FILE NOI DUNG BAO CAO HOAN CHINH

Trong thời đại ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trên tất cả các lĩnh vực. Riêng lĩnh vực truyền tải điện thì sự phát triển mạnh của các loại phụ tải và yêu cầu ngày càng khắc khe đối với tiêu chuẩn cung cấp nên vấn đề đảm bảo chất lượng điện năng càng trở nên quan trọng. Qua đó khi phân tích tính toán về mặt kinh tế, đồng thời để phù hợp với lưới điện được sử dụng mà vẫn đảm bảo chỉ tiêu về kỹ thuật. Từ đó đề tài tiểu luận được đặt ra yêu cầu “ Khảo sát tác dụng loại bỏ sóng hài bậc 3 của cuộn tam giác máy biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng”, khi hiệu quả sử dụng điện năng càng được quan tâm cao, những hệ thống truyền động điện sử dụng bộ điều tốc điện tử công suất, các hệ thống chỉnh lưu và nghịch lưu, các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống cung cấp điện đó là nguyên nhân của các vấn đề về chất lượng điện năng, sự xuất hiện của sóng hài điện áp và dòng điện trong lưới phân phối không tránh khỏi và Máy biến áp cũng là một trong những phần tử gây ra sóng hài. Hiện nay các Máy biến áp điện lực thường hay đấu dạng .Trong đó cuộn có tác dụng loại bỏ sóng hài bậc 3.

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 1

PHẦN A: GIỚI THIỆU LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trên tất cả các lĩnhvực Riêng lĩnh vực truyền tải điện thì sự phát triển mạnh của các loại phụ tải và yêu cầungày càng khắc khe đối với tiêu chuẩn cung cấp nên vấn đề đảm bảo chất lượng điệnnăng càng trở nên quan trọng Qua đó khi phân tích tính toán về mặt kinh tế, đồng thời đểphù hợp với lưới điện được sử dụng mà vẫn đảm bảo chỉ tiêu về kỹ thuật Từ đó đề tàitiểu luận được đặt ra yêu cầu “ Khảo sát tác dụng loại bỏ sóng hài bậc 3 của cuộn tamgiác máy biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng”, khi hiệu quả sử dụng điện năngcàng được quan tâm cao, những hệ thống truyền động điện sử dụng bộ điều tốc điện tửcông suất, các hệ thống chỉnh lưu và nghịch lưu, các thiết bị điều chỉnh công suất phảnkháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống cung cấp điện đó là nguyên nhân của các vấn

đề về chất lượng điện năng, sự xuất hiện của sóng hài điện áp và dòng điện trong lướiphân phối không tránh khỏi và Máy biến áp cũng là một trong những phần tử gây ra sónghài Hiện nay các Máy biến áp điện lực thường hay đấu dạng Y / Trong đó cuộn  cótác dụng loại bỏ sóng hài bậc 3

Với đề tài tiểu luận này giúp nhóm làm quen với công việc nghiên cứu sử dụng phầnmềm Etap trong hệ thống điện và phát triển luận văn ra trường, do hạn chế về thời giannên chắc chắn không tránh khỏi những sai sót Mong nhận được sự đóng góp ý kiến củaThầy Huỳnh Quốc Việt, đồng nghiệp và bạn bè

Trân trọng cảm ơn!

nhằm cải thiện chất lượng điện năng”

I.SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN:

1.Khái niệm sóng hài:

Sóng hài là một dạng sóng nhiễu không mong muốn, gồm tập hợp các sóng tuầnhoàn hình sin có tần số là bội của tần số cơ bản (50hz hoặc 60hz) Các sóng hài bậc caoảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòngđiện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép

2.Tác hại của sóng hài:

Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện Động cơ cũng có thể

bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng

hưởng cơ khí và gây rung Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể

dẫn tới phá huỷ chất điện môi Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể

bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị

đo cho kết quả sai

*Những tác động chính của sóng hài:

- Tăng tổn thất công suất tác dụng

- Làm giảm chất lượng điện năng, giảm hiệu suất, tuổi thọ của thiết bị

- Gây ra các hiện tượng cộng hưởng, làm hư hỏng các thiết bị trong hệ thống điện

- Gây ra các hiện tượng quá tải trên các thiết bị lân cận, đường dây, máy biến áp,các thiết bị truyền tải phân phối

- Làm cho các thiết bị bảo vệ tác động sai, thiết bị đo lường hoạt động chưa chínhxác

- Làm nhiễu các thiết bị radio, chiếu sáng

3.Nguyên nhân tạo ra sóng hài:

Có 3 nguyên nhân:

- Các thiết bị có hiện tượng bảo hòa mạch từ

- Các thiết bị có hiện tượng phóng điện

- Các thiết bị điện tử công suất

Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phânphối điện Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 3

trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hàivào lưới Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền độngđiện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn…Các phụ tải này sẽgây méo dạng dòng điện của phụ tải khiến cho dòng điện không còn là hình sin, ngoàiviệc gây méo dạng dòng điện trên các hệ thống truyền tải và phân phối, còn ảnh hưởngtới điện áp tại các nút trong hệ thống điện thông qua điện áp giáng trên đường dây, qua

đó làm méo dạng điện áp

4.Cần sớm có quy định kiểm soát sóng hài:

Dòng điện xoay chiều trên lưới điện của các công ty điện lực cung cấp cho các hộtiêu thụ phải là hình sin Tuy nhiên, sự tồn tại các phần tử phi tuyến trên lưới điện củanhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, ảnh hưởng đến tínhnăng vận hành của lưới điện và thiết bị Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép củamáy biến áp, động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn côngsuất như diode, thyristor của các bộ biến đổi Thường thì sóng hài bậc 3 triệt tiêu đượcnhờ cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp (cùng với đó là tổn thất điện năng), songcác sóng hài bậc lẻ khác (giá trị lớn nhất là bậc 5 và bậc 7) vẫn lan truyền theo đườngdây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu đến sự vận hành của các thiết bị, nhất là cácđộng cơ ba pha… chưa kể các sóng hài bậc cao hơn có thể gây sóng điện từ lan truyềntrong không gian, ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng radio Chính vì vậy, khi đầu tư xây dựng công trình cần chọn loại thiết bị ít gây sóng hài và

sử dụng các phương tiện bổ sung để giảm thiểu sóng hài Đồng thời, về phía các cơ quanquản lý nhà nước, cũng nên xem xét và sớm có quy định cụ thể để kiểm soát sóng hài

5 Khả năng triệt tiêu sóng hài bậc 3 của cuộn tam giác MBA trên lưới truyền tải:

 Máy biến áp 3 pha đấu Y / :

Trong mọi máy biến áp, do lõi thép có lúc bị bảo hòa nên từ thông chính o( )t không hình sin mà có dạng bằng đầu và trong lõi thép tồn tại từ thông tần số bậc 3 -o3( )t

Từ thông o3( )t cảm ứng ra trong cuộn thứ sức điện động E032( )t chậm sau từ thông o3( )t

một góc 900 - Hình I – 8 -11b

Vì cuộn thứ đấu  nên sức điện động E032( )t sinh ra và tồn tại dòng điện cảm ứng

I032 chậm sau sức điện động E032 một góc gần 900(vì cuộn thứ xem như cuộn thuần điện cảm) - Hình I – 8 -11b

Dòng điện I032 lại sinh ra trong lõi thép từ thông '

3( )

 , đồng pha với I032.Kết quả là '

 Máy biến áp 3 pha đấu  / Y:

Cũng tương tự như máy biến áp Y / , chỉ khác là cuộn sơ cấp đấu hình tam giác, nên từ thông tần số bậc 3-o3( )t cảm ứng ra trong cuộn sơ sức điện động

3( )

 gần như ngược pha và khử từ thông chính tần số bậc 3 - o3( )t

trong lõi thép, loại trừ được tác hại của o3( )t sinh ra

Như vậy là, máy biến áp 3 pha có một trong hai cuộn dây (cuộn sơ hoặc cuộn thứ) đấu hình tam giác, thì trong vận hành máy biến áp loại trừ được các tác hại do từ thông chính tần số bậc 3

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 5

-o3( )t gây ra như đã nêu:

+ Hoặc khép mạch qua vỏ máy, bu – lông ép lõi thép, làm tăng tổn hao công suất, làm giảm nhỏ hiệu suất máy biến áp

+Hoặc làm cho sức điện động cảm ứng có dạng nhọn đầu biên độ lớn, nguy hiểm cho cách điện chính cũng như cách điện giữa các vòng dây máy biến áp

1 Giới thiệu sơ đồ mô phỏng:

Sơ đồ tổng quát:

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 7

Hình 01: Sơ đồ tổng quát

Trong đó Aux-A được biểu diễn như hình:

Hình 02: Khối Aux-A nằm trên sơ đồ tổng quát

Khối Aux-B được biểu diễn như hình:

Hình 03: Khối Aux-B nằm trên sơ đồ tổng quát

Khối MCC 24AB được biểu diễn như hình:

Hình 04: Khối MCC 24AB nằm trên sơ đồ tổng quát

Tổ đấu dây của MBA XT-2 là Y/Y/Y như hình 05:

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 9

Hình 05: Tổ đấu dây của MBA XT-2

2.Mô phỏng phân tích sóng hài:

Trình tự các bước thự hiện mô phỏng như sau:

Bước 01: Xây dựng mô hình tổng quát như hình 01 và chạy mô phỏng trên phần mềm

ETAP

Bước 02: Gán sóng hài vào hệ thống.

