Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống cáp ngầm 220 KV vượt kênh đình vũ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CÁP NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ

NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ:23.04.3898

LA QUỐC VŨ

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

HÀ NỘI 2008


MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU

1

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VỀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỀ TÀI
VÀ KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO

2

ÁP
1.1. Đặt vấn đề.

2

1.2. Khái quát chung về hệ thống cáp ngầm cao áp:

5

1.3. Mục đích của đề tài.

7

1.4. Nguyên tắc chung của công tác tính toán, thiết kế hệ thống

7

cáp
Chương 2: LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP, DÒNG ĐIỆN TẢI
VÀ TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁP CHO HỆ

11

THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ
2.1. Lựa chọn cấp điện áp, tính toán dòng điện tải cho cáp

11

ngầm vượt kênh Đình Vũ.
2.2. Các đặc điểm chính của công trình

12

2.3. Lựa chọn chủng loại cáp, loại cách điện

14

2.4. Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE

17

2.5. Kỹ thuật đặt cáp và chôn cáp, so sánh các phương án và

20

lựa chọn phương thức đặt cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh
Đình Vũ.
2.6. Các kỹ thuật nối đât bảo vệ và lựa chọn phương thức nối

30


đất vỏ cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ.
2.7. Tính toán chọn tiết diện cáp.

49

Chương 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN
TRƯỜNG, TỪ TRƯỜNG CAO ÁP TỚI CÁP NGẦM VÀ
ÁP DỤNG CỤ THỂ ĐỂ TÍNH TOÁN CHỌN THÔNG SỐ

56

CÁP CHO HỆ THỐNG CÁP NGẦM 220KV VƯỢT
KÊNH ĐÌNH VŨ
3.1. Khái niệm về điện trường

56

3.2. Điện dung của cáp một lõi.

57

3.3. Tổn thất điện môi

59

3.4. Điện áp đánh thủng cách điện.

60

3.5. Điện trường trong cáp điện [19]

61

3.6. Áp dụng các nghiên cứu về điện trường để tính toán chọn

69

thông số cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ.
3.7. Tính toán ảnh hưởng của từ trường tới cáp ngầm 220kV

76

vượt kênh Đình Vũ.
Chương 4: TÍNH TOÁN, KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU
NGẮN MẠCH CỦA CÁP, TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP
VỎ TRONG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT VỎ, THIẾT KẾ LỰA

90

CHỌN THIẾT BỊ HẠN CHẾ ĐIỆN ÁP VỎ VÀ TỔNG
HỢP CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁP
4.1. Tính toán khả năng chịu ngắn mạch của cáp và của vỏ kim

90

loại.
4.2. Quá điện áp vỏ trong hệ thống nối đất vỏ.

94


4.3. Quá điện áp quá độ trong hệ thống cáp.

98

4.4. Quá điện áp nội bộ trong hệ thống không có thiết bị hạn

99

chế điện áp vỏ cáp.

4.5. Thiết bị giới hạn điện áp vỏ

100

4.6. Thiết kế và lựa chọn thiết bị hạn chế điện áp vỏ

101

4.7. Các yêu cầu kỹ thuật về cáp và phụ kiện của cáp ngầm

106

vượt kênh Đình Vũ.
Chương 5: CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ HỆ THỐNG CÁP
NGẦM 220KV VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ

120

5.1. Kiểm tra nhiệt độ cáp ngầm bằng sợi quang

120

5.2. Sử dụng giải pháp Quang học sợi cho việc giám sát nhiệt

122

độ cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ.
5.3. Xác định điểm hư hỏng vỏ cáp theo phương pháp

140

galvanometer:
5.4. Lựa chọn sơ đồ phương thức bảo vệ cáp ngầm.

142

Chương 6: CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG

147

6.1. Công tác chuẩn bị

147

6.2. Công việc thi công tuần tự theo các bước sau :

150

6.3. Thu dọn hiện trường, nghiệm thu, bàn giao

153

Chương 7: TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ

156


1

LỜI NÓI ĐẦU

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng thầy giáo đã
từng hướng dẫn đồ án tốt nghiệp Đại học cho tôi, đã gợi mở và dẫn dắt tận
tình cho tôi trong khi làm luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ này, do hiện nay tài liệu
về vấn đề cáp ngầm cao áp có rất nhiều nhưng cũng lại rất thiếu, nếu không
được thầy chỉ dẫn tận tình tôi khó có thể hoàn thành bản luận văn này. Tôi
cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các đồng nghiệp ở Tập đoàn Điện lực
Việt Nam, Viện Năng Lượng và các bạn trong lớp Cao học KTĐ 2005-2007
đã giúp tôi hoàn thành bản luận văn này.
Do kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn khó có thể tránh khỏi
những sai sót, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo
trong bộ môn Hệ thống Điện và những người quan tâm. Tôi xin cảm ơn.

