Nghiên cứu điện áp cảm ứng trong lớp vỏ kim loại tuyến cáp ngầm 220kv long biên mai động

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại tuyến cáp ngầm 220 kV Long Biên - Mai Động TRƯƠNG HOÀNG NAM nam.th626@gmail.com Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Văn Tớp Khoa: Điện HÀ NỘI, 05/2023 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trương Hoàng Nam Đề tài luận văn: Nghiên cứu điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại tuyến cáp ngầm 220 kV Long Biên - Mai Động Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện Mã số SV: 20202099M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 27/04/2023 với nội dung sau: Đã hiệu chỉnh lỗi tả luận văn Đã chuẩn xác, bổ sung lớp chắn lõi phần cấu tạo cáp ngầm cao áp Hà Nội, Ngày 15 tháng 05 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Trần Văn Tớp Trương Hoàng Nam CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Lê Đức Tùng Lời cảm ơn Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo – phận sau Đại học, Khoa Điện, Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho em trình học tập hoàn thành Luận văn Xin gửi lời tri ân tới q thầy, q tận tình giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật điện (KH), khóa CH2020B Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS TS Trần Văn Tớp, 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 hồn 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 hoàn thiện Luận văn Tóm tắt nội dung luận văn Mục tiêu Luận văn tìm hiểu, tính toán giá trị điện áp cảm ứng tuyến đường dây cáp ngầm 220 kV Long Biên – Mai Động từ lựa chọn phương án nối đất, lựa chọn thông số giới hạn điện áp vỏ kim loại cáp ngầm Để thực tính tốn, phân tích lựa chọn phương án nối đất vỏ kim loại Luận văn tiến hành tìm hiểu để mơ hình hóa hệ thống phần mềm (phần mềm EMTPWorks), sau tiến hành so sánh, lựa chọn phương án nối đất cuối tính tốn thơng số giới hạn điện áp Việc tính tốn giá trị điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại giúp lựa chọn phương án nối đất thông số kỹ thuật giới hạn điện áp đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật dự án Đường dây 220 kV Long Biên – Mai Động trình mua sắm vật tư thiết bị dự án Sau hoàn thành Luận văn, em củng cố nắm kiến thức hệ thống điện tiếp cận nhiều kiến thức mới; giúp em phát triển rèn luyện kỹ tư sáng tạo, giúp em cải thiện thêm tiếng Anh chuyên ngành MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG MỞ ĐẦU 10 1.1 Lý chọn đề tài 10 1.2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận văn 11 1.3 Đối tượng nghiên cứu luận văn 11 1.4 Ý nghĩa thực tiễn luận văn 11 1.5 Giới thiệu phần mềm mô EMTP-RV 12 1.6 Nội dung luận văn 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁP NGẦM 13 2.1 Giới thiệu chung 13 2.2 Cấu tạo cáp ngầm cao áp cách điện XLPE 13 2.3 Khả mang tải cáp ngầm 15 2.4 Giải pháp chống thấm cho cáp 17 2.5 Phương thức lắp đặt cáp 18 2.6 Bố trí cáp 18 2.7 Đảo pha vỏ cáp 19 2.8 Các biện pháp bảo vệ 20 2.8.1 Bộ giới hạn điện áp (SVL – Sheath Voltage Limiters) 20 2.8.2 Nối đất vỏ cáp 20 2.9 Kiểm soát nhiệt độ tuyến cáp 20 CHƯƠNG NỐI ĐẤT VỎ KIM LOẠI HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 22 3.1 Đặt vấn đề 22 3.2 Phương pháp luận 23 3.2.1 Điện áp cảm ứng vỏ kim loại mạch đơn 23 3.2.2 Điện áp cảm ứng vỏ kim loại mạch kép 24 3.3 Các phương pháp nối đất vỏ kim loại cáp ngầm 27 3.3.1 Nối đất vỏ cáp điểm 27 3.3.2 Nối đất vỏ cáp hai điểm 29 3.3.3 Nối đất đảo vỏ (Cross bonding) 29 3.4 Tổn thất lớp vỏ kim loại bảo vệ cáp ngầm 31 3.4.1 Tổn thất dòng điên xoáy 31 3.4.2 Tổn thất dịng điện tuần hồn 31 3.5 Điện áp cảm ứng vỏ kim loại điều kiện cố 32 3.5.1 Nối đất trung tính 32 3.5.2 Nối đất điểm 33 3.5.3 Nối đất đảo vỏ 35 CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT VỎ KIM LOẠI CÁP NGẦM TUYẾN 220KV LONG BIÊN – MAI ĐỘNG 38 4.1 Tổng quan tuyến 220 kV Long Biên – Mai Động 38 4.2 Mơ hình đường dây 220 kV Long Biên – Mai Động 39 4.2.1 Mơ hình nguồn điện hệ thống 39 4.2.2 Mô hình đường dây khơng cáp ngầm 40 4.2.3 Mơ hình cột đường dây không 44 4.2.4 Mơ hình hệ thống tiếp địa 46 4.2.5 Mơ hình chống sét van 46 4.3 áp Tính tốn, mô lựa chọn phương án nối đất vỏ kim loại cáp ngầm cao 47 4.3.1 Phương án nối đất vỏ kim loại điểm cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01 48 4.3.2 Phương án liên kết đảo vỏ nối đất hai đầu cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01 (Cross bonding) 54 4.3.3 Phương án liên kết đảo vỏ nối đất hai đầu cung đoạn từ TBA 220 kV Mai Động – VT4 66 CHƯƠNG LỰA CHỌN THÔNG SỐ BỘ GIỚI HẠN ĐIỆN ÁP VỎ KIM LOẠI CÁP NGẦM (SHEATH VOLTAGE LIMITER) 69 5.1 Tổng quan giới hạn điện áp (SVL) 69 5.2 Tính tốn lựa chọn thơng số SVL 70 5.2.1 Lựa chọn điện áp định mức SVL 70 5.2.2 Tính tốn lượng hấp thụ SVL trường hợp điện áp khí 74 CHƯƠNG KẾT LUẬN 77 6.1 Kết luận 77 6.2 Hướng phát triển 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 80 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Thuật ngữ tiếng Anh Giải thích IEC International Electrotechnical Commission Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Hội Kỹ sư Điện Điện tử SVL Sheath voltage limiter Bộ giới hạn điện áp vỏ cáp TCVN Vietnamese National Standards Tiêu chuẩn Việt Nam DTS Distibuted Temperature Sensing Cảm biến nhiệt độ phân bố BIL Basic insulation level Mức cách điện xung sét DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Xu hướng tuyển tải điện cáp ngầm khu vực 10 Hình 2.1: Cấu tạo cáp ngầm cao áp 14 Hình 2.2: Sơ đồ nối đất đảo vỏ cáp ngầm cao áp 19 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý kiểm soát nhiệt độ tuyến cáp 21 Hình 3.1: Cấu hình hai mạch bố trí tam giác 25 Hình 3.2: Cấu hình hai mạch bố trí thẳng hàng 26 Hình 3.3: Nối đất vỏ cáp kim loại điểm 27 Hình 3.4: Điện áp cảm ứng vỏ nối đất điểm đầu cáp 27 Hình 3.5: Điện áp cảm ứng vỏ nối đất điểm cáp 28 Hình 3.6: Hoán vị dây nối đất song song để giảm điện áp cảm ứng 29 Hình 3.7: Nối đất vỏ cáp kim loại hai điểm 29 Hình 3.8: Nối đất đảo vỏ kim loại 30 Hình 3.9: Nối đất hốn vị cáp khơng hốn vị vỏ 30 Hình 3.10: Dịng điện xốy lớp vỏ kim loại 31 Hình 3.11: Dịng điện tuần hồn lớp vỏ kim loại 32 Hình 3.12: Độ lớn điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm 34 Hình 3.13: Độ lớn điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm 36 