-Chơng vi-

tự động điều chỉnh điện áp
và công suất phản kháng trong hệ thống điện
6.1. Những vấn đề chung về điều chỉnh điện áp và công suất
phản kháng trong hệ thống điện .
Điện áp nh đã biết, là một trong những chỉ tiêu đặc trng cho chất lợng điện
năng. Trong quá trình vận hành bình thờng mức điện áp ở từng nút của hệ thống điện
phải đợc giữ trong giới hạn cho phép. Trị số thực tế của điện áp ở mỗi nút của hệ thống
điện luôn thay đổi theo chế độ vận hành của hệ thống và cân bằng công suất phản
kháng ở từng nút phụ tải.
Cân bằng công suất phản kháng phải đợc thỏa mãn ứng với các thông số đảm
bảo điều kiện làm việc bình thờng của lới điện và các hộ tiêu thụ điện. Điện trở tác
dụng của các phần tử lới điện thờng có trị số không lớn lắm, còn điện kháng thì phụ
thuộc vào khoảng cách pha, nghĩa là phụ thuộc vào cấp điện áp của lới điện. Nếu kể cả
điện kháng của máy biến áp thì điện kháng tổng của hệ thống có thể lớn hơn điện trở
tổng hàng chục lần.Vì vậy nếu vận chuyển công suất phản kháng từ chỗ này sang chỗ
khác của hệ thống sẽ gây nên tổn thất điện áp rất lớn trên các phân tử của hệ thống
điện.
Về mặt kinh tế, nên đảm bảo cân bằng công suất phản kháng ở từng cấp điện áp
của hệ thống điện, vì vậy vấn đề điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ
thống điện mang tích cục bộ (địa phơng) rất rõ rệt.
Nếu xét tổng thể hệ thống điện thì ở từng phần khác nhau, phơng pháp và phơng
tiện điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng rất khác nhau.
Điện áp trên thanh cái của máy điện và trong lới cung cấp (truyền tải) có thể
điều chỉnh bằng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện. Các
máy phát điện đồng bộ có thể:
- Phát công suất phản kháng trong chế độ quá kích thích:
- Tiêu thu công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích.
- Thay đổi điện áp và công suất phản kháng một cách liên tục (trơn, không nhảy
cấp).

,công suất phản kháng ở máy phát điện đồng bộ
Điều chỉnh điện áp v công suất phản kháng ở máy phát điện đồng bộ đ ợc thực
hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích từ trong cuộn dây rô-to của máy phát điện
thông qua máy tự động điều chỉnh kích từ (TĐK).
6.2.1. Các thông số đầu vào của hệ thống tự động điều chỉnh kích từ.
1. Độ lệch tức thời của điện áp khỏi giá trị cho tr ớc: Máy điều chỉnh tiếp
nhận độ lệch này và thay đổi dòng điện kích từ của máy phát điện nhằm khôi phục lại
trị số đã cho của điện áp.
Một số máy điều chỉnh không thể giữ chính xác trị số điện áp cho trớc và có thể
có một sai số thống kê nào đó, sai số này càng bé nếu hệ số khuếch đại của máy điều
chỉnh càng lớn.
Khi điều chỉnh điện áp trên cực máy phát điện nhằm giữ cho điện áp máy phát
UF = const, ta có:
U F =

kc =

U 0
1+ k

x
U F
= d 0,
I F . P 1 + k

trong đó: U F - sai số thống kê khi đa máy điều chỉnh vào làm việc;
U 0 I F .P . X d - độ lệch ban đầu khi cha đa máy điều chỉnh vào làm
việc và điện áp đầu cực máy phát thay đổi do dòng điện stato thay đổi;
k = kF . kKT.kTDK hệ số khuyếch đại của hệ thống điều chỉnh hở bằng tích của
các hệ số khuyếch đại của máy phát điện (k F), máy kích thích (kKT) và máy tự động

* Sơ đồ (hình 6.1)
* Nguyên lý làm việc
- Khi điện áp đầu cực máy phát điện giảm nhiều thì các rơ le 1RU, 2RU đóng tiếp
điểm, các rơ le 1RG, 2RG tác động, rơ le 3RG có điện đóng tiếp điểm nối tắt R đc làm
cho dòng kích từ của máy phát điện kích thích tăng nhanh, U KT tăng nhanh làm cho IKTF
tăng nhanh, dẫn đến tăng điện áp máy phát điện xoay chiều.
Dùng hai rơ le kém áp nối vào hai biến điện áp khác nhau đặt ở đầu cực máy phát
điện xoay chiều và dùng hai tiếp điểm của 1RG, 2RG nối tiếp với nhau, nhằm đảm bảo
cho thiết bị không tác động nhầm khi đứt cầu chì trong mạch của biến điện áp.
Nếu đứt cầu chì của một biến điện áp nào thì một trong hai rơ le kém áp tác động
đóng tiếp điểm thì chỉ có một trong hai rơ le trung gian có điện (1RG, 2RG) sẽ báo tín
hiệu đứt cầu chì.
Các rơ le kém áp đợc nối vào điện áp dây bảo đảm cho thiết bị kích từ cỡng bức
tác động tốt khi ngắn mạch giữa các pha.
Chọn điện áp khởi động cho các rơ le kém áp
UKđR =

