Đề án thiết kế kỹ thuật TKKT đợc biên chế thành 5 tập nh sau: Tập 1: Thuyết minh Tập 2: Các bản vẽ Tập 3: Tổ chức xây dựng và dự toán Tập 4: phụ lục tính toán Tập 5: báo cáo khảo sá
Trang 1Nội dung biên chế đề án
Công trình “ Đờng dây 220 kV đấu nối nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến “
tỉnh Sơn La “ đợc thiết kế 2 giai đoạn : Thiết kế kỹ thuật (TKKT) và Bản vẽ thi
công (BVTC)
Đề án thiết kế kỹ thuật (TKKT) đợc biên chế thành 5 tập nh sau:
Tập 1: Thuyết minh
Tập 2: Các bản vẽ
Tập 3: Tổ chức xây dựng và dự toán
Tập 4: phụ lục tính toán
Tập 5: báo cáo khảo sát kỹ thuật
tập 4 bao gồm
Phần I: tính toán phần công nghệ
I Tính toán dây dẫn điện
II Tính toán dây chống sét kết hợp cáp quang III Tính toán chọn cách điện và phụ kiện
IV Tính toán khoảng cách an toàn giao chéo với các công trình
V Tính toán các khoảng cách cách điện trên cột và chọn tạ bù
VI Tính toán nối đất cho đờng dây
Phần II: tính toán phần xây dựng:
I Cỏ sở kỹ thuật để tính toán lựa chọn cột và móng
II Tính toán cột thép III Tính toán móng cột
Trang 2Phần I tính toán phần công nghệ
I - Tính toán dây dẫn điện:
Tiết diện của dây dẫn điện đợc lựa chọn, kiểm tra theo các điều kiện để đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật trong quá trình vận hành lâu dài của đ ờng dây
nh sau:
- Theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế ( Jkt )
- Theo điều kiện phát nóng ( Icp )
- Theo điều kiện tổn thất điện áp (∆Ucp )
- Theo điều kiện tổn thất vầng quang
- Theo yêu cầu về độ bền cơ học
1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn
- Lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế
Công thức lựa chọn tiết diện kinh tế nh sau:
kt
tt KT J
I
trong đó:
Fkt: Tiết diện dây dẫn đợc chọn theo mật độ dòng điện kinh tế
Itt: Dòng điện tính toán lớn nhất chạy trên dây dẫn trong chế độ bình thờng Jkt: Chọn theo thời gian phát công suất cực đại Tmax của nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến
Căn cứ vào thiết kế kỹ thuật giai đoạn 1 của nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến đã
đợc phê duyệt, khả năng phát công suất cực đại của nhà máy là Tmax=4036h Tra bảng đối với dây dẫn AC có Jkt =1,1A/mm2
- Công suất cực đại phát lên hệ thống:
Công suất lắp máy của nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến là: 196MW, theo phơng
án đấu nối đã đợc Tổng công ty điện lực Việt Nam thoả thuận với Công ty cổ phần thuỷ điện Nậm Chiến thì nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến đợc đấu nối với lới điện quốc gia ở cấp điện áp 220kV bằng đờng dây 220kV mạch kép từ nhà máy đến trạm phân phối 500/220kV Sơn La
a Trong chế độ bình th ờng ( 2 mạch )
- Trị số dòng điện lớn nhất chạy trên đờng dây xác định theo công thức sau:
Itt = Pmax / m.√3.Uđm.cosϕ
Trong đó:
Trang 3• Pmax là công suất phát cực đại của nhà máy : 196 MW
• m là số mạch của đờng dây: 2 mạch
• Uđm: Điện áp định mức : 220 kV
• Cosϕ : hệ số công suất: 0,85
áp dụng công thức trên ta có : Itt = 196.103/ 2.1,732.220.0,85=302,57A
- Tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế:
Fkt = Itt / Jkt = 302,57/1,1 = 275,06 mm2
Chọn dây dẫn có tiết diện tiêu chuẩn gần nhất là dây AC-300/39
b Trong chế độ sự cố một mạch đ ờng dây: (1 mạch )
- Trị số dòng điện lớn nhất chạy trên đờng dây:
Itt = Pmax / √3.Uđm.cosϕ
= 196.103/ 1,732.220.0,85 = 605,14A
Dòng điện cho phép của dây dẫn AC-300 là 690A do đó trong chế độ sự cố vẫn
đảm bảo khả năng truyền tải hết công suất của nhà máy
c Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp:
Công thức tính kiểm tra tổn thất điện áp:
) (
) (
U
QxX PxR +
+ Với dây dẫn đã chọn, kết quả tính toán trong chế độ bình thờng vận hành 2 mạch có: ∆Ubt = 1,293 % < ∆Ucp =5% , đảm bảo yêu cầu
+ Trong chế độ sự cố 1 mạch có: ∆Usc = 2,586% < ∆Ucp =10% , đảm bảo yêu cầu
d Kiểm tra điều kiện tổn thất vầng quang:
Theo quy phạm trang bị điện: Dây dẫn dùng cho lới điện 220kV ở độ cao ≤
1000m so với mực nớc biển phải có đờng kính ≥ 21,6mm Dây dẫn AC-300/39 có đ-ờng kính 24 mm thoả mãn điều kiện này nên không phải kiểm tra theo điều kiện tổn thất vầng quang
Kết luận: Để truyển tải công suất của nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến phát lên
hệ thống đảm bảo các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật cần phải chọn tiết diện dây dẫn cho tuyến đờng dây 220kV tối thiểu là AC-300mm2
Trang 4Căn cứ vào văn bản thoả thuận phơng án đấu nối của Tổng công ty điện lực Việt Nam số 3355/CV-EVN-TĐ ngày 01 tháng 7 năm 2005 thì dây dẫn đợc chọn là hoàn toàn phù hợp
2 Tính toán cơ lý dây dẫn:
2.1 Số liệu về dây dẫn:
Các đặc tính kỹ thuật của dây AC300/39 nh sau:
- Tiết diện toàn bộ dây dẫn 339,6 mm2
- Tiết diện phần nhôm 301 mm2
- Tiết diện phần thép 38,6 mm2
- Trọng lợng riêng 1,132 kg/m
- Hệ số dãn nở dài 0,0000198 /0C
- ứng suất kéo đứt 28 daN/mm2
- Chiều dài cuộn dây 2000 m
2.2 Số liệu về địa hình:
Địa hình toàn tuyến chủ yếu đi trên sờn núi cao, cây cối rậm rạp, rừng tạp và nơng rẫy, địa hình đánh giá là địa hình B Căn cứ vào bảng phân vùng áp lực gió theo Tải trọng và tác động thì vùng gió tuyến đi qua là vùng gió IA có áp lực gió cơ sở ở
độ cao 10m là 55 daN/m
2.3 áp lực gió tác dụng lên dây dẫn:
Qqđ = Qo k1 k2 (1 ) Trong đó : Qo là áp lực gió cơ sở ở độ cao 10 m
k1 hệ số thời gian sử dụng giả định Với ĐDK 220kV chọn thời gian sử dụng giả định là 30 năm, tơng ứng k1 = 0,91
k2 hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình và độ cao qui đổi của dây dẫn
Hqđ đợc tính theo công thức: Hqđ = Htb - 2/3 f
Htb : là độ cao trung bình của dây dẫn
f : là độ võng lớn nhất tại khoảng cột tính toán
Với các sơ đồ cột đã lựa chọn dùng cho đờng dây kết quả tính toán nh sau:
Hqđ dây dẫn = 18,64 m (tính trung bình cho toàn tuyến )
Từ Hqđ tra bảng 5 TCNV 2737 - 95 ta có : k2 dây dẫn = 1,1164
áp dụng công thức (1) tính đợc :
Qqđ dây dẫn = 56 daN/m 2
Trang 52.4 Bảng chế độ tính toán
Các chế độ tính toán cơ lý dây dẫn của đờng dây phải đợc kết hợp với điều kiện khí hậu nh sau:
Stt Chế độ tính toán Nhiệt độ không
khí (t 0 C)
áp lực gió (daN/m 2 )
2.5 Độ nhiễm bẩn môi trờng
Tuyến đờng dây đi qua khu vực chủ yếu là đồi rừng tái sinh, nơng rẫy không khí tơng đối sạch, không bị ảnh hởng của chất thải công nghiệp Độ nhiễm bẩn môi trờng đợc chọn là vùng II Chiều dài đờng rò tiêu chuẩn là : λTC = 1,6 cm/kV
2.6 ứng suất giới hạn trong các chế độ đối với dây dẫn:
Dây dẫn đợc tính toán với 3 chế độ ứng suất giới hạn nh sau:
+ Chế độ tải trọng ngoài lớn nhất : δVmax = 10,8 daN/mm2
+ Chế độ nhiệt độ không khí thấp nhất : δT=Tmin = 10,8 daN/mm2
+ Chế độ nhiệt độ trung bình năm : δT=Ttb = 6,75 daN/mm2
Kết quả tính toán ứng suất các chế độ làm việc đợc thể hiện chi tiết trong phụ lục kèm theo.
Trang 6II - Tính toán dây chống sét kết hợp cáp quang:
1- Yêu cầu lựa chọn dây chống sét kết hợp cáp quang
Dây chống sét kết hợp cáp quang đợc tính toán lựa chọn trên cơ sở: Bảo vệ chống sét cho đờng dây 220kV đồng thời kết hợp làm đờng truyền viễn thông kết nối nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến với hệ thống điện So với các loại thông tin khác, cáp quang OPGW có nhiều u điểm nổi bật sau:
• Tín hiệu thông tin rõ ràng, không bị ảnh hởng của nhiễu điện từ trờng, thời tiết, các vật cản che khuất
• Dung lợng truyền thông tin rất lớn
• Sử dụng dây cáp OPGW nh một dây chống sét nên không làm gia tăng tải trọng phụ cho cột, móng đờng dây
• Độ an toàn cơ học cao do cột, móng đờng dây tải điện thờng đợc thiết kế với độ an toàn cao hơn so với các đờng dây thông tin thông thờng
• Số lợng sợi quang chứa trong dây cáp OPGW lớn nên ngoài phục vụ nhu cầu của ngành điện còn có thể đáp ứng nhu cầu của các ngành kinh tế khác
- Hiện nay ngành điện đang xây dựng thị trường điện, các nhà máy điện cần tham gia giao dịch trên thị trường này, do vậy cần thiết lập kênh thông tin điện thoại, fax, máy tính giữa các nhà máy điện với trung tâm giao dịch
Với các yêu cầu đó chỉ có thể lựa chọn loại dây chống sét kết hợp cáp quang OPGW treo trên cột đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ thuật và giá thành đầu t là thấp nhất Vì vậy dây chống sét sẽ tính toán lựa chọn đáp ứng cả 2 yêu cầu trên
2- Kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch 1 pha:
Dòng điện ngắn mạch đợc tính toán bằng chơng trình PSSE-29 với điều kiện các nhà máy thuỷ điện Sơn La, Huội Quảng, Bản Chát, Nậm Chiến, Lai Châu và các nhà máy khác khu vực Tây Bắc đợc đa vào hệ thống trong trờng hợp phát hết công suất tính toán
Điểm ngắn mạch 1 pha đợc chọn tính toán ngay tại thanh cái 220 kV trạm phân phối 500/220kV Sơn La: Kết quả tính toán có IN1 = 30,9 kA
- Tính xung lợng nhiệt trên dây chống sét khi ngắn mạch 1 pha trên đờng dây: Xung lợng nhiệt tỷ lệ với bình phơng dòng điện ngắn mạch và thời gian xảy ra ngắn mạch 1 pha: Bn= IN1 2 x t
t : Thời gian xảy ra ngắn mạch tổng cộng lớn nhất là 0,7s trong trờng hợp bất lợi nhất bao gồm:
- Thời gian bảo vệ tác động max: 100ms
- Thời gian cắt máy cắt max: 100ms
- Thời gian bảo vệ tác động đóng lặp lại: 100ms
Trang 7- Thời gian cắt của máy cắt khi đóng lặp lại: 100ms
- Thời gian bảo vệ tác động khi h hỏng máy cắt: 200ms
- Thời gian tác động của máy cắt dự phòng: 100ms
Trên tuyến treo 02 dây chống sét, giả thiết dòng điện ngắn mạch phân đều cho mỗi dây chống sét Vậy xung lợng nhiệt khi xảy ra ngắn mạch 1 pha là :
Bn = (30,9/2)2 x 0,7 = 167 kA2 s
Chọn dây cáp quang có khả năng chịu dòng ngắn mạch tối thiểu ≥ 167kA 2 s
Tra catalog chọn đợc cáp quang OPGW loại: AY/ACS 99/57 có 12 sợi quang, khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch với xung lợng nhiệt Bn=206kA2 s Nh vậy cáp
quang đã chọn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với thoả thuận của Tổng công ty điện lực Việt Nam
3 - Tính toán cơ lý dây cáp quang đã lựa chọn:
3.1 Số liệu về dây cáp quang:
Các đặc tính kỹ thuật của cáp quang OPGW: AY/ACS 99/57 nh sau:
- Bớc sóng công tác 1310nm hoặc 1550nm
- Đờng kính trờng mốt 8,6 - 9,5 àm
- Bớc sóng cắt của cáp < 1270 nm
- Hệ số tiêu hao
+ Vùng 1550nm 0,17 - 0,25 dB/km
- Hệ số tán sắc
- Các yêu cầu về cơ lý
+ Tiết diện hợp kim nhôm 99 mm2
+ Tiết diện lõi thép ACS 57 mm2
+ Sức căng danh định 97 KN
+ Hệ số dãn nở dài 16,8 10-6/0C + Khả năng chịu dòng ngắn mạch 1s: 206 kA2/s + Chiều dài chế tạo lớn nhất 5000 m
3.2 áp lực gió tác dụng lên dây chống sét:
Trang 8áp lực gió tính toán ở độ cao treo dây trung bình của dây chống sét (Qqđ ) đợc tính theo công thức
Qqđ = Qo k1 k2 (1 )
Trong đó : Qo là áp lực gió cơ sở ở độ cao 10 m
k1 hệ số thời gian sử dụng giả định của công trình Với ĐDK 220 kV chọn thời gian sử dụng giả định là 30 năm, tơng ứng k1 = 0,91
k2 hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình và độ cao qui đổi của dây chống sét ( tuyến đờng dây đi qua vùng thuộc dạng địa hình B )
Hqđ đợc tính theo công thức: Hqđ = Htb - 2/3 f
Htb : là độ cao trung bình của dây chống sét trên cột
f : là độ võng lớn nhất tại khoảng cột tính toán
Với các sơ đồ cột đã lựa chọn dùng cho đờng dây kết quả tính toán nh sau:
Hqđ dây chống sét = 33,43 m (tính trung bình cho toàn tuyến )
Từ Hqđ tra bảng 5 TCNV 2737 – 95 ta có : k2 dây chống sét = 1,24
áp dụng công thức (1) tính đợc : Qqđ dây chống sét = 62 daN/m 2
3.3 Bảng chế độ tính toán
Điều kiện khí hậu tính toán cho dây chống sét Stt Chế độ tính toán Nhiệt độ không
khí (t 0 C)
áp lực gió (daN/m 2 )
3.4 ứng suất giới hạn trong các chế độ đối với dây cáp quang:
Về cơ lý dây cáp chống sét AY/ACS 99/57 đợc tính toán với 3 chế độ ứng suất giới hạn nh sau:
+ Chế độ tải trọng ngoài lớn nhất : δVmax = 24 daN/mm2
+ Chế độ nhiệt độ không khí thấp nhất : δT=Tmin = 24 daN/mm2
+ Chế độ nhiệt độ trung bình năm : δT=Ttb = 11,65 daN/mm2
Kết quả tính toán ứng suất các chế độ làm việc đợc thể hiện chi tiết trong bảng phụ lục kèm theo.
III Tính chọn cách điện và phụ kiện
1 Lựa chọn tải trọng cách điện
a Đối với cách điện chuỗi đỡ: Chuỗi sứ đỡ đợc chọn theo các điều kiện:
Trang 9- Chế độ nhiệt độ trung bình hàng năm:
Pcđ ≥ 5.(P1+Gs) = 6989 kg
- Chế độ tải trọng ngoài lớn nhất:
2
2
(P +Gs + P = 3242 kg
- Chế độ sự cố:
3
"
2 2
"
2 1
Qua tính toán với trờng hợp bất lợi nhất lựa chọn đợc cách điện U70BS hoặc loại tơng đơng có tải trọng cơ điện phá huỷ là 7000 daN
b Đối với cách điện chuỗi néo: Chuỗi sứ néo đợc chọn theo các điều kiện:
- Chế độ nhiệt độ trung bình hàng năm:
1
) (
5 σtb F + P+Gs = 12 802 kg
- Chế độ tải trọng ngoài lớn nhất:
2
2 1
2
( 7 ,
- Chế độ sự cố:
2 2
"
1
2
( 8 ,
Qua tính toán với trờng hợp bất lợi nhất lựa chọn đợc cách điện U160BS hoặc loại tơng đơng có tải trọng cơ điện phá huỷ là 16 000 daN
Các thông số kỹ thuật của cách điện nh sau:
Đặc tính kỹ thuật Cách điện đỡ
U70BS Cách điện néo U160BS
Điện áp chịu đựng (kV)
• Khô 1 phút 50 Hz
• Ướt 1 phút 50 Hz
70 40
75 45
2 Lựa chọn phụ kiện
Trang 10Phụ kiện cho các chuỗi đỡ, néo dây dẫn và dây chống sét đợc chọn phù hợp với cách điện, dây dẫn, dây chống sét và yêu cầu qui phạm về tải trọng tác động lên chúng
Đối với khoá đỡ dây dẫn sử dụng loại khoá cố định phù hợp với tiết diệt dây dẫn và tải trọng phá hoại
Đối với khoá néo dây dẫn sử dụng loại khoá ép phù hợp với tiết diệt dây dẫn và tải trọng phá hoại
Phụ kiện cáp quang đợc chọn theo các điều kiện kỹ thuật cơ lý nêu trên đợc nhà cấp hàng cấp trọn bộ cùng với cáp quang
Tải trọng cơ học của phụ kiện lắp ráp chuỗi cách điện, chuỗi chống sét phải
đảm bảo hệ số an toàn không đợc nhỏ hơn 2,5 lần ở điều kiện làm việc bình thờng và không đợc nhỏ hơn 1,7 lần ở chế độ sự cố
3 Lựa chọn số lợng bát sứ trong một chuỗi:
Số bát cách điện trong 1 chuỗi đợc chọn trên cơ sở cấp điện áp và vùng nhiễm bẩn mà đờng dây đi qua Vùng nhiễm bẩn đợc xác định cho đờng dây là vùng II có λ
TC = 1,6 cm/kV Số lợng cách điện trong 1 chuỗi đợc tính dự phòng h hỏng 1 bát sứ theo qui phạm
Số lợng cách điện xác định nh sau: n = λ Umax ku / Ly + 1 ( * )
Trong đó : n là số bát cách điện trong 1 chuỗi
λ chiều dài đờng rò tiêu chuẩn
Umax điện áp làm việc lớn nhất Umax =115% Uđm
ku hệ số hình dáng phụ thuộc vào tỷ số Ly/D
Ly chiều dài đờng rò của 1 bát sứ
D đờng kính tán sứ
áp dụng công thức ( * ) số cách điện trong 1 chuỗi nh sau :
+ Chuỗi đỡ : n = (1,6 x 253 x 1,15)/32 + 1 = 14,54 + 1 = 15,54 Lấy tròn là 16 bát
+ Chuỗi néo : n = (1,6 x 253 x 1,1)/31,5 + 1 = 14,13 + 1 = 15,13 Lấy tròn là 15 bát
Số lợng cách điện trong 1 chuỗi sẽ phải chuẩn xác lại nếu sử dụng loại cách
