-Chơng vi- tự động điều chỉnh điện áp công suất phản kháng hệ thống điện 6.1 Những vấn đề chung điều chỉnh điện áp công suất phản kháng hệ thống điện Điện áp nh biết, tiêu đặc trng cho chất lợng điện Trong trình vận hành bình thờng mức điện áp nút hệ thống điện phải đợc giữ giới hạn cho phép Trị số thực tế điện áp nút hệ thống điện thay đổi theo chế độ vận hành hệ thống cân công suất phản kháng nút phụ tải Cân công suất phản kháng phải đợc thỏa mãn ứng với thông số đảm bảo điều kiện làm việc bình thờng lới điện hộ tiêu thụ điện Điện trở tác dụng phần tử lới điện thờng có trị số không lớn lắm, điện kháng phụ thuộc vào khoảng cách pha, nghĩa phụ thuộc vào cấp điện áp lới điện Nếu kể điện kháng máy biến áp điện kháng tổng hệ thống lớn điện trở tổng hàng chục lần.Vì vận chuyển công suất phản kháng từ chỗ sang chỗ khác hệ thống gây nên tổn thất điện áp lớn phân tử hệ thống điện Về mặt kinh tế, nên đảm bảo cân công suất phản kháng cấp điện áp hệ thống điện, vấn đề điều chỉnh điện áp công suất phản kháng hệ thống điện mang tích cục (địa phơng) rõ rệt Nếu xét tổng thể hệ thống điện phần khác nhau, phơng pháp phơng tiện điều chỉnh điện áp công suất phản kháng khác Điện áp máy điện lới cung cấp (truyền tải) điều chỉnh hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) máy phát điện Các máy phát điện đồng có thể: - Phát công suất phản kháng chế độ kích thích: - Tiêu thu công suất phản kháng chế độ thiếu kích thích - Thay đổi điện áp công suất phản kháng cách liên tục (trơn, không nhảy cấp) Các máy bù đồng (MBĐB), động đồng cỡ lớn máy bù tĩnh (tiếng Anh: SVC- Static VAR Compensator) thực chức phát tiêu thụ công suất phản kháng tơng tự nh máy phát điện đồng Các thiết bị thờng đợc đặt nút phụ tải đầu vào cuộn dây thứ (hạ áp) máy biến áp liên lạc hai cấp điện áp truyền tải khác (chẳng hạn 220kV 500kV) Trong hệ thống truyền tải điện siêu cao áp ( 330kV) với công suất phản kháng điện dung đờng dây phát thờng lớn, chế độ không tải non tải lợng công suất phản kháng thừa gây điện áp lớn Để tiêu thụ bớt công suất phản kháng đờng dây siêu cao áp ngời ta đặt kháng điện bù ngang Các kháng điện bù ngang đợc nối cố định vào đờng dây, nối qua máy cắt điện có công suất tiêu thụ điều khiển đợc đờng dây siêu cao áp có chiều dài lớn, trị số cảm kháng, có ảnh hởng xấu đến phân bố điện áp đờng dây công suất truyền tải thay đổi làm giảm khả tải đờng dây theo điều kiện ổn định hệ thống Để tăng khả tải cải thiện điều kiện phân bố điện áp đờng dây ngời ta đặt tụ điện bù dọc Để bù công suất phản kháng nút phụ tải từ (từ 0,4kV đến 110 kV) ngời ta sử dụng rộng rãi tụ điện tĩnh (TĐT) Những tụ điện tĩnh làm việc phối hợp với kháng điện có điều khiển (trơn) tạo nên máy bù tĩnh (SVC) công suất phản kháng Ngày SVC thờng đợc sử dụng cấp trung áp (6-35 kV) với nhiều u việt hẳn mày bù đồng đợc sử dụng trớc Trong số phơng tiện điều chỉnh điện áp lới điện, thiết bị điều chỉnh đầu phân áp dới tải máy biến áp tự ngẫu có vai trò quan trọng Đối với máy biến áp làm nhiệm vụ liên lạc lới điện có cấp điện khác nhau, lới có chứa nguồn phát công suất phản kháng, thay đổi đầu phân áp máy biến áp liên lạc làm thay đổi phân bố công suất phản kháng lới điện 46 6.2 tự động điều chỉnh điện áp ,công suất phản kháng máy phát điện đồng Điều chỉnh điện áp v công suất phản kháng máy phát điện đồng đ ợc thực cách thay đổi dòng điện kích từ cuộn dây rô-to máy phát điện thông qua máy tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) 6.2.1 Các thông số đầu vào hệ thống tự động điều chỉnh kích từ Độ lệch tức thời điện áp khỏi giá trị cho tr ớc: Máy điều chỉnh tiếp nhận độ lệch thay đổi dòng điện kích từ máy phát điện nhằm khôi phục lại trị số cho điện áp Một số máy điều chỉnh giữ xác trị số điện áp cho trớc có sai số thống kê đó, sai số bé hệ số khuếch đại máy điều chỉnh lớn Khi điều chỉnh điện áp cực máy phát điện nhằm giữ cho điện áp máy phát UF = const, ta có: U F = kc = U 1+ k x U F = d 0, I F P + k đó: U F - sai số thống kê đa máy điều chỉnh vào làm việc; U I F P X d - độ lệch ban đầu cha đa máy điều chỉnh vào làm việc điện áp đầu cực máy phát thay đổi dòng điện stato thay đổi; k = kF kKT.kTDK hệ số khuyếch đại hệ thống điều chỉnh hở