U dmF
trong đó: - kat = 1,2
k at .kv .nu

- kv = 1,05 ữ 1,15
* Ưuku điểm: Thiết bị đơn giản nên đợc đặt ở hầu hết các máy phát điện và máy
bù đồng bộ.
* Nhợc điểm: Không có tác dụng điều chỉnh trong vận hành bình thờng
(khi
điện áp đầu cực máy phát điện UF biến đổi ít theo phụ tải).

+



Từ 2BU đến

Hình 6 -1 Thiết bị tăng nhanh kích từ

2- Thiết bị giảm nhanh kích thích
* Nhiệm vụ:

48


Đa thêm RP vào mạch kích thích của máy phát điện kích thích khi điện áp đầu
cực máy phát điện xoay chiều tăng nhiều (khi mất phụ tải đột ngột của máy phát điện
tuốc bin nớc) nhằm mục đích làm cho điện áp máy phát điện xoay chiều đợc giảm
nhanh.
* Sơ đồ
_

RP


BU

Rđc

+

BU

+

- Máy biến áp BC dùng để ngăn mạch kích thích máy phát điện kích thích với
mạch thứ cấp của máy biến dòng có điểm nối đất.
Dòng điện kích thích của máy kích thích gồm hai thành phần:
iKT = iRKT + iK
của máy kích thích qua biến trở kích
trong đó iRKT: thành phần dòng điện kích thích
thích.
iK: thành phần dòng điện do thiết bị Kom pun cung cấp.
-

BI

iKT
Rđc

49

IF


iK

iRKT

BC

Rđ

Hình 6-3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Kom pun


bị Kom pun

IFmin

IFđm

IF

Hình 6-5
Quan hệ UF =f(IF) ở đầu cực máy phát khi có thiết
bị Kom pun với góc khác nhau

* Nguyên lý làm việc:
- Khi IF tăng ( UF giảm ) thì iK tăng. Kết quả Kom pun điều chỉnh tăng điện áp UF.
- Khi IF giảm ( UF tăng ) thì iK giảm, Kom pun có tác dụng điều chỉnh điện áp UF.
- Quan hệ giữa IF và UF ở đầu cực máy phát điện khi có Kom pun nh hình 6-4.
+ Đặc tính UF = f(IF) có điểm gẫy khi máy kích thích không có cuộn kích từ phụ.
Vì khi IF < IFmin thì điện áp ở hai đầu chỉnh lu bé hơn điện áp một chiều ở hai đầu
cuộn kích thích nên không thể có iK.
Khi IF > IFmin thì áp ở hai đầu chỉnh lu lớn hơn điện áp ở hai đầu cuộn kích thích
bắt đầu có iK. IFmin = ( 10 ữ 30)IFđm, các máy phát điện nói chung không làm việc với
phụ tải nhỏ nh vậy do đó nhợc điểm này có thể bỏ qua.
+ Nếu máy phát điện kích thích có cuộn kích từ phụ thì đặc tính sẽ không có
điểm gẫy.
* Nhợc điểm của Kom pun: là sự phụ thuộc của điện áp U F vào góc lệch pha của
phụ tải. Nh đã biết cùng một giá trị dòng điện IF nh nhau nhng phụ tải nào có cos nhỏ
sẽ làm cho điện áp máy phát giảm nhiều hơn ( ở đây xét phụ tải cảm kháng ). Tác dụng
của Kom pun chỉ phụ thuộc vào giá trị của I F, do đó không thể duy trì điện áp nh nhau
đối với phụ tải có cos khác nhau mặc dù có cùng giá trị IF (hình 6-5).
6.2.4. Thiết bị corecto điện áp


Trong đó R,L là điện trở và điện cảm
của cuộn dây W
Rpt điện trở của phụ tải.
Thờng thì L >> R nên với U
là hằng số và Rpt là hằng số thì trị số
của I chỉ phụ thuộc vào điện cảm

Uđk
Hình 6-6 Cấu tạo thiết bị corectơ điện áp

L, mà điện cảm L lại phụ thuộc vào độ thẩm từ à của lõi sắt.
* Vậy nguyên lý làm việc của khuếch đại từ là dùng một biến thiên công suất bé
trong cuộn điều khiển có thể khống chế đợc một biến thiên một công suất xoay chiều
lớn trên phụ tải.
B
* Hệ số khuếch đại của khuếch đại
từ là tỷ số giữa lợng biến thiên công suất
B4
xoay chiều với lợng biến thiên công suất
B3
một chiều tơng ứng.
B2

