Luận văn:NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CỘT NHIỀU MẠCH NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Theo Qui hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2030 (Qui hoạch điện VII) đang trình chính phủ phê duyệt, dự kiến tăng trưởng điện sản xuất bình quân của hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn sắp tới khoảng 12,8 – 15,9%/năm (giai đoạn 2011-

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CỘT NHIỀU MẠCH NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN TƯỜNG TUẤN NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CỘT NHIỀU MẠCH NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011
1 MỞ ĐẦU Công trình được hoàn thành tại 1. Đặt vấn đề ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Theo Qui hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2030 (Qui hoạch điện VII) đang trình chính phủ phê duyệt, dự kiến tăng trưởng điện sản xuất bình quân của hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn sắp tới khoảng 12,8 – 15,9%/năm (giai đoạn 2011- Người hướng dẫn khoa học: TS. Đoàn Anh Tuấn 2015); khoảng 8,9 – 11,4%/năm (giai đoạn 2016 – 2020) và khoảng 7,0 – 8,7%/năm (giai đoạn 2021 – 2030). Tương ứng nhu cầu điện năng nêu trên, hệ thống điện Việt Nam sẽ phải bổ sung thêm một lượng công suất nguồn rất lớn khoảng 22.890MW giai đoạn (2011 – 2015), 70.115MW giai đoạn (2016 – 2020); 97.430MW đến năm Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH 2025 và 137.800MW đến năm 2030. Cũng theo báo cáo này giai đoạn (2011-2030) khối lượng xây dựng đường dây truyền tải đến Phản biện 2: PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT 500kV tăng 52,9% (năm 2020), đường dây 220kV tăng 59,2% (năm 2015); Từ những dự báo trên việc xây dựng trạm biến áp 220kV, 500kV nằm sâu vào tâm phụ tải mới giải quyết được bài toán cung cấp điện thì việc xây dựng ĐDK liên kết cung cấp điện càng khó khăn gấp bội do quỹ đất ngày càng hạn hẹp. Luận văn này sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc Xây dựng đường dây trên không truyền tải hỗn hợp nhiều mạch sĩ Ngành Mạng và Hệ thống Điện họp tại Học viện Hải Quân tp. Nha trên không (ĐDKN) là giải pháp hữu ích trong giai đoạn đất nước Trang, vào ngày 06 tháng 8 năm 2011. đang cần tiết kiệm nguồn quỹ đất và tài chính để phát triển đồng bộ những lĩnh vực kinh tế khác. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu Có thể tìm hiểu luận văn tại: Mục đích chính của luận văn này là phân tích ảnh hưởng cường - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng. độ điện trường của đường dây nhiều mạch – nhiều cấp điện áp, từ đó - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. đề xuất phạm vi hành lang tiếp đất an toàn của các công trình được phép tồn tại trong hành lang tuyến chưa được qui định trong Qui
2 3 phạm trang bị điện cũng như các thông tư nghị định Việt Nam. CHƯƠNG 1: ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TRƯỜNG 3. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN CAO ÁP a. Ý nghĩa khoa học của luận văn VÀ CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG Khảo sát, phân tích kết quả tính toán cường độ điện trường của 1.1. GIỚI THIỆU đường dây hỗn hợp 4 mạch 500 - 220kV đối với môi trường xung Dây dẫn của đường dây tải điện đang làm việc tạo ra trong không quanh dựa vào phần mềm EMTP. gian quanh nó điện trường và từ trường tần số công nghiệp. Khoảng Khảo sát, kiểm tra ảnh hưởng điện áp giữa các mạch đi gần cách mà các trường này phân bổ kể từ dây dẫn đường dây ảnh hưởng nhau khác cấp điện áp trên cột nhiều mạch đường dây truyền tải siêu đến khoảng không gian lên đến hàng chục mét. cao áp. Độ phân bổ xa của điện trường phụ thuộc vào cấp điện áp của b. Những đóng góp mới của luận văn đường dây tải điện, khi điện áp càng cao thì vùng điện trường tăng Đề xuất phạm vi tiếp đất loại trừ ảnh hưởng điện áp cảm ứng cao càng lớn. đường dây truyền tải cao áp nhiều mạch, nhiều cấp điện áp trong điều Độ phân bổ xa của từ trường phụ thuộc vào giá trị dòng điện kiện hành lang chật hẹp. Nâng cao hiệu quả kinh tế đầu tư hệ thống chạy trong dây dẫn hay là độ mang tải của đường dây. Bởi vì phụ tải điện Việt Nam. điện của hệ thông thay đổi trong ngày, trong