BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
……—@ & ?–……
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV
(TUYẾN TRÀ NÓC - SÓC TRĂNG - BẠC LIÊU) CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Đăng Khoa Lê Hoàng Hải (MSSV:1010856)
Ngành: Kỹ Thuật Điện - Khóa: 27
2.2 Kiểm tra điều kiện vận hành của đường dây 9
2.2.1 Tổn thất điện áp 9
2.2.2 Tổn thất công suất 9
2.2.3 Tổn thất điện năng 10
Chương III: THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV 12
3.1 Những điểm chính khi thiết kế đường dây truyền tải 12
3.2 Tính toán lựa chọn cột 14
3.3 Tính toán cách điện - Lựa chọn sứ treo, sứ néo 18
3.3.1 Lựa chọn loại và vật liệu cách điện 18
3.3.2 Lựa chọn số đĩa trong chuổi cách điện 19
Mục Lục
SVTH: Lê Hoàng Hải ii
3.4 Tính toán sức căng, độ võng, ứng suất của dây 20
3.4.1 Phụ tải cơ giới của dây dẫn và dây chống sét 20
3.4.2 Tính sức căng, độ võng và ứng suất của dây dẫn 21
Chương IV: CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 23
4.1 Khái niệm 23
4.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp 23
4.3 Các biện pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện (ĐDTT) 24
4.4 Lý thuyết tính toán dây chống sét 25
4.5 Xác định vùng bảo vệ của dây chống sét 26
4.6 Tính toán nối đất bảo vệ chống sét 27
Chương V: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ
CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 kV 29
6.3 Sử dụng máy biến áp điều chỉnh điện áp đường dây 55
6.4 Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi dòng công suất phản kháng . 57
6.4.1 Máy bù đồng bộ 57
6.4.2 Sử dụng tụ bù tĩnh 58
6.5 Đối xứng hóa lưới điện - dùng cơ cấu đối xứng 60
Chương VII: CÁC SỰ CỐ PHỨC TẠP CỦA ĐƯỜNG DÂY 61
7.1 Khái niệm chung 61
7.2 Sơ đồ thay thế các thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không
của đường dây 61
7.2.1 Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch 61
7.2.2 Sơ đồ thay thế thứ tự không 63
7.3 Tính toán sự cố đứt dây bằng phương pháp
vectơ thành phần đối xứng 65
7.3.1 Hệ phương trình cơ bản 65
7.3.2 Ba phương trình riêng cho từng loại đứt dây 66
Chương VIII: TÍNH TOÁN CỤ THỂ 68
8.1 Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện
vận hành đường dây 68
8.1.1 Lựa chọn điện áp truyền tải - Chọn sơ đồ nối dây của mạng 68
8.1.1.1 Lựa chọn điện áp truyền tải 70
8.1.1.2 Chọn sơ đồ nối dây của mạng 71
8.1.2 Kiểm tra điều kiện vận hành của đường dây 78
8.1.2.1 Đoạn Trà Nóc - Sóc Trăng 78
8.1.2.2 Đoạn Sóc Trăng - Bạc Liêu 81
8.2 Tính toán cách điện và phần cơ của đường dây 83
8.2.1 Tính toán cách điện 83
Mục Lục
SVTH: Lê Hoàng Hải v MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Tải đường dây theo cấp điện áp 4
Bảng 2.2 Cấp điện áp truyền tải theo chiều dài đường dây 4
Bảng 2.3 Giá trị J
kt
theo T
max
8
Bảng 2.5
Mục Lục
SVTH: Lê Hoàng Hải vi MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Đường dây không phân nhánh 6
