GIÁO TRÌNH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN_CHƯƠNG 4 ppsx

Đối với ổn định động thì việc giảm Xd sẽ có tác dụng tốt chỗ nó cho tcatkéo dài hơn hoặc với tcatkhông đổi thì công suất truyền tải sẽ cao hơn hình 4.2.. Trong khi vận hành, nếu cosϕ củ

Chương 4

Các biện pháp nâng cao ổn định

Việc đảm bảo cho HTĐ được ổn định trong mọi điều kiện có tầm quan trọng đặc biệt nhằm đảm bảo việc cung cấp điện năng liên tục cho các hộ tiêu thụ

Trong thực tế nhiều khi bản thân HTĐ với các thiết bị cơ bản không đủ để đảm bảo ổn định, không đủ độ dự trữ ổn định cần thiết, người ta phải dùng các biện pháp nhằm tăng cường ổn định của HTĐ

Các biện pháp nâng cao ổn định có thể chia làm hai loại:

1 Cải thiện các phần tử chính của HTĐ

2 Thêm vào hệ thống các phân tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định của hệ thống

4.1 Cải thiện đặc tính của những phần tử chính trong HTĐ 4.1.1 Máy phát điện

a Cải tạo tham số của MPĐ

tăng được dự trữ ổn định tĩnh Đối với ổn định động thì việc giảm Xd sẽ có tác dụng tốt

chỗ nó cho tcatkéo dài hơn hoặc với tcatkhông đổi thì công suất truyền tải sẽ cao hơn (hình 4.2)

Tuy nhiên

nếu muốn tăng Tj,

giảm X 'd thì giá

MPĐ tăng lên

nhiều, do đó chỉ có

thể làm các máy

phát thủy điện có

thông số theo yêu

cầu, còn các máy

phát nhiệt điện thì sản xuất hàng loạt với các thông số giống nhau

Cần chú ý rằng ở các MPĐ, nếu sử dụng TĐK loại mạnh thì hiệu quả của việc cải thiện các thông số của chúng sẽ giảm đi nhiều

b Hệ số cosϕ của các MPĐ

Hệ số cosϕ của MPĐ có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính công suất của nó Ta hãy xét đồ thị véc tơ sau đây:

Nếu giả thiết CSTD phát ra là không đổi thì: P = U I cos ϕ = hs ( U = hs )

P0

tcắt

X'd1

X'd2 X'd1<X'd2

Hình 4.1

P0

t cắt

Tj1

Tj2

T j1 <T j2

Hình 4.2

Do đó: I cos ϕ = Ia = hsvà đoạn thẳng I Xht cos ϕ = Ia Xhtcũng không đổi

Vì thế nếu ta chỉ thay đổi

cosϕ bằng cách thay đổi CSPK

thì đầu mút vector dòng điện sẽ

trượt trên trục BB' và vector E sẽ

trượt trên AA' để giữ cho Iavà

ht

Ví dụ nếu ta tăng cosϕ bằng

cách giảm I1 xuống I2 thì sức điện

động E1 sẽ giảm xuống E2 Như

vậy đường đặc tính công suất E2 sẽ giảm thấp hơn E1 và độ dự trữ ổn định tĩnh sẽ giảm đi Khi cos ϕ = 1 thì sức điện động sẽ là E3, nếu cosϕ đổi dấu thì E sẽ giảm tiếp và đến khi ϕ =900 thì vector B trùng với trục 0A, đạt giá trị nhỏ nhất, ứng với giới hạn ổn định

Trên hình 4.4 là quan hệ Pmax và cosϕ MPĐ

Qua phân tích trên ta thấy rằng nếu cosϕ của MPĐ càng cao thì càng không lợi về ổn định Nhưng sản xuất máy phát với cosϕ thấp thì cùng một giá trị của CSTD P công suất biểu kiến sẽ lớn vì S =P/cosϕ làm cho máy phát đắt tiền, trong thực tế người ta chọn giá trị thích hợp của cosϕ

Trong khi vận hành, nếu cosϕ của máy phát cao quá thì để bảo đảm ổn định cần phải có biện pháp giảm nó xuống, ví dụ như đấu thêm dẫn kháng vào cực MPĐ để tăng lượng CSPK của máy phát, hạ thấp cosϕ