tuần và theo mùa trong Tạo tiền đề trong yêu cầu thiết kế đối với đường dây truyền tải năm, kích thước vùng ảnh hưởng tăng cao, tương ứng mức từ trường siêu cao áp nhiều mạch đi trong khu vực dân cư. cũng thay đổi. 4. Bố cục luận án 1.2. CÁC TÁC ĐỘNG SINH HỌC CỦA ĐIỆN TRƯỜNG Luận án bao gồm 5 chương chính cùng với phần mở đầu và kết VÀ TỪ TRƯỜNG luận Điện trường và từ trường là các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến Mở đầu trạng thái của tất cả các đối tượng sinh học có mặt trong vùng tác Chương 1: Ảnh hưởng điện trường của các đường dây truyền động của chúng. tải siêu cao áp và các tiêu chuẩn áp dụng. Khi con người ở lâu (hàng tháng - hàng năm) trong điện từ Chương 2: Các phương pháp tính toán cường độ điện trường. trường của đường dây truyền tải điện trên không có thể phát triển các Chương 3: Tính toán phân bố cường độ điện trường của bệnh tim mạch và hệ thần kinh. Trong những năm sau cùng trong số đường dây hỗn hợp 4 mạch cấp điện áp 500kV và 220kV. các hậu quả để lại thường rơi vào các bệnh ung thư. Chương 4: Mô hình hóa lưới điện hỗn hợp siêu cao áp bằng 1.3. KHÁI NIỆM AN TOÀN CHO DÂN CƯ ĐỐI VỚI phần mềm EMTP - Tính toán ảnh hưởng điện áp. ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. Kết luận và kiến nghị. Hiện nay các tổ chức nghiên cứu về điện từ trường trên toàn thế
4 5 giới cho rằng điện từ trường có hại cho sức khỏe, nhưng giá trị cực CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN đại cho phép về điện từ trường đối với dân cư không quy định cụ thể ĐIỆN TRƯỜNG và phần lớn các đường dây truyền tải điện trên không đã xây dựng 2.1. GIỚI THIỆU không tính đến sự nguy hiểm này. Phạm vi của đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng cường độ điện Bằng con đường thực nghiệm người ta cũng chưa xác định được trường được sinh ra bởi đường dây truyền tải điện trên không nên các các tác động sinh học của từ trường ở các mức giá trị điển hình. Tuy vấn đề liên quan đến từ trường bởi đường dây trên không sẽ được vậy, để bảo vệ cộng đồng dây cư người ta đã đưa ra các tiêu chuẩn nghiên cứu trong một đề tài khác. bảo vệ dân cư khỏi các tác động của điện trường, tạo bởi đường dây 2.2. MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT VỀ ĐIỆN TỪ TRƯỜNG truyền tải điện trên không xoay chiều tần số công nghiệp. Từ các tiêu Tổng quát một số định luật và bài toán cơ bản trong Lý thuyết chuẩn này người ta thiết kế và xây dựng tất cả các công trình điện. trường điện từ, đặc biệt là định luật Culông và định luật Gaux thường Theo Quyết định số 183/NL-KHKT của Bộ Năng lượng về “Mức được tính toán đối với đường dây truyền tải điện trên không. cho phép của cường độ điện trường tấn số công nghiệp và quy định 2.2.1. Định luật Culông việc kiểm tra ở chỗ làm việc” quy định: Định luật Culông được phát biểu như sau: Hai điện tích điểm + Mức cho phép của cường độ điện trường E phụ thuộc vào thời đứng yên ở hai điểm M1, M2 trong một hệ qui chiếu quán tính đặt gian t(h) mà con người chịu tác động trực tiếp của điện trường: trong chân không hình 2.1, tác dụng lực tĩnh điện với nhau (điện tích * Khi E > 25kV/m, t = 0 ; nọ tác dụng với trường của điện tích kia) theo luật: * Khi 20< E ≤ 25kV/m, t = 1/6; q2 F1 = q1 r (2-1) * Khi 5 ≤ E ≤ 20kV/m, t = (50/E)-2; 4πε 0 r12 2 12 * Khi E < 5kV/m, không hạn chế thời gian q1 (2-2) F2 = q2 r Trong đó, t (h) là thời gian cho phép làm việc trong một ngày 4πε 0 r21 2 21 đêm dưới cường độ điện trường. Hệ luận 1: Trong chân không cường độ trường tĩnh điện ở M2 + Không cho phép làm việc ở những nơi có cường độ điện ứng với một điện tích điểm q1 đặt yên ở M1 bằng: trường lớn hơn 25 kV/m nếu không có phương tiện bảo vệ. q1 (2-3) E(M ) = r 4πε 0 r21 2 21 + Nếu đã làm việc trong điện trường hết thời gian quy định tại thì 2 thời gian còn lại trong ngày chỉ được phép làm việc ở những nơi có Khi đã qui ước rõ cách xác định vectơ vị trí, ta có : cường độ điện trường dưới 5 kV. q (2-4) E (M ) = 4πε 0 r 2 So sánh với các tiêu chuẩn của các nước và các tổ chức quốc tế, Hệ luận 2: Riêng đối với một môi trường tuyến tính theo qui định của Việt Nam về cường độ điện trường là hợp lý và ở mức nguyên tắc xếp chồng, cường độ điện trường ứng với một số điện tích an toàn cao.
6 7 điểm q1, q2, …, qn bằng sự xếp chồng các thành phần ứng với mỗi dẫn với mật độ đường τ, tức điện tích bao trong mặt S bằng τl. Vận điện tích: dụng định luật Gaux cho mặt S ta có: E (M ) = 1 n qk ∑ rk (2-5) ∫ Dds = ∫ D ds = D ∫ ds = D.2πrl = τl r (2-8a) 4πε 0 k =1 rk2 S S S hoặc : τ ; (2-8b) F2 M1 r 12 M2 F1 M1 F 2 r 12 F1 M2 D ( r ) = Dr ( r ) = 2πr q1 > 0 q2> 0 q1 < 0 q2< 0 τ E (r ) = Er (r ) = 2πεr a) Hai ñieän tích cuøng daáu Lấy tích phân ta được hàm thế so với mặt trụ bán kính ro chọn làm mốc : r r τ M1 F 2 r 12 M2 F1 ϕ (r ) = − ∫ E r dr = − ∫ dr (2-9) r0 r0 2πεr q1 > 0 q2> 0 Trong trường hợp môi trường tuyến tính, tích phân ( 2-9 ) cho : τ τ r ϕ (r ) = (ln r − ln r ) = ln 0 (2-10) b) Hai ñieän tích khaùc daáu 2πε 0 2πε r Hình 2.1: Lực tĩnh điện giữa hai điện tích điểm Bằng cách vận dụng các định luật và bài toán cơ bản nói trên, 2.2.2. Định luật Gaux đặc biệt là vận dụng trực tiếp định luật Gaux, ta có thể tính được Thông lượng vectơ cường độ điện trường E đi ra khỏi mặt kín cường độ điện trường dưới đường dây siêu cao áp. S trong một môi trường, bằng tổng các điện tích (tự do và ràng buộc) 2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GIÁN TIẾP CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN bọc trong mặt đó chia cho ε: TRƯỜNG QUA HÀM THẾ ϕ. q (2-6) Eds = ∑ ∫ Trước hết ta xét bài toán điện trường của hai trục dài thẳng S ε Hoặc song song mang điện và từ kết quả nhận được sẽ mở rộng cho ∫ Dds = ∫ ε Eds = ∑ q S S td (2-7) trường hợp đường dây ba pha. 2.2.3. Bài toán điện trường đối xứng xuyên trục Điện trường của hai trục dài thẳng song song mang điện. Một trục mang điện hoặc một vật dẫn hình trụ tròn, thẳng, dài Xét hai trục dài thẳng song song mang điện trái dấu, đặt cách vô hạn đặt trong môi trường điện môi, có nhiều lớp hình trụ, đồng nhau một khoảng 2h như trên hình 2.4. trục, điện trường sẽ đối xứng qua trục và chỉ phụ thuộc riêng khoảng Vận dụng kết quả bài toán điện trường đối xứng xuyên trục để cách r đến trục. tìm thế ở điểm M(r-, r+) bất kỳ. Khi chỉ có riêng rẽ trục +τ hoặc trục - Trong trường hợp này, ϕ, E, D…chỉ phụ thuộc khoảng cách τ, giá trị thế thứ tự bằng: đến trục và E = Er, D = Dr chỉ có thành phần xuyên trục, ví dụ trường +τ r+ ϕ ( +τ ) = ln 0+ (2.11) hợp một dây hoặc một trục thẳng mang điện. 2πε r −τ r− Để tính D(r), E(r) ta lấy một mặt trụ tròn S có bán kính r và ϕ (−τ ) = ln 0− (2.12) 2πε r chiều dài l, đồng trục với vật dẫn. Giả sử, điện tích phân bố trên trục
8 9 Trong đó: r0+ , r0− là những tọa độ các điểm mốc có thế bằng Với những thế φ1, φ2,… đã cho, ta sẽ tìm được một họ thông số zêrô. Xếp chồng lại, có thế ở M(r+, r-): k, K, R ứng với một họ những vòng R, X (mặt trụ tròn) đẳng thế tính τ  r0+ r−  τ  r− r+  (2.13) theo 2.15. ϕM (r + , r − ) =  ln − ln 0  =  ln + ln 0  2πε   r+ r−   2πε   r+ r0−   Từ (2.18) nếu R > R - a, tức y là họ những vòng tròn đẳng thế đều E + Cũng nên chú ý ôm lấy trục mạng điện hình 2.3. α M tính đối xứng của đường y M Do tính chất đối xứng của E y dây, dễ thấy mặt phẳng r+ trường qua mặt Oyz, có thể lập luận E- r- đối xứng Oy, tức tập +τ −τ x họ những đẳng thế - φ1, - φ2,… là những điểm có r+ = r-, đi những vòng tròn đối xứng với họ α x qua gốc và đi ra xa đến vô những đẳng thế φ1, φ2,… qua trục y. +τ M 1 M 2 −τ a) cùng, là một mặt đẳng thế. b) Trong thực tế các bài toán điện Hình 2.3 Chọn thế trên mặt đó bằng zêrô, suy ra phải chọn tỷ số ( r0+ / r0− ) = 1 trường một đường dây có hai dây dài thẳng song song, nạp những và do đó có: điện tích bằng nhau trái dấu. Đối với các bài toán nhiều dây cũng τ  r−  phân tích đưa về nhiều bài toán hai dây xếp chồng lại. ϕM ( r + , r − ) =  ln  (2.14) 2πε  r−    CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN Tiếp theo hãy chọn phân tích các đường đẳng thế. Từ (2.14) TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HỖN HỢP 4 MẠCH CẤP ĐIỆN đường đẳng thế có phương trình: ÁP 500kV VÀ 220kV r− - + - 2 2 + 2 3.1. GIỚI THIỆU. ln + = const hoặc r =kr hoặc (r ) - k (r ) r (2.15) Một đường dây truyền tải điện trên không bao gồm một bộ dây =0 dẫn kích thước thích hợp được bố trí hợp lý trong không gian, được Gọi x,y là tọa độ các điểm M trên mặt đẳng thế ấy và 2a = d là cách điện và treo trên cột. Tùy theo cấp điện áp mà dây dẫn được treo khoảng cách giữa hai dây, ta có: cách mặt đất với khoảng cách an toàn khác nhau cho người và các (r -)2 = (x+a)2 +y2, (r -)2 = (x - a)2 + y2 (2.16) phương tiện công cộng qua lại. Thay vào (2.15) ta có phương trình: Đề tài sẽ trình bày và phân tích ảnh hưởng của cường độ điện k 2 +1 (2.17) trường đối với đường dây 4 mạch (2 mạch 500kV và 2 mạch 220kV x 2 − 2a x + y2 + a2 = 0 k 2 −1 đi chung cột). Tạo tiền đề trong yêu cầu thiết kế đối với đường dây Đặt K = (k +1)/(k2-1), phương trình 2.17 có dạng đường tròn 2 truyền tải siêu cao áp nhiều mạch đi trong khu vực dân cư. tâm (X,O) với: 3.2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN. k 2 + 1 , và (2.18) X = aK = a R = X 2 + a2 . Hiện nay, việc thiết kế, xây dựng đường dây truyền tải điện k 2 −1 trên không được thực hiện trên cơ sở các văn bản quy phạm pháp luật sau:
10 11 - Luật Điện lực ban hành ngày 3/12/2004; đề tài chọn khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn điện ở trạng - Nghị định 106/2005/NĐ-CP, ngày 17/8/2005 của Thủ tướng thái võng cực đại đến mặt đất tự nhiên các bước là Eh=18m, Eh=13m Chính phủ về việc: Qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành luật điện và Eh=8m đối với ĐDK 220kV; Eh=16m và Eh=14m đối với ĐDK lực về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp; 500kV; Eh=18m, Eh=14m và Eh=8m đối với ĐDKN 4 mạch 220kV - Công văn 3146/CV-EVN-KTAT ngày 21/6/2007 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc Quy định nối đất tạm thời cho kết và 500kV khảo sát từ tim tuyến đường dây ra mỗi bên 100(m). Dùng cấu kim loại của nhà và công trình gần đường dây cao áp và siêu cao phần mềm EMTP (Electro Magnetic Transients Programe) để tính áp. toán và lấy kết quả phân tích đánh giá. - Thông tư 03/2010/TT-BCT ngày 22/01/2010 của Bộ công 3.5. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. thương quy định về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp. Đường biểu diễn cường độ điện trường E(kV/m) với khoảng 3.3. MỤC ĐÍCH. cách x(m) trong hệ trục tọa độ xOy. Góc tọa độ được đặt tại tim Tính toán cường độ điện trường dưới đường dây siêu cao áp tuyến, trục Ox (m) biểu diễn chiều dài phạm vi ảnh hưởng điện nhằm đảm bảo cho người có thể sinh sống, làm việc trong điều kiện A A trường và trục Oy (kV/m) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường. có điện trường ở mức cho phép mà không ảnh hưởng đến sức khỏe B B con người. C C 3.5.1. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 220kV mạch 3.4. CÁC GIẢ THIẾT ÁP DỤNG TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN kép (2 mạch đi chung một hàng cột). TỪ TRƯỜNG TRONG PHẠM VI ĐỀ TÀI. P H ÂN BỐ C ƯỜN G ĐỘ ĐI ỆN TR ƯỜN G T ẠI C ÁC ĐI Ể M C ÁC H M ẶT ĐẤT X( m ) P H ÂN B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐI ỆN TR ƯỜN G TẠI C ÁC ĐI ỂM C ÁC H M ẶT ĐẤT X( m ) ( 0 2 M ẠC H 2 2 0 k V B Ố TR Í T H UẬN P HA ) ( 0 2 M ẠC H 2 2 0 k V B Ố TR Í N GỊC H P H A ) Eh=8m Eh=13m Eh=18m Eh=8m Eh=13m Eh=18m Đường dây truyền tải điện trên không (ĐDK) xoay chiều 3 pha 5.00 3.50 4.50 3.00 là đối xứng có tổng các véc tơ điện áp và dòng điện trên mỗi pha 4.00 3.50 2.50 A A A C 3.00 bằng không; E[kV/m] B B B B 2.00 E[kV/m] 2.50 C C C A 1.50 Đường dây 4 mạch có cấp điện áp 500kV và 220kV đi chung 2.00 1.50 1.00 1.00 cột (trên một hàng cột); 0.50 0.50 0.00 Mặt đất dưới đường dây xem như bằng phẳng; 0.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 - 100 - 90 - 80 -70 - 60 - 50 - 40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m ] x[m ] Các dây chống sét được nối đất trực tiếp; Hình 3.1 Hình 3.2 Các đường dây đối xứng qua trục là những đường dây vận Hình 3.1 và 3.2 là đường biểu diễn cường độ điện trường hành song song ở mỗi pha tương ứng có cùng dòng điện và điện áp; đường dây 220kV, 2 mạch bố trí các pha dây dẫn thuận và nghịch. Trục phân bố thẳng đứng (y) là trục đối xứng của cột điện Kết quả tính toán cường độ điện trường đối với đường dây 220kV (được xem như trung trực của đường dây) và mặt đất là trục x; mạch kép có độ võng dây dẫn thấp nhất so với mặt đất hf=8m. Cường Phân bố điện trường là đường phân bố theo mặt cắt ngang độ điện trường Emax=4,337kV/m (thuận) và Emax=3,247kV/m vuông góc với đường dây và cách mặt đất một độ cao y = Eh không (nghịch). đổi; Cường độ điện trường E được phân bố đối xứng theo trục tim Trong thực tế có thể sử dụng nhiều dạng sơ đồ cột khác nhau, tuyến đường dây truyền tải đang khảo sát ra hai bên.