Hình 4.1: Sơ đồ kết lưới Đường dây 220kV Long Biên – Mai Động 38 Hình 4.2: Mơ hình nguồn điện điện kháng tương đương 220kV 39 Hình 4.3: Mơ hình dịng điện sét 40 Hình 4.4: Dạng sóng sét mơ 40 Hình 4.5: Mơ hình CP – line 40 Hình 4.6: Mơ hình FD – line 41 Hình 4.7: Các thông số đầu vào đường dây không 41 Hình 4.8: Các thơng số đầu vào cáp ngầm đơn pha 43 Hình 4.9: Mơ đường dây 220kV Long Biên – Mai Động 43 Hình 4.10: Mặt cắt ngang hào cáp điển hình 44 Hình 4.11: Mơ hình cột đường dây khơng mơ hình mơ EMTP 44 Hình 4.12: Mơ hình quy đổi cột đường dây khơng 45 Hình 4.13: Mơ hình chống sét van theo IEEE 46 Hình 4.14: Mơ hình chống sét van EMTP 47 Hình 4.15: Sơ đồ nối đất vỏ kim loại cáp ngầm điểm đầu TBA 220 kV Long Biên 48 Hình 4.16: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại vị trí 01 – PA1 48 Hình 4.17: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại đoạn cáp – PA1 48 Hình 4.18: Đồ thị điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm theo chiều dài cáp PA1 49 Hình 4.19: Sơ đồ nối đất vỏ kim loại cáp ngầm điểm đoạn cáp 50 Hình 4.20: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại đầu TBA Long Biên – PA2 50 Hình 4.21: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại vị trí 01 – PA2 50 Hình 4.22: Đồ thị điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm theo chiều dài cáp PA2 51 Hình 4.23: Sơ đồ nốt đất vỏ kim loại hai điểm 52 Hình 4.24: Điện áp cảm ứng lớn vỏ kim loại cáp ngầm – PA3 52 Hình 4.25: Đồ thị điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm theo chiều dài cáp PA3 53 Hình 4.26: Dòng điện vỏ kim loại cáp ngầm – PA3 53 Hình 4.27: Sơ đồ liên kết đảo vỏ chu kỳ nối đất hai đầu 54 Hình 4.28: Điện áp cảm ứng lớn vỏ kim loại cáp ngầm – PA4 54 Hình 4.29: Đồ thị điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp ngầm theo chiều dài cáp – PA4 55 Hình 4.30: Dịng điện vỏ kim loại cáp ngầm – PA4 56 Hình 4.31: Sơ đồ nối đất vỏ kim loại chu kỳ đảo vỏ (11 hộp nối) 57 Hình 4.32: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 57 Hình 4.33: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 58 Hình 4.34: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 58 Hình 4.35: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 59 Hình 4.36: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 59 Hình 4.37: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA5 59 Hình 4.38: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 10 – PA5 60 Hình 4.39: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 11 – PA5 60 Hình 4.40: Dịng điện cảm ứng chạy lớp vỏ kim loại cáp – PA5 61 Hình 4.41: Sơ đồ nối đất vỏ cáp chu kỳ đảo vỏ (14 hộp nối) 62 Hình 4.42: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 62 Hình 4.43: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 62 Hình 4.44: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 63 Hình 4.45: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 63 Hình 4.46: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 63 Hình 4.47: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối – PA6 64 Hình 4.48: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 10 – PA6 64 Hình 