Tính toán phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

LẠI VĂN TRÁNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------

LẠI VĂN TRÁNG
KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

TÍNH TỐN PHÂN TÍCH TỔN THẤT CỦA ĐƯỜNG DÂY
SIÊU CAO ÁP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP
GIẢM THIỂU TỔN THẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

KHOÁ 2009 - 2011

Hà Nội - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------

LẠI VĂN TRÁNG

TÍNH TỐN PHÂN TÍCH TỔN THẤT CỦA ĐƯỜNG DÂY
SIÊU CAO ÁP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP
GIẢM THIỂU TỔN THẤT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. LÃ VĂN ÚT

Hà Nội - 2011


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 3
T
5
2

25T

CHƯƠNG I ............................................................................................................ 5
T
5
2

25T

TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP VIỆT NAM VÀ KHẢ NĂNG
T

5
2

PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI.................................................................. 5
T
5
2

I.1 ĐẶC ĐIỂM ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP XOAY CHIỀU ............. 5
I.1.1 Dùng dây phân pha ......................................................................... 5
I.1.2 Về khoảng cách cách điện và hành lang an toàn ............................. 6
I.1.3 Chế độ làm việc của đường dây SCA ............................................. 6
I.1.4. Một số thông số của đường dây siêu cao áp như sau :.................... 8
I.2 LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN Ở VIỆT NAM VÀ KHU VỰC ASEAN ... 8
I.2.1 Hệ thống truyền tải điện Việt Nam ................................................. 8
I.2.2 Chương trình liên kết hệ thống điện trong khu vực ASEAN. ........ 10
I.2.3 Liên kết lưới điện giữa Việt Nam và Trung Quốc. ........................ 10
T
5
2

T
5
2

T
5
2

T

5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

CHƯƠNG II ........................................................................................................ 12

T
5
2

25T

LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY DÀI VÀ MƠ HÌNH TÍNH TỐN ...................... 12
T
5
2

T
5
2

II.1 MƠ HÌNH ĐƯỜNG DÂY DÀI TRONG TÍNH TỐN CĐXL..... 12
II.1.1 Phương trình đường dây dài có thơng số rải ................................ 12
II.1.2 Phân bố điện áp và dòng điện trên đường dây dài ....................... 13
II.1.3 Các thông số đặc trưng cho q trình truyền sóng trên đường dây
dài ........................................................................................................ 16
II.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DÀI 3 PHA ................ 16
II.2.1 CƠNG THỨC CHUNG TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY TẢI
ĐIỆN DÀI 3 PHA ................................................................................ 16
II.2.2 Tính tốn chế độ đường dây dài biết công suất cuối đường dây .. 17
T
5
2

T
5

2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

25T

T
5
2

T
5

2

T
5
2

25T

T
5
2

T
5
2

CHƯƠNG III ....................................................................................................... 22
T
5
2

25T

TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG - HIỆU SUẤT TẢI
T
5
2

ĐIỆN CỦA ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP ........................................................ 22
T

5
2

III.1 KHĨ KHĂN CHUNG KHI TÍNH TƠN THẤT CÔNG SUẤT VÀ
ĐIỆN NĂNG TRONG HTĐ .................................................................. 22
III.1.1 Ý nghĩa của các bài tốn xác định tổn thất cơng suất và tổn thất
điện năng .............................................................................................. 22
III.1.2 Đặc điểm tổn thất công suất trên các đường dây dài siêu cao áp 23
III.2 TÍNH TỐN TỔN THẤT CƠNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRÊN
ĐDSCA .................................................................................................... 27
T
5
2

T
5
2

T
5
2

25T

T
5
2

T
5

2

T
5
2

25T

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 1


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

III.2.1 Tính trực tiếp theo phương trình đường dây dài thơng số rải...... 27
III.2.2 Mơ hình tương đương đường dây dài theo mạng 2 cửa .............. 27
III.2.3 Tính tốn tổn thất công suất ĐDSCA theo sơ đồ tương đương
thông số tập trung ................................................................................. 31
III.2.4 Tổn thất trên một số phần tử liên quan đến hệ thống tải điện qua
ĐDSCA ................................................................................................ 32
III.3 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG .................................................. 37
III.3.1 Phương pháp tính trực tiếp theo biểu đồ..................................... 37
III.3.2 Tính theo tổn thất công suất lớn nhất và thời gian tổn thất công
suất lớn nhất ......................................................................................... 39
III.4 HIỆU SUẤT TẢI ĐIỆN ................................................................. 40
T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

25T

T
5
2

25T

T
5
2

T
5

2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

25T

T
5
2

T
5
2

CHƯƠNG IV ....................................................................................................... 42
T
5
2

25T

TÍNH TỐN PHÂN TÍCH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG ...... 42
T
5
2

T
5
2

TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP ....................................................... 42
T
5
2

T
5
2

IV.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................. 42
IV.2 TÍNH TỐN TỔN THẤT TRÊN ĐDSCA THEO CÁC MƠ
HÌNH KHÁC NHAU .............................................................................. 42
IV.2.1 Đường dây khơng có bù............................................................. 43
IV.2.2 Đường dây có bù ngang tại điểm giữa ....................................... 51
IV.2.3 Đường dây có bù ngang bằng SVC tại điểm giữa ...................... 53
IV.2.4 Tính tốn tổn thất sơ đồ ĐDSCA Bắc - Trung - Nam (giai đoạn
đầu) ...................................................................................................... 54
IV.2.5 Tính tốn tổn thất trên các đường dây siêu cao áp của HTĐ Việt
Nam...................................................................................................... 55
IV.3 Kết luận chương 4 .......................................................................... 57

T
5
2

25T

T
5
2

25T

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5
2

T
5

2

T
5
2

T
5
2

25T

T
5
2

25T

T
5
2

25T

KẾT LUẬN CHUNG........................................................................................... 59
T
5
2

25T

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 60
T
5
2

25T

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 2


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

MỞ ĐẦU
Việt Nam có điều kiện địa lý nằm trải dọc theo Biển Đơng, với diện tích
379.000km2, mà chiều dài từ Bắc vào Nam tới trên 2000km. Các khu vực kinh tế
P

