Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm cao áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Vũ Xn An NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP Chuyên ngành: Hệ Thống Điện LUẬN VĂN THẠC SỸ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS NGUYỄN ĐÌNH THẮNG HÀ NỘI, 04- 2008 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, nỗ lực phấn đấu thân, tác giả nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Trước tiên, tác giả vô biết ơn kính trọng tới thầy giáo hướng dẫn PGS-TS Nguyễn Đình Thắng tận tình bảo hướng dẫn tơi trình học tập làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐHBK Hà Nội tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức cho suốt thời gian học tập trường Tác giả xin chân thành cảm ơn nhiệt tình giúp đỡ đóng góp ý kiến chun mơn giá trị đồng nghiệp Viện Năng Lương Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện - Tập đoàn điện lực Việt Nam Cuối tác giả vô biết ơn quan tâm, động viên gia đình bạn bè thời gian qua Nhờ đó, tác giả có thêm nhiều thời gian nghị lực để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả Vũ Xuân An MỤC LỤC CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Các lợi ích việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải cao áp 1.1.2 Trường điện từ đường dây cáp ngầm truyền tải cao áp 10 1.2 NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁP NGẦM CAO ÁP TẠI VIỆT NAM 11 1.2.1 Nội dung luận án 13 1.2.2 Cơng cụ tính tốn EMF 14 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CÁP NGẦM 15 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 15 2.2 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CÁP NGẦM CAO ÁP VỚI CÁCH ĐIỆN XLPE .15 2.2.1 Cấu trúc cáp .15 2.2.2 Phụ kiện cáp 17 2.3 Các kỹ thuật nối đất bảo vệ 17 2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẶT CÁP VÀ CHÔN CÁP 19 2.4.1 Giới thiệu chung 19 2.4.2 Các kỹ thuật chôn cáp trực tiếp đất .21 2.4.3 Các kỹ thuật đặt cáp hầm cáp 22 2.4.4 Các kỹ thuật đặt cáp ống dẫn nhựa chôn ngầm 24 2.4.5 Các kỹ thuật đặt cáp hầm khơng khí .25 CHƯƠNG VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT PHA CỦA HỆ THỐNG 28 CÁP NGẦM CAO ÁP 28 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 28 3.2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN 29 3.2.1 Gradient điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài cáp 29 3.2.2 Màn chắn hoán vị .32 3.3 ĐẤU ĐẤT VỎ CÁP Ở MỘT ĐIỂM 34 3.3.1 Điện áp trì vỏ 34 3.3.2 Tuyến cáp dài (gồm nhiều đoạn) .34 3.3.3 Dây dẫn liên tục tiếp đất song song .34 3.3.4 Bố trí đường cáp .35 3.4 ĐẤU NỐI ĐẢO PHA 36 3.4.1 Cơ sở bố trí mạch 36 3.4.2 Đường cáp dài 38 3.5 CHỌN HỆ THỐNG ĐẢO PHA .40 3.5.1 Dùng điểm đấu vỏ 40 3.5.2 Uu điểm nối đất đảo pha 40 3.5.3 Chọn hệ thống nối đất đảo pha .41 3.6 ĐIỆN ÁP DUY TRÌ TRONG VỎ 42 3.6.1 Giới hạn điện áp trì vỏ 42 3.6.2 Đầu nối vỏ điểm 42 3.6.3 Đảo pha nối đất phân đoạn cáp 42 3.6.4 Nối đất đảo pha liên tục .43 3.7 VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG CÁP CÓ ĐẢO PHA NỐI ĐẤT 43 3.7.1 Quá điện áp sét .43 3.7.2 Quá điện áp thao tác 43 3.8 QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ TRONG HỆ THỐNG KHƠNG CĨ THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ CÁP 44 3.8.1 Cáp có vỏ nối đất đảo pha .44 3.8.2 Cáp có điểm nối vỏ điểm .44 3.9 THIẾT BỊ GIỚI HẠN ĐIỆN ÁP VỎ 45 3.9.1 Khe hở phóng điện .45 3.9.2 Điện trở phi tuyến 46 3.9.3 Điện trở phi tuyến mắc nối tiếp với khe hở (chống sét) 46 3.10 THIẾT KÊ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ .46 3.10.1 Khe hở phóng điện .46 3.10.2 Thiết bị hạn chế điện áp vỏ kiểu điện trở phi tuyến 47 3.10.3 Hạn chế điện áp kiểm chống sét 48 3.10.4 Thiết kế dây kết nối .49 CHƯƠNG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG TRONG CÁP nGẦM 51 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 51 4.2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TRƯỜNG 51 4.2.1 Trường hợp cáp tải dòng chiều 51 4.2.2 Trường hợp cáp tải dịng điện xoay chiều tần số cơng nghiệp 52 4.3 ĐIỆN DUNG CỦA CÁP 52 4.4 ĐIỆN TRỞ CỦA LÕI DẪN TRONG CÁP ĐIỆN 54 4.5 TỔN THẤT ĐIỆN MÔI .54 4.6 ĐIỆN ÁP ĐÁNH THỦNG CÁCH ĐIỆN 55 4.7 ĐIỆN TRƯỜNG TRONG CÁP ĐIỆN 57 4.8 PHƯƠNG TRÌNH TỔNG QUÁT CỦA TỪ TRƯỜNG 61 4.9 ĐIỆN CẢM CỦA ĐIỆN ÁP 62 4.10 ĐIỆN TRỞ TÁC DỤNG LÕI DẪN ĐIỆN CỦA CÁP 65 4.10.1 Hiệu ứng bề mặt 65 4.10.2 Hiệu ứng tương hỗ .67 4.11 TỔN THẤT TRONG VỎ KIM LOẠI .68 4.12 CÁC TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO CÁP XLPE 1Cx1250 – 110kV 1Cx1750 – 220kV .73 Sơ đồ khối tính tốn: 73 CHƯƠNG 77 SO SÁNH CÁP NGẦM CAO ÁP VỚI ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 77 5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 77 5.2 SO SÁNH CÁC ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH, KINH TẾ CỦA CÁP NGẦM CAO ÁP VỚI ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG TẠI VIỆT NAM 77 5.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁP NGẦM CAO ÁP VỚI ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 79 CÁC PHỤ LỤC 85 CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành công nghiệp điện lực ngành công nghiệp sở quan trọng quốc gia nào, đặc biệt cho nước phát triển nhanh nước ta Trong hệ thống điện nói chung hệ thống đường dây truyền tải cao áp đóng vai trò quan trọng Trước đường dây truyền tải thường đường dây không với hệ thống cột đỡ từ mạch dây dẫn đến chí mạch 12 dây dẫn Trong năm gần với phát triển nhanh đất nước hình thành nhiều thành phố lớn, dân cư đơng đúc, với nhiều cơng trình tòa nhà cao tầng, đặc biệt việc đòi hỏi yêu cầu thẩm mỹ thành phố đại việc xây dựng đường dây truyền tải cao áp khơng gặp nhiều khó khăn Do việc xây dựng đường dây tải điện cao áp hệ thống cáp ngầm trở thành phần tất yếu hệ thống điện đại thành phố Hình vẽ 1-1 mơ tả phát triển hệ thống truyền tải cáp ngầm cao áp số nước giới năm gần Ta thấy xu hướng sử dụng hệ thống truyền tải điện cáp ngầm cao áp số nước giới tăng mạnh năm gần đây, thể xu hướng giới hệ thống điện đại lợi ích lâu dài việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Xuân An - HTĐ 2005-2007 Hình vẽ 1-1: Xu hướng sử dụng cáp ngầm hệ thống truyền tải 1.1.1 Các lợi ích việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải cao áp Những lợi ích việc sử dụng hệ thống cáp ngầm cao áp gồm có: a Linh hoạt đơn nhất: Chỉ có hệ thống cáp ngầm có tính chất sau: đặt ngầm, đảm bảo tính mỹ thuật thành phố đại va thông thường yêu cầu khoảng đất nhỏ để lắp đặt, hạn chế điện trường, từ trường, giảm tổn thất Do hệ thống truyền tải cáp ngầm cao áp thích hợp cho trường hợp sau: - Những vùng đô thị đông đúc dân cư - Những vùng hạn chế đất đai việc trồng cột khó khăn sơng, biển vùng địa lý phức tạp - Những vùng thiên nhiên bảo tồn cơng trình xây dựng di sản văn hóa - Những vùng đất dùng cho việc mở rộng thành phố tương lai, để mở rộng, phát triển vùng dân cư b Giải pháp hiệu giá: Trong khứ chi phí cao nguyên nhân cản trở việc ứng dụng hệ thống cáp ngầm Ngày Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Xuân An - HTĐ 2005-2007 với phương pháp sản xuất tiên tiến, giá thành thấp, tiến công nghệ sản xuất lắp đặt tăng lên độ tin cậy, chênh lệch giá đường dây truyền tải cáp ngầm đường dây truyền tải không thu nhỏ lại Điều có nghĩa nhà hoạch định ngày quan tâm nhiều đến hệ thống cáp ngầm giải pháp có tính kinh tế kỹ thuật hiệu lâu dài mà khó khăn đất đai, yêu cầu thẩm mỹ q trình phát triển hệ thống Ngồi việc giảm cản trở tầm nhìn (tăng tính thẩm mỹ) hệ thống cáp ngầm yêu cầu chi phí bảo dưỡng thấp so với đường dây khơng Nhìn chung chúng chịu ảnh hưởng từ thời tiết giơng, sét, mưa bão…(Hình vẽ 1-2 minh họa ảnh hưởng bão cột đỡ đường dây không) Hơn hệ thống cáp ngầm sản xuất dây dẫn đồng, giảm đến khoảng 30% tổn thất so với đường dây khơng Chính lâu dài, nói giải pháp chấp nhận mặt kinh tế Hình vẽ 1-2: Cột điện bị đổ sau bão c Công nghệ cao: Ngày công nghệ chơn, lắp đặt cáp có tiến vượt bậc làm tăng tính sử dụng hệ thống cáp ngầm như: - Dễ dàng lắp đặt đấu nối Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Xuân An - HTĐ 2005-2007 - Thân thiện với môi trường người dùng - Giảm giá thành lắp đặt - Giảm không tốn giá thành bảo dưỡng - Hình vẽ 1-3 mơ tả số hình ảnh q trình lắp đặt cáp ngầm cơng nghệ đại Hình vẽ 1-3: Một số hình ảnh trình lắp đặt cáp ngầm cao áp d Tăng tính tin cậy: hệ thống cáp ngầm đại chủ yếu dùng Polyethylen (XLPE-Hình vẽ 1-4 rõ cấu tạo cáp điện XLPE điển hình) làm lớp vỏ cách điện Lớp vỏ cách điện thí nghiệm thời gian dài kết luận đảm bảo tính tin cậy cao Những hệ thống cáp điện dựa công nghệ vận hành cho 20 năm ghi lại độ tin cậy cao Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Xuân An - HTĐ 2005-2007 10 Hình vẽ 1-4: Cấu tạo cáp điện cao áp điển hình với cách điện XLPE e Giảm tổn thất hệ thống truyền tải: Hệ thống cáp ngầm truyền tải điện cao áp có hiệu so với đường dây khơng dây dẫn thơng thường dùng hệ thống dây đồng vận hành nhiệt độ thấp f Tăng khả giám sát: Để giảm thời gian điện, người vận hành hệ thống điện sử giám sát hệ thống cáp ngầm cảm biến nhiệt độ Cảm biến cho phép cho phép dây cáp chấp nhận mức độ tải cho phép mà phần hệ thống điện bị cố Điều có nghĩa là, giám sát mức độ q tải tồn hệ thống, hay nói cách khác mức bền vững hệ thống tốt Trong trường hợp cố xảy cáp, cảm biến đại cho phép tìm xác định chỗ xảy cố nhanh nhiều so với trước 1.1.2 Trường điện từ đường dây cáp ngầm truyền tải cao áp Mặc dù hệ thống cáp ngầm sử dụng từ khoảng nửa kỷ trước đây, nhiên việc nghiên cứu, lắp đặt vấn đề kỹ thuật tính tồn hệ thống điện truyền tải điện ngầm cao áp lĩnh vực thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu công ty điện Luận văn tốt nghiệp cao học Vũ Xuân An - HTĐ 2005-2007 ... án nghiên cứu giải pháp công nghệ, ứng dụng cho hệ thống cáp ngầm cao áp Việt Nam Cấu tạo hệ thống cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE, công nghệ lắp đặt cáp, giải pháp nối đất cáp ngầm cao áp. .. dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải cao áp Những lợi ích việc sử dụng hệ thống cáp ngầm cao áp gồm có: a Linh hoạt đơn nhất: Chỉ có hệ thống cáp ngầm có tính chất sau: đặt ngầm, đảm bảo tính. .. Chương luận án nghiên cứu đảo pha hệ thống cáp ngầm cao áp Chương luận án nghiên cứu tính toán vấn đề ảnh hưởng trường điện từ sinh đường dây cáp ngầm cao áp cụ thể phương pháp tính tốn điện trường