P
KP =
P1

B1



Vậy khi thay đổi trị số và chiều của dòng điện đặt thì ta sẽ tịnh tiến đặc tính
I = f(Iđk) sang phải hoặc sang trái trục tung (hình 6 - 9).
c. Khuếch đại từ có phản hồi.
Hệ số khuếch đại của khuếch đại từ đợc đặc
trng bằng độ dốc của đặc tính I = f(Iđk) .
I
Muốn thay đổi hệ số khuếch đại thì ta phải
thay đổi độ dốc của đặc tính I = f(Iđk).
Để đạt mục đích trên ta dùng khuếch đại từ
có phản hồi.
Iđ =0
Trong khuếch đại từ có phản hồi, I sau khi Iđ >0
qua phụ tải đợc chỉnh lu và đa vào cuộn dây phản
Imin
hồi WPh (hình 6 - 10).
- Nếu sức từ động của cuộn dây phản hồi
Iđk
tăng cờng cho sức từ động của cuộn dây điều
Hình 6 - 9
khiển (cùng chiều) ta có phản hồi dơng.
Đặc tính I = f(Iđk) khi thay đổi Iđ
- Nếu sức từ động của cuộn phản hồi ngợc
chiều với sức từ động của cuộn điều khiển ta có
phản hồi âm.
Dòng điện phản hồi IPh trong cuộn phản hồi có chiều xác định còn i đk có thể dơng
hoặc âm, lõi sắt đợc từ hoá nhờ cả hai dòng điện này nên sức từ động tổng của khuếch
đại từ là:
(iW) = (iW)Ph (iW)đk
Vậy về một phía của trục tung khi có I Ph thì sức từ động tổng (iW) tăng làm cho

R

(ixWđk2)

iR

(iRWđk1)
UFđm
0

(iWđk)

52

Wđk1


X
ix

U

Wđk2

Uab UF

Hình 6 - 13
Các quan hệ (iWđk)= f(U)

Hình 6 - 12


Rđc

iR

W

Wph

Wđk1

KĐTI
W

R
X

đk

2

ix
W

Wph
Hình 6 - 14
Sơ đồ nguyên lý corectơ điện từ

iR


UF
thuận điều chỉnh sai. Đáng lẽ cần làm giảm
0
điện áp ở đầu cực máy phát điện xoay chiều
UFđm iW
đk
(a)
thì lại làm cho UF càng tăng.
iWđk
Để giảm nhợc điểm này dùng chỉnh lu
khoá CL1.
iWđkI
Khi (iW)đk2 > (iW)đk1 thì có một
thành phần dòng điện ix chạy qua chỉnh lu
A
CL1 do đó có:
(iW)đk1 = (iW)đk2
UF
Nhờ có chỉnh lu CL1 mà sức từ động
UFđm
(b)
tổng (iW)I là đờng nét đứt nằm ngang
(hình 6 - 15,b).
Hình 6 - 15
- Trong corectơ thuận ngời ta điều chỉnh cho điểm
với ra
U Fđm
vềthuận
bên trái
Đặc ứng

0

UF

(iW)II
Hình 6 16 Đặc tính đầu ra corectơ nghịch

(iW)II

- ứng dụng: Corectơ nghịch thờng đợc
dùng với máy phát điện tuốc bin nớc. Vì
khi máy phát bị mất phụ tải đột ngột thì U F
sẽ tăng.
Cũng có thể dùng đồng thời cả
corectơ thuận và corectơ nghịch. Đặc tính
đầu ra của corectơ tổng hợp nh hình 6-17.

Thuận

UF
Tổng hợp
Nghịch
Hình 6 17 Đặc tính của corectơ tổng hợp

6.2.5. Điều chỉnh và phân phối công suất phản kháng giữa các máy phát điện
làm việc song song.
1. Đặt độ dốc của đặc tuyến điều chỉnh.
Khi các máy phát điện làm việc song song để có thể phân bố công suất giữa các
máy phát một cách ổn định đặc tuyến điều chỉnh điện áp của máy phát theo dòng điện
stato phải có một độ dốc dơng nhất định (H6.18a). Để tạo nên độ dốc này có thể đa

BU

*

IA

Ia


A

IaR

B
Idđ I

C

U

U

U

IAR

UB

C
TĐK(a);


.100%,

R.I dd . cos nu
.
.100%
U dd
nI

trong đó: - góc lệch pha giữa dòng điện và áp đợc đa vào bộ phận đo lờng của
TĐK (hình 6.18c),
Udd - điện áp danh định của máy phát điện,
nu tỷ số biến đổi của máy biến điện áp.
Từ đó có thể tính đợc trị số của điện trở R tơng ứng với hệ số phụ thuộc của đặc
tính điều chỉnh cần đặt:
UR

k cU dd
n1
.
1.0nu 1dd cos

Hệ số kc thờng đợc điều chỉnh trong khoảng kc = 3 4 %
U

U

a)

