Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Tài liệu 1 Đề án ‘’Đối xứng hoá lưới điện phân phối’’ Chương 1 TỔNG QUAN docx
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
1
Đề án ‘’Đối xứng hoá lưới điện phân phối’’
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. Khái quát.
Một hệ thống m véc tơ phẳng hay số phức F F Fi Fm & & & & , .... .... 1 2 được gọi là đối
xứng nếu thoả mãn các điều kiện sau:
Về module: F Const &
i = ; (1.1)
Về góc pha: argument i
m
Fi
2π & = ; (1.2)
Khi đó ∑=
=
m
i
Fi
1
0 & , và góc lệch pha giữa hai véc tơ liên tiếp:
const
m
i
m
i
m i = + − = = π π π
ϕ
2 2 ( 1) 2 .
Nếu không thoả mãn (1.1) ta nói hệ thống không đối xứng về module và
nếu không thoả mãn (1.2) thì hệ thống không đối xứng về pha. Trong thực tế
thường gặp trường hợp hệ thống điện mất đối xứng cả module và về góc pha.
Trong hệ thống điện ba pha các véc tơ hay phức số 1 2 3 F& , F& , F& có thể là hệ
điện áp hay dòng điện của ba pha A, B, C và thường ký hiệu là FA FB FC & & & , , .
Nếu như FA
& = FB
& = FC
& và góc lệch pha liên tiếp giữa chúng bằng 3
2π ta
nói hệ thống là đối xứng.
Nếu lấy FA
& làm gốc thì có thể viết: FB
& = a FA
& 2 và FC
& = aFA
&
Ở đây: a = ej120 = -
2
3
2
1
+ j ;
2
a
2
= ej240 = -
2
3
2
1 − j
Và như vậy khi một hệ thống đối xứng thì cân bằng vì + + = 0 FA FB FC & & &
Trong hệ thống điện ba pha thường gặp sự không đối xứng về cả module
và về góc pha.
1.2. Nguyên nhân gây mất đối xứng trong hệ thống điện.
Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân
khác nhau như:
- Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình
nhất, thí dụ như lò điện, máy hàn, phụ tải vận tải điện, các thiết bị
chiếu sáng và các phụ tải ánh sáng sinh hoạt... Các lò hồ quang ba
pha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong
ba pha thường không đồng đều. Sự phân chia phụ tải một pha
không đồng đều cho các pha trên lưới cũng là nguyên nhân gây mất
đối xứng.
- Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng
hoàn toàn như đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên
đỉnh của các tam giác không đều mà không hoán vị.
- Do áp dụng một số chế độ làm việc đặc biệt như các đường dây “2
pha - đất”, “pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ
đường dây 3 pha chỉ truyền tải điện trên 1 hoặc 2 pha.
- Do sự cố ngắn mạch không đối xứng: Ngắn mạch một pha với đất,
hai pha với đất hay hai pha với nhau, đứt dây kèm theo ngắn mạch.
Với những chế độ không đối xứng gây ra bởi ba nguyên nhân đầu gọi là
không đối xứng lâu dài, gây ra bởi nguyên nhân sau cùng gọi là không đối
xứng ngắn hạn và chỉ tồn tại trong một vài giây.
1.3. Ảnh hưởng của chế độ không đối xứng đến hệ thống điện.
3
Các thiết bị điện trong hệ thống điện được chế tạo để làm việc trong chế
độ đối xứng tức là áp dòng ba pha trên chúng phải tương ứng bằng nhau về
module, còn góc lệch pha liên tiếp bằng 120o
. Nếu như làm việc với hệ áp và
dòng điện mất đối xứng, trong quá trình vận hành sẽ gây nên những tác hại
đối với các thiết bị điện.
1.3.1. Đối với máy phát điện đồng bộ ba pha.
Để đánh giá cụ thể tác hại của chế độ không đối xứng đối với máy phát
điện ba pha thường dùng phương pháp thành phần đối xứng.
Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ làm việc với lưới có
trung tính cách điện. Do đó trong chế độ không đối xứng, trong máy phát điện
không tồn tại thành phần dòng thứ tự không.
Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rotor nên
không quét qua rotor và tác dụng của nó giống như lúc máy phát điện có phụ
tải đối xứng bình thường (trong rotor không có dòng cảm ứng xoay chiều mà
chỉ có dòng kích thích một chiều).
