Phương pháp thiết kế các mạng và hệ thống điện công nghiệp: Phần 2

u ldm ta nhận được: P2 = P.-(U2dm/ U IdJ 2 (7.8) nghĩa là công suất truyền tải tỷ lệ bình phương với điện áp định mức của mạng điện. 164 https://tieulun.hopto.org Ngoài ra có thể tăng khả năng tải của mạng điện bằng phương pháp đặt các thiết bị bù nối tiếp và song song. Công suất cần thiết của thiết bị bù song song Qb khi tăng khả năng tải từ p đến p, được xác định như sau: AU = AU = R(R + Xtg(p) _ P,-(R + Xtg(p)-QbX u đm " u dm Do đó: Qb= (Pt - P ) . ( | +tgcp) (7.9) Nếu sử dụng thiết bị bù nối tiếp, có thể nhận được phương trình sau: AU = AU = P i^ + Xĩẵg) = P2(R+_(_X - X c).tg(p) u đm u dm trong đó; P|, p,- công suất truyền tải trước và sau khi đặt thiết bị bù; Xc- dung kháng của thiết bị bù nối tiếp. Từ công thức (7.10) ta có: Xc = (1 - ?2 tgcp + X) Biểu diễn Xc theo mức độ bù kc: x c = kc.x (7.11) kc = ( l - | L ) . ( J L - + 1) P2 Xtgcp (7.12) trong đó: Công suất cần thiết của thiết bị bù nối tiếp bằng: Qc = 3I2.X.kc = ^ ặ ^ (7.13) trong đó I, s là dòng điện và công suất truyền tải trong mạng điện. Bù nối tiếp có hiệu quả đối với các hệ số tương đối cao của công suất tgcp và ở các đường dây có tiết diện dây dẫn tương đối lãn. Cùng với nâng cao khả tải, bù nối tiếp có vai trò điều chỉnh điện áp. 165 https://tieulun.hopto.org 7.3. PHÂN PHỐI T ự NHIÊN VÀ KINH TẾ CỦA CÔNG SUẤT TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN KÍN Xét mạng điện kín không đổng nhất (hình 7.1). Khi phân phối tự nhiên, các dòng công suất chạy trên đoạn đường dây 12 được xác định theo công thức: S|: = P|! + j Q|2 = 'S-Ah i ệ í t ệ ẻ a . ¿é\*ị -h 4* (7.14) Giả thiết rằng Sp > So, như vậy công suất chạy trên đoạn 23 bằng: S23 = P23 + jQ 23 = s , 3 - s 2 = (P,2 - p2) + j (Q a - Q2) (7.15) Dòng công suất chạy trên đoạn 13 có thể xác định theo công thức: S | 3 = P |3 j Q l3 = (S 2 S 3) — S p = (P2 + P3 - P I2) + j ( Q , + Q3 - Q 12) (7.16) Tổng tổn thất công suất trong mạng điện bằng: AP = ÌI í Q L r U 'đ + .p4 tQ Ỉ3 -R + -Pầ ± g k .R Ud2d 25 u d2d (7.17) trong đó Udd là điện áp danh định của mạng điện. Nếu biểu diễn công suất chạy trệrí các đoạn đường dây 23 và 13 theo công suất chạy trên đoạn 12 và công suất ẹạc phụ tải Sj và s 3 , khi đó biểu thức (7.17) có dạng sau: AP. * :r „' 4 :R b ♦ u i ) ( P 2 + P3 ~ p q ) u ì ■ + (Q ĩ + Q 3 ~ Q lĩ) ~ U£ : m . ;" ’ (7 Ịg) 1 https://tieulun.hopto.org Để xác định các dòng công suất phù hợp với tổn thất cực tiểu, cần lấy các đạo hàm riêng của AP theo Pp và Qp và cho bằng không: 1 ^ - = - V [2P,2R|2 + 2(P,2 - P2)R23 - 2(P2 + P3 - Pp)Rp] = 0 ÔPp u iđ - ' ■ (7.19) — - = —V■[2Q|2R |2 + 2(Qp —Q3)R23 ~ 2(Q2 + Q, —Qp)Rp] = 0 (7.20) ổQi: udđ Sau khi giải các phương trình (7.19) và (7.20), ta sẽ tìm dược các giá trị công suất kinh tế Ppkt và Q pkl: p = P;(R23 + P-13) + P3R 13 Rp + R->3 + Rị, (7.21) _ Q2(R;3 + R ị3) + 03R|3 RJ2+ R 23+R p (7.22) Do đó công suất toàn phần: S |2 k i - P |2kt + j- Q l2 k t - S-)(R-i3 + R,2) + S3R13 Rp + R,J + R |3 (7.23) So sánh các dòng công suất tính theo các biểu thức (7.14) và (7.23) có thê kết luận rằng, trong mạng điện không đổng nhất, phân phối tự nhiên của công suất không phải là phân phối kinh tế. Khi phân phối kinh tế, các dòng công suất trên các đoạn đường dây được xác định theo các điện trở tác dụng. Trong trường hợp tổng quát, các dòng công suất kinh tế trên các đoạn đầu của mạng điện không đổng nhất (hình 7.2) được xác định theo công thức: R, p ; S » n , = P » i i , + j Q A , i , = l i t — ( 7 . 