U0

phận đo lờng để thay đổi UTĐK bằng biến trở hoặc biến áp tự ngẫu đặt ở phía thứ cấp
của BU (hình 6.20b).
Khi thay đổi trị số đặt của điện áp, đặc tính điều chỉnh sẽ bị dịch chuyển nh ng
hệ số phụ thuộc sẽ không thay đổi (hình 6.19b).
Nếu đổi chiều dòng điện qua điện trở đặt R (hình 6.20b) điện áp đặt vào bộ
phận đo lờng của TĐK sẽ bằng.
UTĐK= U- IR.
Đặc tính điều chỉnh sẽ có độ dốc âm ( k c
UTĐK

IpR

UB
I AR

Hình 6.20: Đặt độ dốc (hệ số phụ thuộc) âm của đặc tính điều chỉnh điện áp (a);

Thiết bị TĐK của máy Sơ
phát
điệndây
có(b)thể
đồ đấu
và làm
đồ thịviệc
véc tơvới
(c) đặc tính điều chỉnh phụ
thuộc hoặc độc lập.
Với đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc (hình 6.19a) mỗi trị số của điện áp trên cực
máy phát UF tơng ứng với một trị số xác định của thành phần phản kháng I P của dòng
điện stato (hoặc công suất phản kháng tơng ứng).
Phơng trình của đặc tuyến điều chỉnh hình 6.19a có dạng:
UF = U0 KcIp
Hoặc dới dạng các số gia (độ lệch):
UF + kcIp = 0
Vế trái có thể xem nh tín hiệu đầu vào của TĐK với đặc tính điều chỉnh tự nhiên
không phụ thuộc ở cuối quá trình điều chỉnh với trị số U 0 không đổi. Trị số đặt U0 có
thể đợc điều chỉnh bằng tay hoặc tự động.
Hệ số phụ thuộc kc của đặc tính điều chỉnh có thể tính trong hệ đơn vị có tên

nhất để điều chỉnh điện áp trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công suất phản
kháng giữa các máy phát nối với thanh góp là điều chỉnh ở tất cả các máy có TĐK với
đặc tính đợc chỉnh định với hệ số phụ thuộc dơng.
Vì độ biến thiên điện áp trên thanh góp giống nhau cho tất cả máy phát nên phơng trình đặc trng cho quan hệ điều chỉnh của một máy thứ i nào đó có thể việt dới
dạng:
U + kciIpi = 0; i = 1, n
Chia mỗi phơng trình cho kci và cộng n phơng trình lại ta có:
1

U +

n

1

i =1 kci

n

I
i =1

pi

=0

57


Thay U từ phơng trình này vào phơng trình điều chỉnh của các máy i và k ta có:


1
n

1

k
i =1

ci

còn phụ tải phản kháng phân bố tỉ lệ nghịch với các hệ số phụ thuộc tơng ứng.
Trờng hợp có hai máy phát điện làm việc song song với các đặc tính điều chỉnh
1 và 2 (hình.6.21a) ta có:
IPNMĐ = IPI + IP2
UF1 = UF2 = UF
Khi phụ tải của nhà máy điện thay đổi một lợng UNMĐ sẽ làm giảm điện áp một
lợng U và sự phân bố dòng điện phản kháng giữa các máy phát cũng thay đổi.
Để khôi phục lại điện áp đầu cực máy phát chẳng hạn bằng điện áp danh định
UFdđ có thể dịch chuyển đặc tính điều chỉnh của một máy phát điện nào đó ( chẳng hạn
U

U

b)

a)

1


Ip

Ip1

Ip

Ip2

đặc tính của máy 2 trên hình 6.21a), chỉnh định cho nó làm việc ở chế độ độc lập. Máy
phát điện đợc chỉnh định ở chế độ độc lập sẽ tiếp nhận toàn bộ sự biến động công suất
Hìnhnhà
6.21máy
Đặc tuyến
có là
hệ số
phụ thuộc
kc >0khả
(a) và
kc
trong đó:
N - hệ số biến đổi của máy biến áp
Máy điều chỉnh kích từ khi làm việc sẽ bù một phần điện áp giáng trong máy
biến áp. Phân bố công suất phản kháng tỷ lệ nghịch với đại lợng (xB Kc).
b. Dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ phụ thuộc d ơng. Phơng trình của
đặc tuyến điều chỉnh của máy phát điện có dạng;
UF = Ud kcQF
Trong đó:
QF công suất phản kháng của máy phát điện
kc hệ số phụ thuộc của đặc tuyến điều chỉnh theo công suất
phản kháng Q
Ud - điện áp đặt của máy phát điện khi QF = 0
Nếu giữ Ud = U0 = const thì điện áp trên thanh góp của nhà máy điện sẽ giảm
khi công suất phản kháng tăng.
Đã biết rằng trong nhiều trờng hợp khi tiêu thụ công suất tác dụng tăng, tiêu thụ
công suất phản kháng cũng tăng (cos = const ), và do đó tổn thất điện áp trên lới điện
tăng theo. Nh vậy khi tăng công suất tác dụng cần phải tăng điện áp trên thanh góp của
nhà máy điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ trong giới hạn cho phép.
Khi điều chỉnh điện áp theo phơng pháp dịch chuyển đặc tính điều chỉnh có độ
phụ thuộc dơng, trị số của điện áp đặt U d không giữ cố định mà sẽ tự động thay đổi
theo quan hệ.
Ud = U0 + kP
Trong đó: P công suất tác dụng của máy phát điện; k hệ số tỷ lệ (không
đổi).
Khi ấy đặc tính điều chỉnh điện áp của máy phát điện theo công suất phản
kháng vẫn có độ phụ thuộc dơng để đảm bảo phân bố ổn định phụ tải phản kháng giữa
các máy phát, nhng khi phụ tải tác dụng thay đổi, đặc tính điều chỉnh sẽ đợc tự động
dịch chuyển. Nếu phụ tải tác dụng P 1 tơng ứng với dải thay đổi công suất phản kháng
Q1, còn P2 tơng ứng với Q2 thì khi tổng công suất tác dụng thay đổi, điện áp trên
thanh góp nhà máy điện không vợt ra khỏi vùng gạch chéo trên đồ thị hình 6.22, nghĩa


