Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu quá điện áp đóng cắt tuyến cáp ngầm 220kv long biên – mai động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu điện áp đóng cắt tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động HOÀNG VĂN LÂM lam.hoangvan22@gmail.com Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tuyên Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Hệ thống điện Điện HÀ NỘI, 9/2022 Lời cảm ơn Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo – phận sau Đại học, môn Hệ thống điện, Trường Điện – Điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho em trình học tập hồn thành Luận văn Xin gửi lời tri ân tới quý thầy, quý cô tận tình giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật điện (KH), khóa CH2020B Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Đức Tuyên, người hướng dẫn, bảo cho em ý kiến vô quý báu tạo điều điện thuận lợi cho em mặt chun mơn suốt q trình học tập, thực Luận văn Thầy quan tâm, động viên, nhắc nhở để em hoàn thành luận tiến độ Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè, đồng nghiệp gia đình người ln ủng hộ, động viên tạo điều kiện tốt để em hồn thiện Luận văn Tóm tắt nội dung đồ án Mục tiêu Luận văn tìm hiểu, tính tốn giá trị q điện áp đóng cắt tuyến đường dây cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động từ lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp 02 trạm biến áp 220kV Long Biên trạm biến áp 220kV Mai Động Để thực tính tốn, phân tích lựa chọn thiết bị đóng cắt Luận văn tiến hành tìm hiểu để mơ hình hóa hệ thống phần mềm (phần mềm EMTPWorks), sau tiến hành lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm cuối tính tốn giá trị TRV RRRV đầu trạm biến áp để lựa chọn thiết bị đóng cắt (máy cắt) Sau tiến hành nghiên cứu tìm hiểu Luận văn tính tốn giá trị q điện áp đóng cắt (TRV, RRRV) máy cắt đầu trạm từ đưa lựa chọn thơng số kỹ thuật máy cắt Việc tính tốn TRV RRRV góp phần giúp lựa chọn thơng số kỹ thuật máy cắt đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật dự án Đường dây 220kV Long Biên – Mai Động trình mua sắm vật tư thiết bị dự án Sau hoàn thành Luận văn, em củng cố nắm kiến thức cở hệ thống điện tiếp cận nhiều kiến thức mơi; giúp em phát triển rèn luyện kỹ tư sáng tạo, giúp em cải thiện thêm tiếng Anh chuyên ngành Sinh viên thực Hoàng Văn Lâm MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Luận văn 1.3 Đối tượng nghiên cứu Luận văn 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Luận văn 1.5 Giới thiệu phần mềm EMTP 1.6 Cấu trúc Luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Mối quan hệ tuyến đường dây với Quy hoạch điện 1.2 Tuyến đường dây thỏa thuận với UBND thành phố 1.3 Tổng quan điện áp hệ thống 1.4 Quá điện áp trì 1.5 Quá điện áp đóng cắt Đóng nguồn U0 vào đường dây dài hở mạch cuối Đóng nguồn xoay chiều vào đường dây dài hở mạch cuối 1.6 Quá điện áp khí 1.7 Các nghiên cứu liên quan điện áp CHƯƠNG LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐẢO VỎ CÁP NGẦM 11 2.1 Phương pháp luận lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm 11 2.2 Tính tốn lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Long Biên – VT1 15 Phương án nối đất vỏ cáp (màn chắn) điểm (PA1) 16 Phương án Liên kết Cross bonding (PA2) 22 2.3 Tính tốn lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4 31 Phương án nối đất vỏ cáp điểm 31 Phương án Liên kết Cross bonding 34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH TRV VÀ RRRV 37 3.1 Lý thuyết liên quan đến TRV RRRV 37 3.2 Xây dựng mơ hình phần tử hệ thống phục vụ tính tốn 38 Mơ hình nguồn phát tổng trở hệ thống 39 Mơ hình máy biến áp 39 Mơ hình đường dây truyển tải 40 Mơ hình phần tử cáp ngầm 42 Máy cắt 42 Phụ tải 45 3.3 Tính tốn giá trị TRV RRRV 45 Biên Tính tốn giá trị TRV RRRV máy cắt TBA 220kV Long 45 Động Tính tốn giá trị TRV RRRV máy cắt TBA 220kV Mai 50 CHƯƠNG KẾT LUẬN 55 4.1 Kết luận 55 4.2 Hướng phát triển Luận văn tương lai 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu QĐA IEC Pu HTĐ TRV RRRV Thuật ngữ tiếng Anh Overvoltage International Electrotechnical Commission Per Unit Power system Transient Recovery Voltage Rate of rise recovery voltage Giải thích Quá điện áp Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế Đơn vị tương đối Hệ thống điện Điện áp độ phục hồi Tốc độ tăng điện áp phục hồi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1: Phần trăm