12 13 Phạm vi ảnh hưởng cường độ điện trường < 1kV/m là khoảng xmax=±9m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn Eh=16m, cường độ cách ngoài tim tuyến x >±14m trong mọi trường hợp bố trí pha và độ Emax=3,852kV/m, tại tim tuyến đường dây xmax= =±10m. Cường độ võng dây dẫn khảo sát. điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngoài phạm vi từ tim Cường độ điện trường trong trường hợp bố trí dây dẫn nghịch tuyến x(E≤1kV/m)> ±27m ra hai bên. pha luôn có giá trị nhỏ hơn so với trường hợp bố trí dây dẫn thuận pha. 3.5.3. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 220kV và 3.5.2. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 500kV mạch 500kV 4 mạch (4mạch bố trí đối xứng đi một chung hàng cột). kép (2 mạch đi chung một hàng cột). PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH MẶT ĐẤT X(m) Tiếp tục quan sát kết quả tính (04 MẠCH 500&220kV BỐ TRÍ NGỊCH PHA 500kV) Quan sát tiếp kết quả tính toán đối với đường dây truyền tải Eh=8m Eh=14m Eh=18m toán đối với đường dây truyền tải 6.00 điện 500kV mạch kép độ võng thấp nhất so với mặt đất hf =16m; A A 5.00 điện 220kV và 500kV hỗn hợp 4 B C C B 14m, bố trí thuận pha (thuận). Kết quả được biểu diễn trên đồ thị 4.00 mạch, độ võng thấp nhất so với mặt A E[kV/m] A 3.00 B B hình 3.3 cho thấy ở độ võng dây dẫn hf=14 m có cường độ điện đất lần lượt là hf=8m; 14m; 18m, bố 2.00 C C trường lớn nhất trong trường hợp này Emax=8,013kV/m, tại điểm cách 1.00 trí thuận và các trường hợp nghịch 0.00 tim tuyến xmax=±5 m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn Eh=16 m, -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] pha. cường độ Emax=6,454kV/m, tại tim tuyến đường dây xmax= 0m. Cường Hình 3.5 P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m ) P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X(m ) độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngoài phạm vi từ (0 4 M ẠC H 5 0 0&2 20 k V B Ố T R Í N GỊC H P H A 2 2 0 k V) ( 0 4 M ẠC H 5 0 0&22 0k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A 5 0 0k V) Eh=8m Eh=14m Eh=18m Eh=8m Eh=14m Eh=18m 5.00 5.00 tim tuyến x(E≤1kV/m)> ±27m ra hai bên. A C 4.50 A A 4.50 4.00 4.00 B B P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m) P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m ) B B 3.50 ( 0 2 M ẠC H 2 2 0 k V B Ố T R Í T H UẬN P H A ) ( 0 2 M ẠC H 2 2 0 k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A ) 3.50 C C C A 3.00 E[kV/m] Eh=14m Eh=16m 3.00 A C E[kV/m] Eh=14m Eh=16m 2.50 9.00 A A 2.50 B B 2.00 8.00 6.00 B B 2.00 1.50 C A 7.00 5.00 C C 1.50 1.00 1.00 0.50 A A 6.00 A C 4.00 0.50 0.00 B B E[kV/m] 5.00 B B 0.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 E[kV/m] -100 -90 -80 -70 - 60 -50 -40 -30 -20 - 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] C C 4.00 C A 3.00 x[m] 3.00 2.00 2.00 Hình 3.6 Hình 3.7 1.00 P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M Ặ ĐẤ X ( m ) T T P HÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN T RƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m) ( 0 4 M ẠC H 5 0 0 &2 2 0 k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A 2 2 0 k V &5 0 0 k V B ÊN P H ẢI) (04 M ẠCH 500&220kV BỐ T RÍ NGỊCH P HA 220kVT RÁI &500kV BÊN P HẢI) 1.00 Eh=8m Eh=14m Eh=18m 0.00 0.00 Eh=8m Eh=14m Eh=18m -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -100 - 90 -80 - 70 -60 - 50 - 40 -30 - 20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4.00 x[m] x[m ] 3.50 A C 3.50 A C 3.00 Hình 3.3 Hình 3.4 B B 3.00 B B 2.50 C A 2.50 Đường biểu diễn cường độ điện trường đối với đường dây C A E[kV/m] 2.00 E[kV/m] A C 2.00 C A 1.50 B B 1.50 500kV mạch kép bố trí nghịch pha (nghịch) trên đồ thị hình 3.4 cho C A 1.00 B A B C 1.00 0.50 0.50 thấy thấy ở độ võng dây dẫn hf=14 m có cường độ điện trường lớn -10 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 0.00 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 0.00 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 x[m] x[m] nhất trong trường hợp này Emax=5,661kV/m, tại điểm cách tim tuyến Hình 3.8 Hình 3.9
