Header Page 1 of 126.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN TƯỜNG TUẤN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN 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

Footer Page 1 of 126.


1

Header Page 2 of 126.
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

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

trên không (ĐDKN) là giải pháp hữu ích trong giai đoạn đất nước

Trang, vào ngày 06 tháng 8 năm 2011.

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

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Mục đích chính của luận văn này là phân tích ảnh hưởng cường

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

độ điện trường của đường dây nhiều mạch – nhiều cấp điện áp, từ đó

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

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

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

2

phạm trang bị điện cũng như các thông tư nghị định Việt Nam.


đường dây truyền tải cao áp nhiều mạch, nhiều cấp điện áp trong điều

Độ phân bổ xa của từ trường phụ thuộc vào giá trị dòng điện

kiện hành lang chật hẹp. Nâng cao hiệu quả kinh tế đầu tư hệ thống

chạy trong dây dẫn hay là độ mang tải của đường dây. Bởi vì phụ tải

điện Việt Nam.

điện của hệ thông thay đổi trong ngày, trong tuần và theo mùa trong

Tạo tiền đề trong yêu cầu thiết kế đối với đường dây truyền tải

năm, kích thước vùng ảnh hưởng tăng cao, tương ứng mức từ trường

siêu cao áp nhiều mạch đi trong khu vực dân cư.

cũng thay đổi.

4. Bố cục luận án

1.2. CÁC TÁC ĐỘNG SINH HỌC CỦA ĐIỆN TRƯỜNG

Luận án bao gồm 5 chương chính cùng với phần mở đầu và kết

VÀ TỪ TRƯỜNG
Điện trường và từ trường là các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến

luận

ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG.
Hiện nay các tổ chức nghiên cứu về điện từ trường trên toàn thế

Kết luận và kiến nghị.

Footer Page 3 of 126.


4

5

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

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Header Page 4 of 126.

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:

Định luật Culông 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 không hình 2.1, tác dụng lực tĩnh điện với nhau (điện tích
nọ tác dụng với trường của điện tích kia) theo luật:
F1 = q1

q2
r12
4πε 0 r122

(2-1)

F2 = q2

q1
r21
4πε 0 r212

(2-2)

Hệ luận 1: Trong chân không cường độ trường tĩnh điện ở M2
ứng với một điện tích điểm q1 đặt yên ở M1 bằng:
q1
(2-3)
E(M ) =
r
2

4πε 0 r212


F2

M1

r 12

q1 > 0

k =1

rk2

M2

F1

M1 F 2

q2> 0

q1 < 0

r 12

F1 M2
q2< 0

r 12

M2

D ( r ) = Dr ( r ) =

E (r ) = Er (r ) =

(r ) =



Dds = Eds = q

S




2r

;

(2-8a)
(2-8b)

2r

r

r

r0



r

S

Ly tớch phõn ta c hm th so vi mt tr bỏn kớnh ro chn
lm mc :

a) Hai ủieọn tớch cuứng daỏu

M1 F 2

Dds = D ds = D ds = D.2rl = l

r


(ln r ln r ) =
ln 0
2
2
r
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

zêrô. Xếp chồng lại, có thế ở M(r+, r-):
r− 
r+ 
τ  r0+
τ  r−
(2.13)
 ln
 ln
− ln 0  =
+ ln 0 
ϕM (r + , r − ) =
2πε 

r − 

r+

2πε 

r0− 

r+

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.








(2.14)

Tiếp theo hãy chọn phân tích các đường đẳng thế. Từ (2.14)
đường đẳng thế có phương trình:
r−
+
- 2
2 + 2
ln + = const hoặc r =kr hoặc (r ) - k (r )
(2.15)
r
=0
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:
(2.16)
(r -)2 = (x+a)2 +y2, (r -)2 = (x - a)2 + y2
Thay vào (2.15) ta có phương trình:
k 2 +1
(2.17)
x 2 − 2a
x + y2 + a2 = 0
k 2 −1


−τ
M
+τ
M
những đẳng thế φ1, φ2,… qua trục y.
Hình 2.3
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:
1

2

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 = Eh không
đổi;
Trong thực tế có thể sử dụng nhiều dạng sơ đồ cột khác nhau,

đề tài chọn khoảng cách từ điểm thấp nhất của dây dẫn điện ở trạng

Footer Page 7 of 126.