tích hệ số khuyếch đại máy phát điện (k F), máy kích thích (kKT) máy tự động điều chỉnh kích từ (kTĐK); kc hệ số tĩnh máy điều chỉnh theo thành phần dòng điện phản kháng Việc tăng hệ số khuếch đại k thờng bị hạn chế theo điều kiện ổn định hệ thống điều chỉnh Các nhiễu loan chủ yếu có ảnh hởng đến trị số điện áp đầu cực máy phát dòng điện cuộn stato góc lệch pha dòng điện stato vơi điện áp máy phát Khi tăng dòng điện phụ tải hoặc tăng góc lệch pha điện áp dòng điện, điện áp giáng cuộn dây stato tăng theo, dòng điện kích từ không thay đổi, điện áp đầu cực máy phát giảm Để khôi phục lại điện áp, TĐK phải tăng dòng điện kích từ nghĩa làm tăng sức điện động máy phát nhằm bù lại điện áp giáng cuộn dây stato Tốc độ phản ứng TĐK nhanh TĐK bắt đầu làm việc trớc xuất độ lệch lớn điện áp Tuy nhiên độ xác tác động điều chỉnh không cao bù hết tất nhiễu loạn Đạo hàm theo thời gian (bậc bậc hai) điện áp tác động nhiễu loạn: Việc đa trị số đạo hàm vào quy luật điều chỉnh tăng nhanh đáng kể tốc độ điều chỉnh không làm ảnh hởng đến đặc tính máy điều chỉnh Giải pháp đặc biệt có hiệu cao hệ thống kích từ tác động nhanh Độ lệch tức thời đạo hàm bậc tần số: Việc đa đại lợng vào quy luật điều chỉnh làm tăng độ ổn định máy phát điện làm việc song song 6.2.2 Thiết bị kích từ cỡng 1-Thiết bị tăng nhanh kích thích * Nhiệm vụ: Nối tắt Rđc mạch kích từ máy phát điện kích thích điện áp đầu cực máy phát điện xoay chiều UF giảm nhiều ( lúc ngắn mạch ) nhằm mục đích tăng kích từ đến trị số giới hạn để phục hồi nhanh chóng điện áp đầu cực máy điện xoay chiều 47 * Sơ đồ (hình 6.1) * Nguyên lý làm việc - Khi điện áp đầu cực máy phát điện giảm nhiều rơ le 1RU, 2RU đóng tiếp điểm, rơ le 1RG, 2RG tác động, rơ le 3RG có điện đóng tiếp điểm nối tắt R đc làm cho dòng kích từ máy phát điện kích thích tăng nhanh, U KT tăng nhanh làm cho IKTF tăng nhanh, dẫn đến tăng điện áp máy phát điện xoay chiều Dùng hai rơ le áp nối vào hai biến điện áp khác đặt đầu cực máy phát điện xoay chiều dùng hai tiếp điểm 1RG, 2RG nối tiếp với nhau, nhằm đảm bảo cho thiết bị không tác động nhầm đứt cầu chì mạch biến điện áp Nếu đứt cầu chì biến điện áp hai rơ le áp tác động đóng tiếp điểm có hai rơ le trung gian có điện (1RG, 2RG) báo tín hiệu đứt cầu chì Các rơ le áp đợc nối vào điện áp dây bảo đảm cho thiết bị kích từ cỡng tác động tốt ngắn mạch pha Chọn điện áp khởi động cho rơ le áp UKđR = U dmF đó: - kat = 1,2 k at kv nu - kv = 1,05 ữ 1,15 * Ưuku điểm: Thiết bị đơn giản nên đợc đặt hầu hết máy phát điện máy bù đồng * Nhợc điểm: Không có tác dụng điều chỉnh vận hành bình thờng (khi điện áp đầu cực máy phát điện UF biến đổi theo phụ tải) + iKT Rđc _ 3RG _ _ + Tín hiệu đứt cầu chì 1RG MC 2RG _ _ 2RU 1RU Từ 1BU đến Từ 2BU đến Hình -1 Thiết bị tăng nhanh kích từ 2- Thiết bị giảm nhanh kích thích * Nhiệm vụ: 48 Đa thêm RP vào mạch kích thích máy phát điện kích thích điện áp đầu cực máy phát điện xoay chiều tăng nhiều (khi phụ tải đột ngột máy phát điện tuốc bin nớc) nhằm mục đích làm cho điện áp máy phát điện xoay chiều đợc giảm nhanh * Sơ đồ _ RP BU Rđc + BU + RU RG * Nguyên lý làm việc Hình 6-2 Thiết bị giảm nhanh kích thích Khi điện áp đầu cực máy phát điện U F tăng nhiều, rơ le RU tác động đóng tiếp điểm làm cho cuộn dây RG có điện, tiếp điểm rơ le RG mở đ a RP vào mạch kích thích máy phát điện kích thích nhờ mà điện áp đầu cực máy phát điện xoay chiều giảm nhanh * Chọn điện áp khởi động rơ le áp đợc xác định theo điều kiện rơ le phải trở điện áp đầu cực máy phát UF trở lại UFđm UKđRU = k at U UFđm = 1,3 Fdm kv nu nu đó: - kat = 1,05 - kv = 0,8 * Phạm vi ứng dụng: Đợc trang bị cho máy phát điện tuốc bin nớc 6.2.3 Thiết bị kompun dòng Thiết bị Kom pun dòng để thực điều chỉnh điện áp máy phát điện dòng điện máy phát IF thay đổi Sơ đồ nguyên lý nh hình 6.3 Thiết bị Kom pun gồm chỉnh lu CL, máy biến áp Kom pun BC biến trở đặt Rđ - Biến trở đặt dùng để xác định chế độ làm việc thích hợp Kom pun (đ a vào làm việc nh cắt cách từ từ) dùng để hiệu chỉnh Kom pun - Máy biến áp BC dùng để ngăn mạch kích thích máy phát điện kích thích với mạch thứ cấp máy biến dòng có điểm nối đất Dòng điện kích thích máy kích thích gồm hai thành phần: iKT = iRKT + iK