4.1.2 Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK)

a Nguyên lý cấu tạo

Trên hình 4.5 là sơ đồ nguyên lý của TĐK

TĐK có bộ phận điều chỉnh 1 và 2 Bộ phận 2 làm nhiệm vụ điều chỉnh lúc bình thường nhằm giữ cho sức điện động E nào đó là hằng số Bộ phận 2 là bộ phận cường hành kích thích, tác động lúc sự cố, có tác dụng giữ cho điện áp trên cực MPĐ không

bị giảm thấp quá (hình 4.5a)

Ia

I2

I 1 B'

B

E3 E2 E1

U

Hình 4.3

0

hs X I

cos IX

ht a

ht

=

= ϕ

-0,85 -0,9 -0,95 0 0,95 0,9 0,85 0,8 cos ϕ

P max

1,4 1,3 1,2 1,1

Hình 4.4

TĐK có 3 phần tử chủ yếu (hình 4.5b,c): 1 là phần tử biến đổi - biến đổi tín hiệu sơ cấp thành tín hiệu đầu vào của TĐK, 2 là bộ phận đo lường, 3 là bộ phận khuyếch

đại - khuyếch đại tín hiệu điều khiển

TĐK có 2 loại:

1 Loại tác động tỷ lệ, tác

động theo độ lệch của điện áp

(ΔU) hay dòng điện (ΔI) (hình

4.5b) Chính vì vậy nên TĐK

loại này không thể giữ cho điện

áp trên cực máy phát UF là hằng

số, vì khi đó ΔU = 0, tín hiệu

tụt xuống TĐK loại này chỉ giữ

quá độ E' đặt sau X'd là hằng số

2 Loại TĐK tác động

mạnh (hình 4.5c) là loại hiện

đại, ngoài độ lệch điện áp và dòng điện nó còn tác động theo đạo hàm bậc 1 và 2 (bộ phận a, b) Vì thế nó có tác động mạnh và có thể giữ cho UF là hằng số, khi ΔU =0 thì

đạo hàm của dU/dt ≠ 0 cho nên TĐK vẫn tác động

b Tác động của TĐK đến ổn định tĩnh

Kích từ chính Máy phát

TĐK 1

2

a)

3

b)

3

c)

a

b

Hình 4.5

δ 900 0 δ

1 2 3

E qmax (U kmax )

P0

P

P3max

P2max

P1max

Hình 4.6

Bộ môn: hệ thống Điện Bài giảng ổn định hệ thống điện

Đã được trình bày rõ ở chương 2 mục 2 ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các yêu cầu với TĐK

gian phải lớn, tốc độ tăng này lại phụ thuộc vào tốc độ tăng của điện áp đặt trên cuộn

công suất, Eq tăng càng nhanh thì đường đặc tính công suất càng dốc và Pmax càng lớn

Độ tăng của Ukhiện nay đạt khoảng 200V/s, còn Eqlà 2000 - 3000V/s

Yêu cầu thứ 2: là Ukmaxhay Eqmaxphải cao, vì điện áp của cuộn kích thích cũng như

q

E không thể tăng vô hạn nó chỉ có thể tăng đến giá trị cực đại cho phép Eqmax và Ukmax Khi Eqđã đạt Eqmaxthì đường đặc tính công suất thôi không tăng nữa mà sẽ trượt theo đường đặc tính công suất với Eqmax, cho nên Eqcàng cao thì Pmax sẽ càng lớn Yêu cầu thứ 3: là TĐK phải rất nhậy không có vùng chết tức là vùng tuy đã có tín hiệu nhưng TĐK vẫn không tác động, nhờ có độ nhậy rất cao MPĐ có thể làm việc

được ở vùng ổn định nhân tạo

c ảnh hưởng đến ổn định động

ảnh hưởng của TĐK đến ổn

định động không đáng kể bởi vì

quá trình quá độ cơ điện xảy ra rất

nhanh (0,1-0,2s) còn quá trình quá

độ điện từ lại xảy ra chậm (1 giây)

Tuy vậy trong trường hợp

cắt mạch chậm thì bộ phận cường

hành kích thích của TĐK cũng có

tác dụng và giảm diện tích gia tốc

(hình 4.7)

Nếu không có TĐK tức là

E'= hs thì diện tích gia tốc là F 1233'44' và diện tích hãm tốc là F 4'56, khi có TĐK thì E' sẽ tăng lên đến E 'maxkhi đó Fgt= F 12344' và Fht = F 4'5786

