Nghiên Cứu Quá Điện Áp Đóng Cắt Tuyến Cáp Ngầm 220kV Long Biên – Mai Động

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu quá điện áp đóng cắt tuyến cáp ngầm 220kv long biên mai động, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Hoàng Văn Lâm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tuyên
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Quá Điện Áp Đóng Cắt Tuyến Cáp Ngầm 220kV Long Biên – Mai Động
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu của luận văn
• 1.4. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
• 1.5. Giới thiệu phần mềm EMTP
• 1.6. Cấu trúc của luận văn
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 2.1. Mối quan hệ của tuyến đường dây với Quy hoạch điện
• 2.2. Tuyến đường dây được thỏa thuận với UBND thành phố
• 2.3. Tổng quan về quá điện áp trong hệ thống
• 2.4. Quá điện áp duy trì
• 2.5. Quá điện áp đóng cắt
• 2.6. Quá điện áp khí quyển
• 2.7. Các nghiên cứu liên quan về quá điện áp
• 3. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐẢO VỎ CÁP NGẦM
• 3.1. Phương pháp luận lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm
• 3.2. Tính toán lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Long Biên – VT1
• 3.2.1. Phương án nối đất vỏ cáp tại một điểm (PA1)
• 3.2.2. Phương án Liên kết Cross bonding (PA2)
• 3.3. Tính toán lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm cung đoạn cáp ngầm từ TBA 220kV Mai Động – VT4
• 3.3.1. Phương án nối đất vỏ cáp tại một điểm
• 3.3.2. Phương án Liên kết Cross bonding
• 4. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH TRV VÀ RRRV
• 4.1. Lý thuyết liên quan đến TRV và RRRV
• 4.2. Xây dựng mô hình các phần tử trong hệ thống phục vụ tính toán
• 4.2.1. Mô hình nguồn phát và tổng trở hệ thống
• 4.2.2. Mô hình máy biến áp
• 4.2.3. Mô hình đường dây truyền tải
• 4.2.4. Mô hình phần tử cáp ngầm
• 4.3. Tính toán giá trị TRV và RRRV
• 4.3.1. Tính toán giá trị TRV và RRRV của máy cắt tại TBA 220kV Long Biên
• 4.3.2. Tính toán giá trị TRV và RRRV của máy cắt tại TBA 220kV Mai Động
• 4.4. Hướng phát triển của luận văn trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Quá Điện Áp Đóng Cắt Tuyến Cáp Ngầm 220kV Long Biên Mai Động

Nghiên cứu quá điện áp đóng cắt tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Đề tài này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các hiện tượng điện áp trong hệ thống mà còn cung cấp những giải pháp kỹ thuật tối ưu cho việc lựa chọn thiết bị đóng cắt. Việc nghiên cứu này có ý nghĩa lớn trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện tại khu vực Hà Nội.

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tính toán giá trị quá điện áp đóng cắt và lựa chọn thiết bị phù hợp cho trạm biến áp 220kV Long Biên và Mai Động. Nhiệm vụ bao gồm mô hình hóa hệ thống và phân tích các thông số kỹ thuật cần thiết.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện, đồng thời giảm thiểu rủi ro hư hỏng thiết bị do quá điện áp. Điều này có thể góp phần vào việc phát triển bền vững hệ thống điện tại Việt Nam.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Quá Điện Áp

Trong quá trình nghiên cứu quá điện áp đóng cắt, nhiều thách thức đã được xác định. Các vấn đề như độ dài cáp ngầm, sự tương tác giữa các thiết bị và điều kiện môi trường đều ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp hiệu quả.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá điện áp

Các yếu tố như chiều dài cáp, cấu trúc hệ thống và điều kiện môi trường có thể làm tăng mức độ quá điện áp. Việc phân tích các yếu tố này giúp xác định các biện pháp khắc phục hiệu quả.

2.2. Thách thức trong việc lựa chọn thiết bị

Lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp là một thách thức lớn. Các thông số như TRV và RRRV cần được tính toán chính xác để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Quá Điện Áp Đóng Cắt

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng phần mềm EMTPWorks để mô phỏng và phân tích quá trình quá điện áp. Các bước thực hiện bao gồm mô hình hóa hệ thống, tính toán TRV và RRRV, và lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm.

