Nghiên cứu ảnh hưởng của phóng điện vầng quang đến tổn thất công suất và điện năng trên đường dây siêu cao áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ********************** LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG ĐẾN TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN TỚP HÀ NỘI 2009 MỤC LỤC CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG 1.1 Hiện tượng hình dạng vầng quang 1.2 Đặc tính chế phóng điện vầng quang [7] 1.3 Vầng quang dây dẫn đường dây tải điện 11 1.3.1 Vầng quang đường dây dẫn điện chiều [1] 11 1.3.2 Vầng quang đường dây dẫn điện xoay chiều [1] 14 1.4 Tổn hao vầng quang đường dây dẫn điện xoay chiều 17 1.5 Phương pháp hạn chế vầng quang 20 CHƯƠNG II:TÍNH TỐN PHÂN BỐ ĐIỆN TRƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 24 2.1 Các phương pháp thường dùng tính tốn phân bố điện áp phân bố điện trường 24 2.1.1 Phương trình trường 24 2.1.2 Các phương pháp có 25 2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 30 2.3 Ví dụ minh họa tính toán điện điện trường phương pháp phần tử hữu hạn 34 2.4 Kết luận 36 2.5 Giới thiệu phần mềm FEMM 36 2.6 Kết mô phần mềm FEMM 36 2.6.1 Giới thiệu đường dây mô phỏng: 36 2.6.2 Trình tự tiến hành mơ phỏng: 37 2.6.2.1 Tạo mẫu 37 2.6.2.2 Tạo mơ hình 37 2.6.2.3 Lựa chọn vật liệu thuộc tính vật liệu 37 2.6.2.4 Đặt tải điều kiện biên lên mơ hình 38 2.6.2.5 Chia lưới cho mơ hình giải 38 2.6.2.6 Khai thác kết 38 Kết luận: 43 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TỔN HAO VẦNG QUANG CỤC BỘ 45 3.1 Đặt vấn đề 45 3.1.1 Nghiên cứu lý thuyết [5] 45 3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm [5] 46 3.1.2.1 Sơ lược phương pháp đo tổn hao vầng quang 46 3.1.2.2 Các phương pháp tính tốn sở thực nghiệm 47 3.2 Phương pháp tính tốn tổn hao vầng quang Levitop 48 3.2.1 Vài nét phương pháp đo Levitop 48 3.2.2 Nội dung phương pháp Levitop [5] 49 3.2.2.1 Trường hợp thời tiết tốt: 49 3.2.2.2 Trường hợp thời tiết mưa: 51 3.2.2.3 Tổng hợp hai dạng thời tiết (tốt mưa ) ta kết tổn hao cho toàn tuyến năm : 53 3.4 Phương pháp giải tích đồ thị tính tổn thất vầng quang đường dây SCA 56 3.5 Nhận xét kết quả: 65 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN TỔN HAO CƠNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG DO VẦNG QUANG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SIÊU CAO ÁP Ở VIỆT NAM 66 4.1 Các thông số hệ thống 500kV Bắc -Nam 66 4.2 Ảnh hưởng khí hậu Việt Nam 68 4.2.1 Đặc điểm khí hậu Việt Nam 68 4.2.2.Khí hậu khu vực có đường dây 500kV qua 69 4.2.3 Kết luận 74 4.3 Tính toán tổn thất vầng quang đường dây siêu cao áp 500kV 76 4.3.1 Viết chương trình tính tốn: 77 4.3.1.1 Giới thiệu chương trình 77 4.3.1.2 Sơ đồ khối chương trình 77 4.3.1.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình: 78 4.3.2 Tiến hành tính tốn: 79 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thí dụ hình dạng vầng quang cực tính âm [7] Hình 1.2 Thí dụ hình dạng vầng quang cực tính dương [7] Hình 1.3 Q trình phóng điện vầng quang mũi nhọn cực tính dương [7] 10 Hình 1.4 Q trình phóng điện vầng quang mũi nhọn cực tính âm [7] 11 Hình 1.5 Biến thiên theo thời gian điện áp U, cường độ trường mặt dây dẫn E, điện tích tổng Q dịng điện vầng quang ivq.[1] 16 Hình 1.6 Phân bố điện trường bề mặt pha phân nhỏ 22 Hình 2.1: Miền khơng gian chia thành điểm lưới 26 Hình 2.2: Giới hạn trường miền A mặt phẳng chiều 30 Hình 2.3: Mơ hình phần tử hữu hạn hình tam giác 31 Hình 2.4 Kết giải FEMM 35 Hình 2.5a Phân bố điện đường dây 500 kV 39 Hình 2.5b Phân bố véc tơ điện trường đường dây 500 kV 39 Hình 2.6 Cường độ điện trường phân bố đoạn thẳng có chiều cao 25m 40 Hình 2.7a Phân bố điện trường pha đường dây 500 kV 40 Hình 2.7b Phân bố điện trường dây phân pha đường dây 500 kV 41 Hình 2.8 Phân bố điện trường dây không phân pha đường dây 500 kV 41 Hình 2.9 Phân bố điện trường dây phân pha bị xước đường dây 500 kV 42 Hình 2.10 Phân bố điện trường dây phân pha đọng nước đường dây 500 kV 43 Bảng 3.1 Kết tính tốn thực nghiệm tổn hao vầng quang đường dây 500kV 48 Hình 3.1 Đặc tính bao qt tổn hao công suất vầng quang điều kiện thời tiết tốt Hình 3.2 Sự phụ thuộc tổn hao cơng suất trung bình vầng quang vào nitốt 52 Hình 3.3 Đặc tính bao qt tổn hao công suất vầng quang điều kiện thời tiết mưa 53 Hình 3.4 Hàm tổn thất cơng suất vầng quang 57 Hình 3.5 Đồ thị tổn hao vầng quang thời tiết tốt theo số pha 63 Hình 3.6 Đồ thị tổn hao vầng quang thời tiết mưa 63 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Kết tính tốn thực nghiệm tổn hao vầng quang đường dây 500kV 48 Bảng 3.2 Các thông số phục vụ cho tính tổn thất lượng vầng quang Moscow 54 Bảng 3.3 Tổn thất vầng quang trường hợp thời tiết xấu 56 Bảng 3.4 Các giá trị (Ftốt, Fmua) theo Etd/Evq 59 Bảng 3.5 Số liệu ứng với số phân pha n=1 60 Bảng 3.6 Số liệu ứng với số phân pha n=2 60 Bảng 3.7 Số liệu ứng với số phân pha n=3 61 Bảng 3.8 Số liệu ứng với số phân pha n=4 61 Bảng 3.9 Số liệu ứng với thời tiết mưa 62 Bảng 3.10 Số liệu tổng hợp dạng thời tiết 63 Bảng 3.11 Kết tính tốn đo thực tế 65 Bảng 41 Thơng số trạm 67 Bảng 4.2 Đặc điểm khí hậu vùng dcó đường dây 500 kV qua 75 Bảng 4.3 Các thông số đường dây 500kV 76 Bảng 4.4 Tổn thất vầng quang đoạn tuyến 500kV 80 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÓNG ĐIỆN VẦNG QUANG 1.1 Hiện tượng hình dạng vầng quang Vầng quang dạng phóng điện tự trì, đặc trưng cho phóng điện trường khơng đồng Phóng điện đạt điều kiện tự trì dịng khơng thể kéo dài tồn khoảng cực mà giới hạn phạm vi nhỏ gần điện cực có bán kính cong bé Phạm vi quầng vầng quang Các q trình ion hố, kết hợp trở trạng thái bình thường phần tử bị kích thích phát sinh nhiều photon khiến cho vùng hẹp toả sáng (do mà có tên gọi vầng quang) Các ion tạo nên quầng vầng quang tác dụng điện trường chuyển dịch phía ngồi hình thành dịng điện vầng quang Điện áp tăng cao số ion hố tăng dịng điện vầng quang tăng Quan hệ dòng điện với điện áp đặc tính lượng phóng điện vầng quang [1] Đặc điểm bên ngồi phóng điện vầng quang tia sáng xanh khối khí ion hóa nằm điện cực, kèm theo tiếng ồn mạnh với tăng điện Ở giai đoạn đầu phóng điện vầng quang nghe có tiếng ồn nhỏ tiếng lách tách Hình dáng bề ngồi cấu trúc vùng chiếu sáng phụ thuộc vào cực tính dạng điện áp đặt lên điện cực, đồng thời phụ thuộc vào kích thước, hình dáng trạng thái bề mặt điện cực Sự khác vùng phát sáng sử dụng để xác định dạng phóng điện vầng quang Sự phát sáng tương đối đồng bao trùm toàn bề mặt dây dẫn trường hợp vầng quang cực tính dương dây dẫn mảnh Ngược lại, vầng quang cực tính âm lại thường phân bổ thành điểm sáng tách biệt Đặc tính phát triển vầng quang dây dẫn lớn giống tượng quan sát thấy dây dẫn nhỏ nửa chu kỳ dương điện áp xoay chiều vào thời điểm ban đầu Các ảnh chụp vào thời điểm nhận bao sáng mảnh vòng quanh dây dẫn, giống vầng quang dây dẫn mảnh Tuy nhiên tiếp tục tăng điện áp nhanh sau tạo streamers riêng biệt, ngày dài đặc biệt dịng điện chiều cực tính riêng tia streamers xuất đạt điện áp khởi đầu Hình 1.1 Thí dụ hình dạng vầng quang cực tính âm [7] Ở điện áp chiều cực tính âm hay nửa chu kỳ âm điện áp xoay chiều tần số cơng nghiệp dây dẫn trịn phẳng bóng lống, điều kiện khơng khí khơ tạo vầng quang phẳng theo dây dẫn Tuy nhiên trạng thái tồn khơng lâu sau có điện áp xuất vầng quang Sau khoảng thời gian đó, lớp sáng phẳng tách thành đốm lửa riêng biệt, phân bố tương đối theo chiều dài dây dẫn, cấu trúc đặc trưng cho dây dẫn mảnh Trên thực tế vầng quang khơng khí ln có cấu trúc phân tán vùng ion hóa, dịng điện ln ln có xung cao tần kể Như vậy, nói thật xác tượng vầng quang âm khơng thể coi liên tục khơng gian theo thời gian Kết luận vùng građien điện tăng cao (nó hạn chế phần tương đối hẹp không gian gần với bề mặt điện cực có bán kính cong nhỏ) Nhờ điện áp đặt tương đối đủ để xuất phóng điện khoảng cách điều kiện thực tự phóng điện nằm vùng khu trú q trình ion hóa gọi vùng ion hóa Hình 1.2 Thí dụ hình dạng vầng quang cực tính dương [7] Trong vùng ion hóa, ngồi q trình ion hóa kích thích ngun tử phân tử trung hòa, tạo phân rã ion âm, cịn có chỗ cho q trình tái hợp ion electron chuyển nguyên tử bị kích thích trạng thái bình thường Những trình kèm theo xạ nhìn thấy dạng phổ sóng ngắn, thành vầng sáng sát bề mặt điện cực dạng phóng điện nhìn thấy khơng khí Những phần mang điện tích sinh vùng ion hóa tác động trường lực chuyển động trường đó, điều có nghĩa xuất dịng điện phóng điện vầng quang Những điện tích khối, có cực tính trùng với cực tính điện cực vầng quang, di chuyển khỏi vùng ion hóa vào khoảng tối khơng gian giáp với gọi vùng vầng quang Sự phát sáng vầng quang dương dây dẫn nhỏ (bán kính vài mm) ln ln có dạng lớp sáng đồng mảnh, tương ứng với dải điện áp tương đối rộng dịng điện vầng quang khơng có (có ít) dao động cao tần nhiễu radio Dạng vầng quang dương gọi siêu vầng quang vầng quang liên tục Trên dây dẫn lớn (bán kính gần 1cm), với lớp sáng đồng xuất kênh sáng ngắt quãng (có tên gọi streamers), dẫn đến xuất dòng điện xung mạnh xạ radio, với mức cao nhiều so với mức nhiễu radio vầng quang âm Vào thời điểm khác nhau, đoạn bề mặt dây dẫn vầng quang lớp sáng đều, kênh streamers ngắt quãng Trong thời gian tồn đoạn xác định bề mặt dây dẫn vầng quang liên tục Nếu làm gián đoạn liên tục theo thời gian hay không gian gây xuất kênh streamers ngắt quãng Ta coi gần q trình phóng điện vầng quang dây dẫn liên tục không gian theo thời gian Như vậy, dấu hiệu quan trọng để vầng quang xuất dạng hay dạng khác cực tính chúng, hay thực chất cực tính điện áp đặt lên điện cực phóng điện vầng quang Ngồi cực tính điện áp loại điện áp dạng chúng tác động lên khoảng cách phóng điện đóng vai trị quan trọng đặc tính vầng quang Phóng điện vầng quang có ý nghĩa quan trọng nhiều lĩnh vực kỹ thuật điện cao áp Ở số sở luyện kim nhà máy nhiệt điện dùng vầng quang âm để lọc bụi khói Thân ống khói kim loại làm cực dương, cực âm dây dẫn nhỏ đặt dọc theo trục ống nơi phát sinh vầng quang âm Điện tử sinh q trình ion hố vầng quang chuyển dịch phía cực dương, q trình bám vào bụi khói kéo theo phía thân ống [1] Trong hệ thống điện, vầng quang có tác dụng khác Bình thường khơng nên để xảy vầng quang dịch chuyển ion tác dụng trường tạo nên loại dòng điện rò rỉ gây tổn hao lượng Ngồi vầng quang cịn gây nhiễu loạn đường dây thông tin hữu tuyến vơ tuyến, ăn mịn vật liệu… Tuy vầng quang lại có tác dụng tích cực bảo vệ hệ thống điện chống điện áp khí Khi có sét đánh đường dây, vầng quang tiêu hao lượng sóng điện áp, làm giảm biên độ độ dốc sóng tăng an tồn cho cách điện trạm biến áp nhà máy điện 1.2 Đặc tính chế phóng điện vầng quang [7] Ở nhiệt độ bình thường lượng chuyển động nhiệt phân tử khơng đủ để ion hóa, có điện trường tác dụng điện tích tự có sẵn nội chất khí chuyển động (điện tích dương chuyển động theo phương trường, điện tích âm chuyển động theo phương ngược lại), tích lũy lượng tăng tốc độ, va chạm với phân tử khí khiến cho phân tử bị ion hóa Đơi khi, electron va chạm với ngun tử gần nó, kích thích xảy nguyên tử di chuyển lên trạng thái lượng cao Quỹ đạo trạng thái hay nhiều electron thay đổi làm mát phần động Sau đó, nguyên tử kết hợp để trở lại trạng thái bình thường, kết có xạ lượng (vầng quang nhìn thấy) sóng điện từ Một electron va chạm kết hợp với ion dương tạo thành nguyên tử trung hoà Khi electron di chuyển khơng khí tác dụng điện trường, q trình ion hố thường mơ tả sau: A + e → A+ + e + e Trong đó: A = nguyên tử A+ = nguyên tử trung hồ e = electron Trong điện trường khơng đồng nhất, tăng cục điện trường phía điện cực có bán kính cong bé nên xảy q trình ion hố trước có phóng điện Và q trình phóng điện bắt nguồn từ đấy, dù điện cực dương hay âm, khác cực tính lại ảnh hưởng lớn đến giai đoạn phát triển sau Cho nên nghiên cứu phóng điện trường không đồng cần phải nghiên cứu riêng cho trường hợp cụ thể - điện cực mũi nhọn dương hay âm a) Khi mũi nhọn có cực tính dương Mũi nhọn khu vực có điện trường mạnh nên trước xuất vầng quang có q trình ion hố tạo nên thác điện tử (hình1.3) Các thác di chuyển phía mũi nhọn (cực dương) tới nơi, điện tử thác vào điện cực để 75 đoạn trên, số nắng nhiều nên khả vầng quang cục xuất đoạn Trong bảng 4.2 tổng hợp đặc điểm khí hậu số vùng đường dây 500 kV qua [3] Bảng 4.2 Đặc điểm khí hậu vùng có đường dây 500 kV qua Địa điểm Hịa Bình Thanh Hóa Nghệ An Hà Tĩnh Đồng Hới Quảng Trị Huế Đà Nẵng Kon Tum Plêiku Ban Mê Thuột Bảo Lộc TP Hồ Chí Minh Lượng mưa (mm/năm) Trung bình 841 1746 1868 2442 2112 2512 2890 1974 1852 2447 Cực đại 2453 3011 2725 3605 3110 3814 1494 2227 2693 2750 Số ngày/năm Cực Sương Mưa tiểu Mưa Dông mù phùn 19 32 1408 140 111 17 51 1049 134 98 27 42 987 135 88 17 20 1555 142 92 14 19 1448 129 80 17 4349 145 81 11 1822 144 84 1501 147 79 1514 132 59 1895 233 1934 2326 1533 2876 3272 2604 138 199 1979 2718 1553 154 138 Độ ẩm Trung bình 84 85 85 86 84 85 88 83 82 82 Số Cực đại/ nắng tháng 86(9) 1598 90(3) 1658 91(2,3) 1657 92(2,3) 1671 90(2,3) 1921 91(1,11) 93(12) 1486 86(11,3) 85(9) 90(7) 1979 82 88(8,9) 87 92(7,9) 82 87(7,9) 1680 2006 Như vậy, xét yếu tố địa hình khí hậu ảnh hưởng tới xuất vầng quang tuyến đường dây 500kV nước ta qua chiều dài phức tạp, thuận lợi cho xuất vầng quang Đối chiếu với nghiên cứu nhiều tác giả giới nghiên cứu ảnh hưởng địa hình thời tiết xấu tới xuất vầng quang (trong có thời tiết ban ngày ban đêm) họ thấy rằng: Thời tiết xấu mưa, mưa phùn, sương mù, độ ẩm cao… làm điện áp khởi đầu vầng quang giảm thấp phóng điện vầng quang tăng mạnh điều kiện Qua tất nêu, thấy khả tổn hao vầng quang lớn đoạn tuyến sau: Đoạn từ sườn Đơng Trường Sơn sau vượt đèo Lị Xo sang Tây Nguyên - Gia Lai - Kon Tum đến Bình Dương Đoạn đường dây qua đèo Bạch Mã (đèo Hải Vân) Những nơi có địa hình cao, sương mù nhiều, độ ẩm cao, lượng mưa lớn (2000÷3500 mm/năm) số ngày mưa 150 ngày/năm Đặc biệt, Tây Nguyên mưa lớn không nhiều kéo dài nhiều ngày, dẫn đến số mưa vuợt trội so với nơi khác số ngày mưa tương đương 76 4.3 Tính tốn tổn thất vầng quang đường dây siêu cao áp 500kV Căn vào điều kiện khí hậu, thời tiết địa hình dọc tuyến đường dây 500kV mạch phân thành đoạn tuyến có đặc điểm sau: Bảng 4.3 Các thơng số đường dây 500kV HịaBình Hà Tĩnh - Hà Tĩnh Đà Nẵng Đà Nẵng - Pleiku Các thơng số Đơn vị Điện áp trung bình Ud(kV) Chiều dài đoạn tuyến L(km) Bán kính phân pha rp(cm) 31,82 Hệ số nhẵn bề mặt dây dẫn m 0,80 Khoảng cách phân pha a(cm) 45,00 Số dây dẫn pha phân nhỏ n 4,00 Bán kính dây dẫn r0(cm) 1,265 Bán kính tương đương rtd(cm) 20,09 C1 12,858 C2 13,758 Điện dung pha 1000.pF/km Điện dung pha 1000 pF/km Thời gian thời tiết tốt năm(giờ) Thời gian thời tiết xấu năm Pleiku Phú Lâm 500 342 390 259 496 htốt 6550 6110 5810 6710 hxấu 960 1300 1500 1200 Lượng mưa trung bình Hmưa(mm) 1290 2301 2280 1980 Độ mạnh mưa trung bình Jtb(mm/h) 1,35 1,77 1,52 1,65 Giờ nắng trung bình h 1628 1684 1660 2005 Độ cao tuyến trung bình (m) 200 150 400 300 Nhiệt độ trung bình 296,3 297,6 295,6 300,0 Mật độ khơng khí trung bình δ 0,97 Độ chuyển động điện tích K 1,10 Áp suất khơng khí p 729,600 757,720 Hằng số điện mơi (pF/m) ε0 8,85419 Tỷ số cường độ điện trường cực đại bề mặt dây dẫn thành phần giá trị trung bình KH 1,119 K 744,800 748,600 77 4.3.1 Viết chương trình tính tốn: 4.3.1.1 Giới thiệu chương trình Chương trình tính tốn xây dựng ngơn ngữ Visual basic 8.0, dùng để tính tốn thông số như: - Cường độ điện trường khởi đầu phóng điện vầng quang - Cường độ điện trường tương đương bề mặt dây dẫn (pha ngoài) - Cường độ điện trường tương đương bề mặt dây dẫn (pha giữa) - Tổn thất vầng quang thời tiết tốt - Tổn thất vầng quang thời tiết xấu - Tổn thất điện vầng quang km đường dây năm - Tổn thất điện vầng quang chiều dài toàn tuyến 4.3.1.2 Sơ đồ khối chương trình Thơng số đầu vào: n, a, m, L, H, r, d, rdtr, t, Dtb, Ttốt, Tmưa, p0 Tính p, δ , tính Evq theo cơng thức (3.22) đến (3.24) Tính Ei,tb , Ei,tđ theo cơng thức (3.25) Tính tỷ số E i ,tđ theo (3.29) E vq Tính Ftổt theo cơng thức (3.38) Tính Fmưa theo cơng thức (3.39) Tính tổn thất công suất ∆Pvq (3.30),(3.31),(3.32) Tổn thất điện (3.33) Tổn thất điện chiều dài L đường dây (3.34) In kết 78 4.3.1.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình: Giao diện chương trình: Khi khởi động, chương trình có giao diện trên, thơng số đầu vào bao gồm: Chiều dài đoạn tuyến (km) Độ cao treo dây so với mặt nước biển H (m) Thời gian thời tiết tốt năm (giờ) Thời gian thời tiết xấu năm (giờ) Điện áp dây kV Chiều dài đường dây (km) Sau khai báo thơng số ta chọn vào “Tính tốn” ta có kết hiển thị dạng thông số định lượng 79 4.3.2 Tiến hành tính tốn: Tính tốn cho đoạn đường dây Hịa Bình – Nho Quan: Ta có tổn thất điện vầng quang đoạn Hịa Bình – Nho Quan năm 1744.04 MWh Tiến hành tính tốn tương tự ta có kết cho bảng (4.4) Tổng hợp kết ta có tổn thất điện vầng quang toàn hệ thống 500 kV là: 73074.135 MWh Theo bảng phụ lục ta có tổng điện truyền tải đường dây 500 kV là: 20916424 MWh Vậy tổn thất điện phóng điện vầng quang hệ thống điện là: A vq 73074.135 = = 100% 0,349% A vh 20916351 80 Bảng 4.4 Tổn thất vầng quang đoạn tuyến 500kV Đường dây 500 kV Hịa BìnhNho Quan Nho QuanThường Tín Nho Quan Hà Tĩnh Hà Tĩnh-Đà Nẵng Đà NẵngPleiku Pleiku-Phú Lâm Pleiku-Yaly Pleiku-Di Linh Di Linh- Tân Định Phú Lâm-Tân Định Phú Lâm-Nhà Bè Nhà Bè-Phú Mỹ ∑ Chiều dài (km) Tổn thất Độ cao treo Thời gian thời Thời gian thời Điện áp điện tiết tốt(h) tiết mưa (h) (kV) dây (m) (MWh) 89.2 200 6550 960 500 1744.04 74.3 200 6550 960 500 1452.715 289.2+307 200 6550 960 500 11656.917 2x392 150 6110 1300 500 17941.324 260+295 400 5810 1500 500 13758.996 496 300 6710 1200 500 11168.334 100 300 6710 1200 500 2251.68 312.5 200 6710 980 500 6246.876 175 100 6710 980 500 3498.25 45 40 6710 1200 500 1013.256 14 40 6710 1200 500 315.235 2x45 40 6710 1200 500 2026.512 73074.135 81 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN Nước ta nằm hồn tồn vịng đai nhiệt đới nửa cầu Bắc, thiên chí tuyến phía xích đạo Vị trí tạo cho Việt Nam có nhiệt độ cao Nhiệt độ trung bình năm từ 22ºC đến 27ºC Hàng năm, có khoảng 100 ngày mưa với lượng mưa trung bình từ 1.500 đến 2.000mm Độ ẩm khơng khí 80% Như vậy, xét yếu tố địa hình khí hậu ảnh hưởng tới xuất vầng quang tuyến đường dây 500kV nước ta qua chiều dài phức tạp gây tổn hao vầng quang dáng kể đường dây siêu cao áp Có nhiều phương pháp khác để tính tốn tổn hao vầng quang Bằng tính tốn so sánh ta lựa chọn phương pháp đồ thị giải tích để tính tốn kết sát với thực nghiệm dễ dàng tính tốn với cơng cụ phần mềm Bằng cách sử dụng phần mềm khảo sát phụ thuộc tổn hao vầng quang vào thông số đường dây ta có nhận xét sau: Xét theo số phân pha n: tổn thất công suất vầng quang giảm tăng số phân pha Xét theo hệ số nhám dây dẫn m: hệ số nhám dây dẫn tăng lên tổn thất vầng quang giảm mạnh Xét theo độ cao so với mặt nước biển H: lên cao áp suất khơng khí giảm tổn hao vầng quang tăng nhẹ Xét theo nhiệt độ môi trường t: nhiệt độ mơi trường tăng lên tổn hao vầng quang có tăng nhẹ Xét theo khoảng cách dữa pha: khoảng cách pha tăng lên tổn thất vầng quang giảm Kết tính toán cho ta thấy: Tổn thất vầng quang gây đường dây chiếm tỷ lệ nhỏ 0,349% tổn thất toàn phần hệ thống 4,43% Đặc biệt tổn thất vầng quang điều kiện thời tiết xấu (mưa, sương mù, dây dẫn bị ô nhiễm, bị xước thi công…) chiếm tỷ lệ lớn tổng tổn thất vầng quang Thực tế vận hành cho thấy giá trị tổn thất đáng kể gây thiệt hại kinh tế, giảm độ tin cậy hệ thống điện Nếu giảm tổn thất giảm chi phí cho việc xây dựng thêm nguồn điện, tăng độ tin cậy hệ thống điện Để làm điều em đưa số kiến nghị sau: • Giảm điện áp truyền tải đường dây (trong phạm vi điều chỉnh cho phép) vận hành điều kiện thời tiết xấu cách điều chỉnh điện áp máy 82 biến áp có trang bị điều áp tải bổ sung thêm dung lượng kháng bù trường hợp đường dây vận hành non tải Tuy nhiên chi phí cho việc bù cao nên điều khó thực • Sử dụng dây dẫn có độ bóng bề mặt cao Hiện đường dây 500kV nước ta sử dụng dây ACSR 330/43 (54 sợi nhơm đường kính 2,8mm sợi thép đường kính 2,8mm Ta tăng cường độ bóng bề mặt cách sử dụng dây dẫn bện nén Phương pháp thực cách dây dẫn bện chặt đưa qua khuôn nén kim cương hình trịn Kết bề mặt dây nhẵn đường kính dây có giảm chút Khi dùng dây làm cho Etb tăng nhẹ, E0 tăng nhiều Vì vậy, tỷ số Etb/ E0 giảm tổn hao vầng quang ΔPvq giảm • Sử dụng dây dẫn chịu nhiệt tăng khả tải đường dây, giảm độ võng tăng khoảng cách pha D Ta có E1tb = 0, 705( Ud D n ⋅ d ⋅ lg( tb ) rđtr ) Khi D tăng Etb giảm Etb/ E0 giảm dẫn đến tổn hao vầng quang ΔPvq giảm • Ngồi ra, để khắc phục triệt để tượng vầng quang ta sử dụng đường dây truyền tải điện chiều thay Hiện nước Nga, Mỹ, Trung Quốc sử dụng thành công phương pháp cho hiệu cao Tuy nhiên việc áp dụng vào Việt Nam gặp nhiều khó khăn địi hỏi trình độ cao vốn đầu tư lớn Triển vọng phát triển đề tài nghiên cứu theo hướng sau: • Tiếp tục khai thác phần mềm FEMM khía cạnh phức tạp hơn, xét đến ảnh hưởng đường dây, cột điện yếu tố khí hậu độ ẩm, điện áp … Có thể khai thác FEMM khâu thiết kế để đưa chiều cao cột tối ưu, độ cao treo dây phù hợp với địa hình • Tiến hành thí nghiệm với điều kiện xác hơn, tiến hành đo đạc cường độ điện trường phóng điện vầng quang vùng khí hậu có đặc điểm khác • Tiếp tục nghiên cứu kỹ lưỡng phóng điện vầng quang cục ảnh hưởng điện trường tới sức khỏe người khu vực có đường dây qua 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Viết Đạn, “Kỹ thuật điện cao áp”, Hà Nội-1992 [2] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp: Quá điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007 [3] Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc ‘’Khí hậu Việt Nam’’ 1978 [4] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Trọng Giảng, ANSYS mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2003 [5] Vũ Chí Dũng, Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật, chuyên ngành Hệ thống điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2001 [6] Hội thảo khoa học “5 Năm Vận Hành Hệ Thống Truyền Tải Điện 500kV Việt Nam xu phát triển” Hà Nội 14-16 December 1999 [7] Transmission Line Reference Book 345kV and Above EPRI- USA, 1975 [8] V.V.Dan “Computation of horizontal three-phase line capacitances“, Proceedings of 1998 International Symposium of Electrical Insulating Materials, pages 345-347, September 1998 [9] V.V.Dan “A rational choice of bundle conductors configuration“, Proceedings of 1998 International Symposium of Electrical Insulating Materials, pages 349-354, September 1998 84 Phụ lục TÓM TẮT TÌNH HÌNH SẢN XUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Pmin Giờ A ngày (MW) Giờ (MWh) (MWh) % KH (MWh) % KH 24 3 10 573 534 541 015 10 347 541 18 18 10 18 18 18 Qmin Pmax Qmax 20 70 0 66 70 0 0 162 0 0 0 -3 - 14 0 0 - 88 - 11 0 0 440 40 114 64 105 66 70 720 260 389 163 148 152 87 300 0 26 47 0 0 235 25 31 51 20 Pmin Qmin Pmax Qmax 285 460 44 88 -8 0 400 580 45 100 -8 0 0 0 0 0 84 273 375 68 16 - 21 - 62 - 18 108 324 380 78 357 987 314 101 361 218 576 993 180 985 184 908 782 310 528 892 27 160 82 955 20 673 68 508 42 949 51 230 11 335 829 107 557 95 940 123 212 55 009 61 367 32 988 148 030 771 765 262 834 406 936 43 092 58 902 12 087 10 549 539 571 288 72 869 178 285 211 623 108 511 101.53 102.30 98.54 97.97 160.40 110.61 106.43 131.86 165.61 246.16 117.46 100.01 90.04 106.51 11.00 121.15 124.92 63.92 117.23 82.72 57.89 55.26 77.58 114.00 123.86 111.67 126.37 0.00 88.98 6043.70 10548.90 1538.50 0.00 123.56 108.74 251.66 97.74 100.49 38 176 044 572 107.86 272 13 224 16 324 356 0 0 147 736 310 900 397 658 188 278 171 20 106.09 130.00 101.01 95.90 361.87 0.00 20.00 0.00 75 984 506 28 511 064 39 493 522 227 703 73 916 803 52 807 272 23 627 395 10 139 799 475 058 131 539 253 818 167 925 361 412 497 695 11 336 842 130 737 660 504 244 479 761 788 824 151 496 538 145 099 920 518 585 554 331 095 720 387 531 697 751 785 609 737 537 456 72 281 003 659 707 478 226 799 818 958 250 424 12 447 182 331 040 785 581 160 177 170 384 183 381 35 223 43 214 063 94.94 Pmin 201 466 73 212 109 608 18 625 195 704 137 806 48 626 11 990 545 360 455 721 546 668 192 614 006 886 374 680 026 563 25 410 286 13 450 276 398 0 0 21 315 537 719 217 842 22 32 167 17 TBK chạy khí Bà Rịa Phú Mỹ 21 Phú Mỹ Phú Mỹ TBK chạy dầu Bà Rịa Phú Mỹ 21 Phú Mỹ Anăm Atháng 047 915 477 416 844 888 (MW) HTĐ Quốc Gia HTĐ Bắc HTĐ Nam HTĐ Trung Tổng EVN Điện SX EVN Thuỷ điện Hồ Bình Thác Bà Tun Quang Quảng Trị A Vương Vĩnh Sơn Sông Hinh Pleikrong Ialy Sesan Trị An Đa Nhim Thác Mơ Hàm Thuận Đa Mi Đại Ninh Nhiệt điện than Phả Lại Phả Lại ng Bí ng Bí Ninh Bình Nhiệt điện dầu Thủ Đức Cần Thơ Ơ Mơn Đi Bà Rịa Phú Mỹ 21 Phú Mỹ Phú Mỹ Pmax 153 404 666 109 16 - 37 - 116 - 19 236 562 692 142 0 0 0 0 45 73 171 22 0 87.91 94.49 104.33 102.29 169.60 106.05 103.60 222.12 203.04 159.01 11.00 87.33 87.52 109.21 158.39 135.74 97.15 114.33 87.28 83.46 90.24 99.60 108.66 25.33 105.42 79.45 87.88 46.39 0.00 106.26 84.28 157.90 93.12 95.16 86.45 76.31 79.52 93.75 90.85 39.94 3522.25 4321.36 806.30 85 Phú Mỹ Thủ Đức Cần Thơ Diesel Miền Nam Miền Trung 0 0 0 0 Pmin Pmax 0 0 0 Điện EVN mua Phú Mỹ Phú Mỹ 22 Formosa Amata Bourbon Hiệp Phước Vedan Cần Đơn Đạm Phú Mỹ Na Dương Cao Ngạn Cái Lân Srokphumieng Sesan 3A Trung Quốc Cà Mau 1+2 Nhơn Trạch TĐ Nhỏ 465 343 28 16 3 56 59 0 -1 212 459 118 162 722 350 59 16 29 36 93 104 0 107 368 721 314 198 Pmin (MW) Điện nhận Pmax Giờ (MW) Giờ 0 24 24 0 369 783 715 675 40 62 153 1996 077 0.00 368.60 1782.60 357.33 674.65 40.00 16 577 323 972 362 235 106 475 42 001 230 451 806 555 12 473 290 256 480 243 428 808 44 272 630 22 302 482 17 949 937 57 978 64 880 305 13 609 36 319 241 864 331 086 110 249 131 165 A ngày Atháng (MWh) 166 389 (MWh) Anăm (MWh) CTĐL 1 180 294 18 36 797 1186 587 CTĐL 678 2 448 10 48 778 1565 971 467 1 006 18 18 093 306 043 572 272 013 925 10 37 271 1045 278 CTĐL HPhòng 209 346 10 785 201 643 CTĐL ĐNai 454 718 10 13 409 385 948 CTĐL NBình CTĐL HDương CTĐL ĐNẵng CTĐL KHồ ĐD 500kV Hồ Bình 71 128 0 1 1 108 231 0 18 18 1 980 275 0 63 359 137 829 57 807 51 753 168102 627 15 444 238 68 527 564 344 975 336 136 48 293 409 308 118 18 892 254 694 634 558 420 899 074 803 806 0 127 161 108 40 0 64 0 1 12 1 11 319 404 477 243 241 173 102 338 0 19 11 17 17 18 11 12 1 36 866 803 703 086 509 557 74 0 35 580 91 911 83 148 040 124 164 966 147 231 140 966 77 933 992 106 905 014 1688 533 573 695 121 819 1345 926 145 631 1374 712 1714 672 2539 047 543 324 401 849 1017 053 113 904 121 CTĐL CTĐL Hà nội CTĐL HCM Thg Tín Nh Quan Hà Tĩnh Đà Nẵng Pleiku Di Linh Tân Định phát nhận phát nhận phát nhận phát nhận phát nhận phát nhận phát nhận phát 5574 492 16 718 1671.84 16 768 11.19 63 396 20.57 15 399 4.63 10 585 814 21109 531 040 551 143 279 553 778 62 29 179 879 987 11 070 335 228 303 623 088 680 285 63 295 230 955 392 398 220 498 949 109 586 534 367 933 ! 86 Phú Lâm Nhà Bè Phú Mỹ nhận phát nhận phát nhận phát nhận 63 92 93 38 22 24 264 479 452 182 Tổng điện truyền tải hệ thống 500 kV 16 355 Tổn thất % Điện SX EVN Phú Mỹ Phú Mỹ 22 Formosa Amata Bourbon Hiệp Phước Vedan Cần Đơn Đạm Phú Mỹ Na Dương Cao Ngạn Cái Lân Srokphumieng Sesan 3A Cà Mau 1+2 Mua Trung Quốc Nhơn Trạch TĐ Nhỏ Thuỷ văn Hoà Bình Thác Bà Tuyên Quang Quảng Trị A Vương Vĩnh Sơn hồ B Vĩnh Sơn hồ A Sông Hinh Pleikrong Ialy Sesan Sesan 3A Trị An Đa Nhim Thác Mơ Cần Đơn Srokphumieng Hàm Thuận Đa Mi Đại Ninh Pmin 476 354 93 24 63 40 17 66 70 0 466 212 120 162 Qmin Pmax - 139 - 41 15 732 366 106 24 74 40 36 17 100 115 0 108 730 368 320 198 20 12 -2 -9 10 0 - 164 - 39 Htl (m) Hhl (m) 116.68 57.90 119.41 479.35 379.80 926.00 775.92 208.93 12.15 20.86 47.22 103.00 56.90 514.27 303.78 239.05 60.94 1042.42 216.02 107.81 71.55 603.28 323.64 879.62 303.36 239.59 214.30 1.50 56.70 110.30 73.20 48.50 323.64 173.58 Qvề (m3/s) 9 17 0 672 150 220 139 093 281 276 333 680 12 660 56 310 17 20 0.05% 105 674 6.98% Qmax 67 915 173 079 89.45 113 46 18 16 838 591 392 559 586 950 477 420 235 498 461 821 12 859 555 418 256 487 931 435 367 83 891 20 13 753 69 543 31 168 19 314 12 511 65 120 72 777 661 14 936 37 442 341 167 241 864 112 450 131 165 94.52 81.27 148.74 2.22 13752.70 120.94 112.52 94.21 80.20 111.70 169.64 2661.10 108.23 81.04 70.03 78.78 54.38 359.35 51 12 28 37 27 92 37 Qcm (m3/s) 550 66 156 5.8 53 Qxả (m3/s) 675 103 143 5.8 36 47.2 62.9 907 0 0 12.4 54 1077 190 189 36 207 107 23 69 114 21 29 149 191 188 33 247 25 64 69 109 28 32 33 0 0 61 0 0 0 1572 401 140 3403 347 3643 766 134 344 580 067 20916351 752 217 4.43% 23 265 621 126 192 227 779 070 082 551 49 776 525 852 439 479 346 206 136 814 702 852 770 414 66 088 241 682 400 773 993 920 211 169 588 927 366 065 82.49 92.11 81.39 113.90 1.92 90.50 95.72 103.94 179.29 78.99 141.39 108.98 82.00 101.25 66.24 209.31 83.52 11.34 98.55 Qvềtháng (m3/s) Tần suất % S/S 2007 Qxảtháng % (m3/s) 761 111 191 49% 12% 7% 46% 158% 221% 13.29 237 16% 11% 131% 250% 410 272 16% 100% 11 214 40.5 41 59% 27% 33% 85% 152% 84% 47 26 45% 99% 34 23.1% 57% 567 80 418 10 13 87 Phụ lục 2: Code chương trình tốn tổn thất vầng quang //Khai báo biến int n = 4;//số dây phân pha int a = 45;//(cm) khoảng cách dây phân pha double m = 0.8;//Hệ số bề mặt nhẵn dây double r = 1.265;// Bán kính dây dẫn double d; // đường kính dây dẫn double r_dtr = 20.09; //bán kính dây dẫn đẳng trị double t = 23.3;// nhiệt độ khơng khí trung bình double Dtb = 1304;// đường kính dây dẫn trung bình double P0 = 760;// Áp suất khơng khí public Form1() { InitializeComponent(); } private void cmdProcess_Click(object sender, EventArgs e) { try { //Start d = * r; double P;//áp suất độ cao H P = P0*(1 - int.Parse(txtH.Text) / 10000); double xichma;//Mật độ khơng tương đối trung bình xichma = (0.386 * P) / (t + 273); double E_vq; // Cường đồ điện trường khởi đầu phóng điện vầng quang double E_vq1;//Cường độ điện trường xichma = E_vq = 30.3 * xichma * m*(1 + 0.3 / Math.Sqrt(r * xichma)); E_vq1 = 30.3 * xichma * m*(1 + 0.3 / Math.Sqrt(r)); double E_1tb, E_2tb, E_3tb; // Cường độ điện trường bề mặt phân pha nhỏ E_1tb = 0.705 * (double.Parse(txtU.Text) / (n * d * Math.Log10(Dtb / r_dtr))); E_3tb = E_1tb; E_2tb = 1.07 * E_1tb; double E_1td, E_2td, E_3td;// Cường độ điện trường tương đương bề mặt dây dẫn E_1td = E_1tb * (1 + 0.031 * E_1tb / E_vq); E_3td = E_1td; E_2td = 1.07 * E_1td; double F_1tot, F_2tot, F_1mua, F_2mua;//tỉ số F_1tot = 136.97 * (E_1td / E_vq) * (E_1td / E_vq) - 150.766 * (E_1td / E_vq) + 43.238; F_2tot = 136.97 * (E_2td / E_vq) * (E_2td / E_vq) - 150.766 * (E_2td / E_vq) + 43.238; F_1mua = 1424.242 * (E_1td / E_vq1) * (E_1td / E_vq1) - 1530.58 * (E_1td / E_vq1) + 424.656; F_2mua = 1424.242 * (E_1td / E_vq1) * (E_1td / E_vq1) - 1530.58 * (E_1td / E_vq1) + 424.656; double Delta_P_vqtot; 88 Delta_P_vqtot = ((n * d * d )/ (1000 * * 8760)) * (2 * F_1tot * E_1td + F_2tot * E_2td ) * xichma * xichma * double.Parse(txtT_tot.Text); double Delta_P_vqmua; Delta_P_vqmua = ((n * d * d) / (1000 * * 8760))*(2 * F_1mua * E_1td + F_2mua * E_2td) * double.Parse(txtT_mua.Text); double Delta_P_vq; Delta_P_vq = Delta_P_vqmua + Delta_P_vqtot; double A_vq, A_vqL;//tổn thất điện vầng quang km dây L km dây A_vq = Delta_P_vq * 8760; A_vqL = A_vq * double.Parse(txtL.Text); lb1km.Visible = true; lbLkm.Visible = true; lblE1td.Visible = true; lblE2td.Visible = true; lblEvq.Visible = true; lblPvq_mua.Visible = true; lblPvq_tot.Visible = true; lb1km.Text = ""; lbLkm.Text = ""; lblPvq_tot.Text = ""; lblPvq_mua.Text = ""; lblEvq.Text = ""; lblE2td.Text = ""; lblE1td.Text = ""; lblE1td.Text = "Cường độ điện trường tương đương bề mặt dây dẫn (pha ngoài) : " + E_1td.ToString("###,###,###.###") + " kV/cm"; lblE2td.Text = "Cường độ điện trường tương đương bề mặt dây dẫn (pha giữa) : " + E_2td.ToString("###,###,###.###") + " kV/cm"; lblEvq.Text = "Cường độ điện trường khởi đầu phóng điện vầng quang : " + E_vq.ToString("###,###,###.###") + " kV/cm"; lblPvq_mua.Text = "Tổn thất vầng quang thời tiết xấu : " + Delta_P_vqmua.ToString("###,###,###.###") + " kWh/km"; lblPvq_tot.Text = "Tổn thất vầng quang thời tiết tốt : " + Delta_P_vqtot.ToString("###,###,###.###") + " kWh/km"; lb1km.Text = "Tổn thất điện vầng quang km đường dây năm: " + A_vq.ToString("###,###,###.###") + " kWh/km"; lbLkm.Text = "Tổn thất điện vầng quang đường dây có chiều dài " + txtL.Text + " : " + A_vqL.ToString("###,###,###.###") + " kWh"; } catch(Exception ex) { MessageBox.Show(ex.ToString()); } } 89 ... pháp giải tích đồ thị tính tổn thất vầng quang đường dây SCA 56 3.5 Nhận xét kết quả: 65 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN TỔN HAO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG DO VẦNG QUANG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN... đến hư hỏng bụi bẩn bề mặt dây dẫn Vầng quang xuất gây tổn hao công suất điện áp thấp so với điện áp khởi đầu nhìn thấy vầng quang, gọi vầng quang cục mà nguyên nhân gây nên phóng điện vầng quang. .. tính dương cao điện áp mũi nhọn có cực tính âm 11 Hình 1.4 Q trình phóng điện vầng quang mũi nhọn cực tính âm [7] 1.3 Vầng quang dây dẫn đường dây tải điện 1.3.1 Vầng quang đường dây dẫn điện chiều