Z. S Các thông sô' này được tính cho các trường hợp cụ thể như sau
2.5.2.3. Sử dụng máy bù tĩnh svc
Trên hình 2.27a là đường dây có đặt svc ở khoảng giữa. Trên hình 2.27b là sơ đồ svc.
u
Hình 2.27.
Máy bù tĩnh có thể điều chỉnh dòng công suất phản kháng Qb để duy trì u, không đổi.
Giả thiết rằngU| =ư2; 1, = 12, ta cóđặc tính công suất p,:
p, = U|;U3 -sin 8, zso.sinaol|
8| là góc lệch phagiữa ụ, và Ụ3. Vì 1, = ụ nên 8| = 82 =8/2, 8 là góc giữa Ụ| và Ụ2, ta có:
sin8| =sin(ỗ/2) = -7(1 -cos8)/2 Thay vào đặc tính p,:
u,.u, r--- - P| = —7=——-— ---vi-cosS
V2ZS0 sin ccol/2 hay là:
_ U|ƯJ _ I 1 -cosơ ' ~ ~~rị zso ~ ~ 1/7 yl-cosa07l
Lấy cơ sở là công suất tự nhiên p,n = Uđm2/Zso, ta được công suất tương đối:
p„ = 1 -VĨTẽõsS = J ‘-cosS.
V2sinaol/2 Ỵl-cosa0l
Lấy góc giới hạn ổn định tĩnh 8gh = 90°, ta có công suất giới hạn khi có SVC:
pt| h -_____ 1_____ - 1 lgh V2sin(a0l/2) cosanl Để sosánh với trường hợp không có svc, ta lập tỷ số:
l^
*
lch SinaJ r ~
= .‘““ọ1—= Ự1+ cosa0l (2.134)
p.gh -ựl-COSƠo Công suất phản kháng do svc phát ra là:
Qằb = Q”i3-Q’32
Thay vào công thức trên Q”|3, Q’32 tương tự như công thức (2.82) và (2.91) ta được:
Q
*b =2 -ctg^- +.“o1 V1 +cosS V2 sin(aol/2)
Công suất phát của svccó thê’ điều chỉnh tự độngtheo U-Ị theo đặc tính tĩnh tuyến tính Qb = f(ƯJ, khi ƯỊỊ tăng thì Qh giảm và ngược lại.
2.5.3. Bù trong chế độ không tải
Các chế độcủa hệ thốngtải điện chia làm hai nhóm:
1- Các chế độ tồn tại iâu dài: đó là chế độ làm việc bình thường và chế độ sau sự cố. Các chế độ sau sự cố như: một đường dây bị cắt hoặc một đoạn đường dây bị cắt trong hệ thống gổm hai đường dây song song, một trong hai máy biến áp bị cắt. Một sô' chế độ bảo dưỡng thiết bị cũng có thê’ xem là chế độ sau sựcố.
2- Các chế độ tồn tại ngắn hạn: đây không phải là chế độ sự cố vì nó xáy ra trong trạng thái bình thường của đường dây, các thiết bị đều ở trạng thái tốt. Nhưng đây cũng không phải là chế độ bình thường do đó chúng được gọi là chế độ đặc biệt.
Các chế độ đặc biệt gồm:
- Chế độ không toàn pha: một pha cùa đường dây hay máy biến áp bị cắt. Hệ thống tải điện phải làm việc với hai pha hoặc năm pha (hai đường dây song song).
- Chế đô quá tải cưỡng bức.
- Chếđộ không đồng bộ sau khi mất ốn định và chê' độ tái đồng bộ.
- Chế độ không tải hoặc rất non tải.
- Chê'độ tự kích thích của máy phát điện hoặc động cơđiện.
Các chê' độ này rất quan trọng đô'i với hệ thống tải điện. Dưới đây sẽ phân tích chê' độ không tải.