4.49: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 11 – PA6 64 Hình 4.50: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 13 – PA6 65 Hình 4.51: Điện áp cảm ứng vỏ cáp vị trí hộp nối 14 – PA6 65 Hình 4.52: Dịng điện cảm ứng chạy vỏ cáp – PA6 65 Hình 4.53: Sơ đồ nối đất vỏ kim loại chu kỳ đảo vỏ (5 hộp nối) 67 Hình 4.54: Điện áp cảm ứng vỏ cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4 67 Hình 4.55: Dịng điện cảm ứng chạy vỏ cung đoạn cáp ngầm 67 Hình 5.1: Đường đặc tính V – I SVL 70 Hình 5.2: Sơ đồ đấu nối điển hình SVL với cáp ngầm 70 Hình 5.3: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 71 Hình 5.4: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 71 Hình 5.5: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 71 Hình 5.6: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 72 Hình 5.7: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 72 Hình 5.8: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Mai Động – VT04 72 Hình 5.9: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Mai Động – VT04 73 Hình 5.10: Sơ đồ mơ sơ đồ đấu nối SVL EMTP 74 Hình 5.11: Điện áp điểm đấu nối cáp ngầm đường dây khơng 74 Hình 5.12: Điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại 75 Hình 5.13: Năng lượng hấp thụ SVL 75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Cấu trúc điển hình cáp điện cao áp với cách điện XLPE 14 Bảng 2.2: Ưu nhược điểm cáp có vỏ kim loại nhơm gợn sóng cáp có vỏ kim loại đồng hay lưới đồng 17 Bảng 2.3: Ưu, nhược điểm hình thức lắp đặt cáp 18 Bảng 2.4: Bảng so sánh ưu nhược điểm phương pháp lắp đặt cáp ngầm 18 Bảng 3.1: Bảng giá trị điện áp cảm ứng cho phép nước 28 Bảng 4.1: Đặc tính kỹ thuật cấp ngầm đường dây 220kV Long Biên – Mai Động 42 Bảng 4.2: Các trị số điện trở điện cảm tầng mơ hình mơ cột 46 Bảng 4.3: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01 điểm đoạn cáp – PA1 49 Bảng 4.4: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01tại điểm đoạn cáp – PA2 51 Bảng 4.5: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01tại điểm đoạn cáp – PA3 52 Bảng 4.6: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01 điểm đoạn cáp – PA4 55 Bảng 4.7: Chiều dài đoạn cáp Long Biên – VT01 theo số lần đảo vỏ 56 Bảng 4.8: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại cung đoạn từ TBA 220 kV Long Biên đến VT 01 vị trí hộp nối không nối đất trực tiếp – PA5 61 Bảng 4.9: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại 66 Bảng 4.10: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại vị trí hộp nối khơng nối đất trực tiếp cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4 68 Bảng 5.1 Điện áp cảm ứng vỏ kim loại trường hợp cố Isc = 48 kA 73 Hình 4.53: Sơ đồ nối đất vỏ kim loại chu kỳ đảo vỏ (5 hộp nối)  Kết tính tốn điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp Hình 4.54: Điện áp cảm ứng vỏ cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4  Kết tính tốn dòng điện cảm ứng chạy lớp cỏ kim loại cáp ngầm Hình 4.55: Dịng điện cảm ứng chạy vỏ cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4 67 Dòng điện cảm ứng chạy vỏ kim loại cáp 15,21 A Bảng 4.10: Điện áp cảm ứng vỏ kim loại vị trí hộp