- Nguyễn Việt Anh chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng Luận văn thạc sĩ: hệ thống điện Hà Nội- 2004 nguyễn việt Anh ngành : Hệ thống điện khoá Bộ giáo dục và đào tạo Tr-ờng đại học Bách khoa hà nội. - Nguyễn Việt Anh chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng Luận văn thạc sĩ: hệ thống điện Ng-ời h-ớng dẫn khoa học PGS. - Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2004 Tác giả 4 Mục lục Tr Trang phụ bìa Lời nói đầu Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Ch-ơng 1 Tổng quan về chế độ làm việc không đối xứng của hệ thống điện 1-1. - Phân loại chế độ không đối xứng. - ảnh h-ởng của chế độ không đối xứng đối với thiết bị điện …………9 1-5. - Kết luận và đặt vấn đề cho luận văn Ch-ơng 2 Tổng quan về các ph-ơng pháp nghiên cứu chế độ không đối xứng 2-1. - Ph-ơng pháp thành phần đối xứng . - Ph-ơng pháp sơ đồ phức thay thế theo ph-ơng pháp thành phần đối xứng Ph-ơng pháp xếp chồng kết hợp với ph-ơng pháp thành phần đối xứng . - 46 Tr Ch-ơng 3 Chế độ không đối xứng lâu dài của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng 3-1. - Công suất trong mạch không đối xứng . - Nghiên cứu ảnh h-ởng của chế độ không toàn pha đối với MPĐ qua các sơ đồ đặc tr-ng.. - .....71 Ch-ơng 4 Chế độ không đối xứng ngắn hạn của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng 4-1. - Khái quát về chế độ không đối xứng ngắn hạn của máy phát điện . - Nghiên cứu chế độ không đối xứng ngắn hạn của máy phát điện qua các sơ đồ mẫu . - Đánh giá định l-ợng ảnh h-ởng của chế độ không đối xứng ngắn hạn đối với MPĐ . - ĐX Đối xứng. - KĐX Không đối xứng. - Máy phát điện. - …………………….Thành phần đối xứng. - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -7- Ch-ơng 1 tổng quan về chế độ làm việc không đối xứng của hệ thống điện Đ 1 - 1. - Fi,...Fm đ-ợc gọi là đối xứng nếu thoả mãn điều kiện sau: Về module: Fi = const. - đ-ợc chế tạo để làm việc trong điều kiện đối xứng. - Nếu FA = FB = FC và góc lệch pha liên tiếp giữa chúng bằng 32 ta nói rằng hệ thống 3 pha đối xứng. - Nếu lấy FA làm gốc thì có thể viết: Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -8- FB = a2 FA với: a = e j j FC = a FA với: a2 = e j2400. - 2321j Và nh- vậy khi một hệ thống đối xứng thì cân bằng vì FA + FB + FC = 0. - Do trong hệ thống áp dụng một số chế độ làm việc đặc biệt Chẳng hạn nh- đ-ờng dây vận hành " 2 pha - đất. - chế độ không toàn pha. - Chế độ không toàn pha tức là chế độ đ-ờng dây 3 pha chỉ truyền tải trên 1 pha hoặc 2 pha . - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -9- Đ 1 - 3. - Phân loại chế độ KĐX Với những chế độ KĐX gây ra bởi 3 nguyên nhân đầu gọi là : "KĐX lâu dài". - HTĐ có thể làm việc với chế độ KĐX lâu dài trong thời gian không hạn chế. - Chế độ KĐX gây bởi nguyên nhân sau cùng gọi là "KĐX ngắn hạn" và chế độ này chỉ tồn tại trong mấy giây. - ảnh