Tài liệu Mạng điện siêu cao áp - chương 3 ppt

Trang 1

Môc Lôc

§−êng d©y dµi siªu cao ¸p vµ hÖ thèng t¶i ®iÖn

phÇn I. kh¸I niÖm chung vÒ l−íi ®iÖn siªu cao ¸p , ®−êng d©y t¶I

®iÖn vµ hÖ thèng ®iÖn t¶I ®iÖn .

I .Kh¸i niÖm chung vÒ l−íi ®iÖn siªu cao ¸p, ®−êng d©y t¶i ®iÖn dµi vµ

hÖ thèng t¶i ®iÖn 2

II. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®−êng d©y t¶i ®iÖn dµi

1. Môc ®Ých

2. HÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n c¬ b¶n cña ®−êng d©y 8

3. Gi¶i ph−¬ng tr×nh ®−êng d©y dµi cho ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn

h×nh sin 9

4. Ph©n tÝch qu¸ tr×nh sãng trªn ®−êng d©y dµi. 11

5. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®Æc tr−ng cho ®−êng d©y dµi 14

6. C«ng suÊt tù nhiªn 19

phÇn II. c¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®−êng d©y t¶I ®iÖn dµI

I. C«ng thøc chung tÝnh chÕ ®é ®−êng d©y dµi thuÇn nhÊt

II. Ph©n bè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn ®−êng d©y

1. §−êng d©y kh«ng tæn thÊt. 22

2. §−qêng d©y cã ®iÖn trë kh¸c kh«ng 25

III.Gãc vµ c«ng suÊt giíi h¹n

1. Gãc δ

2. C«ng suÊt giíi h¹n cña ®−êng d©y dµi 28

IV.C«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn ®−êng d©y

1. C«ng suÊt ph¶n kh¸ng Q2

29

2. C«ng suÊt ph¶n kh¸ng Q1

30

PhÇn III.tÝnh to¸n chÕ ®é cña hÖ thèng t¶I ®IÖn

I.M¹ng bèn cùc

II.Th«ng sè A, B, C, D cña ®−êng d©y thuÇn nhÊt

1. TÝnh chÝnh x¸c 33

2. TÝnh b»ng s¬ ®å thay thÕ 34

3. Th«ng sè A , B , C , D cña c¸c thiÕt bÞ bï 36

4. Th«ng sè A , B , C , D cña c¸c m¸y biÕn ¸p

5. Th«ng sè A , B , C , D cña hÖ thèng t¶i ®iÖn 37

6. TÝnh to¸n chÕ ®é cña ®−êng d©y t¶i ®iÖn theo m¹ng 4 cùc 42

Trang 2

PHÇN I

§−êNG D¢Y DµI SI£U CAO ¸P

vµ hÖ thèng t¶I ®iÖn

I./Kh¸i niÖm chung vÒ l−íi ®iÖn siªu cao ¸p, ®−êng d©y t¶i ®iÖn dµi vµ

hÖ thèng t¶i ®iÖn:

HiÖn nay sù ph¸t triÓn cña hÖ thèng ®iÖn ®ang ®i theo con ®−êng tËp trung

ho¸ s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng, trªn c¬ së c¸c nhµ m¸y ®iÖn lín, ph¸t triÓn vµ sù hîp nhÊt

c¸c hÖ thèng n¨ng l−îng. §iÒu ®ã dÉn ®Õn sù cÇn thiÕt ph¶i x©y dùng vµ më réng

c¸c m¹ng ®iÖn cã ®iÖn ¸p cao, siªu cao vµ cùc siªu cao xoay chiÒu nh− :220, 330,

400, 500, 750 vµ 1150 kV.C¸c ®−êng d©y ®iÖn ¸p cao vµ siªu cao cã vai trß rÊt

quan träng, nã cã kh¶ n¨ng truyÒn t¶i c«ng suÊt rÊt lín vµ cã thÓ t¶i ®iÖn n¨ng ®i

rÊt xa. C«ng suÊt vµ ®é dµi t¶i ®iÖn n¨ng cµng lín th× ®iÖn ¸p sö dông cµng cao,

gi¸ thµnh t¶i ®iÖn sÏ thÊp h¬n.

Khi c«ng suÊt phô t¶i lín, c«ng suÊt c¸c nhµ m¸y ®iÖn tËp trung cao, dÉn ®Õn

ph¶i dïng c¸c ®−êng d©y siªu cao ¸p ®Ó t¶i ®iÖn vµ t¹o thµnh l−íi ®iÖn siªu cao

¸p.

Trong thùc tÕ ®−êng d©y siªu cao ¸p cã c¸c ®Æc ®iÓm :

- Dßng lín nªn ph¶i dïng d©y dÉn cã tiÕt diÖn lín, g©y khã kh¨n cho thi

c«ng l¾p ®Æt. MÆt kh¸c khi vËn hµnh, xung quanh d©y dÉn khi vËn hµnh sÏ xuÊt

hiÖn ®iÖn tr−êng víi c−êng ®é rÊt cao, ®iÖn tr−êng nµy sinh ra vÇng quang. Do ®ã

dÉn ®Õn tæn thÊt c«ng suÊt vµ ®iÖn n¨ng rÊt lín, ®ång thêi g©y nhiÔu v« tuyÕn. V×

vËy ng−êi ta dïng d©y ph©n pha.

D©y ph©n pha: lµ d©y dÉn ë mçi pha cã tiÕt diÖn lín ®−îc thay b»ng mét sè

d©y dÉn cã tiÕt diÖn nhá h¬n. C¸c d©y dÉn nµy ®−îc kÕt chÆt trªn gãc cña mét

khung ®Þnh vÞ ®a gi¸c ®Òu ®Ó gi÷ chóng lu«n lu«n song song víi nhau. Víi ®−êng

d©y 220 kV, mçi pha cã hai d©y dÉn, ®èi víi ®−êng d©y 500 kV, mçi pha cã 3

hoÆc 4 d©y dÉn.

Ta biÕt r»ng ®èi víi ®−êng d©y siªu cao ¸p c−êng ®é ®iÖn tr−êng trªn bÒ mÆt

d©y lµ:

E0

=24.5mδ [ 1+ 2

( . )

.0 613

δ r

]

Trong ®ã :

m: lµ hÖ sè phô thuéc ®é nh¸m cña bÒ mÆt d©y, víi d©y bÖn nhiÒu sîi

m=0,82

δ : lµ hÖ sè phô thuéc vµo mËt ®é kh«ng khÝ.

§èi víi d©y dÉn b×nh th−êng th× c−êng ®é ®iÖn tr−êng g©y ra vÇng quang vµo

kho¶ng 30 kV/cm. Gi¸ trÞ nµy phô thuéc vµo thêi tiÕt, khi Èm −ít hÖ sè bÒ mÆt

gi¶m lµm cho vÇng quang xuÊt hiÖn ë ®iÖn tr−êng thÊp.

Trang 3

r : lµ b¸n kÝnh d©y dÉn.

C−êng ®é ®iÖn tr−êng cho phÐp lín nhÊt trªn bÒ mÆt d©y vµo kho¶ng 20 ®Õn

27 kV/cm. §Ó gi¶m c−êng ®é ®iÖn tr−êng ta ph¶i ph©n pha d©y dÉn.

B¸n kÝnh ®¼ng trÞ lín h¬n nhiÒu b¸n kÝnh cña mét d©y cã tiÕt diÖn t−¬ng

®−¬ng. Do ®ã, lµm cho c−êng ®é ®iÖn tr−êng trªn bÒ mÆt gi¶m thÊp. B¸n kÝnh nµy

lµm gi¶m thÊp ®iÖn kh¸ng ®¬n vÞ vµ t¨ng ®iÖn dung ®¬n vÞ cña ®−êng d©y. Do ®ã

sè d©y ph©n trong mét pha vµ kho¶ng c¸ch gi÷a chóng ph¶i ®−îc chän sao cho

võa gi¶m ®−îc c−êng ®é ®iÖn tr−êng, gi¶m tæn thÊt vÇng quang, gi¶m nhiÔu v«

tuyÕn nh−ng ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ. Lóc ®ã ph¶i tÝnh ®Õn c¸c yÕu tè t¨ng kh¶

n¨ng t¶i do gi¶m ®iÖn kh¸ng, ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng do ®iÖn tr−êng g©y ra,

®iÖn tr−êng nµy t¨ng lªn khi ®iÖn dung ®−êng d©y t¨ng. Muèn kh¾c phôc ph¶i

t¨ng chiÒu cao cña cét, dÉn ®Õn chi phÝ ®−êng d©y cao.

§èi víi ®−êng d©y 500 kV trë lªn, kh«ng chän d©y dÉn theo mËt ®é kinh tÕ v×

nh÷ng h¹n chÕ vÒ tæn thÊt vÇng quang vµ nhiÔu v« tuyÕn.

- Kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn vµ chiÒu dµi chuçi sø rÊt lín: ChiÒu dµi cña chuçi

sø siªu cao ¸p chØ ph¶i x¸c ®Þnh theo ®iÖn ¸p vËn hµnh. Sè b¸t sø cña ®−êng d©y

500 kV cã thÓ tõ 22 ®Õn 25 b¸t vµ lín h¬n. Chuçi sø 500kV dµi kho¶ng 4 ®Õn 5 m

vµ cã thÓ h¬n n÷a. §iÒu nµy lµm cho ®é lÖch ngang cña chuçi sø rÊt lín, dÉn ®Õn

kho¶ng c¸ch pha ph¶i lín, cét ph¶i cao lªn lµm chi phÝ ®−êng d©y sÏ cao h¬n.

- Ảnh h−ëng ®Õn m«i tr−êng chung quanh ®−êng d©y: ChiÕm nhiÒu ®Êt ®Ó

x©y dùng tr¹m vµ mãng cét, tiÕng ån do vÇng quang, nhiÔu v« tuyÕn, ¶nh h−ëng

®Õn c¶nh quan, ¶nh h−ëng do c−êng ®é ®iÖn tr−êng ®Õn kho¶ng kh«ng gian d−íi

®−êng d©y vµ mÆt ®Êt cã thÓ g©y ra ®iÖn thÕ nguy hiÓm trªn c¸c vËt liÖu kim lo¹i

d−íi ®−êng d©y. C−êng ®é ®iÖn tr−êng cho phÐp tõ 5 ®Õn 25 kV/cm, tuú thuéc

vµo lo¹i ®−êng d©y. Do ®ã thêi gian con ng−êi vµ gia sóc ë d−íi ®−êng d©y ph¶i

®−îc h¹n chÕ ®Õn møc kh«ng nguy hiÓm cho søc khoÎ.

- §é tin cËy cung cÊp ®iÖn: ®−êng d©y siªu cao ¸p ®ßi hái ®é tin cËy rÊt

cao, v× ®−êng d©y siªu cao ¸p cÊp ®iÖn cho c¸c phô t¶i víi c«ng suÊt rÊt lín. NÕu

kh«ng ®¶m b¶o ®é tin cËy cã thÓ g©y ra thiÖt h¹i lín vÒ kinh tÕ, tµi s¶n vµ con

ng−êi. §Ó ®¶m b¶o ®é tin cËy cao ta ph¶i t¨ng c¸ch ®iÖn ®−êng d©y, t¨ng søc chÞu

lùc cña cét vµ mãng, t¨ng sè m¹ch song song nh−ng ph¶i tÝnh to¸n cÈn thËn ®Ó

®¹t ®−îc møc tin cËy tèi −u.

§Æc ®iÓm quan träng vÒ kü thuËt cña ®−êng d©y siªu cao ¸p vµ hÖ thèng ®iÖn

cã ®−êng d©y siªu cao ¸p gåm:

- Tæn thÊt ®iÖn n¨ng do vÇng quang rÊt cao, ®Ó gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng ta

dïng d©y ph©n pha.

- C«ng suÊt ph¶n kh¸ng do ®iÖn dung ®−êng d©y sinh ra rÊt lín, sù ph©n

pha d©y dÉn cµng lµm cho c«ng suÊt nµy lín h¬n, g©y ra c¸c vÊn ®Ò kü thuËt cÇn

gi¶i quyÕt trong chÕ ®é non t¶i hoÆc kh«ng t¶i cña l−íi ®iÖn vµ ®−êng d©y.

Trang 4

+ Sù t¨ng cao ®iÖn ¸p cuèi ®−êng d©y cã thÓ v−ît qu¸ kh¶ n¨ng chÞu ®ùng

cña thiÕt bÞ ph©n phèi.

+ C«ng suÊt ph¶n kh¸ng do ®iÖn dung mµ m¸y ph¸t ph¶i chÞu cã thÓ lín

h¬n kh¶ n¨ng cña nã.

+ Nguy c¬ tù kÝch thÝch vµ tù dao ®éng t¨ng dÇn lªn.

Trong chÕ ®é phô t¶i max, nÕu ®−êng d©y cÊp ®iÖn tõ hÖ thèng cho nót phô t¶i

th× tæn thÊt ®iÖn ¸p cã thÓ rÊt lín, do ®ã ng−êi ta tr¸nh kh«ng t¶i c«ng suÊt ph¶n

kh¸ng trªn ®−êng d©y siªu cao ¸p. §Ó cÊp c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cho phô t¶i ph¶i

®Æt tô bï t¹i c¸c nót t¶i khu vùc.

§iÒu chØnh ®iÖn ¸p cã ®−êng d©y dµi kh¸ phøc t¹p, cÇn l−îng c«ng suÊt ph¶n

kh¸ng rÊt lín biÕn thiªn tõ dung tÝnh sang c¶m tÝnh. §©y lµ vÊn ®Ò kinh tÕ - kü

thuËt nan gi¶i. NÕu ®−êng d©y nèi liÒn c¸c phÇn ®éc lËp cña hÖ thèng ®iÖn cã ®é

dµi lín th× gÆp ph¶i vÊn ®Ò kh¶ n¨ng t¶i theo c«ng suÊt giíi h¹n vµ æn ®Þnh tÜnh.

NÕu ®é dù tr÷ æn ®Þnh tÜnh thÊp ph¶i cã biÖn ph¸p n©ng cao. æn ®Þnh ®éng còng

lµm kh¶ n¨ng t¶i cña ®−êng d©y dµi bÞ h¹n chÕ. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy ph¶i

phèi hîp gi÷a c¸c b¶o vÖ vµ lùa chän s¬ ®å hîp lý cña ®−êng d©y dµi.

§èi víi ®−êng d©y cã ®é dµi lín h¬n 30 km th× ph¶i ®Æt thªm thiÕt bÞ phô: Tô

®iÖn bï däc, kh¸ng ®iÖn bï ngang, m¸y bï tÜnh, m¸y bï ®ång bé xö lý vÊn ®Ò

t¨ng cao ®iÖn ¸p, qu¸ t¶i m¸y ph¸t trong chÕ ®é kh«ng t¶i vµ non t¶i ®¶m b¶o ®iÖn

¸p cuèi ®−êng d©y hoÆc n©ng cao kh¶ n¨ng æn ®Þnh tÜnh. §©y lµ bµi to¸n kinh tÕ

kü thuËt.

L−íi ®iÖn cã ®−êng d©y siªu cao ¸p ng¾n, mét ®−êng d©y kh«ng ®Æt thiÕt bÞ

bï, nh−ng toµn l−íi ph¶i ®Æt bï ®Ó gi¶i quyÕt yªu cÇu kinh tÕ.

§èi víi ®−êng d©y dµi nÕu sö dông s¬ ®å thay thÕ b»ng th«ng sè tËp trung sÏ

ph¹m sai sè lín. Do ®ã khi tÝnh to¸n ph¶i dïng ph−¬ng ph¸p th«ng sè rwi hoÆc

ph−¬ng ph¸p s¬ ®å thay thÕ. §−êng d©y ®−îc chia thµnh c¸c ®o¹n ng¾n víi c¸c

th«ng sè tËp trung råi dïng ph−¬ng ph¸p tÝnh lÆp.

§Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò kü thuËt nan gi¶i cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu nãi trªn, cã

thÓ sö dông l−íi ®iÖn mét chiÒu. Tuy nhiªn l−íi ®iÖn mét chiÒu sÏ kh«ng thay thÕ

l−íi ®iÖn xoay chiÒu mµ tham gia vµo l−íi ®iÖn xoay chiÒu ë nh÷ng vÞ trÝ nhÊt

®Þnh nh»m kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña nã, lµm cho hiÖu qu¶ kinh tÕ cña hÖ thèng

®iÖn chung cao h¬n.

D−íi ®©y cho c«ng suÊt tù nhiªn cña ®−êng d©y siªu cao ¸p, ®Æc tr−ng cho

kh¶ n¨ng t¶i cña ®−êng d©y dµi.

L−íi ®iÖn ViÖt Nam trong t−¬ng lai gÇn sÏ lµ l−íi ®iÖn siªu cao ¸p 220-500

kV. L−íi ®iÖn nµy cã cÊu tróc phøc t¹p: NhiÒu nguån ®iÖn, nhiÒu m¹ch vßng, víi

nhiÒu cÊp ®iÖn ¸p trong ®ã cã c¸c ®−êng d©y siªu cao ¸p 220-500 kV.

§Ó hiÓu ®−îc tÝnh chÊt vËt lý cña ®−êng d©y siªu cao ¸p, trªn c¬ së ®ã cã thÓ

thiÕt kÕ vµ vËn hµnh tèi −u ®−êng d©y nµy, ng−êi ta th−êng nghiªn cøu c¸c ®−êng

d©y siªu cao ¸p trong s¬ ®å ®¬n gi¶n: S¬ ®å hÖ thèng ®iÖn bao gåm ®−êng d©y dµi