Hình 2.2 Đường dây phân nhánh 7
Hình 3.1 Sơ đồ đường dây trên không 14
Hình 3.2 Góc ngoặc của đường dây trên không 15
Hình 3.3 Cột đường dây 220 kV một mạch 16
Hình 3.4 Cột đường dây 220 kV hai mạch 17
Hình 3.5 Phân bố tải trọng trên dây dẫn 20
Hình 3.6 Các khoảng cách trong khoảng cột 21
Hình 4.1 Góc bảo vệ của dây chống sét 24
Hình 4.2 Góc bảo vệ của hai dây chống sét 24
Hình 4.3 Khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn trên cùng 25
Hình 4.4 Vùng bảo vệ của dây chống sét đơn 26
Hình 4.5 Vùng bảo vệ của dây chống sét kép 26
Hình 5.1 Sơ đồ vector các thành phần thứ tự thuận 36
Hình 5.2 Sơ đồ vector các thành phần thứ tự nghịch 36
Hình 8.2 Các phương án nối dây của tuyến 71
Hình 8.3 Sơ đồ bố trí dây lộ kép 78
Hình 8.4 Sơ đồ bố trí dây lộ đơn 81
Hình 8.5 Vị trí các dây dẫn cần bảo vệ 88
Hình 8.6 Vị trí dây dẫn cần bảo vệ 89
Hình 8.7 Vùng bảo vệ của dây chống sét trên cột đơn 90
Hình 8.8 Vùng bảo vệ của dây chống sét đường dây lộ kép 91
Hình 8.9 Sơ đồ nối đất đường dây cột tháp sắt 93
Hình 8.10 Các vị trí ngắn mạch 94
Hình 8.11 Sơ đồ thay thế tổng trở các phần tử 94
Hình 8.12 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận 95
Hình 8.13 Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch 95
Hình 8.14 Vị trí đặt bảo vệ rơle trên tuyến dây 101
Hình 8.15 Sơ đồ tổng trở trong MBA 3 cuộn dây 103
Hình 8.16 Máy biến áp điều chỉnh đường dây 106
Hình 8.17 Sơ đồ bù công suất phản kháng tại trạm Sóc Trăng 107
Hình 8.18 Sơ đồ bù công suất phản kháng tại trạm Bạc Liêu 108
Chương I: Tổng quan
SVTH: Lê Hoàng Hải 1 CHƯƠNG I
trong những vùng kinh tế trọng điểm của đất nước, cùng với sự phát triển của cả
nước thì Đồng Bằng Sông Cửu Long ngày càng phát triển theo, sự phát triển này
gắn liền với sự phát triển công nghiệp và dịch vụ.
Sự phát triển của các ngành các ngành công nghiệp và dịch vụ nó đòi hỏi nhu
cầu sử dụng điện tăng lên trong vùng cũng như trong các khu vực và trên toàn quốc.
Do yêu cầu cung cấp điện ngày càng lớn cho các khu công nghiệp lớn mới được
Chương I: Tổng quan
SVTH: Lê Hoàng Hải 2
hình thành và đang phát triển mạnh cùng với nhu cầu tiêu thụ điện của các ngành
khác như nông nghiệp, dịch vụ, kinh tế quốc dân… làm cho nhu cầu sử dụng điện
của khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long tăng lên. Vấn đề đòi hỏi mức tiêu thụ điện
tăng lên làm cho nhu cầu về điện của khu vực càng trở nên cấp thiết. Sự phát triển
của nền công nghiệp kết hợp với các ngành kinh tế khác đòi hỏi nhu cầu sử dụng
điện ngày càng tăng lên, mà thực trạng của khu vực là các nhà máy điện trong vùng
không đáp ứng được nhu cầu này đòi hỏi phải liên kết với các khu vực khác để
truyền tải một phần lượng công suất điện từ vùng khác vào khu vực Đồng Bằng
Sông Cửu Long phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của vùng.