P

trọng điểm và dân cư tập trung tại hai đầu đất nước: Khu vực kinh tế đồng bằng Bắc
bộ và Đơng bắc ở phía Bắc và khu vực kinh tế đồng bằng Nam bộ và đồng bằng
sông Cửu long ở phía Nam. Hai khu vực kinh tế cũng là hai khu vực phụ tải cơ bản
của hệ thống điện nằm cách xa nhau tới hơn 1700km, là điều kiện cần để hình thành
hệ thống lưới điện SCA (siêu cao áp) nếu đặt vấn đề thống nhất hệ thống điện trên
toàn quốc.
Một đặc điểm rất quan trọng trọng cấu trúc hệ thống điện Việt Nam là các
nhà máy điện chủ yếu tập trung ở bốn khu vực đó là:

+ Các nhà máy thuỷ điện ở Tây Bắc.
+ Các nhà máy nhiệt điện than ở Đông Bắc.
+ Các nhà máy thuỷ điện ở Tây Nguyên.
+ Các nhà máy nhiệt điện dầu khí ở Tây Nam bộ.
+ Các khu vực tập trung các nhà máy điện này nằm cách xa nhau. Các khu
vực tập trung các nhà máy điện này cách xa nhau tới 600÷1000 km. Đó là tiền đề
cho việc hình thành lưới điện SCA để hồ các nhà máy điện thống nhất trong hệ
thống điện Việt Nam nhằm cung cấp tốt nhất, hiệu quả và an toàn nhất cho nhu cầu
dùng điện của nền kinh tế quốc dân.
- Để hỗ trợ truyền tải điện hai miền từ Bắc vào Nam vào mùa lũ để tận dụng
nguồn nước, nguồn năng lượng rẻ của các nhà máy thuỷ điện và từ Nam ra Bắc vào
mùa khô kiệt bởi các nhà máy nhiệt điện khí ở Miền Nam. Năm 1994 hệ thống điện
Việt Nam chính thức với sự ra đời của đường dây SCA 500kV Bắc Nam mạch một
và các trạm 500kV Hồ bình - Hà tĩnh - Pleicu - Phú lâm. Đường dây 500kV Bắc
Nam thực sự phát huy hiệu quả trong việc cung cấp điện vào Miền Nam trong
những năm chưa xây dựng các nhà máy nhiệt điện khí vào những năm 1994÷2000
và cung cấp điện ra miền Bắc vào mùa khơ trong các năm 2004÷2005, 2008 và nhất
là các tháng đầu năm 2010 hiện nay.
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 3


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

- Cùng với sự tăng trưởng phụ tải khoảng 14%/năm, các nhà máy nhiệt điện,
thuỷ điện lớn liên tục được xây dựng trong đó phải kể đến nhà máy thuỷ điện Sơn la
(2400MW), Tuyên quang (600MW)... và hệ thống điện SCA 500kV được phát triển
mạnh mẽ với sự ra đời của đường dây 500kV mạch hai Bắc Nam; các đường đây
500kV Quảng Ninh - Sóc sơn, Quảng Ninh - Thường Tín, Hồ bình Sóc Sơn và

hàng chục trạm 500kV khác.
- Các đường dây 500kV thực sự là đường dây truyền tải hầu hết cho hệ thống
điện từ các nhà máy điện đến các trạm phân phối 500kV, cho các khu vực tập trung
phụ tải. Do vậy việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến đường dây SCA và đặc
biệt là vấn đề tổn thất điện năng là một vấn đề vơ cùng quan trọng, nó liên quan đến
hiệu quả, đến vấn đề tiết kiệm năng lượng và sự ổn định của hệ thống điện trong
thời kỳ phát triển kinh tế cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước.
Với thời gian có hạn khơng thể đề cập nhiều vấn đề, đề án này tập trung
nghiên cứu một số vấn đề cơ bản sau đây:
▪ Chương I: Tổng quan về đường dây siêu cao áp Việt Nam và khả năng phát
triển trong tương lai.
▪ Chương II: Lý thuyết đường dây dài và mơ hình tính tốn.
▪ Chương III: tổn thất công suất và tổn thất điện năng - hiệu suất tải điện của
đường dây SCA.
▪ Chương IV: Tính tốn phân tích tổn thất cơng suất và điện năng trên các
đường dây siêu cao áp.

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 4


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP VIỆT NAM VÀ KHẢ NĂNG
PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
I.1 ĐẶC ĐIỂM ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP XOAY CHIỀU
I.1.1 Dùng dây phân pha
Cấu trúc chung của đường dây SCA xoay chiều là đường dây một mạch hoặc

hai mạch và dùng dây phân pha. Thay vì mỗi pha phải dùng một sợi dây đơn như ở
các đường dây điện áp thấp, người là dùng nhiều sợi dây cho một pha gọi là đường
dây phân pha, các sợi dây này được kết chặt trên góc của một khung định vị đa giác
đều giữ chúng luôn song song với nhau. Đường dây 500kV mỗi pha có 3 hoặc 4 sợi
thơng thường số dây phân pha của đường dây SCA được lựa chọn là:
+ Đường dây 330kV: 2 dây.
+ Đường dây 500kV: 3 - 4 dây.
+ Đường dây 750kV: 4 dây.
+ Đường dây l050kV: 6 dây.
Các lý do để áp dụng đường nay phân pha đó là:
+ Dịng điện trên đường dây SCA rất lớn: Đường dây 500kV có I =1000A
tính theo cơng suất tự nhiên 900MW. Vì vậy dây dẫn cho các đường dây này do đó
có tiết diện rất lớn, cho đường dây 500kV cỡ 1000 ÷ 1200mm2. Sản xuất dây dẫn
P

P

tiết diện lớn và thi công lắp đặt chúng gặp rất nhiều khó khăn. Vì thế người ta dùng
dây phân pha gồm nhiều sợi trên một pha để dễ chế tạo và thi cơng.
+ Nhưng lý do chính đế phân pha là: tác dụng của phân pha đối với yêu cầu
giảm cường độ điện trường và giảm tổn thất công suất do hiện tượng vầng quang.
Xung quanh dây dẫn khi vận hành xuất hiện điện trường với cường độ cao. Điện
trường này sinh ra hồ quang do đó dẫn đến tổn thất công suất và điện năng rất lớn
đặc biệt trong thời tiết xấu, đồng thời gây nhiễu vô tuyến rất cao.
Tuy nhiên đối với đường dây 500kV trở lên, không chọn dây dẫn theo mật
độ kinh tế vì những hạn chế về tổn thất vầng quang và nhiễu vô tuyến. Ở Cộng hòa
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 5

Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Liên bang Xô Viết là 0,5A/mm2. Tiết diện dây dẫn tối thiểu cho điện áp 500kV là
P

P

900mm2.
P

P

I.1.2 Về khoảng cách cách điện và hành lang an toàn
Khoảng cách cách điện và chiều dài chuỗi sứ rất lớn. Chiều dài của chuỗi sứ
siêu cao áp chỉ phải xác định theo điện áp vận hành (khơng phải tính đến q điện
áp nội bộ như đối với điện áp 35-110kV) thì số bát sứ 500kV có thể từ 22 đến 25
bát và lớn hơn, chuỗi sứ 500kV dài khoảng 4÷5m và hơn nữa. Điều này làm cho độ
lệch ngang của chuỗi sứ là rất lớn, dẫn đến khoảng cách pha phải lớn.
Một yếu tố nữa là do dây dẫn của đường dây SCA rất lớn, khả năng chịu tải
trọng lớn, cột và móng có kích thước rất lớn. Vì vậy để giảm chi phí cho cơng trình
người ta thường kéo dài các khoảng cột dẫn đến đường dây có khoảng cách pha lớn,
hành lang an toàn rộng, chiều cao cột rất cao.
Ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đường dây: Đối với đường dây siêu
cao áp sẽ gây ra chiếm nhiều diện tích đất để xây dựng đường dây và trạm biến áp,
gây ra tiếng ồn do hồ quang, gây nhiễu vô tuyến, ảnh hưởng đến cảnh quan và ảnh
hưởng do cường độ điện trường đến khoảng không dưới đường dây và mặt đất.
Cường độ điện trường ảnh hưởng không tốt tới người và gia súc, có khi gây
ra điện thế nguy hiểm trên các vật liệu kim loại dưới đường dây. Cường độ điện
trường cho phép từ 5 đến 25 kV/cm tùy thuộc vào loại đường dây. Do đó thời gian

con người và gia súc ở dưới đường dây phải được hạn chế đến mức không nguy
hiểm cho sức khỏe. Để hạn chế các ảnh hưởng nêu trên có thể dùng các biện pháp
thay đổi cấu trúc làm cho đường dây đắt tiền lên.
Độ tin cậy: ở đường dây siêu cao áp đòi hỏi độ tin cậy rất cao, bởi sự cố các
đường dây này gây ảnh hưởng rất lớn cho phụ tải. Để đảm bảo độ tin cậy cao phải
tăng cách điện đường dây, tăng sức chịu lực của cột và móng, tăng số mạch song
song.
I.1.3 Chế độ làm việc của đường dây SCA
Công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh ra rất lớn, sự phân
pha dây dẫn càng làm cho công suất này lớn hơn. Công suất phản kháng do điện
dung sinh ra lớn gây ra các vấn đề kỹ thuật phức tạp cần phải giải quyết đặc biệt
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 6


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

trong chế độ non tải hoặc không tải của lưới điện và đường dây.
Sự tăng cao điện áp ở cuối các đường dây có thể vượt qua khả năng chịu
đựng của thiết bị phân phối điện, đường dây 500kV không được cao quá
U maxcp =525kV và gây ra nguy cơ tự kích thích và tự dao động tăng dần lớn ở các
R

R

nhà máy điện.
Trong chế độ max, nếu đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải thì
tổn thất điện áp có thể rất lớn, do đó để đảm bảo tính kinh tế người ta tránh khơng
tải nhiều công suất phản kháng trên đường dây siêu cao áp, để cấp công suất phản

kháng đối với đường dây siêu cao áp ta phải đặt bù tại các nút phụ tải khu vực. Điều
chỉnh điện áp trong lưới điện có đường dây dài khá phức tạp, cần lượng cơng suất
phản kháng rất lớn biến thiên từ tính dung sang tính cảm đây là vấn đề kinh tế - kỹ
thuật rất phức tạp.
Nếu đường dây nối liền các phần độc lập của hệ thống điện hoặc các hệ
thống điện gần nhau (gọi là các đường dây liên lạc hệ thống) có độ dài lớn thì gặp
phải vấn đề khả năng tải theo công suất giới hạn và ổn định tĩnh. Nếu độ dự trữ ổn
định tĩnh thấp thì phải có các biện pháp nâng cao. Ổn định động của hệ thống điện
công suất lớn cũng là vấn đề rất phức tạp và nan giải, làm hạn chế khả năng tải của
đường dây dài. Để giải quyết vấn đề này cần phải phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ
và lựa chọn sơ đồ hợp lý của đường dây dài.
Các vấn đề trên làm cho đường dây siêu cao áp có độ dài hơn 300km phải
được trang bị thêm các thiết bị bù phụ: tụ điện bù dọc, kháng điện bù ngang, máy
bù tĩnh (SVC hay STATCOM) hoặc máy bù đồng bộ để xử lý vấn đề tăng cao điện
áp, quá áp máy phát điện trong chế độ không tải và non tải, đảm bảo điện áp cuối
đường dây, hoặc nâng cao khả năng ổn định tĩnh trong chế độ max. Số lượng, dung
lượng và vị trí đặt của các thiết bị này là kết quả của bài toán kinh tế - kỹ thuật.
Lưới điện có đường dây siêu cao áp ngắn, một đường dây thì khơng cần phải
đặt thiết bị bù để giải quyết các vấn đề kỹ thuật nêu trên cho hệ thống điện.
Để giải quyết các vấn đề kỹ thuật nan giải nói trên của đường dây siêu cao áp
xoay chiều, có thể sử dụng lưới điện một chiều. Tuy nhiên lưới điện một chiều sẽ
không thay thế lưới điện xoay chiều mà chỉ tham gia vào lưới điện xoay chiều ở
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 7


