điện truyền tải là 0,21€/MWh, còn ở mạng điện phân p hố i là 0,23 €/MWh, thì giá đi ện ph ản kháng là 6 €/MVArh, nếu hệ số công suất th ấp hơn 0,95. Ở Argentine giá ti ền ph ạt công suất ph ản kháng là 0,45 $US/MVArh. Ở Ấn Độ giá bán điện năng ph ản kháng kho ảng 4 paise/kVArh (1$US/MVArh). Ở Australia hệ số cos đƣợc ấn đ ịnh đ ối với các hộ dùng điện ph ải không dƣ ới 0,9 và đ ối với nguồn – không dƣới 0,93. Ở Nh ật giá điện đƣợc phân ra 2 thành ph ần: thành ph ần cơ b ản g ắn với hệ số công suất theo biểu thức sau: Ccb = gP .P.(1,85 -cos ) (1.5) CA= gA.A Trong đó Ccb- tiền điện cơ bản; CA- tiền điện tr ả t heo mức tiêu th ụ; gp - đơn giá công suất tác dụng Yên/kW; gA - đơn giá điện năng tác d ụng Yên/kWh; P – công su ất đăng ký theo hợ p đồ ng mua bán đi ện, kW ; A - điện năng tiêu th ụ, kWh. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
13 Nhƣ vậy có thể th ấy đ ại đa s ố các nƣ ớc trên thế giới đ ều thu tiền s ử dụng điện năng phản kháng, tuy nhiên vi ệc ấn đ ịnh hệ số công suất làm cơ s ở phạt tiền sử dụ ng công su ất phản kháng ở các nƣớc khác nhau r ất khác nhau. 3. Kết luận: 1. Hiện nay vấn đ ề bù công su ất phản kháng trong m ạng đ iện phân phối ở các địa phƣơng trong c ả nƣớc chƣa đƣợc quan tâm một cách đúng m ức.Việc lắp đ ặt thiết bị bù thƣ ờng chỉ là gi ải pháp tình thế, không có s ự tính toán hợ p lý vì vậy hiệu qu ả bù chƣa cao. Đ ặc biệt hầu hết các thiết bị bù không có cơ c ấu tự đ ộng điều chỉnh nên làm gi ảm hiệu qu ả bù, thậm chí có thể gây thiệt h ại do quá bù. 2. Vấn đ ề ph ạt hệ số cos thấp ở các đ ịa phƣơng diễn ra không thống nh ất. Công suất ph ản kháng và ch ất lƣợng điện chƣa đƣợc g ắn với vấn đ ề kinh doanh điện năng, vì vậy d ẫn đ ến n hiều b ất c ập trong việc áp d ụng các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao hiệu qu ả sử dụ ng c ủa các thiết bị điện. Đã đ ến lúc chúng ta c ần ph ải đƣa ra nh ững tiêu chí về ch ất lƣợ ng điện và hệ số cos tham gia trong thị trƣờng điện cạnh tranh. 3. Vấn đ ề bù công suất ph ản kháng ở m ạng điện của các nƣớc phát triển trên thế giới đƣợc đ ặc biệt quan tâm. Một số sơ đ ồ bù công suất phản kháng đƣợc áp dụ ng là thiết bị bù tập trung, thiết bị bù phân tán và thi ết bị bù đóng c ắt cùng với máy công tác. ở các nƣớc khác nhau có các phƣơng thức qu ản lý, kinh doanh công suất ph ản kháng khác nhau mà chúng ta có thể nghiên c ứu áp dụng trong điều kiện cụ thể ở m ạng điện Việt Nam. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
14 CHƢƠNG II CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN BÙ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Dƣới đây chúng ta s ẽ phân tích một cách chi tiết một số ảnh hƣở ng của sự truyền tải công suất ph ản kháng đ ối với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thu ật củ a mạng điện. 2.1 Quan hệ gi ữa tổ n thất đi ện năng, chi phí quy d ẫn v ới hệ số công suất và thời gian s ử d ụ ng công su ất c ực đại. 2.1.1. Q uan hệ gi ữa tổn th ất đi ện năng v ới hệ số cos và th ời gian TM Nhƣ đã biết, tổn th ất điện năng trong m ạng điện có thể đƣợc đánh giá bởi biểu thức P2 P2 Q2 R A R (2.1 ) U 2 cos2 2 U Trong đó: - thời gian tổn th ất công suất c ực đ ại hàng năm , có thể biểu thị dƣới d ạng hàm ph ụ thuộc vào thời gian s ử d ụng công su ất cực đ ại TM = ( 0,124 + TM .10 - 4 )2 8760 (2.2 ) P2 P2 Q2 P 2 .R.