Hệ dòng thứ tự nghịch sinh ra từ trường quay ngược chiều rotor với vận
tốc đồng bộ do đó nó quét qua rotor với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ,
kết quả là trong các mạch rotor (mạch cuộn dây kích thích khi khép mạch,
mạch cuộn cảm, dòng xoáy trong lõi rotor) có dòng cảm ứng tần số 100 Hz.
Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy phát điện đồng bộ.
Dòng có tần số cao 100 Hz chạy trong các mạch rotor sẽ gây nên phát
nóng phụ, nhất là ở dây tần số cao 100Hz, do hiệu ứng mặt ngoài lớn làm cho
sự phát nóng trầm trọng hơn. Đối với các máy phát điện nhiệt điện (rotor
khối) dòng tần số 100 Hz khá lớn nên gây phát nóng mạnh hơn, còn trong các
máy phát thuỷ điện (rotor cực lồi) dòng này có giá trị nhỏ hơn nên sự phát
nóng không bằng so với các máy phát nhiệt điện.
4
Dòng tần số 100 Hz gây nên mô men đập mạch (đổi dấu). Như vậy trong
chế độ không đối xứng ngoài mô men cơ của tua bin, có hai mô men điện tác
dụng lên trục của rotor là: mô men không đổi của dòng thứ tự thuận như lúc
có tải đối xứng bình thường và mô men đổi dấu sinh ra bởi dòng thứ tự
nghịch. Mô men đổi dấu đập mạch với các tần số 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz...
Thực tế ta chỉ xét đến mô men đập mạch tần số 100 Hz vì biên độ của
các mô men có tần số càng cao càng nhỏ. Mô men đập mạch khi thì cùng
chiều, khi thì ngược chiều với mô men không đổi. Kết quả là mô men đập
mạch làm cho máy phát điện bị rung gây nên những ứng suất phụ. Đối với
máy phát nhiệt điện rotor khối có độ bền cao nên ảnh hưởng của mô men đổi
dấu không đáng kể, còn máy phát thuỷ điện do rotor cực lồi được lắp ghép từ
nhiều cực với các lá thép nên ảnh hưởng bởi mô men đổi dấu có tác dụng làm
rung đáng kể.
1.3.2. Đối với động cơ không đồng bộ.
Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam
giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần
tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch.
Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rotor là sinh
mô men không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó
dòng rotor có tần số f1s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rotor và
vận tốc đồng bộ, f1 tần số dòng phần tĩnh).
Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rotor nên
sinh dòng cảm ứng trong rotor với tần số (2 - s)f1. Điện trở tác dụng tương đối
định mức của rotor động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 ÷ 0,03), điện
kháng tản từ của rotor cũng chỉ vào khoảng 0,1; trong khi đó điện kháng từ
hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ÷ 4). Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động
cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của
5
nó X2 = XN = 0,1 ÷ 0,3 tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận. Như vậy
ngay cả khi điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không
đồng bộ cũng có dòng thứ tự nghịch rất lớn.
Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng
hai pha còn lại gấp 3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định
mức thì tổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất
trong rotor tăng hai lần. Vì vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không
đồng bộ phát nóng rất mạnh. Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ
trong chế độ không đối xứng có thể giảm xuống đến hai lần.
1.3.3. Đối với các phần tử tĩnh. (máy biến áp, đường dây, kháng điện,...)
Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và
các phần tử tĩnh khác tăng lên. Thí dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha
đường dây có dòng điện I, điện trở R là 3I2
R. Còn trong chế độ không đối
xứng, nếu dòng trong pha này giảm đi ΔI, dòng trong pha kia tăng lên ΔI, còn
dòng trong pha thứ ba vẫn bằng I thì tổn thất trên đường dây khi đó là:
R[(I + ΔI)2
+ (I - ΔI)2
+ I2
] = R(3I2
+ 2ΔI
2
).
Ngoài ra chế độ không đối xứng của đường dây tải điện có thể làm nhiễu
các đường dây thông tin ở gần.