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

những vị trí nhất định nhằm khắc phục các nhược điểm của nó, làm cho hiệu quả

kinh tế của hệ thống điện chung cao hơn.
Lưới truyền tải điện Việt Nam hiện tại và trong tương lai gần sẽ vẫn là lưới
điện siêu cao áp 500kV kết hợp lưới điện cao áp 220kV. Lưới điện này có cấu trúc
phức tạp nhiều nguồn điện, nhiều mạch vòng với nhiều cấp điện áp.
I.1.4. Một số thông số của đường dây siêu cao áp như sau :
Điện áp định mức, kV

330

500

750

1150

Điện áp lớn nhất, kV

363

525

787

1200

Tổng trở sóng Zs, Ω

300

290

280

270

Cơng suất tự nhiên P tn , MW

350

850

2190

4000

Khoảng cách pha, m

7,5

12,4

14

18,5

Sứ treo cao trung bình của dây dẫn, m

12,5

14

18,5

24

Sứ treo cao trung bình của dây chống sét, m

22,2

24,3

30

39,9

Khoảng cách giữa các dây chống sét, m

9,4

14,6

22,1

33,8

5,5

8,24

11,3

16,8

16÷20

24÷27

35

41

R

R

Khoảng cách từ điểm thấp nhất đến mép
trên, m
Số lượng sứ trong chuỗi, bát

I.2 LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN Ở VIỆT NAM VÀ KHU VỰC ASEAN
I.2.1 Hệ thống truyền tải điện Việt Nam
Hệ thống truyền tải của Việt Nam bao gồm các cấp điện áp 220kV và
500kV.
Hệ thống điện 500kV bắt đầu vận hành từ giữa năm 1994, với việc đưa vào
vận hành đường dây 500kV Bắc - Nam dài gần 1700km và hai trạm 500kV Hịa
Bình và Phú Lâm, cơng suất mỗi trạm là 900MVA và hai trạm bù tại Hà Tĩnh và
Pleicu.
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 8

Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Bảng thông số lưới điện 220kV và 500kV của EVN cuối năm 2010, xem bảng sau:
Đường dây

Trạm biến áp (trạm/ MVA)

(km)

(Tồn bộ)

500kV

4535,2

17/ 8400

220kV

4663

235/ 19326

TT

Cấp điện áp

1

2

Tổng cơng suất nguồn điện của Việt Nam giai đoạn 2010-2020 được trình bày
dưới bảng sau:
Tổng công suất nguồn năm 2010: 21.190 MW
Thuỷ điện
9540 MW
Nhiệt điện chạy than
4450 MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí
6835 MW
Nhập khẩu
365 MW
Tổng công suất nguồn năm 2020: 36.540 MW
Thuỷ điện
15650 MW
Nhiệt điện chạy than
6850 MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí
10440 MW
Điện nguyên tử
2000 MW
Nhập khẩu
1600 MW
Khối lượng phát triển lưới 500kV dự kiến trong các giai đoạn đến năm 2020 được
trình bày trong bảng sau:
Các đường dây 500kV xây dựng trong giai đoạn 2011 ÷ 2020
TT Tên cơng trình

Số mạch x km chiều dài

Các cơng trình xây dựng giai đoạn 2011 ÷ 2020
1

Hồ Bình - Sơn La

1x180

180

2

Sơn La - Nho Quan

1x240

240

3

Sơn La - Sóc Sơn

1x200

400

4

Sóc Sơn - Tràng Bạch

1x95

95

5

Tràng Bạch - Thường Tín

1x110

110

6

Rẽ Quảng Trị - Quảng Trị

2x5

10

7

Phú Mỹ - Biên Hoà

1x40

40

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 9


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Số mạch x km chiều dài

TT Tên cơng trình
8

Biên Hồ - Tân Định

1x30

30

9

Rẽ Hóc Mơn - Hóc Mơn

2x10

20

10

Biên Hồ - Thủ Đức

2x20

40

11

Điện nguyên tử - Phú Mỹ

1x160

160

12

Nha Trang - Điện nguyên tử - Di Linh

1x160

160

13

Điện nguyên tử - Biên Hồ

2x170

340

Tổng cộng:

1825 km

I.2.2 Chương trình liên kết hệ thống điện trong khu vực ASEAN.
Hiện nay trong khu vực có một số cơng trình liên kết hệ thống điện đã đưa
vào vận hành và đang trong giai đoạn nghiên cứu bao gồm.
Bảng định hướng liên kết lưới điện chính trong khối ASEAN
Công suất

Năm

trao đổi (MW)

hiện

thực

Dự án

Kiểu liên kết

Thái Lan - Lào

HVAC mua bán điện

2015/1578

2008/2010

Thái Lan - Myanmar

HVAC mua bán điện

1500

2013

Thái Lan-Campuchia

HVAC mua bán / trao đổi

80/300

2004/2016

1887

2007/2016

120/200

2007/2012

điện
Việt Nam-Lào
Campuchia

-

HVAC mua bán điện
Việt HVAC mua bán điện

Nam

I.2.3 Liên kết lưới điện giữa Việt Nam và Trung Quốc.
Để đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng trưởng ở mức rất cao, chính phủ đã thống
nhất cho Tập đoàn điện lực Việt Nam nghiên cứu các phương án kết nối với lưới
điện Trung Quốc ở cấp điện áp 500kV. Theo số liệu của Viện Năng Lượng sẽ có 4
phương án liên kết 500kV vào năm 2016 - 2017:
Phương án 1: Nhập tồn bộ cơng suất theo hướng Honghe (châu Honghe,
U

U

Vân Nam-Trung Quốc) về trạm 500kV Sóc Sơn. phương án này cần xây dựng
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 10


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

400km 2 mạch đường dây 500kV, dây AC 4x330 (160km trên đất Trung Quốc,
240km trên đất Việt Nam) từ trạm 500kV Honghe đến trạm 500kV Sóc Sơn.
Phương án 2: Cần xây dựng 400km đường dây 500kV một chiều (160km
U

U

trên đất Trung Quốc, 240km trên đất Việt Nam) và hai trạm nắn dịng (converter),
cơng suất 2000MW đặt tại Honghe và Sóc Sơn.
Phương án 3: Nhập 1000MW cơng suất từ trạm 500kV Honghe (châu
U

U

Honghe, Vân Nam- Trung Quốc) về trạm 500kV Sóc Sơn (hoặc trạm 500kV Việt
Trì) và 1000MW từ trạm 500kV Yuan Jiang về trạm 500kV Lai Châu.
Phương án này cần xây dựng 400km (360km) 1 mạch đường dây 500kV HongheSóc Sơn (Việt Trì), dây AC 4x330, và 160km từ trạm 500kV Yuan Jiang đến trạm
500kV Lai Châu.
Phương án 4: Nhập 1000MW công suất từ trạm 500kV Honghe (Châu
U

U

Honghe, Vân Nam – Trung Quốc) về trạm 500kV Sóc Sơn (hoặc trạm 500kV Việt
Trì) và 1000MW từ trạm 500kV Fangcheng (Quảng Tây, Trung Quốc) về trạm
500kV Quảng Ninh (Việt Nam). Phương án này cần xây dựng 400km (360km) 1
mạch đường dây 500kV Honghe- Sóc Sơn (Việt Trì), dây AC 4x330, và 180km từ
trạm 500kV Fangcheng đến trạm 500kV Quảng Ninh.
* Các phương án trên hiện nay EVN đang trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt.

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 11


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT ĐƯỜNG DÂY DÀI VÀ MƠ HÌNH TÍNH TỐN
II.1 MƠ HÌNH ĐƯỜNG DÂY DÀI TRONG TÍNH TỐN CĐXL
II.1.1 Phương trình đường dây dài có thơng số rải
1. Đặc điểm chế độ của đường dây dài tải điện đi xa

Trong khi phân tích chế độ làm việc của đường dây ngắn, ta khơng xét đến
tính chất sóng của quá trình truyền tải năng lượng và sự phân bố của các tham số
dọc theo chiều dài đường dây. Chế độ của đường dây được tính trên cơ sở các sơ đồ
thay thế với các tham số tập trung. Đó là vì, với tốc độ lan truyền điện năng (bằng
tốc độ ánh sáng) sự chênh lệch dòng và áp dọc theo đường dây là khơng đáng kể, có
thể bỏ qua. Tuy nhiên, đối với các đường dây siêu cao áp (ĐDSCA) tải điện đi xa,
chiều dài đường dây thường từ 500 km trở lên, việc bỏ qua này là không cho phép.
Chẳng hạn, với chiều dài gần 1500 km ĐDSCA 500 kV Bắc-Trung -Nam của Việt
Nam (ở giai đoạn đầu thiết kế) tương ứng với chiều dài 1/4 bước sóng của tần số
điện 50 hez, điện áp đầu đường dây là cực đại thì cuối đường dây vẫn bằng 0. Việc
tính tốn chế độ ĐDSCA theo mơ hình thơng số rải là hết sức cần thiết.
Ngoài ra, sự tồn tại của dòng điện, chạy qua tổng dẫn Y của đường dây dẫn
đến sự thay đổi của dòng điện trên đường dây cũng là một nguyên nhân gây ra sự
thay đổi của điện áp dọc theo đường dây.
Một đặc điểm khác của các ĐDSCA là điện dẫn rò g 0 khá lớn. Đó là do hiện
R

R

tượng vầng quang tồn tại xung quanh đường dây, đặc biệt khi đường dây làm việc
với điện áp cao (ở giới hạn trên) trong những ngày khí hậu ẩm ướt. Đây cũng cịn là
ngun nhân làm tăng cao tổn thất không tải cho các ĐDSCA.
2. Phương trình đường dây dài (thơng số rải) trong CĐXL
Ta coi các tham số r 0 , x 0 , g 0 , b 0 là các hằng số, đồng thời xét q trình điện
R

R

R

R

R

R

R

R

áp và dịng điện trên đường dây ở chế độ xác lập điều hịa hình sin.
Xét phần tử tương ứng với vi phân chiều dài dx của đường dây như hình 2.1,
tổng trở của nó bằng:
d Z = ( r0 + jω.L0 ).dx = Z 0 .dx
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 12


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Và tổng dẫn của phần tử dx có giá trị:
d Y = ( g 0 + jω.C0 ).dx = Y 0 .dx

Trong đó:

Z 0 = ( r0 + jω.L0 )
Y 0 = ( g 0 + jω.C0 )

Ở đây ta sử dụng ký hiệu gạch dưới ký tự để biểu thị số phức nhằm thuận lợi

cho ấn loát trên máy tính.

.
Ix

U1

r 0 dx

.
.
Ix+ dIx
.
dI x

L 0 dx

1
.
Ux

g0 dx

C 0 dx

dx

l

U2

2
.
.
Ux + dUx

x

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế của một phần tử chiều dài đường dây
Nếu như điện áp và dịng điện ở đầu này của phần tử dx có giá trị là U x và I x
R

R

R

R

thì ở đầu kia của phần tử đó có điện áp và dịng điện có giá trị là U x + dU x và I x +
R

R

R

R

R

R

dI x . Sự khác nhau của điện áp và dòng điện hai đầu phần tử dx là do điện áp giáng
R

R

trên tổng trở dZ và dự phân tán của dòng điện qua tổng dẫn dY, nghĩa là:
U

U

U x − (U x + d U x ) = d Z I x

I x − ( I x + d I x ) = dY U x

(1.1)

 dU x
 dx = − Z 0 I x

d I x
 dx = Y 0U x

(1.2)

Hay

Hệ phương trình (1.2) là các phương trình cơ bản của đường dây dài. Đó
cũng chính là mơ hình tốn học của đường dây.
II.1.2 Phân bố điện áp và dòng điện trên đường dây dài
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 13


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Sau khi lấy đạo hàm bậc hai của phương trình (1.2) và kết hợp các phương
trình đó, ta có:
d 2U x
= Z 0 Y 0U x
dx 2

(1.3)

d2Ix
= Z 0Y 0 I x
dx 2

Nghiệm của phương trình vi phân cấp hai (1.3) có dạng sau:
=
I x K 1.e

γ x

+ K 2 .e

=
U x Z c ( K 1.e

γ x

−γ x

(1.4)

− K 2 .e

−γ x

)

Trong đó K 1 , K 2 là các hằng số tích phân, được xác định theo các điều kiện ở
hai đầu đường dây; γ là hệ số lan truyền sóng trên một đơn vị chiều dài đường dây