2.5.3.1. Chế độ không tải xác lập khi hở mạch phía nhận điện
Chế độ không tải xảy ra khi đóng đường dây hở mạch ớ cuối phía nhận điện, sựkiện này làm cho điện áp ở cuối đường dây tăng cao. Ngoài ra điện áp còn bị tăng caotrong các trường hợp:
- Ngắn mạch không đối xứng trên đường dây không tải, gọi là qitớ điện iip động-,
- Quá điện áp thao tác khi xảy ra phóng điên lặp lại trong máy cắt khi cắt đườngdây có dòngđiện điện dung lớn làm việc trong chế độ không tải.
Ta xét chế độ không tải xác lập: khi đầu đường dây phía nhận điện hở mạch. Có ba hiện tượng không bình thường xảy ra:
118
1) Điện áp ở đầu hớ tăng cao;
2) Máy phátđiện cóthể bị quátải do dòng điện điện dung;
3) Máy phát điên cóthê bị tự kích thích.
a- Sự tảng cao điện áp ở cuối đường dây
Khi không tính đến điện trởcùađườngdây ta có:
Ụ| = Ư2.cosa0l
Điện áp hai đầu đường dây luôn trùng pha với nhau nhưng khác về biên độ và có thể viết:
U| = ƯỊ.cosoỤ ; —=- =--- —_ (2.135) Uj cosanl
Nếu xuất phát từ cuối đường dây (X = 0) thì điện áp ở đoạn X là:
ux = u2cosanx (2.136)
Trên hình 2.28 trình bày quan hệ giữa tý sô' uvu, và độ dài đường dây với a0 = 0,061 độ/km và trên hình 2.29 là phân bô' điện áp trên dọc đường dây với đường 1 có 1 = 500 km; đường 2 có 1 =750 km; đường 3 có 1 = 1000 km; ux/ Uị = cosaox/cosa0L
Khi hoà đồng bộ đường dây dài với hệ thống có thể giám điện áp đầu đường dây hoặcđóng thiết bị bù ở cuối đường dây, tuy nhiên giám thấp điện áp đầu đường dây gây nguy cơ tự kích thích và có thế làm mất ốn định các máy phát điện làm việc song song mang tải điện dung.
ux/u,
2.2
1.8
1.4
1.0
__ 1____I___I I 'I I >
200 400 600 800 £-x(km) Hình 2.29.
b- Công suất phản kháng điện dung
Công suất phán kháng do điện dung đường dây gây ra có dấu (-) (công suất điện dung) ớ đầu đường dây không .tải và không bù khi không tính đến điện trờđường dây là:
U? ,
QlKi — Aso Thay vào công thức trên:
(2.137)
sinaol ___
tgaol = ; Ư| = ư2cosa0l cosa0l
ta được:
Q1K.= U? sin2aol 2Zso
Công suất điện dung máy phát điên phải chịu là:
(2.138)
Qf = Qik.+ AQba (2.139) Nếu điện áp trên cực máy phát điện bình thường thì giá trị tính được Qp có thể dùng để đánh giá quá tải máy phát điện. Nếu điện áp máy phát giảm thấp thì phải tính ra dòng điện để xét quá tải:
. _ Qf . ' _ (U.-AUba)
f=ÌÓf;LV kba (2.140)
trong đó Kba là hệ số biến áp của máy biến áp tăng áp; AUba là tổn thất điên áp trong máy biến áp.
Trên hình 2.30 trình bày diễn biến củaQIKt và Ư2 theo độdài đường dây.
Nếu tính đến điện trởcủađường dây thì:
o U; Fr0_ , /, Ro(aol)2ì , S. = 2 • Ạ^-aol-ỹ 1 —7— -sin2a0l
—1 ọ7 Y u V-
LA0 k Ao 7
(2.141) Trên hình 2.30a điện áp Ư| là hằng số, còn trên hình 2.30b U2 là hằng số, trên hình 2.30c là sơ đồthay thếcủa đường dây được nghiên cứu.
Đường nét đứt là có tính đến tổn thất vầng quang, vầng quang này tính cho độ dài đường dây 1500 km. Nếu độ dài đường dây khoáng 400 đến 600 km, tổn thất vầng quangkhông ảnh hưởng tới điện áp.