3.1. Mô hình hóa hệ thống bằng EMTPWorks

Phần mềm EMTPWorks cho phép mô phỏng các hiện tượng quá độ trong hệ thống điện. Việc mô hình hóa chính xác là bước đầu tiên để thực hiện các tính toán cần thiết.

3.2. Tính toán TRV và RRRV

Tính toán TRV và RRRV là bước quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị đóng cắt. Các giá trị này giúp xác định khả năng chịu đựng của thiết bị trong các tình huống khác nhau.

IV. Kết quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra các giá trị TRV và RRRV cụ thể cho máy cắt tại trạm biến áp 220kV Long Biên và Mai Động. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong việc lựa chọn thiết bị.

4.1. Giá trị TRV và RRRV tại TBA Long Biên

Kết quả tính toán cho thấy giá trị TRV và RRRV tại TBA Long Biên đạt mức an toàn, đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc thiết kế và lắp đặt các hệ thống cáp ngầm 220kV, góp phần nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu

Nghiên cứu quá điện áp đóng cắt tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động đã cung cấp những thông tin quý giá cho việc lựa chọn thiết bị đóng cắt. Tương lai của nghiên cứu này có thể mở rộng ra các tuyến cáp ngầm khác và các cấp điện áp khác nhau.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số kỹ thuật cần thiết cho thiết bị đóng cắt, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu có thể được mở rộng để bao gồm các công nghệ mới trong lĩnh vực cáp ngầm và thiết bị đóng cắt, nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống truyền tải điện cao áp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho các khu vực đô thị phát triển nhanh chóng. Theo Dự thảo Đề án Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2021 – 2030, tầm nhìn đến năm 2045, Việt Nam cần thực hiện khoảng 1657 dự án đường dây và trạm biến áp, trong đó có 1315 dự án cấp điện áp 220kV nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải. Đặc biệt, việc xây dựng các tuyến cáp ngầm 220kV trong các thành phố lớn như Hà Nội là xu hướng tất yếu nhằm giảm diện tích hành lang và đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ đô thị hiện đại.

Luận văn tập trung nghiên cứu quá điện áp đóng cắt trên tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động dài 15,3 km, đi qua các khu vực đông dân cư và nhiều công trình ngầm phức tạp. Mục tiêu chính là tính toán giá trị quá điện áp đóng cắt (Transient Recovery Voltage - TRV) và tốc độ tăng điện áp phục hồi (Rate of Rise Recovery Voltage - RRRV) để lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp tại hai trạm biến áp 220kV Long Biên và Mai Động. Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng EMTPWorks để mô hình hóa hệ thống điện, lựa chọn sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm và tính toán các thông số kỹ thuật quan trọng.

Việc nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc đảm bảo an toàn vận hành, nâng cao độ tin cậy và tính kinh tế cho dự án đường dây 220kV Long Biên – Mai Động, đồng thời góp phần phát triển kỹ thuật điện trong lĩnh vực truyền tải cáp ngầm cao áp tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Quá điện áp đóng cắt (Transient Overvoltage): Là hiện tượng điện áp quá độ xuất hiện trong quá trình đóng cắt mạch điện, gây ra dao động điện áp cao tần trên hệ thống. TRV và RRRV là hai thông số quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của quá điện áp đến thiết bị đóng cắt.

• Sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm (Cross bonding): Phương pháp nối đất vỏ kim loại cáp ngầm nhằm giảm điện áp cảm ứng trên vỏ cáp, hạn chế tổn thất và tăng tuổi thọ cáp. Các phương án nối đất gồm nối đất một điểm, nối đất hai đầu và liên kết Cross bonding với số chu kỳ đảo vỏ khác nhau.

• Mô hình hệ thống điện trong phần mềm EMTPWorks: Bao gồm mô hình nguồn phát, máy biến áp, đường dây truyền tải và cáp ngầm với các đặc tính điện dung, điện trở, từ hóa và các phần tử điều khiển. Mô hình hóa này giúp mô phỏng quá trình quá độ và tính toán TRV, RRRV chính xác.