Hình 6.22 Điều chỉnh điện áp theo phơng59
pháp dịch chuyển đặc tuyến điều
chỉnh với hệ số phụ thuộc dơng


c. Điều chỉnh theo tỷ phần phụ thuộc: Đợc sử dụng để điều chỉnh điện áp
theo quan hệ độc lập hoặc khác thờng trên thanh góp nhà máy điện và phân bố công
suất phản kháng theo tỷ lệ giữa các nhà máy phát điện.
Quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện theo phơng pháp này khi điều chỉnh
theo quan hệ độc lập đợc thực hiện theo biểu thức sau:
n

U i + kci (QFi i QFk ) = 0;

i = 1, n

k =1

Trong đó: Ui = UFi U0 - độ lệch điện áp của máy phát khỏi giá trị U0 cho trớc;
i tỷ phần tham gia của máy phát điện thứ i trong cần bằng tổng công suất
phản kháng của nhà máy

n

n

k =1

i =1

suất phản kháng của máy phát th i ở cuối quá trình điều chỉnh : QF1 = i QFk
k =1

TĐK của mỗi máy phát điện sẽ điều chỉnh điện áp theo độ chênh lệch của công
suất phản kháng thực tế QFi so với trị số công suất phản kháng theo tỷ phần đã đợc
n

phân i QFk .Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi :
k =1

n

QFi = QFi -

i QFk
k =1

=0

Vế phải của phơng trình phản ánh quy luật điều chỉnh của mỗi máy phát điện có
thể đợc xem nh tín hiệu đầu vào của mỗi thiết bị TĐK của máy phát điện tơng ứng .
Quá trình điều khiển đợc diễn ra nh sau: Khi công suất phản kháng thay đổi,
điện áp trên thanh góp nhà máy điện lệch khỏi giá trị cho trớc và tất cả các TĐK bắt
đầu làm việc, theo độ lệch U. Chúng thay đổi dòng điện kích từ và công suất phản
kháng của máy phát điện sao cho điện áp trên thanh góp khôi phục lại giá trị ban đầu.
Công suất phản kháng đợc phân phối giữa các máy phát điện theo tín hiệu QFi cho
đến khi độ lệch này trở lại bằng không ( nghĩa là mỗi máy phát đã nhận đủ tỷ phần của
mình trong lợng công suất phản kháng tổng của toàn nhà máy ). Khi ấy tác động điều
chỉnh sẽ không còn nữa và hệ thống điều chỉnh điện áp trở lại trạng thái cân bằng.
6.3. Tự động điều chỉnh điện áp ở trạm biến áp

lu dùng cho điện phân, giao thông điện...
- Máy biến áp tự ngẫu để cung cấp điện áp thấp cho các tác động cơ điện lớn khi
khởi động .
Có nhiều phơng án đấu nối các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu tuỳ theo mục
đích điều chỉnh điện áp (hình 6.23).
Phơng án điều chỉnh phía trung điểm ( hình 6.23a) có u điểm là bộ đổi đầu phân
áp làm việc trong vùng điện áp thấp nhng làm tăng kích thớc của máy biến áp, thờng
chỉ sử dụng khi điện áp của máy biến áp rất cao và giới hạn điều chỉnh hẹp .
Khi điện áp thấp thay đổi, điện áp cao cố định tuỳ theo giới hạn điều chỉnh ngời
ta sử dụng một trong các phơng án 6.23b, 6.23c. Trong trờng hợp ngợc lại khi điện áp
thấp cố định, ngời ta sử dụng các phơng án 6.23d ,6.23e, bộ đổi đầu phân áp luôn đặt ở
phía điện áp thấp .
Bộ đổi đầu phân áp có thể dcó từ 9 đến 35 đầu phân áp, giới hạn điều chỉnh có
U1