nối không nối đất trực tiếp cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4 STT Vị trí Điện áp (V) STT Vị trí Điện áp (V) Hộp nối 94,06 Hộp nối 94,34 Hộp nối 93,75 Hộp nối 94,05  Nhận xét: Điện áp cảm ứng lớn vỏ kim loại tuyến cáp ngầm điểm không nối đất: = U U max 133, 42 = = 94,34 V < 100 V 2 Dòng điện chạy vỏ kim loại tuyến cáp ngầm: = I I 21,514 = = 15, 21 A 2 Với giải pháp nối đất đảo vỏ chu kỳ, cấu hình lắp đặt cáp thẳng hàng nên không đạt cân điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại pha nên tồn điện áp dòng điện cảm ứng Tuy nhiên, điện áp cảm ứng nhỏ giá trị điện áp cảm ứng cho phép giá trị dòng điện cảm ứng chạy lớp vỏ kim loại tương đối nhỏ Trường hợp tiếp tục kiểm tra, tính toán với giải pháp nối đất đảo vỏ chu kỳ, giá trị dòng điện điện áp cảm ứng vỏ kim loại nhỏ nữa, cần phải cân nhắc tốn kỹ thuật (giảm điện áp cảm ứng) toán kinh tế (chi phi xây dựng hầm nối, chi phí mua sắm thiết bị…) Vì vậy, giải pháp nối đất vỏ kim loại cáp ngầm cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220 kV Mai Động đến cột số 04 sử dụng nối đất đảo vỏ chu kỳ 68 CHƯƠNG LỰA CHỌN THÔNG SỐ BỘ GIỚI HẠN ĐIỆN ÁP VỎ KIM LOẠI CÁP NGẦM (SHEATH VOLTAGE LIMITER) 5.1 Tổng quan giới hạn điện áp (SVL) Đường dây tải điện với cầu hình hỗn hợp đường dây không cáp ngầm ngày trở nên phổ biến hệ thống điện đại q trình thị hóa phát triển phụ tải Sự cố cách điện cáp sét đánh cấu hình hỗn hợp cáp ngầm đường dây khơng có nhiều khả xảy so với cầu hình cáp ngầm hồn tồn phần đường dây khơng dễ bị sét đánh [12] Ngồi việc lắp đặt chống sét van đường dây để bảo vệ cho lớp cách điện chính, phần cáp ngầm phải lắp đặt giới hạn điện áp (SVL) để hạn chế điện áp phần vỏ cáp trường hợp độ điện áp Việc lựa chọn SVL đường dây hỗn hợp cáp ngầm đường dây không khác với việc lựa chọn SVL đường dây hồn tồn cáp ngầm ảnh hưởng thống số chống sét đường dây không điện trở hệ thống nối đất chân cột Các SVL lắp đặt mối nối vỏ kim loại để hạn chế độ điện áp cấu hình nối đất đảo vỏ [13] SVL lắp đặt đầu tiếp đất để hạn chế điện áp cảm ứng điều kiện đường dây cáp tiếp đất trực tiếp đầu SVL có nguyên lý hoạt động tương tự chống sét van Trong điều kiện làm việc bình thường, SVL trạng thái điện trở cao cách ly phần vỏ kim loại đất Khi có điện áp đóng cắt điện áp khí lõi cáp sinh điện áp xung cao lớp vỏ kim loại SVL trạng thái điện trở thấp để dịng điện chạy xuống đất thơng qua SVL để bảo vệ vỏ bọc cách điện mối nối [14] Do phức tạp việc tính tốn điện áp vỏ cáp nên tiêu chí lựa chọn SVL phù hợp chưa rõ ràng cáp ngầm truyền tải, kể cấu hình hồn tồn cáp ngầm IEC 60099-5 [15], IEEE 575-2014 [6] CIGRE 07-SC 21 [16] đề xuất chọn SVL điện áp định mức lớn điện áp cảm ứng gây dòng điện cố chạy lõi cáp IEEE 575-2014 [6] CIGRE 283 [17] đề xuất việc giảm điện áp định mức SVL dẫn đến tăng lượng hấp thụ SVL Do đó, SVL chọn phải đảm bảo yêu cầu sau : - Điện áp hoạt động liên tục tối đa (MCOV) SVL phải chọn cho khơng dẫn dịng điện điện áp vỏ gây dịng tải trạng thái bình thường dịng điện cố chạy dây dẫn lõi; - SVL chọn với đặc tính V - I có khả dẫn điện điện áp cao gây từ kiện thống qua, đóng cắt sét đánh Vì đặc tính cách nhiệt