14 15 Bảng 3.1- Bảng Tổng hợp kết quả tính toán cường độ điện trường. cách mặt đất 1m. Cường độ điện trường E≤ 1kV/m tại điểm bất kỳ ở trong nhà cách mặt đất 1m. Hf=8m Hf=14m Hf=18m Emax [kV/m] [kV/m] [kV/m] Ghi chú Đối với đường dây 500kV và 220kV hỗn hợp cần phải có qui (1) 5,388 3,112 2,308 định cụ thể nhằm tránh lãng phí trong công tác tư vấn. (2) 4,760 2,512 1,793 Đối với đường dây hỗn hợp 500kV&220kV đi chung cột phải (3) 4,297 1,835 1,243 bố trí đảo pha mạch 500kV bên phải và 220kV bên trái hoặc ngược (4) 3,780 1,472 0,947 lại nhằm mục đích hạn chế cường độ điện trường. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA LƯỚI ĐIỆN HỖN HỢP (5) 3,111 1,010 0,608 SIÊU CAO ÁP BẰNG PHẦN MỀM EMTP Tỷ lệ (5) so với (1) % 42.3 67.5 73.7 TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG ĐIỆN ÁP * Chú thích: 4.1. TỔNG QUAN (1) – Trường hợp bố trí dây dẫn thuận pha Cần thiết phải kiểm tra tính đúng đắn về khoảng cách cho phép (2) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 500kV bên phải giữa các mạch truyền tải điện siêu cao áp. Đặc biệt phải kiểm tra khả (3) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV bên phải năng phóng điện đối với đường dây bên cạnh trong các chế độ đóng (4) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV và 500kV bên phải cắt vận hành đường dây 500kV. (5) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV trái và 500kV phải 4.2. MỤC ĐÍCH Kết quả tính toán cường độ điện trường đối với đường dây Điện áp cảm ứng của mạch truyền tải nhiều mạch trong các trên không hỗn hợp nhiều mạch (ĐDKN - 4 mạch) với năm trường trường hợp vận hành bình thường, quá điện áp đóng cắt, cũng như hợp bố trí dây dẫn khác nhau, các trường hợp có thực hiện bố trí đảo trường hợp sự cố. pha luôn có xu hướng cho kết quả cường độ điện trường giảm. 4.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN 3.6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Theo Qui phạm trang bị điện 11TCN-19-2006. Đường dây truyền tải điện trên không siêu cao áp sinh ra trong Bảng 4.3: Thông số ĐDK cấp điện áp 500kV và 220kV. không gian xung quanh nó một điện trường bao phủ dọc theo tuyến Thông số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV đường dây truyền tải. Điện áp max hệ thống [kV] 242 550 242 550 Các trường hợp chủ động bố trí đảo pha đối với đường dây hỗn hợp nhiều mạch 220kV và 500kV luôn có xu hướng làm giảm cường Thứ tự pha độ điện trường sinh ra bởi đường dây truyền tải điện. Thông số dây dẫn 6 6 6 6 Cường độ điện trường E≤ 5kV/m tại điểm bất kỳ ở ngoài nhà Loại dây AC330/42 AC330/42 AC330/42 AC330/42
16 17 Thông số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV Mô hình EMTP được trình bày tại hình 4.1. Ứng suất của dây dẫn daN/m2 12,46 12,46 12,46 12,46 500kV Đường kính dây đơn [m] 0,0253 0,0253 0,0253 0,0253 MPLOT 2 MACH 500kV Số dây phân pha 1 4 1 4 53 51 + VM VM + 4 MACH HON HOP ?v/?v/?v B1 ?v F500 3 a a a a + SW 1 SW2 + CP + CP + + b b b b + 1E15|10us|0 0| 50ms| 0 c c c c 0| 50ms| 0 1 9 54 Khoảng cách phân pha [m] 0,45 0,45 SW LF 500kV 2MACH 500_220kV 2 + VM?v/?v/?v SW 11 B2 + LF1 3 a a a a + + SW3 SW4 -1| 1E15| 0 + b b b b + -1| 1E15| 0 c c c c -1ms| 1E15| 0 52 1 VM + 21 23 2 LF + VM + VM 4MACH ?v Thông số dây chống sét Load1 ?v ?v F220 a a a a SW 5 SW6 + CP + + b b b b + -1| 1E15| 0 c c c c -1| 1E15| 0 LF 220kV 2MACH LF2 SW 7 a a a a SW8 Loại dây GSW GSW70 PhLox116 PhLox116 + -1| 1E15| 0 22 b c 220kV b b c c 24 b c + -1| 1E15| 0 26 VM + + VM + VM ?v ?v ?v Đường kính [m] 0,014 0,014 0,014 2 MACH 500kV Loại dây OPGW OPGW 70 OPGW 81 OPGW 81 Đường kính [m] 0,0132 