U1

U1

U2
U2

a)

U2

c)

b)


nhậy của thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải. Thiết bị tự động điều chỉnh
với thời gian vợt quá trị số đặt trớc.
Thời gian trễ cần thiết để ngăn chặn tác động chuyển đầu phân áp khi có những
dao động điện áp ngắn hạn. Thời gian này thờng chọn khoảng:
tAU = 1 - 3 phút.
Cũng có những loại thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp dới tải của máy biến
áp hai cuộn dây trình bày trên (hình 6.24).
Tín hiệu đầu vào đợc lấy từ máy biến điện áp BU trên thanh góp phía phụ tải
của trạm biến áp và từ máy biến dòng điện BI đặt ở mạch dòng điện tổng của trạm.
Bộ phận đo lờng độ lệch điện áp U của máy điểu chỉnh có thể phản ứng theo:
- Trị số điện áp tại nơi đặt máy điều chỉnh;
- Trị số điện áp tại nơi đặt máy điều chỉnh có hiệu chỉnh theo trị số điện áp
giáng trên đờng dây từ trạm biến áp đến thanh cái của hộ tiêu thụ (bù dòng điện).
Khi điện áp đặt vào bộ phận đo lờng vợt khỏi vùng không nhậy của máy điều
chỉnh, thiết bị tự động chuyển đầu phân áp thông qua các khâu khuếch đại U(-) hoặc
U(+) với thời gian trễ đặt trớc sẽ gửi tín hiệu đi đến bộ truyền động để Tăng hoặc
Giảm điện áp đợc điều chỉnh.
Khi điện áp đợc điều chỉnh nằm trong giới hạn vùng không nhậy Ukn các khâu
khuếch đại U(-) hoặc U(+) sẽ không tác động.
Việc thay đổi đầu phân áp có thể thực hiện tại chỗ (tủ điều khiển gắn với máy
biến áp) từ phòng điều khiển trạm hoặc từ trung tâm điều độ lới điện, thao tác bằng tay
hoặc thông qua hệ thống truyền động điện.
Khi điều khiển thay đổi đầu phân áp bằng tín hiệu điện, hệ thống điều khiển
phải đợc thiết kế sao cho mỗi xung điều khiển chỉ thay đổi đợc một nấc phân áp.
Việc lựa chọn phơng thức điều khiển (tại chỗ, từ phòng điều khiển trạm hoặc từ
khả năng điều khiển chuyển đầu phân áp đồng thời từ nhiều nơi khác nhau. Trong quá
trình chuyển đổi đầu phân áp đèn tín hiệu ở phòng điều khiển trạm sẽ sáng. Vị trí đầu
phân áp đang sử dụng đợc hiển thị bằng cơ hoặc điện thông qua hệ thống tiếp điểm phụ
đèn tín hiệu.
Thiết bị tự động chuyển đổi đầu phân áp

phản kháng giữa các máy biến áp. Khi vị trí đầu phân áp của các máy biến áp khác
nhau hệ thống cảnh báo (đèn, chuông) sẽ hoạt động. Nếu việc điều chỉnh đầu phân áp.
đợc thực hiện tự động thì có thể không cần tổ chức liên động giữa các bộ truyền động
chuyển đầu phân áp, tuy nhiên trong khâu đo lờng của thiết bị tự động điều chỉnh đầu
phân áp phải có bộ phận chọn đầu phân áp cho từng máy theo điều kiện cực tiểu hoá
dòng điện phản kháng qua máy biến áp. Khi ấy các máy biến áp có thể làm việc song
song với vị trí đầu phân áp khác nhau.
6.4. Điều chỉnh điện áp trong lới điện truyền tảI và phân phối
Các đờng dây tải điện nói chung có thông số phân bố rải theo dọc chiều dài đờng dây. Trong tính toán và nghiên cứu chế độ vận hành của hệ thống ngời ta thờng
thay thế gần đúng sơ đồ đờng dây với thông số rải bằng sơ đồ đẳng trị hình với
thông số tập trung (hình 6.25). Với các đờng dây có chiều dài lớn thờng đợc phân đoạn
(300 - 400 km) và mỗi phân đoạn có thể sử dụng sơ đồ đẳng trị hình để khảo sát,
tính toán.
R

U1

G
2

B
2

XL

U2

B
2


dây dài siêu cao áp, khi công suất truyền tải trên đờng dây thay đổi cần sử dụng nhiều

63


giải pháp kỹ thuật khác nhau nh phân đoạn đờng dây và đặt thiết bị bù công suất phản
kháng ở các nút trung gian, bù cảm kháng (bù dọc) và bù dung dẫn (bù ngang) của đ ờng dây. Ngoài ra giải pháp phân pha đối với các đờng dây siêu cao áp cũng ảnh hởng
đến thông số của đờng dây và đo đó ảnh hởng đến phân bố điện áp trên hệ thống
truyền tải.
Bảng 6.1 Thông số của sơ đồ đẳng trị hình của đờng dây tải điện có chiều
dài đến 3000km
L, km

