Nghiên cứu ứng dụng các tiêu chuẩn nối đất an toàn và phương thức nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giảm nhẹ yêu cầu điện trở nối đất cho trạm biến áp 110/(35)/22k ở Việt Nam

Nghiên cứu ứng dụng các tiêu chuẩn nối đất an toàn và phương thức nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giảm nhẹ yêu cầu điện trở nối đất cho trạm biến áp 110/(35)/22k ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN LƯƠNG MÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC TIÊU CHUẨN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH QUA TỔNG TRỞ NHỎ ĐỂ GIẢM NHẸ YÊU CẦU ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/(35)/22kV Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số: 62 . 52 . 50 . 05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG - 2009 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Lã Văn Út 1. Trần Vinh Tịnh, Nguyễn Lương Mính (2005), “Nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để khắc phục khó khăn về nối đất cho các trạm biến áp 35/22kV”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Các trường Đại học Kỹ thuật, (50/2005), tr. 21-25. TS. Trần Vinh Tịnh Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Hoàng Việt 2. Lã Văn Út, Trần Vinh Tịnh, Nguyễn Lương Mính (2006), “Trang bị nối đất cho trạm biến áp theo các tiêu chuẩn TCVN 4756:1989, IEEE std.80 và IEC 479-1”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Các trường Đại học Kỹ thuật, (58/2006), tr. 1-5. Phản biện 2: TSKH. Trần Kỳ Phúc Phản biện 3: TS. Trần Văn Tớp 3. Trần Vinh Tịnh, Nguyễn Lương Mính (2008), “Tính chọn điện cực nối đất và các giải pháp giảm điện trở của trang bị nối đất”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, (29/2008), tr. 26-32. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp 4. Trần Vinh Tịnh, Nguyễn Lương Mính (2009), “Quá điện áp và quá dòng điện khi ngắn mạch một pha trong lưới điện phân phối 22kV”. Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Các trường Đại học Kỹ thuật, (69/2009), tr. 11-15. nhà nước họp tại: Đại học Đà Nẵng vào hồi 08 giờ, ngày 07 tháng 01 năm 2010. Có thể tìm đọc luận án tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện Quốc gia 24 1 MỞ ĐẦU thực hiện nối đất cho các TBA 110/(35)/22kV có công suất lớn đảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, ngay khi ρ > 500Ω.m. Luận án đã thiết kế TBNÐ cho các loại TBA 110/(35)/22kV khác nhau, có thể sử dụng kết quả này (Phụ lục 3 ÷ 26) vào thực tế sản xuất. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành ở Việt Nam, điện trở nối đất (R đ ) của TBA 110/(35)/22kV phải đạt yêu cầu R đ ≤ 0,5Ω. 5. Qua tính toán và mô phỏng bằng chương trình PSS/ADEPT cho các lưới điện trong khu vực (Huế và Tam Kỳ), luận án đề xuất áp dụng tiêu chuẩn IEEE std.80 kết hợp với NÐQTTN (R N = 30Ω hoặc X N = 27Ω) cho LÐPP 22kV Việt Nam để giải quyết dứt điểm vấn đề nối đất cho các TBA 110/(35)/22kV. Cũng nhờ đó mà điện trở nối đất tại các TBA 22/0,4kV được phép tăng đến 32Ω, đồng thời sẽ thuận lợi hơn cho việc chọn lựa TBÐ, cáp ngầm. Luận án đã tính toán chi phí nối đất cho TBA 110/(35)/22kV khi áp dụng giải pháp đề xuất nêu trên sẽ tiết kiệm được (13,4 ÷ 25,8)% vốn đầu tư TBNÐ so với phương thức NÐTT. LÐPP 22kV ở nước ta hiện nay có nhiều thuận lợi cho việc chuyển sang NÐQTTN. Khi đó, các loại TBÐ, cáp điện, cách điện đường dây và thiết bị BVRL không nhất thiết phải thay mới, chỉ cần hoán đổi, thay thế một số chống sét van và khống chế phụ tải các pha không lệch quá 15%. Chi phí để cải tạo lưới điện hiện tại sang NÐQTTN còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng không lớn và hoàn toàn chấp nhận được. Giải pháp được đề xuất có thể áp dụng đại trà, nhưng để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, cần phân đoạn thực hiện theo từng bước phù hợp. Ưu tiên thực hiện cho các TBA 110/(35)/22kV không đạt yêu cầu về điện trở nối đất hoặc lưới điện có dòng điện NMMP cao. Tiếp tục thực hiện cho các khu vực khác khi có nhu cầu kết nối với lưới điện đã có trung tính NÐQTTN hoặc các khu vực cần xây dựng mới lưới điện. 2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hình 1 Thống kê R đ của các TBA 110/(35)/22kV đang vận hành ở Miền Trung – năm 2008 Thực t , yêu cầu này rất khó thực hiện c, theo thống kê ở Miền Trung cho thấy (hình 1) có đến 36,6% TBA 110/(35)/22kV có R đ > 0,5Ω . Điều này tìm ẩn nhiều nguy cơ mất an toàn khi có sự cố chạm đất. Sự phát triển nhanh chóng của LÐPP 22kV đòi hỏi phải nghiên cứu, sớm có biện pháp giải quyết tồn tại này. ế đượ Mục đích của luận án là tìm biện pháp giải quyết tồn tại về nối đất cho các TBA 110/(35)/22kV ở Việt Nam mà vẫn đảm bảo tính kế thừa và phát triển theo xu hướng tiên tiến cho LÐPP 22kV. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các vấn đề về nối đất cho TBA, các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương thức nối đất trung tính… Nội dung của luận án mang tính đặc thù của lưới điện Việt Nam, kết quả nghiên cứu chưa công bố ở các tài liệu khoa học trước đó. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI a. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Hệ thống hoá các yêu cầu, công nghệ, phương pháp thiết kế nối đất cho TBA và đặc điểm của LÐPP 22kV Việt Nam; Đề xuất giải pháp nối đất giảm nhẹ hơn so với TCVN 4756 nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. 2 23 b. Những đóng góp mới của luận án: Cung cấp số liệu khảo sát, phân tích, đánh giá các tiêu chuẩn NĐAT để làm sáng tỏ những bất cập của TCVN 4756 so với IEEE std.80. Đề xuất giải pháp khả thi về kinh tế - kỹ thuật để giải quyết vấn đề nối đất cho TBA 110/(35)/22kV: áp dụng tiêu chuẩn IEEE std.80 kết hợp với sử dụng phương thức NÐQTTN (27÷30Ω) cho LÐPP 22kV. Kết quả tính toán, mô phỏng của luận án có thể áp dụng vào thực tế sản xuất. 4. Trong công tác thiết kế và thi công TBNÐ, việc thiết lập hình dáng lưới nối đất hay cách thức bố trí điện cực có ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu quả tản dòng điện vào đất, phân bố điện thế và giá thành xây dựng. Những sai sót trong việc chọn lựa, bố trí điện cực nối đất không chỉ làm tăng chi phí đầu tư, không phát huy hiệu quả của TBNÐ mà đôi khi còn gây tác dụng ngược đến toàn bộ hệ thống TBNÐ (tăng giá trị điện trở tản, gây phóng điện ngược…). Cho đến nay, việc bố trí điện cực nối đất theo kiểu hổn hợp (cọc, thanh) vẫn là giải pháp tốt nhất để đạt được mục đích vừa giảm giá trị điện trở vừa phân bố thế hợp lý. 4. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN Nội dung chính gồm 5 chương, phần mở đầu và kết luận chung: Chương 1: Tổng quan về nối đất cho TBA và yêu cầu nối đất an toàn theo tiêu chuẩn TCVN 4756, IEEE std.80 và IEC 479-1 Khi thiết kế TBNÐ, cần lưu ý xác định dòng điện tản trong đất lớn nhất (I Chương 2: Quá điện áp và quá dòng điện khi ngắn mạch một pha trên LÐPP 22kV ở Việt Nam đ.max ) vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố điện thế trên mặt đất. Giá trị của I đ phụ thuộc vào dòng điện sự cố chạm đất, chế độ làm việc của điểm trung tính, vị trí điểm chạm đất và đặc điểm của lưới điện. Kết quả nghiên cứu của luận án cho lưới điện Miền Trung (theo Tổng sơ đồ VI - giai đoạn 2000 ÷ 2025) xác định dòng điện tản lớn nhất I Chương 3: Nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để tăng điện trở nối đất cho TBA 110/(35)/22kV Chương 4: Các giải pháp công nghệ về nối đất và phương pháp thiết kế nối đất cho TBA đ.max = 7,369kA – có thể sử dụng kết quả này để thiết kế TBNÐ cho các TBA 110/(35)/22kV trong khu vực. Chương 5: Ứng dụng nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ vào LÐPP 22kV ở Việt Nam Diện tích lưới nối đất ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của TBNÐ. Luận án đã phân tích và cho thấy, để thiết kế TBNÐ đạt yêu cầu TCVN 4756 (R Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT CHO TBA đ ≤ 0,5Ω) phải cần diện tích lưới nối đất và khối lượng điện cực khá lớn, nên chỉ thích hợp với nơi có ρ ≤ 100Ω.m. Phương pháp thiết kế theo điện áp tính toán (của IEEE std.80) cho phép thực hiện TBNÐ thuận lợi hơn, ngay cả nơi có ρ đến 500Ω.m. Giải pháp NÐQTTN kết hợp với phương pháp thiết kế theo điện áp tính toán sẽ giúp dễ dàng khống chế điện áp tiếp xúc và điện áp bước trong giới hạn an toàn. Nhờ đó, giảm được khoảng 50% diện tích lưới nối đất và khối lượng điện cực so với NÐTT, dễ dàng VÀ YÊU CẦU NỐI ĐẤT AN TOÀN THEO CÁC TIÊU CHUẨN TCVN 4756, IEEE std.80 VÀ IEC 479-1 1.1 TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1.1 Khái niệm chung về nối đất cho TBA: 1.1.2 Nối đất an toàn cho TBA: là nối vỏ các TBĐ của TBA vào TBNĐ để đảm bảo an toàn cho con người khi chạm điện gián tiếp. 1.1.2.1 Điện áp tiếp xúc (U tx ) 22 3 1.1.2.2 Điện áp bước (U b ) NMMP xấp xỉ mức C e ≈ (2,5 ÷ 2,73)pu. Thực tế, vấn đề này chưa được quan tâm đúng mức nên hay dẫn đến sai sót khi chọn lựa TBÐ. 1.1.2.3 Điện áp ô lưới (U ô ) và điện áp truyền (U tr ) 1.1.2.4 Yêu cầu về nối đất an toàn: đảm bảo cho điện áp trên cơ thể người khi chạm điện gián tiếp nhỏ hơn giới hạn chịu đựng được. Phương thức NÐQTTN được xem là dạng biến thể của NÐTT, nhờ hạn chế được dòng điện sự cố chạm đất nên cho phép tăng giá trị điện trở của TBNĐ. Với đặc điểm hiện có của LÐPP 22kV ở nước ta (phần lớn không đạt “nối đất hiệu quả”), cần chủ động chuyển đổi phương thức làm việc của trung tính sang NÐQTTN để hạn chế dòng điện NMMP, tạo thuận lợi để giải quyết vấn đề nối đất. 1.1.3 Nối đất làm việc cho TBA: là nối đất trung tính MBA để tạo lập chế độ làm việc nhất định cho lưới điện. 1.1.4 Nối đất chống sét cho TBA: là nối các kim thu sét, chống sét van với TBNÐ để tản dòng điện sét, giảm quá điện áp khí quyển. Theo TCXD 46:2007, NĐCS cho công trình điện phải đạt yêu cầu: 3. Luận án đã tính được, khi trung tính của LÐPP 22kV được nối qua điện trở R R đ ≤ 10Ω (1.18) N = 30Ω hoặc điện kháng X N = 27Ω, dòng điện NMMP sẽ bị khống chế ở mức nhỏ hơn 950A. Đồng thời, kết hợp với việc áp dụng tiêu chuẩn IEEE std.80 sẽ cho phép điện trở nối đất của TBA 110/(35)/22kV tăng đến 1,5Ω mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về NÐAT, NĐLV và NĐCS. Đây là cơ sở khả thi để giải quyết vấn đề nối đất cho các TBA 110/(35)/22kV ở Việt Nam hiện nay. Kết quả tính toán với lưới điện 22kV có cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng vận hành hở cũng cho thấy, vẫn có thể sử dụng bảo vệ quá dòng điện TTK đơn giản để chống chạm đất một pha kể cả tình huống chạm đất qua điện trở trung gian (90 ÷ 100)Ω trong lưới điện NÐQTTN. 1.1.5 Các kiểu nối đất cho TBA 1.2 NĐAT THEO TCVN 4756, IEEE std.80, IEC 479-1 1.2.1 Yêu cầu nối đất an toàn theo TCVN 4756: chủ yếu theo điều kiện R đ ≤ 0,5Ω mà không xét đến đặc điểm của TBA. 1.2.2 Yêu cầu NĐAT theo IEEE std.80 và IEC 479-1: chủ yếu theo yêu cầu về điện áp nguy hiểm với con người (U txcp , U bcp ). 1.3 ĐÁNH GIÁ NĐAT Ở CÁC TBA 110/(35)/22kV Ví dụ 1.1: Khảo sát U tx.max của TBA 110/(35)/22kV- 25(40)MVA có R đ = 0,5Ω (đạt TCVN 4756). Kết quả thể hiện ở hình 1.12. Việc chủ động lắp đặt thêm tổng trở trung tính ở các TBA 110/(35)/22kV sẽ cải thiện đáng kể chỉ tiêu điện áp tiếp xúc và điện áp bước, tăng cường an toàn cho con người. Tuy nhiên, trong trường hợp có sự cố chạm đất thì điện áp điểm trung tính tăng lên, nên cách điện của hệ thống cũng sẽ tăng (yêu cầu theo mức điện áp dây). Chế độ vận hành không đối xứng sẽ gây điện áp rơi trên tổng trở nối đất làm tăng độ di trung điểm trung tính và tổn thất điện năng. Tuy vậy, các vấn đề mới phát sinh này không phải là trở ngại lớn khi áp dụng phương thức NĐQTTN vào LÐPP 22kV hiện có của Việt Nam. Hình 1.12 Điện áp tiếp xúc của TBA 110/(35)/22kV – 25(40)MVA 4 21 a. Trường hợp NÐTT và không xét đến lớp đá dăm (hình 1.12.a): U tx có thể rất lớn và không đạt IEEE std.80, IEC 479-1 kể cả TCVN 4756. U tx phụ thuộc rất mạnh vào công suất trong khi U txcp theo TCVN 4756 lại hoàn toàn độc lập với sơ đồ và công suất TBA. toàn. TBNÐ ở nước ta được đánh giá theo TCVN 4756, chủ yếu dựa vào giá trị điện trở nối đất mà không phân biệt đặc điểm, quy mô của TBA. Ngay khi TBA đã thỏa mãn yêu cầu R đ ≤ 0,5Ω thì vẫn có trường hợp không đáp ứng chỉ tiêu điện áp tiếp xúc. Nhìn chung TCVN 4756 còn bất