Tính toán dung lượng tụ bù trạm biến áp bắt đầu với mục tiêu công suất phản kháng và điện áp, sau đó sử dụng các phép đo theo chuỗi thời gian và nghiên cứu dòng công suất để chọn vị trí, tổng số Mvar và bước điều chỉnh. Phương trình hệ số công suất quen thuộc có thể cung cấp ước tính ban đầu về kvar, nhưng nó không thể chứng minh được điện áp thanh cái chấp nhận được, ứng xử ở mức tải tối thiểu, quá độ đóng cắt, cộng hưởng sóng hài, điện áp khi thiết bị hỏng, hoặc phối hợp bảo vệ. Việc xác định kích thước cuối cùng phải bao gồm các trường hợp đỉnh, tối thiểu, sự cố và phát điện bằng cách sử dụng mạng lưới thực tế và các tiêu chí của chủ đầu tư.
Xác định Mục tiêu Kích thước Trước
Một giàn thiết bị trạm biến áp có thể nhằm mục đích duy trì điện áp thanh cái trong thời gian nhu cầu cao điểm, giảm lượng công suất phản kháng nhập qua máy biến áp, giải phóng dung lượng MVA, giảm dòng điện và tổn thất trên đường dây phân phối, đáp ứng yêu cầu hệ số công suất tại điểm kết nối, hoặc hỗ trợ trong trường hợp sự cố. Các mục tiêu này có thể dẫn đến các vị trí đặt và kích thước bước nhảy khác nhau. Cần nêu rõ thanh cái được điều khiển, dải mục tiêu, trường hợp vận hành giới hạn và tiêu chí thành công trước khi tính toán kvar. Công thức hệ số công suất nhà máy có thể ước tính tổng nhu cầu công suất phản kháng, nhưng việc lựa chọn của đơn vị điện lực cũng phải chứng minh được điện áp, chế độ đóng cắt, bảo vệ và ứng xử sóng hài chấp nhận được trên toàn mạng lưới.
Thu thập Dữ liệu Hệ thống có Gắn nhãn Thời gian
Sử dụng công suất thực, công suất phản kháng, điện áp, dòng điện theo khoảng thời gian, các nấc phân áp máy biến áp, hoạt động của bộ điều chỉnh, trạng thái tụ điện hiện có, và các trạng thái phụ tải hoặc phát điện chính. Bao gồm phụ tải đỉnh và tối thiểu, các mùa, các ngày trong tuần, khởi động động cơ, chuyển đổi nhánh lộ (feeder), cấu hình bảo trì, và các sự cố đáng tin cậy. Bao gồm năng lượng mặt trời phân tán, hệ thống lưu trữ và điều khiển biến tần vì chiều công suất thực và nhu cầu công suất phản kháng có thể không tuân theo mô hình hàng ngày cũ. Xác thực tỷ số biến dòng (CT) và biến áp đo lường (VT), quy ước dấu, và dữ liệu bị thiếu. Một ảnh chụp nhanh một ngày sạch sẽ là chưa đủ khi một dãy thiết bị sẽ vận hành trong nhiều năm.
Ước tính nhu cầu công suất phản kháng
Đối với tải ổn định, ước tính sàng lọc để hiệu chỉnh hệ số công suất là Qc = P × (tan φ1 − tan φ2), trong đó P là công suất tác dụng, φ1 là góc dịch chuyển hiện tại và φ2 là góc mục tiêu. Sử dụng các đơn vị kW và kvar nhất quán. Ước tính này cho biết nhu cầu công suất phản kháng sẽ thay đổi bao nhiêu tại điểm đo; nó không xác định thanh cái tốt nhất, số lượng bậc hoặc chế độ chuyển mạch. Đối với một dãy tụ điện của công ty điện lực, hãy chạy ước tính ở một số mức tải và so sánh nó với trao đổi công suất phản kháng được mô hình hóa và các ràng buộc về điện áp.
Sử dụng Phân tích Dòng công suất để Xác định Vị trí và Công suất Cuối cùng
Xây dựng hoặc cập nhật mô hình mạng với cường độ nguồn, trở kháng máy biến áp và điều khiển vòi, sơ đồ thanh cái, trở kháng nhánh rẽ, thành phần tải, phát điện, bộ điều áp, các dãy tụ hiện có và các cấu hình dự kiến. Thử nghiệm các dãy tụ ứng viên tại thanh cái trạm biến áp, đầu nguồn và các điểm hạ nguồn liên quan. Đối với mọi trường hợp, so sánh điện áp nút, tải trọng của máy biến áp và dây dẫn, tổn thất, trao đổi công suất phản kháng, hệ số công suất và các hành động điều khiển. Hệ thống phân phối không cân bằng có thể yêu cầu phân tích miền pha. Dung lượng kvar được chọn là giải pháp phối hợp nhỏ nhất đáp ứng các mục tiêu đã nêu trên các trường hợp yêu cầu với biên độ an toàn chấp nhận được.
Kiểm tra điện áp bước
Một mối quan hệ đánh giá đơn giản là ΔV trên đơn vị xấp xỉ bằng Qstep chia cho MVA ngắn mạch tại trạm phân phối khi các giả định phù hợp. Điều này minh họa lý do tại sao cùng một bước kvar lại tạo ra sự thay đổi điện áp lớn hơn trên một trạm phân phối yếu so với trên một trạm phân phối mạnh. Đây không phải là phương trình thiết kế phổ quát: điện trở, cấu trúc mạng, các vị trí điều chỉnh của máy biến áp, phản ứng tải, các yếu tố điều khiển khác và sự mất cân bằng đều ảnh hưởng đến kết quả. Chỉ nên sử dụng phương trình này để loại trừ các bước tăng điện áp rõ ràng là quá lớn hoặc để xác định phạm vi ban đầu, sau đó xác nhận sự thay đổi điện áp khi chuyển mạch thông qua nghiên cứu toàn diện và các tiêu chí của chủ đầu tư.
Chọn Tổng kVAR và Cấp Công Suất Phản Kháng Riêng Biệt
Tổng công suất tụ bù đáp ứng khả năng hỗ trợ công suất phản kháng tối đa cần thiết. Kích thước bước điều khiển độ phân giải, sự thay đổi điện áp, tần số đóng cắt và hoạt động khi tải nhẹ. Một bước lớn có thể đơn giản nhưng gây ra hiện tượng nhảy vọt điện áp quá mức hoặc tình trạng dư kháng. Nhiều bước nhỏ cải thiện độ phân giải điều khiển nhưng làm tăng số lượng máy cắt, thiết bị đóng cắt, rơ-le, chi phí và công suất bảo trì. Cần xem xét nhu cầu công suất phản kháng tối thiểu có thể hấp thụ một bước, mức thay đổi điện áp thanh cái tối đa có thể chấp nhận được, độ bền của thiết bị đóng cắt, độ trễ và vùng chết của bộ điều khiển, cùng với trình tự được sử dụng khi nhiều dàn tụ chia sẻ chung một thanh cái.
| Quyết định | Bằng chứng gốc | Nếu bỏ qua thì sẽ dẫn đến thất bại |
|---|---|---|
| Tổng Mvar | Các trường hợp phản kháng đỉnh và điện áp | Hỗ trợ không đủ hoặc bù đắp thái quá |
| Kích thước bước | Thay đổi điện áp và tải tối thiểu | Nhảy cóc lớn hoặc dao động điều khiển |
| Vị trí | Kết quả điện áp nút, dòng điện và tổn thất | Dòng điện phản kháng vẫn ở phía nguồn điện |
| Điều khiển | Chuỗi thời gian và điều phối thiết bị | Thao tác chuyển mạch và điều chỉnh nấc không cần thiết |
Kiểm tra công suất máy biến áp và đường dây cấp nguồn
Giảm dòng điện phản kháng có thể làm giảm dòng điện của máy biến áp và đường dây với cùng một mức truyền tải công suất thực, nhưng công suất giải phóng phải được tính toán từ giới hạn MVA thực tế và giới hạn nhiệt. Không được cho rằng mọi kvar được lắp đặt đều tương đương với công suất kW mới. Phải kiểm tra tải của máy biến áp, khả năng mang dòng của dây dẫn, độ sụt áp, độ nhạy của thiết bị bảo vệ và biểu đồ phụ tải sau khi bù. Nếu tải công suất thực đã đạt đến giới hạn nhiệt hoặc giới hạn điện áp vì lý do khác, tụ điện có thể chỉ mang lại mức giảm tải hạn chế. Phải ghi rõ giới hạn nào được cải thiện và giới hạn nào không thay đổi.
Ngăn ngừa bù trừ quá mức tải nhẹ
Chạy các trường hợp tải tối thiểu và phát điện cao với từng trạng thái ngân hàng tụ điện đáng tin cậy. Điện dung dư thừa có thể tạo ra công suất kháng dung dẫn, điện áp cao, thay đổi nấc phân áp không cần thiết và làm tăng nguy cơ sóng hài. Các ngân hàng tụ cố định phải nhỏ hơn nhu cầu công suất kháng liên tục với biên độ phù hợp. Các ngân hàng tụ chuyển mạch cần cảm biến đáng tin cậy và trạng thái an toàn khi hỏng được xác định rõ. Phối hợp điện áp, kvar, dòng điện, thời gian, nhiệt độ và các điều khiển giám sát. Kiểm tra các kịch bản mất liên lạc và kẹt công tắc. Khi điện áp do năng lượng mặt trời ban ngày tăng cao, lịch trình thời gian truyền thống dựa trên tải trước đây có thể không còn phù hợp.
Quá trình chuyển mạch quá độ
Tính toán hoặc mô phỏng dòng điện khởi động đóng điện, chế độ làm việc lưng kề lưng, hiện tượng phóng điện và điện tích bị kẹt, khả năng chịu đựng của máy cắt hoặc dao cách ly, nguy cơ đánh lửa lại (restrike), gánh nặng của chống sét, và bước điện áp mà khách hàng nhìn thấy. Bản thân định mức của bộ tụ điện không xác định được các ứng suất này. Các bộ tụ điện mắc song song hiện có và điện cảm của thanh dẫn kết nối có thể chi phối dòng điện tần số cao. Điều khiển theo điểm sóng, thiết bị chèn trước, hoặc cuộn kháng có thể được hợp lý hóa, nhưng mỗi loại đều có giới hạn ứng dụng. Xác minh số lần thao tác tối đa và thời gian trễ đóng lặp lại tối thiểu để chiến lược điều khiển nằm trong giới hạn độ bền về điện và cơ.
Chạy kiểm tra Điều hòa và Cộng hưởng
Tụ điện làm thay đổi tổng trở của lưới và có thể dịch chuyển tần số cộng hưởng song song về phía một sóng hài đặc trưng. Sử dụng các dòng điện và điện áp sóng hài được đo đạc kết hợp với việc quét tần số cho các cấu hình lưới điện liên quan. Kiểm tra dòng điện và điện áp RMS của tụ điện, chế độ làm việc của thiết bị và cầu chì, độ nóng của cuộn kháng, sự méo dạng của thanh cái, và các thay đổi khi đóng cắt các dãy tụ hoặc máy biến áp. Một dãy tụ đáp ứng mục tiêu kvar 50/60 Hz vẫn có thể không đạt yêu cầu ở các tần số sóng hài. Các cuộn kháng khử điều hưởng, bộ lọc, hoặc thiết bị kháng công suất phản kháng động có thể là cần thiết trong trường hợp một dãy tụ mắc song song thông thường làm tăng mức độ méo dạng.
Bảo vệ và Biên độ Thiết bị Lỗi
Chọn kiến trúc kết nối và cầu chì của ngân hàng tụ, sau đó tính toán độ mất cân bằng vốn có khỏe mạnh và tín hiệu do sự cố phần tử hoặc thiết bị tiến triển gây ra. Xác định điện áp của thiết bị còn sống sót, mức cảnh báo, mức ngắt và bất kỳ điều kiện vận hành tạm thời nào được phép. Phối hợp logic pha, chạm đất, mất cân bằng, điện áp, sự cố máy cắt và chuyển mạch với các thiết bị phía nguồn. Số lượng các thiết bị mắc nối tiếp và song song ảnh hưởng đến cả độ nhạy bảo vệ và dòng sự cố. Định mức cuối cùng phải bao gồm cách điện, nhiệt độ xung quanh, độ cao, độ ô nhiễm, dung sai và các yêu cầu hiện hành của chủ sở hữu hoặc cơ quan quản lý.
Ví dụ sàng lọc đã thực hiện
Giả sử một trạm biến áp cung cấp 8 MW với hệ số công suất trễ là 0,82 và mục tiêu quy hoạch là 0,95. Công thức sàng lọc cho ra φ1 = arccos(0,82), φ2 = arccos(0,95) và Qc xấp xỉ 8 × (0,698 − 0,329) = 2,95 Mvar. Đó là nhu cầu tổng ban đầu, không phải là công suất định mức khi mua. Các kỹ sư có thể nghiên cứu một số phương án theo bậc thang trong phạm vi này, sau đó loại bỏ các lựa chọn gây ra điện áp tải tối thiểu quá mức, các bước đóng cắt không chấp nhận được, hiện tượng cộng hưởng hoặc tương tác điều khiển. Dàn tụ điện cuối cùng có thể nhỏ hơn, lớn hơn, được di dời hoặc chia nhỏ sau khi có kết quả tính toán dòng công suất và sự cố dự phòng.
Các đầu vào của Yêu cầu Báo giá (RFQ) và Bằng chứng Nghiệm thu
Cung cấp điện áp và tần số hệ thống, thanh cái mục tiêu, cấu hình tải và phát điện, thiết bị bù hiện có, dữ liệu máy biến áp và xuất tuyến, mức ngắn mạch nguồn, tổng số kvar và các bước đề xuất, đấu nối, nối đất, tần số đóng cắt, điều kiện giàn song song, đo lường sóng hài, xếp hạng môi trường, triết lý bảo vệ, truyền thông, tiêu chuẩn và các nghiên cứu bắt buộc. Yêu cầu bản vẽ, dữ liệu tổn thất, bố trí thiết bị, phối hợp cầu chì, tính toán lệch pha, bằng chứng chế độ đóng cắt, điều khoản xả điện, khuyến nghị cài đặt, kiểm tra tại nhà máy và hỗ trợ chạy thử nghiệm. Việc nghiệm thu phải so sánh điện áp đo được, sự thay đổi kvar, dòng điện, đường cơ sở lệch pha và bản ghi đóng cắt với nghiên cứu đã được phê duyệt.
Ghi lại lề được chọn
Nêu rõ các điều bất định mà biên thiết kế bao gồm: tăng trưởng dự báo, sai số đo lường, dung sai tụ điện, các thiết bị không có sẵn, cấu hình máy biến áp, hoặc thế hệ tương lai. Không giấu tất cả các điều bất định bên trong một giá trị kvar quá lớn duy nhất. Một dãy tụ điện quá lớn có thể tạo ra các vấn đề mới về điện áp và chuyển mạch. Giữ lại các phương án thay thế bị loại bỏ và các trường hợp giới hạn cùng với báo cáo đã phê duyệt để các nhóm mở rộng trong tương lai có thể thấy khi nào một bước đi tiếp theo là hợp lý và khi nào các giả định ban đầu đã hết hiệu lực. Chạy lại nghiên cứu sau khi có các thay đổi vật chất về lưới điện, tải, thế hệ hoặc điều khiển.
Các hướng dẫn liên quan
Sử dụng hướng dẫn tính toán hệ số công suất nhà máy để tính toán LV và xem xét mục đích của dãy máy biến áp trạm biến áp, đặt máng ăn, bảo vệ bờ sông, và các sản phẩm bồi thường thực vật.
Câu hỏi thường gặp
Tôi có thể kích thước một dãy biến áp trạm biến phong chỉ dựa trên hệ số công suất không?
Không. Đây là ước tính phản ứng ban đầu; việc lựa chọn cuối cùng cần có các nghiên cứu về lưới điện, điện áp, đóng cắt, sóng hài và bảo vệ.
Ngân hàng nên có bao nhiêu bước?
Đủ để đáp ứng các giới hạn về độ phân giải điều khiển và bước điện áp mà không cần thiết bị quá mức hoặc các thao tác đóng cắt.
Tại sao phải kiểm tra tải tối thiểu?
Một dãy tụ điện phù hợp vào giờ cao điểm có thể gây ra công suất phản kháng dẫn trước và điện áp quá mức khi tải giảm.
Xe buýt yếu có cần bước nhỏ hơn không?
Thông thường, cùng một lượng kvar gây ra sự thay đổi điện áp lớn hơn trên một thanh cái yếu hơn, nhưng mô hình hệ thống phải xác nhận điều đó.
Ví dụ đã làm có phải là một thiết kế cuối cùng không?
Không. Nó chỉ thể hiện các phép tính sàng lọc và không được thay thế cho một nghiên cứu dự án.
Tài liệu tham khảo
- IEEE 1036 — Ứng dụng Tụ điện Công suất Mắc song song
- Bộ Năng lượng Hoa Kỳ — Giảm chi phí hệ số công suất