(0,124 TM 10 4 ).t10 3 R A R (2.3 ) U 2 cos2 U 2 cos2 U2 Nếu tính theo giá tr ị phần trăm c ủa điện năng tiêu thụ A A% 100% với A=P.T (2.4 ) A Biểu đ ồ phụ t huộ c giữ a tổn th ất điện năng với hệ số công su ất và th ời gian sử dụ ng công su ất c ực đ ại đƣợc thể hiện trên hình 2.1 . Phân tích quan hệ phụ thuộc giữ a tổn th ất điện năng với hệ số công suất và thời gian s ử dụ ng cô ng su ất cực đ ại S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
15 (hình 2.1) chúng ta th ấy khi hệ số công su ất nhỏ hơn 0,7 thì t ố c đ ộ tăng tổn th ất sẽ khá nhanh. Ton that dien nang dA%=f(cosfi,Tm) 4 3 dA,% 2 1 0 8000 6000 1 4000 0.8 0.6 2000 0.4 0.2 Tm, hr 0 0 cosfi Hình 2.1 . Biểu đồ phụ thuộc giữa tổn thất điện năng với hệ số cos và TM 2.1.2. Q uan hệ phụ thuộc giữa chi phí quy dẫn với hệ s ố công suất và TM Trƣớc hết ta xác đ ịnh giá trị dòng điện chạy trên đƣờ ng dây S P I (2.5 ) 3.U 3.U . cos Mật độ dòng điện kinh tế pb103 j kt 3 c; (2.6 ) Trong đó: p – hệ số sử dụng hiệu quả và khấu hao thiết bị ; b – hệ số kinh tế thay đ ổi c ủa đƣờng dây, đ/km.mm2 ; - điện trở s uất c ủa vật liệu làm dây d ẫn; c - giá thành tổn th ất điện năng. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
16 Giả thiết dây d ẫn đƣợc chọn theo mật đ ộ dòng điện kinh tế, lúc đó tiết diện dây dẫn sẽ l à I F (2.7 ) j kt Ham chi phi Z=f(cosfi,Tm) 25 20 Z, tr.VND/km 15 10 5 0 8000 1 6000 0.8 4000 0.6 0.4 2000 0.2 0 0 Tm, hr cosfi Hình 2 .2. Biểu đồ phụ thuộc giữa chi phí quy dẫn với hệ số cos và TM Vố n đ ầu tƣ đƣờ ng dây đƣ ợc biể u thị bởi biểu th ức K= a+ bF (2.8 ) với: a, b – các hệ số kinh tế cố đ ịnh và thay đ ổ i củ a đƣờ ng dây; F - tiết diện mặt c ắt ngang c ủa dây d ẫn. Chi phí quy d ẫn của đƣờ ng dây Z= pK+ A.c (2.9 ) Biểu đ ồ phụ thuộc giữ a chi phí quy d ẫn của đƣờ ng dây với hệ số cos và TM đƣợc thể hiệ n trên hình 2 .2. S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
17 P hân tích các bi ểu đ ồ ph ụ thuộc K=f(cos , TM) và Z=f(cos , TM) ta nhận thấy hệ số cos có ảnh hƣở ng r ất đáng kể đến vố n đ ầu tƣ và chi phí quy d ẫn, việc nâng cao hệ số công su ất sẽ góp phần làm gi ảm chi phí c ủ a mạng điện. 2.2 . Phƣơng pháp nâng cao hệ số cos Tất c ả c ác gi ải pháp nâng cao hệ số công su ất có thể phân thành các nhóm sau: 2.2 .1. Các giải pháp tổ ch ức-kỹ thuật * Sắp x ếp hợp lý các quy trình công nghệ: Việc Sắp xếp hợ p lý các quy trình công nghệ sản xuất nh ằm c ải thiện chế đ ộ sử dụng năng lƣợng c ủa các thiết bị , nhƣ hạn chế đến mức tối đa công đo ạn ch ạy không t ải. * Thiết lập chế độ làm việc bình thường cho các độ ng cơ không đồng bộ bằng cách thay các động cơ thƣờng xuyên làm việc non tải bằng các động cơ công suất thấp hơn. Khi kmt < 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi, còn khi 0,45
