Phân tích các sơ đồ đường dây dài 500 KV

Trình bày hệ thống điện Lào. Lý thuyết đường dây siêu cao áp. Tổn thất công suất và tổn thất điện năngHiệu suất tải điện trên đường dây siêu cao áp. Phân tích các sơ đồ đường dây 500 KV khoảng cách trung bình

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giáo viên hương dẫn: PGS-TS T RẦN B ÁCH

Học viên: S UVANAMÊTHY S UCVILAY

HÀNỘI – 2008

Trong hai năm được đào tạo tại nhà trường, tôi đã nhận được

sự giúp đớn của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thông điện Chính sự giúp đỡ đó đã tạo

nền kiến thức trong tôi lớn lên rất nhiều và trợ giúp hữu hiệu cho tôi trong công tác nghiên cứu, sản xuất

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn rất tận tình của PGS-TS Trần Bách, sự

giúp đõ rất lớn của các thầy giáo trong bộ môn Hệ thống điện - Đại

học Bách Khoa Hà Nội, sự góp ý bổ xung của các đồng nghiệp Nhân dịp này tôi xin bày tỏ sự biết ơn của mình tới sự giúp đỡ của

PGS-TS Tr ần Bách và các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện

- Đại học Bách Khoa Hà Nội, xin cảm ơn trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội nơi đã tạo điều kiện rất lớn cho tôi trong hai năm đào tạo vừa qua, xin cám ơn Công ty Điện lực Lào đã tạo điều kiện về thời gian

và vật chất cho quá trình đào tạo, cũng như cung cấp số liệu liên quan đến đề án của tôi

Do những hạn chế của bản thân và điều kiện tham khảo tài

liệu có hạn, chắc chắn đề tài này còn có những hạn chế và để lại những khiếm khuyết Tác giả mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các nhà phản biên và các độc giả để các vấn đề lý luận đật ra được hoàn thiện hơn và có cơ sở

sớm đưa đề tài đi vào thực tiễn

Tác giả

SUVANAMÊTHY SUCVILAY

Trang

I.2 Chương trỡnh liờn kết hệ thống điện trong khu vực ASEAN 9 I.3 Liờn kết lưới điện giữa Lào - Thaớ lan và Trung Quốc 10

2.1 Đặc điờm đường dõy siờu cao ỏp xoay chiều 11 2.2 Chế độ làm việc của đường dõy thuần nhất 15

Chương III: Tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng – Hiệu suất tải

3.4 Tớnh tổn thất điện năng trong cỏc thiết bị bự 55

Chương IV: Nghiờn c ứu đường dõy 500 kv dài 500 km 59

4.2 Điện áp trên đường dây khi không tải 61

4.4 Lựa chọn sơ đồ và thông số tụ bù và kháng bù 64

4.6 Phân tích 2 sơ đồ đường dây và mặt tổn thất công suất

Phụ lục 2 Tính tổn thất công suất và điện năng cho sơ đồ:

Phụ lục 3 Bảng tính tổn thất điện năng của chế độ trong ngày

tgφ = 0.2,Sơ đồ bù ở giữa đường dây : 94 Phụ lục 4 Bảng tính tổn thất điện năng của chế độ trong ngày

tgφ = 0.2,Sơ đồ bù ở hai đầu đường dây: 95

để phát triển kính tế quốc gia và làm sao Lào trở thành ắc quy của ASEAN

Hiện nay ở trong nước Lào đang nghiên cứu và xây dựng nhiều các nhà máy thuỷ điện và đường dây hệ thống mạng lưới điện toàn đất nước Trong đó

có một số xây dựng nhà máy thuỷ điện và cầu trục đường dây truyền tải lớn như: + Các nhà máy thuỷ điện ở tỉnh Viêng chăn ( Nam Ngừm I-II-III)

+ Các nhà máy nhiệt điện than ở miền bắc tỉnh Bò Keo

+ Các nhà máy thuỷ điện ở miền trung tỉnh Khăm Muồn (Nam Thơn II) + Các nhà máy thuỷ điện ở miền Nam tỉnh Attapư (Xêkaman III)

Các khu vực tập trung các nhà máy điện này nằm cách xa nhau 200 ÷400

km, đó là tiền đề cho việc hình thành lưới điện SCA để hoà các nhà máy điện

thống nhất trong hệ thống điện Lào nhằm cung cấp tốt nhất, hiệu quả và an toàn

nhất cho nhu cầu dùng điện của nền kinh tế quốc dân

Trong thiết kế xây dựng là rất quan trọng và cần thiết cho kỹ thuật và kinh

tế thiết kiệm cần phải đúng và thích hợp để dự trữ đề các vần đề sẽ xảy ra trong tương lai như: Sự tăng trưởng phụ tải và sự yêu cầu sử dụng điện năng

Vi vậy: Cần phải xây dựng nguồi điện vàphát triển mạnh mẽ với sự ra đời của đường dây 500 kV mạch, các đường dây 500 kV để cung cấp thoài mãn

Các đường dây 500 kV thực sự là đường dây truyền tải hầu hết cho hệ thống điện từ các nhà máy điện đến các trạm phân phối 500 kV, cho các khu vực

tập trung phụ tải, Do vậy việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến đường dây SCA và đặc biệt là vấn đề tổn thất điện năng là một vấn đề vô cùng quan trọng,

nó liên quan đến hiệu quả, đến vấn đề tiết kiệm năng lượng và sự ổn định của hệ

thống điện trong thời kỳ phát triển kinh tế công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước

- Với thời gian có hạn không thể đề cập nhiều vấn đề, luận văn này tập trung nghiên cứu một số vấn đề cơ bản của đường dây 500 kV khoảng cách ngắn 400-600 km, là loại đường dây sẽ phát triển ở Lào trong thời gian trước mắt

Luận văn gồm các chương:

+ Chương I : Hệ thống điện Lào+ Chương II: Lý thuyết đường dây SCA + Chương III: Tổn thất công suất và tổn thất điện năng – Hiệu suất

tải Điện trên đường dây siêu cao áp + Chương IV: Phân tích các sơ đồ đường dây 500 KV khoảng cách

trung bình + Kết luận

CH Ư ƠNG I

HỆ THỐNG ĐIỆN LÀO I.1 H ệ thống truyền tải điện Lào

Hệ thống truyền tải của Lào bao gồm các cấp điện áp 115, 230 và 500 kV Điện năng là phụ thuốc vào điều hành của chính phủ để đóng gòm phát triển kinh tế xả hội Để thoát khỏi nước đói nghèo và lạc hậu được Nên yêu cầu sử

dụng điện năng có xu thế tăng cường trong mỗi năm khoảng 11% Công ty điện

lực Lào được khai triển lưới điện và đường dây để dịch vụ đáp ứng điện năng căng ngày căng rộng rải như: Hệ thống đường dây 115 kV bao gồm 1498 km Khi so sánh với năm 2004 chỉ có 1168 km, tăng lên khoảng 331 km, đường dây trung áp ( 35, 34.5, 25, 22, 12.7 kV ) bao gồm 9800 km tăng lên 795 km và đường dây hạ áp phôn phối ( 0.4, 0.22 kV ) chỉ có 8855 km tăng lên 537 km

Dự án đường dây siêu cao áp 115 kV tỉnh Bò li khăm xay-Sa văn na khết, thì

có đường dây 300 km hai mạch Điều chính trạm biến áp 115/22 kV Có ba trạm ( Pak săn, Thà khek và Pak bò ) và dự kiện sẽ xây dựng xong vào năm 2008

1.1.1- Chiều dài đường dây, Phân phối điện và truyền tải của mạng lưới cấp điện áp 115/22/0.4 kV Công suất định mức máy biến thế

25 KV Sh.W ( km )

22 KV ( km )

12.7 KV Sh.W ( km )

0.22 KV Sh.W ( km )

0.4 KV ( km ) MVA

1.1.2 Tổng quát dự tính yêu cầu điện năng trong nước năm ( 2005 - 2020 )

Điện năng trung bình / năm ( GWh )

Dự tính giá trị ( triệu US$ )

Dự tính năm xong thực hiện

3 Nam Sim 7.8 34.1 - 2007 ? IPP

4 Thơn hin bun

(Phát triển) 75 325 - 2008 ? THPC

5 Nam Thơn 2

(trong nước) 75 325 - 2009 NTEC NTEC

6 Nam Bành 20 66.6 - 2010 ? IPP

7 Huâylâmphân nhầy 60 354 102.0 2011 ? EDL

8 Nam Ngiêp (bên dưới) 25 100 - 2012 ? IPP

9 Nam Ch ạ 116 563 - 2013 ? IPP

T ổng : 385.8 2,734 300.5

IPP –là công ty cá nhân để xuất khẩu

Chú ý: - Để nhà máy điện sẽ đầu tư bằng công ty cá nhân để xuất khẩu hoặc

cá nhân phải là nhà sản xuất có sử dụng trong nước theo bảng trên

đó nên có đẩy cho khả năng xảy ra, nhưng mà một số nhà máy điện

có thể thay thế bằng nhà máy điện khác cũng được Nhưng mà cần

có tính năng đáp ứng được tương đương theo điều kiện trên

1.1.4 Kế hoặc sản xuất và cung cấp điện năng trong nước năm

2007 1935.6 2222.3207 Xê sêt 2: 76MW/309GWh ( EDL )

2008 2060.6 2488.3260 Dự án Phát triển Nam Thơn Hin Bun

2009 2585.6 2664.2560 Nam Thơn 2: 75MW/325GWh ( IPP )

2010 2889.4 2877.7508 Nam Bèng: 20MW/66.6GWh ( IPP)

Nam Ng ừm 2: 50MW/200GWh ( IPP )

2011 3443.4 3053.2036 Nam Ngừm 3: 50MW/200GWh ( IPP )

Huay Lam Phan Nhày: 60MW/354GWh ( EDL )

2012 3903.4 3237.3193 Nam Ngiêp : 25MW/100GWh ( IPP )

Hôn Sa Lic Nây: 75MW/360GWh ( IPP )

2013 4466.4 3430.8327 Nam Tr ạ: 116MW/563GWh ( IPP )

2014 4860.4 3638.1797 Nam Lic: 100MW/394GWh ( IPP )

2015 5290.4 3891.1401 Nam Ng ừm 5: 100MW/430GWh ( IPP )

2016 5591.4 4106.9313 Xê pôn 3: 75MW/301GWh ( IPP )

2017 5841.4 4359.7335 Nam Ngừm 4A: 54MW/250GWh ( IPP )

2018 5841.4 4601.9554

2019 5841.4 4847.8366

2020 5841.4 5145.9921

Chú ý: - Năng lượng tổn thất tính cả phần cung cấp, đường dây và trạm biến

áp (Từ năm 1975-1991 năng lượng tổn thất bằng 24%) và giảm đi thành 15% (Từ năm 1992-2020)

- Năng lượng tổn thất trong đường dây và trạm biến áp đã được lưu tùk con số ổn định 3.5%

- Sản xuất bao gồm cả mua nhập IPP và SPP

- Mua nhập năng lượng từ EGAT Thái Lan 300 GWh/năm Để đáp ứng điện năng cho mỏ vàng và đồng Xê pôn trong năm 2005

1.1.5 Phát triển tram biến áp trong Miền Bắc

Th ứ Tên các trạm

biến áp Địa chỉ Điện áp ( kV )

Dự tính năm xong thực hiện

4 Bun Nưa T ỉnh Phông Sa Ly 115/22 2009 ? EDL

5 Huay Xay Tỉnh Bò Kẹo 115/22 2009 ? EDL

1.1.6 Phát triển tram biến áp trong Miền Trung 1

Th ứ Tên các trạm

biến áp Địa chỉ Điện áp ( kV )

