Đang tải... (xem toàn văn)
Xác định các thông số cấu trúc của đường dây truyền tải điện lạnh Xác định các thông số cấu trúc của đường dây truyền tải điện lạnh Xác định các thông số cấu trúc của đường dây truyền tải điện lạnh luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
bộ giáo dục đào tạo Trường Đại học bách khoa hà nội ************************ luận văn thạc sỹ khoa học xác định thông số cấu trúc đường 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 Mục lục Lời nói đầu Trang Chương 1:Tổng quan truyền tải điện truyền tải điện lạnh 1.1 Các khái niệm định nghĩa 1.2 Các đường dây truyền tải siêu dẫn 1.3 Các đường 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 Chương 2:Các nguyên lý mô tả sơ đồ đường dây truyền tải điện lạnh 2.1 Những khái nệm 36 2.2 Các sơ đồ truyền tải điện sử dụng chế độ ngược pha 38 2.3 Các sơ đồ đường dây có pha ghép đôi 42 2.4 Các sơ đồ đường dây có liên kết điện dung 44 2.5 Các sơ đồ đường dây đa mạch 46 2.6 Các sơ đồ đường dây truyền tải điện điều khiển 48 2.7 Sơ đồ đường dây điện siêu dẫn chiều 53 Chương 3: Đặc điểm qui tắc xác định thông số cấu trúc đường dây truyền tải điện lạnh 3.1 Khái niệm 57 3.2 Qui tắc xác định thông số cấu trúc đường dây truyền tải mềm cứng 59 3.3 Tính toán thông số cấu trúc đường dây truyền tải siêu dẫn cứng 65 3.4 Tiêu chuẩn tương tự dùng để phân tích thông số cấu trúc đường dây truyền tải 72 3.5 Xét phân bố thông số đường dây truyền tải điện lạnh tính toán điện 76 3.6 Độ dài tới hạn đường dây siêu dẫn 80 Chương 4:Các chế độ lưới điện có truyền tải điện lạnh 4.1 Giới thiệu chung 82 4.2 Mức tiêu hao công suất tự dùng đường dây lạnh 84 4.3 Tối ưu hoá chế độ làm việc lưới có đường dây thông thường lạnh hệ thống truyền tải điện 86 4.4 Tối ưu hoá chế độ lưới có đường dây truyền tải loại thông thường loại siêu dẫn 89 4.5 Tối ưu hoá chế độ làm việc lưới truyền tải có dây dẫn lạnh siêu dẫn 93 4.6 Tối ưu hoá phân phối phụ tải lưới điện có đường dây truyền tải lạnh phương pháp lập trình động lực 95 4.7 Chọn thông số thiết bị điều khiển dọc- ngang lưới truyền tải điện thông thường lạnh 99 4.8 Phân tích khả bù dọc phân phối kinh tế công suất lưới có dây dẫn loại thường loại lạnh 104 4.9 Đánh giá định lượng khả mang tải lưới có truyền tải điện lạnh 111 4.10 Xác định công suất thiết bị bù cho đường dây truyền tải siêu dẫn 119 Chương 5: Nhận xét kết luận 125 Luận văn thạc sỹ khoa học Lời nói đầu Nhu cầu điện tăng trưởng 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 đường dây truyền tải không với điện áp 1150 kV xây dựng Tuy nhiên có hạn chế giới hạn nâng cao điện áp đường dây khó khăn giới hạn cho phép sử dụng đặc tính cách điện không khí Hạn chế đường dây truyền tải không điện áp cao chúng cần diện tích chiếm dụng lớn, điều kiện nhiều trường hợp thành phố địa phận khu công nghiệp lắp đặt đường dây không dạng Ngoài đường dây không tổn thất công suất tổn thất điện lớn (tới 10-12%), dạng tổn thất thường đặc tính kỹ thuật đường dây sinh trình truyền tải phân phối điện mà nguyên nhân tượng phát nóng đường dây Chính điều dẫn đến cần phải xây dựng đường dây truyền tải với công suất cao, biện pháp thiết lập đường 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 nước phát triển khác khả thực tế kĩ thuật đường dây truyền tải điện lạnh chiều xoay chiều (siêu dẫn dẫn điện nhiệt độ thấp) đà chứng minh Trong trường hợp yêu cầu khối lượng lớn công trình cáp điện lạnh Tuy nhiên bước đầu sử dụng thực tế đường 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 cải thiện cách tối ưu hoá kết cấu cáp điện lạnh thiết bị làm lạnh, đồng thời tính toán xác lập biện pháp hợp lí việc đấu nối đường dây truyền tải điện lạnh vào hệ thống điện Trong thời đại việc sản xuất kết cấu cáp điện lạnh yêu cầu khối lượng 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 phận hệ thống nhiên số lượng công việc kết thu 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 đề xuất xem xét nằm mối liên quan với kết cấu cáp dẫn điện lạnh Người 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 ) đường 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 đường cáp Đề xuất tiêu chuẩn đồng dạng cho việc phân tích thông số, người ta đà đề xuất giải toán xác định tối ưu công suất lưới điện hệ thống lượng: có truyền tải thông thường, siêu dẫn nhiệt độ thấp Các phương pháp tối ưu hoá đà đề xuất phù hợp cho lưới với tập hợp loại đường dây truyền tải Đà thu 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 Được quan tâm lớn từ Ts Phan Đăng Khải, Giáo sư, Tiến sĩ Bộ môn Hệ thống điện Đại học Bách khoa Hà nội vận dụng kiến thức trang bị trường đà hoàn thành luận văn Mặc dù thân đà cố gắng nhiều hướng giải hoàn toàn phương pháp hạn chế tổn thất điện mạng điện mà thực tế chưa trải nghiệm nên chắn có điều cần bổ xung điều chỉnh Tôi mong Giáo sư, Tiến sỹ với chuyên môn kinh nghiệm hướng dẫn bảo nhằm tìm hướng mang tính thực tế, hiệu cao cho hướng giải Tôi xin chân thành cảm ơn Ts Phan Đăng Khải đà giúp đỡ thực luận văn cám ơn ý kiến bảo từ Giáo sư, Tiến sỹ bạn Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học Chương Tổng quan truyền tải điện truyền tải điện lạnh 1.1 Các khái niệm định nghĩa Các thiết bị điện lạnh chia thành loại siêu dẫn truyền tải điện lạnh - Đường 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 thường đạt trạng thái siêu dẫn với thiết bị đảm bảo trì chế độ nhiệt độ định trước (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 thường đạt trạng thái siêu dẫn với thiết bị đảm bảo trì chế độ nhiệt theo quy định Tương tự: Trong đường dây truyền tải điện lạnh máy biến áp, bao gồm thiết bị đảm bảo trì nhiệt theo định trước với phần tử dẫn dòng làm lạnh nhiệt độ thấp 100-120 0K không đạt 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 thường đạt 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 thường đạt trạng thái siêu dẫn - Máy cắt siêu dẫn: Thiết bị chuyển mạch có phận dẫn điện mạch mang tải chế độ làm việc bình thường đạt trạng thái siêu dẫn - Bộ tích siêu dẫn: Tổ hợp cuộn cảm 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 tạo đường cáp truyền tải siêu dẫn - Truyền tải điện siêu dẫn: Tổ hợp đường 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 lượng 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 bố trí riêng biệt cho đường 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, đường dây truyền tải siêu dẫn 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 đường 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 lượng 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 đường dây truyền tải điện lạnh đảm bảo trì trình sản xuất, biến đổi, tích trữ, truyền tải lượng 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 đường dây truyền tải siêu dẫn Đa số giải pháp xây dựng cấu trúc đường dây truyền tải điện lạnh đà nghiên cứu trình bày không đề cập chi tiết chúng mà thực tổng kết ngắn gọn đưa thời điểm áp dụng đưa đường dây truyền tải điện lạnh vào làm việc hệ thống điện phận hệ thống Các đường dây truyền tải siêu dẫn theo loại dòng điện chia thành đường 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 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 chia thành loại cứng có phần dẫn dòng ống bao lạnh làm từ ống cứng; loại bán cứng gồm phần dẫn dòng dẻo vỏ bao lạnh cứng hai đầu uốn Các cáp siêu dẫn loại pha, ba pha nhiều pha, có số pha vỏ bao lạnh nhiều Theo quan điểm làm việc đường dây siêu dẫn dòng xoay chiều hệ thống điện, quan trọng phải xét tới kết cấu pha, xếp pha loại cách điện sử dụng Các dây pha thường thấy gồm dây dẫn có dạng tròn đơn, đặt đồng trục gồm hai hay nhiều ống tròn Nếu pha đường dây làm ống dẫn điện ba pha mạch pha hai mạch đặt vỏ bọc chung bảo vệ chắn điện từ Hoàn toàn biết cấu trúc đồng trục đường dây pha pha làm ống dẫn điện đặt đồng tâm Trong tất dạng cấu trúc đề cập đến người ta thiên cấu trúc có dạng ống dẫn điện 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 phương 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 học hệ thống điện EVN 2004- 2006 112 Luận văn thạc sỹ khoa học việc từ tự nhiên sang kinh tế, đặc trưng chi phí công suất cực tiểu điện truyền tải, đường dây lạnh giảm tải đường dây loại thường mang đầy tải Khi kdt = tương ứng có: PLtn = 0,96.P, PLkt = 0,79.P Khi kdt = c«ng suất cân cần loại bỏ để chuyển sang chế độ phân phối kinh tế công suất, Pcb = 150 MW Để làm việc đưa thêm mạh vòng vào sức điện động: E = (2,9 + j15,2) kV hay lắp đặt kháng điện L = 37 MVAr, đường dây đường dây lạnh bù dọc với công suất Q BD T loại thường lắp đặt tụ bù dọc với công suất Q BD = 10 MVAr Khi kdt = trị số tương øng sÏ lµ: Pcb = 170 MW, E = (1,4 + j16,9) L T = 44 MVAr, Q BD = 11 MVAr Các giá trị thông số cho thấy kV, Q BD việc phân phối cưỡng công suất lưới có đường dây loại thường loại lạnh chế độ làm việc song song chúng thực tế khó khăn kỹ thuật dễ thực Xét lưới điện có đường dây truyền tải loại thường loại siêu dẫn làm việc song song Các sơ đồ làm việc kết hợp loại đường dây truyền tải khác đường dây truyền tải riêng có khả tải so sánh có ý nghĩa thực tế Điện áp định mức đường dây truyền tải thường UT chọn theo dải điện áp định mức kinh tế phụ thuộc vào công suất chiều dài truyền tải đường dây, truyền tải siêu dẫn USD - chọn theo chương Khi độ dài ®êng d©y l = 50 km, UT = 500 kV USD = 220 kV Với độ dài l = 300 km, UT = 750 kV, USD = 220 kV Tổng công suất tính toán truyền tải theo loại đường dây: P = 10 GW Đường dây truyền tải điện thường với điện áp 500 kV có mạch điện áp 750 kV- mạch Tại điểm cuối mạch có MBA Đường dây truyền tải siêu dẫn có mạch Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 113 Ln văn thạc sỹ khoa học Bảng 4.1 Các thông số truyền tải điện thường Độ dài (km) 50 Tên thông sè 300 HƯ sè dù tr÷ 0,5 0,5 /km 0,01 0,006 0,0053 0,015 - Điện kháng đường dây /km 0,147 0,138 0,134 0,285 0,27 0,265 7,58 8,0 8,52 4,0 4,26 4,45 Ω 0,21 0,14 0,105 0,56 0,38 0,28 - Điện kháng máy biến áp Ω 11,7 7,5 6,0 11,7 7,5 6,0 - §iƯn trë tác dụng đường dây 0,0105 0,0073 - Điện dẫn phản kháng đường dây 106 S/km - Điện trở tác dụng máy biến áp Tổng trở đường dây truyền tải thường (tính mạch) hệ số dự trữ khác nêu bảng 4.1 Các thông số đường dây truyền tải siêu dẫn lấy theo số liệu chương Đối với mô hình làm việc kết hợp khảo sát đường dây truyền tải thường siêu dẫn đặc tính phân phối tự nhiên công suất cho bảng 4.2 Các giá trị qui dẫn nhận hệ số dự trữ theo điện áp cáp siêu dẫn ku = hệ số hiệu hệ thống làm lạnh h = 300 Đặc tính công suất kinh tế đường dây siêu dẫn chế tạo từ vật liệu siêu dẫn khác nhau, tổng công suất tính toán, hệ số dự trữ chiều dài đường dây nêu hình 4.2 Phân tích phân phối công suất tự nhiên phân phối công suất kinh tế mô hình xét cho phép thiết lập quy luật sau: phân phối công suất dạng tự nhiên phụ tải đường dây siêu dẫn trường hợp Khi hệ số hiệu hệ thống làm lạnh h=300 nhỏ phụ tải kinh tế Do để đảm bảo chế độ kinh tế lưới cần có công Nguyễn Đức Minh- Líp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 114 Luận văn thạc sỹ khoa học suất cân cưỡng bức, công suất làm giảm tải cho đường dây thường làm đầy tải cho đường dây siêu dẫn Bảng 4.2 Công suất tự nhiên đường dây siêu dÉn (theo % phơ t¶i tỉng cđa líi) VËt liƯu siêu dẫn Độ dài truyền tải Nb Nb3Sn Hệ số dù tr÷ 0,5 0,5 50 66 69 72 57 54 57 300 42 51 56 53 54 60 Đối với thông số chọn đường dây thường siêu dẫn giảm chế độ tổng công suất truyền tải, độ khác biệt công suất kinh tế công suất tự nhiên theo tỉ lệ % tăng so với công suất truyền tải lớn (cực đại) Khi tăng độ dài đường dây song song, công suất kinh tế đường dây siêu dẫn giảm Điều giải thích tổn thất công suất tác dụng đường dây thường không tăng theo tỉ lệ thuận với độ tăng chiều dài (d0 điện trở tác dụng máy biến áp không đổi) Tổn thất đường dây siêu dẫn tăng theo tỉ lệ thuận với chiều dài đường dây SSDkt% a, b, P, GW Hình 4.2 Sự phụ thuộc công suất kinh tế đường dây siêu dẫn vào công suất tổng lưới a, kdt = 0; b, kdt = 1; 1- Độ dài đường dây = 500 km 2- 300km (Đường liền Nb3Sn; đường đứt Nb) Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 115 Ln văn thạc sỹ khoa học Cùng với việc tăng hệ số dự trữ công suất kinh tế đường dây siêu dẫn làm từ Nb3Sn tăng Điều giải thích tổn hao công suất dây siêu dẫn giảm rõ rệt với gia tăng mức dự trữ xét tới việc tăng đường kÝnh pha Pcb, GW E”* H×nh 4.3 Sù phơ thc công suất cân Hình 4.4 Sự phụ thuộc sức điện vào độ dài truyền tải động ngang trục mạch vòng vào 1, kdt = 0; 2, kdt = 0,5; , kdt = độ dài truyền tải (kí hiệu (đường liền Nb3Sn ; đường gạch Nb) hình 4.3) QTBD, GVAr a, QSDBD, GVAr b, Hình 4.5 Sự phụ thuộc công suất thiết bị bù dọc vào độ dài truyền tải a- Thiết bị lắp vào đường dây thường b - Thiết bị nối vào đường dây siêu dẫn (kí hiệu hình 4.3) Nguyễn Đức Minh- Líp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 116 Luận văn thạc sỹ khoa học Đối với đường dây siêu dẫn làm chất siêu dẫn Nb, mức độ tăng công suất kinh tế tăng mức dự trữ rõ ràng Trong vài độ dài đường dây siêu dẫn làm từ Nb cao so với công suất kinh tế đường dây dây dẫn làm từ Nb3Sn Khi hệ số dự trữ kdt = 0, loạt trường hợp chế độ phân phối công suất tự nhiên cần quan tâm tới mức tải đường dây siêu dẫn (các trường hợp nêu bảng 4.2 - số có nét đậm) Công suất cân xuất mạch vòng tính không đồng lưới so sánh với tổng công suất truyền tải vào khoảng 15-30% (hình 4.3) Chiều công suất cân cưỡng mà nhờ thiết lập phân phối kinh tế công suất cần làm đầy tải đường dây siêu dẫn giảm tải đường dây thường a, d, T TBLLP E”1 Pcb UT SD b, e, E” USD UT USD T Pcb Hình 4.6 Các sơ đồ đấu nối thiết SD c, bị làm lệch pha (a, b, c) đồ T thị véc tơ (d, e) Pcb SD Giá trị công suất cân tăng theo chiều dài đường dây truyền tải (hình 4.3) Đối với đường dây truyền tải dùng chất siêu dẫn Nb, giá trị công suất cân số điều kiện định cao gấp 1,1 - 1,2 lần so với lưới có đường dây truyền tải sử dụng Nb3Sn Các thông số thiết bị cần thiết để đạt tới chế độ phân phối kinh tế công suất lưới nêu Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 117 Ln văn thạc sỹ khoa học hình 4.4, 4.5 Các phương án đấu nối sức điện động hỗ trợ nhờ thiết bị làm lệch pha (TBLL) đường dây thường (T) siêu dẫn (SD) nêu hình 4.6 SSDkt% Hình 4.7: Sự phụ thuộc công suất kinh tế đường dây siêu dẫn vào hệ số hệ thống làm lạnh: - kdt = 0; - kdt = (®êng liỊn - Nb, ®êng đứt đoạn - Nb3 Sn) hSD.10-2 Giá trị sức điện động tạo mạch vòng rút từ chế độ không tải sơ đồ líi díi d¹ng E = UT - USD BiĨu đồ véc tơ điện áp theo sức điện động biểu diễn hình 4.6 d,e cho trường hợp điện áp đường dây siêu dẫn (d) đường dây thường (e) Nếu cho điện áp cho phép lớn đường dây U1 = 1,1 Uđm điện áp đường dây khác U2 = 1; 0,9; 0,8; 0,7 cho phép trị số sức điện động ngang sau Ecp = 0,46; 0,63; 0,80; 0,84 t¬ng øng víi U2 Từ phụ thuộc nêu (xem hình 4.4) cần lưu ý với gia tăng chiều dài đường dây sức điện động yêu cầu tăng theo quan hệ tuyến tính Nếu lấy sức ®iƯn ®éng cho phÐp E’cp = 0,63 (øng víi møc suy giảm điện áp cho phép lưới đến 0,9 mức tăng giới hạn điện áp lưới đến 1,1) phân phối cưỡng công suất tồn chiều dài đường dây không tăng vượt 200 - 300 km Để phân phối cưỡng công suất trợ giúp bù dọc tất trường hợp cần có bù dọc tụ điện đường siêu dẫn Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 118 Luận văn thạc sỹ khoa học bù kháng điện đường dây thường (xem hình 4.5) Dùng bù kháng điện làm tăng tổn thất công suất phản kháng làm xấu điều kiện ổn định, nên trường hợp xét chưa nên dùng Giá trị số công suất yêu cầu bù dọc so sánh với công suất tính toán phụ thuộc tuyến tính vào chiều dài đường dây Pcb, GW Hình 4.8 Sự phụ thuộc công suất cân vào hệ số hiệu hệ thống làm lạnh (kí hiệu nh h×nh 4.7) hSD.10-2 E”* H×nh 4.9 Sù phơ thuộc sức điện động ngang vào hệ số hiệu hệ thống làm lạnh (kí hiệu hình 4.7) hSD.10-2 Xét ảnh hưởng hệ số hiệu hệ thống làm lạnh hSD cáp siêu dẫn tới việc phân phối kinh tế công suất dạng khác đường dây thông số thiết bị phân phối công suất cưỡng Kết tính toán cho đường dây truyền tải có chiều dài 100 km nêu hình 4.7 - 4.9 Điện áp định mức đường dây loại thường lấy 500 kV , đường dây siêu dÉn: 220 kV Ngun §øc Minh- Líp Cao häc hƯ thống điện EVN 2004- 2006 119 Luận văn thạc sỹ khoa học Cùng với gia tăng hệ số hSD, tổn hao công suất tự dùng dây siêu dẫn tăng, kết công suất kinh tế giảm (xem hình 4.7), điều dẫn đến giảm công suất cân (xem hình 4.8) sức điện động ngang cần thiết (xem hình 4.9) 4.10 Xác định công suất thiết bị bù cho đường dây truyền tải siêu dẫn Các đường dây truyền tải siêu dẫn đặc trưng giá trị tuyệt đối lớn công suất truyền tải Vì đường dây truyền tải loại có ảnh hưởng rõ rệt tới việc cân công suất phản kháng hệ thống điện, đóng góp đắc lực vào việc trì cân công suất phản kháng cần phải đựơc thực giai đoạn đầu thiết kế So sánh tổn thất công suất phản kháng dòng công suất tác dụng với công suất nạp điện dung đường dây dựa sở kết thu chương Đối với đường dây siêu dẫn có dây loại II làm việc cường độ từ trường yếu cường độ từ trường tới hạn thø nhÊt, c¸c cÊu tróc tèi u cđa c¸p cân công suất phản kháng đường dây truyền tải qua đơn vị chiều dài viết theo d¹ng: δQ = ∆Q - Qb = ( cP t2 dP tt2 ) / P tt đây: Pt, Ptt - Công suất thực công suất tính toán đường dây Còn hệ số: c= . μ k U H th ω.ε ε k I E C § , d= k I E C § k U H th Các giá trị công thức đà giải thích chương Từ cần lưu ý cân công suất phản kháng đường dây siêu dẫn loại mềm không phụ thuộc vào điện áp định mức đường dây cấu trúc cho trước cần xác định tỷ lệ công suất truyền tải tính Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 120 Luận văn thạc sỹ khoa học toán thực tế Các tính toán cho thấy công suất tự nhiên đường dây nhỏ đáng kể so với công suất tính toán Như cấu trúc tối ưu cáp siêu dẫn kI = 1,2 kU = 2: PTN (0,4 - 0,5)Ptt Kết để truyền tải theo đường dây công suất tác dụng giới hạn cần có công suất phản kháng tương ứng Tính toán cho thấy đường dây có Ptt = GW trun t¶i Pt =5 GW: δQ = 9,5 MVAr/km, đường dây có Ptt = 10 GW Pt =10 GW: δQ = 19 MVAr/km Kh«ng lệ thuộc vào trị số điện áp định mức đường dây công suất tính toán truyền tải công suất tác dụng giới hạn để bù tổn hao công suất phản kháng yêu cầu cần phải có công suất phản kháng phụ thêm: q = 1,9 MVAr/(GW.km) Nếu phụ tải thực giảm đến 20% so với trị số giới hạn cho phép, đường dây siêu dẫn xuất thừa công suất phản kháng: Ptt = GW Q = -1,8 MVAr/km, Ptt = 10 GW Q = -3,6 MVAr/km Đối với truyền tải điện, sử dụng dây siêu dẫn loại cứng làm việc cường độ điện trường nằm điện trường tới hạn thứ thø hai, theo c¸c kÝch thíc kÕt cÊu tèi u cđa c¸p: δQ = ∆Q - Qb = n P t2 − m ( a + b P tt ) U ( a + b P tt ) U Trong ®ã: n= 2.ω.μ μ k U π.E C § ;m= 3.ω.π.ε ε E C § 2.k U ; Công suất tự nhiên đường dây siêu dẫn có dây dẫn loại cứng có PTN = (0,2 - 0,3)Ptt - Do đường dây mang tải hoàn toàn chúng xuất thiếu hụt công suất phản kháng Như phân tích đà cho thấy, với gia tăng công suất tính toán đường dây điện áp không thay đổi, suất thiếu hụt đơn vị công suất phản kháng qui đổi theo đơn vị công suất tác Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 121 Luận văn thạc sỹ khoa học dụng truyền tải đơn vị chiều dài tăng, với việc nâng cao điện áp công suất tính toán không đổi thiếu hụt giảm xuống Như điện áp định định mức 330 kV công suất tính toán: 10 GW thiếu hụt công suất phản kháng tương ứng q = 3,1 q = 3,9 MVAr/(GW.km) Khi công suất tính toán GW điện áp 220 kV, 330 kV trị số thu q = 4,4 q = 3,1 MVAr/(GW.km) Trong chế độ phụ tải nhỏ (min) giống đường dây có dây siêu dẫn mềm xuất thiếu hụt công xuất phản kháng Như giảm phụ tải đường dây 220 kV có công suất tính toán Ptt = GW đến 20%: Q = -0,3 MVAr/km Từ phân tích nêu cho thấy đường dây truyền tải điện siêu dẫn dòng điện xoay chiều không điều khiển xuất thiếu hụt dư thừa lớn công suất phản kháng, công suất cần phải xét đến xây dựng hệ thống truyền tải điện thiết kế Khả tải đường dây truyền tải siêu dẫn dòng xoay chiều chủ yếu xác định theo yếu tố: Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định trạng thái siêu dẫn giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định làm việc song song hệ thống điện có liên hệ với Khi có khả đủ lớn để truyền tải công suất theo trạng thái siêu dẫn, đường dây truyền tải loại có điện áp định mức không cao nên giới hạn truyền tải công suất không cao theo điều kiện làm việc song song hệ thống Bởi vài độ dài đường dây tiến hành bù thông số chúng giải toán tổng hợp thiết bị bù Bài toán gao gồm việc chọn thông số thiết bị bù vị trí đặt thiết bị bù để trì khả tải yêu cầu điện áp cho phép điểm trung gian đường dây Xét sơ đồ đường dây truyền tải điện siêu dẫn bù có cặp đồng trục dây dẫn pha Giả thiết đường dây làm việc Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 122 Luận văn thạc sỹ khoa học điện áp chênh lệch, việc phân bố thiết bị bù dọc theo đường dây đối xứng Nếu sử dụng số đoạn chia tách đường dây truyền tải điện n số vị trÝ cđa bï ngang sÏ b»ng n + 1, cßn bù dọc n - Xác định độ dài đoạn giới hạn thiết bị bù xuất phát từ điều kiện trì điện áp cho phép điểm nằm đường dây chế độ không tải Đối với đường dây không tổn thất: Ug = U1/ cos .l Trong U1 Ug điện áp đầu điểm đường dây; hệ số biến đổi pha sóng Từ U1 = Uđm, chiều dài giới hạn đoạn lmax = 2arccos (1/) bội số cho phép điện áp điểm đường dây Khi số đoạn thiết bị bù n = l/lmax Giá trị nhận được làm tròn lấy nguyên phía lớn n Khi độ dài đoạn hiệu chỉnh lĐ = l/n Để đảm bảo truyền tải công suất cho trước cần phải cho góc lệch vectơ điện áp phân đoạn điện áp thiết bị bù dọc (TBBD) không vượt giới hạn cho trước định theo độ dự trữ bền: nĐ = (n - 1)δBD = δgh Gãc giíi h¹n thĨ hiƯn qua hƯ sè dù tr÷ kdt: δdt = arc sin k dt + Góc véc tơ điện áp đầu cuối phân đoạn xác định tõ biĨu thøc: U dm P= sin δ§ Z S sin( l Đ ) ta có: Đ = arc sin (P*sin (lĐ)) Từ sau biến đổi đơn giản: BD = n Đ gh n −1 Ngun §øc Minh- Líp Cao häc hƯ thống điện EVN 2004- 2006 123 Luận văn thạc sỹ khoa häc C«ng st qua TBBD cã thĨ thĨ hiƯn: U 2dm PBD = sinBD X BD XBD điện kháng bù dọc Khi P*BD = P đơn vị tương ứng thu được: XBD* = sinBD/P* Møc ®é bï däc kBD = (n - 1) XBD*/ X*L; (X*L điện kháng đường dây đơn vị tương đối) Công suất kháng điện mắc song song chế độ không tải Đ = 0: QSSkt = -1.[1 - cos(lĐ)]/sin(lĐ) Công suất chung điện kháng mắc song song chế độ không tải: QSSkt = 2.n.Q*SSkt Công suất bù ngang chế độ mang tải: Q*SSpt = - [cosĐ cos(lĐ)]/sin(lĐ) Công suất bï däc: Q*BD = 1/ X*BD - / X *2BD p *2 Công suất kết bù dọc chế độ mang tải chỗ nối đường dây TBBD: Q*SS = QSSpt - Q*BD Công st tỉng céng cđa bï ngang: Q*∑SS = 2.(n-1) Q*SSpt + Q’*SSpt C«ng st tỉng céng TBBD: Q*∑BD = 2(n-1) Q*HK P, GW H×nh 4.10: Sù phơ thc cđa công suất truyền tải giới hạn vào độ dài đường dây không sử dụng TBBD 1-Khi điện áp 110 kV; 2- 220 kV; 3- 330 kV Ngun §øc Minh- Líp Cao häc hƯ thèng ®iƯn EVN 2004- 2006 124 Ln văn thạc sỹ khoa học Chúng ta đưa kết phân tích thay đổi số lượng chất lượng công suất thiết bị bù đường dây truyền tải siêu dẫn Các tính toán thực cho đường dây siêu dẫn có dây loại Nb3Sn làm việc theo sơ đồ có dòng điện ngược chiều (xem chương 2), độ dài 50- 500 km, điện áp 110, 220, 330 kV phạm vi công suất 1- 20 GW Q/P P, GW H×nh 4.11: Sù phơ thuộc công suất phản kháng bù ngang cuối đường dây truyền tải có dộ dài 200 km vào côn suất tính toán chế độ phụ tải max không tải (kí hiệu giống hình 4.10) Các tính toán cho thấy cần lắp đặt TBBD độ dài đường dây lớn 200 km Trên hình 4.10 cho dải công suất truyền tải độ dài mà không cần lắp đặt TBBD Để giữ điện áp đầu mút đường dây truyền tải điện áp định mức cần bù ngang kể chế dộ làm việc lẫn chế độ không tải Công suất phản kháng cần thiết đầu mút đặc trưng phụ thuộc hình 4.11 đoạn hình nêu công suất bù ngang truyền tải dây toàn công suất, phần dưới- công suất bù ngang chế độ không tải Như đầu mút đường dây yêu cầu bù ngang loại điện dung (tụ) Công suất bù dọc ngang đường dây siêu dẫn so sánh độ lớn với công suất truyền tải max phụ thuộc vào tuỳ theo điện áp định mức, công suất tính toán độ dài đường dây, khoảng 0,2- 1,7 trị số max Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 125 Luận văn thạc sỹ khoa học Chương 5: nhận xét kết luận Hiện đà có nhiều nghiên cứu biện pháp nhằm giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp tổn thất điện đường dây truyền tải, với luận văn tác giả mong muốn đưa ý tưởng nhằm bổ xung thêm vào biện pháp Về lý thuyết với kết nghiên cứu phương pháp dùng đường dây truyền tải điện lạnh có nhiều ưu điểm tổn thất công suất, điện năng, điện áp nhỏ, việc điều chỉnh Qc đường dây dễ dàng, thay thê nhà máy chạy đỉnh TNSD nhằm san đồ thị phụ tải (điều chỉnh đồ thị phụ tải) đảm bảo nâng cao khả truyền tải công suất đường dây nhiên chưa chứng minh thực tế công nghệ chưa đáp ứng yêu cầu Do với kết nghiên cứu luận văn mong quan tâm đọc giả có nghiên cứu nguyên vật liệu nhằm đáp ứng yêu cầu để đưa vào sản xuất làm việc sớm có hiệu cao đáp ứng mong đợi hệ thống truyền tải điện ngày Nguyễn Đức Minh- Lớp Cao học hệ thống điện EVN 2004- 2006 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt - TS Phan Đăng Khải: Cơ sở lí thuyết truyền tải điện lạnh (chuyên đề giảng dạy sau Đại häc- §HBK- 2005) TiÕng Nga ... tắc xác định thông số cấu trúc đường dây truyền tải điện lạnh 3.1 Khái niệm 57 3.2 Qui tắc xác định thông số cấu trúc đường dây truyền tải mềm cứng 59 3.3 Tính toán thông số cấu trúc đường dây truyền. .. Chương 1:Tổng quan truyền tải điện truyền tải điện lạnh 1.1 Các khái niệm định nghĩa 1.2 Các đường dây truyền tải siêu dẫn 1.3 Các đường dây truyền tải điện lạnh 12 1.4 Thiết bị điện siêu dẫn 18... dẫn hệ thống tích luỹ phân phối lượng 1.3 Các đường dây truyền tải điện lạnh Các đường dây truyền tải điện lạnh mặt nguyên lí giống đường dây truyền tải điện siêu dẫn, dùng cho dòng chiều xoay