máy kích thích qua biến trở kích iRKT: thành phần dòng điện kích thích thích iK: thành phần dòng điện thiết bị Kom pun cung cấp - BI iKT Rđc 49 IF iK iRKT BC Rđ Hình 6-3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Kom pun Trong số trờng hợp dòng điện Kom pun đa vào cuộn kích thích phụ máy kích thích Vì trờng hợp chung viết: (iW)KT = (iW)KT + (iW)K (iW)KT: Sức từ động tổng máy kích thích (iW)KT : Sức từ động dòng kích thích ( qua biến trở Rđc ) máy kích thích sinh (iW)K : Sức từ động thiết bị Kom pun tạo UF < đm UF Có Kom pun = đm Không có Kom pun > đm IFmin IF Hình 6-4 Quan hệ UF =f(IF) đầu cực máy phát có thiết bị Kom pun IFmin IFđm IF Hình 6-5 Quan hệ UF =f(IF) đầu cực máy phát có thiết bị Kom pun với góc khác * Nguyên lý làm việc: - Khi IF tăng ( UF giảm ) iK tăng Kết Kom pun điều chỉnh tăng điện áp UF - Khi IF giảm ( UF tăng ) iK giảm, Kom pun có tác dụng điều chỉnh điện áp UF - Quan hệ IF UF đầu cực máy phát điện có Kom pun nh hình 6-4 + Đặc tính UF = f(IF) có điểm gẫy máy kích thích cuộn kích từ phụ Vì IF < IFmin điện áp hai đầu chỉnh lu bé điện áp chiều hai đầu cuộn kích thích nên có iK Khi IF > IFmin áp hai đầu chỉnh lu lớn điện áp hai đầu cuộn kích thích bắt đầu có iK IFmin = ( 10 ữ 30)IFđm, máy phát điện nói chung không làm việc với phụ tải nhỏ nh nhợc điểm bỏ qua + Nếu máy phát điện kích thích có cuộn kích từ phụ đặc tính điểm gẫy * Nhợc điểm Kom pun: phụ thuộc điện áp U F vào góc lệch pha phụ tải Nh biết giá trị dòng điện IF nh nhng phụ tải có cos nhỏ làm cho điện áp máy phát giảm nhiều ( xét phụ tải cảm kháng ) Tác dụng Kom pun phụ thuộc vào giá trị I F, trì điện áp nh phụ tải có cos khác có giá trị IF (hình 6-5) 6.2.4 Thiết bị corecto điện áp 50 Hiện thờng sử dụng rộng rãi corectơ loại điện từ, gồm phận sau: Khuếch đại từ Rpt a Cấu tạo Gồm lõi sắt có ba trụ, hai trụ U Uđ Iđ bên quấn cuộn dây làm việc W, trụ quấn cuộn dây điều khiển Wđk để điều khiển khuếch đại từ cuộn dây đặt Wđ để định chế độ làm việc khuếch đại từ b Nguyên lý làm việc Dòng điện xoay chiều qua W Wđk Wđ phụ tải cuộn dây W : I = U Iđk ( R pt + R) + (L) Trong R,L điện trở điện cảm cuộn dây W Rpt điện trở phụ tải Thờng L >> R nên với U số Rpt số trị số I phụ thuộc vào điện cảm Uđk Hình 6-6 Cấu tạo thiết bị corectơ điện áp L, mà điện cảm L lại phụ thuộc vào độ thẩm từ lõi sắt * Vậy nguyên lý làm việc khuếch đại từ dùng biến thiên công suất bé cuộn điều khiển khống chế đợc biến thiên công suất xoay chiều lớn phụ tải B * Hệ số khuếch đại khuếch đại từ tỷ số lợng biến thiên công suất B4 xoay chiều với lợng biến thiên công suất B3 chiều tơng ứng B2 P KP = P1 B1 chiều Trong P : độ thay đổi công suất phụ tải H1 H2 H3 H4 H P1 chiều độ thay đổi công suất tHình Quan hệ B H lõi sắt ơng ứng mạch điều khiển L, I KP : Hệ số khuếch đại Trên hình - ta thấy hệ số khuếch I đại đợc đặc trng độ dốc đặc tính I = f(Iđk), nghĩa đặc tính dốc KP lớn * Tác dụng cuộn đặt (Wđ): Cuộn dây đặt dùng để xác định vị trí ban đầu đờng đặc tính tính I = f(Iđk) Hình khuếch đại từ Khi có Iđ số L - Các đặc tính à, L, I theo Iđk cuộn Wđ với iđk = Iđk trụ khuếch đại từ có sẵn từ thông (I đ = -Iđk) độ từ hoá lõi sắt nhỏ 51 Vậy thay đổi trị số chiều dòng điện đặt ta tịnh tiến đặc tính I = f(Iđk) sang phải sang trái trục tung (hình - 9) c Khuếch đại từ có phản hồi Hệ số khuếch đại khuếch đại từ đợc đặc trng độ dốc đặc tính I = f(Iđk) I Muốn thay đổi hệ số khuếch đại ta phải thay đổi độ dốc đặc tính I = f(Iđk) Để đạt mục đích ta dùng khuếch đại từ có phản hồi Iđ =0 Trong khuếch đại từ có phản hồi, I sau Iđ >0 qua phụ tải đợc chỉnh lu đa vào cuộn dây phản Imin hồi WPh (hình - 10) - Nếu sức từ động cuộn dây phản hồi Iđk tăng cờng cho sức từ động cuộn dây điều Hình - khiển (cùng chiều) ta có phản hồi dơng Đặc tính I = f(Iđk) thay đổi Iđ - Nếu sức từ động cuộn phản hồi ngợc chiều với sức từ động cuộn điều khiển ta có phản hồi âm Dòng điện phản hồi IPh cuộn phản hồi có chiều xác định i đk dơng âm, lõi sắt đợc từ hoá nhờ hai dòng điện nên sức từ động tổng khuếch đại từ là: (iW) = (iW)Ph (iW)đk Vậy phía trục tung có I Ph sức từ động tổng (iW) tăng làm cho I = f(Iđk) dốc hệ số khuếch đại tăng, ngợc lại phía (iW) giảm, đặc tính choãi nên hệ số