Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của đường dây truyền tải điện lạnh và siêu dẫn trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM TIẾN CHIẾN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM TIẾN CHIẾN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHAN ĐĂNG KHẢI HÀ NỘI - 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Lời cảm ơn Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phan Đăng Khải, người tận tình hướng dẫn động viên suốt trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo môn Hệ thống điện – Khoa Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ hoàn thành tốt khóa học Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, người kề vai sát cánh bên tôi, động viên suốt khóa học trình làm luận văn Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - I - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn thực hiện, chưa công bố Các số liệu dùng để tính toán kết xác thực Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2011 Tác giả Phạm Tiến Chiến Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - II - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Mục lục Lời cảm ơn I Lời cam đoan II Mục lục III Danh mục ký hiệu từ viết tắt VI Danh mục bảng biểu VII Danh mục hình vẽ đồ thị VIII MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 1.1.TỔNG QUAN 1.2 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN 1.3 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH 1.4 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN SIÊU DẪN 10 CHƯƠNG 2:CÁC SƠ ĐỒ VÀ CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 14 2.1 TỔNG QUÁT 14 2.2 CÁC SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CHẾ ĐỘ NGƯỢC PHA 15 2.3 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ CÁC PHA GHÉP ĐÔI 18 2.4 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ LIÊN KẾT ĐIỆN DUNG 19 2.5 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY ĐA MẠCH 21 2.6 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC 23 2.7 SƠ ĐỒ CÁC ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN SIÊU DẪN MỘT CHIỀU 28 CHƯƠNG 3: CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 32 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - III - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 3.1 KHÁI NIỆM 32 3.2 QUY TẮC XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI MỀM 34 3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN CỨNG 42 3.4 XÉT SỰ PHÂN BỐ CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN 52 3.5 ĐỘ DÀI TỚI HẠN CỦA ĐƯỜNG DÂY SIÊU DẪN 55 CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI ĐIỆN CÓ TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 58 4.1.GIỚI THIỆU CHUNG 58 4.2 MỨC TIÊU HAO CÔNG SUẤT TỰ DÙNG TRONG CÁC ĐƯỜNG DÂY LẠNH 59 4.3 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI CÓ CÁC ĐƯỜNG DÂY THÔNG THƯỜNG VÀ ĐƯỜNG DÂY LẠNH 61 4.4 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LƯỚI CÓ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI THÔNG THƯỜNG VÀ LOẠI SIÊU DẪN 64 4.5 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI CÓ DÂY DẪN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 68 4.6 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DỌC - NGANG TRONG CÁC LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN THÔNG THƯỜNG VÀ LẠNH 69 4.7 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG BÙ DỌC ĐỐI VỚI PHÂN PHỐI KINH TẾ CÁC CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI CÓ DÂY DẪN LOẠI THƯỜNG VÀ LOẠI LẠNH 73 4.8 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG 78 KẾT LUẬN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN 92 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - IV - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ VỀ THIẾT BỊ HẠN CHẾ SỰ CỐ 93 PHỤ LỤC 3: MỘT SỐ DỰ ÁN THỰC TẾ VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN SIÊU DẪN 94 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - V - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Danh mục ký hiệu từ viết tắt STT Từ viết tắt Diễn giải BD Bù dọc BĐ Bộ biến đổi CĐ Cách điện đm Định mức kt Kinh tế MC Máy cắt ml Máy lạnh SD Siêu dẫn th Tới hạn 10 TN Tự nhiên Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - VI - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Danh mục bảng biểu Bảng 3.1 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp kU = 37 Bảng 3.2 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp kU = 38 Bảng 3.3 Giá trị thông số đường dây không thông thường 41 Bảng 3.4 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp kU = 47 Bảng 3.5 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp kU = 48 Bảng 3.6 Tính toán thông số rải đường dây siêu dẫn theo chiều dài 53 Bảng 3.7 Bảng tính toán độ dài tới hạn đường dây siêu dẫn mềm (Nb) siêu dẫn cứng (Nb3Sn) .56 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - VII - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Danh mục hình vẽ đồ thị Hình 1.1 Các phương án kết cấu cáp siêu dẫn dòng điện xoay chiều .6 Hình 1.2.- Các phương án cấu trúc cáp dẫn điện lạnh .9 Hình 2.1 Sơ đồ đường dây truyền tải với pha đồng trục có cuộn dây máy biến áp nối hình .15 Hình 2.10 Các phương án truyền tải điện kiểu tự bù có máy biến áp lắp điểm tiếp nhận theo điện áp pha 27 Hình 2.11 Các đồ thị véc tơ truyền tải điện kiểu tự bù .28 Hình 2.12 Sơ đồ đường dây truyền tải dòng chiều 29 Hình 2.13 Các sơ đồ đường dây dòng chiều .30 Hình 2.2-Sơ đồ đường dây truyền tải chế độ ngược pha với dây dẫn đồng trục pha khác tên 16 Hình 2.3 Đường dây truyền tải chế độ ngược pha thiết lập với hỗ trợ máy phát 17 Hình 2.4 Hệ thống truyền tải điện có góc lệch hệ thống pha máy phát 600 18 Hình 2.5 Sơ đồ đường dây ghép đôi có số máy cắt giảm bớt 19 Hình 2.6 Các sơ đồ đường dây có liên hệ điện dung .21 Hình 2.7 Truyền tải dây dẫn mạch có nhiều cấp điện áp 22 Hình 2.8 Đường dây truyền tải điện có điều khiển .24 Hình 2.9 Đường dây truyền tải điện tự bù có máy biến áp mắc vào đầu nhận có điện áp pha gấp đôi 25 Hình 3.1 Đồ thị thể phụ thuộc x0 theo công suất tính toán đường dây siêu dẫn Nb kU = 39 Hình 3.10 Đồ thị thể sai số điện dẫn tính toán theo thông số tập trung thông số rải đường dây siêu dẫn mềm Nb siêu dẫn cứng Nb3Sn 54 Hình 3.2 Đồ thị thể phụ thuộc b0 theo công suất tính toán đường dây siêu dẫn Nb kU = 39 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - VIII - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Nhận xét: Thông qua việc nghiên cứu tiến hành tính toán ví dụ cụ thể, theo kết tính toán thu nêu số nhận xét sau: Điện kháng x0, điện dẫn phản kháng b0 tổng trở sóng phụ thuộc nhiều vào công suất tính toán điện áp định mức đường dây (xem hình 3.1; 3.2) Điện kháng tổng trở sóng tỷ lệ nghịch với công suất tính toán đường dây theo bậc Công suất tự nhiên đường dây siêu dẫn tỷ lện thuận với công suất tính toán đường dây Khác với đường dây thông thường, không phụ thuộc vào điện áp định mức đường dây Công suất phản kháng sinh đường dây tỷ lệ thuận với công suất tính toán đường dây khác với đường dây thông thường chỗ không phụ thuộc vào công suất định mức Có thể so sánh thông số tính toán đường dây siêu dẫn Nb với thông số đường dây không thông thường cho bảng 3.3 Bảng 3.3 Giá trị thông số đường dây không thông thường Tên thông số Giá trị thông số theo U(kV) 220 330 500 750 1150 ZS (Ω) 395 308 275 260 250 PTN (GW) 0.122 0.355 0.91 2.15 5.3 x0 (Ω/km) 0.422 0.33 0.295 0.281 0.272 b0 (10-6.S/km) 2.7 3.46 3.88 4.15 4.36 Theo khả tải đường dây siêu dẫn có điện áp 110 kV tương đương với đường dây không 330 kV, đường dây 220 kV tương đương với đường dây 500 - 750 kV, đường dây 330 kV tương đương với đường dây 750 - 1150 kV Khi công suất truyền tải tương đối nhỏ (1 – 2GW), công suất tự nhiên đường dây siêu dẫn đường dây thông thường so sánh với Khi Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 41 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội tăng khả tải, công suất tự nhiên đường dây không trở lên lớn hẳn, chẳng hạn công suất tự nhiên đường dây không với điện áp 1150 kV lớn gấp - lần so với đường dây siêu dẫn với điện áp 500 kV 3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN CỨNG Ta xét quy tắc tính toán thông số điện đường dây có dây siêu dẫn cứng, đặc điểm đường dây biết: điện trường H H hiệu ứng Meissner không xuất hiện, dây siêu dẫn với dòng điện chạy bề mặt có dòng điện xoáy Tiết diện tối thiểu ống siêu dẫn lớp đồng trục tính theo: F √2 k I j π d n 3.14 Trong đó: I – dòng điện tính toán đường dây j - mật độ dòng tới hạn n - độ dày ống dây siêu dẫn Từ đường kính nhỏ đảm bảo truyền tải dòng cho trước trạng thái siêu dẫn có xét đến hệ số dự trữ k xác định theo: d Việc tính j √2 I k π n j 3.15 theo lý thuyết toán khó Trị số rút từ thực nghiệm Để tính toán thực tế xác định dải biến thiên cường độ từ trường sử dụng phụ thuộc vào nhiệt độ sau: j Ở T j T T 3.16 - Nhiệt độ tới hạn nơi làm thực nghiệm (ở T chọn nhiệt độ tới hạn dây siêu dẫn T ); j - mật độ dòng tới hạn nhiệt độ 00K cường độ từ trường vậy; T - nhiệt độ dùng để tính toán j Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 42 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Mối quan hệ j H biểu thị sau: j c/H c số; n số mũ Biết j từ thực nghiệm nhiệt độ T từ trường H biết trước viết: j c/H thiết lập mối quan hệ: j j H H 3.17 Từ (3.17) kết hợp với (3.16) ống dẫn lớp pha đồng trục: T H H T j j 3.18 Cường độ từ trường bề mặt dây siêu dẫn: √2 I π d H Thay trị số j 3.19 vào (3.15) thay dòng: P U cosφ I Sau biến đổi ta có kết quả: NP π U d 3.20 Trong đó: √2 k N n ⁄ j ⁄ ⁄ ⁄ H ⁄ 3.21 cosφ Sử dụng công thức (3.1), (3.2), (3.3), (3.6) kết hợp (3.20) thu biểu thức dùng cho tính toán thông số đường dây siêu dẫn cứng với điều kiện đường kính ống dẫn lớp đồng trục chọn nhỏ theo cường độ tới hạn từ trường H x b : √2 ω µ µ T k U π E Đ d √2 ω µ µ T k U N E Đ P π ω ε ε T E Đ d ω ε ε T N E √2 k U Học viên: Phạm Tiến Chiến √2 k Trang - 43 - Đ P U 3.22 3.23 Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Z P √2 k U π E Đ d µ µ T ε ε T 3π E Đ U d √2 k Q Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội µ µ T U √2 k N E Đ ε ε T P N E µ µ √2 k Đ µ µ 3.24 P 3.25 3π ω ε ε T E Đ U d 3ω ε ε T N E √2 k √2 k Tuy giá trị nhỏ đường kính d Đ P 3.26 thường trị số tối ưu, điều giải thích đường kính pha nhỏ, cường độ từ trường bề mặt dây siêu dẫn tiến gần đến cường độ tới hạn thứ hai từ trường H gây nên tổn thất công suất đáng kể dây siêu dẫn làm giảm tiêu kinh tế cấu trúc cáp siêu dẫn Kết quan hệ đường kính tối ưu cáp đồng trục công suất tính toán điện áp định mức đường dây cho viết dạng hàm thực nghiệm: d a b P 3.27 Giữa đường kính tối ưu đường kính nhỏ có mối liên quan (theo 3.20): d Trong đó: k b k d a⁄P 3.28 3.29 , k Để xác định thông số đường dây đường kính tối ưu cáp đồng trục công thức (3.22) – (3.26), d cần thay thành d , nhận công thức tính toán: x b Z √2 ω µ µ T k U π E Đ d π ω ε ε T E Đ d √2 ω µ µ T k U π E Đ a b P π ω ε ε T E Đ a 3.30 b P √2 k U √2 k U µ µ T √2 k U ε ε T π E Đ d µ µ T √2 k U ε ε T π E Đ a b P Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 44 - 3.31 3.32 Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 3π E Đ U d P √2 k Q Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 3π E Đ U a µ µ √2 k 3π ω ε ε T E Đ U d b P 3.33 µ µ 3π ω ε ε T E Đ U a √2 k √2 k b P 3.34 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG: Xét đường dây siêu dẫn cứng Stanid – Niobi (Nb3Sn) có hệ số a b (xác định theo thực nghiệm) theo điện áp đường dây sau: • Khi Uđm = 110 kV thì: a = 1,3 b = 2,2 • Khi Uđm = 220 kV thì: a = 1,65 b = 0,925 • Khi Uđm = 500 kV thì: a = 1,97 b = 0,38 Với trị số a b công suất tính theo GW đường kính tính công thức (3.27) theo cm Các giá trị thông số kết cấu đường dây có ảnh hưởng đáng kể đến thông số điện: • Độ bền điện cách điện: E • Nhiệt độ làm việc T 200 kV/cm 9K • Hệ số dự trữ điện áp K • Hệ số dự trữ dòng: k Đ K 1,2 • Độ thẩm điện độ thẩm từ: ε T • Các số: ε 8,85 10 1và µ T ;µ 1,26 10 Dựa vào công thức (3.27) – (3.34) ta tính toán thông số đường dây siêu dẫn * Trường hợp hệ số dự trữ điện áp Xét với điện áp đường dây Uđm = 110 kV; a = 1,3 b = 2,2 Công suất truyền tải P = 1GW đường kính tối ưu cho cáp đồng trục siêu dẫn là: d a b P Học viên: Phạm Tiến Chiến 1,3 2,2 3,5 cm Trang - 45 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Điện kháng đơn vị đường dây: x x √2 ω µ µ T k U π E Đ d √2 314 √2 ω µ µ T k Uđ √3 π E Đ d 1,26 10 π √3 200 110 3,5 0,032 Ω⁄km 10 Điện dẫn phản kháng đơn vị đường dây: b b π ω ε ε T E Đ d √3 π ω ε ε T E Đ d √2 k U √3 π 314 √2 k Uđ 8,85 10 √2 200 3,5 110 10 3,41 10 S⁄km Tổng trở sóng đường dây: x ⁄b 0,032/3,41 10 30,8 Ω Công suất tự nhiên công suất phản kháng đường dây: P Uđ Z Q Uđ b 110 10 30,8 110 0,39 GW 3,41 10 0,41 MVAr/km Tính tương tự cho các giá trị điện áp công suất khác ta kết bảng 3.4 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 46 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Bảng 3.4 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp P (GW) d1OP (cm) x0 (Ω/km) b0 (10-6.S/km) ZS (Ω) PTN (GW) QC (MVAr/km) U = 110kV 3.5 0.032 34.1 30.8 0.39 0.41 5.7 0.020 55.5 18.9 0.64 0.67 7.9 0.014 76.9 13.6 0.89 0.93 10.1 0.011 98.3 10.7 1.13 1.19 12.3 0.009 119.7 8.8 1.38 1.45 14.5 0.008 141.1 7.4 1.63 1.71 U = 220kV 2.58 0.088 12.5 83.7 0.58 0.61 3.50 0.064 17.0 61.5 0.79 0.82 4.43 0.051 21.5 48.7 0.99 1.04 5.35 0.042 26.0 40.3 1.20 1.26 6.28 0.036 30.5 34.3 1.41 1.48 7.20 0.031 35.0 29.9 1.62 1.70 U = 500kV 2.35 0.218 5.0 208.3 1.20 1.26 2.73 0.188 5.8 179.3 1.39 1.46 3.11 0.165 6.7 157.4 1.59 1.66 3.49 0.147 7.5 140.3 1.78 1.87 3.87 0.133 8.3 126.5 1.98 2.07 4.25 0.121 9.1 115.2 2.17 2.27 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 47 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội * Trường hợp hệ số dự trữ điện áp Tính tương tự trường hợp ku = ta có kết bảng 3.5 Bảng 3.5 Giá trị thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp P (GW) d1OP (cm) x0 (Ω/km) b0 (10-6.S/km) ZS (Ω) PTN (GW) QC (MVAr/km) U = 110kV 3.5 0.048 22.7 46.2 0.26 0.27 5.7 0.030 37.0 28.3 0.43 0.45 7.9 0.021 51.2 20.4 0.59 0.62 10.1 0.017 65.5 16.0 0.76 0.79 12.3 0.014 79.8 13.1 0.92 0.97 14.5 0.012 94.1 11.1 1.09 1.14 U = 220kV 2.58 0.131 8.4 125.5 0.39 0.40 3.50 0.097 11.4 92.3 0.52 0.55 4.43 0.077 14.4 73.0 0.66 0.69 5.35 0.063 17.4 60.4 0.80 0.84 6.28 0.054 20.4 51.5 0.94 0.99 7.20 0.047 23.4 44.9 1.08 1.13 U = 500kV 2.35 0.327 3.4 312.5 0.80 0.84 2.73 0.282 3.9 269.0 0.93 0.97 3.11 0.247 4.4 236.1 1.06 1.11 3.49 0.220 5.0 210.4 1.19 1.25 3.87 0.199 5.5 189.8 1.32 1.38 4.25 0.181 6.1 172.8 1.45 1.52 Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 48 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ s khoa học Trư ường ĐH Bácch Khoa Hà N Nội Từ thông số tíính toán trêên ta vẽ đồồ thị thể mối quaan hệ ữa chúng: giữ Hình 3.5 Đồ thị thể ự phụ thuộcc x0 theoo công suấtt tính toán c N 3Sn kU = đườnng dây siêuu dẫn cứng Nb Hình 3.6 Đồ thị thể ự phụ thuộc b0 theoo công suấtt tính toán c N 3Sn kU = đườnng dây siêuu dẫn cứng Nb Họcc viên: Phạm m Tiến Chiến Trang - 49 - Cao o học KTĐ 20009 Luận văn thạc sĩ s khoa học Trư ường ĐH Bácch Khoa Hà N Nội Hình Đồ thị th hể pphụ thuộc c PTN ZS theo côngg suất tính toán đư ường dây siêu dẫn cứngg Nb3Sn khhi kU = Hình 3.8 Đồ thị thể t phụ thuộc công suuất phản khháng theo côông suất tính tooán đườ ờng dây siêêu dẫn Nb3SSn kU = Họcc viên: Phạm m Tiến Chiến Trang - 50 - Cao o học KTĐ 20009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Nhận xét: Thông qua việc nghiên cứu tiến hành tính toán ví dụ cụ thể, theo kết tính toán thu nêu số nhận xét sau: Điện kháng x , điện dẫn phản kháng b tổng trở sóng Z phụ thuộc vào công xuất tính toán điện áp định mức đường dây Tuy phụ thuộc so với đường dây siêu dẫn làm từ Niobi Điện trở phản kháng tỷ lệ điện dẫn phản kháng tỷ lệ nghịch với điện áp cáp đồng trục Công suất tự nhiên phụ thuộc tuyến tính yếu vào công suất tính toán đường dây Nó phụ thuộc tuyến tính vào điện áp định mức đường dây (xem công thức 3.37) Tuy nhiên điện áp định mức thay đổi, kích thước hình học thay đổi dẫn đến hệ số a,b thay đổi Sự phụ thuộc thực tế công suất tự nhiên vào điện áp khác chút so với phụ thuộc tuyến tính Công suất phản kháng sinh đường dây Q tỷ lệ thuận với công suất tính toán điện áp định mức Tuy nhiên điện áp lớn, phụ thuộc Q vào công suất tính toán Tất thông số phụ thuộc vào hệ số dự trữ điện áp k (xem công thức (3.30) – (3.34)) Nhưng kích thước hình học tối ưu dây dẫn (ống dẫn) pha đồng trục hệ só a, b công thức lại phụ thuộc vào hệ số đó, kết phụ thuộc thông số cấu trúc vào k đa số trường hợp thể so với đường dây siêu dẫn làm Niobi So sánh kết tính toán hai loại siêu dẫn mềm (Nb) siêu dẫn cứng (Nb3Sn) bảng (3.1), (3.2) (3.4), (3.5) thấy rõ điện kháng nhỏ chút điện dẫn phản kháng lớn đường cáp sử dụng Nb3Sn so với trường hợp sử dụng Niobi Công suất tự nhiên hai trường hợp chênh lệch chút mức tán xạ giá trị chúng thay đổi công suất tính toán nhỏ so với đường dây làm Nb3Sn Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 51 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 3.4 XÉT SỰ PHÂN BỐ CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN Mô hình hóa đường dây truyền tải điện siêu dẫn, đường dây thông thường thuận tiện cho việc tính toán điện hệ thống truyền tải điện dạng sơ đồ thay Các thông số sơ đồ thay xác định thông số đơn vị (điện trở đơn vị, điện dẫn đơn vị) ảnh hưởng đặc tính sóng truyền tải điện năng, tổng trở sóng phụ thuộc vào độ dài đường dây Trong đường dây truyền tải điện siêu dẫn, điện trở tác dụng tổn thất dây siêu dẫn cách điện nhỏ so với công suất truyền tải Vì phân tích chế độ điện, đường dây siêu dẫn hệ thống truyền tải hoàn toàn cho phép coi đường dây tổn hao Khi sơ đồ thay hình Π thành lập bao gồm điện kháng dọc trục điện dẫn phản kháng ngang trục Các thông số thay thể dạng sau: Z jx j k 3.35 Y jb j k 3.36 Trong đó: x0 b0 : điện kháng điện dẫn đơn vị (Ω/km), l : chiều dài đường dây (km) sh sin 3.37 sh sh α : hệ số pha sóng (rad), α tg cos sin ω L C 3.38 ω µ µ ε ε (theo 3.4) Vậy thay vào ta được: Học viên: Phạm Tiến Chiến Z jx Y jb sin α tg j α j Trang - 52 - 3.39 3.40 Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội VÍ DỤ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG: Xét cụ thể đường dây siêu dẫn mềm siêu dẫn cứng tính toán mục 3.2 3.3 với trường hợp điện áp U = 110kV, công suất truyền tải P = 1GW 1, Với α ta có hệ số pha: 100 1.26 10 8.85 10 1000 0.00105 ⁄ Ta có bảng kết tính toán thông số đường dây siêu dẫn theo thông số sau: Bảng 3.6 Tính toán thông số rải đường dây siêu dẫn theo chiều dài STT l x0 (km) (Ω/km) b0 (106 S/km) Sai s   x  (%)  Siêu dẫn mềm Nb x0.l (Ω) x (Ω) b0.l (103 S) b (103 S) Sai s   b (%)  300 0.070 15.7 20.9 20.6 1.7% 4.724 4.763 0.8% 600 0.070 15.7 41.8 39.1 6.9% 9.447 9.773 3.3% 900 0.070 15.7 62.8 53.8 16.6% 14.171 15.329 7.6% 1200 0.070 15.7 83.7 63.2 32.3% 18.895 21.867 13.6% 1500 0.070 15.7 104.6 66.4 57.5% 23.618 30.118 21.6% Siêu dẫn cứng Nb3Sn 300 0.048 22.7 14.5 14.3 1.7% 6.811 6.868 0.8% 600 0.048 22.7 29.0 27.1 6.9% 13.622 14.091 3.3% 900 0.048 22.7 43.5 37.3 16.6% 20.432 22.102 7.6% 1200 0.048 22.7 58.0 43.9 32.3% 27.243 31.529 13.6% 1500 0.048 22.7 72.6 46.1 57.5% 34.054 43.426 21.6% Từ kết tính toán ta vẽ đồ thị thể sai số tính theo thông số tập trung thông số rải đường dây siêu dẫn mềm (Nb) siêu dẫn cứng (Nb3Sn) Học viên: Phạm Tiến Chiến Trang - 53 - Cao học KTĐ 2009 Luận văn thạc sĩ s khoa học Hình 3.9 Đồ thị thể trung thôngg số rải củaa đường dây Hìnhh 3.10 Đồ thị t thể t trung thôông số rải c đường d Họcc viên: Phạm m Tiến Chiến LÝ LỊCH KHOA HỌC Sơ lược lý lịch: Họ tên: Phạm Tiến Chiến Giới tính: Nam Sinh ngày: 13 tháng 02 năm 1985 Nơi sinh (Tỉnh mới): xã An Tường, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc Quê quán: xã An Tường, huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc Chức vụ: Cán thiết kế Đơn vị công tác: Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Vinaconex Xuân Mai Chỗ riêng địa liên lạc: Tây Mỗ, Từ Liêm, Hà Nội Điện thoại CQ: 04.62511026 Điện thoại NR: Điện thoại di động: 0987800285 Fax: E-mail: phamtienchien@gmail.com II Quá trình đào tạo: Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng): - Hệ đào tạo(Chính quy, chức, chuyên tu) ….… Thời gian đào tạo: từ / đến …… - Trường đào tạo …… ……………… - Ngành học: ………… Bằng tốt nghiệp đạt loại … Đại học: - Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 8/2003 đến 8/2008 - Trường đào tạo: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Ngành học: Hệ thống điện Bằng tốt nghiệp đạt loại: Khá Thạc sĩ: - Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 10/2009 đến 10/2011 - Chuyên ngành học: Hệ thống điện - Tên luận văn: Đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật đường dây truyền tải điện lạnh siêu dẫn hệ thống điện - Người hướng dẫn Khoa học: TS Phan Đăng Khải Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh, trình độ B1 châu Âu III Quá trình công tác chuyên môn kể từ tốt nghiệp đại học: Thời gian 7/2008 – 8/2010 Nơi công tác Công việc đảm nhận Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Thiết kế hệ thống điện cho nhà cao Vinaconex (Vinaconsult) tầng, nhà máy, quy hoạch điện 8/2010 – Nay Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Thiết kế hệ thống điện cho nhà cao Vinaconex Xuân Mai (XMT) tầng, nhà máy, quy hoạch điện IV Các công trình khoa học công bố: Tôi cam đoan nội dung viết thật Ngày 25 tháng năm 2011 NGƯỜI KHAI Phạm Tiến Chiến ... suất truyền tải đường dây lạnh ghép chung với đường dây thường Qua đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật đường dây hệ thống điện Bố cục luận văn Tên đề tài: Đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật đường dây. .. sở truyền tải điện siêu dẫn hệ thống tích lũy phân phối lượng 1.3 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH Các đường dây truyền tải điện lạnh mặt nguyên lý giống đường dây truyền tải điện siêu dẫn, ... thành siêu dẫn Các ứng dụng siêu dẫn truyền tải điện bao gồm: - Các đường dây truyền tải siêu dẫn - Các thiết bị điện siêu dẫn (máy phát điện siêu dẫn, máy biến áp siêu dẫn, động điện siêu dẫn,