18 * Dùng đ ộng cơ đ ồng b ộ thay thế đ ộng cơ không đ ồng b ộ Các đ ộng cơ đ ồng bộ tuy có giá thành đ ắt hơn so với đ ộng cơ không đ ồ ng bộ nhƣng có hệ số cos cao, hơn n ữa việc điều chỉnh dòng điện kích từ có thể cho phép đ ộng cơ thay đ ổ i chế đ ộ làm việc dễ dàng vì đ ặc điểm củ a máy bù đ ồng bộ là có thể tiêu th ụ ho ặc phát công suất ph ản kháng tu ỳ thuộ c vào chế đ ộ kích t ừ. * Dùng các thi ết b ị chỉnh lưu với hệ số công suất vượt trước Đối với một số mạng điện cần có s ự có mặt c ủa dòng mộ t chiều nên áp d ụng các thiết bị chỉnh lƣu có hệ số công suất vƣợt trƣớc, điều đó cho phép c ải thiện hệ số cos chung c ủa toàn m ạng điện. Tất c ả c ác gi ải pháp trên gọ i là biên pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên. Các biện pháp này không đòi hỏi chi phí thi ết bị và vật tƣ, ho ặc chi phí không đáng kể, nên thƣ ờng cho hiệ u qu ả kinh tế cao, tuy nhiên ph ạm vi điều chỉnh hệ số cos chỉ có hạn, do đó không phải bao giờ cũng có thể áp dụ ng đƣợc. 2.2 .2. Các giả i pháp k ỹ thuậ t Các gi ải pháp k ỹ thu ật thƣờ ng đƣợc áp d ụng đ ể nâng cao hệ số cos là áp d ụng các cơ c ấu bù (còn gọ i là điều hoà) công su ất ph ản kháng. Do ph ụ tải trong th ực tế chủ yếu mang tính đi ện c ảm nên vec tơ dòng đi ện ch ậm hơn so với vec tơ điện áp, nếu bù đƣợc toàn bộ l ƣợng công su ất ph ản kháng thì chỉ còn l ại thành ph ần tác d ụng nên vec tơ dò ng và áp sẽ trùng nhau. Có thể dùng tụ bù ho ặc máy bù đ ồng bộ . Biện pháp này đƣ ợc gọ i chung là bù cos . Công su ất c ủa thiết bị bù c ần thiết đ ể nâng hệ số công su ất từ cos lên cos 1 2 đƣợc xác đ ịnh theo biểu thức Qb = P (tg - tg 2) = P.kq, kVAr ; (2.10) 1 Với P là công su ất tác d ụ ng của ph ụ t ải, kW. Để tiện tính toán ngƣời ta thiết lập bảng tính s ẳn hệ số kq sau S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn
19 Bả ng 2.1. Giá tr ị củ a h ệ số kq phụ thuộc vào hệ số cos hiện tạ i và h ệ số cos 1 2 mong mưố n Ví dụ với hệ số cos 1=0,7, c ần nâng lên giá tr ị cos 2=0,9 thì ta tra bảng đ ể xác định hệ số kq=0,54. Nhƣ vậy công suất phản kháng c ần thiết sẽ là Q=0,54P. Biểu đ ồ véc tơ cô ng suất trƣớc và sau khi đ ặt thiết bị bù cos biểu thị trên hình 2.3 . và biể u đ ồ vectơ dòng điện khi có bù công suất phản kháng đƣợc thể hiện trên hình 2 .4. Phân tích bi ể u đ ồ vec tơ công suất ta thấy công su ất biểu kiế n sau khi bù S2 có giá trị nhỏ hơn côn g su ất trƣớc khi bù S1 , điều đó cho phép gi ảm dòng điện chạy trong m ạch và t ừ đó có thể giảm đƣợc chi phí đ ầu tƣ cho đƣờng dây, gi ảm tổ n thất điện năng, cuối cùng là giảm giá thành đi ện năng. Tuy nhiên việc đặt các cơ cấu bù công suất phản kháng đòi hỏi những chi phí nhất định, vì vậy cần phải tính toán lựa chọn dung lƣợng bù cũng nhƣ vị trí đặt hợp lý. Theo tính toán thì khi hệ số cos > 0,95 hiệu quả kinh tế của việc đặt bù hầu nhƣ không đáng kể. Để tìm lời giải cho câu hỏi nếu xẩy ra hiện tƣợng quá bù chúng ta phân tích biểu thức xác định tổn thất tổn thất công suất và điện áp khi đặt bù P2 (Q Qb ) 2 P R (2.11 ) U2 S ố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc -tnu.edu.vn