PHÂN BAN B1. Nguồn điện
1

PHÂN TÍCH, MÔ PHỎNG, ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN
ĐỂ NÂNG CAO NĂNG LỰC THU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CỦA MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA
Đỗ Việt Bách
Công ty Thủy điện Sơn La
Tóm tắt: Báo cáo gồm có các nội dung chính:
1. Tính toán trào lưu công suất phản kháng qua máy biến áp, kiểm nghiệm thông
số thực tại Nhà máy thủy điện Sơn La, đề xuất 2 phương án tăng hiệu quả thu
công suất phản kháng tại Nhà máy thủy điện Sơn La.
2. Tác giả đã viết 2 phần mềm là “Power characteristic curve 1.1” (vẽ đặc tính
công suất máy phát đồng bộ) và “Reactive Power Flow Analysis 1.1” (tính toán
trào lưu công suất phản kháng) để mô phỏng hiệu quả của từng đề xuất cải tiến
với độ chính xác cao.
3. Hai cải tiến là thay đổi nấc phân áp MBA tăng áp và giảm điện áp đầu cực máy
phát (< 95% điện áp định mức) được tách thành 2 phần riêng biệt, có phân tích cụ
thể ưu điểm và những vấn đề cần phải giải quyết khi sử dụng thay đổi đó.
4. Các phần mềm được viết với dữ liệu nhập vào tùy chọn, có khả năng ứng dụng
trên toàn bộ máy phát đồng bộ của hệ thống. Nâng cao khả năng thu Q của các
máy phát nối lưới, đảm bảo vận hành an toàn, ổn định cho tổ máy và hệ thống.
Chế độ vận hành thường xuyên của máy phát Nhà máy thủy điện Sơn La: Nhà máy thủy điện
Sơn La là nhà máy điện ở xa phụ tải, sử dụng truyền tải siêu cao áp 500 kV với 3 lộ xuất tuyến,
đặc biệt lộ Nho Quan với chiều dài gần 300 km nên chế độ vận hành thường xuyên của máy
phát SF400-66/16470 là chế độ thu công suất phản kháng từ lưới về, đặc biệt là vào giờ thấp
điểm đêm.
1. KHẢ NĂNG THU Q CỦA MÁY PHÁT TỪ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT QUA MBA
TĂNG ÁP
Khó khăn khi mô phỏng là không có thông số của hệ thống 500 kV, máy phát điều chỉnh
_ hệ thống sẽ đáp ứng theo & ta không có thông số để mô phỏng nó. Tuy nhiên ta có thể


Chuyển các biến trong đồ thị vector máy biến áp sang dạng phức, chọn góc pha = 0 tại I
va
vậy
ta có:
Điệp áp stato:
 
1
UU

  Sức điện động tổng -E
1
:
 
1 1 1 1 1 1 1
E U jI X I R E

     Ta cũng có:
arctan
Rm
Xm





Vì I
0X
trễ pha hơn –E
1
góc  nên
 
00
/2
XX
II

  

Theo đồ thị vector:
2 0 1
'I I I

Cuối cùng:
2 1 2 2 2 2
' ' ' 'U E jI X I R   

Và:
500 2
2
500
'
kV BA
kV
BA

U18kV
U500kV
U500kV/n5
I18A
I500A
I500A(V)|
1
-6.50
-111.90
17.23
507.97
495.32
3755.91
133.08
36.58
2
300.50
-97.90
17.24
507.57
494.98
10584.04
372.30
82.09
Kiểm tra với ảnh chụp ngày 11/11/2013 ta thấy kết quả điện áp phía 500kV (khi đó MBA của
H4 và H6 đều đang đặt nấc IV) là chính xác.
Từ bài toán thuận theo yêu cầu tính toán (cho mô phỏng ở phần sau) ta cần xác định bài toán
ngược: Có công suất tác dụng, công suất phát kháng của máy phát & điện áp cao áp MBA cần
xác định điện áp phía hạ áp máy biến áp (đầu cực máy phát) là bao nhiêu.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC

5

Dữ liệu nhập vào tùy chọn: Người dùng nhập từ bàn phím hoặc tích chuột chọn “Default”
chương trình sẽ tự điền thông số của máy biến áp tăng áp 18/500kV của nhà máy thủy điện
Sơn La.
Nhập xuất dữ liệu lưu ở dạng bảng đơn giản, dễ tùy biến: Dữ liệu nhập được lấy từ 1 file Excel
khi người dùng tích chuột vào biểu tượng góc trên bên phải chương trình, tương tự kết quả
sau tính toán có thể lưu vào 1 file excel bằng cách tích chuột vào biểu tượng góc trên bên
phải chương trình. Việc xuất ra file excel sẽ đơn giản cho chỉnh sửa và báo cáo.
2.2. Ứng dụng của “Reactive Power Flow Analysis 1.1”
 Sử dụng phần mềm “Reactive Power Flow Analysis” để mô phỏng xem khả năng thu
thêm lượng Q của máy phát là bao nhiêu trước khi chuyển nấc phân áp.
 Phần mềm “Reactive Power Flow Analysis” ứng dụng để xác định điện áp đầu cực cần
giảm đến bao nhiêu mà vẫn đảm bảo vẫn giữ được điện áp hệ thống và sau đó sử dụng
phần mềm “Power characteristic curve” để kiểm tra xem với điện áp và lượng Q thu về
đó máy phát có ổn định không.
Hai ứng dụng này được trình bày rõ ràng ở mục 3. và 4. dưới đây.
3. THAY ĐỔI NẤC PHÂN ÁP MÁY BIẾN ÁP TĂNG ÁP CỦA MÁY PHÁT
3.1. Thay đổi trào lưu công suất phản kháng từ máy biến áp tăng áp
Phân tích:
Máy biến áp tăng áp SFP-467000/500 nhà máy thủy điện Sơn La sử dụng là biến áp 3 pha 2 dây
quấn với 5 nấc phân áp điều áp không điện như sau:
Phía cao áp
Phía hạ áp
Vị trí của nấc
phân áp
Bộ chọn đầu
nối ra
Điện áp
(V)

1
2
498.50
(kV)
18
E
k
E


HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
6

Dễ thấy
'
kk
(1)
Bây giờ giả sử điện áp thực tế phía cao áp tại GIS là
1
(kV)
x
E
khi đó:
Điện áp phía 18kV tại nấc phân áp IV là:
1
2
x
x
E
E

/Vf
có thể làm việc cắt toàn bộ máy cắt 500 kV nhà máy TĐSL
khi không có máy nào nối lưới để khống chế điện áp, vấn đề này sẽ được phân tích ở 3.2;
 Điều chỉnh nấc phân áp đòi hỏi phải phối hợp với sự tính toán của A
0
cho phù hợp với
chế độ vận hành của hệ thống, và phải được sự đồng ý của A
0
. Nấc phân áp V là nấc mà
A
0
đã tính toán và chọn đặt đầu tiên cho Thủy điện Sơn La (sau sự cố
/Vf
mới đặt lại
nấc IV) - nên có thể nói nấc V là nấc đã được tính toán phù hợp;
 Khi đặt phân áp nấc V sẽ thu được Q nhiều hơn đồng nghĩa với việc máy phát SFP-
467000/500 sẽ phát được lượng Q ít hơn, điều này không gây ảnh hưởng bởi chế độ vận
hành thường xuyên của máy phát là thu Q, phát Q chủ yếu vào ban ngày hoặc giờ cao
điểm với lượng khá nhỏ. Vấn đề phối hợp giữa các máy phát đặt nấc IV & nấc V trong
giờ cao điểm, giờ thấp điểm sẽ được trình bày cụ thể trong mục 2.3.5. Khi thực tế ngày
05/10/2013 TĐSL có máy 6 chuyển sang đặt nấc V, 5 máy còn lại vẫn giữ nấc IV.
3.2. Kiểm tra bảo vệ quá từ thông 24T khi MBA tăng áp đặt nấc phân áp V
Nhà máy Thủy điện Sơn La đã từng bị nhảy tất cả các máy cắt 500kV do bảo vệ quá từ thông
MBA 24T tác động làm mất toàn bộ tự dùng xoay chiều nhà máy (xảy ra khi không có máy phát
nào nối lưới làm điện áp 500kV tăng cao tại thời điểm tần số f ), sau đó chỉnh định bảo vệ 24T
của MBA 500kV Sơn La từ 1.05 lên 1.1 xác nhận giá trị 1.1 sau 1000s thì tác động cô lập MBA.
PHÂN BAN B1. Nguồn điện
7