khuếch đại giảm (hình - 11) I RPt có phản hồi U Không có phản hồi WPh Wđ Iđk Wđk W Hình 11 Đặc tính I = f(Iđk) có IPh Hình 10 Khuếch đại từ có phản hồi Bộ phận đo lờng Bộ phận đo lờng cần cho tín hiệu độ lệch áp tỷ lệ máy phát điện - Giả thiết khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển nối vào hai mạch khác tính chất nhng đợc cung cấp từ nguồn điện chung Uab UF (hình - 12) (i.Wđk) R (ixWđk2) iR (iRWđk1) UFđm (iWđk) 52 Wđk1 X ix U Wđk2 Uab UF Hình - 13 Các quan hệ (iWđk)= f(U) Hình - 12 Khuếch đại từ có hai cuộn điều khiển đợc cung cấp từ nguồn + Dòng điện iR chạy qua R đợc chỉnh lu vào Wđk1 có đặc tính iR = f(U) đờng thẳng + Dòng điện ix qua kháng điện đợc chỉnh lu đa vào cuộn Wđk2 có đặc tính ix = f(U) quan hệ không đờng thẳng (Hình - 13) - Ta chọn trị số R X cho: + Khi UF = UFđm (iRWđk1) = (ixWđk2) (iWđk) = (iRWđk1) - (ixWđk2) = + Khi UF < UFđm (iRWđk1) > (ixWđk2) (iWđk) > + Khi UF > UFđm (iRWđk1) < (ixWđk2) nên (iWđk) < Vậy điện áp đầu cực máy phát điện thay đổi (iW đk) thay đổi trị số chiều, nguyên tắc đợc ứng dụng để điều khiển khuếch đại từ Corectơ điện từ a Sơ đồ (Hình 6-14) b Nguyên lý làm việc * Corectơ thuận - Trong corectơ thuận đầu corectơ i KTf1 đặt vào cuộn kích từ phụ chiều với dòng kích từ cuộn kích từ Sức từ động cuộn phản hồi chiều với sức từ động cuộn điều khiển (iW)I = (iW)Ph + [(iW)đk1 - (iW)đk2] hay sức từ động khuếch đại từ là: (iW)I = (iW)Ph + (iW)đk iKT iKTP2X iKTP1 Rđc iR W Wph Wđk1 KĐTI W R X đk ix W Wph Hình - 14 Sơ đồ nguyên lý corectơ điện từ iR KĐTII 53 Wđk1 Wđk2 ix UFđm 1Wph UF - Khi UF < U1 (iW)I khuếch iWđk iWđk2 iWđk1 đại từ tăng lên làm cho dòng điện đầu iKTf1 tăng lên dẫn đến dòng kích từ tổng máy phát điện kích thích tăng lên Kết làm tăng điện áp máy phát điện xoay chiều iWPh - Khi UF > U1 sức từ động tổng khuếch đại từ tăng nên corectơ UF thuận điều chỉnh sai Đáng lẽ cần làm giảm điện áp đầu cực máy phát điện xoay chiều UFđm iW đk (a) lại làm cho UF tăng iWđk Để giảm nhợc điểm dùng chỉnh lu khoá CL1 iWđkI Khi (iW)đk2 > (iW)đk1 có thành phần dòng điện ix chạy qua chỉnh lu A CL1 có: (iW)đk1 = (iW)đk2 UF Nhờ có chỉnh lu CL1 mà sức từ động UFđm (b) tổng (iW)I đờng nét đứt nằm ngang (hình - 15,b) Hình - 15 - Trong corectơ thuận ngời ta điều chỉnh cho điểm với U Fđm vềthuận bên trái Đặc ứng tính đầu nằm corectơ điểm A hình - 15,b ứng dụng: Corectơ thuận đợc dùng cho máy phát điện tuốc bin máy phát điện tuốc bin có tợng điện áp *Corectơ nghịch Trong corectơ nghịch dòng đầu khuếch đại từ hai ( KĐT II ) iKTf2 ngợc chiều với dòng kích từ cuộn kích thích máy phát điện kích thích Sức từ động cuộn phản hồi ngợc chiều với sức từ động cuộn điều khiển (iW)đk1 - Khi UF >U1 (iW)II tăng trị số KĐTII đợc bão hoà thêm iKTf2 tăng làm cho corectơ nghịch có tác dụng điều chỉnh giảm điện áp UF xuống - Khi UF < U1 dòng đầu corectơ nghịch tăng, corectơ nghịch điều chỉnh sai: Đáng lẽ cần làm tăng UF lại làm UF giảm Để tránh nhợc điểm dùng chỉnh lu khoá CL2 Khi UF < U1 iRWđk1 > ixWđk2 có thành phần dòng điện iR chạy qua chỉnh lu CL2 có: iRWđk1 = ixWđk2 Nhờ có CL2 mà sức từ động tổng KĐTII đờng nét đứt nằm ngang Trong corectơ nghịch, ngời ta điều chỉnh cho điểm tơng ứng với UFđm nằm phía bên phải điểm A (hình -16) (iW)II UFđm 54 UFđm UF (iW)II Hình 16 Đặc tính đầu corectơ nghịch (iW)II - ứng dụng: Corectơ nghịch thờng đợc dùng với máy phát điện tuốc bin nớc Vì máy phát bị phụ tải đột ngột U F tăng Cũng dùng đồng thời corectơ thuận corectơ nghịch Đặc tính đầu corectơ tổng hợp nh hình 6-17 Thuận UF Tổng hợp Nghịch Hình 17 Đặc tính corectơ tổng hợp 6.2.5 Điều chỉnh phân phối công suất phản kháng máy phát điện làm việc song song Đặt độ dốc đặc tuyến điều chỉnh Khi máy phát điện làm việc song song để phân bố công suất máy phát cách ổn định đặc tuyến điều chỉnh điện áp máy phát theo dòng điện stato phải có độ dốc dơng định (H6.18a) Để tạo nên độ dốc đa thành phần điện áp tỷ lệ với dòng điện stato vào điện áp đầu vào U TĐK máy tự động điều chỉnh kích từ UTĐK = U + IR b) a) U U0 UA R Udđ TN * UTĐK = U + IR BI * c) Ip UTĐK BU * IA Ia A IaR B Idđ I C U U U IAR UB C TĐK(a); BC Sơ đồ đấu dây Hình 6.18: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) dơng đặc