500
1000
1500
2000
3000

Z = R +j XL,

9,5 + j 139,3
13,6 + j 240
9,2 + j 273,5
-3,3 + j 230
-32,2 - j 21

Y = G + j B, 10-41/

0,018 + j 10,1

cho phép P*cp theo phát nóng và theo giới hạn của đặt tính ổn định (đặc tính góc) P*gh.
Bảng 6.2
Trị số tơng đối của công suất tải cho phép theo phát nóng của đờng dây tải điện
siêu cao áp
Udd(kV)
330
500
750
1150
N
2
3
5
8
Pcp,MW
972
2210
5524
13552
Ptn,MW
355
869
2066
5153
2,74
2,54
2,67
2,63
P
P*cp= cp

Chẳng hạn, với đờng dây 500 kV, công suất phản kháng do 1 km đờng dây phát ra
khoảng 1MVAR/km. ở chế độ không tải lợng công suất phản kháng này có thể gây
quá áp nguy hiểm ở đầu đờng dây bị hở mạch.
Để minh hoạ, ta giả thiết dung dẫn của đờng dây đợc đặt tập trung ở đầu cuối đờng dây bị hở mạch (hình 6.27a). ở chế độ không tải dòng điện chạy trên đờng dây là
dòng điện dung Ic có góc pha vợt trớc điện áp U2 ở cuối đờng dây 900. Điện áp giáng
U trên đờng dây làm cho điện áp U1 ở đầu đờng dây bé hơn nhiều so với điện áp U 2 ở
U2đờng dây đợc nối với
cuối đờng dâya)(đồ thị vectơ trên hình.6.27b). Nếu đầu
b)nguồn có
Không bù
U1 =Udd thì
điện
áp
cuối
đờng
dây
U
>>
U
(hình
6.27c).
2
dd
X
U
R
2
Để 1khử ảnh hởng
của LmộtUdung
dẫn đờng dây, giảm mức quá áp ở cuối

Nếu công suất của khángC điện không thay đổi
và đấu cứng vào đờng dây
j(IL
jI
X
(không qua máy cắt điện) thì hệ số bù ngang
sẽ
không
thay
đổi hay còn gọi là bù cố
U1
c L
Ic)XL
định.
IR
c)
c

U1

(IL Ic)R
U2

IL

65

Hình 6.27. Quá điện áp trên đờng dây truyền tải trong chế độ không tải
a) Sơ đồ đẳng trị ; b) Đồ thị véctơ ; c) Điện á ở đầu đờng dây bị hở mạch


tại nút luôn
U1
U1 U dd thì công suất
U2 bằng điện áp danh định
truyền tải quan hệ với góc truyền tải và tổng trở Z của đờng dây theo biểu
thức:jI (XL-XC)
jI X

G
2

U dd2
sin
U1
Z
0
U dd2
0 P=

= Pgh - công suất truyền tải đạt trị số Ugiới
Khi = 90 ,
hạn.
IR
2
Z

B
2

P=

a. Sơ đồ đẳng trị hình của đờng dây truyền tải có bù dọc:
b. Đồ thị vectơ
c. Đặc tính công suất theo điều kiện ổn định

66

P T

Không bù

PT

0
gh

900

1800


Để giảm ảnh hởng của cảm kháng XL đối với các đờng dây dài ngời ta có thể đặt
các bộ tụ điện nối tiếp (bù dọc) vào đờng dây. Đặt thiết bị bù dọc với dung kháng X C
nối tiếp vào đờng dây (hình 6.28a) làm giảm điện kháng của đờng dây xuống còn (XL XC), giảm thành phần phản kháng của tổn thất điện áp xuống còn
jI (XL - XC) (hình 6.28b), tăng công suất truyền tải giới hạn đến Pgh = U2dd / (XL - XC)
và giảm góc truyền tải đến (hình 6.28c) .
Một tác dụng quan trọng nữa của các bộ tụ bù dọc là dòng điện tải chạy qua tụ
sẽ phát ra một lợng công suất phản kháng bù lại phải tổn thất trên cảm kháng của đờng
dây do đó làm giảm tổn thất công suất và điện năng trong các hệ số bù dọc K c.
KC =



67


Do đó thông số cần phải đợc điều chỉnh để đảm bảo điều kiện cân bằng công
suất phản kháng chính là trị số điện áp ở nút phụ tải.