Ví dụ đường dây dài 1000 km, aol = 60°; xo = 0,293 Q/km; Bn = 3,93.10 6 1/íì.km. Điện áp đầuđường dây là 500kV. Tính u2và Q2:
120
xw
Hình 2.30.
u, = ■ -U|—= - = 2U| = 1000 kV cosa0l cos60°
- uftgaol _ - 5OO2~tg60 in_, ffi_1580 MVAr
fa
V Bo V 3,93
Nếu cóng suấtmáy phát điện là 300MVA thì sẽ bị quá tải:
100 X 1580/300 ô 500%.
Nếu muốn điện áp cuóì đường dây là 500 kV thì phải hạ điện áp đầu đườngdây xuống: U| = Un.cosóO = 500.cos60ù = 250 kV.
Khi đó:
_ -U2tgaol_-2502tg60°
k^lKt - r== - ---I____'---■ 10 - ô -396 MVAr 29,3
3,93
Công suất này cũng có thê’ tính theo sơ đồ thay thế trên hình 2.30c, trong đó x,d = 240 Q, Y,d = 21.10'4 1/Q, XB = 1/Yld = 475 Q. Theo sơđồ ta tính được Q|I
Qiki - , Ui ì
lxB XB-xJ
2502 2502 '
k 475 + 475-240, = -396 MVAr Ta thấy ngay cá khi giảm điện áp đầu nguồn máy phát điện vẫn bị quá tải.
Trên hình 2.31 cho quan hê giữa điện áp, độ dài đường dây vàcông suất điện dung.
Hình 2.31
Dòng điện từ hoá và tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp cũng ảnh hưởng đến công suất điện dung, làm nógiảm đi:
XId = X - xc
trong đó X là điện kháng cúa đường dây, xc là dung kháng dotụ bù dọc Do đó tụ bù dọc có tác dụng làm giám công suất điện dung. Còn sự phân pha dây dẫn có tác dụng tăng thêm công suất này do làm cho Bn tăng lên.
Khi đóng đường dây vào hệ thống, người ta nâng điện áp đầu nguồh lên từtừvà kiểm tra các hạng mục sau:
a) Quá tải máy phát, xét đến khá năng quá tái cúa máy phát điện, khá năng này phụ thuộc thời gian kéo dài quá tải;
b) Trường hợp một máy phát điện bị quá tàl quá mức cho phép thì có thê chochạy song song một sô' máy phátđiện trong chê' độ không tải;
c) Nếu không được thì tính đếnđóng thêm khángđiện. Côngsuất khángđiện cần thiết phụ thuộcvào độ dài đường dâyvà khả năng quá tái máy phát điện.
c- Xác định thõng số chế độ không tải xác lập đường dây có bù ngang bằng kháng điện
Trên hình 2.32 trình bày quan hệ giữa U|. u2 và công suất kháng bù đặt ớ cuối đườngdây Qk = Qk / P|I1-
Ta có công thức tính Q| khi đặt kháng bùcuối đường dây:
Q| = U;
Zso
sin2aol 2
f QkY . Qk „
_Ị + ^L2ctg2aol
k r(n / BIn
(2.142) Công suất kháng điên cần thiết để duy trì điện áp ở cuối đường dây bằng hoặc gần bằng định mức là rất lớn và lớn hơn nhiều công suất hợp lý về kinh tê'- kỹ thuật cho chê' độ bình thườngcủa đường dây.
Tính toán đường dây dài không tải sẽ rất phức tạp nếu xét đến sự không tuyến tính của một sô' thông sô' hệ thống như: sự bão hoà cùa lõi thép máy phát điện, máy biến áp, kháng điện, tổn thất vầng quang. Ở đây phải dùng các phương pháp đồ thị kê't hợp với giải tích.
Đê' tính được công suất kháng bù cần thiết cho chê' độ không tái, ta phải tính được các thông sô' chê' độ khi đường dây có bù. Tính toán này được trình bày trong mục 2.4, ở đây chỉ nhắc lại có tính nhấn mạnh.
Tacó công thức:
__ y2 = Ư1/À
A = Ạ|Ạ, + B|C,+ A,B|CK trong đó A là thông sô'của đường dây và kháng bù.