tính điều chỉnh điện áp (b) đồ thị véc tơ (c) Trên hình 6.18b c trình bày sơ đồ đấu dây đồ thị véc tơ tơng ứng Cần lu ý đến cực tính cuộn dây BI BU nh việc chọn tổ hợp dòng áp đặt vào TĐK Nếu chọn dòng điện pha (chẳng hạn I A) điện áp điện áp dây hai pha (U BC) Từ hình 6.18c nhận thấy rằng, thành phần phản kháng IP dòng điện stato có ảnh hởng định đến việc thay đổi trị số điện áp đầu vào UTĐK máy điều chỉnh kích từ Khi dòng điện stato tăng lên điện áp đầu vào TĐK tăng theo, TĐK cảm nhận nh điện áp đầu cực máy phát tăng tác động theo hớng giảm bớt điện áp, tạo nên độ dốc dơng đặc tuyến điều chỉnh Thành phần điện áp dòng điện stato đặt vào phận đo lờng TĐK chế độ làm việc danh định bằng: U R = R.I dd F / n I , đó: R - điện trở mắc phía thứ cấp máy biến dòng, Idd dòng điện danh định máy phát, n1 tỷ số biến máy biến dòng 55 Điều chỉnh công suất phản kháng điện áp nhà máy điện thiết bị TĐK b) a) U R * BI U0 * TN Ip UTĐK A B Idđ I IA Ia BU * * UTĐK = U - IR c) UA C IaR UC UTĐK IpR UB I AR Hình 6.20: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) âm đặc tính điều chỉnh điện áp (a); Thiết bị TĐK máy Sơ phát điệndây có(b)thể đồ đấu làm đồ thịviệc véc tơvới (c) đặc tính điều chỉnh phụ thuộc độc lập Với đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc (hình 6.19a) trị số điện áp cực máy phát UF tơng ứng với trị số xác định thành phần phản kháng I P dòng điện stato (hoặc công suất phản kháng tơng ứng) Phơng trình đặc tuyến điều chỉnh hình 6.19a có dạng: UF = U0 KcIp Hoặc dới dạng số gia (độ lệch): UF + kcIp = Vế trái xem nh tín hiệu đầu vào TĐK với đặc tính điều chỉnh tự nhiên không phụ thuộc cuối trình điều chỉnh với trị số U không đổi Trị số đặt U0 đợc điều chỉnh tay tự động Hệ số phụ thuộc kc đặc tính điều chỉnh tính hệ đơn vị có tên (kV/kA) % kc = U F , kV / kA I P kc % = U F * I P* 100 = U F * I Fdd I 100 = kc Fdd 100 U Fdd I P U Fdd Điện áp góp nhà máy điện gồm nhiều máy phát điện làm việc song song phân bố công suất phản kháng máy phát điện phụ thuộc vào tác động phối hợp TĐK máy phát điện Sau đề cập đến số phơng pháp thờng gặp để điều chỉnh công suất phản kháng điện áp máy phát điện làm việc song song lên góp chung nhà máy điện a Điều chỉnh theo đặc tuyến có độ phụ thuộc d ơng Phơng pháp đơn giản để điều chỉnh điện áp góp nhà máy điện phân bố công suất phản kháng máy phát nối với góp điều chỉnh tất máy có TĐK với đặc tính đợc chỉnh định với hệ số phụ thuộc dơng Vì độ biến thiên điện áp góp giống cho tất máy phát nên phơng trình đặc trng cho quan hệ điều chỉnh máy thứ i việt dới dạng: U + kciIpi = 0; i = 1, n Chia phơng trình cho kci cộng n phơng trình lại ta có: U + n i =1 kci n I i =1 pi =0 57 Thay U từ phơng trình vào phơng trình điều chỉnh máy i k ta có: n I pi = kci I pi I pk I pi kcNMD I pNMD kci i =1 k ci i =1 n k ck k ci = Nh vậy, sử dụng phơng pháp điện áp góp nhà máy điện đợc điều chỉnh với hệ số phụ thuộc dơng: kcNMD = n k i =1 ci phụ tải phản kháng phân bố tỉ lệ nghịch với hệ số phụ thuộc tơng ứng Trờng hợp có hai máy phát điện làm việc song song với đặc tính điều chỉnh (hình.6.21a) ta có: IPNMĐ = IPI + IP2 UF1 = UF2 = UF Khi phụ tải nhà máy điện thay đổi lợng UNMĐ làm giảm điện áp lợng U phân bố dòng điện phản kháng máy phát thay đổi Để khôi phục lại điện áp đầu cực máy phát chẳng hạn điện áp danh định UFdđ dịch chuyển đặc tính điều chỉnh máy phát điện ( chẳng hạn U U b) a) Udđ U Udđ Ip1 Ip Ip2 Ip2 +Ip -Ip Ip2 Ip1 Ip Ip1 Ip Ip2 đặc tính máy hình 6.21a), chỉnh định cho làm việc chế độ độc lập Máy phát điện đợc chỉnh định chế độ độc lập tiếp nhận toàn biến động công suất Hìnhnhà 6.21máy Đặc tuyến có hệ số phụ thuộc kc >0khả (a) kc P1 P1 > Q1 P=0 Q2 QNMĐ Q1 Q2 Hình 6.22 Điều chỉnh điện áp theo phơng59 pháp dịch chuyển đặc tuyến điều chỉnh với hệ số phụ thuộc dơng c Điều chỉnh theo tỷ phần phụ thuộc: Đợc sử dụng để điều chỉnh điện áp theo quan hệ độc lập khác thờng góp nhà máy điện phân bố công suất phản kháng theo tỷ lệ nhà máy phát điện Quy luật điều chỉnh máy phát điện theo phơng pháp điều chỉnh theo quan hệ độc lập đợc thực theo biểu thức sau: n U i + kci (QFi i QFk ) = 0; i = 1, n k =1 Trong đó: Ui = UFi U0 - độ lệch điện áp máy phát khỏi giá trị U0 cho