Trong máy biến áp không đối xứng chịu tác động từ hai phía: không đối
xứng về áp các pha tại điểm đấu nối phía sơ cấp và không đối xứng về dòng
các pha gây ra bởi phụ tải không đều phía sau máy biến áp. Không đối xứng
về áp tại điểm đấu nối sẽ gây không đối xứng điện áp đầu ra máy biến áp, làm
tăng không đối xứng về dòng điện. Nhiều trường hợp hệ thống rã tải khi có sự
trùng lặp về không đối xứng trong cùng pha cả ở phía cấp cho phụ tải và phía
đấu nối máy biến áp. Một số trường hợp không đối xứng làm cho máy biến áp
khi vận hành bị rung, tổn hao lớn suy hao tuổi thọ. Dòng trong các pha của
máy biến áp không cân bằng gây nên sự chênh lệch nhiệt độ các cuộn dây pha
6
riêng biệt. Trong trường hợp không đối xứng về dòng điện làm cho nhiệt độ
cuộn dây tăng quá giới hạn cho phép. Nhiều khi gây ra cháy máy biến áp
trong khi máy vẫn đang làm việc trong giới hạn tải cho phép.
Chế độ không đối xứng có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị
chỉnh lưu, phản chỉnh lưu, làm phức tạp bảo vệ rơ le và tự động hoá.
1.4. Kết luận.
Qua trên thấy rằng tác hại chủ yếu của chế độ không đối xứng là đối với
các máy điện quay, đặc biệt là với các động cơ không đồng bộ. Vì những lý
do trên trong trường hợp cần thiết phải thực hiện đối xứng hoá hệ thống, tức
là làm cho hệ thống trở lại đối xứng.
Đối xứng hoá là biện pháp kỹ thuật để đảm bảo chất lượng điện năng.
Trong luận văn này sẽ đề xuất, tính toán và phân tích một số biện pháp
đối xứng hoá.
7
Chương 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ
KHÔNG ĐỐI XỨNG
2.1. Đặt vấn đề.
Qua phần trình bày trên ta thấy có rất nhiều nguyên nhân gây ra chế độ
không đối xứng trong hệ thống điện và tác hại do chế độ không đối xứng gây
ra đối với các phần tử, thiết bị điện là rất lớn. Vậy ta cần có những phương
pháp nghiên cứu cụ thể, ứng dụng vào tính toán chế độ không đối xứng trong
hệ thống điện. Có thể liệt kê một số phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thành phần đối xứng.
- Phương pháp các thành phần không đối xứng.
- Phương pháp các thành phần khác.
- Phương pháp toạ độ pha.
Cũng có thể kết hợp các phương pháp trên với các phương pháp sau:
- Phương pháp sơ đồ thay thế phức hợp.
- Phương pháp xếp chồng.
- Phương pháp dịch chuyển điểm đứt.
- Phương pháp thứ tự thuận mở rộng.
Dưới đây sẽ trình bày vắn tắt nội dung cơ bản của phương pháp thành
phần đối xứng được sử dụng trong tính toán luận văn.
2.2. Phương pháp thành phần đối xứng.
8
2.2.1. Nội dung cơ bản.
Để giải bài toán không đối xứng có thể viết phương trình Kirchoff cho
từng pha rồi giải phối hợp với nhau. Tuy nhiên khi đó ta cần phải tính đến hỗ
cảm giữa các pha trong chế độ không đối xứng, điều này làm cho bài toán trở
nên phức tạp vì hỗ cảm giữa các pha phụ thuộc vào độ không đối xứng dòng
trong ba pha mà đây lại là những ẩn số cần tìm của bài toán. Khi sử dụng
phương pháp thành phần đối xứng ta sẽ tránh được những khó khăn nêu trên.
Nội dung cơ bản của phương pháp là phân tích một hệ thống không đối
xứng thành ba hệ đối xứng thành phần.
Có hệ FA FB FC & & & ; ; không đối xứng (Có thể là dòng điện hoặc điện áp) ta
phân tích thành ba hệ đối xứng thành phần:
10
) Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự thuận: FA1 & , FB1 & , FC1 & .
Đây là hệ tồn tại khi hệ thống điện làm việc bình thường mà ta đã
biết các tính chất của nó.
20
) Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự nghịch: FA2 & , FB2 & , FC2 & .
Hệ này chỉ khác hệ thuận ở thứ tự pha là ngược lại.
30
) Hệ thống đối xứng thứ tự không: FA0 & , FB0 & , FC0 & .
