Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Mô hình đường dây truyền tải điện, mô phỏng và vận hành đường dây bằng phần mềm ...

Tài liệu Mô hình đường dây truyền tải điện, mô phỏng và vận hành đường dây bằng phần mềm matlab

.PDF
178
1033
119

Mô tả:

ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP i CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Lời cảm ơn Lời đầu, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Thị Ngọc Soạn là giáo viên trực tiếp hướng dẫn, giới thiệu, cung cấp nguồn tài liệu và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành đồ án này. Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Điện Công Nghiệp, trong khoa.... Đã giảng dạy, hướng dẫn, trang bị cho em những kiến thức cần thiết về lý thuyết cũng như thực hành giúp em hoàn thành đề tài này. Trong quá trình thực hiện, tuy em đã cô gắng nhiều nhưng do trình độ kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế vẫn còn hạn hẹp nên em vẫn có những sai sót trong bài. Vậy, em xin nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy, cô và những người có kinh nghiệm. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Lê Thị Hường GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP ii CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................................................................ii DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................................vi DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................................ix MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................................1 TỔNG QUAN ..................................................................................................................................2 Tổng quan đề tài...........................................................................................................................2 Lý do chọn đề tài..........................................................................................................................2 Phạm vi của đề tài ........................................................................................................................2 CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN ............3 1.1. Các đặc tính của đường dây truyền tải điện...............................................................3 1.1.1. Cấu tạo đường dây dẫn điện trên không............................................................3 1.1.2. 1.1.2.1. Ký hiệu của dây dẫn điện ...................................................................................5 Dây Nga...........................................................................................................5 1.1.2.2. 1.1.2.3. Dây Mỹ............................................................................................................5 Dây Pháp .........................................................................................................5 1.1.3. Các loại cáp ngầm...............................................................................................5 1.2. Điện trở của đường dây truyền tải điện......................................................................6 1.2.1. Điện trở dây dẫn..................................................................................................6 1.2.2. Khả năng mang tải của dây dẫn điện trên không ..............................................7 1.3. Điện cảm của đường dây truyền tải điện ...................................................................9 1.3.1. Các hệ thức cơ bản của điện cảm.......................................................................9 1.3.1.1. Từ thông móc vòng bên trong......................................................................11 1.3.1.2. Từ thông móc vòng bên ngoài .....................................................................12 1.3.2. 1.3.3. Điện cảm và bán kính trung bình nhân của đường dây truyền tải điện .........13 Điện cảm của đường dây truyền tải điện một pha ..........................................15 1.3.4. Điện cảm của đường dây truyền tải điện ba pha.............................................16 1.3.5. Cảm kháng đường dây truyền tải điện đơn ba pha đối xứng..........................18 1.3.6. Cảm kháng đường dây truyền tải điện ba pha hoán vị ...................................19 1.3.7. Cảm kháng đường dây truyền tải điện ba pha lộ kép......................................20 1.3.8. Dùng bảng kiểm tra cảm kháng của dây dẫn...................................................22 1.4. Điện dung của đường dây truyền tải điện ................................................................29 1.4.1. Điện dung với bản cực song song, điện tích điểm và dây dẫn hình trụ.........29 1.4.2. Điện dung của đường dây một pha ..................................................................31 1.4.3. 1.4.4. Điện dung của đường dây ba pha đối xứng.....................................................33 Điện dung của đường dây lộ kép .....................................................................36 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP iii CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 1.5. Tổn hao vầng quang của đường dây tải điện ...........................................................39 1.5.1. Hiện tượng vầng quang và tổn hao do vầng quang.........................................39 1.5.2. Ví dụ...................................................................................................................41 1.6. Các thông số đường dây cáp ngầm...........................................................................42 1.6.1. 1.6.1.1. 1.6.1.2. 1.6.2. 1.6.2.1. Điện trở và cảm kháng của cáp ngầm..............................................................42 Cáp ba pha ba lõi có chung vỏ chì và vỏ bọc kim loại nếu có...................42 Tổng trở của đường dây ba pha gồm các dây cáp một lõi..........................43 Điện dung của đường dây cáp ..........................................................................48 Điện dung cáp một lõi ..................................................................................48 1.6.2.2. Điện dung cáp ba lõi.....................................................................................49 CHƯƠNG II: MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN................................................53 2.1. Tổng quát ...................................................................................................................53 2.2. Truyền tải điện ba pha...............................................................................................53 2.3. Đường dây truyền tải điện tải ngắn ..........................................................................54 2.4. Đường dây truyền tải điện có chiều dài trung bình .................................................56 2.4.1. Mạch  chuẩn..................................................................................................56 2.4.2. Mạch T chuẩn....................................................................................................57 2.5. Đường dây truyền tải điện dài ..................................................................................58 2.6. Mạch tương đương của đường dây dài ....................................................................65 2.6.1. Mạch  tương đương ......................................................................................65 2.6.2. Mạch T tương đương ........................................................................................67 2.7. Cách tính hằng số mạch A , B , C , D của đường dây truyền tải điện .................68 2.8. Mô hình mạch điện một đường dây dài ...................................................................75 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN..77 3.1. Tính toán vận hành đường dây tải điện ngắn...........................................................77 3.1.1. Tính toán đường dây ngắn từ các điều kiện về đầu nhận ...............................77 3.1.2. Tính toán đường dây ngắn từ các điều kiện của đầu phát ..............................83 3.1.3. Bài toán đặc thù của đường dây tải điện..........................................................85 3.2. Tính toán biểu diễn đường dây tải điện theo sơ đồ hình  ...................................87 3.2.1. Tính toán theo các điều kiện về đầu nhận .......................................................87 3.2.2. Tính toán theo các điều kiện của đầu phát ......................................................88 3.2.3. Phương pháp tính từng bước ............................................................................91 CHƯƠNG IV: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN .........94 4.1. Định nghĩa bài toán phân bố công suất ....................................................................94 4.2. Phương trình công suất đường dây đơn giản...........................................................94 4.2.1. Tổng quát...........................................................................................................94 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP iv CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 4.2.2. Trường hợp đặc biệt..........................................................................................97 4.2.3. Kết luận..............................................................................................................98 4.2.4. Bài toán ứng dụng .............................................................................................99 4.3. Các phương trình cơ bản.........................................................................................101 4.3.1. Phương trình dòng điện điểm nút, viết cho nút k như sau............................101 4.3.2. Phương trình điện áp viết cho mạch vòng thứ k có dạng tổng quát.............103 4.3.3. Phương trình công suất nút.............................................................................106 4.4. Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận YTC bằng phép lặp GAUSS – SEIDEL .. ..................................................................................................................................106 Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận ZBUS bằng phép lặp GAUSS – SEIDEL. ..................................................................................................................................112 4.6. Phân bố công suất và phương pháp NEWTON – RAPHSON .............................114 4.6.1. Tính toán theo số phức dạng vuông góc........................................................114 4.6.2. Tính toán theo số phức dạng cực ...................................................................116 CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB ..............................................................120 5.1. Tìm hiểu về công ty MathWorks............................................................................120 4.5. 5.2. 5.3. Giới thiệu .................................................................................................................120 Các hộp công cụ của Matlab...................................................................................122 5.4. Giới thiệu hộp công cụ Simulink............................................................................123 5.5. Giới thiệu hộp công cụ SimPowerSystem .............................................................125 5.5.1. Giới thiệu SimPowerSystem ..........................................................................125 5.5.2. 