Dự tính năm xong thực hiện Các vốn Nhà đầu

tư

1 Na xay Thong Thành Phố

Viêng chăn 115/22 2006

CWE,EDL EDL

2 Hin H ựp SWS Thành PhViêng chăn ố 115/22 2006 CWE,EDL EDL

3 Ban Vơn Tỉnh Viêng chăn 115 2006 NDF,EDL EDL

4 Bun Nưa T- Bo ly kham xay 115/22 2007 THPC THPC

5 Pak Lai T- Xây nh ạ bu ly 115/22 2008 ? EDL

1.1.7 Phát triển tram biến áp trong Miền Trung 2

Th ứ Tên các trạm

biến áp Địa chỉ Điện áp ( kV )

Dự tính năm xong thực hiện

Các v ốn Nhà đầu

tư

1 Tha khec Thành Ph ố 115/22 2004 WB,EDL EDL

2 M ỏ vàng Xê pôn T- Sa văn na khêt 115/22 2005 LXML LXML

3 Ban Vơn T ỉnh Khăm muồn 115/22 2009 ? EDL

1.1.8 Phát triển tram biến áp trong Miền Nam

Th ứ Tên các trạm

bi ến áp Địa chỉ Điện áp ( kV )

Dự tính năm xong thực hiện

Các v ốn Nhà đầu

tư

1 Ban Hât T- Chăm pa sack 115/22 2005 CERIECO,EDL EDL

2 Ban Na T- Chăm pa sack 115/22 2005 CERIECO,EDL EDL

3 Ban Chiâng xây

SWS

T- Chăm pa sack

115/115 2005 CERIECO,EDL EDL

4 Pak xong T- Chăm pa sack 230/115 200 6 NORINCO,EDL EDL

5 Attapư Tỉnh Attapư 115/22 2006 India,EDL EDL

6 Salavăn T ỉnh Salavăn 115/22 2013 ? EDL

7 Xê kong Tỉnh Xêkong 115/22 2013 ? EDL

1.1.9 Kế hoặc khai triển hệ thốngđường dây từ năm ( 2006 – 2013 )

a/ Các dự án xây dựng đường dây đã làm xong trong năm ( 2006 ).

Th ứ Dự án Chiều dài

(km)

Điện

áp (kV)

Số mạ

ch

Kích thước diện tích

Dự tính năm xong thực hiện

4 Tha khek - Mahaxây 50 115 1 ACSR240 2005 LXML LXML

7 Ban Na - Attapư 123 115 2 ACSR240 2006 India,EDL EDL

8 Xê sết 1.2 - Pâksong 39 115 2 ACSR240 2008 NORINCO,EDL EDL

9 Nam ng ừm - Thâ lad 5 115 1 ACSR240 2008 ADB,NDF,EDL EDL

10 Hin Hợp - Vâng viêng 46 115 1 ACSR240 2008 ADB,NDF,EDL EDL

b/ Các dự án xây dựng đường dây đã làm xong trong năm( 2013 )

Thứ D ự án Chiều dài

(km)

Điện

áp (kV)

Số mạ

ch

Kích thước diện tích

Dự tính năm xong thực hiện

Các v ốn Nhà đầu

tư

1 Pak san - Thà khek 185 115 2 ACSR240 2008 JBIC,EDL EDL

2 Thà khek - Pakbò 93 115 2 ACSR240 2008 JBIC,EDL EDL

3 B.Vơn - Thàkhek 10 115 2 ACSR240 2008 ? THPC

4 B.Thad - Champuchia 30 115 1 ACSR240 2008 ? EDL

5 Uđômxây - Nam Bành 122 115 1 ACSR240 2009 ? IPP

6 Nam Bành - Huâyxây 103 115 1 ACSR240 2009 ? EDL

7 Xây nha bu ly-Paklây 124 115 1 ACSR240 2009 ? EDL

8 Paklây-Nônhai 99 115 1 ACSR240 2009 ? EDL

9 Na mọ - Bun nưa 96 115 1 ACSR240 2009 ? EDL

10 Nam thơn 2 -

Mahaxây 18

115 2

ACSR240 2009 CT,Nam thơn 2 NT2

11 Nam Ngiêp dưới -

19 Salavăng - Xê kong 58 115 2 ACSR240 2013 ? EDL

20 Salavăng - Xê sêt 1 32 115 2 ACSR240 2013 ? EDL

1.1.10 Khối lượng phát triển lưới 500 kV dự kiến trong các giai đoạn đến

năm 2020 được trình bày trong bảng sau:

Các đường dây 500 kV dự kiến xây dựng trong giai đoạn 2007 ÷ 2015

Các công trình xây dựng giai đoạn 2007 ÷2015

1 Pleicu - Attapư - Ubôn 3 Đang Phát triển

2 Nam Thơn 2 - Pâk bò - Mục đa han Đang Phát triển

4 Hôn sa Lic nai – Mè mọ Đang nghiên cứu

5 Trung quốc-Lào-Thaí lan Đang nghiên cứu

I.2 Chương trình liên kết hệ thống điện trong khu vực ASEAN

Hiện nay trong khu vực có một số công trình liên kết hệ thống điện đã đưa vào vận hành và đang trong giai đoạn nghiên cứu bao gồm:

Bảng định hướng liên kết lưới điện chính trong khối ASEAN

đổi (MW)

Năm

thực hiện

Lào - ThaíLan HVAC mua bán điện 2015/1578 2008/2010

ThaíLan - Campuchia HVAC mua bán / trao

Campuchia - Việt Nam HVAC mua bán điện 80/120 2003/2006 Trung quốc-Lào-Thaí lan HVAC mua bán điện 3000 2015