lớp vỏ không xác định rõ không đảm bảo theo tiêu chuẩn, nên có biên độ bảo vệ rộng rãi; - SVL phải có khả hấp thụ lượng đủ cho kiện xảy dẫn đến SVL trạng thái điện trở thấp Nên tham khảo định mức lượng tổng đường cong điện áp nhà sản xuất cung cấp 69 Hình 5.1: Đường đặc tính V – I SVL Sơ đồ đấu nối điển hình thiết bị hạn chế điện áp (Sheath Voltage Limiter -SVL) với cáp ngầm thể hình sau: Hình 5.2: Sơ đồ đấu nối điển hình SVL với cáp ngầm 5.2 Tính tốn lựa chọn thơng số SVL SVL chọn đảm bảo: - Không tác động xảy ngắn mạch lớn qua cáp ngầm sau khoảng thời gian trì cố 1s - Làm việc tản lượng, bảo vệ vỏ cáp điện áp đóng cắt sét đánh 5.2.1 Lựa chọn điện áp định mức SVL Mô ngắn mạch cáp ngầm để lựa chọn điện áp định mức SVL thực với thơng số sau: - Cấu hình nối đất vỏ kim loại: Nối đất đảo vỏ - Dạng ngắn mạch: pha - Giá trị ngắn mạch cái: 48kA - Điểm ngắn mạch: vị trí đấu nối đoạn cáp ngầm đường dây khơng Kết tính tốn điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại cáp ngầm phân đoạn sau: 70 Hình 5.3: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 Hình 5.4: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 Hình 5.5: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 71 Hình 5.6: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 Hình 5.7: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Long Biện – VT01 Hình 5.8: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Mai Động – VT04 72 Hình 5.9: Điện áp cảm ứng phân đoạn tuyến cáp TBA 220 kV Mai Động – VT04 Do mức suy giảm điện áp cảm ứng vỏ kim loại cáp nhỏ, lấy kết tính tốn điện áp cảm ứng thời gian 0,1 s cho tính tốn khả đáp ứng SVL s Theo kết tính tốn trên, ta có bảng tổng hợp điện áp cảm ứng vỏ kim loại phân đoạn sau: Bảng 5.1 Điện áp cảm ứng vỏ kim loại trường hợp cố Isc = 48 kA TT Điện áp cảm ứng lớn (kV peak) Điện áp cảm ứng lớn (kV rms) Cung đoạn Mai Động – VT04 6,2 4,38 6,3 4,45 Cung đoạn Long Biên – VT01 5,7 4,03 5,8 4,1 5,8 4,1 5,9 4,17 5,9 4,17  Nhận xét: Theo kết tính tốn, chọn giới hạn điện áp có điện áp định mức 6000V (6 kV) để bảo vệ vỏ kim loại cáp ngầm 73 5.2.2 Tính tốn lượng hấp thụ SVL trường hợp q điện áp khí Hình 5.10: Sơ đồ mô sơ đồ đấu nối SVL EMTP Mô sét đánh vào dây chống sét để tính tốn lượng hấp thụ SVL thực với thông số sau: - Cấu hình nối đất vỏ kim loại: Nối đất đảo vỏ Điện trở hệ thống nối đất chân cột: 5Ω Giá trị cường độ sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét: 300kA Vị trí sét đánh: vị trí dây chống sét phần đường dây không Biên độ sét đánh vào đỉnh cột giả định dựa thống kê IEEE, 99,9% số cú sét có biên độ nhỏ trị số 300kA Để xác định lượng hấp thụ SVL, dòng điện sét giới hạn trị số 300kA tính tốn mô phỏng, theo phân bố IEEE (xác suất nhỏ 0,02%) Hình 5.11: Điện áp điểm đấu nối cáp ngầm đường dây khơng 74 Hình 5.12: Điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại Kết tính tốn lượng hấp thụ SVL trường hợp sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét: Hình 5.13: Năng lượng hấp thụ SVL  Nhận xét: Từ Hình 5.11, với cú sét có cường độ 300 kA đánh vào đỉnh cột dây chống sét xảy phóng điện chuỗi cách điện ba pha đường dây không dẫn đến dòng