Độ tăng của diện tích hãm tốc cũng phụ thuộc vào tốc độ tăng của E' và giá trị E'max cho nên đối với ổn định động yêu cầu cũng là tăng nhanh E' và E 'maxphải cao

4.1.3 Máy cắt điện

Sử dụng máy cắt điện cắt

nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để

đảm bảo ổn định động của HTĐ

a Cắt nhanh sự cố

δ 0 δcat δ

1

8

7

Eqmax(Ukmax)

P 0 P

Hình 4.7

6

5

4

4'

3' 3 2

PII

PIII

P I

1

δ01δ02 δcat2δ δ cat1

1'

6 5

4

3

PIII

P 02

P01 P

Hình 4.8

6'

2' 2

PII

P I

1

3'

3

5' 4''

4

Như khảo sát ở chương 3, nếu cắt ngắn mạch càng nhanh thì diện tích gia tốc càng nhỏ và diện tích hãm tốc càng lớn, máy phát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao động, công suất truyền tải P0 được nâng cao Ngoài ra việc cắt nhanh ngắn mạch còn có tác dụng ngăn chặn sự biến hoá của ngắn mạch không đối xứng thành ngắn mạch 3 pha Ta hãy xét tác dụng tăng khả năng truyền tải của hệ thống đồ thị hình 4.8

Nếu ngắn mạch với góc δcat1 thì theo điều kiện cân bằng diện tích hãm tốc và gia tốc có thể tải được công suất tối đa là P01 lúc đó: Fgtl = F1234 = Fht = F456'

Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở tcat2thì cũng theo điều kiện đó có thể tăng công suất tải lên P02khi đó: Fgt2 = F2' 4' = Fht2 = F 4 " 5 ' 56 '

cat

trên đồ thị hình 4.9 Qua đó ta thấy rằng thời

gian cắt ngắn mạch có tác dụng rất lớn đến

công suất tải trong các trường hợp ngắn mạch 3

pha và 2 pha chạm đất

Mặt khác mức độ nặng nhẹ của ngắn

mạch còn phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của hệ

thống Ta hãy xét 2 sơ đồ A và B (hình 4.10)

Khi xảy ra ngắn mạch 2 pha chạm đất, ta thấy:

- Ngắn mạch với sơ đồ B trầm trọng hơn sơ đồ A

- Tình trạng vận hành sau ngắn mạch thì sơ đồ B lại tốt hơn Cho nên nếu cắt nhanh ngắn mạch thì sơ đồ B tốt hơn sơ đồ A, còn nếu cắt chậm thì sơ đồ A tốt hơn Trên hình 4.10 là quan hệ giữa

0

P và Pcat của 2 sơ đồ

A và B

Cuối cùng ta

hãy nói đến khả

năng cắt nhanh của

máy cắt: thời gian

cắt của bản thân máy

cắt từ khi có tín hiệu

và đến khi dập xong

hồ quang là 0,04 -

0,07s còn thời gian

tác động của bảo vệ

rơle là 0,01 - 0,03s

cho nên thời gian cắt

P0

tcắt

N (1)

N (2)

N (1,1)

N(3) 100%

Hình 4.9

N (1,1)

Sơ đồ A

Hình 4.10

Sơ đồ B

a)

b)

N (1,1)

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,1 0,2 0,3 0,4 tcắt Dùng sơ đồ B Dùng sơ đồ A

của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05 - 0,1s

b Tự đóng lại đường dây tải điện TĐL

Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đường dây là tạm thời, nên sau 1 thời gian nhất định đủ để khử Ion nếu ta đóng lại đường dây thì nó có thể làm việc bình thường Thời gian khử Ion: 110kV ⇒ 0,1 - 0,13s; 220kV ⇒ 0,12 - 0,33s

Thường 80- 90% TĐL có kết quả

TĐL thường dùng cho các

đường dây cụt một lộ đến các phụ tải

để đảm bảo cung cấp điện Nhưng

cũng được dùng cho các máy phát

làm việc song song và có tác dụng

đảm bảo ổn định động nhất là với

các đường dây liên lạc 1 lộ

Tác dụng của TĐL trên hình

4.11

Điều kiện để chọn thời gian

TĐL là:

- tTDL và tcat phải đủ nhỏ sao

cho Fgt< Fhtmax

- tTĐL > t khử Ion

Điều hết sức quan trọng là TĐL chỉ có thể thực hiện được nếu ở hệ thống cho phép đóng phi đồng bộ

