Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 kv ninh bình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên, năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Duy Cương Thái Nguyên, năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Lê Văn Đắc Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Sở Kế hoạch Đầu tư tỉnh Ninh Bình Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu điện áp phối hợp cách điện Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình” Chun ngành: Kỹ thuật điện Tơi xin cam đoan vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tôi, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Duy Cương giúp đỡ thầy, cô cán Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nội dung nghiên cứu chưa cơng bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm số liệu luận văn Thái Nguyên, ngày tháng Học viên thực Lê Văn Đắc i năm 2020 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn nhận hướng dẫn, bảo tận tình PGS.TS Nguyễn Duy Cương, người trực tiếp hướng dẫn luận văn cho Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Ngun tạo điều kiện tốt để tơi hịan thành đề tài nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn đóng góp quý báu bạn lớp động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến quan xí nghiệp giúp tơi khảo sát tìm hiểu thực tế lấy số liệu phục vụ cho luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp bạn bè ln động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn tơi suốt q trình học tập nghiên cứu hoàn thiện luận văn Thái Nguyên, ngày tháng Học viên Lê Văn Đắc ii năm 2020 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu cần thiết tiến hành nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I GIỚI THIỆU CHUNG II NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Quá điện áp tạm thời Quá điện áp độ III QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐĨNG ĐƯỜNG DÂY KHƠNG TẢI - HIỆU ỨNG FERRANTI IV QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT 11 Tham số phóng điện sét 13 Phân bố đỉnh độ dốc đầu sóng dịng điện sét 16 Quá điện áp khí đường dây tải điện 18 IV HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH 20 Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 20 Thông số đường dây thông số thiết bị điện khác 20 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG 2: MƠ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG PHẦN MỀM ATPDraw 22 I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ ĐUN ATPDRAW 22 Chương trìn ATP-EMTP 22 Mô đun ATPDraw 23 iii II MÔ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATPDraw 29 Giới thiệu 29 Mơ hình trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 29 Mơ hình phần tử sơ đồ 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP 45 I GIỚI THIỆU CHUNG 45 II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP 45 Quá điện áp pha đầu cực máy biến áp 46 Ảnh hưởng điện trở chân cột tới điện áp 48 Sự biến thiên điện áp theo vị trí sét đánh 49 Ảnh hưởng máy biến áp đo lường kiểu tụ 50 KẾT LUẬN CHƯƠNG 51 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN 53 I TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP 53 II BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG CHỐNG SÉT VAN 54 Giới thiệu chung 54 Đặc tính phi tuyến chống sét van 59 III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI BẢO VỆ BẰNG CHỐNG SÉT VAN 60 Không lắp đặt chống sét van 60 Đặt CSV đầu AT1 AT2 61 Đặt CSV góp 61 Đặt chống sét van 62 IV ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN 62 Hệ số bảo vệ 63 Hệ số dự trữ cách điện 65 Hệ số dự trữ cách điện thiết bị điện trạm biến áp 65 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: a) Sơ đồ ngun lý đóng đường dây dài khơng tải vào nguồn điện áp xoay chiều; Hình 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện khơng (dx) 10 Hình Biến thiên dòng điện khe sét 14 Hình 4: Sét đánh vào dây dẫn pha 18 Hình 5: Sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét 19 Hình Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 20 Hình Mơ hình trạm biến áp 31 Hình 2 Mơ hình thông số nguồn hệ thống 32 Hình Mơ đun khoảng cột đường dây không xuất tuyến 274 34 Hình Mơ hình cột điện 36 Hình Mơ hình chuỗi sứ 37 Hình Mơ hình nguồn sét 37 Hình Mơ hình dây dẫn pha trạm biến áp 38 Hình Thông số máy biến áp AT1 AT2 39 Hình Mơ hình thơng số máy biến điện áp áp kiểu tụ 40 Hình 10 Mơ hình thơng số chống sét van 41 Hình 11 Đặc tính V-A chống sét van 41 Hình 12 Cài đặt thơng số chương trình ATPDraw 42 Hình Điện áp đầu cực máy biến áp sét đánh vào đỉnh cột cuối 46 Hình a Biến thiên điện áp đầu cực AT1 dòng điện sét 31 kA 47 Hình 3 Biến thiên điện áp đầu cực AT1 48 Hình Biến thiên điện áp xung đầu cực AT1 theo điện trở chân cột 48 Hình Ảnh hưởng vị trí sét đánh tới tham số điện áp AT1 49 Hình Ảnh hưởng máy biến áp kiểu tụ tới điện áp sét 51 Hình Điện áp đầu cực thiết bị (TU274, TUC22 AT1) đặt chống sét van đầu vào máy biến áp AT1 AT2 61 v Hình Cấu tạo chống sét van sở SiC 55 Hình Đặc tính làm việc chống sét van 56 Hình Cấu tạo CSV khơng khe hở ZnO 57 Hình 4 Chống sét van ZnO có khe hở song song điện trở 58 Hình Chống sét van ZnO có khe hở song song tụ điện 58 Hình Đặc tính phi tuyến (V-A) điện trở ZnO 59 Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện khơng có CSV 60 Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện đặt chống sét van góp 62 Hình Điện áp đầu cực thiết bị đặt chống sét van 62 Hình 10 Hệ số bảo vệ 64 Hình 11 Hệ số dự trữ điện TU274 66 Hình 12 Hệ số dự trữ cách điện TUC21C 66 Hình 13 Hệ số dự trữ cách điện AT1 66 vi PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan vấn đề nghiên cứu cần thiết tiến hành nghiên cứu Trạm biến áp trình vận hành thường xuyên chịu tác động phóng điện sét, gây điện áp đánh thủng cách điện, cố ngắn mạch, chạm đất… hậu làm hư hỏng thiết bị điện thiết bị điều khiển trạm, gián đoạn cung cấp điện thời gian dài, gây ổn định hệ thống, an toàn cho người, gây thiệt hại kinh tế vv… Do vậy, việc bảo vệ chống sét phối hợp cách điện trạm biến áp đặc biệt quan trọng thiết kế vận hành, nhằm loại trừ hoàn toàn khả sét đánh trúng vào thiết bị điện phần tử dẫn điện trạm Mặt khác, phải nghiên cứu điện áp khí (quá điện áp sét) phối hợp điện áp dư thiết bị chống sét với cường độ cách điện cách điện trạm để đảm bảo mức dự trữ cách điện phải đủ lớn tần suất phóng điện trung bình trạm biến áp q điện áp khí tới 50 năm hay 100 năm [1, 2] Để thực điều đó, trạm biến áp cần bảo vệ nhiều “cấp bảo vệ” dựa sở mức lượng[3, 4, 5], bao gồm: Bảo vệ cấp 1: nhằm loại trừ hạn chế ảnh hưởng phóng điện sét sóng cắt tác động trực tiếp tới phần tử hệ thống điện Bảo vệ cấp 2: nhằm hạn chế độ lớn điện áp dư sóng cắt Cấp bảo vệ thường ứng dụng để bảo vệ thiết bị điện trạm biến áp và/hoặc lắp đặt thiết bị chống áp nhằm tiêu tán lượng xung cắt trước vào trạm biến áp Bảo vệ cấp 3: nhằm hạn chế ảnh hưởng điện áp cảm ứng sét đánh gần trạm biến áp cao tới hàng chục