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 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CỘT NHIỀU MẠCH NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Đồn Anh Tuấn Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG 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. Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng 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 cơng 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 tốn cung cấp điện thì việc xây dựng ĐDK liên kết cung cấp điện càng khĩ khăn gấp bội do quỹ đất ngày càng hạn hẹp. Xây dựng đường dây trên khơng truyền tải hỗn hợp nhiều mạch trên khơng (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 đĩ đề xuất phạm vi hành lang tiếp đất an tồn của các cơng trình được phép tồn tại trong hành lang tuyến chưa được qui định trong Qui 2 phạm trang bị điện cũng như các thơng tư nghị định Việt Nam. 3. Ý nghĩa khoa học và những đĩng gĩp mới a. Ý nghĩa khoa học của luận văn Khảo sát, phân tích kết quả tính tốn cường độ điện trường của đường dây hỗn hợp 4 mạch 500 - 220kV đối với mơi 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 đĩng gĩp 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 tốn cường độ điện trường.
Chương 3: Tính tốn phân bố cường độ điện trường của đường dây hỗn hợp 4 mạch cấp điện áp 500kV và 220kV.
Chương 4: Mơ hình hĩa lưới điện hỗn hợp siêu cao áp bằng phần mềm EMTP - Tính tốn 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 khơng gian quanh nĩ điện trường và từ trường tần số cơng nghiệp. Khoảng cách mà các trường này phân bổ kể từ dây dẫn đường dây ảnh hưởng đến khoảng khơng 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 dịng điện chạy trong dây dẫn hay là độ mang tải của đường dây. Bởi vì phụ tải điện của hệ thơng 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 cĩ 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 khơng cĩ 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 TỒN CHO DÂN CƯ ĐỐI VỚI ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. Hiện nay các tổ chức nghiên cứu về điện từ trường trên tồn thế 4 giới cho rằng điện từ trường cĩ hại cho sức khỏe, nhưng giá trị cực đại cho phép về điện từ trường đối với dân cư khơng quy định cụ thể và phần lớn các đường dây truyền tải điện trên khơng đã xây dựng khơng 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 khơng xoay chiều tần số cơng nghiệp. Từ các tiêu chuẩn này người ta thiết kế và xây dựng tất cả các cơng trình điện. Theo Quyết định số 183/NL-KHKT của Bộ Năng lượng về “Mức cho phép của cường độ điện trường tấn số cơng 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, khơng hạn chế thời gian Trong đĩ, t (h) là thời gian cho phép làm việc trong một ngày đêm dưới cường độ điện trường. + Khơng cho phép làm việc ở những nơi cĩ cường độ điện trường lớn hơn 25 kV/m nếu khơng cĩ phương tiện bảo vệ. + Nếu đã làm việc trong điện trường hết thời gian quy định tại thì thời gian cịn lại trong ngày chỉ được phép làm việc ở những nơi cĩ 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 tồn cao. 5 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 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 khơng nên các vấn đề liên quan đến từ trường bởi đường dây trên khơng 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 tốn cơ bản trong Lý thuyết trường điện từ, đặc biệt là định luật Culơng và định luật Gaux thường được tính tốn đối với đường dây truyền tải điện trên khơng. 2.2.1. Định luật Culơng Định luật Culơng được phát biểu như sau: Hai điện tích điểm đứng yên ở hai điểm M1, M2 trong một hệ qui chiếu quán tính đặt trong chân khơng hình 2.1, tác dụng lực tĩnh điện với nhau (điện tích nọ tác dụng với trường của điện tích kia) theo luật: 122 120 2 11 4 r r qqF piε = (2-1) 212 210 1 22 4 r r qqF piε = (2-2) Hệ luận 1: Trong chân khơng cường độ trường tĩnh điện ở M2 ứng với một điện tích điểm q1 đặt yên ở M1 bằng: 212 210 1 2 4 )( r r q ME piε = (2-3) Khi đã qui ước rõ cách xác định vectơ vị trí, ta cĩ : 2 04 )( r qME piε = (2-4) Hệ luận 2: Riêng đối với một mơi trường tuyến tính theo nguyên tắc xếp chồng, cường độ điện trường ứng với một số điện tích 6 điểm q1, q2, …, qn bằng sự xếp chồng các thành phần ứng với mỗi điện tích: ∑ = = n k k k k r r q ME 1 2 04 1)( piε (2-5) r 12M1 M2F 2 F1 q > 01 q > 02 r 12M1 M2F 2 F1 q < 01 q < 02 a) Hai điện tích cùng dấu r 12M1 M2 F1 q > 01 q > 02 F 2 b) Hai điện tích khác dấu Hình 2.1: Lực tĩnh điện giữa hai điện tích điểm 2.2.2. Định luật Gaux Thơng lượng vectơ cường độ điện trường E đi ra khỏi mặt kín S trong một mơi trường, bằng tổng các điện tích (tự do và ràng buộc) bọc trong mặt đĩ chia cho ε: ∫ ∑ = S q Eds ε (2-6) Hoặc ∫ ∑∫ == S td S qEdsDds ε (2-7) 2.2.3. Bài tốn điện trường đối xứng xuyên trục Một trục mang điện hoặc một vật dẫn hình trụ trịn, thẳng, dài vơ hạn đặt trong mơi trường điện mơi, cĩ nhiều lớp hình trụ, đồng trục, điện trường sẽ đối xứng qua trục và chỉ phụ thuộc riêng khoảng cách r đến trục. Trong trường hợp này, ϕ, E, D…chỉ phụ thuộc khoảng cách đến trục và E = Er, D = Dr chỉ cĩ thành phần xuyên trục, ví dụ trường hợp một dây hoặc một trục thẳng mang điện. Để tính D(r), E(r) ta lấy một mặt trụ trịn S cĩ bán kính r và chiều dài l, đồng trục với vật dẫn. Giả sử, điện tích phân bố trên trục 7 dẫn với mật độ đường τ, tức điện tích bao trong mặt S bằng τl. Vận dụng định luật Gaux cho mặt S ta cĩ: ∫ ∫ ∫ ==== S S S r lrlDdsDdsDDds τpi2. (2-8a) hoặc : r rDrD r pi τ 2 )()( == ; r rErE r piε τ 2 )()( == (2-8b) Lấy tích phân ta được hàm thế so với mặt trụ bán kính ro chọn làm mốc : ∫ ∫−=−= r r r r r dr r drEr 0 0 2 )( piε τϕ (2-9) Trong trường hợp mơi trường tuyến tính, tích phân ( 2-9 ) cho : r r rr r 0ln 2 )ln(ln 2 )( 0 piε τ piε τϕ =−= (2-10) Bằng cách vận dụng các định luật và bài tốn cơ bản nĩi trên, đặc biệt là vận dụng trực tiếp định luật Gaux, ta cĩ thể tính được cường độ điện trường dưới đường dây siêu cao áp. 2.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH GIÁN TIẾP CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG QUA HÀM THẾ ϕ. Trước hết ta xét bài tốn điện trường của hai trục dài thẳng song song mang điện và từ kết quả nhận được sẽ mở rộng cho trường hợp đường dây ba pha. Điện trường của hai trục dài thẳng song song mang điện. Xét hai trục dài thẳng song song mang điện trái dấu, đặt cách nhau một khoảng 2h như trên hình 2.4. Vận dụng kết quả bài tốn điện trường đối xứng xuyên trục để tìm thế ở điểm M(r-, r+) bất kỳ. Khi chỉ cĩ riêng rẽ trục +τ hoặc trục - τ, giá trị thế thứ tự bằng: + ++ =+ r r0ln 2 )( piε τ τϕ (2.11) − − − =− r r0ln 2 )( piε τ τϕ (2.12) 8 Trong đĩ: +0r , − 0r là những tọa độ các điểm mốc cĩ thế bằng zêrơ. Xếp chồng lại, cĩ thế ở M(r+, r-):         +=       −= − + + − − − + + −+ 0 000 lnln 2 lnln 2 ),( r r r r r r r r rrM piε τ piε τϕ (2.13) Cũng nên chú ý tính đối xứng của đường dây, dễ thấy mặt phẳng đối xứng Oy, tức tập những điểm cĩ r+ = r-, đi qua gốc và đi ra xa đến vơ cùng, là một mặt đẳng thế. Chọn thế trên mặt đĩ bằng zêrơ, suy ra phải chọn tỷ số ( +0r / −0r ) = 1 và do đĩ cĩ:         = − − −+ r r rrM ln 2 ),( piε τϕ (2.14) Tiếp theo hãy chọn phân tích các đường đẳng thế. Từ (2.14) đường đẳng thế cĩ phương trình: const r r = + − ln hoặc r -=kr+ hoặc (r -)2 - k2(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 cĩ: (r -)2 = (x+a)2 +y2, (r -)2 = (x - a)2 + y2 (2.16) Thay vào (2.15) ta cĩ phương trình: 0 1 12 222 2 2 =++ − + − ayx k k ax (2.17) Đặt K = (k2+1)/(k2-1), phương trình 2.17 cĩ dạng đường trịn 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 φ1, φ2,… đã cho, ta sẽ tìm được một họ thơng số k, K, R ứng với một họ những vịng R, X (mặt trụ trịn) đẳng thế tính theo 2.15. Từ (2.18) nếu R > R - a, tức là họ những vịng trịn đẳng thế đều ơm lấy trục mạng điện hình 2.3. Do tính chất đối xứng của trường qua mặt Oyz, cĩ thể lập luận họ những đẳng thế - φ1, - φ2,… là những vịng trịn đối xứng với họ những đẳng thế φ1, φ2,… qua trục y. Trong thực tế các bài tốn điện trường một đường dây cĩ hai dây dài thẳng song song, nạp những điện tích bằng nhau trái dấu. Đối với các bài tốn nhiều dây cũng phân tích đưa về nhiều bài tốn hai dây xếp chồng lại. CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN 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 khơng bao gồm một bộ dây dẫn kích thước thích hợp được bố trí hợp lý trong khơng 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 tồn khác nhau cho người và các phương tiện cơng 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 TỐN. Hiện nay, việc thiết kế, xây dựng đường dây truyền tải điện trên khơng 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 tồn cơng trình lưới điện cao áp; - Cơng văn 3146/CV-EVN-KTAT ngày 21/6/2007 của Tập đồn Điện lực Việt Nam về việc Quy định nối đất tạm thời cho kết cấu kim loại của nhà và cơng trình gần đường dây cao áp và siêu cao áp. - Thơng tư 03/2010/TT-BCT ngày 22/01/2010 của Bộ cơng thương quy định về bảo vệ an tồn cơng trình lưới điện cao áp. 3.3. MỤC ĐÍCH. Tính tốn cường độ điện trường dưới đường dây siêu cao áp nhằm đảm bảo cho người cĩ thể sinh sống, làm việc trong điều kiện cĩ điện trường ở mức cho phép mà khơng ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 3.4. CÁC GIẢ THIẾT ÁP DỤNG TRONG TÍNH TỐN ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG PHẠM VI ĐỀ TÀI. Đường dây truyền tải điện trên khơng (ĐDK) xoay chiều 3 pha là đối xứng cĩ tổng các véc tơ điện áp và dịng điện trên mỗi pha bằng khơng; Đường dây 4 mạch cĩ 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 cĩ cùng dịng 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 vuơng gĩc với đường dây và cách mặt đất một độ cao y = Eh khơng đổi; Trong thực tế cĩ 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 Eh=18m, Eh=13m và Eh=8m đối với ĐDK 220kV; Eh=16m và Eh=14m đối với ĐDK 500kV; Eh=18m, Eh=14m và Eh=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 tốn và lấy kết quả phân tích đánh giá. 3.5. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN. Đường biểu diễn cường độ điện trường E(kV/m) với khoảng cách x(m) trong hệ trục tọa độ xOy. Gĩc 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 tốn đối với đường dây 220kV mạch kép (2 mạch đi chung một hàng cột). PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH MẶT ĐẤT X( m) ( 0 2 MẠCH 220 kV BỐ TR Í THUẬN 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 [ k V / m ] Eh=8m Eh=13m Eh=18m PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH MẶT ĐẤT X( m) ( 0 2 MẠCH 220 kV BỐ TR Í NG ỊCH PHA ) 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 [ k V / 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 tốn cường độ điện trường đối với đường dây 220kV mạch kép cĩ độ võng dây dẫn thấp nhất so với mặt đất hf=8m. Cường độ điện trường Emax=4,337kV/m (thuận) và Emax=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 ngồi 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 luơn cĩ giá trị nhỏ hơn so với trường hợp bố trí dây dẫn thuận pha. 3.5.2. Khảo sát kết quả tính tốn đối với đường dây 500kV mạch kép (2 mạch đi chung một hàng cột). Quan sát tiếp kết quả tính tốn đối với đường dây truyền tải điện 500kV mạch kép độ võng thấp nhất so với mặt đất hf =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 hf=14 m cĩ cường độ điện trường lớn nhất trong trường hợp này Emax=8,013kV/m, tại điểm cách tim tuyến xmax=±5 m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn Eh=16 m, cường độ Emax=6,454kV/m, tại tim tuyến đường dây xmax= 0m. Cường độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngồi phạm vi từ tim tuyến x(E≤1kV/m)> ±27m ra hai bên. P HÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m) (02 M ẠCH 220kV BỐ TR Í THUẬN P HA ) 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 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x[m] E [ k V / m ] Eh=14m Eh=16m PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m) (02 M ẠCH 220kV BỐ TR Í NG ỊCH PHA ) 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 [ k V / 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 hf=14 m cĩ cường độ điện trường lớn nhất trong trường hợp này Emax=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&220kV 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 [ k V / m ] Eh=8m Eh=14m Eh=18m PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m) (04 M ẠCH 500&220kV BỐ TR Í NG ỊCH P HA 220kV&500kV B ÊN P HẢI) 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 [ k V / m ] Eh=8m Eh=14m Eh=18m xmax=±9m. Tương ứng ở độ võng treo dây dẫn Eh=16m, cường độ Emax=3,852kV/m, tại tim tuyến đường dây xmax= =±10m. Cường độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngồi phạm vi từ tim tuyến x(E≤1kV/m)> ±27m ra hai bên. 3.5.3. Khảo sát kết quả tính tốn 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 tốn 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 hf=8m; 14m; 18m, bố trí thuận và các trường hợp nghịch pha. Hình 3.5 P HÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁ C ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X (m) (04 M ẠCH 500&220kV BỐ TR Í N G ỊCH P HA 500kV) 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 [ k V / m ] Eh=8m Eh=14m Eh=18m P HÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁ C ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m) (04 M ẠCH 500&220kV BỐ TR Í NG ỊCH P HA 220kV) 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 [ k V / m ] Eh=8m Eh=14m Eh=18m Hình 3.6 Hình 3.7 PHÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH MẶT ĐẤT X(m) (04 MẠCH 500&220kV BỐ TRÍ NGỊCH PHA 220kVTRÁI &500kV BÊN PHẢI) 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 [ k V / 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 CA B C A B C 14 Bảng 3.1- Bảng Tổng hợp kết quả tính tốn cường độ điện trường. Emax Hf=8m [kV/m] Hf=14m [kV/m] Hf=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 tốn cường độ điện trường đối với đường dây trên khơng hỗn hợp nhiều mạch (ĐDKN - 4 mạch) với năm trường hợp bố trí dây dẫn khác nhau, các trường hợp cĩ thực hiện bố trí đảo pha luơn cĩ xu hướng cho kết quả cường độ điện trường giảm. 3.6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Đường dây truyền tải điện trên khơng siêu cao áp sinh ra trong khơng gian xung quanh nĩ 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 luơn cĩ 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 ngồi 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 cĩ qui định cụ thể nhằm tránh lãng phí trong cơng 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: MƠ HÌNH HĨA LƯỚI ĐIỆN HỖN HỢP SIÊU CAO ÁP BẰNG PHẦN MỀM EMTP TÍNH TỐN 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 phĩng điện đối với đường dây bên cạnh trong các chế độ đĩng 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 đĩng cắt, cũng như trường hợp sự cố. 4.3. CƠ SỞ TÍNH TỐN Theo Qui phạm trang bị điện 11TCN-19-2006. Bảng 4.3: Thơng số ĐDK cấp điện áp 500kV và 220kV. Thơng số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV Điện áp max hệ thống [kV] 242 550 242 550 Thứ tự pha Thơng số dây dẫn 6 6 6 6 Loại dây AC330/42 AC330/42 AC330/42 AC330/42 16 Thơng số 220kV 500kV Hỗn hợp 220-500kV Ứng suất của dây dẫn daN/m2 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 Thơng 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 Thơng 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 Mơ phỏng tính tốn bằng cách xây dựng mơ hình sơ đồ vận hành đường dây đi gần và hỗn hợp trên phần mềm tính tốn EMTP- RV; 17 Mơ hình EMTP được trình bày tại hình 4.1. Hình 4.1: Hình mơ phỏng vận hành đường dây 220kV và 500kV 4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TỐN. Kết quả tính tốn khảo sát đối với các chế độ vận hành, quá trình đĩng cắt và các dạng sự cố khác nhau được chương trình EMPT mơ 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 sĩng 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 L F L o a d 1 + 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| 1E15| 0 + SW4 -1ms| 1E15| 0 + SW5 -1| 1E15| 0 + SW6 -1| 1E15| 0 + SW7 -1| 1E15| 0 + SW8 -1| 1E15| 0 + S W 9 1 E 1 5 | 1 0 u s | 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 18 Trường hợp đường dây 500kV vận hành 2 mạch, đường dây 220kV chưa vận hành. Đường biểu diễn dạng sĩng điện áp trên hình 4.3. Hình 4.3: Đường 500kV vận hành bình thường. Trường hợp đường dây 500kV vận hành 2 mạch, đường dây 220kV vận hành 2 mạch xem hình 4.4. Hình 4.4: Đường 500kV và 220kV vận hành bình thường. 4.4.2. Chế độ đĩng cắt. Giả thuyết khảo sát mạch điện trong các điều kiện sau: - Đường dây 220kV mạch kép đang vận hành; - Đường dây 500kV vận hành một mạch; - Sau khoảng thời gian 80ms đĩng mạch 500kV thứ 2, tiếp theo 70ms sau cắt mạch 500kV mới đĩng và thời gian 50ms sau đĩ tiếp đất 3 pha đường dây 500kV để cắt điện áp duy trì trên mạch. Thời gian khảo sát khoảng t=240ms. 19 Hình 4.4a: Chế độ đĩng cắt một mạch 500kV trên ĐDK4. Hình 4.4b: Chế độ đĩng cắt một mạch 500kV trên ĐDK4 Nhận xét: o Khi đã cắt 2 đầu đường dây 500kV, trên đường dây vẫn duy trì điện áp rất lớn gần bằng một nửa với điện áp ban đầu về độ lớn. o Cảm ứng điện áp lên mạch đường dây 220kV đang vận hành làm sĩng điện áp của đường dây tăng lên so với điện áp vận hành bình thường 7,8%, thời gian duy trì nhỏ < 2ms, khơng gây ảnh hưởng đến quá trình vận hành đường dây điện áp 220kV. 4.4.3. Chế độ sự cố. Đặt vấn đề khảo sát mạch điện trong các điều kiện sau: 20 - Đường dây 220kV và 500kV hỗn hợp 4 mạch đang vận hành; - Thời gian khảo sát trong 240ms. 4.4.3.1. Trường hợp ngắn mạch chạm đất. Giả thuyết 1: đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Cho pha “a” của đường dây 500kV (thứ 2-VM53) ngắn mạch chạm đất sau thời gian 50ms. Pha “b” và “c” ngắn mạch chạm đất lần lược sau thời gian 50ms tiếp theo. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên hình 4.5a. Hình 4.5a: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4 Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kV của mạch hỗn hợp 500kV-220kV trong trường hợp này được thể hiện trên hình 4.6b Hình 4.5b: Chế sự cố L-L một mạch 500kV trên ĐDK4 Giả thuyết 2: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Cho pha “a”, pha “b”, pha “c” của đường dây 500kV (thứ 2-VM53) cùng 21 ngắn mạch chạm đất sau thời gian 100ms. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên hình 4.5c. Hình 4.5c: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4. Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kV của mạch hỗn hợp 500kV-220kV trong trường hợp này được thể hiện trên hình 4.5d. Hình 4.5d: Chế sự cố L-G một mạch 500kV trên ĐDK4. 4.4.3.2. Trường hợp ngắn mạch khơng chạm đất. Giả thuyết 1: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Sau thời gian 100ms cho pha “a” và pha “b” của đường dây 500kV (thứ 2-VM53) ngắn mạch khơng chạm đất. Pha “c” tiếp tục ngắn mạch cùng với pha “a” và pha “b”. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên hình 4.6a. 22 Hình 4.6a: Chế sự cố L-L một mạch 500kV ĐDK4 Đường biểu diễn điện áp các pha đường dây 220kVtrong trường hợp này được thể hiện trên hình 4.6b; Hình 4.6b: Chế sự cố L-L một mạch 500kV trên ĐDK4. Giả thuyết 2: Đường dây hỗn hợp 4 mạch đang vận hành. Sau thời gian 100ms cho pha “a”, pha “b” và pha “c” của đường dây 500kV ngắn mạch khơng chạm đất. Đồ thị biểu diễn quá trình khảo sát trên hình 4.6c. Hình 4.6c: Chế sự cố L-L-L một mạch ĐDK4 23 4.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Từ các kết quả mơ phỏng tính tốn trên phần mềm EMTP cho thấy các đường dây 500kV và 220kV hỗn hợp được thiết kế với khoảng cách 8,5m giữa 2 pha gần nhau khác cấp điện áp theo qui phạm trang bị điện cho thấy: - Trường hợp vận hành mạch điện cấp điện áp 220kV, điện áp cảm ứng từ đường dây vận hành 220kV sang đường dây 500kV khơng vận hành là rất lớn 23,9kV. Khi vận hành cấp điện áp 500kV điện áp ảnh hưởng lên mạch 220kV là 108,369kV. - Khi vận hành bình thường, dạng sĩng và độ lớn điện áp trên các đường dây đang vận hành gần như khơng đổi. - Điện áp của đường dây cấp điện áp 220kV ảnh hưởng do đường dây cấp điện áp 500kV trong trường hợp sự cố tăng từ 12,21- 17,84% so với điện áp vận hành bình thường. Điện áp tăng cao nhất rơi vào trường hợp sự cố ngắn mạch 3 pha 500kV khơng chạm đất (Umax220hd =17,8%Ubt). Thời gian duy trì xung điện áp đỉnh xảy ra trong các trường hợp rất bé < 1ms, vì vậy khơng đủ thời gian để thiết bị bảo vệ của hệ thống 220kV hoạt động. Lưới điện hoạt động bình thường. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua những nghiên cứu đã trình bày trong luận văn cĩ thể rút ra những kết luận như sau: Dây dẫn của đường dây tải điện đang làm việc tạo ra trong khơng gian quanh nĩ điện trường và từ trường tần số cơng nghiệp. Khoảng cách mà các trường này phân bổ kể từ dây dẫn đường dây ảnh hưởng đến khoảng khơng 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 ảnh hưởng điện trường tăng cao càng lớn. Đường dây truyền tải điện trên khơng siêu cao áp sinh ra trong 24 khơng gian xung quanh nĩ một điện trường bao phủ dọc theo tuyến đường dây truyền tải. Độ lớn của cường độ điện trường này ngồi những phụ thuộc vào thơng số kỹ thuật dây dẫn cịn phụ thuộc vào độ cao treo dây và cách bố trí các pha trên cột. Các trường hợp chủ động bố trí đảo pha đối với đường dây hỗn hợp nhiều mạch 220kV và 500kV luơn cĩ xu hướng làm giảm cường độ điện trường sinh ra bởi đường dây truyền tải điện. Để nâng cao hiệu quả trong cơng tác tư vấn thiết kế cũng như đầu tư xây dựng các cơng trình điện truyền tải điện siêu cao áp kiến nghị: - Phải đảo pha dây dẫn theo đối xứng chéo qua trục tim tuyến. Nghĩa là đảo pha 500kV bên phải và 220kV bên trái hoặc ngược lại. - Khơng cần thiết phải nối đất an tồn các cơng trình trong và ngồi hành lang tuyến đối với các yêu cầu chỉ định đặc biệt. Hướng phát triển của đề tài Phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ mới tính tốn ảnh hưởng cường độ điện trường của đường dây truyền tải điện trên khơng hỗn hợp 4 mạch (220kV và 500kV) trên cơ sở lý thuyết. Để kết quả được ứng dụng phổ biến rộng rãi và hiệu quả, cần phải xây dựng mơ hình thực nghiệm, đo đạc thí nghiệm cụ thể đối với tất cả các trường hợp từ đĩ kiến nghị Bộ Cơng thương ra qui định về phạm vi hành lang nhà cửa được phép tồn tại trong hành lang tuyến đường dây truyền tải điện. Đối với các nghiên cứu cảm ứng điện áp giữa các mạch đi chung cột cũng phải khảo sát thí nghiệm qua mơ hình thực tế. Từ đĩ, đưa ra khoảng cách tối thiểu giữa các mạch khác cấp điện áp nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư trong cơng tác tư vấn thiết kế xây dựng cơng trình đường dây tải điện. Trong tương lai cần thiết phải khảo sát mức độ ảnh hưởng cường điện trường của đường dây truyền tải điện hỗn hợp 4 mạch 500kV, gĩp phần thúc đẩy sự phát triển hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn tới.