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


2

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VỀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỀ TÀI
VÀ KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG CÁP NGẦM CAO ÁP
1.1. Đặt vấn đề:
Thành phố Hải Phòng là một thành phố cảng biển lớn nhất miền Bắc, là
một đầu mối quan trọng cả về vị trí lẫn tiềm năng kinh tế trong tam giác phát
triển kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh ở miền Bắc. Trong khoảng từ
năm 1995 trở lại đây, kinh tế Hải Phòng phát triển mạnh mẽ. Nhiều công trình
công nghiệp, giao thông, dịch vụ đã và đang đi vào hoạt động như, khu công
nghiệp thép Cửu Long, thép Đình Vũ, khu công nghiệp Quán Toan với bốn
nhà máy cán thép, nhà máy Xi măng Ching Fong, khu công nghiệp Nomura,
các nhà máy công nghiệp nhẹ trên trục đường Hải Phòng - Đồ Sơn, nhiều khu

công nghiệp khác cũng đang trong giai đoạn quy hoạch, xây dựng như khu
công nghiệp Hạ Đoạn, Bến Rừng, thép Vạn Lợi, thép Việt Ý, Tràng Duệ… dự
án mở rộng cảng Hải Phòng, về giao thông có các dự án mở rộng và nâng cấp
đường 5 mới, quốc lộ 10 nối Hải Phòng - Quảng Ninh - Thái Bình - Nam
Định - Ninh Bình … Đặc biệt là dự án khu kinh tế trên đảo Đình Vũ đang
khẩn trương hoàn thiện.
Đảo Đình Vũ nằm ở phía Đông Nam thành phố Hải Phòng có diện tích
gần 20km2, nằm kẹp giữa 2 cửa sông đổ ra biển là cửa Nam Triệu và Cửa
Cấm. Đảo Đình Vũ có mặt bằng và vị trí thuận lợi cho phát triển cầu cảng và
phát triển công nghiệp trên Đảo. Vì thế dự án khu kinh tế Đình Vũ được dự
kiến xây dựng và phát triển trong vòng 15 - 20 năm để trở thành một khu kinh
tế lớn với quy mô xây dựng rộng tới 1152 ha (vào năm 2020), với hàng chục
khu công nghiệp, thương mại, dịch vụ, du lịch, nhà ở và khách sạn, công viên
cây xanh, mạng lưới đường ô tô kết hợp hài hoà với hệ thống đường sắt, hệ
thống thông tin viễn thông, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống điện lực và đặc
biệt là hệ thống cảng biển hiện đại được quy hoạch trên đảo. Với quy mô phát

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


3

triển trên, theo dự báo nhu cầu điện của đảo Đình Vũ trong giai đoạn I (20002004) tương ứng với diện tích sử dụng 164ha là 32MW. Dự kiến các giai
đoạn tiếp theo đến 2020 tương ứng với diện tích sử dụng 1152 ha là 425MW.
Để đáp ứng nhu cầu điện của Thành phố Hải Phòng , các nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng I và nhà máy nhiệt điện Hải Phòng II với quy mô công suất
mỗi nhà máy là 600MVA ra đời là sự tất yếu của nguyên tắc “Điện đi trước
một bước”. Để đấu nối các nhà máy điện vào Hệ thống Điện Quốc gia, theo

Tổng sơ đồ V (Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010
có xét triển vọng đến năm 2020 gọi tắt là Quy hoạch điện V hay Tổng sơ đồ
V) cũng như theo các phương án đấu nối đã được các cơ quan, ban ngành đưa
ra và thống nhất tại Tổng sơ đồ VI (Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia
giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 2025 gọi tắt là Quy hoạch điện VI hay
Tổng sơ đồ VI) sẽ truyền tải toàn bộ công suất của hai nhà máy này qua hai
đường dây 220kV mạch kép từ NMNĐ Hải Phòng đi Đình Vũ (Đường dây
220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ) và từ NMNĐ Hải Phòng đi Vật Cách
(Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Vật Cách) đồng thời bổ sung nguồn
cung cấp cho một số trạm 110kV quanh khu vực nhà máy.
Trong đó Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ có các
nhiệm vụ chính như sau:
1. Truyền tải điện năng trực tiếp từ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng đến
trạm 220kV Đình Vũ để đáp ứng nhu cầu điện cho khu kinh tế Đình Vũ.
2. Là đường dây 220kV thứ hai truyền tải công suất của NMNĐ Hải
Phòng vào Hệ thống Điện Quốc Gia.
Tuy nhiên đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ có điểm đầu
là NMNĐ Hải Phòng và điểm cuối là trạm 220kV Đình Vũ có tổng chiều dài
tuyến 15km, đi qua địa bàn huyện Thuỷ Nguyên, Quận Hải An Thành phố
Hải Phòng, đường dây đi từ bờ Bắc sông Cấm sang đảo Đình Vũ bắt buộc

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


4

phải vượt kênh Đình Vũ, là kênh cửa ngõ vào cảng Hải Phòng và là đường
duy nhất cho tàu thuyền đi từ cửa Nam Triệu vào các cảng của T.P Hải

