Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng điện áp trong lưới điện trung áp tỉnh Thái Nguyên

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 Mở đầu Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độ độ công nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi ngành Điện phải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh tế. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân là những yêu cầu ngày càng khắt khe của khách hàng về chất lượng điện năng. Ngành Điện phải thực hiện những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hợp lý để nâng cao chất lượng điện năng, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp và sử dụng điện. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống. Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt đối với lưới điện 6kV và 10kV xuất phát từ các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải. Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối biểu hiện dễ nhận thấy là chất lượng điện áp. Với đề tài “ Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lƣợng điện áp trong lƣới điện trung áp tỉnh Thái Nguyên” tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi, nghiên cứu của mình vào việc đảm bảo chỉ tiêu chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối có nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp dưới tải tại các trạm trung gian. Luận văn bao gồm 4 chương, trong đó tại Chương 1 tác giả giới thiệu tổng quát về hiện trạng và triển vọng phát triển cùng với những yêu cầu xuất phát từ thực tế về chất lượng điện năng của lưới điện tỉnh Thái Nguyên,. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Chương 2 trình bày lý thuyết chung về chất lượng điện năng, các chỉ tiêu chất lượng điện năng tại một số quốc gia và của Việt Nam, chú trọng phân tích chỉ tiêu độ lệch điện áp, diễn biến của điện áp trong lưới điện phân phối và các phương pháp điều chỉnh độ lệch điện áp. Chương 3 tiến hành khảo sát, đánh giá thực trạng chất lượng điện áp tại một số nút chính trong lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên. Trong chương này luận văn cũng nghiên cứu các phương pháp tính toán đánh giá chất lượng điện áp (CLĐA) tại các nút phụ tải theo chỉ tiêu tổng quát (CTTQ) cùng với các giải pháp cải thiện chất lượng điên áp phù hợp với đặc điểm của lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên. Trên cơ sở các phương pháp tính toán tác giả đã thành lập các thuật toán để tính toán kiểm tra CLĐA tại các nút của lưới điện phân phối đơn giản và trình bày những nét cơ bản của chương trình phần mềm Conus sẽ được sử dụng tại Chương 4 khảo sát các sơ đồ lưới điện phân phối phức tạp trong thực tế vận hành. Chương 4 nghiên cứu áp dụng chương trình Conus để tính toán khảo sát CLĐA và đề xuất một số giải pháp cải thiện CLĐA trong lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên. Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Mạnh Hiến và các thầy cô của Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cảm ơn các đồng nghiệp đã giúp đỡ trong công việc để tác giả có thời gian học tập, thu thập số liệu viết luận văn. Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết. Tác giả chân thành mong muốn nhận được sự chỉ bảo góp ý của thầy cô và các đồng nghiệp cùng bạn đọc quan tâm đến nội dung luận văn này. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC THÁI NGUYÊN 1.1-Cấu trúc hiện tại của lưới điện Thái Nguyên và phương hướng phát triển trong tương lai. Thái nguyên là một tỉnh miền núi trung du, nằm trong vùng trung du và miền núi Bắc bộ, diện tích tự nhiên 3.562,82 km2, dân số hiện nay là 1.046.000 người. Thái Nguyên là một tỉnh không lớn, chiếm 1,13% diện tích và 1,41% dân số so với cả nước. Thái Nguyên tiếp giáp với tỉnh Bắc Cạn ở phía bắc, phía tây giáp Vĩnh Phúc và Tuyên Quang, phía đông giáp các tỉnh Lạng Sơn và Bắc Giang và phía nam giáp Thủ đô Hà Nội. Thái Nguyên có địa hình đa dạng bao gồm các khu vực trung du và các vùng núi. Thái Nguyên là một thành phố công nghiệp, tỷ trọng điện tiêu thụ trong sản xuất công nghiệp chiếm khoảng 70% so với tổng điện năng tiêu thụ. Lưới điện phân phối hiện nay ở Thái Nguyên là lưới điện có điện áp dưới 110kV, sử dụng các cấp điện áp thông dụng như 35, 22, 10, 6kV có trung tính cách ly, trung tính nối đất trực tiếp hoặc gián tiếp qua máy biến áp tạo trung tính hoặc cuộn dập hồ quang ( cuộn Pertecxen). Lưới điện phân phối vận hành theo chế độ mạng điện hở (hình tia hoặc phân nhánh) hoặc mạch vòng nhưng vận hành hở, độ dài mỗi xuất tuyến thường không đến 100km. Nguồn cấp cho các xuất tuyến phân phối chủ yếu do các trạm 110kV hoặc 220kV và các trạm trung gian 35/10kV, 35/6kV cung cấp. Do các điều kiện về địa lý, kinh tế, mức độ yêu cầu cung cấp điện của phụ tải... nên lưới phân phối ở các khu vực khác nhau rất khác nhau về mật độ phụ tải, chiều dài đường dây, công suất truyền dẫn cũng như tổn thất điện áp, điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Lưới điện phân phối ở khu vực Thái Nguyên có thể đại diện cho lưới phân phối nói chung vì nó gồm nhiều khu vực có tính chất phụ tải đa dạng: phụ tải công nghiệp tập trung, phụ tải sinh hoạt và sản xuất nhỏ ở đô thị, phụ tải nông thôn, phụ tải sinh hoạt miền núi. Lưới 35kV và 22kV được cấp trực tiếp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 từ các trạm 110kV hoặc 220kV. Với cấp điện áp 10kV và 6kV, một số đường dây được cấp trực tiếp từ các trạm 110kV cho các phụ tải cao áp hoặc khu công nghiệp tập trung, phần còn lại từ các trạm trung gian 35/6kV hoặc 35/10kV. Nguồn cấp điện khu vực Thái Nguyên hiện tại là 7 trạm 110kV, 01 trạm 220kV và nhà máy nhiêt điện Cao Ngạn công suất 100MW (xem H 1.1 - Sơ đồ lưới điện 220-110kV). Các trạm 110kV và 220kV đều có hệ thống điều áp dưới tải, điện áp đầu nguồn của các xuất tuyến phân phối thường giữ cố định. Ngoài các trạm 110kV và 220kV còn có 10 trạm trung gian 35/6kV hoặc 35/10kV cấp điện cho các phụ tải hỗn hợp và một số trạm trung gian chuyên dùng cấp cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp (xem H 1.2 - Sơ đồ lưới điện trung áp). Các trạm trung gian đều không có hệ thống điều áp dưới tải, điện áp thanh cái đầu ra của các trạm trung gian phụ thuộc phụ tải và điện áp đầu nguồn cấp từ các trạm 110kV. Phụ tải của các trạm 110kV rất đa dạng, do các đường dây cấp cho các khu vực có tính chất khác nhau như phụ tải sinh hoạt, phụ tải sản xuất ban ngày, phụ tải sản xuất 3 ca nên biểu đồ phụ tải của các đường dây rất khác nhau. Hơn nữa, do quy định tính giá điện vào các giờ cao điểm ngày, cao điểm đêm và thấp điểm chênh lệch nhau lớn nên các xí nghiệp, nhà máy sử dụng công suất lớn thường sản xuất vào giờ thấp điểm để giảm giá thành, vì vậy giá trị Pmax và Pmin của các đường dây chênh lệch lớn song đồ thị phụ tải toàn trạm khu vực hoặc toàn tỉnh tương đối bằng phẳng. Do nhu cầu sản xuất phát triển nên lưới điện tỉnh Thái Nguyên có mức tăng trưởng khá lớn, bình quân trong 5 năm gần đây là 21% mỗi năm. Với mức độ tăng trưởng như vậy và căn cứ nhu cầu sử dụng điện của các dự án đang và sẽ triển khai, từ nay đến năm 2010 sẽ phải xây dựng thêm 03 trạm biến áp 110kV so với 7 trạm hiện có và tăng thêm công suất của nhà máy điện Thái Nguyên để đáp ứng yêu cầu của phụ tải. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện, ngành điện đang tiến hành hiện đại hoá các trạm khu vực ở cấp điện áp 110, 220kV bằng cách thay thế các LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 thiết bị cũ bằng những thiết bị có công nghệ tiên tiến như máy cắt khí SF6, máy cắt chân không và các rơ le bảo vệ kỹ thuật số. Điện áp trung thế cũng có sự thay đổi vê cấp điện áp, sẽ chú trọng phát triển lưới điện trung áp ở cấp điện áp 35kV và 22kV hạn chế xây dựng các đường dây 6kV hoặc 10kV. Cấp điện áp 6kV và 10kV sẽ chỉ dùng để cấp điện cho các phụ tải cao áp như động cơ cao áp, lò điện hồ quang hoặc các nhà máy công nghiệp nặng. 1.2-Các thông số vận hành của lưới điện thành phố Thái Nguyên Bảng 1.1 Thông số phụ tải tỉnh Thái Nguyên 6 tháng đầu năm 2007: Tổng điện năng tiêu thụ 495.115.034 kWh Điện năng tiêu thụ ngày cao nhất 3.452.630 kWh Điện năng tiêu thụ trung bình ngày 2.728.382 kWh Điện năng tiêu thụ ngày thấp nhất 2.257.530 kWh Pmax 190 MW Pmin 115 MW Tổng công suất tiêu thụ trong toàn tỉnh thay đổi theo mùa và theo các ngày trong tuần do ảnh hưởng của thời tiết và sản xuất. Vào các ngày thứ bảy và chủ nhật, công suất tiêu thụ giảm do các nhà máy, xí nghiệp, công sở giảm công suất. Các ngày làm việc công suất tiêu thụ tăng do ảnh hưởng của sản xuất công nghiệp. Cũng do ảnh hưởng của sản xuất công nghiệp nên cao điểm ngày vào khoảng 10h00 tăng mạnh và lớn hơn cao điểm tối. Do có nhiều cơ sở sản xuất làm 3 ca nên biểu đồ phụ tải ngày toàn tỉnh tương đối bằng phẳng. Những nhận xét trên được rút ra từ các số liệu thu thập tại trạm 220kV Thái Nguyên (xem H 1.3 - Sơ đồ trạm 220kV Thái Nguyên), trên các đường dây xuất tuyến của trạm và tại các trạm trung gian 35/6kV, trạm hạ áp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 35/0,4kV và 6/0,4kV trên một số đường dây của trạm 220kV Quan Triều. Thông số đo đạc tại trạm 220kV Quan Triều được thể hiện ở các trang sau. Sơ đồ lưới 110kV LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 Sơ đồ trạm Quan Triều LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Sơ đồ đz 381 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Sơ đồ TG Chùa Hang LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Bảng 1.2 Phụ tải trung bình tỉnh Thái Nguyên tháng 6/2007 Giờ Ptb CN và thứ 7 Ptb thứ 2,3,4 Ptb thứ 5,6 1 112.7 114.9 117.4 2 117.6 124.3 148.0 3 114.3 116.7 138.5 4 100.5 129.6 143.0 5 108.9 128.0 118.9 6 117.1 130.4 150.9 7 113.5 151.2 142.3 8 115.0 142.0 136.0 9 115.9 132.7 159.6 10 141.3 157.2 171.5 11 137.3 160.7 162.0 12 110.9 147.7 138.7 13 109.5 143.4 152.3 14 123.1 135.3 143.2 15 113.3 145.8 145.8 16 122.3 148.7 150.6 17 132.2 156.0 159.5 18 161.1 180.8 194.7 19 135.8 177.0 164.0 20 136.9 161.1 143.4 21 121.3 127.0 119.6 22 130.4 121.2 114.9 23 118.4 132.9 149.1 24 126.7 124.0 162.0 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 Đồ thị phụ tải trung bình tỉnh Thái nguyên tháng 6/2007 0 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 M W Ptb CN và thứ 7 Ptb thứ 2,3,4 Ptb thứ 5,6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Bảng 1. 3 THÔNG SỐ PHỤ TẢI TRUNG BÌNH CÁC ĐƯỜNG DÂY CỦA TRẠM 220(110)kV QUAN TRIỀU TRONG THÁNG 6/2007 giờ U35 kV Quan Triều Tổng P 35kV Quan Triều (MW) I 381 (A) I 372 (A) I 373 (A) 1 38.00 42.79 140.64 370.56 20.11 2 38.00 42.25 140.75 370.56 20.67 3 38.00 41.32 140.75 370.89 20.00 4 38.00 38.32 130.75 290.44 20.67 5 38.00 45.18 170.75 280.22 20.56 6 38.00 45.86 170.89 280.56 20.67 7 38.00 45.93 170.93 280.22 20.56 8 37.64 42.79 160.04 280.11 20.56 9 37.59 55.68 210.61 300.11 20.00 10 37.61 49.57 210.21 330.67 20.22 11 37.45 56.82 190.79 310.56 20.44 12 37.88 48.79 190.46 280.00 20.67 13 37.91 49.18 190.71 320.56 20.22 14 37.93 44.54 210.07 410.78 20.11 15 37.96 50.29 200.11 290.00 30.56 16 37.96 51.07 200.21 240.67 40.56 17 37.93 56.54 200.50 280.00 40.11 18 37.75 66.46 220.86 250.89 40.67 19 37.71 54.75 200.57 290.56 50.67 20 37.79 52.11 160.04 270.22 50.67 21 38.00 41.54 120.32 200.78 30.44 22 38.00 38.21 140.29 200.11 20.44 23 38.00 38.54 140.04 200.11 20.89 24 38.00 36.29 120.96 220.22 10.22 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 Th«ng sè trung b×nh c¸c DZ ®o t¹i tr¹m 220(110)KV Quan triÒu th¸ng7/2007 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 - 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 Giờ U35KV Quán triều Tổng P 35KV Quán triều I 381(A) I 372(A) I 373(A) Bảng 1.4 THÔNG SỐ PHỤ TẢI TRUNG BÌNH CÁC ĐƯỜNG DÂY CỦA TRẠM TRUNG GIAN CHÙA HANG TRONG THÁNG 6/2007 U6kV (kV) I 631 (A) I675 (A) I 673 (A) I 677(A) 6.50 115.23 63.00 5.54 45.93 6.50 115.12 63.50 5.54 45.64 6.50 115.08 63.86 5.00 45.68 6.50 115.14 63.25 5.36 45.25 6.30 115.11 150.71 5.64 45.57 6.30 260.46 150.75 20.86 90.96 6.30 260.86 150.36 20.57 90.71 6.30 260.82 150.07 20.68 90.43 6.30 260.50 150.64 20.14 90.75 6.30 260.75 150.32 20.96 90.68 6.30 260.18 150.11 20.75 90.39 6.30 260.86 150.93 20.71 90.18 6.30 260.39 150.04 20.68 90.21 6.30 260.32 150.00 20.61 90.68 6.30 260.61 150.96 20.54 90.11 6.30 260.89 150.86 20.54 90.57 6.30 260.39 150.39 20.29 90.57 6.30 345.07 210.07 25.36 110.75 6.30 345.93 210.93 25.00 110.21 6.30 345.46 210.68 25.79 110.89 6.40 345.36 210.43 25.71 110.68 6.50 345.71 210.43 25.71 110.00 6.50 130.93 70.25 5.68 55.93 6.50 130.18 70.46 5.00 55.61 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 1.3-Đánh giá tình hình vận hành của lưới điện Thái Nguyên Qua các thông số đo đạc ở trên và ở phần phụ lục ta có nhận xét sau: -Độ chênh lệch giữa Pmax và Pmin trên các đường dây khá lớn. Tỷ số Pmin/Pmax của các đường dây dao động từ 15% 25% -Chế độ max của các đường dây có tính chất công nghiệp thường trùng với chế