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
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

A

A

B

B

3.50

E[kV/m]

3.00

E[kV/m]

Header Page 7 of 126.

2.50

C

C
2.00

A

C

2.50

- 80

-70

- 60

- 50

- 40

- 30

- 20

- 10

0

10

20

30

x[m ]

Hình 3.1

40


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

x[m ]

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 hf=8m. Cường

Tiếp tục quan sát kết quả tính

Quan sát tiếp kết quả tính toán đối với đường dây truyền tải

Eh=8m

toán đối với đường dây truyền tải

điện 500kV mạch kép độ võng thấp nhất so với mặt đất hf =16m;

điện 220kV và 500kV hỗn hợp 4

14m, bố trí thuận pha (thuận). Kết quả được biểu diễn trên đồ thị

mạch, độ võng thấp nhất so với mặt

hình 3.3 cho thấy ở độ võng dây dẫn hf=14 m có cường độ điện

A

A

B

B

C

C



20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hình 3.5
P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X(m )
(0 4 M ẠC H 5 0 0&2 20 k V B Ố T R Í N GỊC H P H A 2 2 0 k V)

P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m )
( 0 4 M ẠC H 5 0 0&22 0k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A 5 0 0k V)

độ điện trường E ≤ 1kV đối với khoảng cách nằm ngoài phạm vi từ

Eh=18m


5.00

P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m)
( 0 2 M ẠC H 2 2 0 k V B Ố T R Í T H UẬN P H A )

Eh=16m

Eh=14m

Eh=16m

9.00
6.00

8.00

7.00

A

4.00

C

4.50

B

B



E[kV/m]

tim tuyến x(E≤1kV/m)> ±27m ra hai bên.

A

A

A

2.50

B

B

2.00

C

C

1.50

3.00

A

C

C

B

E[kV/m]

E[kV/m]

B

4.00

B

C

A

-90

-80

-70

- 60

-50

-40


50

60

70

80

90

100

-100

- 90

-80

- 70

-60

- 50

- 40

-30

- 20


70

Hình 3.7
P HÂN BỐ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN T RƯỜNG TẠI CÁC ĐIỂM CÁCH M ẶT ĐẤT X(m)
(04 M ẠCH 500&220kV BỐ T RÍ NGỊCH P HA 220kVT RÁI &500kV BÊN P HẢI)

Eh=14m

80

90 100

Eh=18m

Eh=8m
0

10

20

30

40

50

60

70


-50

20

Hình 3.6
Eh=8m

-60

10

0.00

0.00
-70

0

P H Â N B Ố C ƯỜN G ĐỘ ĐIỆN T R ƯỜN G T ẠI C Á C ĐIỂM C Á C H M ẶT ĐẤT X ( m )
( 0 4 M ẠC H 5 0 0 &2 2 0 k V B Ố T R Í N G ỊC H P H A 2 2 0 k V &5 0 0 k V B ÊN P H ẢI)

2.00

1.00

-80

- 10


B

3.00

C

A

2.50

A

C

2.00

B

B

1.50

C

A

1.00

E[kV/m]


A

C

1.50
1.00
0.50

0.50

-10 -90 -80
0

-70 -60 -50 -40 -30

0.00
-20 -10 0

10

20

x[m]

Hình 3.8

30

40


0

10

20

x[m]

Hình 3.9

30

40

50

60

70

80

90

100


14

15

4,760

2,512

1,793

Đối với đường dây hỗn hợp 500kV&220kV đi chung cột phải

(3)

4,297

1,835

1,243

bố trí đảo pha mạch 500kV bên phải và 220kV bên trái hoặc ngược

(4)

3,780

1,472

0,947

(5)

3,111



(3) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV bên phải

năng phóng điện đối với đường dây bên cạnh trong các chế độ đóng

(4) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV và 500kV bên phải

cắt vận hành đường dây 500kV.