Phòng.
Trong quá trình làm việc với Thành phố Hải Phòng, để phù hợp với
quy hoạch chung tổng thể của thành phố, UBND thành phố Hải Phòng đã
thống nhất khoảng vượt của đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ
qua kênh Đình Vũ gần với ngã ba sông Cấm đổ ra sông Bạch Đằng. Theo yêu
cầu của Cục hàng hải Việt Nam (tại văn bản số 1226/CHHVN-BCB ngày
04/09/2002), chiều cao tĩnh không tàu thuyền tối đa trên đoạn từ cửa Nam
Triệu qua kênh Đình Vũ đến cảng Hải Phòng là 55m. Do đó chiều cao dây
dẫn thấp nhất (có kể đến 3 mét an toàn điện) cho đoạn ĐDK đi qua đoạn sông
này là 58m. Theo tính toán cột vượt sông tối thiểu phải có độ cao trên 60m.
Mặt khác theo yêu cầu của Quân chủng Phòng không - Không quân (văn bản
số 414/CV-BTM ngày 20/9/1999), chiều cao cột vượt kênh Đình Vũ nằm
trong phạm vi tĩnh không sườn sân bay Cát Bi (5000m) không được phép cao
quá 50m.
Với hai số liệu khống chế trên, việc sử dụng đường dây nổi để vượt qua
kênh Đình Vũ là hoàn toàn không khả thi. Do đó giải pháp duy nhất là sử
dụng cáp ngầm 220kV. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nhiệm vụ luận văn tốt
nghiệp này đi sâu nghiên cứu các vấn đề cụ thể như sau:
• Tính toán trào lưu công suất trong hệ thống, lựa chọn cấp điện áp truyền
tải, tính toán dòng tải và thiết kế lựa chọn chủng loại cáp.
• Tính toán ảnh hưởng của điện trường, từ trường cao áp của cáp ngầm và
áp dụng cho việc tính chọn các thông số cho cáp ngầm cao áp vượt kênh
Đình Vũ. Các yêu cầu kỹ thuật chi tiết cho hệ thống cáp ngầm.
• Các giải pháp bảo vệ cáp ngầm.
• Biện pháp thi công thi công hệ thống cáp ngầm.

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học

5

1.2. Khái quát chung về hệ thống cáp ngầm cao áp:
Hệ thống truyền tải điện bằng cáp ngầm đã có một lịch sử phát triển rất
lâu trên thế giới, từ những năm 1811 người ta đã sử dụng cáp đồng bọc cao su
tự nhiên đi ngầm dưới biển để sử dụng cho mục đích truyền tải thông tin, tuy
nhiên phải đến năm 1879, Borel một nhà khoa học người Pháp mới phát minh
ra cách điện bằng sợi đay tẩm paraffin, nó được sử dụng để sản xuất ra cáp
ngầm điện lực một lõi có cấp điện áp 3kV một chiều đầu tiên trên thế giới và
đã được ra lắp đặt tại Pari vào năm 1890, tiếp theo thành quả trên người ta lần
lượt phát minh ra các loại cách điện khác như cách điện giấy tẩm dầu, khí
nén, dầu cách điện, khí SF6, ERP, XLPE, … và cấp điện áp cũng tăng dần từ
3kV một chiều đến 10kV xoay chiều (1890-Anh), 60kV xoay chiều (1911Đức), 138kV xoay chiều (1917)… Cùng với sự phát triển không ngừng của
các ngành khoa học khác, ngành công nghiệp cáp ngầm cũng có những tiến
bộ vượt bậc, ngày nay người ta đã sản xuất được cáp ngầm có cấp điện áp đến
500kV và cao hơn.
Ở nước ta, trong vòng từ 10 năm trở lại đây cáp ngầm trung áp (có
điện áp từ 35 kV trở xuống) đã được sử dụng rộng rãi trong lưới điện phân
phối với tổng chiều dài lên tới hàng chục nghìn ki lô mét. Đặc biệt là cáp
ngầm 22 kV được lắp đặt tại các thành phố lớn trở nên phổ biến. Tuy nhiên
việc ứng dụng hệ thống cáp ngầm cho hệ thống đường dây truyền tải cao áp
vẫn còn mới mẻ, và chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống.
Đồng hành với sự phát triển của ngành điện lực là sự phát triển của đất
nước, ngày càng có nhiều vùng đô thị đông dân cư, với các nhu cầu về điện
năng, nhu cầu về một đô thị hiện đại, các yêu cầu thiết yếu được các nhà
hoạch định chiến lược đặt ra với các công trình điện như giảm quỹ đất xây
dựng tại trung tâm các thành phố lớn, tăng tính thẩm mỹ (ví dụ xung quanh
các công trình quan trọng quốc gia như gần Trung tâm Hội nghị Quốc gia,

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


6

gần nhà Quốc hội, gần Lăng Chủ tịch, gần các công trình quan trọng khác…)
đặc biệt gần đây để đáp ứng nhu cầu về sự gia tăng phụ tải, một số trạm biến
áp trung gian cùng với đường cáp ngầm truyền dẫn công suất với cấp điện áp
cao từ 110kV, 220kV đang được khẩn trương xây dựng trong lòng các thành
phố (tại Hà Nội có các trạm GIS 110kV Mỹ Đình, cáp ngầm 110kV Thành
Công - Phương Liệt, cáp ngầm 110kV Nam Chương Dương từ Cột 84 đến cột
85 lộ 175,176 E1.6 Chèm đi 172,171 E1.3 Mai Động, cáp ngầm 220kV Hà
Đông - Thành Công, trạm GIS 220kV Thành Công,... tại Thành phố Hồ Chí
Minh có đường cáp ngầm 220 kV Nhà Bè - Tao Đàn, trạm GIS 220kV Tao
Đàn…) Công ty Điện lực 2 (PC2) cũng đang chuẩn bị đầu tư một đường cáp
ngầm cao áp vượt biển từ Rạch Giá ra đảo Phú Quốc với chiều dài khoảng
trên năm mươi cây số để cấp cho các phụ tải ngày càng gia tăng tại hòn đảo
có nhiều tiềm năng này (hiện tại PC2 hàng năm phải bù lỗ cho các máy phát
diesel chạy dầu DO và HFO đã vượt quá gần 50 tỉ/năm và mỗi năm con số
này lại gia tăng thêm đáng kể).
Lâu nay đối với ngành Điện Việt Nam các dự án cáp ngầm từ 110kV
trở lên hầu hết đều do các nhà thầu nước ngoài thực hiện từ khâu thiết kế kỹ
thuật, thiết kế chi tiết, lập hồ sơ thầu đến giám sát, thi công, ví dụ đường cáp
lực cao áp khoảng 500m cáp 220 kV cách điện bằng dầu áp lực từ đầu cực các
máy phát của NMTĐ Hòa Bình lên sân phân phối 220 kV đã đưa vào vận
hành từ năm 1990 do Liên Xô cũ sản xuất, thiết kế và giám sát, chỉ đạo thi
công, dự án đường cáp ngầm 220 kV Nhà Bè - Tao Đàn, trạm GIS 220kV Tao
Đàn do nhà thầu ABB-Thụy Điển thực hiện theo hình thức hợp đồng chìa

