Nghiên cứu tính toán điện trường của đường dây truyền tải điện sử dụng cột nhiều mạch nhiều cấp điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN TƯỜNG TUẤN N N G G H H I I Ê Ê N N C C Ứ Ứ U U T T Í Í N N H H T T O O Á Á N N Đ Đ I I Ệ Ệ N N T T R R Ư Ư Ờ Ờ N N G G C C Ủ Ủ A A Đ Đ Ư Ư Ờ Ờ N N G G D D Â Â Y Y T T R R U U Y Y Ề Ề N N T T Ả Ả I I Đ Đ I I Ệ Ệ N N S S Ử Ử D D Ụ Ụ N N G G C C Ộ Ộ T T N N H H I I Ề Ề U U M M Ạ Ạ C C H H N N H H I I Ề Ề U U C C Ấ Ấ P P Đ Đ I I Ệ Ệ N N Á Á P P Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Đoàn Anh Tuấn Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT Luận văn này sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Ngành Mạng và Hệ thống Điện họp tại Học viện Hải Quân tp. Nha Trang, vào ngày 06 tháng 8 năm 2011. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Theo Qui hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2030 (Qui hoạch điện VII) đang trình chính phủ phê duyệt, dự kiến tăng trưởng điện sản xuất bình quân của hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn sắp tới khoảng 12,8 – 15,9%/năm (giai đoạn 2011- 2015); khoảng 8,9 – 11,4%/năm (giai đoạn 2016 – 2020) và khoảng 7,0 – 8,7%/năm (giai đoạn 2021 – 2030). Tương ứng nhu cầu điện năng nêu trên, hệ thống điện Việt Nam sẽ phải bổ sung thêm một lượng công suất nguồn rất lớn khoảng 22.890MW giai đoạn (2011 – 2015), 70.115MW giai đoạn (2016 – 2020); 97.430MW đến năm 2025 và 137.800MW đến năm 2030. Cũng theo báo cáo này giai đoạn (2011-2030) khối lượng xây dựng đường dây truyền tải đến 500kV tăng 52,9% (năm 2020), đường dây 220kV tăng 59,2% (năm 2015); Từ những dự báo trên việc xây dựng trạm biến áp 220kV, 500kV nằm sâu vào tâm phụ tải mới giải quyết được bài toán cung cấp điện thì việc xây dựng ĐDK liên kết cung cấp điện càng khó khăn gấp bội do quỹ đất ngày càng hạn hẹp. Xây dựng đường dây trên không truyền tải hỗn hợp nhiều mạch trên không (ĐDKN) là giải pháp hữu ích trong giai đoạn đất nước đang cần tiết kiệm nguồn quỹ đất và tài chính để phát triển đồng bộ những lĩnh vực kinh tế khác. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu Mục đích chính của luận văn này là phân tích ảnh hưởng cường độ điện trường của đường dây nhiều mạch – nhiều cấp điện áp, từ đó đề xuất phạm vi hành lang tiếp đất an toàn của các công trình được phép tồn tại trong hành lang tuyến chưa được qui định trong Qui 2 phạm trang bị điện cũng như các thông tư nghị định Việt Nam. 3. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới a. Ý nghĩa khoa học của luận văn Khảo sát, phân tích kết quả tính toán cường độ điện trường của đường dây hỗn hợp 4 mạch 500 - 220kV đối với môi trường xung quanh dựa vào phần mềm EMTP. Khảo sát, kiểm tra ảnh hưởng điện áp giữa các mạch đi gần nhau khác cấp điện áp trên cột nhiều mạch đường dây truyền tải siêu cao áp. b. Những đóng góp mới của luận văn Đề xuất phạm vi tiếp đất loại trừ ảnh hưởng điện áp cảm ứng đường dây truyền tải cao áp nhiều mạch, nhiều cấp điện áp trong điều kiện hành lang chật hẹp. Nâng cao hiệu quả kinh tế đầu tư hệ thống điện Việt Nam. Tạo tiền đề trong yêu cầu thiết kế đối với đường dây truyền tải siêu cao áp nhiều mạch đi trong khu vực dân cư. 4. Bố cục luận án Luận án bao gồm 5 chương chính cùng với phần mở đầu và kết luận  Mở đầu  Chương 1: Ảnh hưởng điện trường của các đường dây truyền tải siêu cao áp và các tiêu chuẩn áp dụng.  Chương 2: Các phương pháp tính toán cường độ điện trường.  Chương 3: Tính toán phân bố cường độ điện trường của đường dây hỗn hợp 4 mạch cấp điện áp 500kV và 220kV.  Chương 4: Mô hình hóa lưới điện hỗn hợp siêu cao áp bằng phần mềm EMTP - Tính toán ảnh hưởng điện áp.  Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1: ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN CAO ÁP VÀ CÁC TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG 1.1. GIỚI THIỆU Dây dẫn của đường dây tải điện đang làm việc tạo ra trong không gian quanh nó điện trường và từ trường tần số công nghiệp. Khoảng cách mà các trường này phân bổ kể từ dây dẫn đường dây ảnh hưởng đến khoảng không gian lên đến hàng chục mét. Độ phân bổ xa của điện trường phụ thuộc vào cấp điện áp của đường dây tải điện, khi điện áp càng cao thì vùng điện trường tăng cao càng lớn. Độ phân bổ xa của từ trường phụ thuộc vào giá trị dòng điện chạy trong dây dẫn hay là độ mang tải của đường dây. Bởi vì phụ tải điện của hệ thông thay đổi trong ngày, trong tuần và theo mùa trong năm, kích thước vùng ảnh hưởng tăng cao, tương ứng mức từ trường cũng thay đổi. 1.2. CÁC TÁC ĐỘNG SINH HỌC CỦA ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG Điện trường và từ trường là các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến trạng thái của tất cả các đối tượng sinh học có mặt trong vùng tác động của chúng. Khi con người ở lâu (hàng tháng - hàng năm) trong điện từ trường của đường dây truyền tải điện trên không có thể phát triển các bệnh tim mạch và hệ thần kinh. Trong những năm sau cùng trong số các hậu quả để lại thường rơi vào các bệnh ung thư. 1.3. KHÁI NIỆM AN TOÀN CHO DÂN CƯ ĐỐI VỚI ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. Hiện nay các tổ chức nghiên cứu về điện từ trường trên toàn thế 4 giới cho rằng điện từ trường có hại cho sức khỏe, nhưng giá trị cực đại cho phép về điện từ trường đối với dân cư không quy định cụ thể và phần lớn các đường dây truyền tải điện trên không đã xây dựng không tính đến sự nguy hiểm này. Bằng con đường thực nghiệm người ta cũng chưa xác định được các tác động sinh học của từ trường ở các mức giá trị điển hình. Tuy vậy, để bảo vệ cộng đồng dây cư người ta đã đưa ra các tiêu chuẩn bảo vệ dân cư khỏi các tác động của điện trường, tạo bởi đường dây truyền tải điện trên không xoay chiều tần số công nghiệp. Từ các tiêu chuẩn này người ta thiết kế và xây dựng tất cả các công trình điện. Theo Quyết định số 183/NL-KHKT của Bộ Năng lượng về “Mức cho phép của cường độ điện trường tấn số công nghiệp và quy định việc kiểm tra ở chỗ làm việc” quy định: + Mức cho phép của cường độ điện trường E phụ thuộc vào thời gian t(h) mà con người chịu tác động trực tiếp của điện trường: * Khi E > 25kV/m, t = 0 ; * Khi 20< E ≤ 25kV/m, t = 1/6; * Khi 5 ≤ E ≤ 20kV/m, t = (50/E)-2; * Khi E < 5kV/m, không hạn chế thời gian Trong đó, t (h) là thời gian cho phép làm việc trong một ngày đêm dưới cường độ điện trường. + Không cho phép làm việc ở những nơi có cường độ điện trường lớn hơn 25 kV/m nếu không có phương tiện bảo vệ. + Nếu đã làm việc trong điện trường hết thời gian quy định tại thì thời gian còn lại trong ngày chỉ được phép làm việc ở những nơi có cường độ điện trường dưới 5 kV. So sánh với các tiêu chuẩn của các nước và các tổ chức quốc tế, qui định của Việt Nam về cường độ điện trường là hợp lý và ở mức an toàn cao. 5 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN TRƯỜNG 2.1. GIỚI THIỆU Phạm vi của đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng cường độ điện trường được sinh ra bởi đường dây truyền tải điện trên không nên các vấn đề liên quan đến từ trường bởi đường dây trên không sẽ được nghiên cứu trong một đề tài khác. 2.2. MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT VỀ ĐIỆN TỪ TRƯỜNG Tổng quát một số định luật và bài toán cơ bản trong Lý thuyết trường điện từ, đặc biệt là định luật Culông và định luật Gaux thường được tính toán đối với đường dây truyền tải điện trên không. 2.2.1. Định luật Culông Định luật Culông được phát biểu như sau: Hai điện tích điểm đứng yên ở hai điểm M 1 , M 2 trong một hệ qui chiếu quán tính đặt trong chân không hình 2.1, tác dụng lực tĩnh điện với nhau (điện tích nọ tác dụng với trường của điện tích kia) theo luật: 12 2 120 2 11 4 r r q qF πε = (2-1) 21 2 210 1 22 4 r r q qF πε = (2-2) Hệ luận 1: Trong chân không cường độ trường tĩnh điện ở M 2 ứng với một điện tích điểm q 1 đặt yên ở M 1 bằng: 21 2 210 1 2 4 )( r r q ME πε = (2-3) Khi đã qui ước rõ cách xác định vectơ vị trí, ta có : 2 0 4 )( r q ME πε = (2-4) Hệ luận 2: Riêng đối với một môi trường tuyến tính theo nguyên tắc xếp chồng, cường độ điện trường ứng với một số điện tích 6 im q 1 , q 2 , , q n bng s xp chng cỏc thnh phn ng vi mi in tớch: = = n k k k k r r q ME 1 2 0 4 1 )( (2-5) r 12 M 1 M 2 F 2 F 1 q > 0 1 q > 0 2 r 12 M 1 M 2 F 2 F 1 q < 0 1 q < 0 2 a) Hai ủieọn tớch cuứng daỏu r 12 M 1 M 2 F 1 q > 0 1 q > 0 2 F 2 b) Hai ủieọn tớch khaực daỏu Hỡnh 2.1: Lc tnh in gia hai in tớch im 2.2.2. nh lut Gaux Thụng lng vect cng in trng E i ra khi mt kớn S trong mt mụi trng, bng tng cỏc in tớch (t do v rng buc) bc trong mt ú chia cho : = S q Eds (2-6) Hoc == S td S qEdsDds (2-7) 2.2.3. Bi toỏn in trng i xng xuyờn trc Mt trc mang in hoc mt vt dn hỡnh tr trũn, thng, di vụ hn t trong mụi trng in mụi, cú nhiu lp hỡnh tr, ng trc, in trng s i xng qua trc v ch ph thuc riờng khong cỏch r n trc. Trong trng hp ny, , E, Dch ph thuc khong cỏch n trc v E = E r , D = D r ch cú thnh phn xuyờn trc, vớ d trng hp mt dõy hoc mt trc thng mang in. tớnh D(r), E(r) ta ly mt mt tr trũn S cú bỏn kớnh r v chiu di l, ng trc vi vt dn. Gi s, in tớch phõn b trờn trc 7 dn vi mt ng , tc in tớch bao trong mt S bng l. Vn dng nh lut Gaux cho mt S ta cú: ==== S S S r lrlDdsDdsDDds 2. (2-8a) hoc : r rDrD r 2 )()( == ; r rErE r 2 )()( == (2-8b) Ly tớch phõn ta c hm th so vi mt tr bỏn kớnh r o chn lm mc : == r r r r r dr r drEr 0 0 2 )( (2-9) Trong trng hp mụi trng tuyn tớnh, tớch phõn ( 2-9 ) cho : r r rr r 0 ln 2 )ln(ln 2 )( 0 == (2-10) Bng cỏch vn dng cỏc nh lut v bi toỏn c bn núi trờn, c bit l vn dng trc tip nh lut Gaux, ta cú th tớnh c cng in trng di ng dõy siờu cao ỏp. 2.3. PHNG PHP TNH GIN TIP CNG IN TRNG QUA HM TH . Trc ht ta xột bi toỏn in trng ca hai trc di thng song song mang in v t kt qu nhn c s m rng cho trng hp ng dõy ba pha. in trng ca hai trc di thng song song mang in. Xột hai trc di thng song song mang in trỏi du, t cỏch nhau mt khong 2h nh trờn hỡnh 2.4. Vn dng kt qu bi toỏn in trng i xng xuyờn trc tỡm th im M(r - , r + ) bt k. Khi ch cú riờng r trc + hoc trc - , giỏ tr th th t bng: + + + =+ r r 0 ln 2 )( (2.11) = r r 0 ln 2 )( (2.12) 8 Trong đó: + 0 r , − 0 r là những tọa độ các điểm mốc có thế bằng zêrô. Xếp chồng lại, có thế ở M(r + , r - ):         +=         −= − + + − − − + + −+ 0 000 lnln 2 lnln 2 ),( r r r r r r r r rrM πε τ πε τ ϕ (2.13) Cũng nên chú ý tính đối xứng của đường dây, dễ thấy mặt phẳng đối xứng Oy, tức tập những điểm có r + = r - , đi qua gốc và đi ra xa đến vô cùng, là một mặt đẳng thế. Chọn thế trên mặt đó bằng zêrô, suy ra phải chọn tỷ số ( + 0 r / − 0 r ) = 1 và do đó có:         = − − −+ r r rrM ln 2 ),( πε τ ϕ (2.14) Tiếp theo hãy chọn phân tích các đường đẳng thế. Từ (2.14) đường đẳng thế có phương trình: const r r = + − ln hoặc r - =kr + hoặc (r - ) 2 - k 2 (r + ) 2 =0 (2.15) Gọi x,y là tọa độ các điểm M trên mặt đẳng thế ấy và 2a = d là khoảng cách giữa hai dây, ta có: (r - ) 2 = (x+a) 2 +y 2 , (r - ) 2 = (x - a) 2 + y 2 (2.16) Thay vào (2.15) ta có phương trình: 0 1 1 2 22 2 2 2 =++ − + − ayx k k ax (2.17) Đặt K = (k 2 +1)/(k 2 -1), phương trình 2.17 có dạng đường tròn tâm (X,O) với: 1 1 2 2 − + == k k aaKX , và 22 aXR += . (2.18) M y x r y −τ +τ + r - a) b) 9 Với những thế φ 1 , φ 2 ,… đã cho, ta sẽ tìm được một họ thông số k, K, R ứng với một họ những vòng R, X (mặt trụ tròn) đẳng thế tính theo 2.15. Từ (2.18) nếu R > R - a, tức là họ những vòng tròn đẳng thế đều ôm lấy trục mạng điện hình 2.3. Do tính chất đối xứng của trường qua mặt Oyz, có thể lập luận họ những đẳng thế - φ 1 , - φ 2 ,… là những vòng tròn đối xứng với họ những đẳng thế φ 1 , φ 2 ,… qua trục y. Trong thực tế các bài toán điện trường một đường dây có hai dây dài thẳng song song, nạp những điện tích bằng nhau trái dấu. Đối với các bài toán nhiều dây cũng phân tích đưa về nhiều bài toán hai dây xếp chồng lại. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HỖN HỢP 4 MẠCH CẤP ĐIỆN ÁP 500kV VÀ 220kV 3.1. GIỚI THIỆU. Một đường dây truyền tải điện trên không bao gồm một bộ dây dẫn kích thước thích hợp được bố trí hợp lý trong không gian, được cách điện và treo trên cột. Tùy theo cấp điện áp mà dây dẫn được treo cách mặt đất với khoảng cách an toàn khác nhau cho người và các phương tiện công cộng qua lại. Đề tài sẽ trình bày và phân tích ảnh hưởng của cường độ điện trường đối với đường dây 4 mạch (2 mạch 500kV và 2 mạch 220kV đi chung cột). Tạo tiền đề trong yêu cầu thiết kế đối với đường dây truyền tải siêu cao áp nhiều mạch đi trong khu vực dân cư. 3.2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN. Hiện nay, việc thiết kế, xây dựng đường dây truyền tải điện trên không được thực hiện trên cơ sở các văn bản quy phạm pháp luật sau: M x y −τ +τ E E E + - M 1 M 2 α α Hình 2.3 10 - Luật Điện lực ban hành ngày 3/12/2004; - Nghị định 106/2005/NĐ-CP, ngày 17/8/2005 của Thủ tướng Chính phủ về việc: Qui định chi tiết và hướng dẫn thi hành luật điện lực về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp; - Công văn 3146/CV-EVN-KTAT ngày 21/6/2007 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc Quy định nối đất tạm thời cho kết cấu kim loại của nhà và công trình gần đường dây cao áp và siêu cao áp. - Thông tư 03/2010/TT-BCT ngày 22/01/2010 của Bộ công thương quy định về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp. 3.3. MỤC ĐÍCH. Tính toán cường độ điện trường dưới đường dây siêu cao áp nhằm đảm bảo cho người có thể sinh sống, làm việc trong điều kiện có điện trường ở mức cho phép mà không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 3.4. CÁC GIẢ THIẾT ÁP DỤNG TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG PHẠM VI ĐỀ TÀI. Đường dây truyền tải điện trên không (ĐDK) xoay chiều 3 pha là đối xứng có tổng các véc tơ điện áp và dòng điện trên mỗi pha bằng không; Đường dây 4 mạch có cấp điện áp 500kV và 220kV đi chung cột (trên một hàng cột); Mặt đất dưới đường dây xem như bằng phẳng; Các dây chống sét được nối đất trực tiếp; Các đường dây đối xứng qua trục là những đường dây vận hành song song ở mỗi pha tương ứng có cùng dòng điện và điện áp; Trục phân bố thẳng đứng (y) là trục đối xứng của cột điện (được xem như trung trực của đường dây) và mặt đất là trục x; Phân bố điện trường là đường phân bố theo mặt cắt ngang vuông góc với đường dây và cách mặt đất một độ cao y = E h không đổi; Trong thực tế có thể sử dụng nhiều dạng sơ đồ cột khác nhau, 11 đề tài chọn khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn điện ở trạng thái võng cực đại đến mặt đất tự nhiên các bước là E h =18m, E h =13m và E h =8m đối với ĐDK 220kV; E h =16m và E h =14m đối với ĐDK 500kV; E h =18m, E h =14m và E h =8m đối với ĐDKN 4 mạch 220kV và 500kV khảo sát từ tim tuyến đường dây ra mỗi bên 100(m). Dùng phần mềm EMTP (Electro Magnetic Transients Programe) để tính toán và lấy kết quả phân tích đánh giá. 3.5. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. Đường biểu diễn cường độ điện trường E(kV/m) với khoảng cách x(m) trong hệ trục tọa độ xOy. Góc tọa độ được đặt tại tim tuyến, trục Ox (m) biểu diễn chiều dài phạm vi ảnh hưởng điện trường và trục Oy (kV/m) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường. 3.5.1. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 220kV mạch kép (2 mạch đi chung một hàng cột). P H ÂN B Ố C ƯỜ NG ĐỘ Đ I Ệ N TR ƯỜ NG T Ạ I CÁC Đ I Ể M CÁCH M Ặ T ĐẤ T X( m ) ( 0 2 M Ạ CH 220 k V B Ố TRÍ T H U Ậ N P HA ) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=13m Eh=18m PH ÂN B Ố C ƯỜ NG ĐỘ Đ I Ệ N TR ƯỜ NG T Ạ I C ÁC Đ I Ể M CÁC H M Ặ T ĐẤ T X( m) ( 0 2 M Ạ CH 22 0 k V B Ố TRÍ N G Ị CH P H A ) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -3 0 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=13m Eh=18m Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.1 và 3.2 là đường biểu diễn cường độ điện trường đường dây 220kV, 2 mạch bố trí các pha dây dẫn thuận và nghịch. Kết quả tính toán cường độ điện trường đối với đường dây 220kV mạch kép có độ võng dây dẫn thấp nhất so với mặt đất h f =8m. Cường độ điện trường E max =4,337kV/m (thuận) và E max =3,247kV/m (nghịch). Cường độ điện trường E được phân bố đối xứng theo trục tim tuyến đường dây truyền tải đang khảo sát ra hai bên. A B C A B C A B C A B C A B C C B A 12 Phạm vi ảnh hưởng cường độ điện trường < 1kV/m là khoảng cách ngoài tim tuyến x >±14m trong mọi trường hợp bố trí pha và độ võng dây dẫn khảo sát. Cường độ điện trường trong trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha luôn có giá trị nhỏ hơn so với trường hợp bố trí dây dẫn thuận pha. 3.5.2. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 500kV mạch kép (2 mạch đi chung một hàng cột). Quan sát tiếp kết quả tính toán đối với đường dây truyền tải điện 500kV mạch kép độ võng thấp nhất so với mặt đất h f =16m; 14m, bố trí thuận pha (thuận). Kết quả được biểu diễn trên đồ thị hình 3.3 cho thấy ở độ võng dây dẫn h f =14 m có cường độ điện trường lớn nhất trong trường hợp này E max =8,013kV/m, tại điểm cách tim tuyến x max =±5 m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn E h =16 m, cường độ E max =6,454kV/m, tại tim tuyến đường dây x max= 0m. Cường độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngoài phạm vi từ tim tuyến x (E≤1kV/m) > ±27m ra hai bên. P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI CÁ C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X (m) (02 M ẠCH 220kV B Ố T R Í T HUẬN P H A ) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 -100 -90 -80 -70 -60 -5 0 -40 -30 -2 0 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=14m Eh=16m P H Â N B Ố C ƯỜNG Đ Ộ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI CÁC Đ IỂM C Á CH M ẶT ĐẤT X (m) (02 M ẠCH 22 0 k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A ) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 -100 - 90 -80 -70 -60 -50 - 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=14m Eh=16m Hình 3.3 Hình 3.4 Đường biểu diễn cường độ điện trường đối với đường dây 500kV mạch kép bố trí nghịch pha (nghịch) trên đồ thị hình 3.4 cho thấy thấy ở độ võng dây dẫn h f =14 m có cường độ điện trường lớn nhất trong trường hợp này E max =5,661kV/m, tại điểm cách tim tuyến A B C A B C A B C C B A 13 PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH MẶT ĐẤT X(m) (04 MẠCH 500&220k V BỐ TRÍ NGỊCH PHA 500kV) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=14m Eh=18m P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜNG T ẠI CÁ C ĐI ỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X(m ) (0 4 M ẠC H 5 00&220 kV B Ố T RÍ N GỊCH P H A 2 2 0kV&500 kV B ÊN P H ẢI) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 -10 0 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=14m Eh=18m x max =±9m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn E h =16m, cường độ E max =3,852kV/m, tại tim tuyến đường dây x max= =±10m. Cường độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngoài phạm vi từ tim tuyến x (E≤1kV/m) > ±27m ra hai bên. 3.5.3. Khảo sát kết quả tính toán đối với đường dây 220kV và 500kV 4 mạch (4mạch bố trí đối xứng đi một chung hàng cột). Tiếp tục quan sát kết quả tính toán đối với đường dây truyền tải điện 220kV và 500kV hỗn hợp 4 mạch, độ võng thấp nhất so với mặt đất lần lượt là h f =8m; 14m; 18m, bố trí thuận và các trường hợp nghịch pha. Hình 3.5 P H Â N B Ố CƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI CÁ C ĐIỂM C Á C H M ẶT Đ ẤT X (m) (04 M ẠC H 5 00&220kV B Ố TR Í N G ỊC H P H A 50 0kV) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=14m Eh=18m P H ÂN B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI CÁ C ĐI ỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X(m ) (0 4 M ẠCH 5 00& 220 kV B Ố T R Í N G ỊCH P HA 2 20kV) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=14m Eh=18m Hình 3.6 Hình 3.7 PHÂN B Ố C ƯỜ NG ĐỘ Đ I Ệ N TR ƯỜ NG T Ạ I CÁC Đ I Ể M CÁ CH M Ặ T ĐẤ T X(m) (04 M Ạ CH 500&220kV B Ố TRÍ NG Ị CH P HA 220kVT RÁ I &50 0kV BÊN P H Ả I) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E[kV/m] Eh=8m Eh=14m Eh=18m Hình 3.8 Hình 3.9 A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C A B C 14 Bảng 3.1- Bảng Tổng hợp kết quả tính toán cường độ điện trường. E max H f =8m [kV/m] H f =14m [kV/m] H f =18m [kV/m] Ghi chú (1) 5,388 3,112 2,308 (2) 4,760 2,512 1,793 (3) 4,297 1,835 1,243 (4) 3,780 1,472 0,947 (5) 3,111 1,010 0,608 Tỷ lệ (5) so với (1) % 42.3 67.5 73.7 * Chú thích: (1) – Trường hợp bố trí dây dẫn thuận pha (2) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 500kV bên phải (3) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV bên phải (4) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV và 500kV bên phải (5) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV trái và 500kV phải Kết quả tính toán cường độ điện trường đối với đường dây trên không hỗn hợp nhiều mạch (ĐDKN - 4 mạch) với năm trường hợp bố trí dây dẫn khác nhau, các trường hợp có thực hiện bố trí đảo pha luôn có xu hướng cho kết quả cường độ điện trường giảm. 3.6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Đường dây truyền tải điện trên không siêu cao áp sinh ra trong không gian xung quanh nó một điện trường bao phủ dọc theo tuyến đường dây truyền tải. Các trường hợp chủ động bố trí đảo pha đối với đường dây hỗn hợp nhiều mạch 220kV và 500kV luôn có xu hướng làm giảm cường độ điện trường sinh ra bởi đường dây truyền tải điện. Cường độ điện trường E≤ 5kV/m tại điểm bất kỳ ở ngoài nhà 15 cách mặt đất 1m. Cường độ điện trường E≤ 1kV/m tại điểm bất kỳ ở trong nhà cách mặt đất 1m. Đối với đường dây 500kV và 220kV hỗn hợp cần phải có qui định cụ thể nhằm tránh lãng phí trong công tác tư vấn. Đối với đường dây hỗn hợp 500kV&220kV đi chung cột phải bố trí đảo pha mạch 500kV bên phải và 220kV bên trái hoặc ngược lại nhằm mục đích hạn chế cường độ điện trường. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA LƯỚI ĐIỆN HỖN HỢP SIÊU CAO ÁP BẰNG PHẦN MỀM EMTP TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG ĐIỆN ÁP 4.1. TỔNG QUAN Cần thiết phải kiểm tra tính đúng đắn về khoảng cách cho phép giữa các mạch truyền tải điện siêu cao áp. Đặc biệt phải kiểm tra khả năng phóng điện đối với đường dây bên cạnh trong các chế độ đóng cắt vận hành đường dây 500kV. 4.2. MỤC ĐÍCH Điện áp cảm ứng của mạch truyền tải nhiều mạch trong các trường hợp vận hành bình thường, quá điện áp đóng cắt, cũng như trường hợp sự cố. 4.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN Theo Qui phạm trang bị điện 11TCN-19-2006. Bảng 4.3: Thông số ĐDK cấp điện áp 500kV và 220kV. Thông số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV Điện áp max hệ thống [kV] 242 550 242 550 Thứ tự pha Thông số dây dẫn 6 6 6 6 Loại dây AC330/42 AC330/42 AC330/42 AC330/42 16 Thông số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV Ứng suất của dây dẫn daN/m 2 12,46 12,46 12,46 12,46 Đường kính dây đơn [m] 0,0253 0,0253 0,0253 0,0253 Số dây phân pha 1 4 1 4 Khoảng cách phân pha [m] 0,45 0,45 Thông số dây chống sét Loại dây GSW GSW70 PhLox116 PhLox116 Đường kính [m] 0,014 0,014 0,014 Loại dây OPGW OPGW 70 OPGW 81 OPGW 81 Đường kính [m] 0,0132 0,0132 0,0132 Thông số hình học Số mạch 2 2 2 2 Số dây chống sét 2 2 - 2 Bố trí dây dẫn Đối xứng Đối xứng Đối xứng Đối xứng Khoảng cách pha [m] m m m m Khoảng cột [m] 300 350 300 300 Độ võng fmax [m] >10 >10 >10 >10 Khoảng cách pha-pha [mm] 6500 10500 6500 10500 Khoảng cách pha - đất [mm] 1800 3200 1800 3200 K.cách giữa 2 cấp đ.áp[mm] - - 8500 8500 K.cách giữa các mạch [mm] 6000 8500 8500 8500 Khoảng cách DD-mặt đất 18 16 7 - Khoảng cách DD-CS 3000 4500 - 4500 Mô phỏng tính toán bằng cách xây dựng mô hình sơ đồ vận hành đường dây đi gần và hỗn hợp trên phần mềm tính toán EMTP- RV; 17 Mô hình EMTP được trình bày tại hình 4.1. Hình 4.1: Hình mô phỏng vận hành đường dây 220kV và 500kV 4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. Kết quả tính toán khảo sát đối với các chế độ vận hành, quá trình đóng cắt và các dạng sự cố khác nhau được chương trình EMPT mô phỏng lại như sau: 4.4.1. Chế độ vận hành bình thường. Đường dây 220kV vận hành 2 mạch bình thường, 2 mạch đường dây 500kV chưa vận hành. Đường biểu diễn dạng sóng điện áp trên hình 4.2 Hình 4.2: Đường 220kV vận hành bình thường. 220kV 500kV + F500 LF LF1 MPLOT + + 2 3 1 B2 2 3 1 B1 + VM ?v/?v/?v 54 CP + 2 MACH 500kV 2MACH 220kV CP + 4 MACH HON HOP 4MACH 500_220kV LF LF2 CP + 2 MACH 500kV 2MACH 500kV LF Load1 + VM 23 ?v + VM 24 ?v + VM 21 ?v + VM 22 ?v + F220 + VM ?v/?v/?v 53 + VM 52 ?v + VM 51 ?v + SW1 0|50ms| 0 + SW2 0|50ms|0 + SW3 -1|1E 15| 0 + SW4 -1ms| 1E15| 0 + SW5 -1|1E15| 0 + SW6 -1|1E 15| 0 + SW7 -1|1E15| 0 + SW8 -1|1E 15| 0 + SW9 1E15|10us|0 + SW11 -1|1E15| 0 + VM 26 ?v c b a a b c bb aa cc b a c b c a c c a a b b c c a a b b a b c bb aa cc b c a a b c a b c