(5) – Trường hợp bố trí dây dẫn nghịch pha 220kV trái và 500kV phải

4.2. MỤC ĐÍCH

Kết quả tính toán cường độ điện trường đối với đường dây

Điện áp cảm ứng của mạch truyền tải nhiều mạch trong các

trên không hỗn hợp nhiều mạch (ĐDKN - 4 mạch) với năm trường

trường hợp vận hành bình thường, quá điện áp đóng cắt, cũng như

hợp bố trí dây dẫn khác nhau, các trường hợp có thực hiện bố trí đảo

trường hợp sự cố.

pha luôn có xu hướng cho kết quả cường độ điện trường giảm.

4.3. CƠ SỞ TÍNH TOÁN

3.6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Hỗn hợp 220-500kV

242

550

242

550

6

6

6

6

AC330/42

AC330/42

AC330/42

AC330/42


Header Page 10 of 126.
Thông số


1

4

1

4

Mô hình EMTP được trình bày tại hình 4.1.
500kV

2 MACH 500kV

500kV

LF
LF1
SW3
+
-1| 1E15| 0
52

+

PhLox116

PhLox116

Đường kính [m]


CP

22

B1
a
b
c

a a
b b
c c

3
SW2
+
0| 50ms| 0

SW4
+
-1ms| 1E15| 0

2
B2

3

+

SW 11

2MACH

a
b
c

SW 7
+
-1| 1E15| 0

CP

500_220kV
a
b
c

21

a
b
c

SW 5
+
-1| 1E15| 0

LF2

GSW70


VM +

Thông số dây chống sét

CP

LF

+

Load1

0,45

a
b
c

SW 1
+
0| 50ms| 0

SW9

+

0,45

+ VM


+ VM

+ VM

?v

?v

?v

2 MACH 500kV

Hình 4.1: Hình mô phỏng vận hành đường dây 220kV và 500kV
4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN.

Thông số hình học
Số mạch

2

2

2

2

Kết quả tính toán khảo sát đối với các chế độ vận hành, quá

Số dây chống sét


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


-

3000

4500

-

4500

Bố trí dây dẫn
Khoảng cách pha [m]

Khoảng cách DD-mặt đất
Khoảng cách DD-CS

Đối xứng

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 EMTPRV;

Footer Page 10 of 126.

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



- Đường dây 220kV mạch kép đang vận hành;

làm sóng điện áp của đường dây tăng lên so với điện áp vận

- Đường dây 500kV vận hành một mạch;

hành bình thường 7,8%, thời gian duy trì nhỏ < 2ms, không

- Sau khoảng thời gian 80ms đóng mạch 500kV thứ 2, tiếp

gây ảnh hưởng đến quá trình vận hành đường dây điện áp

theo 70ms sau cắt mạch 500kV mới đóng và thời gian 50ms sau đó

220kV.

tiếp đất 3 pha đường dây 500kV để cắt điện áp duy trì trên mạch.

4.4.3. Chế độ sự cố.

Thời gian khảo sát khoảng t=240ms.

Footer Page 11 of 126.

Đặt vấn đề khảo sát mạch điện trong các điều kiện sau:


Header Page 12 of 126.



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

Footer Page 12 of 126.

4.4.3.2. Trường hợp ngắn mạch không 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 không 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.


Header Page 13 of 126.

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 không 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

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 không siêu cao áp sinh ra trong


Header Page 14 of 126.

24

không gian xung quanh nó một điện trường bao phủ dọc theo tuyến
đường dây truyền tải. Độ lớn của cường độ điện trường này ngoài
những phụ thuộc vào thông số kỹ thuật dây dẫn còn 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 luôn có xu hướng làm giảm cường
độ điện trường sinh ra bởi đường dây truyền tải điện.
Để nâng cao hiệu quả trong công tác tư vấn thiết kế cũng như
đầu tư xây dựng các công 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.
- Không cần thiết phải nối đất an toàn các công trình trong và
ngoài 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 toán ảnh hưởng
cường độ điện trường của đường dây truyền tải điện trên không 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 mô hình
thực nghiệm, đo đạc thí nghiệm cụ thể đối với tất cả các trường hợp