Hệ này khác hẳn hai hệ trên là chúng có module bằng nhau và đồng
pha với nhau.
Việc phân tích một hệ thống không đối xứng ra các hệ đối xứng thành
phần phải đảm bảo các điều kiện sau:
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
= + +
= + +
= + +
1 2 0
1 2 0
1 2 0
C C C C
B B B B
A A A A
F F F F
F F F F
F F F F
& & & &
& & & &
& & & &
(2.1)
Trong đó:
9
[ ]
[ ]
[ ] ⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
= + +
= + +
= + +
A A B C
A A B C
A A B C
F F F F
F F a F aF
F F aF a F
& & & &
& & & &
& & & &
3
1
3
1
3
1
0
2
2
2
1
(2.2)
Nếu lấy đại lượng pha A làm gốc, theo tính chất của các hệ đối xứng
thành phần có thể viết như sau:
- Hệ thuận lấy FA1 & làm gốc thì:
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
=
=
1 1
1
2
1
C A
B A
F aF
F a F
& &
& &
(2.3)
- Hệ nghịch lấy FA2 & làm gốc thì:
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
=
=
2
2
2
2 2
C A
B A
F a F
F aF
& &
& &
(2.4)
- Với hệ thứ tự không ta có:
FA0 FB0 FC0 F0 & = & = & = &
Khi đó có thể viết:
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
= + +
= + +
= + +
2 0
2
1
1 2 0
2
1 2 0
C A A A
B A A A
A A A A
F aF a F F
F a F aF F
F F F F
& & & &
& & & &
& & & &
(2.5)
Hoặc có thể viết dưới dạng ma trận:
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
0
2
1
2
2
1
1
1 1 1
A
A
A
C
B
A
F
F
F
a a
a a
F
F
F
&
&
&
&
&
&
(2.6)
Nếu dùng ma trận thì (2.2) có thể viết như sau:
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
C
B
A
C
B
A
F
F
F
a a
a a
F
F
F
&
&
&
&
&
&
1 1 1
1
1
3
1 2
2
1
1
1
(2.7)
10
2.2.2. Một vài tính chất của các hệ đối xứng thành phần.
10
) Hệ thứ tự thuận và hệ thứ tự nghịch là hệ đối xứng và cân bằng vì:
0
0
2 2 2
1 1 1
+ + =
+ + =
A B C
A B C
F F F
F F F
& & &
& & &
20
) Hệ thứ tự không là hệ đối xứng nhưng không cân bằng vì:
3 0 F&
A0 + F&
B0 + F&
C0 = F&
0 ≠
30
) Bản thân hệ điện áp dây luôn luôn có tổng bằng không do đó hệ này
không chứa thành phần thứ tự không ngay cả khi không đối xứng.
40
) Trong hệ thống điện ba pha ba dây trung tính không nối đất, trong
chế độ không đối xứng không tồn tại dòng thứ tự không.
50
) Dòng chạy trong đất của hệ thống ba pha không đối xứng bằng tổng
hình học dòng ba pha không đối xứng.
2.2.3. Mô hình toán học cơ bản của phương pháp thành phần đối xứng.
Qua trên ta thấy rằng việc thay thế giải một bài toán ba pha không đối
xứng thành ba bài toán với các đại lượng đối xứng thành phần đơn giản hơn,
sau đó xếp chồng kết quả lại.
Trong phương pháp thành phần đối xứng ta phân tích áp và dòng ra các
thành phần đối xứng đó là: thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. Ta có
biểu thức quan hệ giữa áp và dòng không đối xứng tương ứng với áp và dòng
đối xứng thành phần như sau:
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )( )( ) 1 1 1 2 2 2 0 0 0
1 1 1 2 2 2 0 0 0 ;
A B C A B C A B C A B C
A B C A B C A B C A B C
I I I I I I I I I I I I
U U U U U U U U U U U U
& & & & & & & & & & & &
& & & & & & & & & & & &
= + +
= + +
Các thành phần thuận của áp và dòng liên hệ với nhau qua biểu thức
sau:
1 = 1Σ − 1Z1Σ U E I A A A & & & (2.13.a).
Trong đó:
: EA1Σ & Suất điện động đẳng trị mạch điện thành phần thứ tự thuận.