I 3 - Liên k ết lưới điện giữa Lào - Thaí lan và Trung Quốc

Dự án nghiên cứu đường dây siêu cao áp 500 kV từ Thaí lan (U bon), Lào (Chăm pa sack ) và Việt nam (Plei cu) Để nồi ngau hệ thống lưới điện của ba nước trong khu vực sông Mê kông đảm báo và trao đổi sự đáp ứng điện năng trong khu

vực này cho ổn định và hiệu suất tốt hơn và còn khả năng giảm thiếu sự đầu tư trong sự xây dựng nguồn nước Do dụ án này được nhận vốn hỗ trợ để sự nghiên cứu từ ADB-PPTA,No.6147-RGE Do công ty Fichtner và TEPCO thành cố vấn của dụ án

Dự án nghiên cứu đường dây siêu cao áp 500 kV từ Thaí lan – Lào và Trung Quốc để nối nhau với ba nước và để trao đối đáp ứng điện năng với nhau Cho ổn định tốt hơn Dự án này đã làm liên tục dụ án đường dây, nhà máy thuỷ điện Chinh Hống (Trung Quốc) thì sẽ khai triển điện năng từ dụ án đấy Nộp tiếp cho Thaí lan số lượng 3000 MW trong năm 2015, đường dây này sẽ qua tỉnh Luang năm tha-Bò keọ ( Lào ) vào Thái lan

CHƯƠNG II

Trên thế giới hiện đang sừ dụng các cấp điện áp siêu cao áp ( SCA ) xoay chiều sau: 330 ,400 ,500 ,750 và 1150 kV Các đường dây siêu cao áp có khả năng

tải điện rất lớn và có thế tải điện năng đi rất xa Công suất và độ dài tải điện càng

lớn thì điện áp sử dụng truền tải càng cao, giá thành tải điện sẽ thấp hơn và độ che

phủ mặt đất sẽ nhỏ hơn

Khi công suất phụ tải lớn , công suất các nhà máy điện tập trung cao dẫn đến

phải dùng các đường dây siêu cao áp để tải điên và tạo thành lưới điện siêu cao áp

ví dụ công suất tổ máy nhiệt điện 300 MW, một nhà máy điện có 4 tổ máy thì phải dùng khoảng 8 đến 10 đường dây 220 kV (có công suất từ nhiên 120 MW) hoặc hai đường dây 500 kV để tải điện

2.1 ĐẶC ĐIÊM ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP XOAY CHIỀU

2.1.1 Dùng dây phân pha

Cấu trúc chung của đường dây SCA xoay chiều là đường dây một mạch hoặc hai mạch và đường dây phân pha Thay vì mổi pha phải dùng một sợi dây đơn như ở các đường dây điện áp thấp, người ta dùng nhiều sợi dây cho một pha

gọi là đường dây phân pha, các sợi dây này được kết chặt trên góc của một khung định vị đa giác đều để giữ chúng luôn song song với nhau Đường dây

500 kV mỗi pha có 3 hoặc 4 sợi

Thông thường số dây phân pha của đường dây SCA được lựa chọn là: + Đường dây 330 KV : 2 dây

+ Đường dây 500 KV : 3 ÷ 4 dây

+ Đường dây 750 KV : 4 dây

+ Đường dây 1050 KV : 6 dây

Các lý do để áp dụng đường dây phân pha đó là:

a/ Dòng điện trên đường dây SCA rất lớn: đường dây 500 kV có I=1000

A tính theo công suất tự nhiên 900 MW, đường dây 220 kV có I= 300 A tính theo công suất tự nhiên 120 MW,nhưng trong thực tế các đường dây 220 kV có

thể tải nhiều hơn và có dồng điện cỡ 500 A Day dẫn cho các đường dây này do đóco tiết diện rất lớn, cho đường dây 500 kV cỡ 1000 đến 1200 mm2 Sản xuất dây dẫn tiết diện lớn và thi công lắp đặt chúng gặp rất nhiều khó khăn Vì thế người ta dùng dây phân pha

b/ Nhưng lý do chính để phân pha là: tác dụng của phân pha đối với yêu

cầu giảm cường độ điện trường và giảm tổn thất công suất do hiện tường vầng quang Xung quanh dây dẫn khi vận hành xuất hiện điện trường với cường độ cao Điện trường này sinh ra hồ quang do đó dẫn đến tổn thất công suất và điện năng rất lớn đặc biệt trong thời tiết xấu, đồng thời gây nhiễu vô tuyến rất cao

Tuy nhiên đối với đường dây 500 kV trở lên, không chọn dây dẫn theo mật độkinh tế vì những hạn chế về tổn thất vầng quang và nhiễu vô tuyến

Ở cộng hòa liên bang Nga là 0,5 A/mm2 Tiết diện dây dẫn tối thiểu cho điện áp

500 kV là 900 mm2

2.1.2 Về khoảng cách cách điện và hành lang an toàn

Khoảng cách cách điện và chiều dài chuỗi sứ rất lớn Chiều dài của chuỗi

sứ siêu cao áp chỉ phải xác định theo điện áp vận hành (không phải tính đến quá điện áp nội bộ như đối với điện áp 35-110 kV) thì số bát sứ 500 kV có thể từ 22 đến 25 bát và lớn hơn, chuỗi sứ 500 kV dài khoảng 4 đến 5 m và hơn nữa Điều này làm cho độ lệch ngang của chuỗi sứ là rất lớn, dẫn đến khoảng cách pha

phải lớn, cột phải cao lên, chi phí đường dây sẽ cao hơn

Một yếu tố nữa là do dây dẫn của đường dây SCA rất lớn, khả năng chịu tải trọng lớn, cột và móng có kích thước rất lớn Vì vậy để giảm chi phí cho công trình người ta thường kéo dài các khoảng cột dẫn đến đường dây có khoảng cách pha lớn, hành lang an toàn rộng, chiều cao cột rất cao