điện có các thông số kỹ thuật khác với thông số đã nêu trong đề án này
4 Tính tạ chống rung:
Theo qui phạm trang bị điện 11 TCN-19-84 tại điều II.5.36 thì với các điều kiện tính toán đã lựa chọn đờng dây phải đợc bảo vệ chống rung cho dây dẫn và dây
Trang 11chống sét Chống rung dùng loại CR5-25 cho dây dẫn, CR3-17 cho dây chống sét Flox116 Chống rung dây chống sét OPGW dùng loại chọn bộ phù hợp với cáp quang
sử dụng do nhà cấp hàng cung cấp
Khoảng cách đặt tạ đợc xác định theo công thức sau:
S = 0,0013 x d x√ Ttb /p Trong đó:
- S là khoảng cách đặt tạ (m)
- d đờng kính dây dẫn, dây chống sét (m)
- p Trọng lợng 1m dây dẫn, dây chống sét (kg/m)
- Ttb Sức căng dây dẫn trong chế độ ở nhiệt độ trung bình năm
Đối với các khoảng cột lớn hơn 500m đợc treo 2 tạ chống rung cho dây dẫn và dây chống sét
IV Tính toán khoảng cách an toàn giao chéo với các công trình:
- Tính toán các khoảng cách an toàn giao chéo giữa tuyến đờng dây 220kV đấu nối nhà máy thuỷ điện Nậm Chiến với các công trình khác nh: Đờng dây ĐDK0,4kV,
ĐDK 35kV, đờng dây thông tin, đờng giao thông
Trang 12Khoảng cách an toàn tại điểm giao chéo với công trình đợc xác định theo công thức sau:
Hat = H1 - (fx + Hct ) ≥ Hyc
fx = .( )
2
.
max
g
t
−
h
∆
Trong đó : Hat Khoảng cách từ dây dẫn thấp nhất đến công trình giao chéo ở chế độ nhiệt độ cực đại (Tmax)
H1 Độ cao điểm treo dây dẫn thấp nhất của cột phía cao (kể cả chiều cao bình đồ vị trí cột )
Hct Độ cao công trình giao chéo (kể cả chiều cao bình đồ vị trí công trình)
fx Độ võng tại điểm giao chéo (m)
g1 Tải trọng bản thân dây dẫn (daN/mm2)
x Khoảng cách từ điểm giao chéo đến cột có điểm treo dây cao hơn (m)
l Chiều dài khoảng cột giao chéo (m)
δtmax ứng suất dây dẫn khoảng cột giao chéo ở nhiết độ cao nhất (daN/mm2)
∆h Chênh lệch độ cao điểm treo dây trên các cột của khoảng vợt (m)
áp dụng công thức trên, kết quả tính toán khoảng cách an toàn các điểm giao chéo đợc ghi trong bảng dới đây:
bảng kết quả tính toán
STT khoảng Cột cao Cộtthấp Độ caoCT K/c.gc K/cột Lđb USTmax K/c antoàn Ghi chú
cột H1 (m) H2 (m) Hct (m) X (m) L(m) (m) (daN/mm2) ở Tmax (m)
1 36-37 350.27 327.07 315.82 200 286 367 6.2 13.60 ĐDK 0,4 kV
2 37-38 327.07 318.09 296.96 246 460 460 6.37 11.53 ĐDT.Tin
3 38-39 335.73 318.09 303.67 255 428 428 6 9.88 ĐDK 35 kV
V - Tính toán các khoảng cách cách điện trên cột và chọn tạ bù
Công thức tính chọn tạ bù:
gh
G l
h l
h F n p tg
p k l l
2
.
2
2 1
1 1
2 2
−
α
Trong đó:
Qb: Khối lợng tạ cần bù (kg)
n: Số dây dẫn trong một pha
k: Hệ số điều chỉnh theo áp lực gió
