Bù công suất phản kháng theo chiều dọc — ý nghĩa vật lý và kỹ thuật thực hiện

Để cải thiện hiệu quả của các đường dây điện hiện có, cũng như cải thiện thông lượng của chúng, các thiết bị bù công suất phản kháng theo chiều dọc được sử dụng. Ngày nay, sự phong phú của các nguồn phát điện khác nhau với công suất khác nhau, cũng như các đường dây cao áp, đặc biệt là các nguồn truyền tải điện trên một khoảng cách dài, dẫn đến nhu cầu ngày càng tăng không chỉ nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện nói chung mà còn cải thiện hiệu quả của chúng.

Có hai cách để tăng khả năng truyền tải của đường dây, thứ nhất là trực tiếp tăng tiết diện của đường dây, thứ hai là sử dụng sơ đồ dọc để bù công suất phản kháng. Cách thứ hai—bù công suất phản kháng theo chiều dọc—được chứng minh là cách tiết kiệm hơn để đạt được mục tiêu này cho cả kết nối giữa các hệ thống và trong hệ thống.

Được biết, khi công suất phản kháng được truyền qua dây dẫn, điện áp giảm đáng kể và dòng điện tăng trong các phần của mạng điện, và điều này tạo ra những hạn chế trong việc truyền tải công suất tác dụng hữu ích.

Bù công suất phản kháng theo chiều dọc ngụ ý kết nối bổ sung các tụ điện nối tiếp với tải bằng máy biến áp tăng áp hoặc cách ly, giúp có thể đạt được điều chỉnh điện áp tự động tùy thuộc vào giá trị hiện tại của dòng tải.

Tất nhiên, với bù dọc, các chế độ khẩn cấp là không thể tránh khỏi, lý do có thể là:

• shunt của tụ điện, có thể gây ra đột biến;

• hiện tượng cộng hưởng sắt;

• hư hỏng các tụ điện từ bên trong.

Để tránh hư hỏng do điện áp tăng đột ngột, các tụ điện vào những thời điểm như vậy phải được ngắt tự động bằng công tắc cao áp hoặc phóng điện ngay lập tức qua khe hở tia lửa điện.

Vì các tụ bù công suất phản kháng được mắc nối tiếp trong mạch điện xoay chiều nên toàn bộ dòng điện lưới chạy qua chúng và do đó dòng điện ngắn mạch, nếu có, cũng sẽ chạy qua chúng.

Để tăng khả năng truyền tải, trên các đường dây cao áp áp dụng bù dọc, đảm bảo ổn định hệ thống điện bao gồm các đường dây này.

Trong bù dọc, dòng điện của tụ điện bằng với tổng dòng điện tải I chạy qua nó và công suất tụ điện Q là một giá trị thay đổi phụ thuộc vào tải tại bất kỳ thời điểm nào.Công suất phản kháng này có thể được tính theo công thức:

Bk =Az2/ωC

Và vì công suất của các tụ điện trong quá trình bù dọc không cố định, nên điện áp cũng tăng một lượng tỷ lệ thuận với sự thay đổi tải phản kháng của đường dây đã cho, nghĩa là điện áp của các tụ điện là không có nghĩa là không đổi, như trong bù chéo của công suất phản kháng.

Ngày nay, việc chuyển đổi các đơn vị bù dọc điện dung rất phổ biến... Việc lắp đặt như vậy được sử dụng để giảm ảnh hưởng của thành phần cảm ứng của điện kháng của máy biến áp của mạng lưới kéo và trạm biến áp lực kéo lên điện áp đặt vào điện áp của đầu máy điện. Ở đây, như đã đề cập ở trên, một tụ điện được mắc nối tiếp với pantograph.

Tại các trạm biến áp lực kéo của Nga, các hệ thống lắp đặt này được lắp đặt trong một đường hút, trong đó việc lắp đặt bù dọc nhằm tăng điện áp, ngăn chặn ảnh hưởng của pha sớm hoặc trễ, điện áp đối xứng với dòng điện bằng nhau được lấy ở các nhánh cung cấp, điện áp chung lớp cho thiết bị làm việc được giảm bớt và thiết kế cài đặt được đơn giản hóa...

Hình này cho thấy một sơ đồ chỉ hiển thị một phần của các tụ điện bù dọc, trong đó thực tế có một số tụ điện được kết nối song song với nhau.

Điện áp đến cuộn dây hạ áp của máy biến áp T1 và T2 mắc nối tiếp được cung cấp bởi một dãy tụ điện thông qua công tắc thyristor và điện trở giới hạn.Trong trường hợp này, các cuộn dây cao áp của các máy biến áp này được kết nối ngược chiều nhau và khi đoản mạch, điện áp trong các tụ điện tăng lên.

Thời điểm điện áp đạt đến giá trị cài đặt, công tắc thyristor được kích hoạt và hồ quang của bộ phóng ba điện cực được kích hoạt ngay lập tức. Khi bật công tắc tơ chân không, hồ quang trong bộ xả bị dập tắt.

Những lợi thế của việc cài đặt như vậy để bồi thường theo chiều dọc bao gồm:

• điện áp bus đối xứng;

• giảm dao động điện áp và tăng mức độ của nó tại máy thu điện.

Nhược điểm:

• điều kiện vận hành khó khăn của các tụ điện trong quá trình lắp đặt so với bù bên, do dòng điện ngắn mạch của mạng lực kéo chạy qua các tụ điện và cần phải có bảo vệ quá tốc độ đáng tin cậy ở đây;

• quá tải tụ điện ở các chế độ nguy hiểm: cưỡng bức, khẩn cấp, sau khẩn cấp.

Để đạt được hiệu quả tốt nhất của việc bù công suất phản kháng, nên sử dụng các hệ thống lắp đặt có thể điều chỉnh được với hoạt động kết hợp giữa bù dọc và bù ngang.

Những lợi thế của việc sử dụng cài đặt bù dọc nói chung bao gồm:

• tăng công suất truyền tải trên đường dây;

• nâng cao tính ổn định của hệ thống điện khi phụ tải cao điểm;

• giảm đáng kể tổn thất điện năng hoạt động;

• nâng cao chất lượng điện năng trong lưới điện;

• hiệu quả cao của phân phối điện trong các đường dây song song;

• nhu cầu xây dựng các nguồn phát điện ở vùng sâu vùng xa được loại bỏ;

• các đoạn liên kết và thông số kỹ thuật của đường dây không cần tăng thêm.

Ưu điểm kinh tế chính của việc sử dụng các thiết bị bù dọc là tiết kiệm năng lượng. Không chỉ có vậy chất lượng điện được cải thiện, vì vậy số lượng đường dây có thể giảm nếu sử dụng bù công suất phản kháng theo chiều dọc. Bảo vệ môi trường là hệ quả tự nhiên của việc giới thiệu công nghệ này, đặc biệt là trên quy mô lớn.

Chi phí lắp đặt cao đến mức một đường dây truyền tải mới đắt gấp 10 lần so với một thiết bị bù dọc có cùng công suất truyền dẫn. Do đó, việc phục hồi một hệ thống như vậy chỉ mất vài năm so với các đường dây truyền tải truyền thống.