Với những yêu cầu về mức tiêu thụ điện ngày càng tăng cùng với khả năng
phát triển của mạng lưới điện khu vực nó đòi hỏi chúng ta phải không ngừng cải tạo
và nâng cấp mạng lưới điện khu vực. Do đó nhu cầu xây dựng thêm những tuyến
đường dây mới để đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng là vấn đề cần thiết. Để đáp ứng nhu
cầu phụ tải tiêu thụ điện ngày càng tăng và kết nối các nhà máy điện lại với nhau
tạo thành hệ thống đòi hỏi chúng ta phải xây dựng thêm các tuyến đường dây truyền
tải mới để nối kết các nhà máy điện lại với nhau và truyền một phần công suất điện
đi xa. Vì vậy với đề tài thiết kế đường dây truyền tải điện 220 kV là nhằm phục vụ
cho nhu cầu phát triển của phụ tải điện của khu vực và cho cả vùng Đồng Bằng
Sông Cửu Long nhằm truyền tải truyền công suất điện từ nhà máy điện tới nơi tiêu
thụ điện.
1.3 Sự cần thiết của đề tài
Đường dây truyền tải phải truyền công suất qua một khoảng cách kinh tế và
an toàn. Đường dây tải lượng công suất có cos
ϕ
cho trước, độ sụt áp qua nó nằm
trong giới hạn cho phép và hiệu suất cao. Đường dây cũng phải chịu đựng được khi
thời tiết thay đổi, chịu được áp lực gió, nhiệt độ môi trường, nói cách khác nó phải
chịu đựng được lực tác động cơ học, tổn thất vầng quan hợp lý. Nói tóm lại: đường
dây phải có khả năng tải công suất yêu cầu, tải liên tục và không hư hỏng do các
nguyên nhân về cơ.
2.1.2 Lựa chọn điện áp truyền tải - Chọn sơ đồ nối dây của mạng
a. Lựa chọn điện áp truyền tải
Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ vẽ một đường dây hình tia nối từ
nguồn đến phụ tải ở xa hoặc có công suất tiêu thụ lớn. Cấp điện áp tải điện phụ
thuộc chủ yếu vào công suất và khoảng cách truyền tải. Dựa vào công thức Still để
tìm điện áp tải điện U (kV):
P.016,0l34,4U +=
(2.1.1)
trong đó: P - Công suất truyền tải (kW).
l - khoảng cách truyền tải (km).
Hoặc theo công thức:
l015,01,0(PU += , với P, l như trên. (2.1.2)
(
)
l.5,0S3U +=
600x10
3
11x10
6
20x10
6
90x10
6 Bảng 2.2 Cấp điện áp truyền tải theo chiều dài đường dây.
Điện áp dây
(kV)
Chiều dài đường dây (km)
Tối thiểu Tối đa
66
110
132
230
40
50
50
100
120
140
hao tổn điện áp có thể xác định theo công thức:
XR
n
1
iio
n
1
iio
UU
U
lQxlPr
U ∆+∆=
+
=∆
∑∑
(2.1.5)
Ta thấy rằng: r
o
và x
o
đều phụ thuộc vào tiết diện nên để xác định F theo hao
tổn điện áp cho phép là khó khăn. Do đó ta phải giải bằng phương pháp gần đúng.
Với dây dẫn bằng kim loại màu điện kháng x
o
thay đổi ít (x
o
= 0,35 ÷ 0,45 Ω/km).
Vì vậy trong bước lập đầu tiên sơ bộ chọn x
o
n
1
ii0
R
∑
=∆ (2.1.7)
suy ra:
R
n
1
ii
U.U.
lP
F
∆γ
=
∑
(2.1.8)
Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD
SVTH: Lê Hoàng Hải 6
Dựa vào tiết diện dây dẫn vừa tính được, tra bảng để chọn tiết diện tiêu
chuẩn gần nhất, căn cứ vào tiết diện vừa chọn, tìm được r
o
và x
o
. Ta tính được hao
tổn điện áp thực tế và so sánh với giá trị cho phép
cp
U∆
:
Hình 2.1 Đường dây không phân nhánh
Tiết diện của đường dây không phân nhánh gồm nhiều đoạn được xác định
trước hết từ đoạn dây cuối cùng:
∑
∆γ
=
n
1
ii
Rn
n
n
Pl
UU.