γ = Z0 .Y 0 ); Z C là tổng trở sóng của đường dây ( Z C = Z 0 /Y 0 .
Giả thiết cho trước điện áp và dòng điện ở cuối đường dây (ứng với x = 0), khi đó ta
có:
I 2 = K1 + K 2
U 2 = Z c (K1 − K 2 )

Suy ra:
K1 =

1
1
(I 2 +
.U 2 )
2
ZC

K2 =

1
1
(I 2 −
.U 2 )
2
ZC

Như vậy:
γx

−γ x

γx

e +e
e −e
=
+ Z C .I 2 .
U x U 2.
2
2
−γ x
−γ x
γx
γx
U2 e −e
e +e
=

+ I 2.
Ix
.
Zc
2
2

−γ x

(1.5a)

Sử dụng các ký hiệu hàm hypecbolic:

chx =

e

γ x

+e
2

−γ x

;

shx =

e

γ x

−e
2

−γ x

Ta có:
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 14


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

U x = U 2 .ch γ x + Z C .I 2 .sh γ x
I x = I 2 .ch γ x +

(1.5b)

U2
.sh γ x
ZC

Trong đó U x ,U 2 là các điện áp pha (vì đang xét sơ đồ một pha).
Dạng (1.5b) cho phép xác định trị số điện áp và dịng điện tại các vị trí bất kỳ trên
đường dây dài khi biết điện áp và dòng điện (phức) tại điểm cuối của đường dây.
Nếu như x = l, khi đó ta có :

U1 = U 2 .ch γ l + ZC .I 2 .sh γ l

I1 = I 2 .ch γ l +

(1.6)

U2
.sh γ l
ZC

Tương tự, nếu cho trước điện áp và dịng điện phía đầu đường dây, ta có:

U 2 = U1 .ch γ l − Z C .I1 .sh γ l
I 2 = I1 .ch γ l −

(1.7)

U1
.sh γ l
ZC

Các hệ phương trình (1.5) ÷(1.7) là các phương trình truyền sóng trên đường
dây dài viết dưới dạng hàm mũ và hàm lượng giác hyperbol.
Từ các phương trình trên nhận thấy rằng, sóng điện áp và dịng điện trên
đường dây gồm có 2 thành phần: sóng tới và sóng phản xạ. Các phương trình đó
được sử dụng để phân tích chế độ của đường dây truyền tải theo điện áp và dòng
điện ở hai đầu đường dây.
Các hàm chγ x; shγ x cịn có thể viết theo phần thực và phần ảo của γ như sau:
chγ x = ch( β 0 + jα 0 ) x = chβ 0 x.cos α 0 x + jshβ 0 x.sin α 0 x

(1.8)

shγ x = sh( β 0 + jα 0 ) x = shβ 0 x.cos α 0 x + jchβ 0 x.sin α 0 x

Khi tính gần đúng có thể khai triển các hàm lượng giác hyperbol ở trên thành các
chuỗi Mac-Laurin và xác định theo vài số hạng đầu:
(γ x) 2 (γ x) 4
+
+ ....
1+
chγ x =
2!
4!
(γ x)3 (γ x)5
+
+ ....
γx+
shγ x =
3!
5!

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 15


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

II.1.3 Các thơng số đặc trưng cho q trình truyền sóng trên đường dây dài
II.1.3.1 Tổng trở sóng:
Tổng trở sóng hay là tổng tự nhiên của đường dây được xác định theo công thức:
Z C = Z 0 / Y 0 = Z C .e jθ

Có thể nhận thấy rằng, tổng trở sóng khơng phụ thuộc vào chiều dài đường
dây. Tổng trở sóng chỉ phụ thuộc vào các tham số của đường dây và kết cấu của
đường dây. Đối với đường dây khơng phân pha có giá trị khoảng 400Ω; đối với
đường dây phân bốn dây trong 1 pha, tổng trở sóng có giá trị khoảng 270Ω. Góc θ
của tổng trở sóng có giá trị nhỏ, nằm trong khoảng từ 1 ÷2o, và thường có giá trị âm.
P

P

II.1.3.2 Hệ số lan truyền sóng:
Hệ số lan truyền sóng trên một đơn vị chiều dài của đường dây bằng:

γ = Yo .Z o = β 0 + jα 0
Trong đó β 0 là hệ số tắt dần của sóng điện áp và dòng điện khi lan truyền qua
một đơn vị chiều dài, có đơn vị km-1; α 0 là hệ số thay đổi pha của sóng q điện áp
P

P

và dịng điện khi lan truyền qua một đơn vị chiều dài đường dây có đơn vị rad.km-1
P

P

hay độ điện km-1.
P

P

Các giá trị γ cũng như β 0 và α 0 chỉ phụ thuộc vào các tham số và cấu trúc
của đường dây truyền tải điện năng. Thông thường β 0 = (3 ÷ 5).10 −5 km −1 , trong đó
các giá trị nhỏ thuộc về đường dây không phân pha, các giá trị lớn thuộc về đường
dây phân pha. Các giá trị của α 0 như sau:
α 0 = (1,04 ÷ 1,10).10 −3 rad .km −1

Hay là

α 0 = (0,06 ÷ 0,065) độ điện.km-1.
P

P

II.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DÀI 3 PHA
II.2.1 CƠNG THỨC CHUNG TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DÀI 3
PHA
Xét đường dây thuần nhất, khơng có thiết bị bù và cũng khơng tính đến các
thiết bị phân phối ở hai đầu như máy biến áp…
Công thức tổng qt để tính điện áp và dịng điện cho đường dây 1 pha tại
điểm x bất kỳ tính từ cuối đường dây (khi biết điện áp và dòng điện cuối đường dây
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 16


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

U 2 và I 2 ) đã được đưa ra trong phần trên. Với đường dây 3 pha, thêm vào
R

R

R

R

R

R

3 để

tính cho điện áp dây :
=
U x U 2 chγ x + 3 I 2 Z C shγ x

(1.9)

U2
shγ x
3Z C

=
I x I 2 chγ x +

Để tính điện áp và dòng điện tại đầu đường dây U1 và I1 , ta thay x bằng độ dài
đường dây l vào các cơng thức trên.
Cơng suất 3 pha tính tại đầu đường dây:
(dấu * chỉ trị số liên hợp)