h-ởng của chế độ KĐX đối với TBĐ Các TBĐ 3 pha đ-ợc chế tạo để làm việc trong chế độ đối xứng tức là áp và dòng 3 pha trên chúng phải t-ơng ứng bằng nhau về module, còn góc lệch pha liên tiếp bằng 32. - Do đó trong chế độ KĐX , ở MPĐ không tồn tại thành phần dòng thứ tự không. - Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ tr-ờng quay đồng bộ với rôto nên không quét rôto, do đó tác dụng của nó giống nh- lúc MPĐ làm việc với phụ tải đối xứng bình th-ờng ( tức là trong rôto không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích từ một chiều). - Dòng điện với tần số 100 Hz chạy trong các mạch rôto gây phát nóng phụ, nhất là ở đây tần số cao 100 Hz, do hiệu ứng mặt ngoài lớn còn làm cho sự phát Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -10- nóng trầm trọng hơn. - Đối với các máy phát nhiệt điện ( rôto khối. - Nh- vậy trong chế độ KĐX, có 2 momen điện tác dụng lên trục rôto. - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -11- Những tác hại đối với MPĐ đã trình bầy trên liên quan đến chế độ không đối xứng lâu dài. - Ngoài ra MPĐ còn chịu ảnh h-ởng của chế độ KĐX ngắn hạn khi ngắn mạch KĐX. - Cần chú ý rằng khi ngắn mạch KĐX MPĐ bị phát nóng nhiều hơn so với khi ngắn mạch 3 pha đối xứng bởi vì khi ngắn mạch KĐX từ tr-ờng TTN tạo nên dòng cảm ứng lớn hơn trong rôto. - ảnh h-ởng của chế độ KĐX ngắn hạn đối với MPĐ đ-ợc nghiên cứu bằng lý thuyết và thực nghiệm. - mà bảo vệ của các phần tử này không tác động, Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -12- bảo vệ dự trữ của MPĐ sẽ tác động. - Đối với động cơ không đồng bộ 3 pha Cuộn dây 3 pha phần tĩnh của ĐC KĐB đ-ợc nối tam giác hoặc sao không có dây trung tính, do đó trong chế độ KĐX trong động cơ chỉ có dòng TTT và TTN. - Tác dụng từ tr-ờng quay của hệ dòng TTT với rôto là sinh momen không đồng bộ nh- trong chế độ đối xứng bình th-ờng, khi đó dòng rôto có tần số là f1 s ( ở đây s là độ tr-ợt giữa vận tốc quay của rôto và tốc độ đồng bộ, f1 = 50Hz là tần số của dòng điện phần tĩnh. - Trong chế độ KĐX đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng 2 pha còn lại gấp 3 lần dòng TTT, nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất công suất trong phần tĩnh 2 pha còn lại tăng lên 3 lần, tổn thất trong rôto tăng 2 lần. - Vì thế Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -13- trong chế độ KĐX động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh. - Momen cực đại của ĐC KĐB trong chế độ KĐX có thể giảm xuống 2 lần. - Dễ thấy rằng trong chế độ KĐX, tổn thất trên đ-ờng dây và các phần tử tĩnh khác tăng lên. - Ví dụ: Trong chế độ đối xứng tổn thất 3 pha của đ-ờng dây có dòng điện I, điện trở R là 3IR2, còn trong chế độ KĐX nếu dòng trong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng trong pha thứ 3 vẫn bằng I thì tổn thất trên đ-ờng dây đó là: R. - Ngoài ra chế độ KĐX của đ-ờng dây tải điện có thể làm nhiễu các đ-ờng dây thông tin ở gần. - Chế độ KĐX còn có thể làm quá tải các tụ bù, tụ lọc của thiết bị chỉnh l-u, làm phức tạp bảo vệ rơle và tự động hoá. - Tuy nhiên, tác hại chủ yếu của chế độ KĐX là đối với các máy điện quay, đặc biệt là với ĐC KĐB. - Kết luận và đặt vấn đề cho luận văn Qua trên thấy rằng mặc dù các phần tử của HTĐ đ-ợc chế tạo để làm việc trong chế độ đối xứng nh-ng thực tế MPĐ còn phải làm việc trong chế độ KĐX lâu dài hoặc ngắn hạn với những tác hại không mong muốn. - Vì vậy cần phải nghiên cứu chế độ KĐX cùng với những tác hại của chúng. - Trong luận văn này tác giả muốn góp phần vào việc nghiên cứu chế độ KĐX của MPĐ và làm sáng rõ các yếu tố ảnh h-ởng. - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -14- Trong luận văn sẽ khảo sát chế độ KĐX lâu dài của MPĐ phát sinh do chế độ làm việc không toàn pha của đ-ờng dây và chế độ KĐX ngắn hạn của MPĐ do các sự cố ngắn mạch KĐX gây nên. - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -15- Ch-ơng 2 tổng quan về các ph-ơng pháp nghiên cứu chế độ không đối xứng Để nghiên cứu chế độ KĐX có thể dùng các ph-ơng pháp khác nhau. - Đối xứng đ-ợc coi là tr-ờng hợp đặc biệt của KĐX. - Ikb Ika Ikc Hình 2- 1 i k Iai Ibi Ici Yaaik Ybbik Yccik Yabik Ybcik Ycaik Yabi Ybci Ycai Yabk Ybck Yaai Ybbi Ycci Ycak Yaak Ybbk Ycck Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -16- Trong sơ đồ hình 2-1 các ký hiệu tổng dẫn là: Yaaik, Ybbik ,Yccik : tổng dẫn riêng của các pha đ-ờng dây giữa nút i và k. - Yabik, Ybcik, Ycaik: tổng dẫn t-ơng hỗ giữa các pha đ-ờng dây giữa nút i và k. - Yabi , Ybci , Ycai: tổng dẫn t-ơng hỗ giữa các pha của đ-ờng dây nút i đối với đất. - Yaaz Yabz Yacz Ybaz Ybbz Ybcz Ycaz Ycbz Yccz Yaas Yabs Yacs Ybas Ybbs Ybcs Ycas Ycbs Yccs Yaas Yabs Yacs Ybas Ybbs Ybcs Ycas Ycbs Yccs i k Ii Ik Ui Uk Ysabc 1/2 Hình 2-2 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -17- Từ đây ta có tổng dẫn các phần tử song song và nối tiếp trong không gian các TPĐX đ-ợc sắp xếp nh- sau: Ys120 = T120abc Ysabc Tabc120 . - Ma trận các TPĐX của áp cũng đ-ợc phân tích nh- sau: Ui120 = T120abc Uiabc Uk120 = T120abc Ukabc ở đây: T120abc= 31 và Tabc120 = Quan hệ giữa áp và dòng bơm vào các nút trong không gian toạ độ pha biểu diễn bởi ma trận sau: 1 a a2 1 a2 a a2 a 1 a a2 1 Ii Ik = Yz + 21 Ys Yz Yz Yz + 21 Ys Ui Uk - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -18- Trong không gian toạ độ các TPĐX: hay Lúc này mô hình của đ-ờng dây có thể trình bầy nh- hình 2 - 3: Nếu tổng dẫn đ-ờng dây đối xứng ta có: Yzabc. - Ma trận tổng dẫn trong không gian các thành phần đối xứng có thể biểu diễn tổng quát nh- sau: Yz,s = T120abc Yz,sabc Tabc120 Yk Yl Yl Yl Yk Yl Yl Yl Yk 21 Yi Yj Yj Yj Yi Yj Yj Yj Yi Ik120 = Ii120 Yz120 + 21 Ys120 Yz120 Yz120 Yz120 + 21 Ys120 Uk120 Ui120 I120 = I120 Y120 U120 Hình 2 - 3 Ii120 Yz120 Ys120 Uk120 Ui120 Ik120 21 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -19- Với các phần tử nối tiếp ta có: Yz120= 31 = T-ơng tự với các phần tử song song: Ys120 = Khi đó dòng bơm vào các nút i và k nào đó xác định nh- sau. - 1 a a2 1 a2 a 1 1 1 Yk Yi Yi Yi Yk Yi Yi Yi Yk 1 1 1 a2 a 1 a a2 1 Yi-Yj 0 0 0 Yk-Yi 0 0 0 Yk+2Yi Yi-Yk 0 0 0 Yi-Yk 0 0 0 Yi+ Yk Ii120 Ik120 Yz120+21Ys120 -Yz120 - Yz120 Yz120+21Ys120 Ui120 Uk120 * Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -20- Ic = iciiUcjQcP. - Mô hình MPĐ Trong thực tế MPĐ đ-ợc coi là phần tử đối xứng. - Ma trận tổng dẫn các TPĐX của MPĐ nh- sau: Các phần tử trên đ-ờng chéo chính Y11, Y22, Y00 là các tổng dẫn riêng t-ơng ứng với dòng thứ tự thuận, nghịch, không. - Các phần tử còn lại Yij là tổng dẫn t-ơng hỗ giữa các TPĐX. - Ia Ib Ic Y11 Y12 Y10 Y22 Y22 Y20 Y01 Y02 Y00 Ia + a Ib + a2Ic Ia + a2Ib + aIc Ia + Ib + Ic Ia Ib Ic 1 a a2 1 a2 a 1 1 1 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -21- Trên hình 2- 4: Yaa, Ybb, Ycc là tổng dẫn riêng của các pha. - Yab, Ybc, Yca là tổng dẫn t-ơng hỗ giữa các pha. - MPĐ là phần tử đối xứng nên tổng dẫn riêng và tổng dẫn t-ơng hỗ t-ơng ứng bằng nhau: Nghĩa là: Yaa= Ybb= Ycc = Yn và Yab= Ybc= Yca =Ym Lúc đó ma trận tổng dẫn 3 pha của MPĐ có dạng: Yabc = Trong không gian các TPĐX ta có: Y120 = T120abc Yabc Tabc120 Y120=31 = Yn Ym Ym Ym Yn Ym Ym Ym Yn 1 a a2 1 a2 a 1 1 1 Yn Ym Ym Ym Yn Ym Ym Ym Yn 1 1 1 a2 a 1 a a2 1 Yn- Ym 0 0 0 Yn - Ym 0 0 0 Yn +2Ym Yaa Ybb Ycc Yac Yab Ybc Ea Eb Ec Ua Ub Uc Hình 2- 4 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -22- Do đó ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch, không của MPĐ nh- hình 2-5 1 - 4. - Mô hình toán học MBA Trong tính toán MBA đ-ợc coi là phần tử đối xứng. - Dòng điện và điện áp các pha liên hệ với nhau qua ma trận: Hình 2 - 5 a,Sơ đồ TTT b, Sơ đồ TTN c,Sơ đồ TTK Yn - Ym Yn - Ym Yn + 2Ym E1 U1 U2 U0 U5 U1 U2 U3 U6 U4 I1 I2 I3 I4 I5 I6 Hình 2 -6 I1 I2 I3 I4 I5 I6 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y41 Y42 Y43 Y44 Y45 Y46 Y51 Y52 Y53 Y54 Y55 Y56 Y61 Y62 Y63 Y64 Y65 Y66 U1 U2 U3 U4 U5 U6 = YPRIM Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -23- Trong ma trận YPRIM , Yii là các tổng dẫn riêng của các cuộn dây, còn Yij là tổng dẫn t-ơng hỗ giữa chúng. - C Hình 2-7 U1 U2 U3 U4 U5 U Upa Upb Upc Usa Upb Upc = U1 U5 U3 Uap Ubp Ucp U6 U4 U2 Uas Ubs Ucs Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -24- 2. - Ma trận tổng dẫn nút vuông có bậc ( n x n ) đ-ợc mô tả trong không gian các TPĐX có dạng nh- hình 2-8. - Yij là tổng dẫn t-ơng hỗ giữa các thành phần thứ tự của nút i. - Yii120: là ma trận tổng dẫn riêng của nút i. - Yij120: là ma trận tổng dẫn t-ơng hỗ giữa nút i và j. - 1 2 n 1 2 n Y11 Y12 Y10 Y21 Y22 Y20 Y01 Y02 Y00 Hình 2 - 8 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -25- Các ma trận Yij120 có đ-ợc bằng cách liên kết các thành phần tổng dẫn của các phần tử nút i và j . - Ph-ơng pháp TPĐX 1. - Tuy nhiên khi đó phải kể tới hỗ cảm giữa các pha trong chế độ bất đối xứng, điều này làm cho bài toán trở nên rất phức tạp bởi vì hỗ cảm giữa các pha lại phụ thuộc mức độ KĐX của dòng các pha mà đây lại là ẩn số của bài toán. - Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự nghịch ( TTN ) FA2, FB2, FC2 . - Hệ thống đối xứng thành phần thứ tự không (TTK ) FA0, FB0, FC0 . - Việc phân tích một hệ thống KĐX ra các hệ đối xứng thành phần phải đảm bảo điều kiện sau: Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -26- FA = FA1+ FA2+ FA0 FB = FB1+ FB2+ FB0 ( 2-1 ) FC = FC1+ FC2+ FC0 Trong đó: FA1 = 31( FA+ aFB+a2 FC) FA2 = 31( FA+ a2 FB+ a FC. - 2-2 ) FA0 = 31( FA+ FB+ FC) Nếu lấy các đại l-ợng pha A làm gốc, theo tính chất của các hệ đối xứng thành phần, có thể viết nh- sau. - 2-6 ) Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -27- Hoặc: 2. - Một vài tính chất của các hệ đối xứng thành phần Hệ thứ tự thuận và nghịch là hệ đối xứng cân bằng vì: FA1+ FB1+ FC1 = 0 . - Hệ thứ tự không là hệ đối xứng nh-ng không cân bằng vì: FA0+ FB0+ FC0 = 3F0 . - Dòng chạy trong đất của hệ thống 3 pha trung tính nối đất bất đối xứng bằng tổng dòng 3 pha bất đối xứng. - Mô hình toán học của ph-ơng pháp TPĐX Qua trên ta đã thay thế việc giải 1 bài toán 3 pha bất đối xứng thành 3 bài toán với các đại l-ợng đối xứng thành phần đơn giản hơn, sau đó xếp chồng kết quả lại. - Đó chính là tổng trở của chế độ làm việc bình th-ờng. - FA1 FA2 FA0 1 a a2 1 a2 a 1 1 1 FA FB FC Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -28- T-ơng tự lập đ-ợc ph-ơng trình liên hệ giữa các dòng và áp của hệ nghịch và không: UA2 = 0 - IA2 Z2. - EA1 Z1 UA1 IA1 Z2 UA2 IA2 IA0 UA0 Z0 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -29- Hệ (2-8 ) cùng với 3 ph-ơng trình viết theo điều kiện " bờ" tại chỗ KĐX cho phép xác định đ-ợc các TPĐX của dòng và áp pha A. - Trong tính toán, nhất là trong chế độ sự cố có thể bỏ qua điện trở của các phần tử, khi đó hệ ( 2- 8 ) trở thành: UA1 = EA1. - Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -30- 4 - 1. - Không đối xứng ngang (Hình 2-10) Hình . - A B C IA IB IC IA IB IC IA IB IC a, a, b, c, IA B A B C A B C Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -31- I2 = 31( IA +a2IB + aIC. - Z2 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -32- Từ ( 2-15 ) phân tích dòng và áp tại chỗ KĐX trong không gian các TPĐX đ-ợc: I1 = I2 = I0 và theo (2-15, c) ta có: U1 + U2 + U0 = 0 Thay vào ( 2-8 ) ta đ-ợc: EA1. - 2-23) EA1 Luận văn tốt nghiệp Chế độ không đối xứng của máy phát điện và các yếu tố ảnh h-ởng -33- Rút I1 , I2 , I0 từ ( 2-8 ) và để ý đến ( 2-23 ) ta đ-ợc : EA1
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt