(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP THIẾT kế hệ THỐNG bảo vệ CHỐNG sét dự án TRẠM BIẾN áp 220KV VĨNH CHÂU TỈNH sóc TRĂNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT DỰ ÁN TRẠM BIẾN ÁP 220KV VĨNH CHÂU - TỈNH SĨC TRĂNG SV thực : Đặng Ngọc Tồn Mã sinh viên : 1883010096 GV hướng dẫn : ThS Trịnh Nguyễn Viết Tâm Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ13H10B Khóa : 2018 Tp.Hồ Chí-2020 Minh, tháng 11 năm 2020 Cần Thơ, tháng 12 năm 2020 Tieu luan LỜI CAM ĐOAN Tơi, Đặng Ngọc Tồn, cam đoan nội dung đồ án thực hướng dẫn Ths Bùi Văn Dũng Các số liệu kết đồ án trung thực chưa công bố công trình khác Các tham khảo đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian nơi công bố Nếu không nêu trên, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm đồ án TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2020 Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) Đặng Ngọc Toàn Tieu luan LỜI CẢM ƠN Là sinh viên học tập rèn luyện Trường Đại học Điện lực, em cảm thấy niềm tự hào động lực to lớn cho phát triển thân tương lai Sau năm năm học đại học, bảo, quan tâm thầy cô, nỗ lực thân, em thu học bổ ích, đựơc tiếp cận kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chun mơn theo đuổi Có thể nói, đồ án mơn học, tập lớn hay nghiên cứu khoa học mà sinh viên thực cách thể mức độ tiếp thu kiến thức vận dụng dạy bảo quan tâm thầy cô Trong thời gian học tập thời gian thực đề tài tốt nghiệp em nhận bảo, động viên tận tình thầy cơ, gia đình bạn, đặc biệt giúp đỡ, hướng dẫn tực tiếp thầy Ths Bùi Văn Dũng giúp em hoàn thành tốt đồ Một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy thầy, cô môn Hệ thống điện toàn thể bạn Hậu Giang, ngày tháng 12 năm 2020 Tác giả Đặng Ngọc Toàn Tieu luan NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn (ký tên ghi rõ họ tên) Tieu luan NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Giảng viên phản biện (ký tên ghi rõ họ tên) Tieu luan CHƯƠNG GIỚI THIỆU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO DỰ ÁN TRẠM BIẾN ÁP 220KV VĨNH CHÂU – TỈNH SÓC TRĂNG 1.1 Giới thiệu Trạm biến áp 220kV Vĩnh Châu Dự án “Trạm biến áp 220kV Vĩnh Châu” công trình quan trọng giúp ổn định lưới điện tỉnh giải phóng cơng suất nhà máy điện gió, điện mặt trời khu vực góp phần phát triển kinh tế - xã hội Thị xã Vĩnh Châu nói riêng tỉnh Sóc Trăng nói chung Dự án Trạm biến áp 220 kV Vĩnh Châu đấu nối qua đường dây 220 kV mạch kép đấu nối Trạm biến áp 220 kV Bạc Liêu chuyển tiếp đường dây 220 kV NĐ Cà Mau - Sóc Trăng Ban quản lý cơng trình điện Miền Nam làm chủ đầu tư Dự kiến đóng điện trước Tháng 10 năm 2021 theo 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng Khi thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng khơng làm hỏng đến thiết bị trạm mà cịn dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện trình sản xuất, phát triển kinh tế Do việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng bao gồm: a) Tất thiết bị bảo vệ cần phải nằm trọn phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt trạm cấp điện áp mà hệ thống cột thu sét đặt độ cao có sẵn cơng trình xà, cột đèn chiếu sáng đặt độc lập - Khi đặt hệ thống cột thu sét thân cơng trình, tận dụng độ cao vốn có cơng trình nên giảm độ cao hệ thống thu sét Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét cơng trình mang điện phải đảm bảo mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất bé Tieu luan + Đối với trạm biến áp ngồi trời từ 110 kV trở lên có cách điện cao (khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) nên đặt cột thu sét kết cấu trạm Tuy nhiên trụ kết cấu có đặt cột thu sét phải nối đất vào hệ thống nối đất trạm phân phối Theo đường ngắn cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- cọc nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không 4 + Nơi yếu trạm biến áp trời điện áp 110 kV trở lên cuộn dây MBA Vì dùng chống sét van để bảo vệ MBA yêu cầu khoảng cách hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất hệ thống thu sét vỏ MBA theo đường điện phải lớn 15m - Khi đặt cách ly hệ thống thu sét cơng trình phải có khoảng cách định, khoảng cách q bé có phóng điện khơng khí đất b) Phần dẫn điện hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt có dịng điện sét qua 1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 1.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: a) Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt hình chóp trịn xoay có đường kính xác định công thức r x= 1,6 (h−h x ) hx 1+ h Trong đó: h: độ cao cột thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét rx: bán kính phạm vi bảo vệ Tieu luan ( – 1) Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hố với đường sinh hình chóp có dạng đường gãy khúc biểu diễn hình vẽ 1.1 Bán kính bảo vệ mức cao khác tính tốn theo cơng thức sau h h x≤ h r x= 1,5 h.(1 - x ) 0,8 h + Nếu ( – 2) hx hx > h r x= 0,75 h.(1 - ) h + Nếu ( – 3) Chú ý: a 0,2h h b 0,8h c a' 0,75h 1,5h R Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Các công thức trường hợp cột thu sét cao 30m Hiệu cột thu sét cao 30m có giảm sút độ cao định hướng sét giữ số Có thể dùng cơng thức để tính phạm vi bảo vệ phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với p= 5,5 √h hình vẽ dùng hồnh độ 0,75hp 1,5hp b) Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét Tieu luan  Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét kết hợp lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét phối hợp khoảng cách a hai cột phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h chiều cao cột)  Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao - Khi hai cột thu sét có độ cao h đặt cách khoảng cách a (a < 7h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu sét ho tính sau: ho = h - a ( – 4) Sơ đồ phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có chiều cao R 0,2h h ho 0,75h hx 1,5h a rx r0x Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét giống Tính rox: h r ox = 1,5 h o (1 x ) h x ≤ ho 0,8 ho + Nếu ( – 5) h r ox = 0,75h o (1 - x ) h x ≥ ho ho + Nếu ( – 6) Chú ý: Tieu luan Khi độ cao cột thu sét vượt q 30m ngồi hiệu chỉnh phần ý mục cịn phải tính ho theo cơng thức: ho =h - a 7p ( – 7) c) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Giả sử có hai cột thu sét: cột có chiều cao h1, cột có chiều cao h2 h1 > h2 Hai cột cách khoảng a Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao h 1, sau qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm Điểm xem đỉnh cột thu sét giả định, với cột thấp h 2, hình thành đôi cột độ cao h với khoảng cách a’ Phần lại giống phạm vi bảo vệ cột với a '=a−x x= 1,6(h1 −h2 ) h 1+ h1 ( – 8) 0,2h2 h2 1,6h2 h1 ho 0,75h2 a' x 0,75h1 1,6h1 a Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét khác d) Phạm vi bảo vệ nhóm cột ( số cột >2) Một nhóm cột hình thành đa giác phạm vi bảo vệ xác định toàn miền đa giác phần giới hạn bao ngồi giống đơi cột 10 Tieu luan Amp: Giá trị cực đại nguồn dòng [A] nguồn áp [V] T_f : Thời gian đầu sóng [sec],Khoảng thời gian tính từ thời điểm t=0 tới thời điểm biên độ sóng sét đạt cực đại Tau: Khoảng thời gian [sec] tính từ thời điểm t= tới thời điểm biên độ sóng sét đạt 37% giá trị cực đại n : Hệ số tỷ lệ Tsta: Thời gian bắt đầu [sec.],Nhận giá trị TTsto Hệ thống điện: Hệ thống điện nối với trạm biến áp thay nguồn xoay chiều pha AC type 14 Trong giá trị cực đại nguồn áp Amp: d) Mô máy cắt: 117 Tieu luan U max  2.220  179, 629(kV ) T-cl_1: Thời gian đóng máy cắt [s] T-op_1: Thời gian cắt máy cắt [s] e) Mô chống sét van: Chống sét van không khe hở oxit kẽm mô phần tử MOV sau: Với thơng số: 118 Tieu luan Trong đó: Vref: Điện áp chuẩn, thường xấp xỉ điện áp danh định chống sét van 119 