kV, gây nguy hiểm cho cách điện thiết bị điện áp thấp hay thiết bị điện tử Bảo vệ phía điện áp thấp cách lắp đặt lọc và/hoặc thiết bị hạn chế áp nối tiếp với hệ thống máy tính, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình đại đa số trạm biến áp cao áp siêu cao áp Việt Nam, trình thiết kế không nghiên cứu đánh giá mức việc bảo vệ chống sét cách toàn diện, đồng theo tiêu chuẩn giới Tiêu chuẩn IEC, IEEE, ANSI… Hơn nữa, trình vận hành đặc tính bảo vệ thiết bị chống sét cường độ cách điện cách điện suy giảm theo thời gian nên thường xuyên gây cố không mong muốn ảnh hưởng điện áp sét Xuất phát từ yêu cầu trên, nội dung nghiên cứu tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu điện áp khí phối hợp cách điện trạm biến áp 220 kV Ninh Bình”, nhằm áp dụng cơng cụ phương pháp nghiên cứu phân tích xác định điện áp khí nguy hiểm ảnh hưởng tới Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình, đồng thời nghiên cứu giải pháp bảo vệ chống điện áp khí quyển; nghiên cứu số lượng, chủng loại, vị trí đặt thiết bị chống sét đặc tính phối hợp bảo vệ chống sét với cường độ cách điện cách điện trạm biến áp nhằm giảm chi phí thiết kế, chi phí vận hành đảm bảo cho hệ thống điện làm việc ổn định tin cậy[6, 7] Mục tiêu nghiên cứu đề tài a) Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu tổng quan bảo vệ chống sét cho trạm biến áp trạng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình Từ đó, tính tốn phân tích q điện áp khí ảnh hưởng tới cách điện trạm; nghiên cứu giải pháp cải tiến bảo vệ đánh giá phối hợp cách điện thiết bị bảo vệ điện áp cách điện trạm b) Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tổng quan bảo vệ chống sét trạm biến áp trạng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình - Nghiên cứu, tính tốn phân tích q điện áp khí điểm nút quan trọng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình khơng trang bị bảo vệ thiết bị bảo vệ điện áp - Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức bảo vệ điện áp tới tham số (độ lớn, độ dốc đầu sóng) điện áp - Phối hợp cách điện đánh giá hệ số dự trữ cách điện trạm biến áp 3.Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu cách đầy đủ nguyên nhân, quy luật biến thiên điện áp khí quyển; nghiên cứu ảnh hưởng phương thức bảo vệ tới điện áp khí đánh giá độ dự trữ cách điện trạm biến áp Kết nghiên cứu làm sở cho việc nghiên cứu, xác định phương thức bảo vệ điện áp khí cho trạm biến áp 220 kV điển hình mở rộng nghiên cứu cho trạm biến áp, đồng thời làm khoa học cho việc thiết kế, vận hành nâng cấp chất lượng bảo vệ chống sét nhằm dự đốn tình điện áp xảy để có ứng phó cần thiết Ngồi ra, kết nghiên cứu cịn làm sở cho việc phân tích thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét phương án bảo vệ điện áp b)Ý nghĩa thực tiễn - Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm chuyên dụng ATP-EMTP việc phân tích, tính tốn q điện áp khí trạm biến áp - Xác định độ lớn biến thiên điện áp khí điểm nút quan trọng trạm biến áp 220 kV Ninh Bình khơng trang bị thiết bị chống sét - Nghiên cứu, đánh giá phương thức bảo vệ điện áp khí cho trạm biến áp 220 kV Ninh Bình - Xây dựng sở khoa học cho việc phối hợp cách điện trạm biến áp 220 kV đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế - Xây dựng sở khoa học để thiết kế, vận hành đưa giải pháp bảo vệ điện áp cho trạm biến áp đánh giá khả chịu đựng điện áp cách điện vận hành nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị điện đảm bảo