trớc; i tỷ phần tham gia máy phát điện thứ i cần tổng công suất phản kháng nhà máy n n k =1 i =1 QFk ; i = kci hệ số phụ thuộc đặc tuyến điều chỉnh máy phát điện thứ i Chia phơng trình tổ máy cho hệ số phụ thuộc S i cộng phơng trình điều kiện U1 = U2 = Un = U, ta nhận đợc: n n n + (1 i ) QFk = k =1 kci i =1 k =1 U Quá trình điều chỉnh kết thúc U = 0, n i =1 i = vằ Kci >0 , công n suất phản kháng máy phát th i cuối trình điều chỉnh : QF1 = i QFk k =1 TĐK máy phát điện điều chỉnh điện áp theo độ chênh lệch công suất phản kháng thực tế QFi so với trị số công suất phản kháng theo tỷ phần đợc n phân i QFk Quá trình điều chỉnh kết thúc : k =1 n QFi = QFi - i QFk k =1 =0 Vế phải phơng trình phản ánh quy luật điều chỉnh máy phát điện đợc xem nh tín hiệu đầu vào thiết bị TĐK máy phát điện tơng ứng Quá trình điều khiển đợc diễn nh sau: Khi công suất phản kháng thay đổi, điện áp góp nhà máy điện lệch khỏi giá trị cho trớc tất TĐK bắt đầu làm việc, theo độ lệch U Chúng thay đổi dòng điện kích từ công suất phản kháng máy phát điện cho điện áp góp khôi phục lại giá trị ban đầu Công suất phản kháng đợc phân phối máy phát điện theo tín hiệu QFi độ lệch trở lại không ( nghĩa máy phát nhận đủ tỷ phần lợng công suất phản kháng tổng toàn nhà máy ) Khi tác động điều chỉnh không hệ thống điều chỉnh điện áp trở lại trạng thái cân 6.3 Tự động điều chỉnh điện áp trạm biến áp Khái niệm điều chỉnh điện áp trạm biến áp Điện áp đầu máy biến áp điều chỉnh đợc cách thay đổi tỷ số biến máy biến áp, tức thay đổi số vòng cuộn dây máy biến áp Việc thay đổi thực tay máy biến áp không mang điện tự động máy biến áp mang tải (còn gọi tự động điều chỉnh điện áp dới tải) 60 Tự động điều chỉnh điện áp dới tải không làm gián đoạn cung cấp điện trình thay đổi đầu phân áp Khi chuyển từ đầu phân áp sang đầu phân áp khác để không làm hở mạch, phải có thời đoạn độ), ngắn, hai vị trí đấu phân áp cạnh để đợc nối với mạch (phụ tải) Để không gây ngắn mạch vòng dây nối với hai đầu phân áp ngời ta phải đa vào mạch điện trở (hoặc gặp - điện kháng) để hạn chế dòng điện Thông thờng cuộn dây điều chỉnh đợc bố trí phía cao áp, với số vòng dây nhiều dòng điện thấp thuận lợi cho việc chế tạo thiết bị chuyển đổi đầu phân áp Đối với cuộn dây dấu hình sao, việc thay đổi phân áp đợc thực phía trung điểm, điều kiện cách điện cuộn dây thiết bị chuyển đổi đầu phân áp nhẹ nhàng Thiết bị đổi nối pha đặt chung hộp, gọn giá rẻ Với máy biến áp có cuộn dây nối tam giác phần lớn máy biến áp tự ngẫu thờng phải sử dụng thiết bị đổi nối riêng cho pha với điều khiển chung cho pha Riêng MBA tự ngẫu tùy theo chức hệ thống ngời ta phân biệt khả điều chỉnh điện áp: - Máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ liên lạc, hai hệ thống với hai cấp điện áp khác nhau, phải điều chỉnh điện áp hai hệ thống - Máy biến áp tự ngẫu chuyên dùng cho số phụ tải đặc biệt nối với điện áp thấp phía thứ cấp với giới hạn điều chỉnh điện áp rộng nh lò điện, chỉnh lu dùng cho điện phân, giao thông điện - Máy biến áp tự ngẫu để cung cấp điện áp thấp cho tác động điện lớn khởi động Có nhiều phơng án đấu nối cuộn dây máy biến áp tự ngẫu tuỳ theo mục đích điều chỉnh điện áp (hình 6.23) Phơng án điều chỉnh phía trung điểm ( hình 6.23a) có u điểm đổi đầu phân áp làm việc vùng điện áp thấp nhng làm tăng kích thớc máy biến áp, thờng sử dụng điện áp máy biến áp cao giới hạn điều chỉnh hẹp Khi điện áp thấp thay đổi, điện áp cao cố định tuỳ theo giới hạn điều chỉnh ngời ta sử dụng phơng án 6.23b, 6.23c Trong trờng hợp ngợc lại điện áp thấp cố định, ngời ta sử dụng phơng án 6.23d ,6.23e, đổi đầu phân áp đặt phía điện áp thấp Bộ đổi đầu phân áp dcó từ đến 35 đầu phân áp, giới hạn điều chỉnh có U1 U1 U1 U2 U2 a) U2 c) b) U1 U1 U2 U2 thể đến 20 - 30% điện áp danh định, nấc điều chỉnh từ đến 2,5 Ta có: d) e) 61 hình 6.23 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp tự ngẫu Udc = U đó: Udc - Giới hạn điều chỉnh điện áp; n số nấc điều chỉnh phía (tăng giảm); U - điện áp nấc điều chỉnh Cùng giới hạn điều chỉnh điện áp Udc tăng số nấc điều chỉnh n, bớc nhảy U nấc điều chỉnh giảm, nghĩa điều chỉnh tinh hơn, nhng kết cấu đổi đầu phân áp phức tạp 2.Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp làm việc với hai thông số bản: phạm vi (giới hạn) điều chỉnh thời gian tác động (thời gian trễ) Phạm vi điều chỉnh điện áp trình vận hành đợc gọi vùng không nhậy thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải Thiết bị tự động điều chỉnh với thời gian vợt trị số đặt trớc Thời gian trễ cần thiết để ngăn chặn tác động chuyển đầu phân áp có dao động điện áp ngắn hạn Thời gian thờng chọn khoảng: tAU = - phút Cũng có loại thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải máy biến áp hai cuộn dây trình bày (hình 6.24) Tín hiệu đầu vào đợc lấy từ máy biến điện áp BU góp phía phụ tải trạm biến áp từ máy biến dòng điện BI đặt mạch dòng điện tổng trạm Bộ phận đo lờng độ lệch điện áp U máy điểu chỉnh phản ứng theo: - Trị số điện áp nơi đặt máy điều chỉnh; - Trị số điện áp nơi đặt máy điều chỉnh có hiệu chỉnh theo trị số điện áp giáng đờng dây từ trạm biến áp đến hộ tiêu thụ (bù dòng điện) Khi điện áp đặt vào phận đo lờng vợt khỏi vùng không nhậy máy điều chỉnh, thiết bị tự động chuyển đầu phân áp thông qua khâu khuếch đại U(-) U(+) với thời gian trễ đặt trớc gửi tín hiệu đến truyền động để Tăng Giảm điện áp đợc điều chỉnh Khi điện áp đợc điều chỉnh nằm giới hạn vùng không nhậy Ukn khâu khuếch đại U(-) U(+) không tác động Việc thay đổi đầu phân áp thực chỗ (tủ điều khiển gắn với máy biến áp) từ phòng điều khiển trạm từ trung tâm điều độ lới điện, thao tác tay thông qua hệ thống truyền động điện Khi điều khiển thay đổi đầu phân áp tín hiệu điện, hệ thống điều khiển phải đợc thiết kế cho xung điều khiển thay đổi đợc nấc phân áp Việc lựa chọn phơng thức điều khiển (tại chỗ, từ phòng điều khiển trạm từ khả điều khiển chuyển đầu phân áp đồng thời từ nhiều nơi khác Trong trình chuyển đổi đầu phân áp đèn tín hiệu phòng điều khiển trạm sáng Vị trí đầu phân áp sử dụng đợc hiển thị điện thông qua hệ thống tiếp điểm phụ đèn tín hiệu Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp BI BIG U U(+) U(-) tU Giảm Tăng Đến chuyển đổi đầu phân áp tU BUG 62 Hình 6.24: Sơ đồ nguyên lý thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải máy biến áp cuộn dây Khi có hai nhiều máy biến áp làm việc song cần phải có hệ thống liên động chuyển đổi đầu phân áp để đảm bảo điều kiện phân bố công suất phản kháng máy biến áp Khi vị trí đầu phân áp máy biến áp khác hệ thống cảnh báo (đèn, chuông) hoạt động Nếu việc điều chỉnh đầu phân áp đợc thực tự động không cần tổ chức liên động truyền động chuyển đầu phân áp, nhiên khâu đo lờng thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp phải có phận chọn đầu phân áp cho máy theo điều kiện cực tiểu hoá dòng điện phản kháng qua máy biến áp Khi máy biến áp làm việc song song với vị trí đầu phân áp khác 6.4 Điều chỉnh điện áp lới điện truyền tảI phân phối Các đờng dây tải điện nói chung có thông số phân bố rải theo dọc chiều dài đờng dây Trong tính toán nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống ngời ta thờng thay gần sơ đồ đờng dây với thông số rải sơ đồ đẳng trị hình với thông số tập trung (hình 6.25) Với đờng dây có chiều dài lớn thờng đợc phân đoạn (300 - 400 km) phân đoạn sử dụng sơ đồ đẳng trị hình để khảo sát, tính toán R U1 G B XL U2 B G R - Điện trở tác dụng X Cảm kháng G - Điện dẫn tác dụng B Dung dẫn Về lý thuyết, tất thông số dọc (R, X L) ngang (G, B) ảnh hởng đến chế điệnSơápđồtrên đờng dây tảicủa điện Hìnhđộ6.25: đẳng trị hình đờng dây tải điện Tuy nhiên, nh biết, tơng quan thực tế thờng gặp thông số đờng dây truyền tải cho thấy thông số cảm kháng X L dung dẫn B với đại lợng công suất phản kháng Q tải đờng dây có ảnh hởng định đến chế độ điện áp hệ thống truyền tải Xét ví dụ đờng dây tải điện có thông số đơn vị (tính cho 1km đờng dây) sau đây: r0 = 0,021/km; B0 = 3,39.10-61/.km; g0 = 0; Zs (tổng trở sóng) = 270 Các thông số đẳng trị cho sơ đồ hình với chiều dài khác trình bày bảng 6.1 Có thể nhận thấy XL >>R G > U (hình 6.27c) dd X U R Để 1khử ảnh hởng LmộtUdung dẫn đờng dây, giảm mức áp cuối đờng Có đặt dây ta đặt dây kháng điện K đợc gọi kháng bù ngang Điện khángcảm bù ngang pha Lk kháng bù ngang đặt dới điện áp tạo nên dòng điện cảm ứng LL ngợc với dòng điện dung IC dung dẫn đờng dây Kết đờng dây không tải có U1 =Udđ I dòng điện (Ic IL) [...]