Giá thiết rằng kháng bù đặt ở khoảng giữa đường dây, phần đường dây đầu có thông sô' Ạ|, B|, C|, P|, phần đường dây sau có thông sô' An, Bn, c,, Dn, kháng điện có thông số: AK = DK = 1, BK = 0, CK= —jYK, YK = Udm/SK (SK =
Qk là côngsuất kháng điện).
Ví dụ áp dụng:
Tính chọn dung lượng kháng điện bù cuối đường dây 500 kV dài 500 km sao cho điện áp cuối đường dây không tăng quá 5% so với Uđnl trong chế độ không tải, khi điệnáp đầu đường dây làUdm (hình 2.33).
Cho biết: a0 = 0,0010507 ; ZSŨ = 267,74 ; Bò qua điện trở đường dây.
C1.D1
Ạk*ẽK>
£k. 5k
Hình 2.33.
Theo(2.96avà 2.98) trong chê' độ không tải, lấy u, làm cơ sở:
Ụ| =Ạ,ư2
Ạ| = cosa0l = cos(0,0010507 .500)= 0,865 Ụ, = cosa0l.ư2 = U| (U, luôn trùng pha với U2) U2/U| = 1/cosa0l
Khi không bù: U2 = Uị/ cosa0l = 500/ 0,865 = 578 kV.
Cần phải bù saochoU-, = 525 kV khi điện áp đầu đường dây là 500 kV.
Ghép kháng bù vàođường dây, ta có sơ đồ và thông sô' thay thế:
Ạ|= cosa0l B, =jzsosinaol CK= -jYK Thông SỐẠ chung là:
Ạ = Ạ, +B|.Ck = Ạ, + B|.(-jYK) = cosa0l + jZsosinaol.(-jYK)
= cosa0l + ZS0sina0l.YK
U2/U| = 1/Ạ = l/[cosa0l + Zsosinaol.YK] Thay số vào tađược:
525/500 = 1/(0,865 + 267,71 X O,5O15.YK) = 1,05 rút ra: YK = (0,9523 - 0,865)/l32,157= 0,00070885 1/Q
Tính ra XK = 1/YK = 1410,733 Q;
SK = Ưđm2/XK = 5OO2/l 410,733= 177,2 MVAr.
Khi có bù dọc, điện áp cuối đường dây trong chê' độ không tải cũng được cải thiện (hình 2.34)
125
Nếu tụ bù đặt ở khoảnggiữa đườngdây thì thông sô' Ạ của cả hệ thống là:
A = Ạ|Ai B|Cn +Ạ|C->By ; By = —j xc (2.143) Ta có thểtính được điện áp hai bên tụ bù:
Ưẻ =Ạ3Ụ2 ; uẻ’-Ạ2Ụ2 trong đó Ạ3 = Ạ2 + C2BT (2.144) Trên hình 2.34 ta thấy có bước nhảy về điện áp giữa hai cực của tụ bù.
Đế điều hoà điện áp trên đường dây người ta thêm kháng điện vào một hoặc hai bên tụ bù.
Công suất điên dung khi đặt tụ bù dọc ở chính giữa đường dây là:
2ZC - xctg
QiKi=-j~~' v iV7^, (2.145)
zso - xc +2Zcctgaol
Công suất này cùng được giảm đi mộtchút so vớikhi không có tụ bù dọc.
2.5.3.2. Chế độ không tải khi hở mạch phía nguồn điện
Chế độ này xảy ra khi sự cố đường dây làm cho phía nguồn bị cắt ra hoặc khi hoà đồng bộ máy phát điện ở phía máy phát, lúc đó phải đóng đường dây vào thanh cái nhân điện trước.
Trênhình 2.35 là sơ đổ thaythếcủa hệ thống tải điện trongtrường hợpnày.