- Tại bộ Utility nhấp đúp vào và chọn mục Harmonic như hình 06

- Chọn mục Harmonic như hình 07

- Sau đó chọn OK để gán sóng hài như hình 08

Bước 03: Chạy mô phỏng.

- Chọn biểu tượng trên thanh công cụ

- Chọn biểu tượng để chạy mô phỏng phân tích sóng hài

Hình 06: Mục Harmonic của bộ Utility

Hình 07: Thư viện sóng hài của bộ Utility.

Hình 08: Gán sóng hài cho hệ thống

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 11

2 Kết quả mô phỏng:

Giá trị cần quan tâm là khi MBA XT-2 đấu dây kiểu Y/Y/Y thì sóng hài chủ yếu xuất hiện tại thanh cái MAIN C là sóng hài bậc 3 có giá trị cao nhất Trượt thanh Harmonic Order Slider đến sóng hài bậc 3, kết quả mô phỏng sóng hài bậc 3 tại thanh cái MAIN C như hình 09 như sau:

 Mô phỏng tại thanh cái MAIN C khi có tải:

Hình 09: kết quả mô phỏng sóng hài bậc 3 tại thanh cái MAIN C

Nhấp vào mục để chạy hiện thị bằng đồ thị các dạng sóng hài xuất hiện tại thanh

cái MAIN C như hình 10, 11 sau:

Hình 10: Chọn sóng hài tại thanh cái MAIN C

Hình 11: Sóng hài bậc 3 tại MAIN C (màu xanh dương) và tại Utility Sub (xanh lá cây).Kết quả dưới dạng sóng:

Hình 12: Sóng hài bậc 3 tại MAIN C (màu xanh dương) và tại Utility Sub (xanh lá cây)

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 13

Độ méo dạng THD:

Để xem tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C ta nhấp đúp vào mục rồi sau đó chọn như hình dưới đây:

Hình 13: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C

Hình 14: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub

Nhận xét:

Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Y đấu vào thanh cái MAIN C lúc có tải thì:

- Sóng hài bậc 3 xuất hiện tại thanh cái MAIN C là cao nhất với phần tram phổ khoảng 5.5%

- Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C là 7.63% vượt 305.2% so với định mức cho phép (hình 13)

 Mô phỏng tại thanh cái MAIN C khi không có tải:

Hình 15: Sóng hài tại MAIN C khi không tải

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 15

Hình 16: Sóng hài tại MAIN C khi không tải

Hình 19: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub.

Nhận xét:

Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Y đấu vào thanh cái MAIN C lúc không tải thì:

- Sóng hài bậc 3 xuất hiện tại thanh cái MAIN C là cao nhất với phần tram phổ khoảng 20%

- Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C là 23.11% vượt 924.53% so với định mức cho phép (hình 18)

- Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub là 23.06% vượt 922.44% sovới định mức cho phép (hình 19)

Bảng liệt kê sóng hài bậc 3 và tổng độ méo dạng THD khi MBA XT-2 (đấu dây kiểu

Y/Y/Y) có tải và không tải:

MBA XT-2 đấu Y/Y/

Y bậc 3 (%)Phổ hài

THD tại thanhcái MAIN C(%)

THD tại thanhcái tổng UtilitySub (%)

THD cho phép(%)

MBA XT-2 có tải 5.5 7.63 22.73 2.5

MBA XT-2 không

3 Mô phỏng triệt tiêu sóng hài bậc 3:

Từ bảng liệt kê kết quả mô phỏng bên trên ta nhận thấy sóng hài xuất hiện tại MBA đấudây kiểu Y/Y/Y lúc có tải và không tải chủ yếu là sóng hài bậc 3 có biên độ cao nhất.Mục tiêu của đề tài là khảo sát khả năng triệt tiêu sóng hài bậc 3 của cuộn tam giác MBA,

do MBA XT-2 nối với thanh cái MAIN C tại cuộn tam cấp nên ta sẽ khảo sát thay đổikiểu đấu dây từ đấu Y/Y/Y sang Y/Y/Δ như hình bên dưới:

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 17

Hình 20: Thay đổi đấu dây MBA XT-2 từ Y/Y/Y sang Y/Y/Δ

 Kết quả mô phỏng khi không có tải:

Hình 21: Sóng hài bậc 3 bị triệt tiêu tại MAIN C

Hình 22: Sóng hài bậc 3 bị triệt tiêu tại MAIN C và tại Utility Sub (màu xanh lá cây) vẫn

còn

Kết quả dưới dạng sóng:

Hình 23: Kết quả dạng sóng

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 19

Độ méo dạng THD:

Để xem tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C ta nhấp đúp vào mục rồi sau đó chọn như hình dưới đây:

Hình 24: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C

Hình 25: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub

Nhận xét:

-Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Δ đấu vào thanh cái MAIN C lúc không tải thì:

-Sóng hài bậc 3 đã bị triệt tiêu tại thanh cái MAIN C

-Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C là 11.07% vượt 403% so với định mức cho phép (hình 24)

-Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub là 22.03% vượt 881.11%

so với định mức cho phép (hình 25)

Hình 26: Sóng hài tại thanh cái MAIN C khi có tải.