... Giới hạn điều chỉnh điện áp; n số nấc điều chỉnh về một phía (tăng hoặc giảm); U - điện áp của mỗi nấc điều chỉnh Cùng một giới hạn điều chỉnh điện áp Udc khi tăng số nấc điều chỉnh n, bớc nhảy U của mỗi nấc điều chỉnh giảm, nghĩa là có thể điều chỉnh tinh hơn, nhng kết cấu bộ đổi đầu phân áp khi ấy sẽ phức tạp hơn 2.Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp làm... chỉnh điện áp E có thể đợc thay đổi liên tục bằng tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ máy phát điện, bằng tác động của SVC hoặc thay đổi nhẩy cấp bằng chuyển đổi đầu phân áp của máy biến áp điều áp dới tải hoặc đóng các bộ tụ bù tĩnh Khi nút phụ tải bị thiếu công suất phản kháng hệ số (1 - a) tăng và hiệu quả của tác động điều chỉnh điện áp bị suy giảm (hình 6.31) 2 Điều chỉnh điện áp trên... tuyến điều chỉnh theo công suất phản kháng Q Ud - điện áp đặt của máy phát điện khi QF = 0 Nếu giữ Ud = U0 = const thì điện áp trên thanh góp của nhà máy điện sẽ giảm khi công suất phản kháng tăng Đã biết rằng trong nhiều trờng hợp khi tiêu thụ công suất tác dụng tăng, tiêu thụ công suất phản kháng cũng tăng (cos = const ), và do đó tổn thất điện áp trên lới điện tăng theo Nh vậy khi tăng công suất. .. đầu Công suất phản kháng đợc phân phối giữa các máy phát điện theo tín hiệu QFi cho đến khi độ lệch này trở lại bằng không ( nghĩa là mỗi máy phát đã nhận đủ tỷ phần của mình trong lợng công suất phản kháng tổng của toàn nhà máy ) Khi ấy tác động điều chỉnh sẽ không còn nữa và hệ thống điều chỉnh điện áp trở lại trạng thái cân bằng 6.3 Tự động điều chỉnh điện áp ở trạm biến áp 1 Khái niệm về điều chỉnh. .. tăng điện áp trên thanh góp của nhà máy điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ trong giới hạn cho phép Khi điều chỉnh điện áp theo phơng pháp dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc dơng, trị số của điện áp đặt U d không giữ cố định mà sẽ tự động thay đổi theo quan hệ Ud = U0 + kP Trong đó: P công suất tác dụng của máy phát điện; k hệ số tỷ lệ (không đổi) Khi ấy đặc tính điều chỉnh điện áp của... của lới điện bằng các phơng tiện bù công suất phản kháng tại chỗ Cân bằng công suất phản kháng ở nút phụ tải đợc thực hiện trong điều kiện điện áp tại nút đợc giữ trong giới hạn cho phép trong đó: 67 Do đó thông số cần phải đợc điều chỉnh để đảm bảo điều kiện cân bằng công suất phản kháng chính là trị số điện áp ở nút phụ tải Quy luật đảm bảo cân bằng công suất phản kháng tại nút phụ tải có thể đợc minh... niệm về điều chỉnh điện áp ở trạm biến áp Điện áp ở đầu ra của máy biến áp có thể điều chỉnh đợc bằng cách thay đổi tỷ số biến của máy biến áp, tức thay đổi số vòng của các cuộn dây máy biến áp Việc thay đổi này có thể thực hiện bằng tay khi máy biến áp không mang điện hoặc tự động khi máy biến áp đang mang tải (còn gọi là tự động điều chỉnh điện áp dới tải) 60 Tự động điều chỉnh điện áp dới tải không... vậy việc tải công suất phản kháng trên lới điện sẽ gây tổn thất điện áp lớn Mặt khác, các thiết bị dùng điện khá nhạy cảm với sự biến thiên điện áp của lới điện Điều này cắt nghĩa tại sao không nên tải công suất phản kháng qua các phần tử của lới điện mà phải cố gắng đảm bảo cân bằng công suất phản kháng qua các phần tử của lới điện ở từng nút phụ tải lớn và ở từng cấp điện áp của lới điện bằng các... hai hệ thống - Máy biến áp tự ngẫu chuyên dùng cho một số phụ tải đặc biệt nối với điện áp thấp phía thứ cấp với giới hạn điều chỉnh điện áp rất rộng nh các lò điện, các bộ chỉnh lu dùng cho điện phân, giao thông điện - Máy biến áp tự ngẫu để cung cấp điện áp thấp cho các tác động cơ điện lớn khi khởi động Có nhiều phơng án đấu nối các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu tuỳ theo mục đích điều chỉnh điện. .. (1-a) E trong đó: Q thay đổi công suất phản kháng ở nút phụ tải; 1 QF thay đổi côgn suất phản kháng của nguồn 1phát; 68 Q Hình 6.30: Đặc tính điều chỉnh điện áp ở nút phụ tải QT thay đổi công suất phản kháng tiêu thụ bởi thiết bị dùng điện khi điện áp thay đổi Từ đó: Q* = -KC U* - KT U* Với U* - độ lệch điện áp tính trong hệ đơn vị tơng đối: U = Q* , K C + KT trong đó: KC và KT là các hệ số đặc