khóa trao tay (mọi công việc liên quan đến việc lập Thiết kế kỹ thuật, thiết kế
chi tiết, lập hồ sơ mời thầu, giám sát thi công đều do tư vấn Fichtner-Đức đảm
nhiệm), cáp ngầm 110kV Thành Công - Phương Liệt, cáp ngầm 110kV Nam
Chương Dương từ Cột 84 đến cột 85 lộ 175,176 E1.6 Chèm đi 172,171 E1.3

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


7

Mai Động do nhà thầu ABB-Thụy Điển thực hiện theo hình thức hợp đồng
chìa khóa trao tay, cáp ngầm 220kV Hà Đông - Thành Công do Công ty Tư
vấn Xây dựng Điện 1 thiết kế nhưng thuê thầu phụ là tư vấn Fichtner-Đức …
Để chủ động trong công tác lập thiết kế kỹ thuật, hồ sơ mời thầu và bản
vẽ thi công, giám sát lắp đặt cho các dự án cáp ngầm chuẩn bị triển khai tới
đây, việc nghiên cứu, thiết kế các hệ thống cáp ngầm cao áp trở nên rất quan
trọng. Nó góp phần không nhỏ trong việc giảm giá thành dự án, nội địa hóa
các thành phần công việc trong một dự án điện là một trong các dự án mà lâu
nay tỷ lệ ngoại nhập vẫn còn rất cao.
1.3. Mục đích của đề tài.
Việc thiết kế một hệ thống cáp ngầm cao áp ở nước ta đến nay vẫn còn
là một vấn đề mới mẻ và phụ thuộc rất nhiều vào tư vấn nước ngoài đặc biệt
đối với các các kỹ sư thiết kế, thi công ở nhiều nơi vẫn chưa hiểu bản chất của
sự việc một cách có hệ thống, nên rất khó khăn trong công tác thiết kế, thẩm
định, phê duyệt và thi công các dự án cáp ngầm cao áp.
Nhằm góp phần vào việc làm rõ bản chất của công tác thiết kế một hệ
thống cáp ngầm, bản luận văn này đã nêu lên những bước cơ bản trong việc
thiết kế lựa chọn một hệ thống cáp nói chung và áp dụng trực tiếp cho hệ

thống cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ, dự án này hiện nay đang trong
giai đoạn mời thầu trọn gói (cung cấp và lắp đặt).
1.4. Nguyên tắc chung của công tác tính toán, thiết kế hệ thống cáp
Đối với một hệ thống cáp ngầm cao áp nói chung, để có cơ sở tinh toán,
thiết kế, lựa chọn cáp hợp lý cần tuân theo các bước sau đây:
1.4.1. Cấu trúc cáp:
+ Vật liệu cho cách điện của cáp (PVC, giấy tẩm dầu, dầu cách điện,
ERP, XLPE...)

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


8

+ Số lượng lõi (đơn pha hay nhiều pha)
+ Tiết diện của dây dẫn q n
+ Vật liệu dây dẫn (đồng, nhôm, ...)
1.4.2. Điện áp:
+ Điện áp danh định của lưới U đm
+ Điện áp làm việc lớn nhất
+ Tần số của hệ thống
+ Loại dòng điện (3 pha, 1 pha, hay một chiều)
+ Điện áp chịu đựng xung sét định mức U BIL
1.4.3. Điều kiện nối đất, xử lý của điểm đấu hình sao
+ Điểm đấu sao cách điện hoặc đấu đất qua cuộn dập hồ quang
+ Nối đất qua trở kháng
+ Nối đất trực tiếp
1.4.4. Các điều kiện làm việc

+ Hệ số phụ tải m, dao động của phụ tải ngày (trong HT truyền tải
điện vào khoảng 0,7-0,8, trong lưới điện công nghiệp từ 0,7-1,0.
Nếu làm việc ngắt quãng thì phải có biểu đồ phụ tải).
+ Công suất truyền tải (tải cực đại)
+ Độ tin cậy của đường dây cần truyền tải ( sự cần thiết phải xây dựng
2 đường cáp chạy song song,...)
2.1.5. Điều kiện lắp đặt
+ Chiều dài của đường cáp cần đặt trong đất, trong ống chôn dưới đất,
trong không khí, trong ống hoặc trong tunnel
+ Lắp đặt trong đất: chiều sâu chôn cáp, lát bê tông, lát nhựa hoặc đặt
trong máng có hoặc không có cát, kích thước của máng với các bản
vẽ

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


9

+ Bố trí của cáp đơn pha được đặt thành bó hoặc đặt bên cạnh nhau,
các bản vẽ kích thước khi bố trí nhiều mạch cáp
+ Lắp đặt trong ống chôn dưới đất, chiều sâu của ống h
+ Vật liệu ống PVC, PE, HDPE, ống thép, bê tông hoặc đất nung,...
đường kính và chiều dày của ống.
1.4.6. Cách bố trí cáp
+ Lắp đặt trong không khí (có nghĩa là đặt trong nhà với những
khoảng không gian đủ rộng để nhiệt độ không khí không tăng do
phát nhiệt của cáp). Lắp đặt trên sàn nhà, treo trên tường, trong các
ống mở hoặc trên các giá đỡ, bản vẽ kích thước của các mạch cáp.