điện sét vào cáp Do chống sét van lắp đặt điểm nối cáp ngầm đường dây không nên điện áp lõi cáp khơng tăng q lớn Hình 5.12 cho thấy điện áp cảm ứng lớp vỏ kim loại trường hợp bị điện áp khí 24 kV nhỏ mức cách điện xung sét (BIL) vỏ cáp 220 kV (40 kV) [6] Từ hình 5.13 thấy trường hợp cú sét có cường độ 300 kA đánh vào đỉnh cột dây chống sét lượng hấp thụ SVL kV xấp xỉ 4,8 kJ, nhỏ nhiều so với lượng hấp thụ điển hình SVL (20 kJ SVL điện áp định mức kV) 75 Từ kết mơ tính tốn trên, SVL có điện áp định mức kV chọn đảm bảo: Không tác động xảy ngắn mạch lớn qua cáp ngầm sau khoảng thời gian trì cố 1s Làm việc tản lượng, bảo vệ vỏ cáp điện áp đóng cắt sét đánh 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Luận văn tổng hợp lại lý thuyết, cấu tạo công nghệ thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp CHƯƠNG Luận văn Trong CHƯƠNG 3, Luận văn tổng hợp lý thuyết, sơ đồ đấu nối, phương pháp nối đất cho lớp vỏ kim loại, nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống nối đất đến điện áp cảm ứng dòng điện lớp lớp vỏ kim loại cáp ngầm cao áp, CHƯƠNG thực mô phỏng, kiểm chứng liên quan đến lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm đoạn cáp có chiều dài ngắn cần thiết đảo vỏ cáp ngầm dự án sử dụng chiều dài cáp ngầm lớn Đối với dự án có sử dụng cáp ngầm có chiều dài ngắn (~0,9km) sử dụng giải pháp nối đất đầu lớp vỏ kim loại cáp ngầm Đối với dự án sử dụng cáp ngầm cao áp siêu cao áp có chiều dài cáp ngầm lớn cần phải thực sử dụng phương án liên kết đảo vỏ cáp ngầm để đảm bảo điện áp cảm ứng dòng điện vỏ kim loại cáp nhỏ giá trị điện áp cảm ứng cho phép Trong CHƯƠNG 5, Luận văn xây dựng mơ hình tính tốn hệ thống nối đất vỏ kim loại cáp ngầm qua thiết bị giới hạn điện áp SVL Từ đó, tính tốn điện áp cảm ứng lớn vỏ kim loại chế độ cố lượng hấp thụ SVL chế độ điện áo khí để lựa chọn thông số giới hạn điện áp SVL 6.2 Hướng phát triển Luận văn dừng lại mức độ nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống nối đất vỏ cáp đến điện áp cảm ứng dòng điện vỏ kim loại cáp ngầm Do mô hình mơ tính tốn nghiên cứu ảnh hưởng cấu hình bố trí cáp ảnh hưởng môi trường đặt cáp đến điện áp cảm ứng dòng điện vỏ kim loại cáp ngầm Luận văn chưa nghiên cứu sâu ảnh hưởng đường đặc tính phi tuyến giới hạn điện áp SVL Do vậy, vấn đề nêu tiếp tục nghiên cứu thời gian 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] CIGRE Working group, Statistics of AC Underground Cables in Power Networks, CIGRE B1.07, December 2007 [2] IEC 60287-1-1 Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses General 2001 [3] British Standard BS 7430:1998, Code of Practice for Earthing [4] Thue, W.A, Electrical Power Cable Engineering, USA: Marcel Dekker, 2003 [5] IEEE Std 575 - 1988, IEEE Guide for the Application of Sheath- Bonding Methods for Single-Conductor Cables and the Calculation of Induced Voltages and Currents in Cable Sheaths [6] 575-2014-IEEE Guide for Bonding Shields and Sheaths of Single-Conductor Power Cables Rated kV through 500 kV [7] Coates M W, Assessment of Sheath Bonding System for Doha South Super to Abu Hamour North 220 kV Cable Circuits, www.era.co.uk [8] J.R Riba Ruiz, X Alabern Morera, Effects of The Circulating Sheath Currents in The Magnetic Field Generated by an Underground Power Line, www.icrepq.com/icrepq06/217-riba.pdf [9] Anders, G.J., Rating Of Electric Power Cables In Unfavorable Thermal Environment, John Wiley & Sons, Inc., 2005 [10] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9888-1: 2013 Bảo vệ chống sét - Phần 1: Nguyên tắc chung [11] Quy định công tác thiết kế dự án lưới điện cấp điện áp từ 110kV đến 500kV - Phần TBA, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, 2017 [12] M Asif, H Lee, U A Khan, K Park and B W Lee, "Analysis of transient behavior of mixed high voltage DC transmission line under lightning strikes," IEEE, 2019, pp 7194-7205 [13] S Milan, "Selection of the surge arrester energy absorption capability relating to lightning over-voltages," in Technical Reports - Session 1: Network Components, IEE Conference Publication, v 2, n 2005-11034, Turin, Italy, June 6-9, 2005, pp 17-19 [14] J Le, R Hu, "Computer Design and Simulation of PSCAD, Beijing: China Machine Press," 2015, pp 15-20 [15] "IEC 60099-5, Surge arresters - Part 5: Selection and application recommendations," 2018 78 [16] "CIGRE Working Group, Guide to the protection of specially bonded cable systems against sheath overvoltages, CIGRE SC 21," 1990 [17] "CIGRE Working Group, Special bonding of high voltage power cables, CIGRE B1.18," October 2005 [18] P Stanchev, D Georgiev, and Y Kamenov, "Influence of underground cable lines for high voltage on the behavior of electric power system," pp 1-4, 2018 [19] "CIGRE WG 33-01: “Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines”," Technical Brochure, October 1991 79 PHỤ LỤC A1 Kết tính tốn ngắn mạch năm TT A B C D Tên nút Dòng ngắn mạch TG-01 pha 35,8 pha 24,8 pha 29,9 pha 21,5 pha 22,2 pha 15,1 pha 38,6 32,7 pha 26,1 21,5 pha 34,1 28,4 pha 24,2 19,9 pha 32,1 24,7 pha 22,3 17,2 pha 46 pha 31,9 pha 36,7 pha 26,5 pha 38,7 pha 27 pha 46,8 44,5 pha 32,2 30,4 pha 37,2 32,3 pha 26,8 22,8 pha 39,1 36,7 pha 27,4 25,6 Inmtt (kA) TG-02 Năm 2024 Thanh góp 220kV TBA 220kV Long Biên Thanh góp 220kV TBA 220kV Mai Động Thanh góp 220kV TBA 220kV Gia Lâm Năm 2025 Thanh góp 220kV TBA 220kV Long Biên Thanh góp 220kV TBA 220kV Mai Động Thanh góp 220kV TBA 220kV Gia Lâm Năm 2028 Thanh góp 220kV TBA 220kV Long Biên Thanh góp 220kV TBA 220kV Mai Động Thanh góp 220kV TBA 220kV Gia Lâm Năm 2030 Thanh góp 220kV TBA 220kV Long Biên Thanh góp 220kV TBA 220kV Mai Động Thanh góp 220kV TBA 220kV Gia Lâm 80 A2 Phân bố công suất đường dây 220kV Long Biên – Mai Động STT Trường hợp tính tốn Đường dây Cơng suất tải đường dây (MVA) Dòng điện mạch (A) 415,1 II NĂM 2025 a Vận hành bình thường Gia Lâm - Mai Động -153,1 + j39,7 Sự cố mạch 220kV Long Biên – Gia Lâm (trường hợp vận hành mạch) Gia Lâm - Mai Động -253,6-j63 b III 685,76 NĂM 2030 a Vận hành bình thường Gia Lâm - Mai Động 102,8+j80 170,92 b Sự cố mạch 220kV Gia Lâm – Mai Động Gia Lâm - Mai Động 163,7+j77,4 475,2 IV NĂM 2035 a Vận hành bình thường Gia Lâm - Mai Động 204,8+j108,4 304,1 b Sự cố mạch 220kV Gia Lâm – Mai Động Gia Lâm - Mai Động 158,3+j84,4 470,8 81