Tieu luan Vflash: Điện áp phóng điện khe hở phóng điện Vzero: Điện áp thời điểm ban đầu COL: Số phân đoạn đường đặc tính V-A SER: Số phần tử nối tiếp nhánh ErrLim: Sai số cho phép trương trình f) Mô phần tử khác trạm: Máy biến áp, máy biến điện áp dao cách ly thay tụ điện, mô mơ hình RLC3 g) Mơ hình thay trạm biến áp 220kV: 120 Tieu luan Hình 4-15: Sơ đồ mơ trạm biến áp 4.6 Kết tính tốn ATP Với dịng điện sét có biên độ 100 kA điểm sét đánh cách trạm khoảng vượt đường dây (3x320m): 90 [kA] 75 60 45 30 15 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [ms] 0.10 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) c:XX0073-XX0020 Hình 4-16: Dạng dịng điện sét a)Khi không đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: Đường dây vào trạm bảo vệ dây chống sét có điện trở nối đất cột điện 10(  ) a: Điện áp đầu cực MBA b: Điện áp giáng đỉnh cột Hình 4-17 Nhận xét: Khi sét đánh vào đường dây gần trạm biến áp làm điện áp đầu cực MBA tăng vượt giới hạn cách điện tram(900kV), Vậy ta cần đặt thêm chống sét van để bảo vệ cách điện thiết bị trạm 121 Tieu luan b) Khi đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: 122 Tieu luan 123 Tieu luan Hình 4-18: Sơ đồ mơ Trạm biến áp 124 Tieu luan 1.6 [MV] 1.2 0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 0.00 0.02 (f ile 4-5.pl4; x-v ar t) v :T1A 0.04 v :T1B 0.06 0.08 [ms] 0.10 v :T1C Hình 4-19: Điện áp đầu cực MBA Nhận xét: Do đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm nên hạn chế biên độ sóng điện áp truyền vào trạm chưa bảo vệ thiết bị trạm, Nên ta tăng cường bảo vệ chống sóng điện áp cho trạm c) Khi đoạn đường dây vào trạm treo dây chống sét: Sét đánh vào dây dân đoạn đường dây gần trạm nguy hiểm sét đánh trực tiếp vào phần dẫn điện trạm, Do đọan đường dây gần tới trạm tăng cường bảo vệ dây chống sét giảm điện trở nối đất Do đoạn đường dây gần trạm ta sử dụng dây chống sét với góc bảo vệ nhỏ 1.40 [MV] 0.96 0.52 0.08 -0.36 -0.80 0.00 0.02 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) v :T1A v :T1B 0.04 0.06 v :T1C 125 Tieu luan 0.08 [ms] 0.10 Hình 4-20: Điện áp đầu cực MBA d) Khi đặt chống sét van gần máy biến áp trạm: Trong nhiều trường hợp khoảng cách từ MBA đến CSV đầu đường dây vào trạm xa ta phải đặt thêm CSV thứ gần MBA Hình 4-21 Sơ đồ mô trạm biến áp 126 Tieu luan 800 [kV] 580 360 140 -80 -300 0.00 0.02 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) v :T1A 0.04 v :T1B 0.06 0.08 [ms] 0.10 v :T1C Hình 4-22: Điện áp đầu cực MBA Nhận xét: Khi đặt thêm chống sét van gần máy biến áp biên độ điện áp đầu cực máy biến áp giảm đáng kể bảo vệ cho cách điện máy biến áp không bị phá hỏng Vậy trạm biến áp với mặt thiết kế phần trước cần đặt chống sét van bảo vệ chống sóng truyền đầu đường dây vào trạm gần máy biến áp khoảng cách từ máy biến áp đến đường dây lớn 127 Tieu luan TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, Quá điện áp bảo vệ chống điện áp; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007 TS Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội, 2002 Vũ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp Bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Đình Thắng, Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2005 GS TS Lã Văn Út, Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 TS Đào Quang Thạc, TS Phạm Văn Hòa, Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 PGS TS Trần Bách, Lưới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 J.W.Woo, J.S.Kwak, H.J.Ju, H.H.Lee, J.D.Moon, The Analysis Results of Lightning Overvoltages by EPTM for Lightning Protection Design of 500 kV Substation; Presented at the International Conference on Power Systems Transisents (ICPST’05) in Montreal, Canada on June 19-23, 2005, Pager No, IPST05 -111 ATP Rule book – XIX.I- ZnO FITTER to punch Type 92 ZnO branch cards 10 ATP Rule book – V.E- Exponential ZnO surge arrester R(i) 128 Tieu luan MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO DỰ ÁN TRẠM BIẾN ÁP 220KV VĨNH CHÂU – TỈNH SÓC TRĂNG .6 1.1 Giới thiệu Trạm biến áp 220kV Vĩnh Châu 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 1.