- Ảnh hưởng đến môi trườngchung quanh đường dây Đối với đường dây

siêu cao áp sẽ gây ra chiếm nhiều diện tích đất để xây dựng đường dây và trạm

biến áp, gây ra tiếng ồn do hồ quang, gây nhiễu vô tuyến, ảnh hưởng đến cảnh quan và ảnh hưởng do cường độ điện trường đến khoảng không dưới đường dây

và mặt đất

Cường độ điện trường ảnh hưởng không tốt tới người và gia súc, có khi gây

ra điện thế nguy hiểm trên các vật liệu kim loại dưới đường dây Cường độ điện trường cho phép từ 5 đến 25 kV/cm tùy thuộc vào loại đường dây Do đố thời gian con người và gia súc ở dưới đường dây phải được hạn chế đến mức không nguy

hiểm cho sức khỏe

Để hạn chế các ảnh hưởng nêu trên có thể dùng các biện pháp thay đổi cấu trúc làm cho đường dây đắt tiền lên

- Độ tin cây: ở đường dây siêu cao áp đòi hỏi độ tin cây rắt cao, bởi sự cố

cácđường dây này gây ảnh hưởng rất lớn cho phụ tải Để đảm bảo độ tin cậy cao

phải: tăng cách điện đường dây, tăng sức chịu lực của cột và móng, tăng số mạch song song, Chú ý rằng cần phải tính toán cẩn thận để xác định được mức tin cậy tối ưu

2.1.3 Chế độ làm việc của đường dây SCA

Công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra rất lớn, sự phân pha dây dẫn càng làm cho công suất này lớn hơn

Công suất phản kháng do điện dung sinh ra lớn gây ra các vấn đề kỹ thuật

cần phải giải quyết trong chế độ non tải hoặc không tải của lưới điện và đường

dây

Sự tăng cao điện áp ở cuối các đường dây có thể vượt qua khả năng chịu đựng của thiết bị phân phối điện (đường dây 220 và 500 kV điện áp không được cao quá Umaxcp= 525 kV )và gây ra nguy cơ tự kích thích và tự dao động tăng dần ở các nhà máy điện

Trong chế độ max, nếu đường dây cấp điện từ hệ thông cho nút phụ tải thì

t ổn thất điện áp có thể rất lớn, do đó để đảm bảo tính kinh tế người ta tránh

không tải nhiều công suất phản kháng trên đường dây siêu cao áp, để cấp công suất phản kháng đối với đường dây siêu cao áp ta phải đặt bù taị các nút phụ tải khu vực Điều chỉnh điện áp trong lưới điện có đường dây dài khá phức tạp, cần

lượng công suất phản kháng rất lớn biến thiên từ dung tính sang cảm tính, đây là vấn đề kinh tế - kỹ thuật rất phức tạp

Nếu đường dây nối liền các phần độc lập của hệ thông điện hoặc các hệ thông điện gần nhau (gọi là các đường dây liên lạc hệ thông) có độ dài lớn thì

gặp phải vấn đề khả năng tải theo công suất giới hạn và ổn định tĩnh Nếu độ dự trữ ổn định tĩnh thấp thì phải có các biện pháp năng cao Ổn định động của hệ thông điện công suất lớn cũng là vấn đề rất phức tạp và nan giải, làm hạn chế

khả năng tải của đường dây dài Để giải quyết vấn đề này cần phải phối hợp

giữa các thiết bị bảo vệ và lựa chọn sơ đồ hợp lý của đường dây dài

Các vấn đề trên làm cho đường dây siêu cao áp có độ dài hơn 300 km phải được trang bị thêm các thiết bị bù phụ: tụ điện bù dọc, kháng điện bù ngang, máy bù tĩnh ( SVC hay STATCOM ) hay máy bù đồng bộ để xử lý vấn đề tăng cao điện áp, quá tải máy phát điện trong chế độ không tải và non tải, đảm bảo điện áp cuối đường dây hoặc nâng cao khả năng ổn đinh tĩnh trong chế độ max

Số luợng, dung luợng vàvị trí đặt của các thiết bị này là kết quả của bài toán kinh tế – kỹ thuật

Lưới điện có đường dây siêu cao áp ngắn, một đường dây thì không cần

phải đặt thiết bị bù để giải quyết các vấn đề kỹ thuật nêu trên cho hệ thông điện

Đối với đường dây dài, nếu sứ dụng sơ đồ thay thế bằng thông số tập trung sẽ phạm sai số lớn khi tính toán chế độ, do đó phải dùng phường pháp

thông s ố rải hoặc phương pháp sơ đồ hay thế, đường dây được chia thành các

đoạn ngắn (100 - 200 km) với thông số tập trung rồi dùng phương pháp tính lặp

Để giải quyết các vấn đề kỹ thuật nan giải nói trên của đường dây siêu cao

áp xoay chiều, có thể sử dụng lưới điện một chiều Tuy nhiên lưới điện một chiều sẽ không thay thế lưới điện xoay chiều mà chỉ tham gia vào lưới điện xoay chiều ở những vị trí nhất định nhằm khắc phục các nhược điểm của nó, làm cho

hiệu quả kinh tế của hệ thông điện chung cao hơn

Lưới điện truyền tải Việt Nam hiện tại và trong tương lai gần sẽ vẫn là lưới điện siêu cao áp 220 - 500 kV Lưới điện này có cấu trúc phức tạp: nhiều nguồn điện, nhiều mạch vòng với nhiều cấp điện áp,trong đócó các đường dây siêu cao áp 220 - 500 kV

2.1.4 Một số thông số của đường dây SCA như sau

Độ treo cao trung bình của dây dẫn, m 12,5 14 18,5 24

Độ treo cao trung bình của dây chống 22,2 24,3 30 39,9

sét, m

Khoảng cách giữa các dây chống sét, m 9,4 14,6 22,1 33,8 Khoảng cách từ điểm thấp nhất đến mặt

2.2 CH Ế ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐƯỜNG DÂY THUẦN NHẤT

2.2.1 Phương trình cơ bản của đường dây dài thuần nhất:

Đường dây dài thuần nhất là đường dây không có thiết bị bù

Sơ đồ đường dây dài trên h.1.1

Điểm cuối đường dây ( theo chiều đi của điện năng) ký hiệu sô 2, điểm đầu

số 1 đây chính là các điểm nối đường dây vao thanh cái của trạm biến áp tăng áp ở đầu và hạ áp ở cuối đường dây

Độ dài đường dây là l km, đo từ cuối đường dây x là điểm cách điểm cuối đường dây x km

Điện áp và dòng điện ở cuối đường dây là U2,I2, ở đầu đường dây là

U1,I1,

Biết điện áp và dòng điện cuối đường dây ta có thể tính được điện áp và dòng điện tại điểm x:

x ch I x sh Z

U I

x sh Z I x ch U U

s

s

γ γ

γ γ

.