2 4 ) Kk I S jRj ^Ankt = PAnkt + j-Q A nkl = ~ ^ ( 7 . 2 5 ) K k trong đó: Sp Sj- phụ tải của các nút i và j tương ứng; Ẻ - điện trở tác dụng của các nhánh từ nút i đến nút A khi chiều đi vòng trùng với chiểu công suất SAlkl; 167 https://tieulun.hopto.org R - điện trở của các nhánh từ nút j đến nút A khi chiều đi vòng trùng vối chiều công suất SAnkt; Rk- tổng các điện trở của tất cả các nhánh trong mạch vòng; n- số lượng các nút trong mạch vòng trừ nút cân bằng A. Hình 7.2. Sơ đồ mạng điện kín Trong mạng điện không đồng nhất, phân phối dòng tự nhiên không trùng vói phân phối dòng kinh tế, vì vậy để giảm tổn thất công suất tác dụng trong mạng cần tiến hành tối ưu hóa chế độ của nó. Tối ưu hóa chế độ của mạng không đồng nhất có thể thực hiện bằng: các máy biến áp có điều chỉnh nối tiếp và nối tiếp - song song; các thiết bị bù nối tiếp; cắt hở các mạch vòng của mạng điện. 7.4. CHỌN THÔNG s ố CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP CÓ ĐIỂU CHỈNH NỐI TIẾ P - SONG SONG Chế độ kinh tế của mạng điện kín có thể nhận được nếu thực hiện phân phối cưỡng bức công suất bằng cách đặt các sức điện động vào mạch vòng. Sức điện động nối tiếp được tạo ra bằng các đẩu điều chỉnh điện áp của các máy biến áp trong mạch vòng, còn để nhận được các sức điện động song song hay các sức điện động nối tiếp - song song người ta thường dùng các máy biến áp điều chỉnh bổ sung. Giả thiết rằng, khi phân phối tự nhiên công suất chạy trên một trong các đoạn của mạng không đồng nhất là Sm (hình; 7.3), còn khi, phân phối kinh tế là Skt. Tổn thất công suất trong mạng điện được xác định bằng môđun của công suất toàn phần trên các doạn đường dây. Vì vậy để chuyển từ phân phối tự nhiên của công suất đến phân phối kinh tế cần thay đổi môđun của công suất toàn 168 https://tieulun.hopto.org phần trên các đoạn đường dây. Nếu Skt > Stn, khi đó cần phải đặt công suất cân bằng cưỡng bức Scb vào mạch vòng. Môđun của công suất cân bằng cưỡng bức được xác định theo biểu thức: Scb= s kt- S tn= 7 p c2b +Q ỉb (7.26) Từ công thức (7.26) nhận thấy rằng, công suất cân bằng cưỡng bức Scb có thể tạo ra bằng các phương pháp khác nhau: chỉ bằng công suất phản kháng Qcb (khi Pcb = 0) hoặc chỉ bằng công suất suất tác dụng Pcb (khi Qcb = 0); đồng thời bằng công suất P c b và Qcb, Trong đó phương pháp dễ nhất là đặt công suất Qcb vào mạch vòng. Chúng ta xét phương pháp này. Hình 7.3. Sơ đồ mạng điện không đồng nhất Trong trường hợp tổng quát công suất cân bằng Scb được xác định theo công thức: Scb=V3UdđÌcb= ^ ! ^ (7.27) trong đó: Udđ- điện áp danh định của mạng điện; Ècb- sức điện động đặt vào mạch vòng; z k- tổng trở của mạch vòng. Từ công thức (7.27) tính được sức điện động cân bằng Ecb: • • Ẽ * = ^ ? r L = E ;b + jE :b (7.28) Udđ Nếu công suất cân bằng được tạo ra chỉ bằng công suất phản kháng thì: Scb = jQcb (7.29) 169 https://tieulun.hopto.org khi đó: r? T-7' . :r?ff jQ c b ( ^ k J ^ k ) _ E cb = E cb + JE cb = --------------- 7 7 -------------- --u dđ Q c b ^ k ; Q c b ^ k 77 u dđ J ¿H i m 77 u dđ Đối với các đường dây trên không và các máy biến áp điện áp từ 110 kV trở lên thì X » R, vì vậy có thể tính gần đúng sức điện động cân bằng Ecb như sau: (7.31) udd Từ biểu thức (7.31) nhận thấy rằng, có thể tạo ra giá trị cần thiết của công suất cân bằng s cb chỉ bằng dòng công suất phản kháng Qcb? để nhận được Qcb chi’ cần đặt sức điện động nối tiếp E ’cb vào mạch vòng. Sức điện động này có thể tạo ra bằng các máy biến áp trong mạch vòng. Sức điện động E ’ Cb được xác định theo công thức: E;b= u dđ( i - n k i) i=l trong đó: (7.32) ki - tỷ số biến áp của nhánh thứ i trong mạch vòng; n - số nhánh trong mạch vòng. Sử dụng sức điện động nối tiếp - song song cho phép thay đổi không những các dòng công suất tác dụng, mà còn thay đổi các dòng công suất phản kháng và phân phối lại chúng, sao cho mỗi một dòng công suất là dòng công suất kinh tế. Công suất cân bằng do máy biến áp điều chỉnh bổ sung tạo ra để chuyển từ phân phối tự nhiên đến phân phối kinh tế được xác định theo công thức: S Cb = S|(t - Stn = (Pkt - Pln) + j (Qkl - Qtn) = Pcb + jQ cb (7.33) trong đó S);,, s,„ là công suất khi phân phối kinh tế và tự nhiên. Các thông số cần thiết của máy biến áp điểu chỉnh bổ sung là: Ècb = E ; b + j E ; b (7 .3 4 ) u dđ u dd Sau khi khai triển nhận được: P' _ ^*cb^k + Qcb^k . E‘‘ --------ũ dd ...... ; E:" Đối với các mạng điện trong đó X » theo các biểu thức: p ' — Q cb^k cb u u dd 170 . ^cb^k —Qcb^k u dd R, cỏ thể tính gần đúng Ecbvà E’c’b p» _ £ * X k cb U u ‘dđ (7.35) https://tieulun.hopto.org Dấu của các sức điện động nối tiếp và song song phụ thuộc vào chiểu yêu cầu của công suất cân bằng cưỡng bức Pcb và Qcb. Ví dụ đặt các sức điện động dương E ’eb và E ” b vào một trong các pha của sơ đồ (hình 7.3) cho trên hình 7.4. Để giảm cấp điện áp danh định và công suất danh định của máy biến áp điều chỉnh bổ sung, các máy biến áp này thường được đặt ở các nhánh có khả năng tải nhỏ của mạng điện hạ áp. Vị trí đặt hợp lý của máy biến áp điều chỉnh bổ sung là nhánh của máy biến áp liên kết giữa hai cấp điện áp danh định khác nhau của mạng điện. Công suất danh định của máy biến áp điều chỉnh bổ sung được chọn theo các chế độ làm việc bình Hình 7.4. Đồ thị vectơ điện áp thường, cũng như chế độ sau sự cố. Trong nhiều trường hợp vị trí đặt hợp lý của máy biến áp điều chỉnh bổ sung có điều chỉnh nối tiếp - song song là trung tính của các máy biến áp liên kết hay máy biến áp tự ngẫu. Một trong các sơ đồ nối máy biến áp điều chỉnh bổ sung cho ở hình 7.5. Máy biến áp điểu chỉnh bổ sung / được cung cấp từ máy biến áp điều chỉnh //. Máy biến áp điều chỉnh II nối với cuộn dây hạ áp của máy biến áp chính. Hình 7.5. Sơ đồ nguyên lý nối máy biến áp điều chỉnh bổ sung vào trung tính của máy biến áp điện lực 171 https://tieulun.hopto.org