Quy luật đảm bảo cân bằng công suất phản kháng tại nút phụ tải có thể đợc
minh hoạ bằng đồ
thị6.29:
trênĐặc
hình
Nút suất
phụphản
tải ởkháng
đây tại
đợcnúthiểu
là thanh cái trung áp
Hình
tính6.29.
cân bằng
phụ tải
(6 35kV) của các trạm nguồn cung cấp cho lới điện phân phối. Đờng cong 1 đặc trng cho quan hệ giữa điện áp U tại nút theo công suất phản kháng Q phải nhận từ hệ
thống. Khi lợng công suất phản kháng tiêu thụ bé, nó có thể đợc cấp bằng các nguồn
tại chỗ nên điện áp ở nút phụ tải thay đổi không nhiều. Khi nhu cầu công suất phản
kháng tăng lên, nó phải đợc cấp từ các nguồn xa hơn, việc tải công suất phản kháng
qua các phần tử lới điện, nh trên đã nói gây tổn thất điện áp lớn và hệ số k c = Q/U
đặc trng cho độ dốc của quan hệ Q = f(U) của hệ thống điện sẽ giảm thấp.
Mặt khác để bù lại độ tăng của tổn thất điện áp khi phụ tải tăng, phải nâng điện
áp ở thanh cái trung áp của các trạm nguồn (điều chỉnh khác thờng) bằng tác động điều

(1-a) E
trong đó:
Q thay đổi công suất phản kháng ở nút phụ tải; 1
QF thay đổi côgn suất phản kháng của nguồn 1phát;

68

Q

Hình 6.30: Đặc tính điều chỉnh điện áp ở nút phụ tải


QT thay đổi công suất phản kháng tiêu thụ bởi thiết bị dùng
điện khi điện áp thay đổi.
Từ đó:
Q* = -KC . U* - KT . U*
Với U* - độ lệch điện áp tính trong hệ đơn vị tơng đối:
U =

Q*
,
K C + KT

trong đó: KC và KT là các hệ số đặc trng cho quan hệ Q(U) cảu hệ thống (nguồn
phát) và của phụ tải.
Nếu phụ tải phản kháng không phụ thuộc vào điện áp (K T = 0) thì điện áp sẽ
biến đổi theo quan hệ:
U* = -Q*/KC
Quan hệ :
U8 / U* = KC / (KC + KT) = 1 a

điện nằm trong giới hạn cho phép ở chế độ tải cực đại phải giữ điện áp
trênT thanh góp
trạm phân phối hạ áp ở trị số cao nhất có thể (nhng không vợt quá điện áp lớn nhất cho
phép) để bù lại điện áp giáng trên đờng dây từ trạm phân phối đến phụ tải (điều chỉnh
khác thờng).
Độ lệch điện áp U theo định nghĩa:
U =

trong đó:

U U dd
.100%,
U dd

U - điện áp thực tế tại điểm khảo sát;
Udd - điện áp danh định.
Độ lệch điện áp U2 trên thanh góp hạ áp của máy biến áp phân phối đợc xác
định theo biểu thức:
U2 = U1 - UB + UB,
trong đó:
U1 - độ lệch điện áp phía sơ cấp của máy biến áp, %;

69


UB tổn thất điện áp trong máy biến áp, %;
UB lợng điện áp tăng thêm phụ thuộc vào vị t rí đầu phân áp
đã đợc đặt (khi đã cắt điện máy biến áp).
Tùy thuộc vào vị trí của máy biến áp phân phối gần hay xa trạm nguồn mà chọn
đầu phân áp thích hợp sao cho bù đợc độ lệch điện áp trong lới trung áp (U1) và thực

Đặc
tính bày
điều chỉnh
áp ở nút
phụ tải
phân phối hạ áp U2 với độ lệch điện áp phía nguồn U1 tơng ứng với các chế độ tải
khác nhau.
3. Điều khiển đóng cắt các bộ tụ bù tĩnh:
Các bộ tụ bù tĩnh đợc sử dụng rất rộng rãi trong lới điện áp cho hộ tiêu thụ và
tăng các chỉ tiêu kinh tế trong vận hành lới điện.
Thay đổi lợng công suất phát của các bộ tụ bù tại nút phụ tải sẽ dẫn đến làm
thay đổi:
1. Tổn thất công suất và điện năng trong lới điện vì luồng công suất phản kháng
trên các đờng dây thay đổi;
2. Điện áp tại điểm đấu nối bộ tụ bù:
U = .C.xDU / U dd

xD
.Qc
U dd

trong đó: C - điện dung bộ tụ bù; x D cảm kháng của phần lới điện có luồng
công suất phản kháng thay đổi;
Qc dung lợng bộ tụ bù.
Yếu tố thứ nhất làm tăng tính kinh tế trong vận hành lới điện, còn yếu tố thứ hai
làm tăng
hiệu
6-35
kV quả của các thiết bị dùng điện.
Khi thiết kế lắp đặt và vận hành các thiết bị bù cần xem xét cả hai yếu tố nêu

của dòng điện tổng qua
biến áp (hình 6.33).
Ia

I
BI
BU

UĐK
UC

0,4kV

UB

UBC
-IaR

-IpR

C
QC

70
Hình 6.33: Sơ đồ đấu nối và đồ thị véctơ của điện áp điều khiển cắt các bộ tụ

- IR