vận hành hệ thống ổn định tin cậy Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu điện áp, bảo vệ điện áp khí phối hợp cách điện cho Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình Trong phạm vi đề tài, tác giả nghiên cứu tổng quan điện áp khí quyển; nghiên cứu ảnh hưởng điện áp tới trang thiết bị điện vận hành hệ thống điện; nghiên cứu việc ứng dụng kết phân tích, tính toán độ lớn điện áp việc phối hợp cách điện trạm biến áp Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu lý thuyết tính tốn, phân tích đối tượng thực phân mềm ATP-EMTP - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá hệ thống hóa cơng trình nghiên cứu cơng bố thuộc lĩnh vực liên quan: báo, sách tham khảo, tài liệu hướng dẫn, tiêu chuẩn IEC, IEEE tiêu chuẩn Việt Nam thuộc phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tế Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình - Nội dung đề tài dự kiến có nội dung sau: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan điện áp khí Chương 2: Mơ trạm biến áp 220 kV Ninh Bình phần mềm ATPDraw Chương 3: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới tham số điện áp Chương 4: Nghiên cứu phương thức bảo vệ chống sét cấp đánh giá độ dự trữ cách điện Phương pháp nghiên cứu Ứng dụng phần mềm ATP-EMTP để phân tính, tính tốn đối tượng thực tế CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I GIỚI THIỆU CHUNG Quá điện áp (overvoltage) điện áp dây dẫn pha đất (pha-đất), dây dẫn pha với pha (pha-pha) hay dọc theo chiều dài cách điện, có giá trị đỉnh lớn biên độ điện áp pha lớn hệ thống hay thiết bị điện Quá điện áp hệ thống điện phát sinh nguyên nhân nội thao tác đóng cắt, cố, sa thải phụ tải hay cộng hưởng gọi chung điện áp nội bộ; điện áp phát sinh tác động từ bên sét đánh gọi điện áp khí hay điện áp sét Độ lớn điện áp thường lớn điện áp làm việc lớn cho phép mạng lưới điện hay thiết bị điện, cần phải có biện pháp hạn chế điện áp bảo vệ chống lại nguy làm hư hỏng thiết bị điện rối loạn làm việc bỡnh thng ca h thng in Các điện áp nội thông th-ờng khó nhận biết phát Trong nhật ký vận hành ghi nguyên nhân cố điện áp nội không đ-ợc nhắc tới nguyên nhân liệt kê Nhiều n-ớc giới nh- Nga, Mỹ, Pháp việc đo điện áp nói chung điện áp nội nói riêng đ-ợc thực thiết bị có tên "Thiết bị tự động đo ghi phân tích xung điện áp Các thiết bị đ-ợc đặt trạm biến áp nhờ mà ng-ời ta xác định đ-ợc dao động điện áp, mức độ điện áp Từ có ph-ơng thức vận hành bảo vệ phù hợp để đảm bảo độ tin cậy nh- an toàn cho việc truyền tải cung cấp điện N-ớc ta công trình đề tài nghiên cứu sâu điện áp hạn chế Cho đến ch-a đầu t- loại thiết bị để đo ghi điện áp khí điện áp nội nh- ph-ơng tiện đo đạc khảo sát, theo dõi, phân loại thống kê ®Ĩ ®¸nh gi¸ thĨ vỊ tØ lƯ sù cè, mức độ thiệt hại điện áp nội gây hệ thống điện Khi thit k thit bị điện, mạng lưới điện, trạm biến áp hay nhà máy điện, việc lựa chọn, phối hợp cách điện phù hợp để vận hành lâu dài vấn đề quan tâm kỹ lưỡng đặc biệt mạng điện truyền tải Việc lựa chọn phối hợp cách điện phải dựa vào đặc tính cách điện (chủng loại, cường độ cách điện), mức độ điện áp phát sinh hệ thống tác động lên cách điện (quá điện áp nội bộ, điện áp sét), đồng thời xem xét tới vấn đề bảo vệ điện áp (chủng loại, số lượng, vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ) điều kiện mơi trường Tiêu chí lựa chọn cách điện theo điện áp phải đảm bảo nguyên tắc cường độ cách điện phải lớn loại điện nội bộ, đồng thời chịu đa số điện áp sét (q