chiều dài cáp ngầm từ 220kV – 314kV nước [3] Hình 1.1: Sơ đồ địa dư kết lưới Đường dây 220kV Long Biên – Mai Động Hình 1.2: Hướng tuyến đường dây sau theo thỏa thuận UBND Tp Hà Nội Hình 1.3: Đường dây dài vận hành không tải Hình 1.4: Đóng nguồn áp U0 vào đường dây dài hở mạch cuối Hình 2.1: Nối đất hai đầu chắn cáp ngầm 11 Hình 2.2: Nối đất 01 đầu chắn cáp ngầm 12 Hình 2.3: Liên kết Cross bonding chắn cáp 12 Hình 2.4: Cấu tạo sợi cáp ngầm 14 Hình 2.5: Sơ họa đấu nối từ TBA 220kV Long Biên đến cột số 01 đoạn cáp 16 Hình 2.6: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí 01 - PA1 16 Hình 2.7: Sơ họa đấu nối đoạn cáp 17 Hình 2.8: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 17 Hình 2.9: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí 01 17 Hình 2.10: Sơ họa đấu nối 10 đoạn cáp (9 hộp nối) 18 Hình 2.11: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 18 Hình 2.12: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 18 Hình 2.13: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 19 Hình 2.14: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 19 Hình 2.15: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 19 Hình 2.16: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 20 Hình 2.17: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 20 Hình 2.18: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 20 Hình 2.19: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 21 Hình 2.20: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí 01 21 Hình 2.21: Đồ thị điện áp cảm ứng chắn cáp ngầm theo chiều dài cáp 21 Hình 2.22: Sơ họa đấu nối chu kỳ đảo vỏ (11 hộp nối) 23 Hình 2.23: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 23 Hình 2.24: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 23 Hình 2.25: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 24 Hình 2.26: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 24 Hình 2.27: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 24 Hình 2.28: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 25 Hình 2.29: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 10 25 Hình 2.30: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 11 25 Hình 2.31: Dịng điện cảm ứng chạy chắn cáp 26 Hình 2.32: Sơ họa đấu nối chu kỳ đảo vỏ (14 hộp nối) 26 Hình 2.33: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 27 Hình 2.34: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 27 Hình 2.35: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 27 Hình 2.36: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 28 Hình 2.37: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 28 Hình 2.38: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 28 Hình 2.39: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 10 29 Hình 2.40: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 11 29 Hình 2.41: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 13 29 Hình 2.42: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 14 30 Hình 2.43: Dịng điện cảm ứng chạy vỏ cáp 30 Hình 2.44: Sơ họa đấu nối từ TBA 220kV Mai Động đến cột số 04 đoạn cáp 31 Hình 2.45: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 31 Hình 2.46: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 32 Hình 2.47: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 32 Hình 2.48: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 32 Hình 2.49: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí 04 33 Hình 2.50: Đồ thị điện áp cảm ứng chắn cáp ngầm theo chiều dài cáp 33 Hình 2.51: Sơ họa đấu nối chu kỳ đảo vỏ (5 hộp nối) 34 Hình 2.52: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 34 Hình 2.53: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 35 Hình 2.54: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 35 Hình 2.55: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 35 Hình 2.56: Dịng điện cảm ứng chạy chắn cáp 36 Hình 3.1: Dạng sóng điện áp phục hồi 37 Hình3.2: Sơ đồ mơ hình phần mềm EMTP 38 Hình3.3: Mơ hình nguồn điện điện kháng tương đương phần mềm 39 Hình 3.4: Thơng số đầu vào nguồn quy đổi phía 110kV TBA 220kV Long Biên 39 Hình3.5: Mơ hình máy biến áp 39 Hình 3.6: Thơng số máy biến áp TBA 220kV Long Biên phần mềm 40 Hình 3.7: Mơ hình máy biến áp mơ tính tốn 40 Hình 3.8: Mơ hình CP-line 41 Hình3.9: Mơ hình FD-Line 41 Hình 3.10: Dữ liệu đầu vào mơ hình đường dây 42 Hình 3.11: Dữ liệu đầu vào mơ hình cáp ngầm Cabel Data 42 Hình 3.12: Phân bố xác suất theo quy luật[?] 43 Hình 3.13: Mô máy cắt phần mềm EMTP 43 Hình 3.14: Phân bố xác suất thời điểm ngắn mạch mở máy cắt 44 Hình 3.15: Mơ hình máy cắt mơ tính tốn 45 Hình 3.16: Vị trí điểm tính tốn TRV máy cắt TBA 220kV Long Biên 45 Hình 3.17: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 46 Hình 3.18: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 46 Hình 3.19: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 47 Hình 3.20: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 47 Hình 3.21: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 48 Hình 3.22: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 48 Hình 3.23: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 49 Hình 3.24: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 49 Hình 3.25: Vị trí điểm tính tốn TRV máy cắt TBA 220kV Mai Động 50 Hình 3.26: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 50 Hình 3.27: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 51 Hình 3.28: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 51 Hình 3.29: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 52 Hình 3.30: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 52 Hình 3.31: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 53 Hình 3.32: Phân bố xác suất TRV điểm số ngắn mạch pha 53 Hình 3.33: Giá trị RRRV điểm số ngắn mạch pha 54 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Tần số dao động theo chiều dài Bảng 2: Chiều dài đoạn cáp Long Biên – VT01 theo số lần đảo vỏ 22 Bảng 3: Chiều dài đoạn cáp Mai Động – VT4 theo số lần đảo vỏ 34 Bảng 4: Điện dung ký sinh thiết bị trạm biến ápError! Bookmark not defined Bảng 5: Điện dung máy cắt dao cách ly 44 Bảng 6: Tổng hợp giá trị TRV, RRRV máy cắt TBA 220kV Long Biên 50 Bảng 7: Tổng hợp giá trị TRV, RRRV máy cắt TBA 220kV Mai Động 54 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Theo Dự thảo Đề án Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia thời kỳ 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2045 [1], để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải tồn quốc, giải phóng cơng suất nhà máy… Trong có khoảng 1657 dự án đường dây trạm biến áp cần thực xây dựng, cải tạo nâng công suất, nâng khả tải Trong đó, có 342 dự án cấp điện áp 500kV 1315 dự án cấp điện áp 220kV Trong trình thực triển khai xây dựng dự án trên, cần thực tính tốn hệ thống, thiết kế giải pháp kỹ thuật, lựa chọn vật tư thiết bị… để đảm bảo an toàn theo quy định hành đảm bảo kinh tế cho dự án Trong q trình tính tốn hệ thống, lựa chọn thiết bị việc tính tốn, lựa chọn máy cắt phần quan trọng dự án trạm biến áp Độ lớn TRV tốc độ tăng điện áp phục có ý nghĩa định việc lựa chọn máy cắt cách an toàn kinh tế Đối với đường dây cấp điện áp 220 kV, đường dây siêu cao áp 500 kV có chiều dài nhỏ 100 km khơng có tụ bù dọc, vấn đề TRV thường không đặt Tuy nhiên đuờng dây siêu cao áp 500 kV có chiều dài từ 100 km trở lên đặc biệt đường dây có tụ bù dọc, TRV thường đạt mức cao, ví dụ đường dây 500 kV Bắc - Nam, TRV đạt mức 3.5 pu (1 pu=449 kV) số trường hợp cắt đường dây 500 kV không tải phổ biến mức 2.5 đến 3.1 pu chế độ cắt [2] Thực tế nay, hệ thống điện đường dây truyền tải cao áp thường đường dây không với hệ thống cột xà chiếm diện tích đất diện tích hành lang tương đối lớn Cùng với phát triển nhanh nhiều thành phố lớn, dân cư đông đúc xuất nhiều tòa nhà cao tầng đặc biệt việc đòi hỏi yêu cầu thẩm mỹ thành phố đại việc xây dựng đường dây truyền tải cao áp không gặp nhiều khó khăn Do việc xây dựng đường dây tải điện hệ thống cáp ngầm trở thành phần tất yếu hệ thống truyền tải điện Hình 0.1: Phần trăm chiều dài cáp ngầm từ 220kV – 314kV nước [3] Hình 3.10: Dữ liệu đầu vào mơ hình đường dây Mơ hình phần tử cáp ngầm Mơ hình cáp ngầm FDQ (Frequency Dependent Q matrix) tính đến phụ thuộc tần số thông số cáp phụ thuộc tần số ma trận biến đổi phương thức (Ti Q) Mơ hình phát triển đặc biệt để mơ hình hóa cáp đa pha chơn trực tiếp lõi đơn Để tạo liệu cho mô hình này, cần phải tính gần với hàm hợp lý độ thừa đặc tính Y hàm truyền Ap = e− l cho chế độ cáp, ma trận biến đổi phương thức Q miền tần số Thiết bị "Cable Data" sử dụng để tạo liệu mơ hình Hình 3.11: Dữ liệu đầu vào mơ hình cáp ngầm Cabel Data Máy cắt Để xác định giá trị TRV lớn nhất, sử dụng phần mềm EMTP để tính tốn chế độ q độ với cấu sau: - Chế độ phụ tải cực tiểu Vị trí cố: Theo [2], đường dây có chiều dài l