+ Lắp đặt cáp trong các mương cáp, đường ống tunnel: Nhiệt độ của
không khí trong mương cáp sẽ tăng do phát nhiệt của cáp.
+ Các số liệu của mương cáp: chiều rộng bên trong, chiều cao bên
trong, nắp đậy, các bản vẽ kích thước
+ Nếu sử dụng thông gió cưỡng bức thì cần các thông số: nhiệt độ
không khí bên ngoài để tính toán lượng khí cần làm mát, nhiệt độ
của không khí đi vào ống.
1.4.7. Điều kiện môi trường
+ Chôn cáp dưới đất: nhiệt độ của đất, điện trở suất của đất cho vùng
ẩm và vùng khô
+ Đặt cáp trong không khí: nhiệt độ của không khí
1.4.8. Ảnh hưởng của các nguồn nhiệt bên ngoài
+ Nhiệt do mặt trời chiếu trực tiếp cần phải xem xét (nếu không có các
biện pháp bảo vệ khỏi ảnh hưởng của mặt trời).
+ Nhiệt do các vùng nhiệt trong ống khi chôn cáp dưới đất

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


10

+ Nhiệt do các mạch cáp khác đặt song song hoặc giao chéo: cần có số
liệu về tiết diện và dòng điện tải ở điện áp định mức; khoảng cách
và chiều sâu lắp đặt với bản vẽ kích thước
1.4.9. Khả năng tải trong trường hợp ngắn mạch (sự đột biến về nhiệt và
cơ)
+ Tính toán sử dụng các thông số từ việc tính toán lưới
- Sử lý điểm đấu sao đưa ra các giá trị dòng ngắn mạch (1, 2 , 3 pha)

- Dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu
- Dòng ngắn mạch đỉnh
- Dòng ngắn mạch liên tục
+ Tính toán các giá trị từ thiết bị bảo vệ
- Xử lý điểm đấu sao, đưa ra các giá trị dòng ngắn mạch (1, 2 , 3 pha)
- Dung lượng cắt
- Thời gian ngắn mạch
1.4.10. Sụt áp
+ Tần số hệ thống
+ Công suất truyền tải hoặc dòng điện tải
+ Hệ số công suất cos ϕ
+ Chiều dài của cáp
+ Độ sụt áp cho phép: ∆ U
1.4.11. Tính toán về tính kinh tế
+ Công suất truyền tải, chiều dài cáp
+ Thời gian thu hồi vốn
+ Lãi suất hàng năm
+ Các chi phí bảo dưỡng và sửa chữa
+ Giá điện
+ Thời gian sử dụng của tổn hao công suất

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


11

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP, DÒNG ĐIỆN TẢI VÀ TÍNH
TOÁN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁP CHO HỆ THỐNG CÁP NGẦM

CAO ÁP VƯỢT KÊNH ĐÌNH VŨ
2.1. Lựa chọn cấp điện áp, tính toán dòng điện tải cho cáp ngầm vượt
kênh Đình Vũ.
2.1.1. Tính toán hệ thống, lựa chọn cấp điện áp truyền tải.
Với nhiệm vụ cung cấp điện cho trạm biến áp 220kV Đình Vũ, truyền tải
điện năng của các nhà máy nhiệt điện Hải Phòng I, II vào Hệ thống Điện.
Theo Tổng sơ đồ Điện các giai đoạn V, VI (Quy hoạch phát triển điện lực
Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 và Quy
hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm
2025) và để đảm bảo độ tin cậy, an toàn trong cung cấp điện cũng như an toàn
trong công tác vận hành sau này, đường dây sẽ có quy mô hai mạch. Theo
tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện khu vực Đông Bắc, khu vực
Hải Phòng bằng chương trình mô phỏng Hệ thống Điện PSS/E như bảng số
liệu tại phụ lục I kèm theo. Công suất truyền tải cực đại của đường dây này có
thể lên tới 700MVA vào năm 2015 - 2020. Trong chế độ bình thường công
suất chạy trên một mạch của đường dây khoảng 300MW. Để lựa chọn cấp
điện áp tải tối ưu cho đường dây ta áp dụng công thức kinh nghiệm của Mỹ
(công thức Still) [1] để tính toán U op như sau :
U op = 4,34 L + 16 P
Trong đó:
L là chiều dài đường dây (km).
P là công suất tải (MW).
Đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ có chiều dài khoảng
15km, và công suất tải mỗi mạch trong chế độ bình thường khoảng 300MW.

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học

12

Ta có: U op = 4,34. 15 + 16.300 = 301 kV.
Với U op tính toán được như trên ta có thể lựa chọn cấp điện áp tải cho
đường dây là 220kV phù hợp với các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và Tổng sơ đồ
VI đã được phê duyệt.
2.1.2. Tính dòng tải tối đa cho cáp ngầm vượt kênh Đình Vũ.
Dòng tải tối đa của cáp là dòng mà cáp phải mang khi điều kiện truyền
tải công suất nặng nề nhất, ở đây ta xét các trường hợp (kết quả tính các
trường hợp được thể hiện trong phụ lục I) tuy nhiên trong chế độ sự cố 1
mạch đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ khi nhà máy nhiệt điện
Hải Phòng II đấu vào lưới qua cấp điện áp 220kV, 110kV vào năm 2020,
công suất cưỡng bức chạy trên mạch còn lại là lớn nhất khoảng gần 500MVA,
trong các chế độ khác mỗi mạch đường dây này đều tải dưới 500MVA, ta có
thể tính toán dòng tải tối đa cho cáp là:
I tải max =

S
500
=
= 1313 A.
3xU
3x 220

Do vậy ta có thể kết luận để cáp có thể vận hành tốt trong mọi điều kiện
ta chọn dòng điện tải tối đa cho một mạch là 1313A.
2.2. Các đặc điểm chính của công trình
Các đặc điểm chính của công trình “Cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình
Vũ” như sau :
- Cấp điện áp: 220kV.

- Số mạch: 2 mạch.
- Vị trí tuyến cáp: Tuyến cáp ngầm 220kV nằm ở gần cửa kênh Đình
Vũ (Sông Cấm) tại khu công nghiệp Đình Vũ - Thành phố Hải Phòng. Phần
địa hình dưới nước tiếp giáp với khu nước phía thượng lưu của Công ty 189 -

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


13

Bộ quốc phòng. Phần địa hình trên cạn gồm phía phải và phía trái của kênh
Đình Vũ, tại bờ phải kênh Đình Vũ phía thượng lưu giáp với khu đất của Bộ
đội Biên phòng, phía hạ lưu giáp với khu đất của Công ty 189 - Bộ Quốc
phòng, bờ phía trái kênh Đình Vũ là các đầm nuôi thuỷ hải sản. Nhìn chung
địa hình trên bờ chủ yếu là các đầm nuôi thuỷ hải sản, phần mép nước là các
cây sú vẹt…
Theo số liệu khảo sát khu vực tuyến cáp ngầm 220KV bao gồm 2 phần:
+ Phần dưới nước: Chiều rộng lòng kênh tại đoạn khảo sát là 330m
theo hướng tuyến cáp.
+ Phần trên cạn: bao gồm hai phần
Phần từ bờ sông phía bên phải kênh Đình Vũ đến giáp khu đất của
Công ty 189 - Bộ Quốc Phòng. Khoảng cách từ bờ kênh đến điểm đặt cột đấu
cáp (đặt cạnh khu đất) là 150m .
Phần phía bờ sông bên trái kênh Đình Vũ : khoảng cách từ bờ kênh đến
điểm đặt cột đấu cáp là 30m.
- Yêu cầu về cao độ đặt cáp, bao gồm các yếu tố sau :
Theo các số liệu của Cục Hàng hải Việt Nam, đoạn kênh Đình Vũ nơi
có tuyến cáp 220kV đi qua có cao độ đáy luồng: đến giai đoạn nạo vét hoàn

thiện (từ 2005 đến 2009) luồng tàu biển qua kênh Đình Vũ có độ sâu đến
- 7.0m. Do vậy đã thống nhất cao độ đặt cáp như sau:
o Cao độ đáy luồng hoàn thiện giai đoạn 2005-2009: - 7,5 đến - 8,0m
o Độ sâu về sai số nạo vét do thiết bị nạo vét: 0,5m
o Độ sâu dự phòng do xói lở : 1,5m
o Khoảng cách an toàn : 2,0m
Cộng cao độ đặt cáp : - 11,5m đến -12m
- Chiều dài tuyến cáp: 552m (Tính từ 2 vị trí cột đấu nối cáp).

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


14

- Khả năng tải: 500MVA (cho 1 mạch).
- Điểm đầu: cột số 36 đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ.
- Điểm cuối: cột số 37 đường dây 220kV NMNĐ Hải Phòng - Đình Vũ.
- Là một công trình thuộc dự án tổng thể Đường dây 220kV NMNĐ Hải
Phòng - Đình Vũ, dự án tổng thể có tổng chiều dài 15km, trong đó đoạn đầu
và đoạn cuối là đường dây trên không.
- Điều kiện tự nhiên:
Điện trở suất: Qua khảo sát điện trở suất đo được tại các điểm hai bên
bờ kênh Đình Vũ thay đổi từ 80 Ωm đến 100 Ωm (ở độ sâu 0,8m đến 2m là
90 ÷ 100 Ωm và ở độ sâu từ 2m đến 2,5m là 80 ÷ 90 Ωm).
Điều kiện địa chất công trình:
Khu vực khảo sát là một vùng sông ven biển, được thành tạo do lắng
đọng trầm tích có nguồn gốc sông biển, Nhìn chung đây là một vùng đất yếu,
cụ thể :

Lớp đất 1, 2, 4, 5 là các lớp đất yếu khả năng chịu tải thấp. Lớp 3 là lớp
đất tương đối tốt nhưng chiều dày không lớn.
Nhiệt độ, độ nhiễm bẩn và các điều kiện khác:
Công trình nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ven biển Bắc Bộ. Nhiệt độ
trung bình 230C-23.60C. Nhiệt độ lớn nhất : 41.50C, nhiệt độ thấp nhất: 4.50C.
Công trình nằm tại cửa sông Cấm vào cảng Hải Phòng khá gần biển, có độ
nhiễm mặn cao.
2.3. Lựa chọn chủng loại cáp, loại cách điện
Từ khi bắt đầu xuất hiện cáp ngầm điện lực do Borel phát minh ra vào
năm 1879 là cáp có cách điện bằng sợi đay tẩm Parafin, đến nay đã có rất
nhiều loại cách điện được đưa vào sử dụng như giấy tẩm dầu, dầu cách điện,
ERP, XLPE (Crosslinked Polyethylene)…

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


15

Tuy nhiện hiện nay trên thế giới đang sử dụng phổ biến hai loại cáp
thông dụng cho các đường tải điện cao áp là cáp dầu và cáp khô dùng cách
điện Polyethylene lưu hóa khô có các mối liên kết phân tử theo chiều ngang
(XLPE). Đối với cấp điện áp 110, 220 kV đa số sử dụng cáp XLPE vì những
lý do sau đây :
Chi phí đầu tư của 2 loại cáp bao gồm đầu tư ban đầu, chi phí vận hành
và bảo trì. Chi phí đầu tư cho các thiết bị thứ cấp của cáp dầu đắt tiền hơn so
với cáp XLPE.
Cáp dầu đòi hỏi một số điều kiện phức tạp hơn so với cáp XLPE, như:
• Việc giám sát và chuyển tín hiệu phức tạp.

• Đòi hỏi có bể dầu với kết cấu ngầm.
• Thiết bị bù dầu.
• Thiết bị nối phức tạp.
Cáp XLPE có các ưu điểm hơn so với cáp dầu như sau [10]:
• Dung kháng cáp XLPE thấp nên dòng điện nạp cũng thấp hơn.
• Khả năng mang tải cao hơn.
• Tổn thất thấp hơn.
• Tác động đến môi trường ít hơn.
• Cách điện XLPE không phải cách điện lỏng nên giá thành bảo trì bảo
dưỡng thấp hơn.
• Cách điện XLPE rất thích hợp trong các chế độ phục hồi sau quá độ, cáp
dầu hay xảy ra hiện tượng giảm áp lực dầu khi xảy ra dao động trên lưới.
Cách điện XLPE là cách điện mà có khả năng chịu nhiệt độ cao, khả
năng chịu dòng ngắn mạch lớn và có tổn thất điện môi bé nhất trong tất cả các
loại cách điện đang sử dụng hiện nay. Tổng cộng tất cả các chi phí liên quan,
chi phí thực hiện bằng cáp dầu sẽ lớn hơn cáp XLPE.

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


16

Bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật giữa cáp dầu và cáp XLPE.
STT

Các tiêu chí so sánh

1

Nhiệt độ vận hành liên tục lớn
nhất

2

Nhiệt độ cáp cho phép khi có
ngắn mạch

Cáp dầu

Cáp XLPE
900C (+50C/-00C)

850C(+00C)

2500C

1800C

3

Góc tổn thất

1*10-3

2-3*10-3

4

Công suất nạp

khoảng

cao hơn khoảng

3500kVAr/km

40%

5

6

Tiết diện dây dẫn

1200mm2 hoặc

2000 hoặc

1400mm2

2500mm2

Thiết bị phụ trợ

Bể dầu áp lực,
hộp nối dầu, giám

ít

sát tín hiệu dầu...
7

Bù điện dung

8

Ảnh hưởng đến môi trường

9

Độ dài lớn nhất của cuộn cáp
(tuỳ theo tiết diện)

160% => phí đầu

100%

tư cao hơn.

không ô nhiễm

ô nhiểm do dầu

500-800m

250-350m

10

Suất sự cố

nhỏ

nhỏ

11

Trọng lượng cáp

26-30kg/m

29-33kg/m

12

Thời gian sửa chữa

3 - 4 tuần

khoảng 6 tuần

13

Chi phí đầu tư

-

Cao hơn

14

Chi phí vận hành (kể cả bảo

Chấp nhận được

Cao hơn

dưỡng và tổn thất)

Kết luận: Chọn cáp cách điện bằng XLPE cho dự án cáp ngầm 220kV
vượt kênh Đình Vũ.

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


17

2.4. Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm cao áp với cách điện XLPE
2.4.1. Cấu trúc cơ bản của cáp

Cấu trúc điển hình của cáp XLPE bao gồm những lớp được mô tả theo
thứ tự từ trong ra ngoài như sau:

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học

18

STT Tên gọi Công dụng
1

Lõi cáp

Dẫn điện

Ghi chú
- Với tiết diện dưới 800 mm2 lõi gồm các sợi
đồng nhỏ, bện xoắn tròn.
- Với tiết diện từ 800 mm2 trở lên lõi gồm
nhiều múi, thường là 4 hoặc 5, 6 mỗi múi
gồm các sợi đồng nhỏ bện xoắn lại.
- Phần khe hở giữa các múi được lấp đầy
bằng vật liệu chống thấm nước theo chiều
dọc cáp.
- Tiêu chuẩn áp dụng cho lõi cáp: IEC
60228, độ tinh khiết của đồng là 99.99%.

2

Lớp bán Chống
dẫn

- Vật liệu của lớp này là Polyethylene bán

phóng điện dẫn, có tác dụng làm giảm khả năng gây
cục bộ

phóng điện cục bộ do bề mặt lồi lóm của cáp
(tạo thành bới các sợi đồng nhỏ).
- Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3)
và lớp bán dẫn (4).

3

Lớp

Cách

cách

cho cáp

điện - Croos-linked Polyethylene (XLPE) là loại

điện

vật liệu cách điện có nhiều ưu điểm nổi bật.
- Chế tạo bằng công nghệ ép đùn.

XLPE
4

Lớp bán Chống I-on - Vật liệu của lớp này là compound bán dẫn,
dẫn

hoá bề mặt có tác dụng làm giảm khả năng gây ion hoá
cách điện

bề mặt lớp cách điện.
- Được ép đùn cùng lúc với lớp cách điện (3)
và lớp bán dẫn (2).

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


19

- Đôi khi có thể thêm một lớp băng quấn
cùng tính chất.
5

Lớp

Chống

Chế tạo từ vật liệu trưng nở và bão hoà nước

chống

nước thấm khi gặp nước thấm vào ngăn được nước

thấm

dọc

dọc

khe hở giữa

theo thấm dọc theo cáp.

lớp (4) và
lớp (6)
6

dòng Thường được sản xuất bằng dây đồng tôi

Lớp

Tản

màn

ngắn mạch luyện.

chắn

khi có sự

kim loại cố
mạch

ngắn
xảy

ra
7

Lớp

Chống

Chế tạo từ vật liệu trưng nở và bão hoà nước

chống

nước thấm

khi gặp nước thấm vào ngăn được nước

thấm
8

9

thấm vào cáp.

Vỏ kim Bảo vệ cơ Vỏ kim loại cáp là loại băng nhôm, nhôm
loại

học cho cáp gợn sóng hoặc chì.

Vỏ

Bảo

ngoài

chung

vệ - Làm bằng PVC hoặc PE.
- Có tác dụng bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi bị
tác động ăn mòn điện hoá của môi trường.
- Có thể phủ thêm 1 lớp chất bền nhiệt để
chống cháy vỏ cáp khi có hoả hoạn xảy ra
(thường áp dụng cho các đoạn cáp tiếp xúc
với không khí).

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


20

2.4.2. Phụ kiện cáp
2.4.2.1. Hộp nối cáp:
Hiện nay, những loại hộp nối sau đã được phát triển cho cáp ngầm cao
áp:
- Hộp nối dạng băng cuộn (Tape joint)
- Hộp nối dạng đẩy (Extrusion joint)
- Hộp nối dạng ghép nhanh (Hot splice joint)

- Hộp nối dạng chụp (Slip-on joint)
- Hộp nối composite (Composite joint)
2.4.2.2. Hộp nối đất vỏ cáp:
Có hai loại hộp nối đất vỏ cáp phân theo chức năng: hộp nối đất trực
tiếp và hộp nối đất đảo pha vỏ cáp.
Hộp nối đất vỏ cáp trực tiếp dùng tại vị trí nối cáp bằng hộp nối thông
thường và tại trạm biến áp, dây nối là cáp 1 lõi.
Hộp nối đất vỏ cáp loại đảo pha dùng tại vị trí nối cáp bằng hộp nối cáp
cách ly vỏ kim loại, dây nối đất là cáp đồng trục.
2.4.2.3. Đầu cáp:
Phù hợp với điểm đấu nối: Đối với trạm biến áp GIS sử dụng đầu cáp
loại cách điện SF6.
2.5. Kỹ thuật đặt cáp và chôn cáp, so sánh các phương án và lựa chọn
phương thức đặt cáp cho cáp ngầm 220kV vượt kênh Đình Vũ.
2.5.1. Các yếu tố cần phải cân nhắc:
Khi đặt cáp, cần cân nhắc đến vấn đề cơ khí đường dây. Ngoại trừ khía
cạnh về điện và nhiệt của việc thiết kế đường dây cáp, người ta cần phải cân

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học


21

nhắc đến ảnh hưởng về cơ khí và nhiệt cơ khí học trong quá trình kéo căng
dây cáp và lắp đặt cũng như vận hành.
Sự ăn mòn dây cáp có thể đến từ các nguồn như hóa học, điện hóa, và
từ các vi khuẩn khử gốc sunphat. Chính vì vậy cần đặc biệt chú ý khi thiết kế
cáp ngầm qua những vùng có độ ăn mòn cao như nhà máy hóa chất, nhà máy

điện phân, bờ biển hay những vùng có nguồn ăn mòn cao.
Ảnh hưởng của môi trường. Một số cách đặt cáp như là đặt cáp trong
đường ống thường có những trở ngại đặc biệt là khi lắp đặt ở vùng cạnh
đường dây cao áp, bờ biền, hầm mỏ, địa hình tự nhiên phức tạp.
Đối với mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất
định. Do vậy tùy theo điều kiện và yêu cầu cụ thể mà nhà đầu tư sẽ quyết định
chọn hình thức lắp đặt nào.
2.5.2. Các kỹ thuật đặt cáp và chôn cáp chủ yếu.
2.5.2.1 Phương pháp chôn cáp trực tiếp được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới chủ yếu vì các đặc điểm cơ bản sau đây:
• Thời gian lắp đặt nhanh
• Giá thành tương đối rẻ so với các phương pháp chôn lắp đặt cáp khác
Kỹ thuật chôn lấp đơn giản bằng việc dùng đất, hoặc cát thông thường để
chôn lấp , dễ thi công
Hình vẽ sau mô tả chi tiết mặt cắt ngang của kỹ thuật chôn cáp điển
hình

La Quốc Vũ - Cao học KTĐ 2005 - 2007

Luận văn tốt nghiệp cao học