Với chỉnh định giá trị tác động bảo vệ là 1.1 tại thời điểm điện áp vận hành


(k )
vh
VV

Ghi chú
49.8
546.430
Giới hạn điều tần cấp 1
49.5
543.140
Giới hạn điều tần cấp 2
49.0
537.653
Giới hạn sa thải phụ tải
46.2
506.930
Giới hạn bảo vệ kém tần máy phát tác động
Theo bảng trên ta thấy khi tần số là 49 Hz điện áp 500kV lên tới 537.65 kV mới có thể làm 24T
khởi động.
Theo bảng trên chỉ có f
vh
= 46.2 Hz và điện ápV
vh
 506.93 kV bảo vệ 24T sẽ khởi động, lúc đó
nếu có 1 máy phát nối lưới thì khi đặt công suất phản kháng Q = 0 điện áp đầu cực sẽ là:
506.93
18 18.30 kV,
498.75


% | P | Q | U500 |
ts = [ -6.5 -209.8 508];
Sau đó chạy chương trình chính từ file “ap18CTCn2.m” ta được kết quả:

Tu dien ap 500kV & Q thu ve suy ra U18kV can dat

|STT | P | Q | U18kV IV| U18kV V| U500kV |

1 -6.50 -209.80 16.64 17.12 508.00

Từ tính toán trên ta thấy ban đầu H4 điện áp U
18kV
= 17.23 kV thu về Q là -111.90 MVar, cùng
với sự phối hợp của H6 thu thêm Q là -97.9 MVar giữ được điện áp 500 kV là 508 kV.
Bây giờ nếu muốn máy bù H6 bằng 2 tổ máy thì dữ kiện đầu bài là H6 phải thu về được Q là
-111.9 – 97.9 = -209.8 MVar, kết quả cho thấy điện áp 18kV phải đặt là 16.64kV nếu MBA đặt
nấc IV & phải đặt điện áp là 17.12 kV nếu MBA đặt nấc V.
Với kết quả tính toán trên cho thấy rõ khi đặt nấc phân áp từ IV lên V với cùng điện áp phía
18 kV (17.23 kV & 17.12 kV) H6 sẽ thu được lượng Q nhiều hơn là -97,9 MVar. Lượng Q này
là đáng kể nó cho thấy khi chuyển nấc phân áp năng lực giúp giảm điện áp lưới của tổ máy tăng
lên rất nhiều.
Kết quả thực tế khi MBA T6 chuyển sang nấc V vào ngày 16/01/2014: Nếu đặt điện áp 18 kV
như nhau, H6 thu được nhiều hơn các máy khác có MBA đặt nấc IV từ 74.5 MVar → 89.5
MVar.
3.4. Phối hợp điều chỉnh điện áp giữa các tổ máy có MBA đặt nấc IV & V
3.4.1. Giờ thấp điểm, cần giảm điện áp lưới
Như ta đã biết bản chất công suất phản kháng là đặc trưng cho phần công suất dao động trong
hệ thống, nó phóng – nạp từ trường trong phần tử điện cảm và điện trường trong phần tử điện
dung. Công suất phản kháng không có ý nghĩa về năng lượng nhưng lại có ý nghĩa về điều chỉnh
điện áp, và mặt hại cơ bản của công suất phản kháng là vẫn gây dòng điện trên thanh dẫn stato

511.875
1.0263
498.75
U 
chính chênh
lệch này đã quy đổi làm giảm điện áp phía 18kV đi 1.0263 lần. Như vậy máy phát nối với
MBA đặt nấc V có điện áp là 18kV sẽ tương đương với máy phát nối với MBA đặt nấc
IV có điện áp đầu cực là:
18
18 18 17.54 0.46 kV
1.0263
U     

Hoặc để đảm bảo cùng một xu hướng giảm điện áp lưới, ta có thể chuyển kích từ sang chế độ
AQR (Ta sẽ đặt Q < 0 ) ở các tổ máy có MBA cùng nấc phân áp IV, sau đó chỉ cần quan tâm
hút Q ở các tổ máy có MBA đặt nấc V.
3.4.2. Giờ cao điểm
Chuyển nấc phân áp giảm được điện áp nhiều hơn cũng có nghĩa là tăng điện áp được ít hơn, H6
sẽ phát được ít Q hơn các máy khác.
Vì vậy vào giờ cao điểm nếu không cần huy động hết các tổ máy thì ưu tiên phát các tổ máy nối
với MBA đặt nấc IV & chú ý phối hợp đặt điện áp đầu cực giữa các máy phát.
4. GIẢM GIỚI HẠN KÉM ÁP ĐẦU CỰC MÁY PHÁT
Để tăng năng lực hút Q cho máy phát ngoài việc thay đổi nấc phân áp của MBA tăng áp, ta sẽ
xét tới việc cho phép đặt điện áp đầu cực máy phát
95% 17.1 kV
dm
U
.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
10

giới hạn kém áp ở tổ máy H1 và H4, với các tổ máy H2, H3, H5, H6. Trong chế độ bù tự
dùng riêng tổ máy gần như không cần sử dụng: Van AA003 đóng, ko cần bơm dầu điều
tốc nhiều vì cánh hướng luôn đóng, MBA cũng không phải chạy quạt, bơm để làm mát
nên không cần dự phòng cao & tự dùng tổ máy lấy từ 1 phía là đảm bảo.
b) Máy biến áp không bị ảnh hưởng bởi kém áp, và thực tế không có bảo vệ kém áp máy
biến áp.
c) Điện áp MBA kích từ TE không bị ảnh hưởng: Điện áp đầu cực MBA giảm đi, sẽ làm
điện áp đầu ra MBA TE giảm, vì so với công suất chỉnh lưu công suất MBA TE là rất lớn
nên giả sử điện áp đầu cực còn 90% khi đó điện áp sơ cấp TE sẽ đạt khoảng
0.9 850 765V  
vẫn thỏa mãn
()
412 ,
kt dm
UV
mặt khác khi thu Q ta sẽ chỉ dùng
dòng kích từ rất nhỏ, nên điện áp sơ cấp TE giảm nhẹ sẽ không ảnh hưởng tới điều chỉnh
của cầu chỉnh lưu.
Nhận xét: Với các vấn đề đã được phân tích ở trên để đảm bảo tổ máy vận hành an toàn ổn định
ta sẽ chỉ giảm điện áp đầu cực máy phát đối với các tổ máy đang trong chế độ bù, và thỏa mãn
được 2 mô phỏng theo tuần tự mục 4.2 và 4.3 dưới đây.
PHÂN BAN B1. Nguồn điện
11

4.2. Xác định độ lớn điện áp đầu cực cần giảm
Sử dụng thông số thực tế tại Nhà máy thủy điện Sơn La 22h45’ ngày 11/11/2013 khi đó H4, H5
đang GE & H6 đang GC.
Đặt AQR H5 = 0, lấy thông số thực tế của H4 và H6 đưa vào file “thongsoU18n1.m”
% | P | Q | U |
nut18 =

Bây giờ nếu muốn máy bù H6 bằng 2 tổ máy thì dữ kiện đầu bài là H6 phải thu về được Q là
-111.9 – 97.9 = -209.8 MVar, kết quả cho thấy điện áp 18kV phải đặt là 16.64 kV nếu MBA đặt
nấc IV.
Sử dụng “Reactive Power Flow Analysis 1.1” cho tính toán:

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
12

4.3. Kiểm tra điện áp cần giảm nằm trong đặc tính P – Q của máy phát
Theo 4.2. ta sẽ kiểm tra xem với U
18kV(S)
= 16.64kV ; P = -6.5MW; Q = -209.8MVar có nằm
trong đặc tính P – Q của máy phát SF400-66/16470 hay không.
Sử dụng phần mềm “Power characteristic curve 1.1” dễ dàng kiểm tra được điều này:

Chương trình cho thấy với điện áp 16.64kV máy phát có thể thu Q
max
= -312 MVar, với
Q = -209.8 MVar đảm bảo nằm trong vùng đặc tính P – Q.
Như vậy bằng 2 phần mềm mô phỏng tổ máy bù có thể giảm điện áp xuống < 95% điện áp định
mức để giữ điện áp 500 kV mà vẫn đảm bảo tổ máy vận hành ổn định.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Máy điện 1 - Vũ Gia Hanh (chủ biên), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[2] Máy điện 2 - Vũ Gia Hanh (chủ biên), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[3] Phân tích chế độ xác lập đường dây tải điện và lưới điện – Đỗ Xuân Khôi.
[4] Vận hành nhà máy điện - Trịnh Hùng Thám.
[5] Máy biến áp - Phạm Gia Bình, Lê Văn Doanh, Tôn Long Ngà.
[6] Underexcitation Protection based on Admittance Measurement – Dr. Hans-Joachim
Herrmann.