Đối với đường dây 2 lộ TĐL có hiệu quả kém hơn so với đường dây 1 lộ

4.1.4 Đường dây tải điện

Điện thế của đường dây tải điện đi

xa đóng vai trò quan trọng nâng cao ổn

định của HTĐ, nó làm giảm điện kháng tương đối của đường dây tải điện so với các phần tử còn lại vì

2 dd

cs ddo dd

U

S L X

X =

bình phương điện áp của đường dây tải

điện Do Xdd giảm cho nên Pmax sẽ tăng lên Trên hình 4.12 biểu diễn quan hệ giữa Pmax và điện áp Udd của đường dây tải điện dài 200km

Đối với các đường dây dài điện kháng tuyệt đối Xdd của đường dây cũng có tác dụng

đáng kể đến độ dự trữ ổn định Để giảm Xdd người ta có thể thực hiện các biện pháp:

100 200 300 U dd (kV)

P max

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Hình 4.12

δ 0 δ cat δTDL δ

4

3 2

1

5

6

Fht

P 0 P

Hình 4.11

8 7

- Bù dọc bằng cách đấu thêm Xcvào đường dây, do đó Xdd = XL ư XCsẽ giảm đi

- Phân nhánh dây dẫn, làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn do đó giảm

điện kháng

- Đặt các trạm cắt trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn đường dây bị

sự cố, như vậy cải thiện chế độ của hệ thống sau khi cắt ngắn mạch (hình 4.13)

Đối với đường dây siêu cao áp có thể đặt các máy bù động bộ ở dọc đường dây hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải của hệ thống

4.2 Các biện pháp phụ

4.2.1 Nối đất các điểm trung tính của máy biến thế qua điện kháng hoặc điện trở tác dụng

Việc nối đất một số điểm trung tính của MBA qua điện kháng hoặc điện trở trong

• khi

•

sẽ làm cho tổng trở ngắn

•

Z tăng lên và tổng trở tương hỗ Z 12

• giảm đi vì:

Δ

•

•

•

•

•

•

+ +

=

Z

Z Z Z Z

Z 12 1 2 1 2

.

mà:

12 ax Im

I

Z

EU

Trong trường hợp

dùng điện trở tác dụng sẽ

lớn hơn bởi vì điện trở

tiêu thụ CSTD làm cho

đặc tính công suất khi

ngắn mạch đỡ giảm Đối

với ngắn mạch xứng các

biện pháp trên không có

tác dụng

•

là giảm số điểm trung tính nối đất, tức là

•

dòng ngắn mạch một pha lớn quá có hại cho HTĐ, cho nên số điểm nối đất trung tính MBA cần được lựa chọn một cách hợp lý

4.2.2 Ghìm điện

C R

a)

Hình 4.14 b)

R C

Hình 4.13

XC

Trong HTĐ có thể xảy ra trường hợp tcắt rất nhỏ, đến mức bảo vệ rơle và máy cắt không đủ khả năng thực hiện, hoặc là thực hiện được nhưng dộ dự trữ ổn định động không đảm bảo, khi đó ghìm điện được áp dụng để nâng cao ổn định động

Để nâng cao ổn định động đối với ngắn mạch 3 pha người ta đấu thêm các điện trở 3 pha vào mạch MPĐ (hình 4.14) gọi là ghìm điện (dynamic brake) Các điện trở này sẽ tác động khi xảy ra ngắn mạch 3 pha như là các phụ tải tiêu thụ CSTD làm cho

đường đặc tính công suất đỡ giảm, và do đó máy phát đỡ tăng tốc hơn, rotor bị các điện trở này ghìm lại

ở sơ đồ a) máy cắt C ở vị trí đóng, nó mở ra khi ngắn mạch, ở sơ đồ b) thì ngược lại máy cắt C sẽ đóng vào khi ngắn mạch

Tác dụng của ghìm điện được thấy rõ trên hình 4.15: sơ đồ a là quá trình không

có ghìm điện, sơ đồ b có ghìm điện tác dụng Ta thấy khi ghìm điện là việc diện tích tăng tốc bị giảm đi rất nhiều

δ 0 δ δ cat

Fht

P 0

P

Hình 4.15a

P I

F gt

PIII

P II

δ δ 0 δ δ cat

Fht

P 0 P

Hình 4.15b

P I

F gt

PIII

P II