Các khái niệm chính bao gồm: TRV, RRRV, sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm, điện áp cảm ứng vỏ cáp, dòng điện cảm ứng vỏ cáp, và các thông số kỹ thuật của máy cắt.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng số dựa trên phần mềm EMTPWorks để phân tích quá điện áp đóng cắt trên tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật của tuyến cáp, máy biến áp, kết quả tính toán ngắn mạch từ phần mềm PSS/E, các thông số điện dung ký sinh và đặc tính vật liệu cáp.

• Phương pháp phân tích: Mô hình hóa hệ thống điện đơn giản hóa tập trung vào các phần tử chính liên quan đến tuyến cáp ngầm. Tính toán điện áp cảm ứng trên vỏ cáp với các phương án nối đất khác nhau (nối đất một điểm, Cross bonding với 2-6 chu kỳ đảo vỏ). Mô phỏng TRV và RRRV tại hai trạm biến áp bằng mô hình nguồn, máy biến áp, đường dây và máy cắt trong EMTPWorks.

• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung trên tuyến cáp dài 15,3 km, chia thành các đoạn cáp nhỏ phù hợp với chiều dài cuộn cáp thực tế (dưới 1 km). Thời gian nghiên cứu kéo dài trong quá trình học tập thạc sĩ, hoàn thành năm 2022.

Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác ảnh hưởng của sơ đồ nối đất vỏ cáp và các điều kiện vận hành đến quá điện áp đóng cắt, từ đó lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của sơ đồ nối đất vỏ cáp đến điện áp cảm ứng:

   • Phương án nối đất một điểm tại một đầu cáp ngầm 10 km gây ra điện áp cảm ứng trên vỏ cáp lớn nhất khoảng 1717 V, vượt quá 13,5 lần giới hạn an toàn 127 V.

   • Khi chia đoạn cáp 10 km thành 10 đoạn nhỏ (mỗi đoạn ~1 km), điện áp cảm ứng giảm nhẹ còn khoảng 1646 V, vẫn vượt quá giới hạn an toàn hơn 11 lần.

   • Phương án Cross bonding với 4 chu kỳ đảo vỏ giảm điện áp cảm ứng xuống khoảng 153 V, tuy giảm đáng kể nhưng vẫn vượt giới hạn an toàn 20%.

   • Cross bonding với 5 chu kỳ đảo vỏ tiếp tục giảm điện áp cảm ứng xuống 124 V, tương đương 88 V hiệu dụng, đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn (dưới 127 V).

2. Dòng điện cảm ứng trên vỏ cáp:

   • Dòng điện cảm ứng lớn nhất đo được khoảng 15 A với phương án nối đất một điểm, giảm xuống còn khoảng 14,5 A với Cross bonding 5 chu kỳ, cho thấy giảm nhẹ tổn thất điện trở vỏ cáp.

3. Tuyến cáp ngầm 4,3 km từ Mai Động đến VT4:

   • Nối đất một điểm gây điện áp cảm ứng lên đến 741 V, vượt 5,3 lần giới hạn an toàn.

   • Cross bonding với 2 chu kỳ đảo vỏ giảm điện áp cảm ứng xuống 122 V, tương đương 86 V hiệu dụng, đảm bảo an toàn.

4. Tính toán TRV và RRRV tại hai trạm biến áp:

   • Giá trị TRV và RRRV được mô phỏng với các chế độ ngắn mạch 2 pha và 3 pha, tại các điểm khác nhau trên tuyến cáp.

   • Kết quả cho thấy TRV và RRRV phụ thuộc vào vị trí sự cố, thời điểm cắt và sơ đồ nối đất vỏ cáp, ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn máy cắt phù hợp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy sơ đồ nối đất vỏ cáp ngầm có ảnh hưởng rất lớn đến điện áp cảm ứng và dòng điện cảm ứng trên vỏ kim loại cáp. Phương án nối đất một điểm không đảm bảo an toàn kỹ thuật do điện áp cảm ứng vượt quá giới hạn cho phép, gây nguy cơ hư hỏng cách điện và giảm tuổi thọ cáp.

Phương án Cross bonding với số chu kỳ đảo vỏ phù hợp (5 chu kỳ cho đoạn 10 km, 2 chu kỳ cho đoạn 4,3 km) là giải pháp tối ưu, vừa đảm bảo an toàn điện áp cảm ứng, vừa cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và chi phí đầu tư (giảm số lượng hầm nối cáp và phụ kiện).