P
F (2.1.9)
Và sau đó xác định tiết diện của các đoạn dây khác theo biểu thức:
n
i
ni
P
= P
2
+ jQ
2
S
3
= P
3
+ jQ
3
D C B
A
S
d
= P
d
+jQ
d
S
c
= P
c
+ jQ
c
S
b
= P
b
+ jQ
b
2
R
U
∆
=
1
R
U
∆
+
3R
U
∆
,
suy ra:
2
R
U
∆
=
3R
U
∆
Sơ bộ chọn giá trị trung bình của x
0
, ta xác định được thành phần hao tổn
phản kháng trên các tuyến OAB và OAC. Chọn giá trị lớn nhất để xác định thành
phần hao tổn điện áp tác dụng:
=∆ (2.1.11)
Một cách tổng quát với n nhánh:
OO
n
2i
ii
R
RO
LM
LM
1
U
U
∑
=
+
∆
=∆ (2.1.12)
Sau khi tìm được
RO
U
∆
ta dể dàng xác định được F
o
:
UU.
LP
UU.
P
2
= P
b
P
3
= P
c
A
B
C
O
L
3
L
2
L
0
P
c
P
b
Hình 2.2 Đường dây phân nhánh
Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD
SVTH: Lê Hoàng Hải 8
2.1.3.3 Chọn dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế (J
kt
)
Phương pháp xác định dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế được áp dụng khi
i
tra bảng phụ lục XII.12 [Hướng Dẫn Thiết Kế
Đường Dây Tải Điện] để lựa chọn F
c
quy chuẩn và kiểm tra lại hao tổn điện áp
thực tế xem có vượt quá giá trị cho phép hay không? Nếu có vượt quá thì cần phải
chọn lại cho đảm bảo.
Bảng 2.3: Giá trị j
kt
theo T
max
.
Loại dây dẫn
T
max
(h)
1000 ÷ 3000 3000 ÷ 5000
> 5000
Đồng trần 2,5 2,1 1,8
A và AC 1,3 1,1 1,0 2.1.3.4 Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện cho phép của dây dẫn
Theo phương pháp này tiết diện dây dẫn được chọn theo điều kiện:
I
lv
≤ I
H
D
D
ln.10.2L
s
m
4
0
−
=
(2.2.1)
Với: D
m
- là khoảng cách tương đương giữa các pha, phụ thuộc vào cấp
điện áp.
D
s
- bán kính trung bình hình học của các dây pha, phụ thuộc vào cấu
trúc của đường dây.
Cảm kháng mỗi pha:
/pha l.L.f 2X
oo
Ω
π
=
(2.2.2)
Tổng trở mỗi pha: pha/ l).fL2jR(Z
oo
Ω
π
- Điện áp và dòng điện đầu nhận.
2.2.2 Tổn thất công suất
Tổn thất công suất trên đường dây là không thể tránh khỏi. Nó đòi hỏi khả
năng phát của nguồn và khả năng tải của lưới, do đó phải giữ tổn thất ở mức hợp lý.
Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ba pha:
R.I.3P
2
=∆
(2.2.7)
mà
2
22
2
U
3
QP
I
+
= (2.2.8)
Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD
SVTH: Lê Hoàng Hải 10
⇒ )kW(10.R.
U
S
10.R.
U
QP
đm
, còn công suất lấy ở đầu hoặc
cuối đường dây.
2.2.3 Tổn thất điện năng
Tổn thất công suất tác dụng gây ra tổn thất điện năng trên điện trở R của
đường dây, đó là tích phân của tổn thất công suất trong thời gian vận hành T:
∫∫∫
==∆=∆Α
T
o
2
2
T
o
2
T
o
dt.
