Thay đổi thông số thiết bị để giảm tác hại của sóng hài Ý tưởng đầu tiên cho giải pháp này là điều chỉnh lại toàn bộ hệ thống để làm giảm sự nhạy cảm của thiết bị đối với sóng hài.. Kiể
Trang 1SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN: TÁC HẠI VÀ GIẢI PHÁP
(Phần 2)
ThS BÙI VĂN TRÌNH
Trưởng nhóm chuyên gia
về chất lượng nguồn điện
VI GIẢI PHÁP NÀO KHẮC PHỤC SÓNG HÀI?
Giảm thiểu thiệt hại của sóng hài có thể thực hiện theo hai phương án: thay đổi thông số thiết bị để giảm tác hại của sóng hài hoặc kiểm soát, triệt tiêu sóng hài trong hệ thống
1 Thay đổi thông số thiết bị để giảm tác hại của sóng hài
Ý tưởng đầu tiên cho giải pháp này là điều chỉnh lại toàn bộ hệ thống để làm giảm
sự nhạy cảm của thiết bị đối với sóng hài Phương pháp này thường chỉ yêu cầu thay đổi thông số kỹ thuật của thiết bị (chẳng hạn như thay đổi công suất máy biến áp hay kích thước dây dẫn), và không cần thiết phải bổ sung bất kỳ thiết bị phụ trợ nào như
Trang 2bộ lọc Do đó, nhà máy sẽ tiết kiệm chi phí, nhưng sóng hài vẫn còn tồn tại trong hệ thống
Một trong những giải pháp thực tế là tăng kích thước dây dẫn để hạn chế ảnh hưởng của sóng hài triplen (triplen harmonic) Loại sóng hài này có bậc là tích của một số
lẻ với 3 (ví dụ bậc 3, 9, 15, …) Dòng điện hài triplen cộng dồn vào dây trung tính của hệ thống 3 pha 4 dây Kết quả là dòng điện trong dây trung tính có độ lớn cao hơn đến 1.73 lần so với dòng điện cơ bản Hậu quả không chỉ gây hư hỏng thiết bị
mà còn tăng nguy cơ mất an toàn điện Giải pháp thông thường để hạn chế ảnh hưởng của sóng hài triplen là tăng kích thước của dây trung tính lên gấp đôi so với dây pha
Tụ điện làm tăng ảnh hưởng của sóng hài Ý tưởng giải quyết vấn đề đơn giản nhất
là loại bỏ tụ điện trong hệ thống, và nhà máy sẽ phải chịu phạt từ Điện Lực vì không đảm bảo hệ số công suất Giải pháp này xem qua có vẻ như ngớ ngẩn Nhưng nếu chi phí thiệt hại trong mức cho phép thì đó cũng không phải là gợi ý tồi
Tóm lại vấn đề, tăng kích thước của dây dẫn và loại bỏ tụ điện với mục đích duy nhất là bảo vệ thiết bị trước ảnh hưởng của sóng hài Tiếc thay, sóng hài vẫn tồn tại
và di chuyển đến khu vực khác trong hệ thống để thực hiện nhiệm vụ của mình – phá hoại
2 Kiểm soát, triệt tiêu sóng hài trong hệ thống
Giảm thành phần sóng hài là giải pháp phổ biến và được áp dụng phổ biến cho hầu như tất cả các nhà máy và khu công nghiệp Có rất nhiều biện pháp để làm giảm và kiểm soát sóng hài Tuy nhiên, bộ lọc sóng hài thụ động (passive filter) và chủ động (active filter) đang là giải pháp được quan tâm nhất Giải pháp này yêu cầu kết hợp nhiều thiết bị, do đó làm tăng chi phí lắp đặt, nhưng đổi lại là sự biến mất của sóng hài Chi phí cho bộ lọc sẽ thay đổi tùy vào từng ứng dụng cụ thể và phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của sóng hài
Thiết bị phổ biến được sử dụng để kiểm soát sóng hài dòng điện là bộ shunt filter
Bộ lọc này thuộc nhóm passive filter và là thiết bị có chi phí thấp nhất trong các giải pháp lọc sóng hài Ý tưởng hoạt động của shunt filter là hút dòng hài vào nó (tạo điểm ngắn mạch) tại vị trí gần nguồn phát hài để sóng hài không đi vào hệ thống
Có nhiều loại shunt filter, trong đó loại single-tuned, 1st order high-pass, 2nd order high-pass và 3rd order high-pass là những loại phổ biến nhất Trong những loại trên thì single-tuned filter, hay còn gọi là notch filter Cấu trúc của thiết bị này khá đơn giản khi đó là sự kết hợp của tụ điện và cuộn kháng đấu nối tiếp vào hệ thống Tuy
Trang 3nhiên nhược điểm của nó là giới hạn khả năng lọc sóng hài khi chỉ có thể kiểm soát một số lượng bậc sóng hài nhất định
Khác với bộ lọc sóng hài thụ động, active filter có khả năng lọc tất cả các bậc sóng hài trong hệ thống bằng cách đưa vào hệ thống các tín hiệu ngược pha (out-of-phase) với sóng hài đang tồn tại trong hệ thống
Bộ lọc active filter bao gồm bốn nhóm chính, đó là series voltage, parallel voltage, series current và parallel current Thiết kế của nhóm series/parallel phụ thuộc vào cách chúng đưa tín hiệu triệt sóng hài vào hệ thống Ví dụ như bộ lọc series voltage
sử dụng tín hiệu điện áp đầu vào Dựa vào tín hiệu này, bộ lọc sẽ đưa vào hệ thống loại tín hiệu điện áp ngược pha để triệt sóng hài Tín hiệu lọc này được đưa vào hệ thống thông qua máy biến áp nối tiếp với hệ thống Trong bộ lọc parallel current, tín hiệu dòng điện từ hệ thống được dùng để tạo ra tín hiệu lọc sóng hài Tín hiệu này được đưa vào hệ thống thông qua máy biến dòng đấu sóng song với hệ thống Hai bộ lọc còn lại có cách hoạt động tương tự
Sử dụng bộ lọc active filter để lọc sóng hài trong hệ thống điện có nhiều ưu điểm vượt trội Ưu điểm lớn nhất là nó không làm tăng hiện tượng cộng hưởng trong khi
bộ passive filter gây cộng hưởng trong hệ thống nếu không được tính toán công suất phù hợp Một ưu điểm vượt trội khác của bộ lọc active filter là nó có khả năng triệt mọi loại sóng hài với nhiều bậc khác nhau, và cũng đồng thời làm tăng hệ số công suất của hệ thống
Tất nhiên, mọi ưu điểm trên đều đi kèm với giá cả tương đối cao Một nhược điểm khác của bộ lọc active filter là nó có thiết kế phức tạp và hoạt động dựa trên việc sử
lý tín hiệu nên yêu cầu cao về chất lượng của CT và VT Các thuật toán lọc sóng hài vẫn được đang phát triển, tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay
đa đưa ra nhiều kết quả khả quan Khi các thuật toán và kỹ thuật đã phát triển, giá thành của sản phẩm sẽ giảm mạnh Và do đó bộ lọc active filter sẽ trở nên vô cùng phổ biến
Trang 4
3 Giải pháp lọc sóng hài của Schneider
Như đã giới thiệu ở phần giải pháp lọc sóng hài, việc phổ biến sử dụng bộ lọc active filter vì những ưu điểm của nó là điều không thể tránh khỏi cho các ứng dụng trong nhà máy và khu công nghiệp Nắm bắt được điều đó, Schneider – chuyên gia hàng đầu về cung cấp các giải pháp quản lý năng lượng - đã đưa ra thị trường bộ lọc hài AccuSine+ Khả năng giải quyết vấn đề về sóng hài cũng như các tính năng khác tích hợp trong AccuSine+ đã được chứng nhận đảm bảo và được trao tặng giải thưởng 2016 Frost & Sullivan New Product Innovation cho những thiết bị có khả năng hoạt động hiệu quả và đổi mới trong công nghệ Bộ lọc AccuSine+ được chia thành ba nhóm chính, đó là AccuSine PCS+, AccuSine PCSn và AccuSine PFV+ Mỗi nhóm có một ứng dụng cụ thể và được tóm tắt trong Bảng 1 dưới đây
Trang 6AccuSine PFV+ là thiết bị bù công suất phản kháng (electronic VAR compensation)
sử dụng công nghệ IGBT đa bậc với những cải tiến trong hệ thống điều khiển để bù cho hệ số công suất vượt trước (leading) hay chậm sau (lagging) và hạn chế nhấp nháy điện (flicker) Đây là giải pháp lý tưởng để giải quyết vấn đề hệ số công suất cho những hệ thống không ổn định về điện áp cũng như công nghệ sạc nhanh
AccuSine PCSn và AccuSine PCS+ có nhiều ứng dụng linh hoạt, khả năng đáp ứng nhanh để giải quyết sự mất ổn định trong hệ thống điện do sóng hài gây ra
AccuSine PCS+ phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng
Bên cạnh các giải pháp lọc sóng hài ba pha, AccuSine PCSn có khả năng bù sóng hài cho dây trung tính, với các ứng dụng trong thương mại và các hệ thống tải phi tuyến một pha
Thiết bị lọc sóng hài chủ động của Schneider với các ưu điểm nổi trội:
Ø Tốc độ xử lí:
• Digital FFT – triệt tiêu song hài nhanh chỉ trong 2 chu kỳ điện (0.04s)
• Tốc độ đáp ứng nhanh do các IGBT đóng cắt với chu kỳ rất ngắn 25 µSec
• Kết nối song song nhiều Accusine
• Theo sơ đồ Slave, Master-Master
Ø Tính năng nổi trội
• Triệt tiêu song hài từ bậc 2 đến bậc 51
• Cài đặt Setpoint % THDv
• Cài đặt Setpoint %THDi
• Lựa chọn ưu tiên xử lí sóng hài hoặc
hệ số công suất
• Hiệu suất cao giúp tiết kiệm điện năng
Ø Cài đặt Setpoint theo Thông Tư 39:
• THDv = 6.5%
• THDi = 12%
Trang 7Trước lắp bộ lọc sóng hài tích cực
Sau khi lắp bộ lọc sóng hài tích cực
Trang 8V KẾT LUẬN
Với những ảnh hưởng và thiệt hại trực tiếp mà sóng hài gây ra cho việc sản xuất và
sử dụng điện, việc lọc sóng hài và nâng cao chất lượng điện năng là điều mà những nhà máy, doanh nghiệp thương mại lớn đều hướng tới Hiện nay, trên thị trường Schneider Electric tự hào là một trong những nhà cung cấp hàng đầu toàn cầu cho giải pháp giám sát và nâng cao chất lượng điện năng Tại Việt Nam, cũng có rất nhiều khách hàng lớn đang sử dụng giải pháp này của Schneider, với độ tin cậy khá cao và hiệu quả mang lại cũng khá to lớn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) G.T Heydt, Electric Power Quality, 2nd ed West LaFayette, IN: Stars in a Circle Publications, 1994
2) IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants, IEEE Standard 141-1993 New York: The IEEE Red Book, 1994
3) R.C Dugan, M.F McGranaghan, and H.W Beaty, Electrical Power Systems Quality New York: McGrawHill, 1996
4) J.C Whitaker, AC Power Systems Handbook, 2nd ed Boca Raton, FL: CRC Press, 1999
5) G.N.C Ferguson, “Power Quality Improvement in a Harmonic Environment,” from a paper presented at the Inter National Electrical Testing Association (NETA) Annual Technical Conference, Mar 19, 1997
6) IEEE Task Force, “Effects of Harmonics on Equipment,” IEEE Trans Power Delivery, vol 8, pp 672-680, 1993
7) C Sankaran, “Effects of Harmonics on Power Systems—Part 1,” EC&M, pp 33-42, Oct 1995
Trang 9PHỤ LỤC MỘT SỐ DỰ ÁN LỌC SÓNG HÀI TIÊU BIỂU ĐÃ ĐƯỢC
THỰC TIỄN CHỨNG MINH
1) HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG SÂN BAY
Dự án đã được công ty ESEC triển khai trọn gói từ khâu khảo sát, đo đạc, thiết kế, cung cấp, lắp đặt và đào tạo vận hành sử dụng Trước đó công ty đã thực hiện cung cấp hệ thống lọc sóng hài cho hệ thống các nhà máy: Thép, Bán dẫn, Tòa nhà, Nhà máy thực phẩm,…
Qua tiến hành đo đạt và phân tích các số liệu mà ESEC đo được tại các MSB bị sóng hài nghiêm trọng làm biến dạng dòng điện và điện áp, gây ảnh hưởng về chất lượng vận hành và làm giảm đáng kể tuổi thọ thiết bị và dao động dòng điện, điện áp đều chỉ ra độ méo sóng hài lớn nhiều lần so với quy định của thông tư 39/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương
ESEC đã hoàn thành dự án lọc sóng hài cho 3 MSB chính nhà ga T1 tổng cộng 6 bộ lọc sóng hài tích cực Schneider với tổng công suất 1800A Hệ thông đi vào hoạt động giúp nhà ga vận hành hiệu quả, ổn định hệ thống, phục vụ việc vận hành hệ thống ổn định và đảm bảo độ tin cậy cao nhất
2) NHÀ MÁY SẢN XUẤT CAFÉ
Dự án đã được công ty ESEC triển khai trọn gói từ khâu khảo sát, đo đạc, thiết kế, cung cấp, lắp đặt và đào tạo vận hành sử dụng Trước đó công ty đã thực hiện cung cấp hệ thống lọc sóng hài cho hệ thống các nhà máy: Thép, Bán dẫn, Tòa nhà, Nhà máy thực phẩm,…
Qua tiến hành đo đạt và phân tích các số liệu mà ESEC đo được tại các MSB bị sóng hài nghiêm trọng làm biến dạng dòng điện và điện áp, gây ảnh hưởng về chất lượng vận hành và làm giảm đáng kể tuổi thọ thiết bị và dao động dòng điện, điện áp đều chỉ ra độ méo sóng hài lớn nhiều lần so với quy định của thông tư 39/2010/TT-BCT của Bộ Công Thương
ESEC đã hoàn thành dự án lọc sóng hài giai đoạn 1 cho 1 MSB chính tổng cộng 2 bộ lọc sóng hài tích cực Schneider với tổng công suất 600A Hệ thông đi vào hoạt động giúp nhà ga vận hành hiệu quả, ổn định hệ thống, phục vụ việc vận hành hệ thống ổn
Trang 10định và đảm bảo độ tin cậy cao nhất Giai đoạn 2 chúng tôi sẽ triển khai cho 4 MSB còn lại với tổng công suất 2400A
3) HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA TÒA NHÀ
Dự án đã được công ty ESEC triển khai trọn gói từ khâu khảo sát, tư vấn thiết kế cùng với REE và chủ đầu tư và cung cấp, lắp đặt và đào tạo vận hành sử dụng Trước đó công ty đã thực hiện cung cấp hệ thống lọc sóng hài cho hệ thống các nhà máy: Thép, Bán dẫn, Tòa nhà, Nhà máy thực phẩm,…
Với kinh nghiệm ESEC thiết kế và tư vấn cho các dự án tương tự chúng tôi đã dựa vào danh sách tải và thiết kế của hệ thống chúng tôi đã tư vấn và thiết kế ngay từ đầu cúng với đơn vị tư vấn thiết kế tòa nhà Vấn đề khó khăn nhất là khâu tính toán vì đây là dự án mới và chỉ dựa trên số liệu bản vẽ thiết kế Nhưng với đội ngũ kỹ sư được Schneider Electric đào tạo chúng tôi Eco-Expert đã tự tin và hoàn thành dự án đáp ứng yêu cầu đề ra cảu chủ đầu tư
Hệ thống hoàn thành với 2 bộ lọc hài tích cực Accusine tổng công suất 600A cho 3 pha và 120 A cho 1 pha