bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng §¹i häc b¸ch khoa hµ néi ************************ luËn v¨n th¹c sü khoa häc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÊu tróc cña ®êng d©y truyÒn t¶i ®iÖn l¹nh ngµnh m¹ng vµ hÖ thèng ®iÖn[.]
bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học bách khoa hà nội ************************ luận văn thạc sỹ khoa học xác định thông số cấu trúc đờng dây truyền tải điện lạnh ngành: mạng hệ thống điện m· sè: 02.06.07 Thùc hiƯn: Ngun ®øc minh Ngêi híng dẫn khoa học: TS Phan đăng khải hà nội 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131624441000000 Mục lục Lời nói đầu Trang Chơng 1:Tổng quan truyền tải điện truyền tải điện lạnh 1.1 Các khái niệm định nghĩa 1.2 Các đờng dây truyền tải siêu dẫn 1.3 Các đờng dây truyền tải điện lạnh 12 1.4 Thiết bị điện siêu dẫn 18 1.5 Đánh giá kinh tế cách hệ thống tích trữ điện 25 Chơng 2:Các nguyên lý mô tả sơ đồ đờng dây truyền tải điện lạnh 2.1 Những khái nệm 36 2.2 Các sơ đồ truyền tải điện sử dụng chế độ ngợc pha 38 2.3 Các sơ đồ đờng dây có pha ghép đôi 42 2.4 Các sơ đồ đờng dây có liên kết điện dung 44 2.5 Các sơ đồ đờng dây đa mạch 46 2.6 Các sơ đồ đờng dây truyền tải điện điều khiển đợc 48 2.7 Sơ đồ đờng dây điện siêu dẫn chiều 53 Chơng 3: Đặc điểm qui tắc xác định thông số cấu trúc đờng dây truyền tải điện lạnh 3.1 Khái niệm 57 3.2 Qui tắc xác định thông số cấu trúc đờng dây truyền tải mềm cứng 59 3.3 Tính toán thông số cấu trúc đờng dây truyền tải siêu dẫn cứng 65 3.4 Tiêu chuẩn tơng tự dùng để phân tích thông số cấu trúc đờng dây truyền tải 72 3.5 Xét phân bố thông số đờng dây truyền tải điện lạnh tính toán điện 76 3.6 Độ dài tới hạn đờng dây siêu dẫn 80 Chơng 4:Các chế độ lới điện có truyền tải điện lạnh 4.1 Giới thiệu chung 82 4.2 Mức tiêu hao công suất tự dùng đờng dây lạnh 84 4.3 Tối u hoá chế độ làm việc lới có đờng dây thông thờng lạnh hệ thống truyền tải điện 86 4.4 Tối u hoá chế độ lới có đờng dây truyền tải loại thông thờng loại siêu dẫn 89 4.5 Tối u hoá chế độ làm việc lới truyền tải có dây dẫn lạnh siêu dẫn 93 4.6 Tối u hoá phân phối phụ tải lới điện có đờng dây truyền tải lạnh phơng pháp lập trình động lực 95 4.7 Chọn thông số thiết bị điều khiển dọc- ngang lới truyền tải điện thông thờng lạnh 99 4.8 Phân tích khả bù dọc phân phối kinh tế công suất lới có dây dẫn loại thờng loại lạnh 104 4.9 Đánh giá định lợng khả mang tải lới có truyền tải điện lạnh 111 4.10 Xác định công suất thiết bị bù cho đờng dây truyền tải siêu dẫn 119 Chơng 5: Nhận xét kết luận 125 Luận văn thạc sỹ khoa học Lời nói đầu Nhu cầu điện tăng trởng 2-3 lần thập kỷ, điều dẫn đến cần phải tăng công suất truyền tải cho mối liên kết nguồn điện với trung tâm tiêu thụ Một giải pháp hiệu việc tăng khả truyền tải điện nâng cao điện áp danh định Hiện đờng dây truyền tải không với điện áp 1150 kV đợc xây dựng Tuy nhiên có hạn chế giới hạn nâng cao điện áp đờng dây khó khăn giới hạn cho phép sử dụng đặc tính cách điện không khí Hạn chế đờng dây truyền tải không điện áp cao chúng cần diện tích chiếm dụng lớn, điều kiện nhiều trờng hợp nh thành phố địa phận khu công nghiệp lắp đặt đờng dây không dạng Ngoài đờng dây không tổn thất công suất tổn thất điện lớn (tới 10-12%), dạng tổn thất thờng đặc tính kỹ thuật đờng dây sinh trình truyền tải phân phối điện mà nguyên nhân tợng phát nóng đờng dây Chính điều dẫn đến cần phải xây dựng đờng dây truyền tải với công suất cao, biện pháp thiết lập đờng dây truyền tải loại sử dụng nhiệt độ thấp Bằng khảo sát cho thấy thập kỷ gần vòng 7-10 năm trở lại Liên xô cũ Nga ngày nớc phát triển khác khả thực tế kĩ thuật đờng dây truyền tải điện lạnh chiều xoay chiều (siêu dẫn dẫn điện nhiệt độ thấp) đà đợc chứng minh Trong trờng hợp yêu cầu khối lợng lớn công trình cáp điện lạnh Tuy nhiên bớc đầu sử dụng thực tế đờng dây truyền tải chừng mực đáng kể mang tiêu kinh tế kĩ thuật không đủ cao Chúng Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 Ln văn thạc sỹ khoa học đợc cải thiện cách tối u hoá kết cấu cáp điện lạnh thiết bị làm lạnh, đồng thời tính toán xác lập biện pháp hợp lí việc đấu nối đờng dây truyền tải điện lạnh vào hệ thống điện Trong thời đại việc sản xuất kết cấu cáp điện lạnh yêu cầu khối lợng công việc lớn lao, khảo sát liên quan đến việc kết nối truyền tải điện lạnh vào hệ thống điện có nghiên cứu chế độ công tác chúng nh phận hệ thống nhiên số lợng công việc kết thu đợc hạn chế Trong đề tài thực việc thử nghiệm tính toán tăng điện áp danh định, công tác tổng kết cho nguyên tắc kinh tế kĩ thuật cho phép phận truyền tải lạnh riêng rẽ việc phân tích chúng kinh tế kĩ thuật Những hoạt động tổng kết phát triển việc thiết kế hệ thống đấu nối truyền tải điện lạnh nhằm kết nối chúng vào hệ thống điện Các sơ đồ đợc đề xuất xem xét nằm mối liên quan với kết cấu cáp dẫn điện lạnh Ngời ta đà thiết lập qui luật xác định thông số kĩ thuật điện (điện dung, điện cảm, điện trở dạng sóng, công suất tự nhiên ) đờng dây truyền tải siêu dẫn có dây dẫn mềm, cứng siêu dẫn tuỳ theo điện áp định mức công suất tính toán nghiên cứu chi tiết cấu trúc đờng cáp Đề xuất tiêu chuẩn đồng dạng cho việc phân tích thông số, ngời ta đà đề xuất giải toán xác định tối u công suất lới điện hệ thống lợng: có truyền tải thông thờng, siêu dẫn nhiệt độ thấp Các phơng pháp tối u hoá đà đợc đề xuất phù hợp cho lới với tập hợp loại đờng dây truyền tải Đà thu đợc mối quan hệ dùng cho việc lựa chọn thông số thiết bị phân phối công suất cách bắt buộc mạch kín có truyền tải điện siêu dẫn lạnh Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Đợc quan tâm lớn từ Ts Phan Đăng Khải, Giáo s, Tiến sĩ Bộ môn Hệ thống điện Đại học Bách khoa Hà nội vận dụng kiến thức đợc trang bị trờng đà hoàn thành luận văn Mặc dù thân đà cố gắng nhiều nhng hớng giải hoàn toàn phơng pháp hạn chế tổn thất điện mạng điện mà thực tế cha đợc trải nghiệm nên chắn có điều cần bổ xung điều chỉnh Tôi mong Giáo s, Tiến sỹ với chuyên môn kinh nghiệm hớng dẫn bảo nhằm tìm hớng mang tính thực tế, hiệu cao cho hớng giải Tôi xin chân thành cảm ơn Ts Phan Đăng Khải đà giúp đỡ thực luận văn cám ơn ý kiến bảo từ Giáo s, Tiến sỹ bạn Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Chơng Tổng quan truyền tải điện truyền tải điện lạnh 1.1 Các khái niệm định nghĩa Các thiết bị điện lạnh đợc chia thành loại siêu dẫn truyền tải điện lạnh - Đờng dây truyền tải siêu dẫn: Tổ hợp cáp siêu dẫn với thiết bị kết nối mối nối, thành phần dẫn dòng chế độ làm việc bình thờng đạt đợc trạng thái siêu dẫn với thiết bị đảm bảo trì chế độ nhiệt độ định trớc (thiết bị làm lạnh, thiết bị tích ) - Máy biến áp siêu dẫn: Tổ hợp máy biến áp riêng lẻ bao gồm khung từ, cuộn dây phần toàn làm việc chế độ bình thờng đạt đợc trạng thái siêu dẫn với thiết bị đảm bảo trì chế độ nhiệt theo quy định Tơng tự: Trong đờng dây truyền tải điện lạnh máy biến áp, bao gồm thiết bị đảm bảo trì nhiệt theo định trớc với phần tử dẫn dòng đợc làm lạnh nhiệt độ thấp 100-120 0K nhng không đạt đợc trạng thái siêu dẫn - Máy phát điện siêu dẫn: Tổ hợp máy phát riêng, cuộn dây Rôto, cuộn dây Stato hai chế độ làm việc bình thờng đạt đợc trạng thái siêu dẫn với thiết bị trì chế độ nhiệt theo quy định Nguyễn §øc Minh- Líp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học - Bộ kháng điện siêu dẫn: Kháng điện mà cuộn dây chế độ làm việc bình thờng đạt đợc trạng thái siêu dẫn - Máy cắt siêu dẫn: Thiết bị chuyển mạch có phận dẫn điện mạch mang tải chế độ làm việc bình thờng đạt đợc trạng thái siêu dẫn - Bộ tích siêu dẫn: Tổ hợp cuộn cảm đợc nối vào mạch siêu dẫn kín, thiết bị dẫn điện vào ra, thiết bị tích năng, điều khiển bảo vệ - Bộ tích phân phối siêu dẫn: Là tích trữ điện thành phần cảm ứng dạng mạch vòng đợc tạo đờng cáp truyền tải siêu dẫn - Truyền tải điện siêu dẫn: Tổ hợp đờng dây truyền tải siêu dẫn, trạm biến áp tăng, giảm áp, trạm trung gian có máy biến áp siêu dẫn, thiết bị biến đổi siêu dẫn thiết bị đấu nối điều khiển đảm bảo cho trình biến đổi truyền tải lợng điện trình sản xuất, tích trữ tuần hoàn chất làm lạnh Truyền tải điện siêu dẫn không bao gồm thành phần riêng rẽ có định nghĩa ( thí dụ thiết bị biến đổi) Trong truyền tải siêu dẫn việc sản xuất, tích trữ tuần hoàn chất làm lạnh đợc bố trí riêng biệt cho đờng dây, máy biến áp - Hệ thống truyền tải điện siêu dẫn: Tổ hợp máy phát siêu dẫn, trạm biến áp tăng, hạ áp, trạm trung gian có máy biến áp siêu dẫn Các thiết bị biến đổi máy móc điều khiển, đấu nối siêu dẫn, đờng dây truyền tải siêu dẫn đợc hợp trình sản xuất, biến đổi, truyền tải điện trình sản xuất, tích trữ tuần hoàn chất làm lạnh - Hệ thống cung cấp điện siêu dẫn: Tổ hợp máy phát, máy biến áp siêu dẫn đờng dây truyền tải, thiết bị đấu nối, điều khiển nối vào Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học mạch nhánh để sản xuất, biến đổi, truyền tải điện kết hợp với việc sản xuất, tích trữ tuần hoàn chất làm lạnh - Hệ thống lợng điện lạnh: Tổ hợp trạm phát điện có máy phát điện lạnh, trạm phân phối với máy biến áp điện lạnh thiết bị biến đổi siêu dẫn, thiết bị tích siêu dẫn đờng dây truyền tải điện lạnh đảm bảo trì trình sản xuất, biến đổi, tích trữ, truyền tải lợng điện trình sản xuất, tích trữ, tuần hoàn chất làm lạnh Các hệ thống điện lạnh gồm thành phần siêu dẫn - Một phần tử hệ thống điện lạnh: Một phần tử hệ thống tham gia vào trình sản xuất, biến đổi, tích trữ truyền tải điện trình sản xuất, tích trữ tuần hoàn chất làm lạnh 1.2 Các đờng dây truyền tải siêu dẫn Đa số giải pháp xây dựng cấu trúc đờng dây truyền tải điện lạnh đà đợc nghiên cứu trình bày không đề cập chi tiết chúng mà thực tổng kết ngắn gọn đa thời điểm áp dụng đa đờng dây truyền tải điện lạnh vào làm việc hệ thống điện nh phận hệ thống Các đờng dây truyền tải siêu dẫn theo loại dòng điện chia thành đờng dây xoay chiỊu, mét chiỊu VËt liƯu c¸ch nhiƯt cã thĨ dïng cách nhiệt chân không, cách nhiệt bột-chân không, vật liệu siêu cách nhiệt Chất làm lạnh chủ yếu Hêli, sử dụng Hydro lỏng Các cáp siêu dẫn đà biết màng cách nhiệt trung gian mà có vài chắn trung gian Hydro Nitơ đợc dùng làm chất làm lạnh cho lớp chắn trung gian Nguyễn Đức Minh- Líp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Theo cấu trúc chung, cáp siêu dẫn đợc chia thành loại cứng có phần dẫn dòng ống bao lạnh đợc làm từ ống cứng; loại bán cứng gồm phần dẫn dòng dẻo vỏ bao lạnh cứng hai đầu uốn đợc Các cáp siêu dẫn loại pha, ba pha nhiều pha, có số pha vỏ bao lạnh nhiều Theo quan điểm làm việc đờng dây siêu dẫn dòng xoay chiều hệ thống điện, quan trọng phải xét tới kết cấu pha, xếp pha loại cách điện đợc sử dụng Các dây pha thờng thấy gồm dây dẫn có dạng tròn đơn, đặt đồng trục gồm hai hay nhiều ống tròn Nếu pha đờng dây đợc làm ống dẫn điện ba pha mạch pha hai mạch đặt vỏ bọc chung đợc bảo vệ chắn điện từ Hoàn toàn biết cấu trúc đồng trục đờng dây pha pha đợc làm ống dẫn điện đợc đặt đồng tâm Trong tất dạng cấu trúc đợc đề cập đến ngời ta thiên cấu trúc có dạng ống dẫn điện đợc đặt ®ång trơc (H×nh 1.1) ChÝnh v× lÏ ®ã chóng ta quan tâm xem xét cấu trúc loại a b Hình 1.1 Các phơng án kết cấu cáp siêu dẫn dòng điện xoay chiều a- Cáp pha; b- Cáp pha 1- Dây siêu dẫn có vỏ đệm; 2- Cách điện (vật liệu); 3- Chất làm lạnh; 4- Vật liệu cách nhiệt; 5- Chất làm lạnh trung gian Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006