S 1 = 3.U 1 . I 1*

II.2.2 Tính tốn chế độ đường dây dài biết công suất cuối đường dây
1. Đường dây không tổn thất (R=0; G=0)
Trường hợp thông thường nhất khi tính tốn chế độ của đường dây dài tải
điện là tính tốn phân bố điện áp trên đường dây, điện áp và công suất ở đầu đường
dây khi đã biết điện áp và công suất ở cuối đường dây tải điện.
Do R=0, G=0 nên Z C = Z C ; γ = 0 + jα 0
Theo (1.7) nên các phương trình cơ bản (1.8) sẽ trở thành:
U x U 2 cos α 0 x + j 3 I 2 Z C sin α 0 x 
=

U2

I x I 2 cos α 0 x + j
sin α 0 x 
=
3Z C


(1.10a)

Lấy vectơ U 2 trùng với trục thực, có phương trình tính U1
U 1 U 2 cos α 0 x + j 3 I 2 Z C sin α 0 x
=

(1.10b)

Tích α o x trong các phương trình trên được gọi là độ dài sóng.
R

R

Bây giời biến đổi (1.10a) sao cho U x là hàm số của P 2 và Q 2 ở cuối đường dây. Giả
R

R

R

R

thiết Q 2 là tính cảm (lấy dấu dương, nếu là tính dung sẽ lấy dấu âm); công suất phản
R

R

kháng từ đường dây truyền vào hệ thống nhận điện. Lấy U 2 làm gốc tính tốn ta có:
R

R

S2*
P − jQ2
I2 =
= 2
3U 2
3U 2

Gọi trị số công suất: Ptn =

(1.10c)

U 22
là công suất tự nhiên của đường dây, ta có tổng trở
ZC

sóng Z C biểu diễn theo công suất tự nhiên P tn và điện áp U 2 :
R

R

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

R

R

R

R

Trang 17


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

U 22
Ptn

ZC =

(1.10d)

Thay (1.10c); (1.10d) vào (1.10b) ta được:
P2 − jQ2 U 22
U x = U 2 cos α 0 x + j 3
. . sin α 0 x
3U 2 Ptn

(1.11)

= U 2 (cos α 0 x + Q2* sin α 0 x + jP2* sin α 0 x )

Dấu (*) biểu thị trị số tương đối của công suất tính theo cơng suất tự nhiên.
Điện áp đầu đường dây:
U1 = U 2 (cos α 0l + Q2* sin α 0l + jP2* sin α 0l

(1.12)

Trong đó l là độ dài đường dây tính bằng km
Tương tự ta có:

[

U2
P2* cos α 0 x + j (sin α 0 x − Q2* cos α 0 x )
3Z so

Ix =

[

U2
P2* cos α 0l + j (sin α 0l − Q2* cos α 0l )
I1 =
3Z so

]
(1.13)

]

Các công thức trên cho phép tính U 1 , I 1 phía đầu đường dây khi biết U 2 và công
R

R

R

R

R

R

suất cuối đường dây.
Tỷ số tuyệt đối giữa điện áp ở đầu và cuối đường dây là hệ số sụt áp K u :
R

U1
= (cos α 0l + Q2* sin α 0l ) 2 + ( P2* sin α 0l ) 2
U2

Ku =

R

(1.14a)

Khi đường dây không tải P2* = 0; Q2* = 0 , ta có:
U1
= cos α 0l
U2

Ku =

(1.14b)

Và U 2 = U 1 /cos α 0l hay U 1 = U 2 .cos α 0l
R

R

R

R

R

R

R

(1.14c)

R

Ta thấy U 2 tăng cao hơn so với U 1 vì cos α 0l ≤1, sự tăng cao này có thể lớn hơn
R

R

R

R

nhiều so với giá trị cho phép của đường dây
Tổn thất điện áp trên đường dây:
∆U=(K u -1).100, [%]
R

(1.15)

R

Ta cũng có thể dẫn ra được cơng thức tính U 2 theo U 1 :
R

U 2 = U1 (cos α 0l − Q2* sin α 0l − jP2* sin α 0l )

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

R

R

R

(1.16)

Trang 18


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

Trong công thức trên công suất cơ sở là U12 / Z C , khi đó P1* = P2* .
Từ cơng thức này ta có hệ số sụt áp:
1 U2
=
= (cos α 0l + Q2* sin α 0l ) 2 + ( P2* sin α 0l )
K u U1

(1.17)

Hệ số sụt áp có ý nghĩa rất quan trọng trong vận hành đường dây dài, trong thực tế
K u = 0,8 ÷ 1,2.
R

R

2. Đường dây có điện trở khác khơng
Đặt các biểu thức hệ số:

A = chγx; B = 3Z Cshγx;
shγx
C=
; D = chγx;
3Z C
thay vào hệ (1.9) ta có dạng viết gọn của phương trình tính dịng và áp phân
bố trên đường dây dài trong trường hợp chung (có xét đến tổn hao) như sau:

U x = A U 2 + BI 2
I x = CU 2 + DI 2
Như vậy, nếu tính cho quan hệ vị trí đầu và cuối đường dây ta có:

U 1 = A U 2 + BI 2
I1 = C U 2 + D I 2

(1.18)

U 2 = D U1 − BI1
I 2 = −C U1 + A I1

(1.19)

và:

Để tìm quan hệ cơng suất ta kí hiệu:

S1 = P1 + jQ1 = 3 U1ˆI1
S2 = P + jQ = 3 U 2 ˆI
2

2

(1.20)
2

Ngoài ra cũng kí hiệu:

A = A∠α; B = B∠β;
C = C∠δ; D = A = A∠α;
U 2 = U 2 ∠0; U1 = U1∠δ;
Từ (1.18) ta có:

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 19


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

A
U
U1 − 2 ;
B
B
AU1
U ∠−β

=
∠(α + β − δ) − 2
;
B
B

I1 =

hay:

ˆI = AU1 ∠(−α − β + δ) − U 2 ∠β ;
1
B
B
Tương tự từ (1.19), ta có:

U1 A
− U2;
B B
U
AU 2
= 1 ∠(δ − β) −
∠(α − β);
B
B

I2 =

hay:

ˆI = U1 ∠(−δ + β) − AU 2 ∠(−α + β);
2
B
B
Thay các biểu thức trên vào (1.20) sẽ nhận được:

AU12
UU
S1 = P1 + jQ1 =
∠(β − α) − 1 2 ∠(β + δ);
B
B
AU 22
UU
S2 = P2 + jQ 2 = 1 2 ∠(β − δ) −
∠(β − α);
B
B
Tách phần thực phần ảo ta có:

UU
AU12
cos(β − α) − 1 2 cos(β + δ);
B
B
2
UU
AU1
Q1 =
sin(β − α) − 1 2 sin(β + δ);

B
B
P1 =

và

U1 U 2
AU 22
P2 =
cos(β − δ) −
cos(β − α);
B
B
UU
AU 22
Q 2 = 1 2 sin(β − δ) −
sin(β − α).
B
B
Công suất cực đại truyền được từ đầu đường dây:

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 20


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

AU12
UU

cos(β − α) + 1 2 ;
B
B
2
AU1
=
sin(β − α).
B

P1max =
Q1max

Công suất cực đại truyền đến cuối đường dây:

U1U 2 AU 22
−
P2 max =
cos(β − α);
B
B
AU 22
Q 2 max = −
sin(β − α).
B
Các cơng thức trên cho phép tính luồng công suất trao đổi qua đường dây dài khi
biết điện áp nút đầu và nút cuối của đường dây.

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 21

Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

CHƯƠNG III
TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG - HIỆU SUẤT
TẢI ĐIỆN CỦA ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP
III.1 KHĨ KHĂN CHUNG KHI TÍNH TƠN THẤT CƠNG SUẤT VÀ ĐIỆN
NĂNG TRONG HTĐ
III.1.1 Ý nghĩa của các bài toán xác định tổn thất công suất và tổn thất điện
năng
Xác định tổn thất công suất (TTCS) và tổn thất điện năng (TTĐN) trong HTĐ
thường được nhắc đến đồng thời (đôi khi được hiểu chung như một mục đích), tuy
nhiên chúng có ý nghĩa tính tốn rất khác nhau, kể cả về mục đích và phương pháp
tính.
Tổn thất cơng suất thường được đề cập tính tốn với 2 mục đích:
- Đánh giá TTCS trong bài tốn cân bằng cơng suất hệ thống. Giảm được tồn
thất công suất sẽ giảm được nhu cầu đối với nguồn điện, dẫn đến giảm được đầu tư
vào nguồn điện hoặc tăng độ tin cậy của hệ thống. Vì vậy cần xét đến TTCS lớn
nhất cho bài tốn cân bằng cơng suất nguồn. Trong trường hợp này TTCS thường
được tính tương ứng với lúc cơng suất phụ tải tổng hệ thống là cực đại.
- Tính tốn TTCS trong bài toán xác định TTĐN. Vấn đề là ở chỗ, TTĐN cần
được đánh giá thông qua trị số TTCS thay đổi trong một khoảng thời gian xác định
(theo biểu đồ phụ tải).
Khó khăn chính trong phương pháp tính là ở việc xác đinh TTĐN bởi rất khó có
được các số liệu cần thiết và đầy đủ cho tính tốn (biểu đồ phụ tải mọi nút, biểu đồ
công suất phát của các nhà máy). Do những khó khăn này, việc xác định TTĐN
thường được xét đến trong những điều kiện cụ thể về mục đích tính tốn (thiết kế,
vận hành, tối ưu hóa chế độ...) và khả năng thu thập số liệu.
Luận văn nghiên cứu tính tốn tổn thất đối với các ĐDSCA chủ yếu nhằm làm

rõ các đặc điểm riêng mơ hình khi tính tốn vì thế khơng đi sâu các phương pháp
tính TTĐN. Sau khi đề xuất được phương pháp xác định đúng TTCS (ứng với phụ
tải bất kỳ) sẽ giúp cho các bài toán xác định TTĐN có khả năng thực hiện tin cậy và
chính xác hơn.
Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 22


Tính tốn phân tích tổn thất của đường dây siêu cao áp và nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tổn thất

III.1.2 Đặc điểm tổn thất công suất trên các đường dây dài siêu cao áp
1. Công suất phản kháng do điện dung tự nhiên của đường dây sinh ra
So với các đường dây trung và cao áp, công suất phản kháng do điện dung tự
nhiên sinh ra của ĐDSCA trên một đơn vị dài lớn hơn rất nhiều. Đó là vì điện áp
càng cao thì cơng suất trên điện dung càng lớn (theo tỉ lệ bình phương với điện áp).
Chẳng hạn với số liệu cụ thể của ĐDSCA 500 kV Bắc Nam, b 0 = 4,135.10-6 1/Ωkm:
R

R

P

P

Q 0 = bU2 = 4,2437.10-6.5002 = 1,061 MVAr/km.
R

R

P

P

P

P

P

P

Như vậy với chiều dài tổng cộng 1500 km, công suất phản kháng do điện dung
sinh ra trên đường dây sẽ lớn hơn 1500 MVAr, tương đương với 15 máy phát 100
MVAr bơm công suất phản kháng dọc theo chiều dài đường dây.

Điện áp

QC/2

QC/2

HTĐ 1

HTĐ 2
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

15 x 100 MVAr

Hình 3.1 Phân bố công suất điện dung sinh ra trên ĐDSCA

Với một lượng công suất phản kháng lớn như vậy tràn về 2 phía đường dây vào
các HTĐ liên kết sẽ làm điện áp giữa đường dây tăng cao. Nếu khơng có các thiết bị
bù tiêu thụ CSPK thì HTĐ 2 phía cũng bị nâng cao điện áp.
Một mặt khác, công suất phản kháng lan truyền cũng gây ra tổn thất. Ta có biểu
thức tính tổn thất cơng suất tác dụng trên điện trở R khi có cơng suất chạy qua:
P2 + Q2
R
R
∆P = 3RI = R
= 2 P 2 + 2 Q 2 = ∆PP + ∆PQ
2
U
U
U
2

Thành phần tổn thất do CSPK sinh ra ΔP Q sẽ rất đáng kể khi Q có trị số lớn. Khi đặt
R

R

thiết bị bù (ở 2 phía đường dây) chỉ có thể giảm lượng CSPK truyền về HTĐ 2 phía,

Lại Văn Tráng- Cao học kỹ thuật điện 2009

Trang 23