PHƯƠNG PHÁP MỚI GIẢM TỔN THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA KHÁNG ĐIỀU KHIỂN

Trong chế độ làm việc định mức của máy biến áp thì trên cuộn dây sơ cấp được đặt vào điện áp định mức, dòng điện xoay chiều định mức chạy trong cuộn dây sơ cấp tạo ra từ thông làm việc khép kín trong không gian giữa các cuộn dây. » Xem thêm

22-10-2012 207 38

Download

Xem online

Tóm tắt nội dung tài liệu

PHƯƠNG PHÁP MỚI GIẢM TỔN THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA KHÁNG ĐIỀU KHIỂN NEW METHOD OF REDUCING THE LOSS IN THE TRANSFORMER AND FOR IMPROVING SHUNT CONTROLLER REACTOR LÊ THÀNH BẮC Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng АЛЕКСАНДРОВ Г. Н. Trường Đại học Bách khoa Xanh-Pêtécbua TÓM TẮT Bài báo phân tích về kiểu sun từ mới nhằm giảm tổn thất từ trường tản trong máy biến áp và nghiên cứu ứng dụng vào cải tiến kháng điện điều khiển kiểu máy biến áp. Giới thiệu loại “sun kháng điều khiển kiểu máy biến áp” đã được nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công và đưa vào vận hành với nhiều ưu điểm nổi bật. ABSTRACT This paper is about the analysis of new model of magnetic shunt for the reduction of the magnetic field absent-minted loss in the transformer, and adopted for developing controller shunt reactor transformer. The introduced model has been successfully created and exploited with many advantages in real conditions. 1. Đặt vấn đề Trong chế độ làm việc định mức của máy biến áp thì trên cuộn dây sơ cấp được đặt vào điện áp định mức, dòng điện xoay chiều định mức chạy trong cuộn dây sơ cấp tạo ra từ thông làm việc khép kín trong không gian giữa các cuộn dây. Theo kết quả khảo sát thì trong chế độ định mức song song tồn tại hai phần từ thông: phần thứ nhất gọi là từ thông từ hoá khép kín trong mạch từ, phần từ thông này móc vòng qua tất cả các cuộn dây, phần thứ 2 gọi là từ thông làm việc, tương tự như từ thông trong chế độ ngắn mạch máy biến áp. Phần từ thông thứ 2 chỉ móc vòng trong vùng giữa các cuộn dây, nó phụ thuộc từ nguồn điện vào (từ đây năng lượng được truyền sang các cuộn dây khác và liên hệ với tải). Các nghiên cứu cho thấy hơn 90% năng lượng từ hoá của máy biến áp và tự biến áp tập trung ở vùng giữa hai cuộn dây, nơi đây diễn ra quá trình trao đổi năng lượng điện từ trong máy biến áp [1]. Hình 1. Hình ảnh sự phân bố của từ thông làm việc trong máy biến áp hai cuộn dây. a) Khi có bố trí sun từ trên vách thùng; b) Khi có bố trí sun từ dưới gông.
Từ thông làm việc đi ra từ không gian giữa các cuộn dây sẽ theo vòng có trở kháng từ nhỏ nhất theo tất cả các hướng (hình 1a). Phần từ thông này trực tiếp đi về phía gông, chúng có thể được đánh giá gần đúng theo quan hệ tiết diện từ thông dưới gông và toàn bộ tiết diện từ thông đi qua (hình 2). Từ thông này lan ra ngoài mạch từ (xem hình 1a) xuyên vào gông, rầm gông, nắp, đáy thùng, vách thùng và cảm ứng trong các cấu trúc kim loại này của máy biến áp các dòng điện xoáy gây nên các tổn thất phụ công suất của máy. Các dòng đ iện này tạo ra từ thông có chiều ngược lại làm cản trở sự xâm nhập của từ thông làm việc tới các phần tử cấu trúc đã định. Kết quả là vùng từ thông khuếch tán lan rộng không chỉ giới hạn ở các phần tử bên trong thùng của máy biến áp (hình 1a). Ta có: a  a2   2bg  a12  1   2 2bg g    (1) d1 2 a1  a 2   d12  a12    2 Trong đó bg- là độ dày của gông. a1 a12 a2 d12 bg Còn lại phần từ thông làm việc là:  2b  lv   1   d  (2) g    12 P S M  (3) Bcp Hình 2. Mặt cắt của cuộn dây máy biến áp. Trong đó Bcp- là từ thông cho phép. 2. Phương pháp sun từ dưới gông Nhằm để giảm các tổn thất công suất trong vỏ thùng của các máy biến áp công suất lớn, trước đây một số hãng sản xuất đã áp dụng sun từ gắn trên vỏ thùng của máy biến áp. Các sun từ này là các khối làm từ thép kỹ thuật điện được bố trí dọc theo chiều cao của cuộn dây, tiết diện của chúng được chọn sao cho cảm ứng trong sun không vượt quá một giá trị định trước. Tổng các diện tích tiết diện của tất cả các sun từ gắn trên vách thùng tính theo công thức (3). Sự có mặt của loại sun từ này với chiều cao vượt trên chiều cao của các cuộn dây nhưng thực tế lượng từ thông đi vào sun từ vách không đáng kể, bên cạnh đó còn gây nên sự phân bố với mật độ cao của từ thông trên bề mặt các cuộn dây trong khoảng giữa hai cuộn (hình 1a.) làm tăng thêm tổn hao phụ công suất ở mép ngoài các cuộn dây có thể gây nên sự quá nhiệt cục bộ phá hủy cách điện [1]. Giáo sư, Viện sĩ Thông tấn Viện Hàn lâm Khoa học Nga Александров. Г.Н. với phát minh ra sun từ dưới gông [2] đã hoàn toàn khắc phục được các nhược điểm nêu trên. Sun từ được bố trí phía trên cũng như phía dưới các cuộn dây trên phần khe hở giữa chúng. Trong trường hợp này phần chính của từ thông làm việc đi ra từ vùng phân bố giữa các cuộn dây đi về phía sun từ (hình 1b). Phần lớn từ thông vào sun từ sẽ lọt vào gông và khép kín mạch, từ thông sẽ đi đến gông theo 4 hướng khác nhau [1]. Tiết diện của mỗi sun từ được xác định tương ứng với 1 phần tư từ thông với cảm ứng từ cho phép: P S M  (4) 4 Bcp Chiều cao sun là:
lv SM hM   (5) a  a2 a  a2   a12  1 4 Bcp  a12  1   2 2 Sun từ được ghép với gông nơi bề mặt tiếp giáp có qua một lớp cách điện độ dày khoảng 3mm. Chi phí vật liệu (thép kỹ thuật điện) của sun từ gông nhỏ hơn đáng kể sun từ trên vách thùng và hiệu quả của chúng cao hơn nhiều. Phương án hợp lý nhất đã được lựa chọn đó là sun dưới gông dạng hình quạt [2] sun gồm 4 phần che trên bên trên và bên dưới các cuộn dây (hình 3). gông gông Sun từ Sun từ trụ trụ cuộn dây cuộn dây a) b) Hình 3. Sun từ kiểu hình quạt: a) Phương án ghép nối 1 bậc với gông; b) Phương án ghép 2 bậc. Độ dày của sun giảm và không làm tăng chiều cao của mạch từ và máy biến áp đồng thời đơn giản đáng kể công nghệ chế tạo sun từ. 3. Ứng dụng sun từ gông trong thiết kế chế tạo kháng điều khiển Sau những thành công tốt đẹp của việc ứng dụng sun từ dưới gông trong thiết kế chế tạo máy biến áp công suất lớn. Dưới sự lãnh đạo của giáo sư Александров Г. Н. tại bộ môn Thiết bị điện và Điện tử Viện Đại học quốc gia Bách khoa Xanh-Pêtécbua Liên bang Nga đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng sun từ vào chế tạo kháng điều khiển. Kết cấu của kháng điều và sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 5 [3]. Kháng điều khiển 400kV, 50MVAr có tổng khối lượng mạch từ kể cả sun từ là 35 tấn, khối lượng đồng của tất cả các cuộn dây là 34,2 tấn. Điện áp của cuộn điều khiển và cuộn bù là 20kV, kết quả thí nghiệm tổn thất phụ toàn bộ không quá 10% tổng tổn thất công suất, mức gây tiếng ồn khi dòng định mức 70,7 đềxiben (sai số 1% so với thiết kế tính toán). Kích thước toàn bộ 8x2x2,5 m, không vượt quá kích thước và khối lượng của kháng không điều khiển cùng công suất và điện áp. Hình 6 đưa ra biểu đồ dao động khi có quá trình chuyển mạch của cuộn dây điều khiển [3].
1 2 1 7 6 5 3 4 7 2 Hình 4. Sơ đồ cấu trúc kháng điều khiển 3 pha kiểu biến áp: 1- Trụ của mạch từ; 2- Gông; 3- Sườn gông; 4- Cuộn dây điều khiển; 5- Cuộn dây bù; 6- Cuộn dây lưới; 7- Sun từ dưới gông. A B C B I1 CT ĐL BU CD B I2 RL BĐK CDB MC2 KN CDL CĐK = TX MC1 T  + - Hinh 5. Sơ đồ kháng điều khiển kiểu biến áp: CDL- cuộn dây lưới; CĐK- cuộn dây điều khiển; CDB- cuộn dây bù; CD- cầu dao; BU- biến điện áp đo lường; BI- biến dòng điện; ĐL- bộ phận đo lường logic; CT- Hệ thống chỉ thị và phát tín hiệu; TX- bộ tạo xung điều khiển; KN- khối nguồn; MC- máy ngắt chân không; T- thyristor; RL- tín hiệu đến từ rơle bảo vệ; BĐK- tín hiệu đến từ bàn điều khiển Kết qủa phân tích xác nhận sự tác động không quán tính của kháng điều khiển, toàn bộ thời gian chuyển mạch của khối thyristor cộng thời gian tác động của máy ngắt chân không là không quá 40 ms. Chế độ làm việc của kháng điều khiển vô cùng nhẹ nhàng, thực tế kháng đã lắp đặt cho thấy trong 1 ngày đêm chỉ 0,5 giờ là làm việc với dòng định mức còn lại là thời gian ở chế độ không tải [4].
1) 2) 3) 4) Hình 6. Biểu đồ dao động của quá trình chuyển mạch của kháng với khối điều khiển thyristor: 1-điện áp 3 pha đối xứng của lưới; 2- dòng điện trong cuộn dây lưới; 3- dòng trên đường dây; 4- dòng trong cuộn dây điều khiển. 4. Kết luận 1. Phát minh ra sun từ dưới gông đã thực sự đem lại cải tiến quan trọng trong công nghệ chế tạo máy biến áp nói riêng và thiết bị điện nói chung. 2. Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công kháng điều khiển kiểu biến áp từ ứng dụng sun từ dưới gông đã cho kết quả đạt được với tổn thất công suất nhỏ, cho phép điều chỉnh liên tục, phạm vi điều chỉnh rộng và tác động không quán tính. 3. Cấu trúc kháng điều khiển thiết kế gần tương tự cấu trúc máy biến áp, tức là độ tin cậy trong vận hành đã được khẳng định. Ngoài ra hai nguyên nhân chủ yếu thường dẫn đến sự cố trong máy biến áp thì hoàn toàn không xảy ra với kháng điều khiển đó là: sự cố dễ gây hư hỏng hệ thống điều chỉnh dưới tải của máy biến áp khi ngắn mạch xảy ra trong lưới điện và sự cố quá tải của máy biến áp. 4. Kháng điều khiển kiểu biến áp ra đời với những tính năng vượt trội hứa hẹn khả năng ứng dụng rộng rãi trong tất cả các cấp điện áp đặc biệt sẽ giải quyết hợp lý vấn đề truyền tải trên công suất tự nhiên của đường dây và truyền tải đường dây dài. TÀI LIỆU THAM KHẢO Александров Г. Н., Режимы работы трансформаторов, РАО “ЕЭС России”, [1] Санкт-Петербург, 142 trang, 2003. Александров Г. Н., Магнитный шунт, Свидетельство на полезную модель [2] №22580, приоритет от 05.11.2001. Александров Г. Н., Исследование переходных режимов работы управляемого [3] шунтирующего компенсатора трансформаторного типа с помощью магнитоэлектрических схем замещения, Электричество, №6, trang 19-26, 2005. Александров Г. Н., Эффективность применения управляемых компенсаторов [4] реактивной мощности на линиях электропередачи, Известия Академии Науки, Энергетика, №2, trang 90-97, 2003. [5] Srinisan K., Desrochers G. E., Desrosiers. C., Static compensator loss estimation from digital measurements of voltages and current, IEEE Trans. On PAS-102, №3, 1983.