Luận văn Xây dựng mô hình mô phỏng cáp ngầm cao thế (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xây dựng mô hình mô phỏng cáp ngầm cao thế (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU CẦU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁP NGẦM CAO ThẾ NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 SKC0 0 4 8 5 8 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU CẦU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁP NGẦM CAO THẾ NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN – 60 520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU CẦU XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁP NGẦM CAO THẾ NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN – 60 520202 Hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN HOÀNG LĨNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016
4. Luận văn Thạc sĩ LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Hữu Cầu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/7/1974 Nơi sinh: Đồng Tháp Quê quán: Đồng Tháp Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: KV 7, phƣờng Bình Thủy, Quận Bình Thủy, TP Cần Thơ Điện thoại cơ quan: Điện thoại cá nhân: 0909119644 E-mail: nhuucau@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 1996 đến 2001 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Ngành học: Điện khí hóa và cung cấp điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế TBA 220/35 kV Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 2 – 2001 tại Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chƣơng. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 2001 Trƣờng Trung Cấp GTVT Miền Giáo viên đến nay Nam HVTH: Nguyễn Hữu Cầu i GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
5. Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 4 năm 2016 Tác giả Luận văn Nguyễn Hữu Cầu HVTH: Nguyễn Hữu Cầu ii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
6. Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, cùng với sự nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ của quý Thầy Cô, tôi đã hoàn thành đƣợc luận văn tốt nghiệp này. Trƣớc hết, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện Tử và phòng quản lý sau đại học trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ và thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Trần Hoàng Lĩnh đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Đồng thời tôi xin cảm ơn đến các anh chị học viên trong lớp cao học, bạn bè đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Việc thực hiện luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy, Cô và các bạn để luận văn này hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 4 năm 2016 Học viên thực hiện Nguyễn Hữu Cầu HVTH: Nguyễn Hữu Cầu iii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
7. Luận văn Thạc sĩ TÓM TẮT Xây dựng đƣờng dây cáp ngầm cao thế để truyền tải điện năng đang đƣợc nhiều nƣớc phát triển lựa chọn. Tuy nhiên trong thực tế việc bố trí cấu hình lắp đặt, số mạch cáp ngầm rất đa dạng và có ảnh hƣởng đến các thông số của đƣờng dây nhƣ: Điện trƣờng, điện cảm, tổn thất điện áp và điện áp cảm ứng vỏ giáp Chính vì thế việc nghiên cứu tính toán chính xác các thông số đó sẽ giúp cho công tác thiết kế, vận hành an toàn và hiệu quả hơn. Nội dung luận văn gồm có: CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN - Giới thiệu sơ lƣợc sự phát triển của đƣờng dây cáp ngầm. - Nêu lý do chọn đề tài, mục đích của đề tài và phƣơng pháp nghiên cứu. CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC GIẢI PHÁP LẮP ĐẶT CÁP NGẦM - Nêu lịch sử phát triển của cáp ngầm qua các giai đoạn - Giới thiệu sơ lƣợc các giải pháp lắp đặt nhƣ: Chôn trực tiếp, đặt trong ống nhựa chôn ngầm, đặt trong hầm không khí, đặt trong mƣơng cáp. CHƢƠNG 3: ĐIỆN TRƢỜNG VÀ TỪ TRƢỜNG TRONG CÁP NGẦM - Giới thiệu về điện trƣờng, từ trƣờng và các đại lƣợng nhƣ: Điện dung, điện trở, điện cảm, tổn thất điện môi và điện áp đánh thủng cách điện, tổn thất điện áp đƣờng dây của cáp ngầm cao thế. CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG VỎ TRONG CÁP NGẦM CAO THẾ - Tính toán và mô phỏng điện áp cảm ứng vỏ giáp với các cấu hình lắp đặt khác nhau, trƣờng hợp đƣờng dây một mạch và hai mạch. CHƢƠNG 5: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG - Trình bày kết quả tính toán : Điện trƣờng, dòng điện điện dung, tổn thất điện môi, điện cảm, tổn thất điện áp đƣờng dây và điện áp cảm ứng vỏ giáp. HVTH: Nguyễn Hữu Cầu iv GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
8. Luận văn Thạc sĩ - Sử dụng Matlab để tính toán và mô phỏng. CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: Nguyễn Hữu Cầu v GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
9. Luận văn Thạc sĩ ABSTRACT Construction of underground high voltage cables for power transmission being selected developing countries. But in fact the layout configuration installation, the underground cable circuits are varied and can affect the parameters of the line such as: Electric field, inductive, voltage losses and induced sheath voltages Therefore the study accurately calculate the parameters that will enable the design, safe operation and more efficient. The contents of the thesis include: CHAPTER 1: OVERVIEW - Introduction the development of underground cable lines - Enter a reason for choosing the subject, the purpose of the research and research methods. CHAPTER 2: OVERVIEW OF THE UNDERGROUND CABLE INSTALLATION SOLUTIONS - Historical development of underground cables across the stage - Introduction installation solutions such as: Directl buried or put in plastic pipe duct underground buried, in the air tunnel, in cable trench. CHAPTER 3: ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS IN THE UNDERGROUND CABLE Introduction to electric fields, magnetic fields and variables such as capacitance, resistance, inductance, dielectric loss and insulation breakdown voltage, voltage loss of high voltage underground cable. CHAPTER 4: CALCULATING AND MODELING THE INDUCED SHEATH VOLTAGE IN UNDERGROUND CABLE Calculating and modeling induced sheath voltages with different installation configurations, case a circuit line and double circuits. CHAPTER 5: THE RESULTS OF CALCULATION AND MODELING HVTH: Nguyễn Hữu Cầu vi GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
10. Luận văn Thạc sĩ - Present calculation results: electric field, capacitive currents, dielectric loss, inductance, voltage losses and induced sheath voltages - Using Matlab to calculate and simulate CHAPTER 6: CONCLUSIONS REFERENCES HVTH: Nguyễn Hữu Cầu vii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
11. Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả trong và ngoài nƣớc đã công bố 1 1.2 Mục đích của đề tài 2 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 3 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.5 Điểm mới của đề tài 3 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC GIẢI PHÁP LẮP ĐẶT CÁP NGẦM 4 2.1. Giới thiệu 4 2.2 Cấu trúc cơ bản của cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE 4 2.3 Các phƣơng pháp lắp đặt cáp ngầm 6 CHƢƠNG 3: ĐIỆN TRƢỜNG VÀ TỪ TRƢỜNG TRONG CÁP NGẦM 9 3.1 Đặt vấn đề 9 3.1.1 Khái niệm về điện trƣờng 9 3.1.2 Điện dung của cáp 10 3.1.3 Điện trở của lõi dẫn trong cáp điện 11 3.1.4 Tổn thất điện môi 11 3.1.5 Điện áp đánh thủng cách điện 13 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu viii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
12. Luận văn Thạc sĩ 3.2 Điện trƣờng trong cáp điện 14 3.3 Phƣơng trình tổng quát của từ trƣờng 17 3.4 Điện cảm của cáp điện 19 3.5 Tổn thất điện áp trên đƣờng dây 20 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG VỎ GIÁP TRONG CÁP NGẦM CAO THẾ 21 4.1 Đặt vấn đề 21 4.2 Xây dựng biểu thức tính điện áp cảm ứng vỏ giáp 22 4.2.1 Gradient điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài cáp 22 4.2.2 Điện áp cảm ứng vỏ cho đƣờng dây mạch đơn 23 4.2.3 Xây dựng biểu thức tính điện áp cảm ứng vỏ cho đƣờng dây mạch kép, hai mạch bố trí đối xứng 25 4.3 Vỏ giáp và hoán vị 30 4.3.1 Nối đất vỏ giáp tại một điểm 31 4.3.2 Duy trì điện áp ở vỏ 31 4.3.3 Tuyến cáp dài 32 4.3.4 Dây dẫn liên tục tiếp đất song song 32 4.3.5 Đấu nối đảo pha 33 CHƢƠNG 5: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 37 5.1 Kết quả tính và mô phỏng điện trƣờng của cáp ngầm cao thế 37 5.2 Kết quả tính và mô phỏng điện cảm của cáp ngầm cao thế 38 5.3 Kết quả tính và mô phỏng tổn thất điện áp của cáp ngầm cao thế 40 5.4 Kết quả tính và mô phỏng điện áp cảm ứng vỏ cho đƣờng dây mạch đơn 42 5.4.1 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 110 kV, lõi đồng 1600 mm2, loại vỏ giáp bọc sợi đồng và bọc nhôm 42 5.4.2 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 230 kV, lõi đồng 1600 mm2, loại vỏ giáp bọc sợi đồng và bọc nhôm 46 5.5 Kết quả tính và mô phỏng điện áp cảm ứng vỏ cho đƣờng dây mạch kép, hai mạch đặt đối xứng 48 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu ix GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
13. Luận văn Thạc sĩ 5.5.1 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 110 kV, lõi đồng 1600 mm2, vỏ giáp bọc sợi đồng, bố trí theo tam giác đều, đặt cấu hình 1, chôn trực tiếp 48 5.5.2 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 110 kV, lõi đồng 1600 mm2, vỏ giáp bọc sợi đồng, bố trí theo mặt phẳng ngang, đặt cấu hình 1, chôn trực tiếp 49 5.5.3 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 110 kV, lõi đồng 1600 mm2, vỏ giáp bọc sợi đồng, bố trí theo tam giác đều, đặt cấu hình 2, chôn trực tiếp 54 5.5.4 Áp dụng cho cáp XLPE lõi đơn, 110 kV, lõi đồng 1600 mm2, vỏ giáp bọc sợi đồng, bố trí theo mặt phẳng ngang, đặt cấu hình 2, chôn trực tiếp 58 5.5.5 So sánh điện áp cảm ứng vỏ khi bố trí tam giác đều theo hai cấu hình 61 5.5.6 So sánh điện áp cảm ứng vỏ khi bố trí mặt phẳng ngang theo hai cấu hình 62 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 69 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu x GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
14. Luận văn Thạc sĩ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Cấu trúc của cáp ngầm cao áp cách điện XLPE 5 Hình 2.2: Cáp ngầm đƣợc chôn trực tiếp 7 Hình 2.3: Cáp ngầm đặt trong mƣơng cáp 7 Hình 2.4: Cáp đặt trong ống nhựa chôn ngầm 8 Hình 2.5: Hai mạch cáp đặt trong hầm không khí 8 Hình 3.1: Sự phụ thuộc của tgδ vào tần số 12 Hình 3.2: Sơ đồ phân bố cƣờng độ điện trƣờng 15 Hình 3.3: Quan hệ giữa cƣờng độ điện trƣờng cực đại với tỉ số r/R 16 Hình 3.4: Từ trƣờng cáp lõi đơn 18 Hình 3.5: Sơ đồ bố trí cáp lõi đơn 19 Hình 3.6: Quan hệ giữa U2 và I 20 Hình 4.1: Bố trí cáp trên ba đỉnh tam giác đều 24 Hình 4.2: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch đơn và khoảng cách đặt cáp khi bố trí trên ba đỉnh tam giác đều 24 Hình 4.3: Bố trí cáp theo mặt phẳng ngang 25 Hình 4.4: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch đơn và khoảng cách đặt cáp khi bố trí trên mặt phẳng ngang 25 Hình 4.5a: Hệ thống mạch kép, bố trí trên ba đỉnh tam giác đều, cấu hình 1 27 Hình 4.5b: Hệ thống mạch kép, bố trí trên ba đỉnh tam giác đều, cấu hình 2 28 Hình 4.6a: Hệ thống mạch kép, bố trí trên mặt phẳng ngang, cấu hình 1 29 Hình 4.6b: Hệ thống mạch kép, bố trí trên mặt phẳng ngang, cấu hình 2 29 Hình 4.7: Nối đất hai đầu vỏ giáp kim loại 30 Hình 4.8: Bố trí dây nối đất song song (ecc) 31 Hình 4.9: Sơ đồ nối đất vỏ giáp qua dây nối đất song song và bộ SVL 33 Hình 4.10: Nối đất trong hệ thống đảo pha không hoán vị cáp 33 Hình 4.11: Nối đất trong hệ thống đảo pha có hoán vị cáp 34 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xi GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
15. Luận văn Thạc sĩ Hình 4.12: Nối đảo pha phân đoạn có bố trí SVL 34 Hình 4.13: Đấu nối đảo pha liên tục đƣờng dây cáp ngầm 35 Hình 4.14: Nối đất hỗn hợp đƣờng dây cáp ngầm 35 Hình 5.1a: Quan hệ giữa điện cảm và khoảng cách đặt cáp, điện áp 110 kV 38 Hình 5.1b: Quan hệ giữa điện cảm và khoảng cách đặt cáp, điện áp 230 kV 39 Hình 5.2a: Quan hệ giữa tổn thất điện áp và khoảng cách đặt cáp, điện áp 110 kV 41 Hình 5.2b: Quan hệ giữa tổn thất điện áp và khoảng cách đặt cáp, điện áp 230 kV 41 Hình 5.3a: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp và khoảng cách đặt cáp khi bố trí trên ba đỉnh tam giác đều 44 Hình 5.3b: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp và khoảng cách đặt cáp khi bố trí trên mặt phẳng ngang 45 Hình 5.3: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp và khoảng cách đặt cáp 45 Hình 5.4a: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 1, trƣờng hợp S = dt. 50 Hình 5.4b: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 1, trƣờng hợp S = 2dt 51 Hình 5.4c: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 1, trƣờng hợp S = 3dt 51 Hình 5.4: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 1 52 Hình 5.5a: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 1, trƣờng hợp S = dt 52 Hình 5.5b: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 1, trƣờng hợp S = 2dt 53 Hình 5.5c: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 1, trƣờng hợp S = 3dt 53 Hình 5.5: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 1 54 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
16. Luận văn Thạc sĩ Hình 5.6a: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 2, trƣờng hợp S = dt 56 Hình 5.6b: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 2, trƣờng hợp S = 2dt 56 Hình 5.6c: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 2, trƣờng hợp S = 3dt 57 Hình 5.6: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu hình 2 57 Hình 5.7a: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 2, trƣờng hợp S = dt 59 Hình 5.7b: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 2, trƣờng hợp S = 2dt 59 Hình 5.7c: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 2, trƣờng hợp S = 3dt 60 Hình 5.7: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí theo mặt phẳng ngang cấu hình 2 60 Hình 5.8: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí tam giác cấu theo cấu hình 1 và 2 62 Hình 5.9: Quan hệ giữa điện áp cảm ứng vỏ giáp với khoảng cách giữa hai mạch khi bố trí mặt phẳng ngang theo cấu hình 1 và 2 63 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xiii GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
17. Luận văn Thạc sĩ DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Cấu trúc cơ bản của cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE 5 Bảng 3.1: Đặc tính vật liệu cách điện 13 Bảng 3.2: Cƣờng độ điện trƣờng cực đại của các loại cáp 17 Bảng 4.1: Giới hạn điện áp vỏ giáp một số nƣớc 22 Bảng 5.1: Kết quả tính điện trƣờng cáp điện XLPE có điện áp 110 kV, lõi đồng vỏ giáp bọc nhôm 37 Bảng 5.2: Kết quả tính điện trƣờng cáp điện XLPE có điện áp 230 kV, lõi đồng vỏ giáp bọc nhôm 37 Bảng 5.3: Kết quả tính điện trƣờng cáp điện XLPE có điện áp 230 kV, lõi đồng vỏ giáp bọc sợi đồng 37 Bảng 5.4: Kết quả tính điện cảm cáp điện XLPE có điện áp 110 kV, tiết diện 1600 2 mm , dt = 0,097 m, vỏ giáp bọc sợi đồng 38 Bảng 5.5: Kết quả tính điện cảm cáp điện XLPE có điện áp 230 kV, tiết diện 1600 2 mm , dt = 0,116 m, vỏ giáp bọc sợi đồng 38 Bảng 5.6: Kết quả tính tổn thất điện áp cáp XLPE, điện áp 110 kV, tiết diện 1600 2 mm , dt = 0,097 m, vỏ giáp bọc sợi đồng, dài 5 km 40 Bảng 5.7: Kết quả tính tổn thất điện áp cáp XLPE, điện áp 230 kV, tiết diện 1600 2 mm , dt = 0,116 m, vỏ giáp bọc sợi đồng, dài 5 km 40 Bảng 5.8: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp cáp XLPE, 110 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2. 42 Bảng 5.9: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp cáp XLPE, 230 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2. 46 Bảng 5.10: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch kép, cáp XLPE, 110 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2; khi bố trí tam giác cấu hình 1 48 Bảng 5.11: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch kép, cáp XLPE, 110 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2; khi bố trí mặt phẳng ngang cấu hình 1 49 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xiv GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
18. Luận văn Thạc sĩ Bảng 5.12: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch kép, cáp XLPE, 110 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2; khi bố trí tam giác cấu hình 2 55 Bảng 5.13: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp mạch kép, cáp XLPE, 110 kV, lõi đồng tiết diện 1600 mm2; khi bố trí mặt phẳng cấu hình 2 58 Bảng 5.14: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp khi bố trí tam giác, theo hai cấu hình 61 Bảng 5.15: Kết quả tính điện áp cảm ứng vỏ giáp khi bố trí mặt phẳng ngang, theo hai cấu hình 62 HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xv GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
19. Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineering XLPE Crosslinked Polyethylene PE Polyethylene PVC Polyvinyl chloride SVL Sheath Voltage Limiters ecc Earth continuity conductor HVTH: Nguyễn Hữu Cầu xvi GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
20. Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả trong và ngoài nƣớc đã công bố Ngành công nghiệp điện lực là ngành công nghiệp cơ sở và quan trọng nhất với nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là những quốc gia đang phát triển nhƣ nƣớc ta. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh của đất nƣớc đã hình thành nhiều thành phố lớn, dân cƣ đông đúc, với nhiều công trình nhà cao tầng, do đó sự đòi hỏi về thẩm mỹ của các thành phố hiện đại là rất cần thiết. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng điện cũng tăng lên nhanh chóng, đòi hỏi phải cung cấp một lƣợng điện năng rất lớn để phục vụ cho phụ tải. Chính vì thế việc xây dựng đƣờng dây cáp ngầm cao áp để truyền tải điện năng là giải pháp thích hợp và đang đƣợc nhiều nƣớc phát triển áp dụng. Tuy nhiên khi xây dựng đƣờng dây cáp ngầm các tiêu chuẩn về chất lƣợng điện năng, tính liên tục cung cấp điện, hay chỉ tiêu an toàn cần đƣợc đảm bảo. Do vậy những nguyên nhân xảy ra trong hệ thống điện mà có thể làm hƣ hỏng thiết bị bảo vệ, làm thay đổi các thông số nguồn nhƣ biên độ, tần số, điện áp, làm mất an toàn khi vận hành đƣờng dây cần phải đƣợc nguyên cứu, đánh giá một cách chính xác để giúp cho hệ thống điện ngày càng đảm bảo chất lƣợng hơn. Để đáp ứng vấn đề trên chúng ta cần tính toán và mô phỏng các thông số của cáp, cần biết rõ điện trƣờng, điện cảm, tổn thất điện áp hay điện áp cảm ứng vỏ giáp ứng với mỗi cách bố trí cáp. Kết quả tính toán và mô phỏng các thông số của cáp sẽ đƣợc sử dụng để đánh giá các phƣơng pháp lắp đặt cáp ngầm nhằm giúp cho công tác thiết kế, lắp đặt, vận hành hệ thống cáp ngầm cao thế an toàn và tối ƣu nhất. Cũng với mục đích trên, hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu đối với hệ thống cáp ngầm cao thế. Nguyên cứu về lĩnh vực mang tải của cáp ngầm có luận văn thạc sĩ của Ngô Kim Lân với đề tài “Ứng dụng phần mềm cymcap tính toán khả năng mang tải của cáp ngầm cao áp”. Hay nghiên cứu ảnh hƣởng của điện trở đất đối với HVTH: Nguyễn Hữu Cầu 1 GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
21. Luận văn Thạc sĩ các thông số của cáp và áp dụng ảnh hƣởng của điện trở đất trong tính toán ngắn mạch của Tạ Huy Quang với luận văn “Nghiên cứu điện trở đất của hệ vỏ cáp ngầm với các thông số ảnh hƣởng và áp dụng trong tính toán ngắn mạch”. Năm 2012 với luận văn “Xây dựng mô hình và mô phỏng cáp trong trang thái quá độ” của Trƣơng Thị Họa My cũng đã nghiên cứu và khảo sát các thông số của cáp nhƣ độ dày của lớp vỏ giáp bọc chì, độ dày của lớp bán dẩn Tuy nhiên các luân văn trên chƣa nghiên cứu và tính toán cụ thể các thông số cho từng cách lắp đặt cụ thể của cáp. Chƣa tìm ra giá trị của các thông số để giúp quá trình lắp đặt tối ƣu nhất. Cũng với mục đích trên, thế giới đã có nhiều nghiên cứu về các thông số của cáp, năm 2014 các nhóm tác giả nhƣ: nhóm Stanislaw Czapp, Jacek Klucznik đã nghiên cứu tính điện áp cảm ứng vỏ giáp cho mạch đơn trƣờng hợp một cáp trên một pha và hai cáp trên một pha, hay nhóm tác giả M. Shaban, M. A. Salam, S. P. Ang, W. Voon đã nghiên cứu tính điện áp vỏ giáp của cáp trong trƣờng hợp mạch đơn khi thay đổi các dòng điện các pha, hay hiệp hội tiêu chuẩn IEEE cũng đã có hƣớng dẩn về việc kết nối vỏ giáp của cáp đơn từ 5 kV đến 500 kV. Tuy nhiên các nghiên cứu trên chƣa chỉ ra đƣợc khoảng cách đặt cáp tối ƣu để có điện áp cảm ứng vỏ giáp nhỏ nhất khi đƣờng dây là mạch kép. Tìm đƣợc vị trí đặt cáp để có điện áp cảm ứng nhỏ nhất sẽ giúp cho công tác thiết kế, lắp đặt và vận hành đạt hiệu quả hơn. Việc xác định chính xác các thông số của cáp ngầm và sự ảnh hƣởng tích cực của các thông số sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong quá trình mô phỏng các sự cố cáp ngầm cao thế. Nhƣ vậy lý do tôi chọn đề tài “ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁP NGẦM CAO THẾ ” chính là xuất phát từ các vấn đề nêu trên. 1.2 Mục đích của đề tài Xác định các thông số nhƣ: Điện trƣờng, điện cảm, tổn thất điện áp và điện áp cảm ứng vỏ giáp trong trƣờng hợp mạch đơn và mạch kép khi cáp bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều hay trên mặt phẳng ngang ở cấp điện áp 110 kV và 220 kV. Việc tính toán chính xác các thông số này sẽ giúp cho công tác thiết kế, lựa chọn giải pháp lắp đặt và vận hành hệ thống an toàn hiệu quả nhất. HVTH: Nguyễn Hữu Cầu 2 GVHD: TS Trần Hoàng Lĩnh
22. S K L 0 0 2 1 5 4