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với nguyên lý giảm điện áp cảm ứng bằng Cross bonding và mô hình hóa TRV, RRRV trong hệ thống điện có cáp ngầm dài. Việc sử dụng phần mềm EMTPWorks cho phép mô phỏng chính xác các hiện tượng quá độ, hỗ trợ lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp, đảm bảo vận hành an toàn và kinh tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp cảm ứng theo chiều dài cáp, bảng tổng hợp giá trị TRV, RRRV tại các điểm tính toán, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các phương án nối đất và điều kiện vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng sơ đồ nối đất Cross bonding với số chu kỳ đảo vỏ phù hợp:

   • Đối với đoạn cáp 10 km Long Biên – VT01, sử dụng Cross bonding 5 chu kỳ đảo vỏ để đảm bảo điện áp cảm ứng dưới 127 V.

   • Đối với đoạn cáp 4,3 km Mai Động – VT4, sử dụng Cross bonding 2 chu kỳ đảo vỏ.

   • Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thi công và lắp đặt cáp.

2. Lựa chọn máy cắt phù hợp dựa trên giá trị TRV và RRRV tính toán:

   • Sử dụng kết quả mô phỏng để chọn máy cắt có thông số kỹ thuật đáp ứng biên độ TRV và tốc độ tăng RRRV cao nhất.

   • Chủ thể thực hiện: Ban kỹ thuật dự án và nhà cung cấp thiết bị.

3. Tăng cường giám sát và bảo trì hệ thống cáp ngầm:

   • Định kỳ kiểm tra điện áp cảm ứng và dòng điện cảm ứng trên vỏ cáp để phát hiện sớm các hiện tượng bất thường.

   • Thời gian: hàng năm hoặc theo khuyến cáo nhà sản xuất.

4. Nâng cao năng lực mô phỏng và đào tạo kỹ thuật viên:

   • Đào tạo sử dụng phần mềm EMTPWorks và các công cụ mô phỏng khác để phân tích quá điện áp và lựa chọn thiết bị.

   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, viện nghiên cứu và đơn vị vận hành.

5. Nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và vận hành:

   • Đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm, và các sự cố vận hành đến quá điện áp và tuổi thọ cáp.

   • Thời gian: nghiên cứu tiếp theo trong vòng 2-3 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện cao áp:

   • Hưởng lợi từ các phương pháp tính toán và lựa chọn thiết bị đóng cắt phù hợp, nâng cao độ tin cậy vận hành.

2. Các nhà thiết kế và tư vấn kỹ thuật dự án truyền tải điện:

   • Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế sơ đồ nối đất vỏ cáp ngầm tối ưu, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí.

3. Các nhà sản xuất và cung cấp thiết bị đóng cắt:

   • Tham khảo thông số TRV, RRRV để phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của hệ thống cáp ngầm 220kV.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện:

   • Nắm bắt kiến thức về quá điện áp đóng cắt, mô hình hóa hệ thống điện và ứng dụng phần mềm mô phỏng EMTPWorks trong nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Quá điện áp đóng cắt là gì và tại sao nó quan trọng?

   Quá điện áp đóng cắt là hiện tượng điện áp quá độ xuất hiện khi máy cắt đóng hoặc ngắt mạch điện, có thể gây hư hỏng thiết bị nếu không được kiểm soát. Ví dụ, TRV cao có thể làm máy cắt bị phóng điện trở lại, gây sự cố vận hành.

2. Tại sao phải sử dụng sơ đồ đảo vỏ cáp ngầm (Cross bonding)?

   Cross bonding giúp giảm điện áp cảm ứng trên vỏ kim loại cáp ngầm, hạn chế tổn thất điện trở và tăng tuổi thọ cáp. Trong nghiên cứu, phương án này giảm điện áp cảm ứng từ hơn 1700 V xuống dưới 130 V, đảm bảo an toàn.

3. Phần mềm EMTPWorks được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?

   EMTPWorks mô phỏng quá trình quá độ điện trong hệ thống điện, giúp tính toán chính xác TRV, RRRV và điện áp cảm ứng vỏ cáp, hỗ trợ lựa chọn thiết bị đóng cắt và sơ đồ nối đất phù hợp.

4. Giá trị TRV và RRRV ảnh hưởng thế nào đến lựa chọn máy cắt?

   TRV biểu thị biên độ điện áp phục hồi, RRRV là tốc độ tăng điện áp. Máy cắt phải có khả năng chịu đựng các giá trị này để tránh phóng điện trở lại, đảm bảo an toàn và tuổi thọ thiết bị.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các tuyến cáp ngầm khác không?

   Có thể, nhưng cần điều chỉnh theo đặc điểm kỹ thuật, chiều dài và điều kiện vận hành cụ thể của từng tuyến cáp. Nghiên cứu cung cấp phương pháp và cơ sở lý thuyết để áp dụng linh hoạt.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc mô hình hóa và tính toán quá điện áp đóng cắt trên tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động bằng phần mềm EMTPWorks.

• Phương án nối đất Cross bonding với số chu kỳ đảo vỏ phù hợp là giải pháp kỹ thuật tối ưu, đảm bảo điện áp cảm ứng vỏ cáp dưới giới hạn an toàn.

• Giá trị TRV và RRRV được xác định giúp lựa chọn máy cắt phù hợp, đảm bảo vận hành an toàn và kinh tế cho dự án.

• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiểu biết về kỹ thuật truyền tải cáp ngầm cao áp tại Việt Nam, hỗ trợ phát triển hệ thống điện đô thị hiện đại.

• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm áp dụng kết quả vào thiết kế thực tế, đào tạo nhân lực và nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng môi trường và vận hành. Các đơn vị quản lý và kỹ thuật được khuyến khích áp dụng và phát triển nghiên cứu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.1 Mối quan hệ của tuyến đường dây với Quy hoạch điện Theo tiêu chí phát triển lưới điện 110kV, 220kV của Thành phố Hà Nội được Bộ Công Thương phê duyệt tại Quyết định phê duyệt số 4720/QĐ-BCT ngày 02/12/2016, lưới điện từ vành đai 3 trở vào trung tâm Thành phố phải được hạ ngầm toàn bộ để góp phần xây dựng diện mao đô thị văn minh hiện đại. Trên cơ sở tốc độ tăng trưởng của phụ tải điện thành phố Hà Nội và lưới điện cao áp của thành phố Hà Nội đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt, việc đưa vào vận hành Đường dây cáp ngầm 220kV từ Long Biên - Mai Động có tác dụng hỗ trợ cấp điện và bổ sung nguồn cho vùng 1 (vùng phụ tải trung tâm) trong các chế độ vận hành bình thường cũng như sự cố hết sức là cần thiết. Đồng thời, Đường dây cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động đảm bảo cấp điện cho trạm 220kV Gia Lâm - trạm cấp nguồn cho các phụ tải của KĐT Vincity Ocean Gia Lâm.1: Sơ đồ địa dư kết lưới của Đường dây 220kV Long Biên – Mai Động 1.2 Tuyến đường dây được thỏa thuận với UBND thành phố Tuyến cáp ngầm 220kV Long Biên – Mai Động, xuất phát từ vị trí trạm 220kV Long Biên, đặt gần khu tái định cư Giang Biên (gần đường Đê vàng) và kết thúc tại trạm 220kV Mai Động, đặt tại đường Hoàng Văn Thụ, quận Hoàng Mai với tổng chiều dài là 15,3km. Tuyến cáp ngầm chủ yếu đi dưới lòng đường thuộc địa phận thành phố Hà Nội như: đường Mai Chí Thọ, Hội Xá, đường gom Quốc Lộ 1, Lĩnh Nam, Đường 5 tạm Vĩnh Hoàng.

Do tuyến đi ngầm dưới lòng đường nên giao chéo với nhiều công trình ngầm như: hệ thống thông tin viễn thông, tuyến cáp ngầm 110kV, tuyến cáp điện trung áp và hạ áp, hệ thống cung cấp nước, hệ thống thoát nước và các hạng mục khác có liên quan… nằm xen kẽ với nhau. TBA 220kV Long Biên TBA 220kV Mai Động Hình 1.2: Hướng tuyến đường dây sau theo thỏa thuận của UBND Tp.3 Tổng quan về quá điện áp trong hệ thống Quá điện áp (QĐA) được hiểu là các nhiễu loạn xếp chồng lên điện áp làm việc của hệ thống điện. Quá điện áp trong hệ thống điện là hiện tượng điện áp tăng quá định mức (110%) là nguyên nhân phổ biến gây nên hư hỏng các thiết bị trong hệ thống điện và làm giảm hiệu quả cung cấp điện liên tục của hệ thống. Trong hệ thống điện có các loại quá điện áp như: - QĐA duy trì: Xuất hiện trên các đường dây truyền tải, có tần số tương ứng với tần số công nghiệp và duy trì trong thời gian dài.

- QĐA nội bộ (đóng cắt): Xuất hiện do thao tác, đóng cắt, sự cố ngắn mạch. - QĐA khí quyển: Xuất hiện do dòng điện (điện áp sét gây ra) 1.4 Quá điện áp duy trì Khi đường dây dài vận hành không tải và hở mạch cuối. Khi cho công suất nguồn lớn vô cùng thì điện áp tại nút 1 sẽ giữ là hằng số.3: Đường dây dài vận hành không tải 6 Điện áp tại nút 2 sẽ được xác định theo phương trình đường dây dài [4]: = U  ch ( β + jα ) l U 1 2 U PT 1.1 = U 1 = U  ( A − jB ) ch ( β + jα ) l 2 1 Trong đó chβ1 cos α1 A= cos 2 α l + sh 2 β l PT 1.2 shβ1 sin α1 B= cos 2 α l + sh 2 β l U2 Gọi K = là bội số QĐA ta có: U1 1 K= A2 + B 2 = PT 1.3 cos α l + sh β l 2 2 1 Nếu không xét đến tổn hao thì K =. Do K > 1 nên U2 > U1 nghĩa là có cosα l QĐA ở cuối đường dây.5 Quá điện áp đóng cắt Trong mục 1.4 đã trình bày dạng quá điện áp duy trì, nó có tần số bằng hoặc tương đương tần số công nghiệp và duy trì trong thời gian dài.

Trong mục này luận văn sẽ trình bày dạng quá điện áp đóng cắt xuất hiện trong quá trình quá độ của thao tác đóng mạch đường dây dài. Hệ thống điện được xem như 1 tổng thể gồm nhiều phần tử R, L, C, các thao tác đóng cắt hệ thống sẽ gây nên sự thay đổi những thông số của mạch điện và làm xuất hiện các quá trình quá độ bằng dao động L - C. Những dao động này (dao động cao tần) sẽ gây nên quá điện áp quá độ (Transient Overvoltage). Theo [4], đưa ra các trị số cơ sơ của QĐA đóng cắt (theo đơn vị tương đối pu), các số liệu cơ sở để tính toán lựa chọn.

Điện áp định mức (kV) 110-220 500 QĐA đóng cắt (pu) 3 2,5 Bảng 1: Trị số quá điện áp đóng cắt Trong quá trình vận hành các đường dây cao áp, siêu cao áp vấn đề QĐA đóng cắt càng trở lên nghiêm trọng với các lý do: - Khi đường dây không tải hoặc hở mạch ở đầu cuối, dòng điện trên đường dây là dòng điện dung (Ic). Dòng điện này khi đi qua điện kháng của nguồn và đường dây sẽ gây tăng áp phía đường dây. Vì độ lớn của dòng điện điện dung tỷ lệ với chiều dài đường dây nên khi đường dây càng dài thì hậu quả gây tăng áp càng nghiêm trọng. 7 Đóng nguồn U0 vào đường dây dài hở mạch ở cuối Hình 1.4: Đóng nguồn áp U0 vào đường dây dài hở mạch ở cuối Theo [4], kết quả điện áp ở dạng tổng quát như sau:  ∞  x, t ) U 0 1 − ∑ AK cosϖ k t  u (=  k =0  2k + 1 l − x ( −1) cos k PT 1.4 AK = 2 l 4 2k + 1 π 2k + 1 l ϖk = π 2 v Điện áp u(x,t) gồm thành phần xác lập và thành phần quá độ hình thành bởi các dao động có biên độ dao động AK và tần số ϖK.

Biên độ AK phụ thuộc vào tọa độ x nên nó gắn liền với phân bố áp dọc theo đường dây. Biên độ AK còn phụ thuộc vào bậc của dao động. Ứng với tần số dao động cơ bản (k=0) và x=l sẽ có AK = 4/π điều đó chứng tỏ rằng biên độ của dao động ở tần số này còn lớn hơn điện áp nguồn. Tần số dao động còn được xác định theo: = fk ( 2k + 1) f0 PT 1.5 v f0 = 4l Trong đó v là tốc độ truyền song, có giá trị bằng tốc độ ánh sang (300m/µs).

Tần số f0 là tần số dao động cơ bản, các tần số này đề phụ thuộc vào chiều dài đường dây và bậc của dao động. Chiều dài đường dây l 300 500 1000 1500 3000 (km) Tần số dao động f0 (Hz) 250 150 75 50 25 Bảng 1: Tần số dao động cơ bản theo chiều dài Với chiều dài tuyến là 1500km sẽ là chiều dài cộng hưởng ở tần số công nghiệp, còn chiều dài 500km là chiều dài cộng hưởng ở tần số 3f (sóng điều hòa bậc 3) của điện áp xoay chiều trong hệ thống điện. Với các chiều dài trên sẽ hiện tượng cộng hưởng tần số sẽ gây nên quá điện áp. Đóng nguồn xoay chiều vào đường dây dài hở mạch ở cuối Từ kết quả ở mục 1.1 sẽ được nghiệm ứng với nguồn áp 1(t): 8 ∞ u ( x, t ) = 1 − ∑ AK cosϖ k t PT 1.6 k =0 Theo [4], Điện áp ứng khi cho nguồn áp f(t) sẽ được xác định: ∞ ϖ K sin ϖ K t − ϖ sin ϖ t u ( x, t ) U m sin ϖ t − ϖ U m ∑ AK = k =0 ϖ K −ϖ 2 2 PT 1.

Sự cộng hưởng đó là nguyên nhân dây nên quá điện áp duy trì ở chế độ xác lập.6 Quá điện áp khí quyển Nguồn gây nên quá điện áp khí quyển trong hệ thống điện (HTĐ) là phóng điện sét giữa mây dông và mặt đất. Cũng như bất kỳ một kích động điện từ nào vào HTĐ: quá trình đóng cắt bình thường, khi xảy ra sự cố… phóng điện sét gây nên sóng điện từ. Sóng điện từ xuất phát từ nơi sét đén truyền dọc theo đường dây tải điện, gây nên quá điện áp tác dụng đối với cách điện đường dây. Trường hợp sét đánh trực tiếp vào dây dẫn, thì trị số của QĐA phụ thuộc vào biên độ dòng sét có thể lên đến hàng triệu có khi đến hàng chục triệu volt, vượt quá nhiều lần mức cách điện xung quá điện áp của đường dây, trạm biến áp.

Trường hợp sét đánh gần đường dây gây nên điện áp cảm ứng có biên độ tương đối bé, cao nhất khoảng vài trăm ngàn volt, nên thực tế chỉ nguy hiểm đối với cách điện của các cấp điện áp từ 35kV trở xuống. Sóng QĐA xuất hiện trên đường dây lan truyền đến trạm biến áp sẽ tác dụng lên cách điện của các thiết bị trong trạm. Để bảo đảm sự làm việc liên tục của đường dây và sự an toàn của các thiết bị trong trạm biên áp, do đó cần phải có những biện pháp chống sét có hiệu quả và thích hợp cho đường dây tải điện và trạm phân phối. Sét đánh trực tiếp vào dây dẫn của đường dây tải điện, vào các thiết bị và bộ phận mang điện của nhà máy điện và trạm biến áp sẽ gây nên quá điện áp nguy hiểm, làm ngắn mạch, chạm đất các pha, làm hư hỏng cách điện của các thiết bị, gây gián đoạn sự cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện, làm thiệt hại cho nền kinh tế.

Vì vậy phải bảo vệ các hệ thống điện chống sét đánh trực tiếp: - Sử dụng cột thu sét hoặc dây chống sét để bảo vệ sét đánh trực tiếp. - Sử dụng chống sét van; giảm điện trở nối đất cột để tản dòng điện sét.7 Các nghiên cứu liên quan về quá điện áp Hiện này trong nước đã có rất nhiều bài báo, luận văn nghiên cứu tìm hiểu về QĐA ví dụ như: - Bài báo “Nghiên cứu điện áp quá độ phục hồi trong hệ thống điện Việt Nam” của Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền, Trần Quốc Tuấn năm 2014 [5].