độ min của các đường dây có tính chất sinh hoạt, công sở. -Đồ thị phụ tải đầu nguồn các trạm 220(110)kV tương đối bằng phẳng. -Công suất sử dụng cũng như điện năng tiêu thụ vào các ngày nghỉ như thứ 7 và chủ nhật có giảm so với các ngày làm việc từ thứ 2 đến thứ sáu nhưng không đáng kể. -Tổn thất điện áp trên đường dây 35kV khá nhỏ. -Chất lượng điện áp tại các điểm cuối đường dây 6kV vào thời điểm max không đạt yêu cầu thể hiện ở đường dây 675 trạm trung gian Chùa Hang, tổn thất điện áp trên lộ 675 Chùa Hang quá lớn. Các kết quả đo đạc thực tế trên một số đường dây cũng phù hợp với các số liệu thống kê thông số vận hành của toàn bộ lưới điện khu vực Thái Nguyên. Ta nhận thấy chất lượng điện năng không đồng đều ở các khu vực khác nhau. Các khu công nghiệp nặng như Gang thép, khu công nghiệp Sông Công, Gò Đầm hầu hết đạt yêu cầu về độ lệch điện áp nhưng có hiện tượng dao động điện áp, sóng hài trên một số đường dây hoặc trạm. Các khu vực phụ tải sinh hoạt đô thị, công sở như thành phố Thái Nguyên, trung tâm các thị xã, thị trấn chất lượng điện năng đạt yêu cầu. Khu vực nông thôn, miền núi, phụ tải chủ yếu là sinh hoạt, chất lượng điện năng không đạt yêu cầu, biểu hiện ở độ lệch điện áp thường vượt ra ngoài tiêu chuẩn. Các khu vực sản xuất công nghiệp nặng do vận hành lò hồ quang, lò trung tần, khởi động những động cơ công suất lớn sinh ra dao động điện áp, sóng hài, độ không sin và biến đổi tần số ở một số đường dây và trạm biến áp. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Đường dây cấp điện cho các phụ tải này thường ngắn, có sơ đồ hình tia và xuất phát trực tiếp từ các trạm 110kV có điều áp nên độ lệch điện áp đạt yêu cầu. Nhưng cũng do trở kháng đường dây nhỏ, dung lượng máy biến áp không lớn nên dao động điện áp trên các đường dây có phụ tải đặc biệt dễ gây ảnh hưởng đến điện áp của các phụ tải nối chung thanh cái thứ cấp trạm 110kV. Khu vực thành phố Thái Nguyên và trung tâm các thị xã, thị trấn, chất lượng điện năng đạt yêu cầu ở hầu hết các trạm phân phối do đường dây ngắn, phụ tải ít chênh lệch giữa cao điểm và thấp điểm. Các đường dây cấp cho các phụ tải này thường xuất phát trực tiếp từ các trạm 220(110kV). Tuy nhiên trên một số đường dây hạ áp có hiện tượng dao động điện áp do những phụ tải của các xưởng sản xuất nhỏ gây nên khi sử dụng máy hàn hoặc khởi động động cơ. Những đường dây dài, cấp điện cho các phụ tải hỗn hợp gồm những xí nghiệp sản xuất một ca, sinh hoạt, công sở và các đường dây cấp điện cho các khu vực nông thôn, miền núi độ lệch điện áp không đạt yêu cầu. Nguyên nhân do điện áp đầu nguồn các trạm 220(110)kV thường duy trì ở một giá trị cố định nhưng giữa phụ tải chế độ max và phụ tải chế độ min có độ chênh lệch lớn. Đầu phân áp ở các trạm phân phối thường được đặt theo kinh nghiệm nên thường chỉ đạt độ lệch điện áp theo yêu cầu với mức tải trung bình nhưng không đáp ứng được chỉ tiêu độ lệch điện áp trong chế độ max hoặc min. Điều này cũng xảy ra cả với những trạm biến áp cấp điện cho phụ tải đô thị và công nghiệp. Ở các đường dây có sử dụng máy biến áp trung gian không có điều áp dưới tải (33/10kV hoặc 35/6kV) thì độ lệch điện áp hầu hết không đạt yêu cầu. Với những đoạn đường dây vận hành ở cấp điện áp 35kV thì tổn thất điện áp trên đường dây không lớn, độ lệch điện áp không đảm bảo chủ yếu do giá trị điện áp đầu nguồn các trạm có điều áp dưới tải 220(110)kV không phù hợp ở các chế độ max, min, nhưng với cấp điện áp 6kV và 10kV tổn thất điện áp trên đường dây có giá trị đáng kể, đặc biệt với với những đường dây dài. Hơn nữa, LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 máy biến áp trung gian tạo thành một trở kháng tương đương khá lớn nối tiếp trên đường dây làm tăng tổng trở tương đương của đường dây dẫn từ trạm khu vực có điều áp (220kV hoặc 110kV) đến phụ tải 0.4kV, vì vậy làm trầm trọng hơn độ chênh lệch điện áp tương đối giữa chế độ max và min. Để đảm bảo chất lượng điện năng cần phải nghiên cứu chi tiết rất nhiều vấn đề. Trong các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng thì độ lệch điện áp ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế của lưới điện. Với cấu trúc phức tạp của lưới điện phân phối và những diễn biến đa dạng của độ lệch điện áp cần phải có sự nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi tiến hành những hiệu chỉnh cần thiết để nâng cao chỉ tiêu chất lượng, tiết kiệm kinh phí đầu tư. Đáp ứng những đòi hỏi xuất phát từ thực tế vận hành lưới điện phân phối, luận văn này sẽ nghiên cứu các phương pháp đánh giá chất lượng điện năng của lưới điện, xây dựng chương trình tính toán trên máy tính, áp dụng nghiên cứu chất lượng điện áp ở lưới phân phối có nhiều cấp điện áp [110kV 35kV 6(10)kV 0.4kV] và đề xuất các biện pháp cải tạo để nâng cao chất lượng điện áp. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 CHƢƠNG 2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG 2.1 Chất lượng điện năng Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính: 1-An toàn điện. 2-Chất lượng điện năng. 3-Độ tin cậy cung cấp điện. 4-Hiệu quả kinh tế. Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng, nó được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau: 1-Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức. 2-Độ dao động điện áp. 3-Độ không đối xứng. 4-Độ không sin (sự biến dạng của đường cong điện áp, các thành phần sóng hài bậc cao ...) Chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên các đường dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong hình vẽ H 2.1 sau đây: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 H 2.1: Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi của điện áp a Dạng sóng điện áp lý tưởng. b Các dạng thay đổi của sóng điện áp. Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có thể lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn. Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau đã tồn tại trong các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai đã quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật, kinh tế và chính trị. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 Bởi vì một vài tình tiết ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong thời gian và không gian (vị trí) nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống cộng cộng. EN50160 chỉ ra rằng, trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là Vn ± 10% với 95% thời gian trong tuần. Với hệ thống 3 pha 4 dây, Vn = 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số chỉ trích rằng dung sai điện áp Vn ± 10% là quá rộng. Đến năm 2006, điện áp danh định và dung sai có thể sẽ khác, các giá trị đã bắt đầu cao hơn phù hợp hơn với HD472S1. Trong thời gian chuyển tiếp, các vùng có hệ thống 220/380V có thể sẽ đưa ra điện áp 230/400 V +6%/-10%, các vùng khác có hệ thống 240/415V sẽ đưa ra điện áp 230/400 V +10%/-6%. Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ tải, giữa dung lượng các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định (định mức) của điện áp cung cấp được quy định là 50Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50Hz±1% trong suốt 95% thời gian trong LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 tuần và 50Hz+4% /-6% trong 100% thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là ±2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước thành viên. Trong một series nghiên cứu về sự mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một công ty điện lực Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ một lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị như hình H 2.2: H 2.2: Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày Từ đồ thị biểu diễn trên ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm trong ngày, hay nói khác hơn là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải. Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện (TCKTĐ) như sau: 1-Về điện áp: Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cos ) 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5% đến -10%. 2-Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi 0,2Hz so với tần số định mức là 50Hz. Trường hợp hệ thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là 0,5Hz. 3-Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chuẩn quy định tại các khoản 1 và 2, điều này, các bên phải thỏa thuận trong hợp đồng. Với các quy định trên ta nhận thấy tiêu chuẩn chất lượng điện năng của nước ta khá cao so với tiêu chuẩn của cộng đồng châu Âu. Lưới điện khu vực Thái Nguyên có tất cả những biến động của điện áp như đã mô tả ở trên. Điện áp thấp thường thấy ở các khu vực cuối các đường dây dài cấp điện cho các khu vực nông thôn, vùng núi. Điện áp cao xuất hiện tại các phụ tải gần đầu nguồn do điều áp dưới tải không phù hợp, do đặt đầu phân áp chưa hợp lý, hoặc do vận hành quá bù ở các trạm phân phối gần đâu nguồn. Dao động điện áp, xung điện áp, sóng hài, thường xuất hiện tại các khu vực công nghiệp Gò Đâm, Sông Công, Gang Thép do quá tải các máy biến áp phân phối, do vận hành các lò hồ quang điện, lò trung tần để sản xuất thép. 2.2 Độ lệch điện áp 2.2.1 Độ lệch điện áp tại phụ tải Điện áp thực tế trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức. V%100 dm U dm UU δU U là điện áp thực tế trên cực thiết bị điện. Độ lệch điện áp phải thoả mãn điều kiện: UU - δU U ,δU - là giới hạn trên và giới hạn dưới của độ lệch điện áp. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Tiêu chuẩn về độ lệch điện áp của các nước khác nhau là khác nhau. Luật Điện lực, Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện quy định điện áp (thường được xác định tại điểm đo đếm) dao động ±5% so với điện áp định mức trong chế độ vận hành bình thường và +5%, -10% so với điện áp định mức với lưới chưa ổn định. Vậy độ lệch điện áp trong chế độ vận hành bình thường là: %5δU- %5δU 2.2.2 Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho hầu hết thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp chỗ nào cũng có thể đấu nối thết bị sử dụng điện, vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp và trong mọi thời gian, điện áp phải thoả mãn tiêu chuẩn: UUδU xt- với x - địa điểm; t- thời gian. Song ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đảm bảo đạt yêu cầu về độ lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A) trong hai chế độ max và min của phụ tải. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Phối hợp các điều kiện trên ta lập thành 4 tiêu chuẩn, trong đó quy ước số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min: UU A1 -δU UU A2 -δU UU B1 -δU UU B2 -δU (1) Từ đồ thị trên ta nhận thấy độ lệch điện áp phải luôn nằm trong vùng gạch chéo trên H 2.3 gọi là miền chất lượng. Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1) thì phải đo đạc điện áp tại 2 điểm A và B trong cả 2 chế độ max và min. Giả thiết rằng tổn thất điện áp trên lưới hạ thế được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá CLĐA chỉ ở điểm B là điểm đầu của LPP hạ áp và cũng là điện áp trên thanh cái 0,4kV của trạm phân phối. Ta biết rằng: 111 HBA UUU Miền CLĐA Trạm phân phối Lƣới hạ áp A B UB UA U+ U- UH Miền CLĐA U+ U- Pmin Pmax P U UH2 UH1 1 3 2 H 2.3 H 2.4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 222 HBA UUU (2) Với HU là tổn thất trên lưới hạ áp. Thay vào (1): UUUU HB 11 UUUU HB 22 UUU B1 UUU B2 Chuyển 1HU và 2HU sang hai vế: 111 HBH UUUHU 222 HBH UUUHU UUU B2 Ta nhận thấy nếu 2 bất phương trình trên thoả mãn vế trái thì 2 bất phương trình sau cũng thoả mãn, còn nếu 2 bất phương trình sau thoả mãn vế phải thì 2 phương trình trên cũng thoả mãn, do đó tiêu chuẩn CLĐA chỉ còn là: UUHU BH 11 UUHU BH 22 (3) Trên H 2.2 là đồ thị biểu diễn tiêu chuẩn (3), chế độ max ứng với công suất Pmax còn chế độ min ứng với công su._.ất Pmin của phụ tải. Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau: Cho biết HH ví dụ 5% theo tiêu chuẩn tổn thất điện áp trên lưới hạ áp. Biết Pmax, Pmin ta sẽ tính được 2HH = (Pmin/Pmax)/ 1HH , sau đó lập đồ thị đánh giá chất lượng điện áp như trên H 2.4 Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong ché độ max và min, tính UB1 và UB2. Đặt 2 điểm này vào đồ thị rồi nối chúng bằng một đường thẳng, đó là đường điện áp thực tế. Nếu đường này nằm gọn trong miền CLĐA thì CLĐA của lưới phân phối đạt yêu cầu (đường 1) nếu có phần nằm ngoài như đường 2 và 3 thì CLĐA không đạt yêu cầu. Tuỳ theo vị trí của đường điện áp mà ta có LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 thể rút ra cách thức cải thiện điện áp. Ví dụ với đường 2 điện áp không đạt yêu cầu song ta có thể cải thiện bằng cách thay đổi đầu phân áp cố định của máy biến áp phân phối, cụ thể là dùng nấc điện áp ra cao hơn, đường điện áp sẽ tịnh tiến lên trên và đi vào miền CLĐA. Trong trường hợp của đường 3 thì không thể thay đổi đầu phân áp cố định để cải thiện CLĐA được vì nếu đạt trong chế độ max thì chế độ min sẽ quá áp, nếu đạt trong chế độ min thì chế độ max điện áp sẽ thấp. Trong trường hợp này ta chỉ có thể dùng biện pháp xoay ngang đường điện áp bằng các biện pháp như điều áp dưới tải ở các trạm biến áp, dùng tụ có điều chỉnh, hoặc tăng tiết diện dây dẫn để giảm tổn thất điện áp. 2.2.3-Diễn biến của điện áp trong lưới điện Xét lưới điện phân phối như trên H 2.5 MBA nguån E UTA §D trung ¸p Luíi h¹ ¸p EP UB UB MBA PP B UH A UA UTA1 UTA2 UB1 UB2 UH 1 UH2 U+ U- E1 E2 0 1 2 Ep1 Ep2 H 2.5: Diễn biến điện áp dọc theo lưới điện Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110kV nên điện áp đầu nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 trung áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối giảm xuống (đường 1), nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân áp cố định nên điện áp có thể tăng lên (hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp) đến điện áp Ep1, ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất điện áp UB1 trong máy biến áp phân phối. Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp điện áp giảm xuống thấp hơn nữa do tổn thất UH1 trên lưới hạ áp. Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp là đường 2. Nếu đường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì CLĐA đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, cần phải có các biện pháp điều chỉnh. Áp dụng tiêu chuẩn (1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp tại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp với cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước. Song với tiêu chuẩn này ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp và không thể lập mô hình tính toán để giải trên máy tính điện tử. Để khắc phục ta đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau: Từ sơ đồ trên ta có thể lập các biểu thức tính toán: 1111 BpTAB UEUEU 2222 BpTAB UEUEU (4) 111 HBA UUU 222 HBA UUU Xét thêm độ không nhạy ε của thiết bị điều áp ta rút ra 2 tiêu chuẩn: UUUU B11 UUUU B22 (5) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Tiêu chuẩn (5) cho phép đánh giá chất lượng điện áp của toàn lưới hạ áp tại điểm B là thanh cái ra của máy biến áp hạ áp khi đã biết tổn thất điện áp trong lưới hạ áp ở chế độ max ΔU1 và chế độ min ΔU2. U- U2 U1 U U+ P2 P1 P(kW) UB0 U + U1 + U - UB1 Y1 H 2.6 H 2.7 Tiêu chuẩn (5) được vẽ trên hình H 2.6 theo quan hệ với công suất phụ tải, giả thiết quan hệ này là tuyến tính. Miền gạch chéo lớn là miền Chất lượng điện áp, nghĩa là khi độ lệch điện áp nằm trong miền này thì chất lượng, có nghĩa là khi độ lệch điện áp tại B nằm trong miền này thì chất lượng điện áp trong toàn lưới hạ áp được đảm bảo và ngược lại. Tiêu chuẩn này được vẽ trên hình H 2.7 với trục ngang là độ lệch điện áp ΔUB1. chất lượng điện áp được đảm bảo khi UB1 nằm trong miền gạch chéo giữa U - + ΔU1 + ε và U + - ε. 2.3 Các phương pháp điều chỉnh độ lệch điện áp Trong các công thức (4) ta nhận thấy tất cả các thành phần đều có thể thay đổi để điều chỉnh chất lượng điện áp. Để điều chỉnh điện áp ta có thể áp dụng các phương pháp sau: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 1-Điều chỉnh điện áp đầu nguồn E1 và E2 bằng cách điều áp dưới tải tự động hoặc bằng tay ở các trạm 110(220)kV. 2-Đặt đúng đầu phân áp cố định của máy biến áp phân phối để đạt độ tăng thêm điện áp Ep. 3-Lựa chọn tiết diện dây dẫn hợp lý để điều chỉnh tổn thất điện áp trên lưới trung áp và hạ áp. U trên lưới trung áp và hạ áp phải nhỏ hơn tổn thất điện áp cho phép tương ứng UTACP và UHACP. Đó là 3 biện pháp chính được phối hợp sử dụng để điều chỉnh điện áp. Trong những trường hợp riêng mà các biện pháp này không đạt hiệu quả thì có thể áp dụng các biện pháp phụ thêm là: 4-Bù công suất phản kháng ở phụ tải. 5-Bù dọc trên đường dây trung áp. 6-Dùng các máy biến áp chuyên dùng để tự động điều chỉnh điện áp. Bộ các đại lượng E, Ep và UTACP, UTACP quyết định chất lượng điện áp, chúng được xác định đồng bộ với nhau. Ở mỗi hệ thống điện, theo điều kiện riêng, các đại lượng này có giá trị khác nhau. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH THÁI NGUYÊN Trong chương này luận văn sẽ tìm hiểu và đánh giá lại điện áp một số nút chính trên lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên, nghiên cứu các phương pháp tính toán đánh giá chất lượng điện áp và các giải pháp cải thiện chất lượng điện áp phù hợp với đặc điểm của lưới điện tỉnh Thái Nguyên. Trong chương này luận văn cũng giới thiệu về ứng dụng phần mền tính toán lưới điện Conus vào việc tính toán lưới điện khảo sát. 3.1 Kiểm tra độ lệch điện áp của các trạm hạ áp trên lưới Thái Nguyên Với phương pháp tính truyền thống về diễn biến điện áp trên lưới trung áp đã trình bày ở trước, ta có thể xét các chỉ tiêu chất lượng điện áp trên các nút như sau: Do đo đạc và tính toán ta biết: E1, E2, UTA1, UTA2, UH1, UH2, UB1, UB2, Pmin, Pmax. Từ các số liệu này tính UB1, UB2 sau đó xây dựng đồ thị chất lượng điện áp. 1111 BpTAB UEUEU 2222 BpTAB UEUEU Miền chất lượng điện áp bị chặn trên bởi U + và chặn dưới bởi đường nối hai điểm: min2 , PUU H và max1, PUU H . Xác định điểm min2 , PU B và max1 , PU B , nối lại ta được đường điện áp. Dựa trên đường điện áp này để phân tích kết quả và rút ra kết luận điều chỉnh. Với giả thiết rằng lưới phân phối hạ áp là tốt, và tổn thất điện áp lưới hạ áp là: %51HU %5,22HU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 Ta sẽ nghiên cứu riêng lưới phân phối trung áp và đề ra các biện pháp nhằm đáp ứng độ lệch điện áp là 5% trên phụ tải. Vậy tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện áp là: 11 UUHU BH 0% UB1 5% 22 UUHU BH 2,5% UB2 5% Từ các số liệu đo được trên thanh cái 0,4kV của các trạm thuộc các đường dây khu vực Võ Nhai (Bảng 3.1) và Đồng Hỷ (Bảng 3.2) lập đồ thị biểu diễn chất lượng điện áp một số trạm như sau: Bảng 3.1 ĐIỆN ÁP TRÊN THANH CÁI HẠ ÁP CÁC TRẠM HẠ ÁP (35/0,4 kV) KHU VỰC VÕ NHAI TẠI CÁC CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU (cos = 0,8) STT Trạm A(kWh) Umin pha (V) Umax pha(V) I max (A) 1 Má bÏn 75360 206.21 219.39 50.15 2 Na mä II 58000 213.9 219.39 26.5 3 Lµng trµng 150000 211 219.39 32 4 Khu«n ruéng 58584 215.6 219.39 22 5 Na mä I 163040 200.9 219.39 46.7 6 §ång Ðn 144684 212.74 219.39 28 7 Lµng ®Ìn 180360 214 219.39 58.5 8 Lµng hang 191380 214.2 219.39 56.3 9 La hiªn I 506320 213.6 219.39 152.8 10 CÇu nhä 67640 212.9 219.39 27 11 Má ®inh 128040 212.3 219.39 27 12 Lµng chiÒng 367164 216.6 219.39 62.5 13 Chßi hång 38000 212.5 219.39 21.6 14 La hiªn III 137760 216 219.39 