U
S
Rdt.IR3dt).t(P
(2.2.11)
Nếu đồ thị phụ tải có dạng hình bậc thang với n bậc, mỗi bậc dài
i
t
∆
và có
2
i
2
i
t.
U
Q
t.
U
P
Rt.
U
S
R (2.2.12)
Ta có thể lấy U
i
= U
đm
để tính gần đúng:
i
n
1i
2
i
n
1i
2
i
2
đm
i
8760
1i
2
i
8760
1i
2
i
2
đm
.Q.P
U
R
t.QP
U
R
τ+τ=∆
+=∆Α
∑∑
==
=
(2.2.15)
2
max
8760
0
2
i
2
max
8760
1i
2
i
Q
Q
dt.Q
Q
Q
∫
∑
==τ
=
(2.2.16)
Chương II: Tính toán lựa chọn dây dẫn - Kiểm tra điều kiện vận hành của ĐD
SVTH: Lê Hoàng Hải 11
Trong thực tế tính toán, thường giả thiết rằng đồ thị công suất phản kháng và
đồ thị công suất tác dụng gần giống nhau, cũng có nghĩa cos
ϕ
2
i
2
max
8760
0i
i
2
i
I
dt.I
S
tS
∫∑
=
∆
=τ
=
(2.2.18)
τ
cũng có thể được đánh giá thống kê như một hàm số của thời gian sử dụng
công suất lớn nhất T
max
của phụ tải và được cho trong bảng 2.5.
Bảng 2.5
τ
theo T
max
Tính toán thiết kế phần cơ của đường dây truyền tải nhằm chọn lựa ra
phương pháp tối ưu nhất về cách bố trí và lựa chọn loại cột sao cho đường dây vận
hành an toàn và đạt hiệu quả cao.
3.1 Những điểm chính khi thiết kế phần cơ cho đường dây truyền tải
Đường dây truyền tải trên không phải được thiết kế có khả năng chịu được
lực cơ học trong điều kiện thời tiết thay đổi. Lực căng dây dẫn treo trên cột không
được vượt quá giới hạn cho phép. Hệ số an toàn đứt dây phải được chọn trong
khoảng 2 ÷ 5. Đặc tính dây dẫn, độ võng, khoảng cách trên không so với mặt đất
phải được khảo sát trong quá trình thiết kế.
Tải cơ học của đường dây gồm: trọng lượng dây dẫn (tải dọc) và lực gió tác
động lên bề mặt dây dẫn (lực ngang). Trọng lượng dây dẫn tác dụng lên cột treo dây
phụ thuộc vào khoảng vượt (khoảng cách giữa hai cột) và tiết diện dây dẫn được
trọn để truyền tải.
Khoảng vượt hay khoảng cách giữa các cột được chọn phụ thuộc vào điện
thế (điện áp truyền tải), cỡ dây dẫn được dùng cho đường dây. Khi dây dẫn được
treo trên trụ (cột) dây dẫn sẻ bị trùng xuống và có độ võng do trọng lượng dây dẫn
gây ra. Để đảm bảo hành lang an toàn cho mạng lưới điện, an toàn cho người và gia
súc đòi hỏi khi thiết kế lúc dây dẫn bị trùng xuống phải có khoảng cách tối thiểu
giữa điểm thấp nhất dây dẫn và mặt đất. Dây dẫn có lực kéo gọi là sức căng, mối
quan hệ giữa khoảng vượt, độ võng và sức căng có đặc điểm sau: Nếu khoảng vượt
tăng lên, độ võng sẻ tăng và để giữ khoảng trống tối thiểu trên mặt đất chiều cao cột
phải tăng. Khoảng vượt thông dụng được cho trong bảng 3.1:
Bảng 3.1: Khoảng vượt theo điện áp
Điện thế (kV) Khoảng vượt (m) Điện thế (kV) Khoảng vượt (m)
11
7
7
8
10
14
8
2
Đến ngọn cây 2 2 3 4 6
3
Đến nhà, công trình 2 3 4 6 10
4
Đến m/nước cao nhất không thuyền
Đến mặt nước cao nhất có thuyền
2,5
5,5
3
6
4
7
5
8
5
Đến đỉnh cột bườm 1,5 2 3 4
Ngoài ra ta còn phải tính đến khoảng cách giao chéo và đi gần của đường
dây. Khoảng cách giao chéo và đi gần được cho trong bảng 3.3.
Bảng 3.3: Khoảng cách giao chéo và đi gần của đường dây.
4
Khoảng cách từ đường dây tới anten.
An ten phát sóng trung và dài.
Anten phát sóng ngắn.
Anten phát sóng cực ngắn. 150200200
100
300200
100
300
5
Khoảng cách từ dây dẫn tới đường sắt. 3 3 6 8 12
6
Khoảng cách từ dây dẫn đến lề đường ô tô.
Khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đường ô tô.
Chiều cao cột
3.2 Tính toán lựa chọn cột
Cột của đường dây trên không được sử dụng để giữ các dây dẫn ở độ cao
nhất định so với mặt đất và mặt nước, đảm bảo an toàn cho người và các phương
tiện giao thông hoạt động, để cho đường dây làm việc tin cậy.
Theo chức năng các cột của đường dây trên không được chia thành: cột trung
gian, cột néo, cột góc, cột cuối và các cột đặt biệt. Các cột vượt và cột hoán vị là các
cột đặc biệt. Khoảng cách giữa hai dây dẫn liền kề nhau được gọi là khoảng vượt.
Các cột trung gian được bố trí ở các đoạn thẳng của dường dây. Các dây dẫn
của đường dây trên không được treo bằng các chuổi sứ cách điện treo (hình 3.1).
Hình 3.1 Sơ đồ đường dây trên không
Trong điều kiện bình thường các cột trung gian không chịu lực kéo của dây
dẫn và dây chống sét theo phương đường dây. Bởi vì các lực kéo của dây dẫn và
dây chống sét ở hai phía cột trung gian có giá trị bằng nhau khi các dây dẫn và dây
chống sét không bị đứt. Điều đó cho phép chế tạo các cột trung gian có cấu trúc đơn
giản và giá thành hạ. Trong chế độ sự cố khi một dây dẫn hay là một dây chống sét
ở một phía cột trung gian bị đứt, chuổi sứ bị kéo lệch về phía dây dẫn không bị đứt,
do đó lực kéo của dây dẫn không bị đứt giảm khá nhiều.
Các cột néo đượt dùng để kéo căng dây dẫn và kẹp chặt dây dẫn ở các vị trí
quan trọng đặc biệt của đường dây trên không. Các cột néo được đặt sau mỗi
khoảng chiều dài đường dây từ 3 ÷ 5 km để nâng cao độ tin cậy của đường dây trên
không. Trên các cột néo dây dẫn được treo bằng các chuổi cách điện kéo (hình 3.2),
Trong chế độ làm việc bình thường các cột néo chịu toàn bộ lực kéo của dây dẫn và
Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV
SVTH: Lê Hoàng Hải 15
dây chống sét ở giữa hai cột néo, đồng thời các cột được tính theo các điều kiện
giống như cột trung gian. Nhưng trong các chế độ sự cố, các cột néo được tính theo
β
/2
Hình 3.2 Góc ngoặc của đường dây trên không
Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV
SVTH: Lê Hoàng Hải 16
4000 4000
4000
4100
22500 5000 4000
Hình 3.3 Cột đường dây 220 kV một mạch
Chương III: Thiết kế phần cơ cho ĐDTT 220kV
SVTH: Lê Hoàng Hải 17
4200
5200
45004500
4800 4800
4200
40004000
22500 64006000
3000
Hình 3.4 Cột đường dây 220 kV hai mạch
Copyright: Tài liệu đại học ©