5.5.2.1. 5.5.2.2. 5.5.2.3. 5.5.2.4. Các thư viện của SimPowerSystem ...............................................................126 Thư viện Electrical Sources .......................................................................126 Thư viện Elements ......................................................................................127 Thư viện Power Electronics .......................................................................128 Thư viện Machines .....................................................................................129 5.5.2.5. 5.5.2.6. 5.5.2.7. Thư viện Measurements .............................................................................130 Thư viện Application Libraries..................................................................131 Extra Library ...............................................................................................132 5.5.3. Trình tự mô phỏng một mạch điện.................................................................132 CHƯƠNG VI: PHÂN TÍCH VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ..............................................................................................................133 6.1. Bài toán ứng dụng ...................................................................................................133 6.2. Các bước giải bài toán ứng dụng bằng chương trình lineperf phân tích, tính toán, vận hành đường dây truyền tải điện........................................................................................134 6.2.1. Bước 1..............................................................................................................134 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP v CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.2.5. Bước 2..............................................................................................................134 Bước 3..............................................................................................................134 Bước 4..............................................................................................................135 Bước 5..............................................................................................................135 6.2.6. 6.2.7. 6.2.8. 6.2.8.1. 6.2.8.2. Bước 6..............................................................................................................135 Bước 7..............................................................................................................135 Bước 8..............................................................................................................136 Bù ngang......................................................................................................136 Bù dọc..........................................................................................................136 6.2.8.3. Bù hỗn hợp ..................................................................................................136 6.2.9. Bước 9..............................................................................................................137 6.2.10. Bước 10............................................................................................................137 6.3. Kết quả bài toán ứng dụng......................................................................................137 6.3.1. Chương trình mô phỏng và vận hành đường dây..........................................137 6.3.2. Các thông số đường dây .................................................................................137 6.3.3. Câu a ................................................................................................................137 6.3.4. 6.3.5. Câu b ................................................................................................................138 Câu c ................................................................................................................138 6.3.6. 6.3.7. 6.3.8. Câu d ................................................................................................................138 Câu e ................................................................................................................139 Câu f.................................................................................................................139 6.3.9. 6.3.10. 6.3.11. 6.3.12. 6.3.13. Câu g................................................................................................................140 Câu h ................................................................................................................140 Câu i.................................................................................................................141 Câu j.................................................................................................................142 Câu k................................................................................................................142 CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................143 7.1. Kết luận ....................................................................................................................143 7.2. Kiến nghị..................................................................................................................143 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................................145 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP vi CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cáp bảy sợi D = 3d........................................................................................................ 3 Hình 1.2: Trình bày một số cáp vặn xoắn..................................................................................... 4 Hình 1.3: Một số dây nhôm lõi thép ACSR ................................................................................. 4 Hình 1.4: Dây cáp rỗng.................................................................................................................. 5 Hình 1.5: Cáp một lõi, cách điện bằng giấy, vỏ chì..................................................................... 6 Hình 1.6: Từ thông trong mạch từ................................................................................................. 9 Hình 1.7: Mô hình quy tắc bàn tay phải ...................................................................................... 9 Hình 1.8: Tiết diện của dây dẫn hình trụ ....................................................................................10 Hình 1.9: Ống hình trụ .................................................................................................................12 Hình 1.10: Từ thông đi giữa hai điểm D1 và D2 .........................................................................13 Hình 1.11: Dây dẫn gồm bảy sợi bện vặn xoắn .........................................................................14 Hình 1.12: Mô hình dây dẫn bốn dây bện xoắn .........................................................................15 Hình 1.13: Đường dây một pha hai dây dẫn...............................................................................15 Hình 1.14: Đường dây ba pha bốn dây .......................................................................................16 Hình 1.15: Đường dây ba pha hoán vị đầy đủ............................................................................19 Hình 1.16: Đường dây ba pha lộ kép hoán vị đầy đủ ................................................................21 Hình 1.17: Bố trí của đường dây.................................................................................................24 Hình 1.18: Bố trí đường dây........................................................................................................24 Hình 1.19a: Bản mặt song song...................................................................................................29 Hình 1.19b: Điện tích điểm .........................................................................................................30 Hình 1.19c: Dây dẫn điện hình trụ ..............................................................................................30 Hình 1.20: Điện trường giữa hai dây dẫn song song .................................................................31 Hình 1.21: Điện dung tạo ra giữa các dây dẫn ...........................................................................32 Hình 1.22: Bố trí đường dây và đồ thị vector đường dây ba pha đối xứng..............................33 Hình 1.23: Điện dung giữa các pha trong mạng ba pha đối xứng.............................................34 Hình 1.24: Điện dung giữa hai dây dẫn ......................................................................................34 Hình 1.25: Bố trí đường dây ba pha và ảnh chiếu của chúng qua mặt đất ...............................35 Hình 1.26: Bố trí đối xứng đường dây ba pha lộ kép ................................................................36 Hình 1.27: Kích thước và bố trí đường dây................................................................................37 Hình 1.28: Cáp một lõi.................................................................................................................48 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP vii CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 1.29: Các điện dung trong cáp ba lõi.................................................................................49 Hình 1.30: Biến đổi về các mắc hình Y......................................................................................50 Hình 1.31: Sơ đồ thay thế hình Y của điện dung cáp ................................................................50 Hình 1.32a: Cs và 3Cc mắc song song khi Cs mắc hình sao với vỏ cáp và 3Cc mắc hình sao đối với trung tính N......................................................................................................................50 Hình 1.32b: Điện dung tương đương mỗi pha ...........................................................................51 Hình 1.33: Thí nghiệm 1 với lõi 3 được nối vỏ..........................................................................51 Hình 1.34: Thí nghiệm 2 nối chung ba lõi..................................................................................52 Hình 1.35: Thí nghiệm 3 lõi 2 và lõi 3 nối vỏ ............................................................................52 Hình 2.1a: Mô hình máy phát điện ba pha cấp cho ba phụ tải một pha....................................53 Hình 2.1b: Đồ thị vector máy phát điện ba pha cân bằng..........................................................54 Hình 2.2: Mô hình một pha của mạch sao cân bằng với tổng trở tập trung .............................54 Hình 2.3a: Mạch tương đương đường dây ngắn ........................................................................54 Hình 2.3b: Đồ thị vector đường dây ngắn ..................................................................................55 Hình 2.4: Đồ thị vector đường dây ngắn tải có tính dung .........................................................55 Hình 2.5: Mạch  - chuẩn của đường dây có chiều dài trung bình .........................................56 Hình 2.6: Mạch T – chuẩn của đường dây có chiều dài trung bình..........................................58 Hình 2.7: Một đoạn vi cấp của đường dây dài ...........................................................................58 Hình 2.8: Mạch  tương đương của đường dây dài..................................................................66 Hình 2.9a: Mạch  - chuẩn.........................................................................................................66 Hình 2.9b: Mạch  tương đương ...............................................................................................66 Hình 2.10: Mạch T tương đương của đường dây dài.................................................................67 Hình 2.11a: Mạch T – chuẩn .......................................................................................................68 Hình 2.11b: Mạch T tương đương ..............................................................................................68 Hình 2.12: Mạch  tương đương ...............................................................................................75 Hình 2.13: Mạch  - chuẩn ........................................................................................................76 Hình 3.1a: Mạch tương đương đường dây ngắn ........................................................................77 Hình 3.1b: Đồ thị vector mạch tương đương đường dây ngắn..................................................77 Hình 3.2: Đồ thị vector với IN làm gốc .......................................................................................82 Hình 3.3: Sơ đồ thay thế đường dây ngắn ..................................................................................83 Hình 3.4: Đồ thị vector với IP làm gốc .......................................................................................83 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP viii CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình 3.5: Đồ thị vector với UP làm gốc......................................................................................84 Hình 3.6: Sơ đồ bài toán đặc thù .................................................................................................86 Hình 3.7a: Mạch  - chuẩn..........................................................................................................87 Hình 3.7b: Sơ đồ vector với UN làm gốc ....................................................................................88 Hình 3.8: Sơ đồ vector với UP làm gốc.......................................................................................89 Hình 4.1: Mô hình biểu diễn quan hệ điện áp và dòng điện đầu phát và đầu nhận .................95 Hình 4.2: Biểu diễn chiều của công suất ..................................................................................100 Hình 4.3: Sơ đồ tổng dẫn của mạng điện thụ động..................................................................102 Hình 4.4: Sơ đồ tương đương của mạng thụ động ...................................................................103 Hình 4.5: Mạch tương đương hình cào của hệ thống bốn thanh cái .......................................104 Hình 4.6: Mạch tương đương hình cào của hệ thống n thanh cái ...........................................105 Hình 4.7: Sơ đồ thay thế hình  của các nhánh ......................................................................108 Hình 4.8: Phân bố công suất cho mạng điện ba pha biểu diễn bằng sơ đồ một pha ..............110 Hình 4.9: Mạng điện có ba thanh ..............................................................................................114 Hình 4.10: Chiều công suất mạng điện ba nút .........................................................................118 Hình 5.1: Màn hình khởi động phần mềm Matlab...................................................................120 Hình 5.2: Cửa sổ công cụ Simulink ..........................................................................................124 Hình 5.3: Cửa sổ thư viện Powerlib..........................................................................................126 Hình 5.4: Các khối của thư viện nguồn điện ............................................................................126 Hình 5.5: Cửa sổ thư viện các phần tử......................................................................................127 Hình 5.6: Cửa sổ thư viện mô hình các thiết bị điện tử ...........................................................129 Hình 5.7: Cửa sổ thư viện mô hình các máy điện ....................................................................130 Hình 5.8: Cửa sổ thư viện mô hình các khối đo.......................................................................131 Hình 5.9: Cửa sổ thư viện Application Libraries .....................................................................131 Hình 5.10: Cửa sổ thư viện Extra Library ................................................................................132 Hình 6.1: Trắc đồ điện áp với đường dây có bù và không bù. ................................................139 Hình 6.2: Đồ thị vòng tròn công suất đầu nhận với UP thay đổi từ UN đến 1.3UN ................141 Hình 6.3: Trắc đồ điện áp khi điện áp đầu phát là 765(kV). ...................................................142 Hình 6.4: Đường cong mang tải của đường dây. .....................................................................142 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP ix CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số lượng sợi, đường kính ngoài một số loại cáp...........................................................4 Bảng 1.2: GMR của một số loại dây dẫn......................................................................................14 Bảng 1.3: Đường kính tối thiểu của dây dẫn tùy theo cấp điện áp .............................................40 Bảng 2.1: Điện trở đặc tính của một số loại dây ..........................................................................64 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 1 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MỞ ĐẦU Điện năng là yếu tố năng lượng gần như hàng đầu trong công cuộc xây dựng phát triển và bảo vệ đất nước ngày càng giàu mạnh, văn minh và tiên tiến. Khi các công trình nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp, khu đô thị... được thi công thì việc xây dựng một hệ thống truyền tải điện, cung cấp điện là rất quan trọng. Để đảm bảo an toàn cho mọi người trong quá trình thi công cũng như vận hành thì việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện cần đảm bảo các yêu cầu về: điện áp, công suất truyền tải, độ sụt áp trên đường dây, chống sét… Trước khi thi công hệ thống điện cho bất kỳ công trình lớn hay nhỏ nào thì chúng ta phải tính toán kỹ lưỡng các thông số trong hệ thống khi vận hành các trường hợp bình thường, sự cố...của hệ thống cung cấp điện để có biện pháp khắc phục , hạn chế thiệt hại đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành sử dụng. Việc tính toán phân bố công suất trên lưới điện phân phối trước khi thi công được dựa trên sự mô phỏng, vận hành trên phần mềm. Để việc tính toán thiết kế được nhanh chóng ngày nay người ta thường sử dụng các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng, một trong những phần mềm đó là MatLab. Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án Tốt nghiệp sẽ có nhiều phần sai sót, rất mong sự góp ý của quý Thầy Cô để bài báo cáo này được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Ngọc Soạn và các Thầy Cô giáo trong BM Điện Công Nghiệp, trong khoa đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian qua. Sinh Viên Lê Thị Hường GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 2 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TỔNG QUAN Tổng quan đề tài Điện tử - vi tính là hai trong những ngành có tốc độ phát triển mạnh. Vì thế, việc ứng dụng chuyên ngành công nghệ thông tin vào ngành điện công nghiệp để nâng cao hiệu quả sản xuất là điều tất yếu. Máy tính không chỉ giúp ta thiết kế, tính toán nhanh, mô phỏng các bài toán về hệ thống điện mà nó còn có thể kiểm soát được mọi hoạt động của cơ sở dữ liệu, phát hiện sự cố, thậm chí còn tự động khắc phục sự cố, ... Với đề tài “MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN, MÔ PHỎNG VÀ VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY BẰNG PHẦN MỀM MATLAB” sẽ tìm hiểu các nội dung: Chương I: Các thông số trên đường dây truyền tải điện Chương II: Mô hình đường dây truyền tải điện Chương III: Các phương pháp tính toán đường dây truyền tải điện Chương IV: Phân bố công suất trên đường dây truyền tải điện Chương V: Giới thiệu phần mềm Matlab Chương VI: Phân tích vận hành đường dây truyền tải điện bằng phần mềm Matlab Chương VII: Kết luận và kiến nghị Lý do chọn đề tài Đề tài có nhiều ứng dụng hệ thống thực tế và có tính chính xác tương đối cao. MatLab là phần mềm đa năng, có thể lập trình, mô phỏng, giao tiếp với các hệ thống lớn. Ngôn ngữ MatLab là ngôn ngữ bậc cao nên rất linh hoạt với các ứng dụng phức tạp, MatLab còn có thể liên kết với nhiều phần mềm khác và nhiều chương trình có thể chạy cùng một lúc, kết quả được tính toán nhanh và chính xác. Với đam mê tìm hiểu về ngành nghề và các ứng dụng thực tế của MatLab trong quá trình học tập nên tôi rất hài lòng về đề tài này. Phạm vi của đề tài Đối tượng nghiên cứu: Ứng dụng phần mềm MatLab để mô phỏng vận hành đường dây truyền tải điện. Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu các ứng dụng của MatLab cho việc tính toán, mô phỏng vận hành đường dây truyền tải điện. GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 3 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I: CÁC THÔNG SỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1. Các đặc tính của đường dây truyền tải điện 1.1.1. Cấu tạo đường dây dẫn điện trên không Kết cấu điển hình của đường dây truyền tải điện trên không gồm có: Cột, dây dẫn, sứ cách điện, dây chống sét và các phụ kiện khác. Các đường dây trên không một mạch và hai mạch bố trí cùng một cột được sử dụng phổ biến. Ngoài ra, khi đường dây có Uđm > 230(kV) thì nên phân pha dây dẫn để hạn chế tổn thất vầng quang. Các loại dây dẫn truyền tải cao áp như: Dây nhôm lõi thép AC (Aluminum Conductor), dây nhôm lõi thép tăng cường ACSR (Aluminum Conductor SteelReinforced), dây toàn nhôm AAC (All Aluminum Conductor), dây toàn hợp kim nhôm AAAC (All Aluminum Alloy Conductor), và dây nhôm lõi hợp kim nhôm ACAR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced). Có các thông số kỷ thuật tra phụ lục 1. Tất cả các dây nhôm được dùng dưới dạng cáp nhiều sợi vặn xoắn. Cáp đồng nhất được chế tạo từ nhiều sợi có đường kính như nhau. Chúng gồm một sợi dây trung tâm ở giữa bao bọc bên ngoài bởi nhiều lớp dây quấn vặn xoắn xem hình 1.1: Hình 1.1: Cáp bảy sợi D = 3d Ngoài ra có một số loại cáp như sau: 1 sợi 3 sợi 7 sợi 19 sợi 12 sợi Hình 1.2: Trình bày một số cáp vặn xoắn GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 4 Bảng 1.1: Số lượng sợi, đường kính ngoài một số loại cáp Cáp Số lượng sợi Đường kính ngoài 16 7 3d 7  12 19 5d 19  18 37 7d 37  24 61 9d 61  30 91 11d Các cáp phức hợp như cáp nhôm lõi thép (AC, ACSR) hay almelec – thép gồm các sợi có đường kính bằng nhau, tiết diện có thể đến 250(mm2) đến 300(mm2) xem hình 1.3. Tiết diện lớn hơn thường dùng cáp có sợi nhôm và sợi thép không cùng đường kính, cho phép thay đổi tỷ số giữa tiết diện phần nhôm với tiết diện phần thép để đảm bảo vừa sức bền cơ và tính dẫn điện của dây dẫn. Phần thép dùng tăng sức bền cơ khí, phần nhôm dùng để dẫn điện. 6 nhôm 1 thép 7 nhôm 1 thép 6 nhôm 7 thép Hình 1.3: Một số dây nhôm lõi thép ACSR Tia I một lớp Tia I hai lớp Hình 1.4: Dây cáp rỗng Đường dây tải điện siêu cao áp do yêu cầu phải tăng đường kính dây dẫn để giảm tổn thất vầng quang và cảm kháng của đường dây nên có thể dùng dây rỗng xem hình 1.4: GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 5 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Loại dây này ít được sử dụng vì lắp đặt khó khăn và sức bền cơ kém. Một dạng khác của dây dẫn đường dây siêu cao áp là mỗi pha của dây dẫn được phân làm nhiều dây đặt ở các đỉnh của một đa giác đều (tam giác, hình vuông, lục giác…) gọi là dây phân pha. 1.1.2. Ký hiệu của dây dẫn điện 1.1.2.1. Dây Nga Các loại dây dẫn được kí hiệu bằng chữ cái và chữ số. Chữ cái chỉ vật liệu làm ra dây đó. Chữ số chỉ tiết diện của dây (mm2). Các chữ cái như sau: M: Đồng, A: Nhôm, AC: Nhôm lõi thép, ACY: Nhôm lõi thép tăng cường,  C: Thép. 1.1.2.2. Dây Mỹ Vì đơn vị đo lường của Mỹ khác với đơn vị đo lường quốc tế nên phải quy đổi, sau đây là đơn vị đo chiều dài phổ biến một số nước ở Bắc Mỹ và Châu Âu: 1(mile) = 1609(m). 1(m) = 3.281(foot). 1(inch) = 2,54(cm). 1(cm) = 0.3937(inch) = 393.7(mile). 1 (foot) = 12(inch) = 30,48(cm) = 3.048(dm). 1(mile) = 0,001(inch) =10-3(inch) = 0.001*2.54 = 2.54*10-3(cm). Để đo tiết diện dây dẫn còn sử dụng đơn vị đo: 1 cmil (circular mil) = 5,067.10 -4(mm2). 1 cmil là diện tích hình tròn có đường kính là 1(mile) hay 10-3(inch). 1.1.2.3. Dây Pháp Dây hợp kim nhôm dùng ở Pháp có tên Almelec được tiêu chuẩn ký hiệu AGS/L. 1.1.3. Các loại cáp ngầm Cáp ngầm có một hay nhiều lõi có vỏ bọc bảo vệ (vỏ chì hoặc vỏ nhôm) các dây dẫn được cách điện với nhau và cách điện với vỏ bọc. Lõi cáp được làm bằng dây đồng hay dây nhôm nhiều sợi vặn xoắn. Cáp một lõi dây dẫn có tiết diện tròn, trong cáp có nhiều lõi dây dẫn có tiết diện hình quạt (hay bầu dục). Dây dẫn rỗng ở giữa được dùng cho loại cáp đầy dầu. Cách điện được dùng là giấy tẩm dầu, cao su, vải tẩm vecni, đối với cáp ngầm cao áp cách điện chủ yếu là giấy tẩm dầu. Ở điện áp cao vừa phải khoảng 30(kV) cáp điện lực có kết cấu rắn chắc xem hình 1.5. Cách điện là một băng giấy quấn thật chặt quanh lõi. Sau khi quấn giấy, cáp được GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 6 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ tẩm chân không bằng dầu cách điện có độ nhớt cao. Vì cách điện rắn có xu hướng tồn tại các khe hở (chứa đầy hơi của chất tẩm cách điện) là nơi gây ra phóng điện trong chất khí (vầng quang) nên cách điện loại này không dùng cho điện cao áp. Cách điện Vỏ chì Dây dẫn (lõi) Hình 1.5: Cáp một lõi, cách điện bằng giấy, vỏ chì Ở cáp cao áp, hợp chất tẩm có độ nhớt cao được thay bằng chất có độ nhớt thấp (cáp đầy dầu) hoặc được thay bằng khí trơ thường là khí nitơ (cáp đầy khí) để duy trì ở áp suất cao để lấp kín các khe hở nhằm tăng cường độ cách điện. Các loại cách điện dùng trong chế tạo cáp điện: - Cách điện bằng giấy tẩm dầu. - Cách điện bằng Polyetylene (PE). - Cách điện bằng Polyvynilclorit(PVC). - Cách điện cao su. - Cách điện polyetylen khâu mạch (XLPE). - Màn chắn điện từ cho dây và cáp điện. Cáp ba lõi hay nhiều lõi có hai loại cơ bản: - Cáp có đai cách điện. - Cáp có đai kim loại. Kích thước của cáp đã được tiêu chuẩn hóa và có thể tra ở phần phụ lục 1: 1.2. Điện trở của đường dây truyền tải điện 1.2.1. Điện trở dây dẫn Điện trở của dây dẫn có đơn vị là (  / km ) xem phụ lục 1. Trên thực tế, nếu dùng công thức tính điện trở một chiều R   l (F là tiết diện dây dẫn) để tính điện trở của F các loại dây dẫn thì kết quả hoàn toàn không giống ở phụ lục 1, mà thông thường bé hơn vì các lý do: GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 7 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - Hiệu ứng mặt ngoài của điện xoay chiều làm cho điện trở suất  tăng lên (  ~    ). - Hiệu ứng ở gần làm cho mật độ dòng điện phân bố trong dây dẫn không đều. - Phần lớn chiều dài thực tế của dây vặn xoắn thường lớn hơn 2%  3% . - Nhiệt độ thay đổi cũng làm cho điện trở thay đổi. Đối với đường dây trên không yếu tố nhiệt độ không cần xét đến. Trường hợp phải tính đến điện trở thực tế theo nhiệt độ thực tế thì hệ số nhiệt độ của điện trở dây đồng và dây nhôm bằng 0.004/0C. Trong các yếu tố trên thì hai yếu tố đầu hầu như không ảnh hưởng đến trị số R, còn hai yếu tố sau ảnh hưởng nhiều tới trị số R. Nếu biết nhiệt độ Rt1 của dây dẫn ở nhiệt độ t10C thì điện trở Rt2 ở nhiệt độ t20C có thể tính từ biểu thức: Rt 2 1  t 2 *  0  Rt1 1  t1 *  0 (1.1) Có được (1.1) từ quan hệ Rt  R0 1   0 * t  . Trong đó, Rt là điện trở ở 00C và  0 là hệ số nhiệt độ ở 0 0C của dây dẫn, với đồng  0 = 0.0041/0C, với nhôm  0 = 0.0038/ 0C. Sau đây là vài số liệu cần nhớ: - Trường hợp điện một chiều điện trở suất:  Cu  18(mm 2 / km) và  Al  29.5(mm 2 / km) - Trường hợp điện xoay chiều điện trở suất: Cu  18.8(mm2 / km) và  Al  31.5(mm2 / km) Điện dẫn suất với   1.2.2. 1 thì:   m   m   Cu  53 2  và  Al  31.7 2   mm   mm  Khả năng mang tải của dây dẫn điện trên không Công suất tỏa nhiệt (I2 * r(W)) sinh ra trong dây dẫn được tiêu tán khỏi mặt ngoài của dây một phần vì bức xạ ( bx , (W/cm2)), một phần nhờ đối lưu (  dl , (W/cm2)). I2 * r = A*( bx +  dl ) (1.2) Theo định luật: Stefan – Boltzmann, tổn hao nhiệt bức xạ là:  T  4  Txq  4    (W/cm2) bx  5.7 * E *  dd    1000 1000      GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN (1.3) SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 8 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trong đó: Tdd và Txq là nhiệt độ Kelvin của dây dẫn và môi trường xung quanh, E là hệ số phát xạ E = 1 đối với vật thể đen tuyệt đối, E = 0.5 đối với đồng bị oxit hóa. Nếu Tdd – Txq =  t độ bách phân là sự gia tăng nhiệt độ dây dẫn và với t  0.2 , ta Txq có thể dùng khai triển nhị thức để được dạng gần đúng sau: 3  T  bx  0.0228 * E *  xq  * t (W/cm2)  1000  (1.4) Nếu nhiệt độ xung quanh là 400C (Txq = 2730 + 400K) và E = 0.5: 3  313  3 bx  0.0114 * E *   * t  0.35 * t * 10 (W/cm2) 1000   (1.5) Sự tiêu tán nhiệt lượng do đối lưu được xác định như sau: dl  0.0184 * p *v 0.123 0 T * 2*a * t (W/cm2) (1.6) Trong đó: V là vận tốc gió tính bằng m/giây (ngoài trời thường v  0.6 m/giây), p là áp suất không khí (p = 1 với áp suất chuẩn định), 2*a là đường kính của dây tính bằng (mm), T0 là nhiệt độ của không khí. Với áp suất chuẩn (p = 1), vận tốc gió v = 0.6m/s và nhiệt độ 400C (hay 3130K), thì: dl  0.0069 * t (W/cm2) 2*a Như vậy, dòng điện chấp nhận được ứng với một sự gia tăng nhiệt độ của dây dẫn bằng t 0C là: I cp  A * t  0.0069   0.35 *10 3   r  2*a  (1.7) Trong đó: A là diện tích mặt ngoài của đoạn dây dẫn (cm2), r là điện trở (  ). Nhiệt độ cho phép tối đa được giới hạn khoảng 1000C, nếu không cả đồng và nhôm sẽ bị ăn mòn dần dưới tác dụng lâu dài của nhiệt độ lớn hơn. Do đó, muốn an toàn khi xét Icp nhiệt độ dây dẫn chỉ được gia tăng tối đa vào khoảng từ 400C đến 500C. Tuy nhiên, cần lưu ý là do các điều kiện tổn hao trên dây, độ sụt áp hay là vấn đề ổn định tĩnh… khiến ta phải vận hành đường dây với một trị số dòng điện nhỏ hơn nhiều so GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 9 với trị số cho phép phát nóng. Sự phát nóng này chỉ trở thành yếu tố giới hạn khả năng mang tải trong các đường dây ngắn, đặc biệt là trong các đường dây phân phối hạ thế. 1.3. Điện cảm của đường dây truyền tải điện 1.3.1. Các hệ thức cơ bản của điện cảm  Định luật Ohm: N *I (weber)  (1.8) Từ thông bên trong mạch từ có từ trở  thì tỷ lệ thuận (và cùng pha) với sức điện động và tỷ lệ nghịch với từ trở  . Xem hình 1.6, áp dụng quy tắc vặn nút chai để xác định chiều của từ thông, có thể sử dụng quy tắc bàn tay phải để tìm từ thông.   a  I ab N b Hình 1.6: Từ thông trong mạch từ Áp dụng quy tắc bàn tay phải đối với một dây dẫn thẳng bằng cách cho ngón tay cái chỉ theo dòng điện các ngón tay khác nắm chắc quanh dây dẫn, chiều từ thông là chiều nắm của bàn tay từ cổ tay đến đầu ngón tay xem hình 1.7: a+   I ab b Hình 1.7: Mô hình quy tắc bàn tay phải Phương trình điện áp cảm ứng viết cho đường dây đơn là: eab   L * diab d ( N )  dt dt GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN (1.9) SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 10 Từ đó tự cảm L cho bởi: L  CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ d ( N  ) d ()  (H), (với i = iab) di di Nếu môi trường từ tính tuyến tính (quanh dây dẫn là không khí): L  (1.10)  (H). Với  là i từ thông móc vòng tính theo webe – vòng,   L * i  N *  . Trong đó: i tính bằng (A), L tính bằng (H),  tính bằng (W/vòng). Điện kháng X ở điện xoay chiều tần số f cho bởi: X  2 * f * * L  2 * f *  * hd () I hd (1.11) Với Ihd và hd là các giá trị hiệu dụng.      j * 2 *  * f * hd Điện áp cảm ứng trên đoạn dây ab: Eab  I ab * Z  I ab * ( jX )  I ab *  I ab      E ab  j * 2 *  * f * hd (V) (1.12) Để đơn giản về sau, kí hiệu I và  là các giá trị hiệu dụng phức. Xem hình vẽ 1.8: x r dx d x Hình 1.8: Tiết diện của dây dẫn hình trụ Dây dẫn hình trụ tiết diện đặc dài vô hạn tải dòng điện I. Giả thiết mật độ dòng phân bố đều trên toàn thể tiết diện dây. Dòng điện từ trong ra sẽ tạo ra từ thông chạy theo ngược chiều kim đồng hồ trong mỗi phần tử vi phân cấp dx như đã trình bày ở trên. Từ thông móc vòng tổng gồm từ thông móc vòng bên ngoài ng , từ thông này móc vòng cả dòng điện và từ thông móc vòng từng phần hay móc vòng bên trong tr , từ GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG ĐỐ ÁN TỐT NGHIỆP 11 CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN – ĐIỆN TỬ thông này chỉ móc vòng một phần của dòng điện. Vậy thì trong phương trình L   , I  được chia làm hai phần sao cho:   tr  ng . 1.3.1.1. Từ thông móc vòng bên trong Lấy một ống hình trụ có bề dày vi cấp dx, từ thông móc vòng bên trong tr là tổng số của các từ thông móc vòng vi cấp ở bên trong. Từ thông mỗi mét chiều dài của hình ống có bề dày dx là: d x  Bx * Ax  B x * dx * l với l = 1m d x   * H x * dx d x   Với: H x  Ix dx 2* * x Ix là từ trường cách tâm dây dẫn một khoảng cách x, Ix là tất cả 2 * * x dòng điện chạy phía trong của ống. Nếu giả thiết mật độ dòng điện bằng nhau trên toàn   * x2   x2   * I   2  * I tiết diện thì Ix là một phần của dòng điện tổng: I x   2   *r  r  Từ đó: d x   * Ix * dx 2 * * r 2 Nhưng từ thông ( d x ) chỉ móc vòng một phần của dòng điện toàn phần chạy trong dây dẫn, như vậy: d  Ix x2  * I * x * d x  2 * * dx I r 2 * * r 2 d   * I * x3 * dx 2 *  * r4 Cộng tất cả các từ thông móc vòng vi cấp này từ tâm dây x = 0 cho đến mặt ngoài r của dây x = r ta có: tr   0  * I * x3 *I * dx  4 2 * * r 8 * (1.13) Cho hệ số từ thẩm tương đối của môi trường dây dẫn bằng 1, trong hệ thống (hợp lý   4 *  *107 hóa) MKS: Như vậy: tr  I *10 7 (Wb*vòng/m). tr không phụ thuộc kích thước dây. 2 GVHD: NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN SVTH: LÊ THỊ HƯỜNG
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu vừa đăng