58.8 15 UBND HuyÖn 372480 210.3 219.39 103.6 16 Thi trÊn ®×nh c¶ 2 676800 207.6 219.39 79.8 17 L©u thîng 452400 201 219.39 123.1 18 Phó thîngIII 135572 215.5 219.39 373 19 Phó thîng I 225376 214.5 219.39 94.8 20 Phó thîng IV 44720 217.2 219.39 11.2 21 Lß g¹ch 108960 215.3 219.39 24.1 22 la hiªn II 264816 213.5 219.39 81.7 23 Ban Nhau 81920 146 219.39 34.6 24 UB Liªn Minh 141952 120.8 219.39 43.4 25 B¶n Th©m 124892 167 219.39 25.2 26 Na Ca 56400 178.6 219.39 19.6 27 Na MÊy 47960 181.8 219.39 17.3 28 Na §ång 33080 179 219.39 19.6 29 §ång ruéng 37188 213.1 219.39 54.8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 Bảng 3 .2 ĐIỆN ÁP TRÊN THANH CÁI HẠ ÁP CÁC TRẠM HẠ ÁP KHU VỰC ĐỒNG HỶ Ở CÁC CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU (cos = 0,78) STT Trạm A(kWh) Umax pha (V) Umin pha(V) I max (A) 1 ThÞ trÊn 1 909396.3 207.6 230.97 262 2 ThÞ trÊn 3 503981.3 202 230.88 221 3 NhÞ hoµ 1 731251.5 201.74 219.56 211 4 NhÞ hoµ 2 272079.5 215.9 230.89 151 5 T©n thÞnh 195275.8 216.18 230.56 93 6 Khe qu©n 133167 206.64 230.62 74 7 V©n kh¸nh 116706.9 209.97 219.51 89 8 Tr¹i cau 1 811014.3 213.25 230.25 284 9 Nói voi 2 618124 191.5 219.56 245 10 Tæ 16 T/cau 135500.9 219.15 230.98 143 11 Tæ 14 T/cau 181595.7 221.47 230.49 226 12 Trung t©m T/cau 625275.7 188.42 230.65 336 13 Xãm 5 S«ng cÇu 205904.6 220.97 230.74 134 14 Trung t©m S/cÇu 551847.1 206.27 230.89 264 15 Xãm v¶i 152837.2 218.32 219.55 133 16 Gèc vèi 238202.5 218.38 230.49 155 17 Cæ rïa 196094.5 187.85 230.56 143 18 UB x· Cao ng¹n 186636.1 205.76 219.44 161 19 Chïa Hang 4 544429.8 208.8 230.25 262 20 BÖnh viÖn 2 492128.7 195.29 219.46 300 21 Linh nham 384636.8 191.56 230.11 185 22 Khu DC Q/khu 1 751006.5 228 230.76 221 23 BÖnh viÖn 1 695613.2 214.6 230.58 175 24 §ång bÈm 1 740590.3 206.99 230.14 188 25 §ång bÈm 2 178423.9 205 230.89 110 26 §ång bÈm 3 452464.2 203.1 230.25 234 27 Nói voi 1 634888.9 208 219.05 276 28 Lµng ®«ng 366051.8 214.77 219.55 144 29 Chïa hang 5 829597.4 194.66 230.78 206 30 Gia bÈy 472763.2 177.63 230.56 216 31 ThÞ trÊn 2 1017053 196.1 230.46 323 32 Cao ng¹n I 216251.8 215.18 219.8 164 33 Cao ng¹n II 157951.8 213.36 230.5 170 34 Huèng trung 189929.8 216.82 230.81 156 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Bảng 3.3 Tên trạm Điện áp 0,4kV ở chế độ min (%) Điện áp 0.4kV ở chế độ max (%) Dòng điện chế độ max (A) Điện năng (kWh) Má bÏn -0.28 -6.27 50.2 75360 Na mä I -0.28 -8.68 46.7 163040 Thi trÊn ®×nh c¶ 2 -0.28 -5.64 79.8 676800 L©u th•îng -0.28 -8.64 123.1 452400 §ång ruéng -0.28 -3.14 54.8 37188 Tr¹m thÞ trÊn §×nh C¶ 2 Tr¹m Má bÏn Tr¹m Na Mä I Tr¹m Dång ruéng Tr¹m L©u thu?ng U 4% 5% PmaxPmin 0% 1% 2% -1% -2% -3% 3% U -4% -5% -6% -7% -8% -9% -11% -12% -13% -10% H 3.1 Đồ thị chất lượng điện áp của một số trạm đo tại thanh cái hạ áp LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Từ đồ thị ta nhận thấy trạm Đồng ruộng đạt yêu cầu chất lượng điện áp so với quy định của TCKTĐ. Các trạm còn lại không đạt yêu cầu khi vận hành ở chế dộ max song ta có thể cải thiện bằng cách thay đổi nấc phân áp của máy biến áp phân phối, điện áp sẽ đạt yêu cầu. Đặc biệt trạm Na Mọ điện áp đạt yêu cầu ở chế độ min nhưng ở chế độ max điện áp quá thấp. Với trạm này thay đổi đầu phân áp không đạt kết quả mong muốn do đường đặc tính quá dốc, có thể cải thiện điện áp bằng các đặt một thiết bị bù ở phụ tải. Một số trạm cấp điện hạ áp phục vụ phụ tải hỗn hợp sinh hoạt và công sở, các phụ tải được đấu nối ở mọi nơi trên đường dây 0,4kV. Vi vậy phải xét đến tổn thất điện áp trên lưới hạ áp. Với giả thiết sụt áp trên lưới hạ áp UH1 = 5%; UH2 = 2,5%; ta lập đồ thị chất lượng điện áp ở một số trạm sinh hoạt khu vực Đồng Hỷ. Bảng 3.4 Tên trạm Điện áp 0,4kV ở chế độ min(%) Điện áp 0.4kV ở chế độ max (%) Dòng điện chế độ max (A) Điện năng (kWh) ThÞ trÊn 1 4.99 -5.64 262 909396.3 ThÞ trÊn 3 4.95 -8.18 221 503981.3 Khe qu©n 4.83 -6.07 74 133167 NhÞ hoµ 2 4.95 -1.86 151 272079.5 T©n thÞnh 4.80 -1.74 93 195275.8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 -8% -9% -7% -6% -5% -4% U 3% -3% -2% -1% 1% 0% Pmin 2% U 5% 4% Pmax UH1 Tr¹m Khe qu©n Tr¹m NhÞ Hßa 2 Tr¹m T©n ThÞnh Tr¹m Trung t©m s«ng CÇu Tr¹m ThÞ trÊn 3 H 3.2 Đồ thị chất lượng điện áp của một số trạm sinh hoạt Các trạm 35/0.4kV đều không đạt yêu cầu chất lượng điện áp so với quy định của TCKTĐ. Điện áp ở chế độ min đạt yêu cầu nhưng ở chế độ max điện áp quá thấp. Với các trạm này thay đổi đầu phân áp chỉ có tác dụng một phần và cần kết hợp với các phương pháp khác để đạt được kết quả mong muốn. Đồ thị chất lượng điện áp của một số trạm hạ áp trên đường dây 675 (Bảng 3.5) được xây dựng như sau: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Bảng 3.5 ĐIỆN ÁP TRÊN THANH CÁI HẠ ÁP CÁC TRẠM HẠ ÁP (6/0,4 kV) TRÊN ĐƢỜNG DÂY 675 TẠI CÁC CHẾ ĐỘ PHỤ TẢI CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU STT Trạm Loại MBA Umax pha (V) Umin pha(V) I max (A) 1 a53 50-6/0,4 350 387 20 2 Bệnh viện 250-6/0,4 387 396 160 3 Bình minh 180-6/0,4 336 383 50 4 Đá xẻ 400-6/0,4 369 391 250 5 Hoà bình 1 250-6/0,4 328 381 80 6 Hoà binh 2 180-6/0,4 327 381 80 7 Khe mo 250-6/0,4 368 391 200 8 L575 320-6/0,4 372 392 120 9 Linh nham 180-6/0,4 375 393 140 10 Minh lập 180-6/0,4 330 382 60 11 Minh lý 180-6/0,4 328 381 80 12 Minh tiến 180-6/0,4 331 382 50 13 Phúc thành 180-6/0,4 371 392 80 14 Quân khu 2 180-6/0,4 355 388 250 15 TT Sông cầu 1 320-6/0,4 335 383 100 16 TT Sông cầu 2 100-6/0,4 333 383 60 17 TT Sông cầu 3 100-6/0,4 332 382 50 18 T601 180-6/0,4 342 385 80 19 Tân long 100-6/0,4 340 384 80 20 TT Sông cầu 4 250-6/0,4 352 387 200 21 v5 100-6/0,4 352 387 60 22 Văn hữu 100-6/0,4 341 384 70 23 X81 180-6/0,4 368 391 200 24 Xi măng BT 560-6/0,4 352 387 20 Bảng 3.6 Tên trạm Điện áp 0,4kV ở chế độ min(%) Điện áp 0.4kV ở chế độ max (%) Dòng điện chế độ max (A) Lo¹i MBA BÖnh viÖn 4.1 1.8 160 250-6/0,4 Xi m n¨g B¾c Th¸i 1.8 -13.7 80 560-6/0,4 Minh lý 0.4 -7.3 20 180-6/0,4 S«ng CÇu 0.8 -11.8 100 320-6/0,4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 -10% -13% -12% -11% -9% -8% -7% -6% -5% -4% U 3% -3% -2% -1% 2% 1% 0% 5% 4% U Tr¹m Xi m¨ng BT Tr¹m S«ng cÇu 1 Tr¹m BÖnh viÖn PmaxPmin Tr¹m Minh lý H 3.3 Đồ thị chất lượng điện áp của một số trạm đo tại thanh cái hạ áp Từ đồ thị ta nhận thấy trạm Bệnh viện đạt yêu cầu chất lượng điện áp. Trạm Xi măng BT không đạt yêu cầu khi vận hành ở chế dộ max, có thể cải thiện bằng thay đổi nấc phân áp của máy biến áp phân phối. Các trạm Sông cầu 1, Minh lý điện