điện áp khí quyển), cịn số q điện áp sét có biên độ lớn phải sử dụng thiết bị bảo vệ để hạn chế Mặc dù toàn cách điện lựa chọn, phối hợp nh trờn, nhng tăng số lần điện áp tác động lên cách điện tăng t-ơng ứng xác suất cố cách điện Hiệu ứng tích luỹ nguyên nhân đánh thủng cách điện Mặc dù điện áp nội th-ờng nhỏ nhiều so với điện áp đánh thủng tần số công nghiệp nh-ng nguyên nhân dẫn đến sù tiÕn triĨn c¸c khut tËt cơc bé cđa c¸ch điện Cùng với già hoá cách điện tính chất tích luỹ tác động nhvậy, đánh thủng cách điện điện áp nội nhỏ nhiều so với điện áp đánh thñng II NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁPTRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Quá điện áp tạm thời Quá áp tạm thời (Temporary Overvoltage_TOV) điện áp tần số cơng nghiệp có thời gian tác động tương đối dài (từ 30 ms tới 3600 s).Quá điện áp tạm thời thông số quan trọng để lựa chọn chống sét van (ngoại trừ điện áp cộng hưởng cộng hưởng từ) Quá điện áp tạm thời phát sinh nguyên nhân sau: - Sự cố chạm đất: có cố pha-đất gây điện áp pha không cố (pha lành) Độ lớn loại điện áp phụ thuộc vào vị trí cố phương thức nối đất điểm trung tính hệ thống điện Trong hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất độ lớn điện áp khoảng 1,3 p.u thời gian áp (bao gồm thời gian giải trừ cố) thường nhỏ giây Trong hệ thống có trung tính nối đất cộng hưởng (nối đất qua cuộn dập hồ quang) độ lớp áp lớn 1,73 p.u tồn khoảng thời gian nhỏ 10 giây - Sa thải phụ tải: cắt phụ tải, điện áp phát sinh, độ lớn áp phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống sau cắt tải đặc tính nguồn (ví dụ tốc độ hay điều chỉnh điện áp máy phát thời điểm cắt tải).Ngay sau cắt tải, điện áp điện cực máy cắt (phía nối với nguồn) tăng, mức độ tăng phụ thuộc vào tải công suất ngắn mạch xuất tuyến Để xác định xác độ lớn q điện áp cần tính tốn dựa sở phân tích q trình q độ điện từ thực máy tính ứng dụng chương trình ATP-EMTP Tuy nhiên, tính tốn thực dụng áp dụng sau: + Các đường dây có chiều dài trung bình, cắt tồn tải điện áp pha tăng tới 1,2 p.u Thời gian áp phụ thuộc vào thiết bị điều chỉnh điện áp mạng tới vài phút + Các đường dây dài, cắt tồn tải điện áp pha tăng tới 1,5 p.u Thời gian áp tới vài giây + Khi sa thải phụ tải của máy biến áp tăng áp nối với máy phát áp tạm thời tăng tới 1,4 p.u máy phát tuabin tới 1,5 p.u máy phát thủy điện Thời gian áp khoảng giây - Cộng hưởng cộng hưởng sắt từ: Trong hệ thống điện có thay đổi đột ngột cấu trúc (như sa thải phụ tải, cắt máy biến áp pha cuối đường dây hay cắt máy biến điện áp kiểu tụ đặt góp trạm biến áp) có tương tác thành phần điện dung (của đường dây, cáp, tụ điện) thành phần điện cảm (của máy biến áp, cuộn kháng song song) gây điện áp cộng hưởng cộng hưởng sắt từ Độ lớn điện áp lớn 3,0 p.u tồn tới giải trừ - Đóng đường dây máy biến áp: Khi đóng đường dây máy biến khơng tải non tải gây điện áp cộng hưởng Trường hợp đóng máy biến áp xuất dịng điện từ hóa lớn thành phần hài đáng kể đặc tính phi tuyến lõi thép Dòng điện tần số cao tương tác với tần số hệ thống gây điện áp cộng hưởng tác dụng lên cách điện dọc - Hòa đồng bộ:Trong hòa đồng gây điện áp tác dụng lên cách điện dọc (tiếp điểm thiết bị đóng cắt) Độ lớn điện áp thường khoảng lần điện áp pha tồn khoảng vài giây đến vài phút Quá điện áp độ Quá điện áp độ (Transient Overvoltages) tồn thời gian ngắn vài mini giây ngắn hơn, dao động không dao động thường gây thiệt hại lớn Quá điện áp độ chia thành loại sau: - Quá điện áp đầu