3

3

2 2

1

2 2

l ch I l sh Z

U I

l sh Z I l ch U U

s

s

γ γ

γ γ

.

3

3

2 2

1

2 2

U I

l sh Z I l ch U U

s

s

γ γ

γ γ

.

3

3

1 1

2

1 1

e e x ch

γ γ

γ = + − (2.4c)

Sinus Hyperbol

2

x x

e e x sh

γ γ

Y0 =G0+ jB0 [1 / Ω km] (2.4f)

Điện trở đơn vị đường dây : R0 [Ω/km]-tra b ảng

C ảm kháng X 0 [Ω/km]-Tra bảng hoặc tính theo cầu trúc cơ học của đường dây Dung d ẫn B 0 -[1/Ωkm]-Tra bảng hoặc tính

Điện dẫn tác dụng G0-[1/Ωkm]- Thông số này nhỏ nên ít khi dùng đến , trong

lu ận văn này không tính G

Nh ư vậy , ta chỉ biết 3 thông số cơ bản của đường dây là : R0, X0 và B0

2.2.2 Tính toán các thông s ố của đường dây dài:

Xu ất phát từ 3 thông số cơ bản đã biết R0, X0 và B0 có thể tính được các thông

số đặc trưng đã nêu trong mục trên:

1- Tính tổng trở sóng và hệ số truyền sóng

0

0 0

0

0 0

0 2 0 0

(

X

R j X

R j B X j jB jX

Ta có các quy tắc tính Cosinus hyperbl và sinus hyperbol:

jsinAx sh(jAx)

Ax;

cos )

ch (2.6a)

) ( ).

( ) ( ).

( ) (

) ( ).

( ) ( ).

( ) (

x j sh x ch x j ch x j sh x j x sh x

sh

x j sh x sh x j ch x ch x j x ch x

ch

α β

α α

α β γ

α α

α α

α β γ

+

= +

=

+

= +

=

(2.6b)

Thay β và α theo (2.5) vào (2.6b), vận dụng (2.6a) ta được:

) sin(

) cos(

).

2

(

) ( ).

2 ( ) ( ).

2 ( ) ( ).

( ) ( ).

(

) sin(

2

) cos(

) ( ).

2 ( ) ( ).

2 ( ) ( ).

( ) ( ).

(

0 0

0 0

0

0 0

0

0 0

0 0 0

0 0

0

0 0

0 0

0

0 0

0 0 0

x j

x x

X

R

x j sh x X

R ch x j ch x X

R sh x j sh x ch x j ch x sh

x

sh

x j x X

R j x

x j sh x X

R sh x j ch x X

R ch x j sh x sh x j ch x ch

x

ch

α α

α

α α

α α

α β

α β

γ

α α

α

α α

α α

α β

α β

γ

+

=

= +

= +

=

+

=

= +

= +

=

(2.7)

3- Bước sóng và tốc độ truyền sóng:

Quá trình truyền năng lượng trên đường dây là quá trình sóng với các thông

số đặc trưng đã tính ở trên là tổng trở sóng và hệ số truyền sóng, tiếp theo dưới đây

Đó là công suất ở chế độ làm việc của đường dây dài khi tổng trở thay thế phụ tải ở cuối đường dây Zpt bằng tổng trở sóng Zs của đường dây Tổng trở thay thế của phụ tải được tính như sau:

U2 là điện áp pha, I2 là dồng điện phụ tải cuối đường dây

Zpt = Zs ta rút ra:

hay Công suất phụ tải cuối đường dây có tổng trở thay thế bằng tổng trở sóng gọi là công suất tự nhiên, Stn:

Tính theo điện áp dây:

( 2.10a ) Nếu khồn tính đến R và tính theo Uđm :

s

dm tn

2.2.3 Công th ức chung tính chế dộ đường dây dài thuần nhất

Đường dây thuần nhất là đường dây không có thiết bị bù và cũng không tính đến các thiết bị phân phối ở hai đầu như máy biến áp

Thay các thông số đã tính trong mục 2.2.2 vào công thức (2.1) ta được :

X

R j x I

x j

x x

X R X

R j Z

U

I

x j

x x

X

R X

R j Z

I x

x X

R j x U

U

s

x

s x

0 0

0

0 0

2 0

0 0

0 0 0

0 0

2

0 0

0 0 0 0

0 0

2 0

0 0

0 0

2

sin 2

cos sin

cos 2

2 1

3

sin cos

2 2

1 3

sin 2

cos

αα

αα

αα

αα

αα

αα

(2.11a)

0 0

0 0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

0 0

0

0 0

2 1

sin cos

2

sin cos

2 2

1

sin 2

cos

X

R j Z

x j

x x

X R C

x j

x x

X

R X

R j Z

B

x x

X

R j x D

A

s

s

α α

α

α α

α

α α

α

(2.11b)

Ta có phương trình :

2 2

2 2

3

3

I D U C I

I B U

A U

2 2 1

2 2

1

3

3

I D U C I

I B U

A U

a t s

a t

jC C X

R j Z

l j l l

X R C

jB B l j l l

X

R X

R j Z

B

jA A l l X

R j l D

0 0

0 0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

0 0 0

0 0

2 1

sin cos

2

sin cos

2 2

1

sin 2

cos

α α

α

α α

α

α α α

(2.11e)

ký hiệu t chỉ phần thực và a chỉ phần ảo của số phức

Nếu cho biết công suất cuối đường dây

2 2

2 P jQ

S = +

Và điện áp U2

Ta phải tính dòng điện :

a

t jI I U

jQ P U

S

* 2

2 2

* 2

* 2 2

3

= (2.11f)