Hệ thống nhận điện được thay thế bằng máy phát điện đẳng trị với sức điện động quá độ E’ và điện khángquá độ Xd , phụ tải được thay bằng tổng trở cốđịnh Zpt. Máy biến áp tự ngẫu được thay thế bằng sơ đồ hình r với XB và xụ. Đường dây dùng sơ đồ hình n với tổng trở Zdd và hai tông dẫn Ydd. Cả đườngdây và máy biến áp được thay bằng tổng trở tương đương ZId , tính được từ sơ đổ ở hình 2.35, khi đường dây có độ dài lớn, thành phần ảo cúa tổng trở này có tính dung. Như vậy làZtd songsong với Zpt.
Hình 2.35.
Khi tổng trở Ztd dung tính, điện áp trên thanh góp hệ thông nhân điện y„T sẽ tăng khi đóng đường dâyvào thanh góp hệ thống.
Giá trị củađiện áp Ụ„T lúc này là:
Ụht = E’-Ị.X^
trong đó E’ được tính cho chế độ trước khi đóng đường dây;X là dòng (Ịiên rnạch máy phát điện:
Thayị vào công thức trên ta tính được yH’T:
Uht=E’ ____ Xrfv (Zp, + Zld)
x<jv (Zp, + Zld) + Zp, ,Zld (2.146) Để xác định xem có thể cho phép đóng điên đường dây để hoà đổng bộ không, taphải tính được điện áp Ụ|. Trước tiên phải tính ụ2:
Ụ2 = (Ụht + AỤB)KB (2.147)
trong đó: AỤB là tổn thất điện áp trong máy biến áp tự ngẫu; KB là hệ số biến áp cúa máy biến áptự ngẫu, hệ số này cân có giá trị nhỏ nhất có thê đế giạm độ tăng điện áp phía nguồn.
Tiếp theo:
cosa0l (2.Ị48)
Sau khi đóng điện, công suất phản kháng đi vào hệthống nhân diện là:
QHT=^ (2.149) Z|d
z’d là số phức liênhợpcủa Ztd.
Nếu điện áp đầu nguồn tính được lớn hơn giá trị cho phép, cần phái đặt kháng điên phía nguồn. Nếu thay cho kháng điện đặt máy bù tĩnh hoặc máy bù đồng bộ ởđầu phát hay đầu nhân điên thì sẽ có lợi hơn cho hệ thông, vì các máy này có tác dụng nâng caoổn định trong chế độ tải cực đại.
2.5.3.3. Chế độ không tải trên đường dây dài đóng điện cạ hai phía
Sau khi hoà đổng bộ, cóng suất tái chưa kịp tăng (công suất này tăng từ từ), hệ thống tải điên ởché' độ không tải có đóng điện cả hai phía. Ta cán tính phân bô' điện áp trên đường dây và dòng công suất phản kháng đi về nguồn cũng nhưvềhệ thống nhận điện (hình 2.36).
Nếu điện áp hai đầu đường dây bằng nhau thì ở chính giữa đường dây dòng điên bằng 0 (hình 2.36a). Vì thê' có thể xem chế độ không tải của đường đây dài 1 đóng điện hai đầu như chê' độ cúađường dây dài 1/2 có điên áp (U| hay ư,) ở một phía. Như vậy điện áp ở bất cứ điềm nào cách điểm giữa đường dây đoạn X được tính theo công thức:
Ux= U| <x”ai°x = U2 cosa°x (2.150) cos(a0l/2) cos(a0l/2)
Điện áp cao nhất ở chính giữa đường dây X = 0:
U|/2 = ---- zu' — = ----(2.151) cos(a0l/2) cos(a0l/2)
So sánh với công thức (2.135) ta thấy rõ rằng, điện áp U|/2 này thấp hơn so với điên áp cuối đường dây khiđóng điện phía nguồn.
Công suất phản kháng đi về hai phía là:
Qik, = Q’kt= -^-tg(aol/2) = --Hltg(aol/2) =-^-sin(aol/2) (2.152)
^so ^so 2ZS0
Trường hợp khi điện áp hai đầu không bằng nhau (U| > U2), phân bố điện áp trên đường dây sẽ tính bằng phương pháp xếp chồng hai phân bố điện áp:
- Phân bố điện áp không tải khi điện áp ở hai đầu bằng nhau Uị = u,;
- Phân bố điện áp ngắn mạch ở cuối đường dây với điện áp ở đầu đường dây là AỤ = ụ, -U2 (hình 2.36b).
