7 chương II các biện pháp nâng cao tính ổn định

Trong thực tế nhiều khi bản thân hệ thống điện 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

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH

Việc đảm bảo cho hệ thống điện 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 hệ thống điện 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 hệ thống điện

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

 Cải thiện các phần tử chính của hệ thống điện

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

hệ thống

2.1 Cải Thiện Đặc Tính Của Những Phần Tử Chính Trong Hệ Thống Điện:

2.1.1 Máy phát điện:

2.1.1.1 Cải tạo tham số của máy phát điện:

Ta thấy rằng trong trường hợp không có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước, nếu giảm Xd thì sẽ tăng được dự trữ ổn định tĩnh Đối với ổn

Tuy nhiên nếu muốn tăng Tj, giảm X’d thì giá máy phát điện 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 các thông số giống nhau

Cần chú ý rằng ở các máy phát điện, nếu sử dụng thiết bị từ động điều chỉnh kích thước loại mạnh thì hiệu quả của việc cải thiện các thông

số của chúng sẽ giảm đi nhiều

2.1.1.2 Hệ số cosφ của các máy phát điện:

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

Nếu giả thiết công suất tác dụng phát ra là không đổi thì: P = U.I cosφ = hs (U=hs)

Do đó: I.cosφ = Ia = hs và đoạn thẳng I.Xht.cosφ = Ia.Xht cũng không đổi

Vì thế nếu ta chỉ thay đổi cosφ bằng cách thay đổi công suất phản kháng thì đầu mút vector dòng điện sẽ trượt trên BB’ và vector E sẽ trượt trên AA’ để giữ cho Ia và Ia.Xht là hằng số

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 cosφ = 1 thì thì sức điện động sẽ là E3, nếu cosφ đổi dấu thì E

sẽ giảm tiếp 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 máy phát điện.

Qua phân tích trên ta thấy rằng nếu cosφ của máy phát điện càng cao thì càng không lợi về ổn định Nhưng sản xuất máy phát với cosφ thấp thì cùng một giá trị của công suất tác dụng 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

2.1.2 Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích:

2.1.2.1 Nguyên lý cấu tạo:

Trên hình 4.5 là sơ đồ nguyên lý của thiết bị từ động điều chỉnh kích

thước

Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước 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 máy phát

điện không bị giảm thấp quá (hình 4.5a).

Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước 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 thiết bị từ động điều chỉnh kích thước, 2 là bộ phận đo lường, 3

là bộ phận khuếch đại - khuyếch đại tín hiệu điều khiển

Hình 4.5

Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước có 2 loại:

1 Loại tác động tỷ lệ, tác động theo độ lệch của điện áp (ΔU)U)

hay dòng điện (ΔU)I) (hình 4.5b) Chính vì vậy nên thiết bị từ động điều

chỉnh kích thước loại này không thể giữ cho điện áp trên cực máy phát UF

là hằng số, vì khi đó ΔU)U = 0, tín hiệu điều chỉnh không có và UF lại tụt xuống Thiết bị từ động điều chỉnh kích thước loại này chỉ giữ được sức điện động Ex đặt sau XFx, thường là sức điện động quá độ E' đặt sau X'd là hằng số

2 Loại thiết bị từ động điều chỉnh kích thướC 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)U =0 thì đạo hàm của dU/dt ≠ 0 cho nên thiết bị từ động điều chỉnh kích thước vẫn tác động

2.1.2.2 Tác động của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước đến ổn định tĩnh:

Ở đây chỉ nhấn mạnh thêm các yêu cầu với thiết bị từ động điều chỉnh kích thước

Yêu cầu thứ 1: là tác động nhanh, tức là độ tăng của sức điện động

Eq theo thời gian phải lớn, tốc độ tăng này lại phụ thuộc vào tốc độ tăng của điện áp đặt trên cuộn kích thích Uk Trên hình 4.6 chỉ rõ ảnh hưởng của độ tăng của Eq đến đường đặc tính công suất, Eq tăng càng nhanh thì đường đặc tính công suất càng dốc và Pmax càng lớn

Độ tăng của Uk hiện nay đạt khoảng 200V/s, còn Eq là 2000 -3000V/s

Yêu cầu thứ 2: là Uk max hay Eq max phải cao, vì điện áp của cuộn kích thích cũng như Eq không thể tăng vô hạn nó chỉ có thể tăng đến giá trị cực đại cho phép Eq max và Uk max

Khi Eq đã đạt Eq max thì đường đặc tính công suất thôi không tăng nữa mà sẽ trượt theo đường đặc tính công suất với Eq max , cho nên Eq càng cao thì Pmax sẽ càng lớn

Yêu cầu thứ 3: là thiết bị từ động điều chỉnh kích thước phải rất

nhạy không có vùng chết tức là vùng tuy đã có tín hiệu nhưng thiết bị từ động điều chỉnh kích thước vẫn không tác động, nhờ có độ nhậy rất cao máy phát điện có thể làm việc được ở vùng ổn định nhân tạo

2.1.2.3 Ảnh hưởng đến ổn định động:

Ảnh hưởng của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước 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 (1s)

Tuy vậy trong trường hợp cắt mạch chậm thì bộ phận cường hành kích thích của thiết bị từ động điều chỉnh kích thước cũng có tác dụng và

giảm diện tích gia tốc (hình 4.7).

Nếu không có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước tức là E’= hs thì diện tích gia tốc là F 1233'44' và diện tích hãm tốc là F 4'56, khi có thiết bị từ động điều chỉnh kích thước thì E' sẽ tăng lên đến E'max khi 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'max phải cao

2.1.3 Máy cắt điện:

Sử dụng máy cắt điện cắt nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để đảm bảo

ổn định động của HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1.3.1 Cắt nhanh sự cố:

Hình 4.8

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 điện tích hãm tốcvà gia tốc có thể tải được công suất tối đa là P01 lúc đó: Fgt1 = F1234 = Fht = F456’

Bây giờ nếu cắt sớm hơn ở Tcat2 thì cũng theo điều kiện đó có thể tăng công suất tải lên P02 khi đó: Fgt2 = F1’2’3’4’ = Fht2 = F4’’5’56’

Sự phụ thuộc của công suất tải P0 vào Tcat ứng với các dạng ngắn mạch khác nhau trên đồ thị 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 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 hàng 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 P0 và Pcat của

sơ đồ A và B

Cuối cùng ta hay 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 của cả thiết bị bảo vệ và cắt là 0,05 – 0,1s

2.1.3.2 Tự động đóng lại đường dây tải điện:

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% tự động đóng lại có kết quả

Tự động đóng lại 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 tự động đóng lại đường dây tải điện trên hình 4.11

Điều kiện để chọn thời gian tự động đóng lại đường dây tải điện là:

- TTĐLvà tcat phải đủ nhỏ sao cho Fgt < Fht max

- tTĐL > t khử Ion

Điều hết sức quan trọng là tự động đóng lại đường dây tải điện chỉ có thể thực hiện được nếu ở hệ thống cho phép đóng phi đồng bộ

Đối với đường dây 2 lộ tự động đóng lại đường dây tải điện có hiệu quả kém hơn so với đường dây 1 lộ

2.1.4 Đường dây tải điện:

Điện thế của đường dây tải điện đi xa đóng vai trò quan trọng nâng cao

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

Xdd = Xdd0.L.(Scs/U2 dd)

Rõ ràng là Xdd tỷ lệ nghịch với 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:

- Bù dọc bằng cách đấu thêm Xc vào đường dây, do đó Xdd = XL - XC

sẽ 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