áp đạt yêu cầu ở chế độ min nhưng ở chế độ max điện áp quá thấp. Với các trạm này thay đổi đầu phân áp không đạt kết quả. Với trạm cấp điện hạ áp phục vụ phụ tải hỗn hợp sinh hoạt và công sở đấu nối đường dây 0,4kV, ta xét đến tổn thất điện áp trên lưới hạ áp. Với giả thiết sụt áp trên lưới hạ áp UH1 = 5%; UH2 = 2,5%; ta lập đồ thị chất lượng điện áp ở một số trạm sinh hoạt trên đường dây 381 Quan Triều và 675 Chùa Hang: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 Bảng 3.7 Tên trạm Thị trấn 1 Thị trấn 3 Thị trấn 4 Loại máy biến áp 320-35/0,4 180-35/0,4 250-6/0,4 Điện áp 0.4kV ở chế độ min (%) 104.8 104.9 101.8 Điện áp 0.4kV ở chế độ max (%) 102.6 102.4 92.6 Dòng điện 0.4kV chế độ min (A) 84 60 50 Dòng điện 0.4kV chế độ max (A) 280 200 200 Điện năng (kWh) 570,720.0 261,432.0 284,000.0 -8% -9% -7% -6% -5% -4% U Tr¹m ThÞ trÊn 4 3% -3% -2% -1% 1% 0% Pmin 2% U 5% 4% Tr¹m ThÞ trÊn 1 Tr¹m ThÞ trÊn 3 Pmax UH1 H 3.4 Đồ thị chất lượng điện áp của một số trạm sinh hoạt LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Kết luận: Đường đặc tính điện áp của các trạm trên cùng đường dây rất khác nhau, không thể áp dụng chung một biện pháp điều chỉnh. Vì vậy cần thiết phải tính toán toàn bộ đường dây khảo sát và phân tích đề ra các biện pháp điều chỉnh phù hợp. 3.2 Các phƣơng pháp tính toán và kiểm tra chất lƣợng điện áp trên lƣới trung áp 3.2.1 Tính toán thông số các phần tử trên lưới phân phối Trên lưới phân phối, các phần tử chủ yếu là máy biến áp và đường dây, nên ta chỉ xét hai phần tử này trong tính toán thông số phần tử và sơ đồ thay thế. 1. Tính toán các thông số của đường dây và sơ đồ thay thế: Trong lưới trung áp hầu hết chỉ sử dụng máy biến áp hai cuộn dây, vì vậy ta chỉ phân tích các thông số của loại máy biến áp này. Máy biến áp hai cuộn dây được thay thế bằng sơ đồ hình với các tham số Rb, Xb, Gb, Bb theo sơ đồ trên hình vẽ: H 3.5 Sơ đồ thay thế hình Theo cấu trúc sơ đồ hình h.11 ta có: Zb = Rb + jXb Yb = Gb + jBb Các thông số được xác định như sau: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 a, Điện trở tác dụng Rb Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây máy biến áp được xác định từ thí nghiệm ngắn mạch: bdmRI 2 N 3P Với Rb - tổng trở tác dụng của cuộn dây sơ và thứ cấp đã quy đổi về phía điện áp cao ( ' 21 rrRb ). Công suất định mức của máy biến áp : dm dm dm U S IIUS 3 3 dmdmdm Vậy kVAkV,kW,, 103 2 2 dm dmN b S UP R b, Điện kháng Xb: Điện áp giáng trên điện kháng của máy biến áp tính theo phần trăm điện áp định mức: %100 2 x f bdm U XI U Trong đó Xb - tổng điện kháng của bên sơ cấp và thứ cấp đã quy đổi về phía điện áp cao ( ' 21 XXX b ). Uf - điện áp pha định mức phía cao áp. Vậy ta có: kVAkV,, 10 2 dm dmx b S UU X Điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức được xác định từ công thức: 22 N xr UUU Nhưng với các máy biến áp công suất lớn, thành phần điện áp giáng trên điện trở rất nhỏ so với thành phần điện áp giáng trên điện kháng ( xr UU ), do đó LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 thường không xét đến Ur và lấy Ux = UN. Vì vậy điện kháng của máy biến áp hai cuộn dây là: kVAkV,, 10 2 dm dmN b S UU X c, Điện dẫn tác dụng Gb: Tổn thất tác dụng khi không tải của máy biến áp là: bdm GUP . 2 0 Vì vậy, điện dẫn tác dụng của máy biến áp là: kVkW,, 10 13 2 0 dm b U P G d, Điện dẫn phản kháng Bb: Vì điện dẫn tác dụng Gb rât nhỏ so với điện dẫn phản kháng nên có thể cho rằng dòng điện không tải I0chỉ chạy qua điện dẫn phản kháng Bb. Khi đó công suất từ hoá máy biến áp bằng: kVA SI Q dm ,kV 100 .0 0 Trong đó I0 là dòng điện không tải phần trăm so với dòng định mức. Hơn nữa, công suất từ hoá bằng: bdm BUQ , 2 0 Nên: kVkW,, 10 15 2 0 dm dm b U SI B Điện áp trong mạng điện sai lệch không nhiều so với điện áp định mức nên ta có thể dùng sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây như hình h.12 : LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 S0 = P0 + j Q0 . k Rb Xb x H 3.6 Sơ đồ thay thế của máy biến áp 2 cuộn dây Trong đó S0 là là phụ tải đặc trưng cho tổn thất không tải của máy biến áp, R0, X0 là điện trở và điện kháng của máy biến áp, phần tử còn lại là một máy biến áp lý tưởng không có tổng trở nhưng có tỷ số biến áp k bằng tỷ số biến của máy biến áp thực, hay bằng tỷ số giữa điện áp danh định cao áp và điện áp danh định hạ áp: HAdd CAdd U U k Tỷ số biến áp của máy biến áp lý tưởng này có thể được thay đổi bằng cách thay đổi bằng tay đầu phân áp cố định trên máy biến áp khi máy biến áp không vận hành. Máy biến áp phân phối thường có 2 loại: 3 nấc với mỗi nấc đạt độ thay đổi điện áp 5% và 5 nấc với mỗi nấc có độ thay đổi 2.5% điện áp. Điện áp tại điểm x là điện áp tại thanh cái hạ áp đã quy đổi về phía điện áp cao. Khi tính được điện áp tại điểm x ta sẽ tính được điện áp thực trên thanh cái hạ áp là: k U U xB . . LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 3.2.2 Tính toán các chỉ tiêu tổng quát Việc kiểm tra độ lệch điện áp cho phép đánh giá chất lượng điện áp tại một phụ tải nào đó có đạt tiêu chuẩn hay không nhưng không cho phép đáng giá tổng quát toàn bộ một xuất tuyến và không xác định được giá trị điện áp tối ưu. Vì vậy ta phải tính chỉ tiêu tổng quát. Áp dụng tiêu chuẩn (5) và gán cho trục dọc giá trị Y1 phụ thuộc UB1 bằng hàm số sau: 2 1 1 1 1 2 2 2 UUU UUU U Y B (6) Từ biểu thức trên ta nhận thấy rằng đây là hàm Hyperbol có các tính chất sau: -Nếu UB1 nằm trong miền chất lượng điện áp thì Y1<1 và có giá trị nhỏ nhất ở chính giữa miền này, đó là điểm UB0: 2 1 0 UUU U B -Nếu UB1 bằng đúng giới hạn chất lượng điện áp ( 1UU ) và ( U ) thì Y1=1. -Nếu UB1 nằm ngoài miền chất lượng điện ápthì Y1>1 và tăng nhanh theo bậc 2 khi chất lượng điện áp suy giảm. Với các tính chất này Y1 có thể sử dụng làm tiêu chuẩn tổng quát để đánh giá chất lượng điện áp ở chế độ max và tương tự với chế độ min ta có: 2 2 2 2 2 2 2 2 UUU UUU U Y B (7) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Nếu U + và U- có giá trị đối xứng qua điểm 0 như tiêu chuẩn chất lượng điện áp ở Việt Nam đã quy định trong nghị định 45CP thì: 2 1 1 1 1 22 2 2 UU U U Y B , 2 1 2 2 2 22 2 2 UU U U Y B (8) Trong biểu thức (8) ΔU2 được thay bằng ΔU1, là hệ số tải của máy biến áp hạ áp. Từ biểu thức này ta có thể xây dựng tiêu chuẩn tổng quát cho chế độ bất kỳ: 2 22 2 2 X X BX x UU U U Y (9) Trong lưới hạ áp hai chế độ max và min có ý nghĩa quyết định, nếu đảm bảo chất lượng điện áp ở hai chế độ này thì sẽ đảm bảo chất lượng điện áp ở tất cả các