Điện áp tại điểm X là:
ux= U’ + U”
U’ tính tương tự như (2.150) (x tính từcuối đường dây):
u’ = u cosao(1/2~x) x 2 cos(a0l/2)
Điện áp u’ tính với điên áp đầu đường dây là AU và cuối nguồn nối ngắn mạch:
AU = j5/3I2Zsosinaol Từ đây:
Điện áptại x:
_ cosa0(l/2-x) AUsinaox Ux — U2 -—■■■■ _— + ---- ---—
cos(a0l/2) sinaol
2.6. Tự KÍCH THÍCH MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG
2.6.1. Tự kích thích máy phát điện mang tải điện dung
Đó là chế đô của máy phát điện khi trên cực của máy phát hoặc trên đường dây xác lập một điện áp không tương ứng với dòng điện kích thích của máy phát, độ lớn của chúng ở một sô' điểm vượt quá trị sô' cho phép gây nguy hiểm cho cách điện cùa đường dây hoặc máy biến áp. Khi xuất hiện hiên tượng tự kích thích máy phát điện, nhân viên vận hành mất khả năng
I29
điều khiên để ổn định điện áp. Trong quá trình tự kích thích, điên ápvà dòng điện có thể tăng lên không chu kỳ (tự kích thích (Ịồng bộ) hoặc dao động (tự kích thích không đồng bộ).
Tự kích thích không đổng bộrất nguy hiểm chohệthống điện vì biên độ dòng điện và điện áp tăng nhanh đến mức các thiết bị tự độqg điều chính kích thích không phản ứng kịp.
Khi đóng máy phát điện vào đường dây không tải có thê xáy ra tự kích thích vì lúc này tổng trở đẳng trị của đường dây mang tính dung, dòng điện chạy trong máy phát điên vượt trước vectơ sức điên động cua máy phát' Trong một số trường hợp nhất định, dòng điện này sẽ gây kích từ cùng chiều với dòng điện kích từ trong rôto do đó làm điện áp tự động tăng lên, gây ra hiện tượng tự kích thích. Máy bù đồng bộ, động cơ không đồng bộ đều có thể tự kích thích. Để hạn chế tự kích thích có thê’ đặt kháng điện trên đường dây không tải nhưng phải kiểm tra ổn định giữa chúng với nhau.
Khái niệm về tự kích thích máy phát điện
Dưới đây xét điểu kiện xảy ra tự kích thích cùa các máy phát đổng bộ.
Các điều kiện này được xác định bằng cách lậpvàgiải hệ phương trình Park- Gorev cúa hệ thống tải điện đi xa. Sơ đồ đẳng trị của hê thống tảí điện khi không tải được vẽ trên hình2.37. Ta chúý đến sơ đồ cuối cùngtrọng đó điện kháng đẳng trị của đường dây là Xtd và Rtd, đương nhiên là Xld ipang tính dung vì đường dây khôngtải.
Hình 2.37.
130
Nếu máy phát điện là nhiệt điện thì sức điện động thay thê' là Eq và điện kháng thay thế là Xd. Nếu máy phát là thuỷ điện thì sức điện động thay thê' bằng Eq vàđiện kháng thay thê' là Xq.
Ta xét máy phát thuýđiện, dòng điện chạy trên đường dây là:
trongđó:
1= Eq ; tgT = Xq~X,d (2.154)
■ựR^đ+(Xq-Xtd)2 R.d
Dấu (-) trong công thức trên chi điện kháng tươngđương Xld có tính dung.
Tự kích thích xảy ra khi dòng điện vượt trước sức điện động và làm tăng kích thích máy phát (hình 2.37b).
Đối với máy phátthủy điện, có thể có bamiền tự kích thích sau đây.
Miền 1: Tự kích thích kiểu không chu kỳ còn gọi là tự kích thích đồng bộ, xác định bởi bấtđẳng thức:
Xq < Xtd< Xd và Rtđ < (Xd - Xq)/2 (2.155a)
13!