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: .7 a) Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập b) Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét c) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác d) Phạm vi bảo vệ nhóm cột ( số cột >2) 10 1.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét: 11 a) Phạm vi bảo vệ dây thu sét 11 b) Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét 12 1.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ .13 1.5 Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp .13 Phương án 13 Phương án 23 a) Độ võng dây 24 b) Phạm vi bảo vệ dây thu sét: .25 c) Phạm vi bảo vệ cột thu sét: 26 1.6 So sánh tổng kết phương án 29 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 31 2.1 Mở đầu 31 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật .31 2.3 Lý thuyết tính tốn nối đất 33 129 Tieu luan 2.4 Tính tốn nối đất an tồn 38 2.5 Nối đất chống sét 41 Nối đất bổ sung 46 2.6 Kết luận 55 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 56 3.1 Mở đầu 56 3.2 Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây 56 Cường độ hoạt động sét: .56 2 Số lần sét đánh vào đường dây: 57 a Số lần sét đánh vào đường dây: 57 b Sét đánh vào đỉnh cột: 57 c Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: 57 d Sét đánh vào điểm khoảng vượt: 58 3 Số lần phóng điện sét đánh .59 a Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 59 b Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 60 3.3 Tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đường dây 60 3 Mô tả đường dây cần bảo vệ 60 a) Kết cấu cột điện 60 b) Dây dẫn dây chống sét 61 c) Nối đất cột điện 61 3 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp đường dây 61 a) Độ võng dây 61 b) Độ treo cao trung bình dây dẫn pha A ( hAtb) 63 c) Tổng trở sóng dây dẫn .63 d) Hệ số ngẫu hợp 64 e) Nhận xét 65 3.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 66 130 Tieu luan 3.3.4 Suất cắt sét đánh vào đường dây 66 a) Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn .67 b) Suất cắt sét đánh vào khoảng vượt 67 c) Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 73 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA ĐƯỜNG DÂY 220 KV 92 4.1 Khái niệm chung 92 4.2 Phương pháp tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm 93 4.3 Tính tốn có sóng điện áp truyền vào trạm .98 4.4 Nhận xét .107 4.5 Tính tốn sóng q điện áp truyền vào trạm ATP .108 a) Mô cột 108 b) Mô đường dây vào trạm: .110 c) Mô nguồn điện: 112 d) Mô máy cắt: 113 e) Mô chống sét van: .114 f) Mô phần tử khác trạm: 116 g) Mô hình thay trạm biến áp 220kV: 116 4.6 Kết tính tốn ATP .117 a) Khi không đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: 117 b) Khi đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: .118 c) Khi đoạn đường dây vào trạm treo dây chống sét: .119 d) Khi đặt chống sét van gần máy biến áp trạm: 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 MỤC LỤC 123 131 Tieu luan ... tháng năm Giảng viên phản biện (ký tên ghi rõ họ tên) Tieu luan CHƯƠNG GIỚI THIỆU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO DỰ ÁN TRẠM BIẾN ÁP 220KV VĨNH CHÂU – TỈNH SÓC TRĂNG 1.1 Giới thiệu Trạm biến áp 220kV Vĩnh. .. cần bảo vệ 16m 11 m - Với trạm 110 kV có diện tích là: 19200 m2 Độ cao xà cần bảo vệ 11 m 1.5 Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 13 Tieu luan Phương án - Phía 220kV. .. trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng bao gồm: a) Tất thiết bị bảo vệ cần phải nằm trọn phạm vi an toàn hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào