TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

1

HIỆU QUẢ KINH TẾ-KỸ THUẬT KHI SỬ DỤNG KHÁNG BÙ NGANG
CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI DÀI
ECONOMIC AND TECHNOLOGICAL EFFECTIVENESS IN THE USE OF
CONTROLLED SHUNT REACTORS ON EHV TRANSMISSION LINES

Lê Thành Bắc
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo đánh giá hiệu quả kinh tế -kỹ thuật có thể mang lại trên đường dây truyền tải
500 kV đoạn Hòa Bình -Phú Lâm với hai phương án dùng thiết bị bù công suất phản kháng:
phương án 1 dùng kháng bù ngang không điều khiển kết hợp tụ bù dọc và ph ương án 2 chỉ
dùng loại kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở
phương án 2 khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển sẽ là phương án sử dụng thiết bị đạt
hiệu quả rất cao, cho phép nhanh chóng thu hồi chênh lệch vốn đầu tư của thiết bị bằng việc
giảm bớt tổn thất công suất trên đường dây và giảm chi phí khi vận hành hệ thống.
ABSTRACT
This paper presents an evaluation of economic and technical effectiveness by using
controlled shunt reactors on EHV transmission lines of HoaBinh-PhuLam 500KV Power Station.
Two procedures are proposed in the Vietnam EHV transmission lines: (1) The combination of
un-controlled shunt reactors and series capacitors; (2) Using only controlled shunt reactors in
the control of transformer mode. The study results show that the second proposal brings the
highest effectiveness in economy and technology as well. Load loss and operation cost on the
power system are reduced. Consequently, the term of the loan refund for equipment investment
is shortened.

1. Đặt vấn đề

vậy việc nghiên cứu ứng dụng kháng điều khiển loại này vào đường dây truyền tải dài
500 kV Bắc-Nam ở nước ta thực sự là một nhiệm vụ quan trọng và cấp thiết.
Bảng 1. Các thông số cơ bản của các phân đoạn của đường dây 500 kV
Hòa Bình-Phú Lâm
Số TT
phân
đoạn
(k)
Phần đường
dây
Độ dài
sóng
k
λ

R
(
k
W
)
Mức bù
dọc
ck
сk
Lk
X
η
X
=


, А
1 Hà Tĩnh 0,357 9,44 0,63 332 0,771 35,06 1000
2 Đà Nẵng 0,409 10,82 0,554 380 0,673 49,1 1000
3 Pleiku 0,271 7,19 0,59 252 0,722 30,1 1000
4 Phú Lâm 0,52 13,78 0,592 483 0,72 57,19 1000
2. Đánh giá hiệu quả về kỹ thuật của 2 phương án: phương án lắp kháng không
điều khiển kết hợp tụ bù dọc hiện nay và phương án nếu ứng dụng kháng điều
khiển kiểu biến áp УШРТ
Lắp đặt kháng không điều khiển và tụ bù dọc đã thực sự cải thiện được một số
vấn đề kỹ thuật trong vận hành đường dây dài [1, 2]. Trong trường hợp này quan hệ
giữa độ chênh lệch của điện áp ở đầu (U
1
) với điện áp ở cuối đường dây (U
2
ΔP
) với quan
hệ tổn thất công suất trên đường dây trên công suất truyền tải dọc theo đường dây 500
kV ( /P) từ Hòa Bình đi Phú Lâm theo [2, 4] đưa ra trên hình 2 và hình 3.
Hòa Bình
Đà Nẵng
Phú Lâm
Hà Tĩnh
Pleiku
I
2
1
λ

I
1

c1
p4
Q
2

p3
Q
2

p3
Q
2

p2
Q
2

p2
Q
2

p1
Q
2

p1
Q
2

I

đảm bảo duy trì độ chênh điện áp hai đầu đường dây là 1
12
U /U££
1,05 (xem hình 2)
trong tất cả các chế độ truyền tải mà không cần lắp đặt thêm tụ bù dọc, đồng thời cho
phép tăng khả năng truyền tải của đường dây từ không tải đến công suất tự nhiên [2, 6]. 0,3
6
0,8
4
0,6 0,7 0,5
2
10
12
14
0,4
P/P
tn.н
8
16
18
20
22
24
0,9
1,0
3
2

trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm v
ới công suất
truyền tải trên đường dây P/P
tn
: Phương án 1 với mức
bù ngang và bù dọc (
tn
β /( .λ)
к
Q
P
=

và
η/XX
c
cL
=
theo bảng 1) (các đường cong 1, 3, 5, 7,
9, 11). Phương án 2 khi lắp đặt УШРТ với luật điều
chỉnh như bảng 2 (các đường cong 2, 4, 6, 8, 12) tương
ứng khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây là:
cosφ
=1 (đường 1,2);
cosφ
=0,99 (đường 3,4);
cosφ
=0,98 (đường 5, 6);
cosφ
=0,97 (đường 7, 8);

6
4
1
1
2
3
4
5
6
Hình 2. Quan hệ điện áp U
1
/U
2
ph
ụ thuộc
công suất truyền tải P/P
tn
trên đường dây
500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi hệ số
tải
cos 0,95
φ
≥
:
– Phương án 1 l
ắp đặt kháng bù ngang và tụ
bù dọc như hiện nay, mức bù:
tn
β Q /(P .λ)
к

bảo yêu cầu 1
≤
U
1
/U
2
≤
1,05 (các đường
nét liền).

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

4Hình 4. Sơ đồ đường dây truyền tải 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi lắp đặt kháng điều khiển.
Bảng 2. Luật điều khiển [2] cho kháng bù ngang УШРТ để hạn chế độ chênh điện áp giữa hai đầu
đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm 1
£
U
1
/U
£
2

1,05
Điều kiện duy trì
điện áp
Hệ số công suất
tải cuối đường

U
≤≤

1
tn
2
β1
P
P

= −


–
tn
tg
λ
P
P
ϕ

0,33 1,157-0,479(P/P
tn
)-1,001(P/P
tn
)
2

0,99 0,18 1,158-1,206(P/P
tn

)
2

Cần phải lưu ý rằng, khi muốn thực hiện điều khiển kháng УШРТ trong chế độ
dòng điện dung thì cuộn dây bù của nó cần phải nối thêm một dung lượng tụ với công
suất khá lớn. Ví dụ, khi muốn hệ số bù
β1=-
thì tổng công suất của bộ tụ (Q
c.b

) trong
các mạch lọc phải bằng công suất phản kháng toàn bộ của kháng УШРТ [3].
Hình 5. Sơ đồ khi ứng dụng kháng điều khiển kiểu biến áp phối hợp hệ thống tụ bù
lắp đặt tại trạm biến áp phụ tải để bù công suất phản kháng tải
nhằm nâng cao hệ số công suất ở cuối đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm.
Khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây
cosφ
<1, thì dọc đường dây
ngoài dòng tác dụng còn phải truyền tải một dòng phản kháng lớn, đây là nguyên nhân
làm tăng tổn thất công suất trên đường dây. Bởi vậy, tối ưu nếu loại bỏ được việc truyền
tải công suất phản kháng tới tải và thực hiện bù lượng công suất phản kháng tải yêu cầu
tại trạm biến áp phụ tải ở cấp điện áp 20 kV (hình 5).
U
2
=220 kV
Phú Lâm

Т
1
Т


Hà Tĩnh
Đà Nẵng
Pleiku
Phú Lâm
I
2
4
λ

3
λ

2
λ

1
λ

I
1
I
p5
I

β

2.2
β

2.1
β

1.1
β

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

5

Bù tại tải sẽ đòi hỏi công suất của các tụ bù nhỏ hơn, bởi do điện áp của lưới
cung cấp thấp hơn. Công suất các tụ bù ở đây cần đảm bảo bù hết công suất cảm kháng
cực đại của tải tạo ra. Đồng thời để bù công suất phản kháng dư của bộ tụ bù gây ra khi
tải nhỏ sẽ hợp lý hơn nếu lắp đặt một kháng tiêu thụ có điều khiển ở trạm trung gian,
kháng này nối trực tiếp vào thanh cái phía 220 kV của trạm (hình 5). Trong trường hợp
này loại bỏ được truyền tải dọc đường dây công suất phản kháng để cấp cho tải (làm
cosφ
=1) và bằng cách này cho phép tăng khả năng truyền tải của đường dây đạt đến
công suất tự nhiên của nó.
Nếu truyền tải công suất tự nhiên trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm khi
hệ số công suất phụ tải
cosφ
=1 thì sau khi đã mất đi tổn thất trên đường dây công suất
cực đại phía cuối đường dây mà tải nhận được là 789 MW (xem hình 3). T ổng quát khi hệ
số công suất của tải là

mаx
- Q
Мvar
min
Công suất
kháng
УШРТ
Мvar
Cå
, µF
Р
МW
max

å
Q
c.c
= Q
Р
max ,
Mvar

МW
min
Q
Мvar
min

0,95


USD. (4)
6
Kết quả tính toán cũng cho thấy nếu thay thế kháng không điều khiển và tụ bù
dọc hiện nay trên đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm bằng kháng điều khiển thì có
thể giải quyết được vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống, đảm bảo hạn chế được độ sụt
điện áp ở cuối đường dây truyền tải trong phạm vi 1
USD.
12
U /U££
1,05 trong tất các chế độ
vận hành thông thường của đường dây mà không cần sử dụng tụ bù dọc (khi
cosφ 0,95³
– xem hình 2).
Ngoài ra khi lắp đặt kháng УШРТ còn làm:
− giảm bớt đáng kể tổn thất công suất tác dụng trên đường dây 500 kV so với
phương án hiện nay (xem hình 3);
− tăng khả năng truyền tải của đường dây 500 kV Hòa Binh-Phú Lâm đến công
suất tự nhiên là 930 МW;
− loại trừ việc sử dụng tụ bù dọc trên đường dây và cả thiết bị điều chỉnh dưới tải
của các máy biến áp 500 kV ở cuối đường dây;
Hợp lý hơn cả là tiến hành bù hết công suất phản kháng điện cảm của phụ tải
bằng cách lắp đặt các tụ bù không điều khiển trực tiếp tại các trạm biến áp phụ tải phía
thanh cái 20 kV (hình 5). Khi này giảm bớt được việc phải truyền tải công suất phản
kháng dọc đường dây 500 kV cho tải (nếu
cosφ
=1) và tăng khả năng thông qua của
đường dây tới cực đại [2, 6]. Các nghiên cứu cũng cho thấy tổng công suất cần thiết của
các bộ tụ bù cần lắp phía thanh cái 20 kV trong các trạm biến áp phụ tải cũng sẽ nhỏ
hơn đáng kể so với công suất các tụ cần nối vào cuộn bù của kháng УШРТ để mở rộng
phạm vi điều chỉnh của kháng tới dòng dung

, А
Đơn giá
USD/Mvar
Tổng giá mua
(Ц), (đơn vị 10
6

USD)

1
Kháng bù ngang 500 kV 1042 10.000,0 10,42
Tụ bù dọc 1000 744 10.000,0 7,44
2 Kháng УШРТ 500 kV 1450 20.000,0 29,00
Sự chênh lệch vốn đầu tư thiết bị của 2 phương án:

D
Ц=Ц
(1)
– Ц
(2)
=29,00.10
6
– (10,42+7,44).10
6
= 11,14. 10
6
Từ đồ thị phụ tải ngày đặc trưng của hệ thống truyền tải 500 kV Bắc-Nam theo
[8, 9] ta có thể chọn được phụ tải trung bình của đường dây 500 kV Hòa Bình-Phú Lâm
là P
USD. (5)

ΔP
%
Điện năng truyền
tải trên đường
dây trong 1 năm
(W
năm
Tổn thất điện
năng 1 năm
), МW.h
nam
WD
,
МW.h
Đơn giá
USD/
kW.h.
Giá điện
năng tổn
thất 1 năm
(
ПD
)
10
6
USD.
Đầu Р Cuối Р
1 2

1 558 490,5 12,1 4888080 591457,68 0,05 29,57

6
Thành thử việc tăng giá đầu tư do dùng thiết bị bù có điều khiển УШРТ trong
USD. (7)
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

8

phương án 2 có thể bù lại bằng giảm chi phí do giảm điện năng tổn thất trên đường dây
trong vận hành. Gọi thời gian vận hành hệ thống 500 kV liên tục để có thể bù lại chi phí
đầu tư tăng của phương án 2 so với phương án 1 (
ЦD
) bằng giảm tổn thất điện năng
trên đường dây với giá trị trong thời gian một năm (
D
П) là T, thì:
Т=
Ц
П
D
D
=
11,14
6,74
=1,653 năm. (8)
Kết quả cho thấy rằng hiệu quả giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền
tải cho phép nhanh chóng bù lại chênh lệch giá trị thiết bị bù có điều khiển chỉ sau 1,65
năm hệ thống vận hành liên tục với công suất trung bình khoảng 500 MW.
Với trường hợp khi hệ số công suất của phụ tải cuối đường dây đã được bù để
đạt
cosφ1=

Tổn thất công
suất
ΔP
%
Điện năng truyền
tải trên đường dây
1 năm (W
năm
),

Tổn thất
điện năng 1
năm
МW.h
nam
WD
,
МW.h
Đơn giá
USD/
kW.h.
Giá điện
năng tổn
thất 1 năm
(
ПD
)
10
6
USD.

6
– (48,23) 10
6
= 24,68. 10
6
Thời gian vận hành hệ thống 500 kV liên tục để có thể bù lại chi phí đầu tư tăng
của phương án 2 so với phương án 1 (
USD. (10)
ЦD
) bằng giảm tổn thất điện năng trên đường
dây với giá trị trong thời gian một năm (
D
П) là:
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

9

Т=
Ц
П
D
D
=
11,14
24,68
=0,45 năm. (11)
Bằng cách lắp đặt kháng УШРТ phối hợp tụ bù tĩnh tại trạm biến áp phụ tải cuối
đường dây 500 kV (để đảm bảo
cosφ1»
) cho phép rút ngắn hơn nữa thời gian thu hồi

dọc theo đường dây 500 kV Bắc-Nam cần phải dùng đến phạm vi điều chỉnh dòng điện
dung của kháng УШРТ.
− Hợp lý nhất là biện pháp sử dụng kháng УШРТ kết hợp tụ bù tĩnh tại các trạm
biến áp phụ tải để bù hết thành phần cảm kháng của tải cuối đường dây (để
cosφ1»
).
Khi đó УШРТ có thể ổn định điện áp dọc theo đường dây truyền tải trong phạm vi thay
đổi tới 5%.Uđm và giảm thấp tổn thất công suất trên đường dây (
PD
% =13,3 % khi
truyền tải P=Ptn= 930 МW). Lúc này tăng khả năng truyền tải của đường dây 500 kV
Bắc-nam tới công suất tự nhiên.
− Giảm nhỏ đáng kể tổn thất công suất trên đường dây truyền tải 500 kV khi ứng
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

10

dụng УШРТ cho phép bảo đảm nhanh chóng bù lại chênh lệch chi phí đầu tư thiết bị bù
mới trên đường dây. Khi truyền tải liên tục theo đường dây công suất trung bình thì thời
gian cho phép hoàn trả chênh lệch đầu tư thiết bị kháng УШРТ so với thiết bị bù hiện
nay là khoảng 1,65 năm, còn khi tăng công suất yêu cầu của tải cuối đường dây lên 763
МW thì thời gian chỉ còn gần 6 tháng. Nếu kể thêm cả chi phí cho bộ điều chỉnh dưới
tải lắp cho các máy biến áp 500 kV như hiện nay (bằng khoảng 30% giá thành máy biến
áp) thì hiệu quả kinh tế của kháng có điều khiển còn cao hơn nữa. Bởi vậy, bài báo này
đưa ra đánh giá kháng УШРТ như là một thiết bị truyền tải điện xoay chiều ưu việt, cho
phép đạt hiệu quả kinh tế lớn bằng giảm tổn thất công suất trên đường dây truyền tải dài
trong quá trình vận hành hệ thống.
− Ứng dụng kháng có điều khiển УШРТ vào hệ thống truyền tải dài của nước ta
cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế-kỹ thuật và nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư cơ bản.
Độ tin cậy của hệ thống năng lượng khi làm việc với kháng điều khiển được tăng lên