sóng dốc (Slow-Front Overvoltage_SFO): thường phát sinh thao tác đóng cắt (đóng đường dây, cáp, giải trừ cố ngắn mạch, sa thải phụ tải, cắt dòng điện điện dung dòng điện điện cảm) Quá điện áp loại chiều, với thời gian đầu sóng (thời gian đỉnh) từ 20 s đến 5000 s thời gian sóng (thời gian nửa đỉnh) tới 20 ms SFO phát sinh nguyên nhân sau: Đóng hay đóng lặp lại đường dây tải điện khơng đường dây cáp gây điện áp pha Độ lớn loại điện áp phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ cắt khả dập tắt hồ quang của máy cắt, bội số áp thường khoảng p.u Loại điện áp thường gọi điện áp đóng cắt (Swiching Overvoltagres) Sự cố hay giải trừ cố gây điện áp với bội số áp thường lớn p.u phụ thuộc chủ yếu vào phương thức nối đất hệ thống điện Trong trường hợp chung, bội số áp tính (2k-1) p.u., k hệ số nối đất Sa thải phụ tải tạo điện áp cưỡng tác dụng lên phía tiếp điểm máy cắt Quá điện áp loại thường có giá trị lớn phải hạn chế chống sét van Cắt dòng điện điện cung dòng điện điện cảm gây lên điện áp vị trí đặt tụ điện, điện kháng gây điện áp cuối đường dây máy biến áp - Quá điện áp đầu sóng dốc(Fast-Front Overvoltage_FFO): điện áp đầu sóng dốc phát sinh sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha đường dây tải điện không; phóng điện ngược từ xà, cột vào dây dẫn pha đánh gần đường dây thiết bị điện FFO loại điện áp chiều biên độ lớn, thời gian đỉnh từ 0,1 s đến 20 s thời gian nửa đỉnh tới 300 s - Quá áp đầu sóng dốc(Very Fast-Front Overvoltage_VFFO): loại điện áp chiều, thời gian đỉnh tới 0,1 s, có khơng có dao động tần số từ 30 kHz tới 100 MHz Loại điện áp thường phát sinh trạm GIS (Gas Insulated Substations) cắt ngắn mạch hay cắt động cơ, máy biến áp sét đánh III QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG FERRANTI Hiệu ứng Ferranti hệ thống điện tượng tăng điện áp cuối đường dây tải điện có chiều dài lớn đường dây cáp so với điện áp đầu đường dây đóng đường dây khơng tải (hay non tải) vào nguồn điện sa thải phụ tải Hiện tượng trình nạp điện điện dung đường dây qua điện kháng đường dây gây ra[8, 9] Hiệu ứng Ferrati quan sát lần vào năm 1887 Sebastian Ziani de Ferranti nghiên cứu đường dây cáp mạng điện phân phối cấp điện áp 10 kV Khi đóng đường dây truyền tải vào nguồn điện áp uS=Umsint  S R US a) S R0dx b) L uS G L0dx R0dx C0d L0dx G0d R C0dx Hình 1: a) Sơ đồ ngun lý đóng đường dây dài khơng tải vào nguồn điện áp xoay chiều; b) Sơ đồ thay hình  đường dây L - Xét vi phân chiều dài đường dây (dx) ta có sơ đồ hình 1.2: a) x dx i b) R0dx x+dx i L0dx u G0dx i dx x u C0dx u dx x Hình 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện không (dx) b) Sơ đồ thay tương đương hình  vi phân dx c Trong đó: R0, G0, L0, C0 điện trở, điện dẫn, điện cảm điện dung phân bố (trên đơn vị dài) Từ sơ đồ thay tương đương viết hệ phương trình vi phân mơ tả mạch sau: i(x, t)  u(x, t)  x  R i(x, t)  L0 t   i(x, t)  G u(x, t)  C u(x, t) 0  x t (1.1) (1.2) Hệ phương trình viết dạng tốn tử Laplace là:  U(x, p)   R  pL0  I  x, p   x   I(x, p)   G  pC  U  x, p  0  x (1.1') (1.2 ') Nghiệm hệ phương trình có dạng: U(x, p)  A(p).e  (p)x  B(p).e  (p)x I(x, p)  (1.3) A(p)  (p)x B(p)  (p)x e  e ZS (p) ZS (p) (1.4) Điện áp dịng điện cuối đường dây (x=l) có dạng:  U( , p)  A(p).e  (p)  B(p).e  (p)  A(p)  (p) B(p)  (p)   e I( , p)  Z (p) e ZS (p) S  (1.5) (1.6) 10   (p) A(p)   U( , p)  I( , p).ZS (p) .e  B(p)   U( , p)  I( , p).Z (p) .e  (p) S  o Thay A(p) B(p) vào phương trình (1.5) (1.6) xác định quan hệ điện áp, dòng điện đầu đường dây cuối đường dây sau:   US  U R cosh(  )  I R ZS.sinh(  )   IS  I R cosh(  )  U R YS sinh(  ) Trong đó: Z = R + jL tổng trở đường dây đơn vị dài; Y = G + jC tổng dẫn đường dây đơn vị dài; l chiều dài đường dây; US, IS điện áp dòng điện đầu đường dây (đầu phát); UR, IR điện áp dòng điện cuối đường dây (đầu nhận);   Z.Y  (R  jL)(G  jC) hệ số truyền sóng; Z (R  jL)  tổng trở sóng đường dây, Y (G  jC) ZS  YS  ;   2f ; ZS Chú ý: đầu đường dây x=0; U(X) = US cuối đường dây U(l) = UR Điện áp cuối đường dây hở mạch (IR=0) là: U R0  US US hay U R0  cosh(  ) cosh(  ) Như điện áp cuối đường dây hở mạch tăng so với đầu đường dây lượng: U  U R  US Hiện tượng tăng điện áp gọi hiệu ứng Ferranti IV QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT Sét đánh vào đường dây tải điện không (DZK) nguyên nhân gây điện áp độ hệ thống điện Quá điện áp phát sinh nguyên nhân thường gọi điện áp sét (Lightning Overvoltages) hay điện áp khí 11 (Atmospheric overvoltages) Biên độ độ dốc đầu sóng điện áp lớn (độ dốc đầu sóng dốc) gây nguy hiểm cho cách điện ngang cách điện dọc hệ thống, gây cố ngắn mạch làm gián đoạn cung cấp điện, giảm độ tin cậy gây ổn định hệ thống Do đó, thiết kế đường dây tải điện, trạm biến áp thiết bị bảo vệ cần nghiên cứu kỹ lưỡng điện áp sét [10, 11] Quá điện áp sét đường dây tải điện sét đánh trực tiếp vào đường dây (sét đánh vào dây chống sét, đỉnh cột đánh vào dây dẫn pha) Quá điện áp lan truyền dọc đường dây gây lên phóng điện cách điện đường dây Đặc điểm điện áp sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét gây lên phóng điện ngược vào dây dẫn pha thường có độ dốc lớn Trong trường hợp vị trí bị sét đánh xa trạm biến áp biên độ độ dốc đầu sóng suy giảm trình lan truyền đường dây tổn hao Nếu vị trí bị sét đánh gần trạm, cách điện trạm nguy hiểm điện áp truyền vào trạm dạng sóng cắt có độ dốc thẳng đứng biên độ lớn Quá trình lan truyền (phản xạ, khúc xạ) điện áp tới làm tăng biên độ điện áp thiết bị điện dây dẫn trạm biến áp có tổng trở sóng khác (như trạng thái máy cắt đóng/mở, máy biến điện áp đo lường, dây dẫn, máy biến áp…) Đối với trạm biến áp, việc tính tốn bảo vệ chống sét thường áp dụng cấp bảo vệ, bao gồm: - Bảo vệ cấp 1: hạn chế ảnh hưởng phóng điện sét trực tiếp vào thiết bị phần tử hệ thống điện.Bảo vệ loại thường sử dụng hệ thống chống sét bao gồm cột chống sét dây chống sét - Bảo vệ cấp 2: hạn chế độ lớn điện áp dư sóng cắt tới giới hạn an toàn cho cách điện thiết bị điện trạm biến áp nhà máy điện Bảo vệ loại thường sử dụng chống sét van và/hoặc phối hợp với tụ điện, cáp - Bảo vệ cấp 3: bảo vệ điện áp cảm ứng cho thiết bị điện áp thấp, điện tử, hệ thống máy tính, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu sét đánh gần trạm biến áp Mục đích nghiên cứu điện áp sét đường dây tải điện để xác định suất phóng điện (FOR- Flashover Rate) để lựa chọn chống sét van đường dây, 12 ... HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT... tỉnh Ninh Bình Tên đề tài luận văn thạc sĩ: ? ?Nghiên cứu điện áp phối hợp cách điện Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình? ?? Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tơi xin cam đoan vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu. .. điện áp khí phối hợp cách điện trạm biến áp 220 kV Ninh Bình? ??, nhằm áp dụng công cụ phương pháp nghiên cứu phân tích xác định điện áp khí nguy hiểm ảnh hưởng tới Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình, đồng