Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp

Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.Nghiên cứu quá điện áp trên hệ thống truyền tải hỗn hợp đường dây trên không và cáp.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HỖN HỢP ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CÁP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HỖN HỢP ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG VÀ CÁP Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Văn Tớp TS Phạm Hồng Thịnh Hà Nội – 2023 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt xác trung thực Hà Nội, ngày Thay mặt tập thể hướng dẫn khoa học PGS TS Trần Văn Tớp TS Phạm Hồng Thịnh tháng 08 năm 2023 Nghiên cứu sinh Phạm Thành Chung i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa học trực tiếp, PGS TS Trần Văn Tớp TS Phạm Hồng Thịnh trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học trình nghiên cứu Hai thầy dành nhiều thời gian tâm huyết, hỗ trợ mặt để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Khoa Điện Trường Điện – Điện tử tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh suốt trình học tập nghiên cứu Chân thành cảm ơn giảng viên đồng nghiệp cán thuộc Bộ môn Hệ thống điện trước đây, hỗ trợ tận tình giúp đỡ q trình thực luận án Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, người bạn thân thiết ln giúp đỡ, động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn thời gian tơi học tập để hồn thành khóa học Tác giả luận án Phạm Thành Chung ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu ngồi nước 3 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu .4 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu A Mục tiêu nghiên cứu .5 B Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu C Phương pháp nghiên cứu 5 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 6 Các đóng góp luận án .6 Cấu trúc nội dung luận án CHƯƠNG TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI HỖN HỢP 1.1 Mở đầu 1.2 Các loại cáp ngầm .8 1.2.1.Cáp dầu 1.2.2.Cáp siêu dẫn 10 1.2.3.Cáp cách điện rắn XLPE 11 1.2.4.Cáp vượt biển HVAC .13 1.2.5.Một số cố điển hình cáp truyền tải 14 1.3 Truyền sóng cáp truyền tải .14 1.3.1.Phương trình truyền sóng cáp 14 1.3.2.Biểu diễn phương trình truyền sóng miền modal 19 1.4 Tính tốn truyền sóng phần mềm EMTP/ATP 21 1.4.1.Giới thiệu phần mềm EMTP/ATP .21 1.4.2.Mơ hình mơ cho cáp 21 1.4.3.Mô hình đường dây khơng 23 1.4.4.Các mơ hình khác 23 1.5 Kết luận 26 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẶT CÁP ĐẾN QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI HỖN HỢP 27 2.1 Đặt vấn đề 27 2.2 Mơ hình mơ 27 2.3 Ảnh hưởng môi trường đặt cáp 29 2.3.1.Cáp ngầm toàn 29 2.3.2.Cáp không- nằm ngang 31 2.3.3.Cáp cầu bê tông 32 2.3.4.Cáp cầu kim loại 33 2.4 Ảnh hưởng cách xếp cáp .34 2.4.1.Cáp ngầm .34 2.4.2.Đối với cáp không 35 2.5 Kết luận 36 CHƯƠNG BẢO VỆ CÁCH ĐIỆN VỎ CÁP 38 3.1 Đặt vấn đề 38 3.2 Các loại CSV dùng cho cáp truyền tải 39 3.3 Các phương pháp nối đất vỏ cáp 40 3.3.1.Nối cứng (Solid bonding) 40 3.3.2.Nối đất đầu (Single point bonding) 41 3.3.3.Nối chéo (Cross bonding) 42 3.4 Mơ hình tính tốn giả thiết 42 3.5 Phương pháp lựa chọn SVL bảo vệ vỏ cáp 43 3.5.1.Lựa chọn điện áp định mức SVL 43 3.5.2.Tính tốn thơng số SVL có dịng điện sét .45 3.5.3.Ảnh hưởng môi trường đặt cáp đến thông số SVL 52 3.6 Kết luận 54 CHƯƠNG TÍNH TỐN PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP DỌC THEO CHIỀU DÀI CÁP 56 4.1 Đặt vấn đề 56 4.2 Phương pháp tính tốn .57 4.3 Phân bố điện áp cáp ngầm đường dây truyền tải hỗn hợp .59 4.3.1.Mơ hình mơ 59 4.3.2.Cáp ngắn 500 m 60 4.3.3.Cáp dài 2,4 km 66 4.4 Kết luận 70 CHƯƠNG QUÁ ĐIỆN ÁP CỘNG HƯỞNG DO SÓNG HÀI 72 5.1 Đặt vấn đề 72 5.2 Các tượng cộng hưởng hệ thống điện 73 5.2.1.Cộng hưởng nối tiếp song song 73 5.2.2.Sóng hài lưới truyền tải 75 5.2.3 Quá điện áp cộng hưởng 77 5.3 Tính tốn tổng trở điều hòa lưới truyền tải 78 5.3.1.Tổng trở đầu vào nhìn từ nút 78 5.3.2.Tính tốn tổng trở đầu vào cho mơ hình IEEE nút 78 5.3.3 Tổng trở điều hòa đường dây truyền tải hỗn hợp 80 5.3.4 Ảnh hưởng cấu hình hệ thống truyền tải đến tổng trở điều hịa .82 5.4 Tính tốn q điện áp cộng hưởng hệ thống truyền tải hỗn hợp 84 5.4.1.Mơ hình tính tốn xác định nguồn sóng hài gây cộng hưởng tần số…………… 84 5.4.2.Tính tốn q điện áp cộng hưởng sơ đồ IEEE nút 85 5.5 Tính toán cho lưới truyền tải 220 kV khu vực Hà Nội 87 5.5.1.Mơ hình mơ 87 5.5.2.Tổng trở điều hòa 88 5.5.3.Tổng trở điều hòa chế độ N-1 90 5.5.4.Quá điện áp cộng hưởng trạm Hà Đông Thành Công…………… 92 5.6 Kết luận 94 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 95 DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cáp dầu ống áp lực cấp điện áp 275 kV [2] Hình 1.2 Cấu tạo cáp tự chứa dầu [2] 10 Hình 1.3 Cấu trúc cáp điện môi ấm (trên) cáp điện môi lạnh (dưới) [33] 10 Hình 1.4 Cấu tạo cáp đơn XLPE [2] .11 Hình 1.5 Cáp vượt biển HVAC [37] 13 Hình 1.6 Sự cố cách điện vỏ cáp cáp truyền tải 138 kV 14 Hình 1.7 Sơ đồ tương đương sợi cáp 15 Hình 1.8 Mơ tả đường dòng điện cáp đơn XLPE điển hình tính tốn tổng trở nối tiếp [44] 17 Hình 1.9 Mơ hình Bergeron cho mơ cáp tính tốn q độ [36]22 Hình 1.10 Mơ hình mô đoạn cáp 220 kV dài km EMTP/ATP sử dụng mơ hình Bergeron 22 Hình 1.11 Mơ hình ĐDK có thơng số phụ thuộc tần số sử dụng mô EMTP ATPDraw .23 Hình 1.12 Mơ hình chống sét van cấp 220 kV sử dụng mơ 24 Hình 1.13 Mơ hình cột sử dụng mơ EMTP ATPDraw .24 Hình 1.14 Số liệu trị số điện trở Rtđ mơ hình thay chương trình EMTP 25 Hình 1.15 Nguồn dịng CIGRE sử dụng mơ 25 Hình 2.1 Cấu trúc đường dây truyền tải điện hỗn hợp đường dây không cáp .28 Hình 2.2 Kết cấu cột điện đường dây không 220 kV 28 Hình 2.3 Cấu tạo cách bố trí cáp tính tốn mơ 28 Hình 2.4 Dịng điện chạy lõi cáp pha B hai mạch 29 Hình 2.5 Quá điện áp lõi mạch vị trí CC 30 Hình 2.6 Điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ 30 Hình 2.7 Quá điện áp lõi mạch vị trí CC-trường hợp cáp khơng 31 Hình 2.8 Điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ 32 Hình 2.9 Cấu trúc cáp cầu bê tông 32 Hình 2.10 Điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ 33 Hình 2.11 Quá điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ 34 Hình 2.12 Cách bố trí cáp hình tam giác 35 Hình 2.13 Điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ cách bố trí tam giác 35 Hình 2.14 Điện áp vỏ cáp mạch vị trí đảo vỏ thứ 36 Hình 3.1 Phương pháp nối đất vỏ cáp đầu (nối đất đầu phân đoạn) 40 Hình 3.2 Nối cứng 41 Hình 3.3 Nối đất đầu (2 phân đoạn) với SVL (Kiểu 1) 41 Hình 3.4 Nối đất đầu (2 phân đoạn) với SVL đầu (Kiểu 2) .41 Hình 3.5 Nối chéo (3 phân đoạn) với SVL nối hình 42 Hình 3.6 Cách bố trí cáp ngầm sử dụng mô 42 Hình 3.7 Đặc tính làm việc CSV 220 kV [57] 43 Hình 3.8 Trường hợp công suất ngắn mạch 4000 MVA : a) Điện áp vỏ vị trí SG112 ngắn mạch pha nối đất đầu với Re= ; b) Điện áp vỏ vị trí SG112 ngắn mạch pha nối chéo với Re= 44 Hình 3.9 Điện áp cảm ứng ngắn mạch lớn vỏ cáp theo công suất ngắn mạch hệ thống 44 Hình 3.10 Điện áp cảm ứng ngắn mạch vỏ với chiều dài đoạn cáp thay đổi, công suất ngắn mạch 4000 MVA, điện trở nối đất Re= 45 Hình 3.11 Điện áp vỏ cáp vị trí SG212 nối đất đầu-kiểu 2, sử dụng SVL 7,5 kV 45 Hình 3.12 Điện áp chênh lệch lớn đoạn vỏ cáp vị trí SG212 SG221 nối đất đầu-kiểu với Re= , sử dụng SVL 7,5 kV 46 Hình 3.13 Năng lượng hấp thụ SVL 7,5 kV nối đất đầu-kiểu với Re= 46 Hình 3.14 Điện áp lớn vỏ cáp theo điện trở nối đất vỏ 47 Hình 3.15 Điện áp tách vỏ theo điện trở nối đất vỏ .48 Hình 3.16 Năng lượng hấp thụ SVL theo điện trở nối đất vỏ điện áp định mức khác 49 Hình 3.17 Điện áp cảm ứng lớn vỏ với điện trở nối đất vỏ , sử dụng loại SVL 7,5 kV .50 Hình 3.18 Điện áp tách vỏ thay đổi dòng điện sét với Re=3 51 Hình 19 Năng lượng hấp thụ SVL thay đổi dòng điện sét với Re=3  52 Hình 3.20 ình 3.20 nh 3.20 .20  iện áp vỏ vị trí SG n áp vỏ vị trí SGp vỏ vị trí SGên vỏ vị trí SGn vỏ vị trí SG t iện áp vỏ vị trí SG vỏ vị trí SG vỏ vị trí SGí SG212 n iện áp vỏ vị trí SG   t đầu-kiểu với Re=3  t   u-kiểu với Re=3 -kiểu với Re=3 kiện áp vỏ vị trí SG u-kiểu với Re=3 vỏ vị trí SG iện áp vỏ vị trí SG Re=3 =3.20  , sử dụng SVL 7,5 kV .52 Hình 3.21 Điện áp tách vỏ đoạn vỏ cáp vị trí SG212 SG221 nối đất đầu-kiểu với Re=3  sử dụng SVL 7,5 kV 53 Hình 3.22 Điện áp lớn vỏ cáp vị trí SG112 với nối đất đầu nối chéo 53 Hình 3.23 Điện áp tách vỏ .54 Hình 3.24 Năng lượng hấp thụ SVL 54 Hình 4.1 Dòng điện sét lan truyền vào lớp vỏ CSV hai đầu cáp (điểm A B) làm việc 56 Hình 4.2 Điện áp lõi vỏ cáp vị trí đầu cáp 57 Hình 4.3 Sóng lan truyền vào lõi cáp 57 Hình 4.3 Đặc tính làm việc CSV 220 kV [57] 59 Hình 4.4 Đặc tính làm việc SVL 7,5 kV [61] .60 Hình 4.5 Điện áp lõi dịng qua CSV vị trí cuối cáp 60 Hình 4.6 Điện áp lõi vỏ cáp vị trí cuối cáp 61 Hình 4.7 Sóng điện áp tới sóng phản xạ lõi vị trí cuối cáp 61 Hình 4.8 Điện áp lõi dịng qua CSV vị trí cuối cáp vỏ cáp lắp đặt SVL 62 Hình 4.9 Sóng điện áp tới sóng phản xạ lõi vị trí cuối cáp vỏ cáp lắp đặt SVL .62 Hình 4.10 Điện áp lõi cáp vị trí đầu cáp, cách đầu cáp 67 m 100 m, tính tốn kiểm tra lại mơ 63 Hình 4.11 Điện áp dịng qua SVL vị trí cuối cáp .63 Hình 4.12 Sóng điện áp tới sóng phản xạ vỏ vị trí đặt SVL 64 Hình 4.13 Điện áp vỏ cáp hai vị trí đầu cáp 64 Hình 4.14 Điện áp lõi vị trí đầu cáp, cách đầu cáp 67m 100 m 65 Hình 4.15 Điện áp dịng qua SVL vị trí cuối cáp-cáp khơng 65 Hình 4.16 Sóng điện áp tới sóng phản xạ vỏ vị trí đặt SVL-cáp không 65 Hình 4.17 Điện áp lõi vị trí đầu cuối cáp 66 Hình 4.18 Sóng điện áp tới sóng phản xạ lõi cuối cáp 67 Hình 4.19 Điện áp vị trí đầu cáp (điểm A) vị trí cách đầu cáp 100 m 67 Hình 4.20 Vị trí đạt điện áp đỉnh theo tỷ lệ % từ khoảng cách đến cuối cáp tổng chiều dài cáp 67 Hình 4.21 Sóng điện áp sóng tới vỏ vị trí đảo vỏ thứ 68