Hình 27: Sóng hài tại thanh cái MAIN C và tại Utility Sub khi có tải

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 21

Hình 28: Dạng sóng tại MAIN C và Utility Sub khi có tải

Hình 30: Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub.

Nhận xét:

Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Δ đấu vào thanh cái MAIN C lúc có tải thì:

- Sóng hài bậc 3 đã bị triệt tiêu tại thanh cái MAIN C

- Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái MAIN C là 5.21% vượt 208.31% so với định mức cho phép (hình 29)

- Tổng độ méo dạng THD tại thanh cái tổng Utility Sub là 21.68% vượt 867.17% sovới định mức cho phép (hình 30)

Nhận xét:

- Khi thay đổi kiểu đấu dây của MBA XT-2 từ Y/Y/Y sang Y/Y/Δ thì khi cuộn dây phía

tam cấp đấu vào thanh cái MAIN C trong trường hợp có tải và không tải đều không có xuất hiện sóng hài bậc 3

Bảng tổng hợp kết quả khi thay đổi tổ đấu dây MBA XT-2:

MBA XT-2 đấu Y/Y/Y MBA XT-2 đấu Y/Y/Δ Lúc có

tải Lúc không tải Lúc có tải Lúc không tải

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 23

 Mô phỏng ảnh hưởng cuộn tam giác phía tam cấp lên phía sơ cấp và thứ cấp của MBA XT-2:

- Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Y:

Sub (cột màu nâu), thứ cấp – Main B (cột màu xanh dương), tam cấp – Main C (cột màu xanh lá cây).

- Khi MBA XT-2 đấu Y/Y/Δ:

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 25

Nhận xét:

- Sóng hài bậc 3 xuất hiện tại 3 phía MBA XT-2 như sau:

+ Phí sơ cấp – Utility Sub (cột màu nâu): Có thay đổi ít

+ Phía thứ cấp – Main B (cột màu xanh dương): Không thay đổi

+ Phía tam cấp – Main C (cột màu xanh lá cây): Bị triệt tiêu

- Đối với MBA thực tế trên lưới điện truyền tải đấu Y/Y/Δ có cấp điện áp

220/110/22kv, cuộn tam cấp dùng để cung cấp điện tự dùng cho trạm biến áp, cuộn thứ cấp phía 110kV cấp cho phụ tải đường dây phía 110kV, phía 220kV nối vào lưới điện 220kV của lưới điện truyền tải Với kết quả mô phỏng trên sóng hài bậc 3 chỉ triệt tiêu tại vị trí đặt cuộn tam giác, còn phía 110kV cấp cho phụ tải sóng hài bậc 3 không bị triệt tiêu

cuộn tam giác MBA Qua đó đã vận dụng được các kiến thức đã học và thực tế vận hành tại trạm biến áp vào bài tiểu luận này Hiện nay hầu hết các MBA điện lực trong hệ thốngđiện truyền tải có công suất lớn (cấp điện áp từ 110kV trở lên) đều sử dụng loại MBA tự ngẫu đấu dây kiểu YnOd/11, cuộn tam cấp đều đấu sao để triệt tiêu sóng hài bậc 3.

Hạn chế của nhóm là chưa xây dựng mô hình và mô phỏng bằng phần mềmETAP của một trạm biến áp thực tế mà nhóm đang vận hành Chỉ dựa vào mô hình có sẵntrong thư viện ETAP để thực hiện, trong mô hình này chỉ xây dựng cấp điện áp 34.5 kV

và công suất rất nhỏ so với trạm biến áp thực tế đang vận hành Vì vậy chưa phân tíchđược tầm quan trọng của tác dụng triệt tiêu sóng hài bậc 3 của cuộn tam giác MBA đốivới những trạm có cấp điện áp và công suất lớn hơn

biến áp nhằm cải thiện chất lượng điện năng” 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[2].Hỏi đáp về Máy Biến Áp và Cách Vận Hành, NXB Thanh niên Hà Nội – 2003.[3].Sách tra cứu về Chất lượng điện năng, NXB Bách Khoa, Hà Nội.