chế độ còn lại, do đó khi xét chung toàn lưới hạ áp phải xét đồng thời hai chế độ này. Tiêu chuẩn tổng quát chung cho toàn lưới hạ áp là: Y = Y1 + Y2 (10) Các tiêu chuẩn (6)(7) và (8) là các hàm giải tích nên khắc phục được các nhược điểm của tiêu chuẩn (1) Ý nghĩa của các tiêu chuẩn (6) và (7) như sau: Xét chế độ max, giả thiết rằng ở B giữ được độ lệch điện áp tối ưu UB1 = U1/2, như vậy ở điểm cuối lưới hạ áp, điểm A, dộ lệch điện áp sẽ là: 2 1 111 U UUU BA Như vậy ở chính giữa lưới hạ áp độ lệch điện áp là UB1 = 0, tức là điện áp tuyệt đối có giá trị định mức. Theo chứng minh bằng thực nghiệm của LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Besnertnui [xxx] thì đại bộ phận điện năng sẽ được tiêu thụ với điện áp định mức, điều này cũng đúng với các chế độ còn lại. Đối với lưới phân phối được cung cấp bởi một trạm khu vực có nhiều máy biến áp hạ áp thì tiêu chuẩn chất lượng điện áp chung được tính như sau: N IYIY 1 )()( Trong đó Y(I) là tiêu chuẩn tổng quát của máy biến áp hạ áp được tính theo (7) hoặc (8); (I) là hệ số trọng: )( )( )( IA IA I hoặc )( )( )( IP IP I với P(I): công suất phụ tải max A(I): điện năng tiêu thụ trong thời gian xét. 3.2.3 Điều chỉnh tối ưu độ lệch điện áp Khi đã biết cấu trúc của lưới phân phối, phụ tải của các máy biến áp hạ áp ở hai chế độ max và min hoặc phụ tải ở chế độ max và hệ số tải . Điện áp đầu lưới phân phối E1, E2 có thể đảm bảo được bởi điều áp dưới tải ở trạm khu vực, khả năng các đầu phân áp cố định của các máy biến áp, ta cần chọn đầu phân áp cố định cho từng máy biến áp hạ áp sao cho chất lượng điện áp thoả mãn tốt nhất hai chế độ max và min, tức là sao cho hàm mục tiêu đạt min: min .2)().(.2 2/)().()(2 .2)(.2 2/)()(2 )()()()( 2 1 12 1 2 1 11 1 21 IUIU IUIIU IUU IUIU IIYIYIY B N B N (14) Các biến ở đây là số thứ tự của các đầu phân áp của từng máy biến áp hạ áp thể hiện qua độ tăng thêm điện áp ở máy biến áp hạ áp Ep: )(.1)( 0 IEINE pp (15) trong đó Np(I) là số thứ tự đầu phân áp của máy biến áp hạ áp I, E0(I) là độ tăng thêm điện áp giữa hai đầu phân áp. Np(I) phải thoả mãn các hạn chế: LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 )()(1 max ININ pp (16) Npmax(I) là số đầu phân áp của máy biến áp hạ áp. Tại Thái Nguyên cũng như hầu hết mọi nơi ở nước ta dùng 2 loại máy biến áp với Npmax = 3; E0 = 5% và Npmax = 5; E0 = 2,5% . Như vậy các biến là rời rạc và nguyên với bậc là 1. Hơn nữa mọi biến của Np(I) chỉ có tác dụng đến chất lượng điện áp của riêng từng máy biến áp hạ áp. Bài toán này có các đặc điểm: -Không có dạng hàm tường minh mô tả trực tiếp quan hệ giữa hàm mục tiêu và các biến. -Các biến là rời rạc và nguyên. -Hàm mục tiêu là lồi dạng Hyperbol chỉ có 1 nghiệm tối ưu. Với bài toán này ta giải bằng cách tìm kiếm dần trên cơ sở đánh giá liên tục hàm mục tiêu. 3.2.4 Ví dụ tính toán các chỉ tiêu chất lượng điện áp các nút 1. Sơ đồ lưới phân phối Lưới điện hiện tại vận hành chủ yếu là các thiết bị 3 pha hoặc nếu là phụ tải một pha thì cũng được phân bố tương đối đều trên cả 3 pha, vì vậy ta giả thiết lưới điện được vận hành trong chế độ đối xứng. Trong chế độ đối xứng dòng điện trong dây trung tính bằng 0, dòng điện, điện áp trên cả 3 pha như nhau, tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng là như nhau. Vì vậy sơ đồ thay thế để tính toán lưới điện đối xứng là sơ đồ một sợi. Lưới điện phân phối khu vực Thái Nguyên cũng như hầu hết các khu vực khác đều sử dụng hệ thống điều áp dưới tải ở các trạm 110(220)kV nên ta coi mỗi xuất tuyến của trạm 110kV (hay còn gọi là một lộ, một đường dây) là một đơn vị lưới phân phối độc lập để tính toán vì sự biến đổi dòng điện, điện áp của các xuất tuyến độc lập với nhau. Lưới phân phối được mô phỏng bằng thông số nút và thông số nhánh. Thông số nút chứa đựng điện áp nút và công suất cấp từ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 nút cho các phần tử ngoài lưới. Thông số nhánh bao gồm thông số điện trở, điện kháng, dòng điện, tổn thất điện áp của nhánh. Số nhánh được lấy theo số nút cuối. Trong một xuất tuyến của lưới phân phối thực tế thường gồm nhiều cấp điện áp như 35kV, 22kV, 10kV, 6kV và 0.4kV. Để thuận tiện cho tính toán ta quy đổi thông số lưới về một cấp điện áp cơ sở, thường chọn quy đổi về cấp điện áp đầu nguồn của xuất tuyến theo công thức: 2 .. ' kZZ ijij kUU ii .. ' Trong đó ijZ ' . là tổng trở quy đổi vê điện áp cơ sở của các phần tử nối giữa nút i và nút j; ijZ . là tổng trở thực của phân tử đó; k là tích các tỷ số biến áp của các máy biến áp nối giữa cấp điện áp cơ sở và cấp điện áp thực của phân tử ijZ . . Do điện áp thay đổi không nhiều so với giá trị định mức nên ta có thể lấy k bằng tỷ số điện áp định mức giữa hai cấp: dmcs dmthuc U U k Với dmthucU là điện áp định mức thực của phân tử ijZ . . dmcsU là điện áp định mức của điện áp cơ sở. Từ những kết quả phân tích trên, ta mô phỏng lưới phân phối như ví dụ dưới đây, Si là công suất tiêu thụ tại nút i (do các phần tử ngoài lưới, bao gồm cả các phụ tải cao áp như động cơ cao áp, các thiết bị tiêu thụ điện áp cao) Sơ đồ lưới thực (H 3.7): LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 S9 S8 S7 1 T4 9 2 T1 3 4 78 T2 5 T3 6 35/6kV 6/0,4kV 6/0,4kV35/0,4kV S2 S5 Sơ đồ thay thế của lưới thực (H3.8): ST4 R2 X2 1 8 7 XbT1 RbT4 XbT4 kT4 R3 X3 RbT1 ST1 kT1 32 R5 ST3 X5 XbT3 RbT3 ST2 kT3 R6 X6 4 5 6 XbT2 RbT2 kT2 S2 S5 S78 2-Tính toán tổn thất điện áp theo công suất Xuất phát từ các số liệu có thể thu thập được, trong thực tế tính toán, thường dùng công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất tác dụng và công suất phản kháng ở phụ tải ký hiệu là P2, Q2, 2.S , ở đầu nguồn là P1, Q1, 1.S , U là điện áp dây. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Z P1 + jQ1 U1 1 . P2+ jQ2 U2. I 2 . . . I 0 U2 U U . U1 U. Ta có: 222 cos3 IUP 222 sin3 IUQ 222 . jQPS 111 cos3 IUP 111 sin3 IUQ 111 . jQPS 222 QPS PQarctg / Vì đường dây đồng nhất nên 1 = 2 = . Từ các công thức trên ta tính được: 1 1 2 2 33 cos U P U P I kV , kVA, kV, 10U 3 U QXPR 310U U QXPX Thành phần U được sử dụng như độ sụt áp, có thể tính theo phần trăm của Uđm như sau: kV , kVA, %, 10 100U% 2 dmdm U QXPR U U (17) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 Trong lưới trung áp đến 35kV, tính gần đúng ta lấy U = Uđm của lưới điện, công suất lấy ở cuối đường dây phía phụ tải, U tính theo (17) 3-Chế độ tính toán tổn thất điện áp trong lưới phân phối a, Các công thức áp dụng trong tính toán: Trong lưới phân phối đến điện áp 35kV ._.