Ta tính được c«ng suÊt đầu đường dây:

* 1 1

1 3U .I

S = (2.11g)

Với các công thức trên đủ để tính phân bố điện áp, dòng điện và tính công

suất trên đường dây dài thuần nhất

2.2.4 Các chế độ đặc trưng của đường dây dài và các hạn chế kỹ thuật

X

R j Z

U I

l l X

R j l U

U

s l

l

0 0

0 0 0

0

0 0

2

0 0 0

0 0

2

sin cos

2 2

1 3

sin 2

cos

α α

α

α α α

(2.12a)

Ta thấy dù dòng điện I2=0, nhưng dòng điện I1 vẫn có vì luôn có dòng điện điện dung từ nguồn cấp cho dung dẫn đường dây

Điện áp ở cuối đường dây sẽ dâng cao hơn so với điện áp đầu đường dây

Ta có thể tính gần đúng quan hệ giữa điện áp 2 đầu đường dây bằng cách cho

R0=0, khi đó :

U 1 = U 2 cosα 0 l hay

l U

U

0 1

0 0,27.0,000004 0,0596 / α

γ = jX jB = j = j do km= j

Thay vào (2.12):

K l U

U

=

=

).0596,0cos(

K

l -(Ch ề dài) ( km )

Khi đường dây có chiều dài = ¼ bước sóng =1500 km thì U2 = 95.U1 Nếu tính chính xác thì cosα0l=0 và U2 tăng đến vô cùng) Đó là chiều dài đường dây nguy iểm nhất

Bỏ qua R ta tính được công suất phản kháng đầu đường dây :

MVAr Z

l U

Q

s k

0

0 2

1

2

2 sin

−

= (2.13) công suất phản kháng này có thể gây quá tải máy phát , gây phức tạp cho

vận hành

2- Chế độ max :

Trong chế độ max này sinh 2 vấn đề :-Tổn thất điện áp lớn , nhất là khi tải nhiều công suất phản kháng, đây là vấn đề của các đường dây độ dài trung bìng- 5-700 km; -Khả năng tải theo điều kiện ổn đinh, đây là vấn đề của đường dây 1000 km trở lên

Giới hạn vật lý của đường dây được diễn tả bới công thức sau:

Ta thấy với độ dài dưới 1000 km khả năng tải vật lý rất lớn , lớn hơn các

giới hạn điện áp và phát nóng, do đó phải chú ý đến giới hạn điện áp Khi đường dây dài hơn 1000 km giới hạn vật lý thấp dần đến giới hạn là công suất tự nhiên, lúc này giới hạn ổn định sẽ thâp hơn công suất tự nhiên và do đó phải tính đến

2.3.Bù trê n đường dây dài:

Khi đường dây dài hơn 300 km phải tính đến biện pháp hạn chế tăng áp cuối đường dây trong chế độ không tải, và nghĩ đến các biện pháp giữ điện áp trong chế độ max hoặc nâng cao giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh

2.3.1.Nguyên lý chung:

a- Bù để hạn chế điện áp tăng cao trong chế độ không tải:

Xét sơ đồ đẳng trị đơn giản của đường dây trên h.2.3

Ta có công thức tính tổn thất điện áp :

2

2 2 2

2 1

2

2 2 2

2

2 2

) 2 / (

) 2 / (

U

X B U U

U U

U

U

X B U U

X Q U

X Q R P

− +

=

∆ +

Ta thấy U1 nhỏ hơn U2, nghĩa là điện áp U2 tăng cao trong chế độ không

tải, nguyên nhân là do QC gây ra tổn thất điện áp âm Như vậy muốn giảm U2 trong

chế độ không tải tốt nhất là dùng kháng điện bù ngang , công suất do kháng điện tiêu thu có tính cảm triệt tiêu QC của đường dây

Theo công thức (2.15) cũng có thể giảm cảm kháng X của đường dây bằng cách bù dọc bằng tụ điện trên đường dây Tuy nhiên cách này chỉ hiệu quả với

chế độ max

b- Bù trong chế độ max : trong chế độ max tổn thất điện áp rất lớn, do đó

để giữ điện áp cuối đường dây không thấp quá, phải dùng tụ điện bù dọc để giảm tổn thất điện áp

Ta có công thức:

U U U

U

X X Q R P U

X Q R P

∆ +

=

− +

2

2 2 2

2.3.2 Sơ đồ bù đường dây dài :

Như đã nói trên, chế độ không tải cần bù ngang bằng kháng điện, chế độ max cần bù dọc băng tụ điện

Nếu bù có đóng cắt thì tụ và kháng được đóng vào khi cần, khi không cần

tụ được nối tắt còn kháng được cắt ra Như vậy hàng ngày phải điều khiển liên tục

các thiết bị này, mặt khác các thiết bị đóng cắt và thiết bị điều khiển làm tụ và kháng đắt lên nhiều Hệ thống này cũng làm giảm độ tin cậy của hệ thống tải điện

Trong thực tế nhiều hệ thống điện như Việt nam dùng các tụ và kháng cố định, không đóng cắt trong vận hành,chỉ cắt ra khi bảo dưỡng

Tụ và kháng được bố trí thành nhóm, tụ kèm kháng , đặt ở giữa hoặc 2 đầu đường dây ngắn Với đường dây dài có thể đặt ở nhiều chỗ, cách nhau khoảng 300-

2.4.Tính toán đường dây dài có bù:

Đường dây dài cùng với các thiết bị bù và máy biến áp taọ thành hệ thống

tải điện Hệ thống tải điện có thể bao gồm các trạm biến áp hạ áp cấp điện cho các phụ tải trên dọc đường dây.Để tính toán chế độ hệ thống này phải áp dụng phương pháp mạng 4 cực

2.4.1.M ạng 4 cực

Mỗi phần tử của hệ thông tải điện như đường dây, kháng điện, tụ điện, máy

biến áp hoặc toàn hệ thống tải điện đều có thể diễn tả bằng mạng 4 cực (H.3.)

với các thông số đặc trưng A, B, C, D

Nếu biết các thông số đặc trưng A, B, C, D ta có thể tính các thông số chế

độ đầu vào U1, I1 theo các thông số đầu ra U2, I2 và ngược lại

Nếu mạng cực sơ đồ phần tử là đối xứng thì A = D Khi đó các thông số A,

B, C, D thoả mãn điều kiện sau:

Vấn để ở đây là phải xác định được A, B, C, D của các phần tử

Tính toán đường dây dài theo Phương pháp mạng 4 cực cho phép tính được đường dây với tất cả các thiết bị phân phối kèm theo

Để tính chế độ của hệ thống tải điện, có thể áp dụng các phương pháp sau:

- Lập mạng 4 cực của từng phần tử sau đó đẳng trị các mạng 4 cực của các phần tử thành mạng 4 cực chung Cách này được áp dụng khi ta chỉ cần tính các thông số chế độ ở hai đầu đường dây

- Có thể lập mạng 4 cực chung của hệ thống tải điện mà không cần lập

mạng 4 cực của từng phần tử Theo cách này các phần tử của hệ thống được thay

bằng sơ đô thay thế chung của chúng, tạo thành sơ đồ thay thế của hệ thống, sau

đó dùng các phương pháp biến đổi đưa sơ đồ về dạng tối giản hình Π hoặc hình

T rồi áp dụng các công thức đã biết để tính các thông số A, B, C, D chung của

hệ thống

- Nếu muốn tính thông số chế độ trước mỗi phần tử của hệ thống thì để nguyên sơ đồ mạng 4 cực của từng phần tử rồi dùng phép tính lặp liên tiếp để tính chế độ Theo cách nàycó thể tính phân bố điện áp trênđường dây dài bằng cách chia đường dây thành nhiều mạng 4 cực nối tiếp, sẽ tính được điện áp trên một số điểm đặc trưng của đường dây

2.4.2 Thông s ố A, B, C, D của đường dây dầi thuần nhất

a t s

a t s

a t

jC C X

R j Z

l j l l

X

R

C

jB B l j l l

X

R X

R j Z

B

jA A l l X

R j l D

0 0

0 0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

0 0 0

0 0

2 1

sin cos

2

sin cos

2 2

1

sin 2

cos

α α

α

α α

α

α α α

( 2.19 )

C: là điện dung của tụ điện, [F]

Từ XC ta tính được điện dung C của tụ , từ đoa chọn tụ bù chuẩn

2) Thiết bị bù ngang bằng kháng điện:

Theo sơ đồ trên hình (H.2.6b) ta có:

2.4.4 Thông s ố A, B, C, D, của các máy biến áp

Đối với máy biến áp hai dây quấn, có thể áp dụng sơ đồ hình (H.2.7)

ta có:

A = 1; B = ZB; C = YB; D = 1 + YBZB ( 2.23 )

2.4.5 Thông s ố A,B,C,D chung của hệ thống tải điện

Các mạng 4 cực của các phần tử được ghép liên tiếp thành sơ đồ chung với các thông số tổng quát A,B,C,D (H.2.8)

Các thông số này là hàm của các thông số sơ đồ thành phần Ai, Bi, Ci, Di

Có nhiều cách để tính các thông số tổng quát song ở đây ta sử dụng phương pháp ma trận Theo phương pháp ma trận của các thông số chung bằng tính của các ma trận thông số thành phần:

2.4.5 Tính toán ch ế độ của đường dây tải điện theo mạng 4 cực

Tính toán hệ thống tải điện nhằm mục đích:

- Nếu các thông số cấu trúc đã có thì tính kiểm tra các thông số chế độ, lực chọn các thông số chế độ tối ưu cho vận hành Đó là các thông số chố độ cho tổn

thất điện năng và công suất nhỏ nhất, gọi là chế độ kinh tế

- Nếu các thông số cấu trúc chưa biết thì chọn các thông số đó, ở đây chủ yếu là chọn các thiết bị bù: chủng loại (tụ hay kháng), số lượng trạmbù, vị trí đặc, dung lượng, phương pháp điều chỉnh trong vận hành Phải tính cho mọi chế

độ đặc trung, trong đó các chế độ quan trọng nhất là: chế độ lớn nhất, chế độ

nhỏ nhất và chế độ không tải Phương pháp hay dùng nhất là lập cácphương án

bù cho các chế độ lớn nhất, nhỏ nhất và không tải rồi tính toán giải tích chế độ

để lựa chọn thông số vận hành tối ưu, tính các chỉ tiêu kinh tế và so sánh phương án, chọn phương án tối ưu

1) Tính toán theo mạng 4 cực chung của hệ thống

Toán thể hệ thống tải điện được thay thể bằng mạng 4 cực hoặc mạng tổngdẫn như trên hình H.2.9 Nếu có phụ tải nhánh rẽ thì phụ tải này được thay thế bằng tổng trở cố định, tạo thành mạng 4 cực riêng

Ta biết lại các phương trình (2.16a), lấy vectơ U2 làm trục thực, khi đó có:

U1 = A.U2 + B.I2

I1 = C.U2 + D.I2 (2.25) Theo hệ phương trình này ta tính được U1,I1 từ I2, U2

Thông thương cho biết phụ tải S2=P2 + jQ2

Ta tính I2:

a

t jI I U

jQ P U

S

2

2 2

* 2

* 2 2

Nếu cho biết U1, P2 và Q2 yêu cầu tính U2 và P1,Q1 thì phải tính lặp theo