(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi xảy ra chạm đất một pha ở các mạng điện 6kv mỏ lộ thiên vùng quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN QUỐC HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI XẢY RA CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở CÁC MẠNG ĐIỆN 6KV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI - 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN QUỐC HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI XẢY RA CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở CÁC MẠNG ĐIỆN 6KV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa HÀ NỘI - 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả luận án Trần Quốc Hoàn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY, GIẢM THỜI GIAN NGỪNG CUNG CẤP ĐIỆN KHI XẢY RA CHẠM ĐẤT MỘT PHA 1.1 Độ tin cậy của lưới điện 1.1.1 Nguyên nhân gây ra mất điện và thiệt hại do mất điện 1.1.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của lưới điện và hệ thống điện 1.1.3 Độ tin cậy của các phần tử của lưới điện 1.1.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện 1.1.5 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện, các biện pháp nâng cao độ tin cậy 1.2 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian ngừng cung cấp điện khi xảy ra chạm đất một pha ở các nước trên Thế giới 1.2.1 Thiết bị giám sát trạng thái cách điện của mạng 1.2.2 Tối ưu chế độ trung tính của mạng 1.2.3 Phương pháp tự động mắc sơn pha sự cố chạm đất 1.3 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian ngừng cung cấp điện khi xảy ra chạm đất một pha ở Việt Nam 1.4 Nhận xét chương 1 Chương 2 XÁC ĐỊNH QUAN HỆ PHỤ THUỘC GIỮA CÁC THÔNG SỐ CÁCH ĐIỆN VỚI CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC MẠNG VÀ MÔI TRƯỜNG MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 2.1 Xác định các thông số cách điện của mạng điện 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh 39 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com iii 2.1.1 Lựa chọn phương pháp đo 2.1.2 Xác định số lượng các phép đo cần thiết 2.1.3 Cơ sở lý thuyết xác định C và G 2.1.4 Đo thực nghiệm 2.2 Xây dựng mối quan hệ giữa điện dung cách điện Cf và điện dẫn cách điện Gf của mạng so với đất theo các thông số cấu trúc của mạng và môi trường 2.2.1 Tần suất xuất hiện điện dung C và điện dẫn G cách điện pha - đất 2.2.2 Kiểm tra tính phân bố chuẩn của điện dung và điện dẫn cách điện 2.2.3 Quy đổi tiết điện đường dây trên không và cáp về tiết điện quy chuẩn 2.2.4 Tổng hợp kết quả tính toán 2.2.5 Xây dựng quan hệ phụ thuộc giữa điện dung cách điện Cf và điện dẫn cách điện Gf với môi trường và các thông số cấu trúc của mạng 6kV mỏ lộ thiên 2.3 Nhận xét chương 2 Chương 3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG PHÁT HIỆN VÀ NỐI NGẮN MẠCH PHA CHẠM ĐẤT ĐẢM BẢO AN TOÀN VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN MẠNG 6kV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH 3.1 Điện áp dư và dòng chạm đất trong mạng 6kV mỏ lộ thiên khi nối ngắn mạch pha sự cố 3.1.1 Cơ sở lý thuyết 3.1.2 Mô phỏng quan hệ phụ thuộc giữa điện áp dư (trước khi tiếp xúc) trên pha sự cố với dòng tải, chiều dài dây dẫn và điện trở ngắn mạch thay đổi trong mạng 6kV 3.1.3 Nhận xét 3.2 Nghiên cứu xây dựng cấu trúc thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha chạm đất mạng 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh 3.2.1 Các yêu cầu đối với thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha chạm đất 3.2.2 Cấu trúc của thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha chạm đất 3.2.3 Cơ sở xây dựng thiết bị xác định pha chạm đất TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com iv 3.3 Xây dựng sơ đồ khối thiết bị tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha chạm đất 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện pha chạm đất (các khối 1,2 và 3) 0 3.3.2 Bộ chuyển đổi 1 pha thành 3 pha lệch pha 60 3.3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch khoá liên động giữa các pha (khối 4) 3.3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều khiển ngắt sau khi nối ngắn mạch 30-60s (khối 7) 3.4 Mô phỏng mạch tự động phát hiện và nối ngắn mạch pha chạm đất 3.4.1 Trước khi xảy ra chạm đất 3.4.2 Sau khi xảy ra sự cố chạm đất pha A 3.5 Nhận xét chương 3 Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG PHÁT HIỆN VÀ NỐI NGẮN MẠCH PHA CHẠM ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 4.1 Thiết kế và mô phỏng mô hình thiết bị thực nghiệm trong phòng thí nghiệm 4.1.1 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý 4.1.2 Mô hình mô phỏng 4.1.3 Thiết kế và chế tạo mạch tự động phát hiện pha chạm đất 4.2 Thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 4.2.1 Giới thiệu về mô hình thử nghiệm 4.2.2 Các kết quả thử nghiệm 4.3 Nhận xét KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PL28 với σ% là sai số tương đối Y E’0 (E”0) A V Hình PL2.9 Sơ đồ nguyên lý đo xác định tổng dẫn cách điện so với đất theo mô đun điện áp và dòng thứ tự không với hai nguồn đo khác nhau về biên độ nhưng trùng pha c) Phương pháp xác định các thông số cách điện của mạng so với đất theo kết quả đo mô đun điện áp và dòng điện trong mạch đo với ba s.đ.đ bằng nhau về trị số nhưng lệch nhau 120° a) R UT V A UT Rcđ Ccđ Hình PL2.10 Sơ đồ nguyên lý đo và sơ đồ tương đương xác định tổng trở cách điện của mạng so với đất theo kết quả đo điện áp và dòng điện thứ tự không khi sử dụng ba nguồn sức điện động bằng nhau về biên độ, lệch nhau 120 0 Sử dụng ba điện trở bằng nhau R để tạo điểm trung tính nhân tạo, nối thứ cấp nguồn đo vào giữa điểm trung tính nhân tạo và đất, lần lượt sử dụng ba nguồn đo có TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL29 0 trị hiệu dụng và tần số bằng nhau nhưng lệch pha 120 mắc vào sơ cấp hai cực 1 và 2 Đo dòng và áp tính tổng dẫn cách điện trong từng trường hợp Hình PL2.10 là sơ đồ nguyên lý mạch đo và sơ đồ mạch tương đương Tổng dẫn cách điện của mạng: Y cđ trong đó: Y01, Y02, Y03 – Điện dẫn cách điện được xác định theo số chỉ của ampe kế và vôn kể khi sử dụng lần lượt nguồn đo là ba s.đ.đ lệch pha nhau 120° 3 Các phương pháp sử dụng nguồn điện áp từ ngoài có tần số khác công nghiệp a) Phương pháp xác định điện dung của mạng so với đất theo kết quả đo tần số cộng hưởng và trị số điện cảm mẫu Sơ đồ nguyên lý đo điện dung của mạng được thể hiện trên hình PL2.11 6kV A B C Ccđ TH PИ C ~ 100V Hình PL2.11 Sơ đồ nguyên lý đo để xác định điện dung của mạng so với đất Sơ đồ gồm thiết bị đo điện dung cộng hưởng PИ và máy biến điện áp TH Cuộn thứ cấp của máy biến điện áp TH được nối tam giác hở cùng với tụ C có trị số biến đổi tạo thành một mạch vòng phát dao động Cuộn sơ cấp của biến điện áp TH được đấu sao với trung tính nối đất được đấu vào mạng qua cầu dao và cùng với điện dung cách điện của mạng tạo thành mạch đo Khi đo tiến hành theo trình tự như sau: Xác định quan hệ phụ thuộc của tần số TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL30 phát fF với điện dung C, xác định giá trị điện cảm L0 của cuộn dây sơ cấp biến áp TH-được chọn làm điện cảm mẫu của mach đo Đối với máy biến áp HTMИ-6 điện cảm một pha cuộn cao áp là 400H, còn điện cảm cuộn nối tam giác hở là 0,39H Sau đó đóng cầu dao P và thay đổi C cho đến khi đạt cộng hưởng Điện dung cách điện của mạng được xác định theo biểu thức: C trong đó: fF - Tần số cộng hưởng, Hz; L0 - Điện cảm mẫu, H b) Phương pháp xác định điện dung của mạng so với đất theo kết quả đo tần số dao động tắt dần trong kênh thứ tự không tại thời điểm ngắt dòng công tác Trong sơ đồ sử dụng hai máy biến áp TH1 và TH2 đấu sao như hình PL2.12 6kV C K Hz ИT Hình PL2.12 Sơ đồ nguyên lý đo xác định điện dung của mạng so với đất Việc đo được tiến hành như sau: Mắc vào cuộn thứ cấp của biến áp TH 1 một nguồn dòng thao tác ИT, cuộn thứ cấp của biến áp TH 2 một dụng cụ đo tần số (tần số kế) Thao tác đóng và ngắt nhờ cầu dao K Khi ngắt K trong mạch sẽ xuất hiện dao động tắt dần, tần số của nó được đo bởi tần số kế Hz Theo tần số đo được của dao động tắt dần này xác định được điện dung của mạng Trong kênh T.T.K xung dòng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL31 gây ra trong hệ thống dao động tắt dần, tần số của dao động tỷ lệ nghịch với C Điện cảm của biến áp lực và phụ tải điện không tham gia trong kênh T.T.K nên không ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng riêng của hệ thống có điểm trung tính cách ly Điện trở của phụ tải điện đối với dòng thứ tự không bằng vô cùng 4 Phương pháp sử dụng nguồn điện một chiều làm điện áp đo Để xác định điện trở Ôm của thiết bị điện có điện áp lớn hơn 1000V thường sử dụng phương pháp đo như hình PL2.13 Sử dụng điểm trung tính cuộn sơ cấp của biến áp đo lường HTMИ- 6 để nối với nguồn đo một chiều Điên trở Ôm cách điện được tính theo biểu thức: R OM trong đó: U- - Điện áp đo được bởi vôn kế V0; I- - Giá trị dòng điện đo được bởi miliampekế mA A B C ROM HOM-6 HTMИ-6 V mA V0 Hình PL2.13 Sơ đồ nguyên lý đo xác định điện trở Ôm giữa pha với đất TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL32 Phụ lục 3 Nhiệt độ, độ ẩm trung bình các khu vực Bãy Cháy, Cửa Ông tỉnh Quảng Ninh từ năm 2005-2019 1 Khu vực Bãi Cháy 0 Bảng PL3.1 Nhiệt độ không khí trung bình ( C) Tháng 1 Năm 2005 15.9 2006 16.4 2007 15.8 2008 17.0 2009 16.2 2010 15.1 2011 15.4 2012 17.3 2013 12.8 2014 14.4 2015 15.5 2016 16.6 2017 16.8 2018 16.4 2019 19.2 TB 16.1 Nguồn: Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia Bảng PL3.2 Độ ẩm không khí trung bình (%) Tháng Năm 2005 1 82 2006 81 2007 80 2008 81 2009 71 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL33 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 TB Nguồn: Trung tâm Dự báo KTTV quốc gia 2 Khu vực Cửa Ông 0 Bảng PL3.3 Nhiệt độ không khí trung bình ( C) Tháng Năm 1 2005 15.4 2006 15.9 2007 15.1 2008 16.8 2009 15.7 2010 14.4 2011 14.9 2012 16.6 2013 12.3 2014 13.7 2015 14.8 2016 16.0 2017 16.1 2018 16.7 2019 17.0 TB 15.5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL34 Bảng PL3.4 Độ ẩm không khí trung bình (%) Tháng 1 Năm 2005 80 2006 82 2007 80 2008 79 2009 71 2010 83 2011 72 2012 89 2013 74 2014 91 2015 87 2016 78 2017 82 2018 81 2019 81 TB 81 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com PL35 Bảng PL4 Kết quả đo ở các mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Thán Nhiệt độ, Độ Đường dây ẩm, g 0C 1 Mỏ than Cao Sơn (Đo năm 2019, Cph= 0,62µF) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 17 18.5 20.8 23.9 27.3 29.4 28.9 28.4 28.3 % S, mm2 ĐDK, m 81 95 70 50 35 70 50 35 70 50 35 70 50 35 70 50 35 70 50 35 95 70 50 35 1200 14050 70 50 35 70 50 7000 86 87 87 86 84 85 87 84 Cáp, m 1921 120 11000 450 390 4150 600 500 5500 980 840 3300 880 470 7050 1020 610 890 1320 1750 320 850 420 1500 750 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRẦN QUỐC HOÀN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI XẢY RA CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở CÁC MẠNG ĐIỆN 6KV MỎ LỘ THIÊN VÙNG QUẢNG NINH Ngành:... pha chạm đất nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian ngừng cung cấp điện xảy chạm đất pha mạng điện 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Đới tượng nghiên cứu Mạng điện trung tính cách... cách ly 6kV mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Phạm vi nghiên cứu - - Các mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh; Độ tin cậy cung cấp điện xảy chạm đất pha: làm giảm thời gian ngừng cung cấp điện; Nghiên cứu xây