0,0132 0,0132 Hình 4.1: Hình mô phỏng vận hành đường dây 220kV và 500kV Thông số hình học 4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. Số mạch 2 2 2 2 Kết quả tính toán khảo sát đối với các chế độ vận hành, quá Số dây chống sét 2 2 - 2 trình đóng cắt và các dạng sự cố khác nhau được chương trình EMPT Bố trí dây dẫn Đối xứng Đối xứng Đối xứng Đối xứng mô phỏng lại như sau: Khoảng cách pha [m] m m m m 4.4.1. Chế độ vận hành bình thường. Đường dây 220kV vận hành 2 mạch bình thường, 2 mạch Khoảng cột [m] 300 350 300 300 đường dây 500kV chưa vận hành. Đường biểu diễn dạng sóng điện Độ võng fmax [m] >10 >10 >10 >10 áp trên hình 4.2 Khoảng cách pha-pha [mm] 6500 10500 6500 10500 Khoảng cách pha - đất [mm] 1800 3200 1800 3200 K.cách giữa 2 cấp đ.áp[mm] - - 8500 8500 K.cách giữa các mạch [mm] 6000 8500 8500 8500 Khoảng cách DD-mặt đất 18 16 7 - Khoảng cách DD-CS 3000 4500 - 4500 Mô phỏng tính toán bằng cách xây dựng mô hình sơ đồ vận Hình 4.2: Đường 220kV vận hành bình thường. hành đường dây đi gần và hỗn hợp trên phần mềm tính toán EMTP- RV;
18 19 Trường hợp đường dây 500kV vận hành 2 mạch, đường dây 220kV chưa vận hành. Đường biểu diễn dạng sóng điện áp trên hình 4.3. Hình 4.4a: Chế độ đóng cắt một mạch 500kV trên ĐDK4. Hình 4.3: Đường 500kV vận hành bình thường. Trường hợp đường dây 500kV vận hành 2 mạch, đường dây 220kV vận hành 2 mạch xem hình 4.4. Hình 4.4b: Chế độ đóng cắt một mạch 500kV trên ĐDK4 Nhận xét: o Khi đã cắt 2 đầu đường dây 500kV, trên đường dây vẫn duy trì Hình 4.4: Đường 500kV và 220kV vận hành bình thường. điện áp rất lớn gần bằng một nửa với điện áp ban đầu về độ 4.4.2. Chế độ đóng cắt. lớn. Giả thuyết khảo sát mạch điện trong các điều kiện sau: o Cảm ứng điện áp lên mạch đường dây 220kV đang vận hành - Đường dây 220kV mạch kép đang vận hành; làm sóng điện áp của đường dây tăng lên so với điện áp vận - Đường dây 500kV vận hành một mạch; hành bình thường 7,8%, thời gian duy trì nhỏ < 2ms, không - Sau khoảng thời gian 80ms đóng mạch 500kV thứ 2, tiếp gây ảnh hưởng đến quá trình vận hành đường dây điện áp theo 70ms sau cắt mạch 500kV mới đóng và thời gian 50ms sau đó 220kV. tiếp đất 3 pha đường dây 500kV để cắt điện áp duy trì trên mạch. 4.4.3. Chế độ sự cố. Thời gian khảo sát khoảng t=240ms. Đặt vấn đề khảo sát mạch điện trong các điều kiện sau:
20 21 - Đường dây 220kV và 500kV hỗn hợp 4 mạch đang vận hành; ngắn mạch chạm đất sau thời gian 100ms. Đồ thị biểu diễn quá trình - Thời gian khảo sát trong 240ms. khảo sát trên hình 4.5c. 4.4.3.1. Trường hợp ngắn mạch chạm đất. Giả thuyết 1: đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Cho pha “a” của đường dây 500kV (thứ 2-VM53) ngắn mạch chạm đất sau thời gian 50ms. Pha “b” và “c” ngắn mạch chạm đất lần lược sau thời gian 50ms tiếp theo. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên hình 4.5a. Hình 4.5c: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4. Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kV của mạch hỗn hợp 500kV-220kV trong trường hợp này được thể hiện trên hình 4.5d. Hình 4.5a: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4 Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kV của mạch hỗn hợp 500kV-220kV trong trường hợp này được thể hiện trên hình 4.6b Hình 4.5d: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4. 4.4.3.2. Trường hợp ngắn mạch không chạm đất. Giả thuyết 1: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Sau thời gian 100ms cho pha “a” và pha “b” của đường dây 500kV (thứ Hình 4.5b: Chế sự cố L-L một mạch 500kV trên ĐDK4 2-VM53) ngắn mạch không chạm đất. Pha “c” tiếp tục ngắn mạch Giả thuyết 2: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Cho cùng với pha “a” và pha “b”. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên pha “a”, pha “b”, pha “c” của đường dây 500kV (thứ 2-VM53) cùng hình 4.6a.
22 23 4.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Từ các kết quả mô phỏng tính toán trên phần mềm EMTP cho thấy các đường dây 500kV và 220kV hỗn hợp được thiết kế với khoảng cách 8,5m giữa 2 pha gần nhau khác cấp điện áp theo qui phạm trang bị điện cho thấy: - Trường hợp vận hành mạch điện cấp điện áp 220kV, điện áp cảm ứng từ đường dây vận hành 220kV sang đường dây 500kV không vận hành là rất lớn 23,9kV. Khi vận hành cấp điện áp 500kV Hình 4.6a: Chế sự cố L-L một mạch 500kV ĐDK4 điện áp ảnh hưởng lên mạch 220kV là 108,369kV. Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kVtrong - Khi vận hành bình thường, dạng sóng và độ lớn điện áp trên trường hợp này được thể hiện trên hình 4.6b; các đường dây đang vận hành gần như không đổi. - Điện áp của đường dây cấp điện áp 220kV ảnh hưởng do đường dây cấp điện áp 500kV trong trường hợp sự cố tăng từ 12,21- 17,84% so với điện áp vận hành bình thường. Điện áp tăng cao nhất rơi vào trường hợp sự cố ngắn mạch 3 pha 500kV không chạm đất (Umax220hd =17,8%Ubt). Thời gian duy trì xung điện áp đỉnh xảy ra trong các trường hợp rất bé < 1ms, vì vậy không đủ thời gian để thiết bị bảo vệ của hệ thống 220kV hoạt động. Lưới điện hoạt động bình Hình 4.6b: Chế sự cố L-L một mạch 500kV trên ĐDK4. thường. Giả thuyết 2: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Sau KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ thời gian 100ms cho pha “a”, pha “b” và pha “c” của đường dây Qua những nghiên cứu đã trình bày trong luận văn có thể rút ra 500kV ngắn mạch không chạm đất. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo những kết luận như sau: sát trên hình 4.6c. Dây dẫn của đường dây tải điện đang làm việc tạo ra trong không gian quanh nó điện trường và từ trường tần số công nghiệp. Khoảng cách mà các trường này phân bổ kể từ dây dẫn đường dây ảnh hưởng đến khoảng không gian lên đến hàng chục mét. Độ phân bổ xa của điện trường phụ thuộc vào cấp điện áp của đường dây tải điện, khi điện áp càng cao thì vùng ảnh hưởng điện trường tăng cao càng lớn. Hình 4.6c: Chế sự cố L-L-L một mạch ĐDK4 Đường dây truyền tải điện trên không siêu cao áp sinh ra trong
24 không gian xung quanh nó một điện trường bao phủ dọc theo tuyến đường dây truyền tải. Độ lớn của cường độ điện trường này ngoài những phụ thuộc vào thông số kỹ thuật dây dẫn còn phụ thuộc vào độ cao treo dây và cách bố trí các pha trên cột. Các trường hợp chủ động bố trí đảo pha đối với đường dây hỗn hợp nhiều mạch 220kV và 500kV luôn có xu hướng làm giảm cường độ điện trường sinh ra bởi đường dây truyền tải điện. Để nâng cao hiệu quả trong công tác tư vấn thiết kế cũng như đầu tư xây dựng các công trình điện truyền tải điện siêu cao áp kiến nghị: - Phải đảo pha dây dẫn theo đối xứng chéo qua trục tim tuyến. Nghĩa là đảo pha 500kV bên phải và 220kV bên trái hoặc ngược lại. - Không cần thiết phải nối đất an toàn các công trình trong và ngoài hành lang tuyến đối với các yêu cầu chỉ định đặc biệt. Hướng phát triển của đề tài Phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ mới tính toán ảnh hưởng cường độ điện trường của đường dây truyền tải điện trên không hỗn hợp 4 mạch (220kV và 500kV) trên cơ sở lý thuyết. Để kết quả được ứng dụng phổ biến rộng rãi và hiệu quả, cần phải xây dựng mô hình thực nghiệm, đo đạc thí nghiệm cụ thể đối với tất cả các trường hợp từ đó kiến nghị Bộ Công thương ra qui định về phạm vi hành lang nhà cửa được phép tồn tại trong hành lang tuyến đường dây truyền tải điện. Đối với các nghiên cứu cảm ứng điện áp giữa các mạch đi chung cột cũng phải khảo sát thí nghiệm qua mô hình thực tế. Từ đó, đưa ra khoảng cách tối thiểu giữa các mạch khác cấp điện áp nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư trong công tác tư vấn thiết kế xây dựng công trình đường dây tải điện. Trong tương lai cần thiết phải khảo sát mức độ ảnh hưởng cường điện trường của đường dây truyền tải điện hỗn hợp 4 mạch 500kV, góp phần thúc đẩy sự phát triển hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn tới.