cập, chưa theo kịp sự phát triển lưới điện, việc áp dụng tiêu chuẩn trong thực tế còn nhiều khó khăn, nên tồn tại nhiều TBA 110/(35)/22kV không đạt yêu cầu R b. Trường hợp nối đất qua R N = 30 Ω và có xét đến lớp đá dăm (hình 1.12.b): U txcp theo IEEE std.80 và IEC 479-1 được tăng lên so với hình 1.12.a. TCVN 4756 không xét đến ảnh hưởng của lớp đá dăm nên U txcp vẫn không thay đổi. Nhờ có R N = 30Ω mà U tx giảm đi, đường (1) và (2) gần trùng nhau, dịch xuống dưới so với hình 1.12.a. TBA hoàn toàn thỏa mãn IEEE std.80 và IEC 479-1. đ ≤ 0,5Ω. Theo tiêu chuẩn IEEE std.80, NÐAT của TBA được đánh giá chủ yếu theo chỉ tiêu điện áp tiếp xúc và điện áp bước. Điểm ưu việt của tiêu chuẩn này là có xét đến công suất, điều kiện tự nhiên và các đặc điểm riêng của TBA, nên dễ tìm được biện pháp chế ngự điện áp tiếp xúc và điện áp bước của TBNÐ trong giới hạn an toàn, ngay khi TBNÐ có R Ví dụ 1.2: Đánh giá NÐAT cho các TBA 110/35/22kV ở Miền Trung theo IEEE std.80. Kết quả cho thấy, TCVN 4756 và IEEE std.80 đánh giá TBNÐ rất khác nhau, nên khả năng đảm bảo an toàn của TBNÐ không chỉ phụ thuộc vào mỗi tiêu chí R đ : đ > 0,5Ω. Đây là vấn đề rất đáng quan tâm để nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn IEEE std.80 vào thực tế Việt Nam, góp phần giải quyết việc nối đất cho các TBA 110/(35)/22kV. TBA Phù Mỹ (110/35/22kV- 2x25MVA) R đ = 0,47Ω Đạt TCVN 4756 U ô.max = 1588V > U txcp(50) = 646V U b.max = 1233V < U bcp(50) = 2090V Không đạt IEEE std.80 TBA Phong Điền (110/35/22kV- 2x25MVA) R đ = 1,23Ω Không đạt TCVN 4756 U ô.max = 425V < U txc(50) = 594V U b.max = 224V < U bcp(50) = 1883V Đạt IEEE std.80 TBA Diên Sanh (110/35/22kV- 2x25MVA) R đ = 0,78Ω Không đạt TCVN 4756 U ô.max = 1304V > U txcp(50) = 627V U b.max = 799V < U bcp(50) = 2014V Không đạt IEEE std.80 2. Phương thức trung tính NÐTT tỏ ra có hiệu quả đối với LÐPP 22kV ở chi phí đầu tư thấp và vận hành đơn giản. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của lưới điện cùng với những nhược điểm cố hữu của nó (suất sự cố cao, dòng điện NMMP lớn…) sẽ có thể là nguy cơ không đáp ứng nhu cầu cung cấp điện an toàn cho xã hội. Đặc tính của chế độ nối đất trung tính không chỉ phụ thuộc vào việc nối đất tại trung tính MBA mà còn phụ thuộc vào hệ thống đường dẫn. Điều này được thể hiện rõ qua kết quả nghiên cứu của luận án. Mặc dù LÐPP 22kV Miền Trung có trung tính NÐTT nhưng do tính chất đường dẫn nên phần lớn lưới điện không đạt yêu cầu “nối đất hiệu quả”, rất nhiều nút mang đặc điểm của phương thức NÐQTTN. Dòng điện NMMP có thể tăng cao đến 95% I 1.4 THỰC TRẠNG VÀ XU HƯỚNG ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT NỐI ĐẤT CHO LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM 1.4.1 Thực trạng việc áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật nối đất ở Việt Nam: Thực tế, yêu cầu về giá trị R đ luôn được chú trọng còn những yếu tố khác có ảnh hưởng đến điện áp tác động lên con người (U tx , U b ) lại không được xem xét đầy đủ. Nhìn chung, TCVN 4756 là khó thực hiện được so với điều kiện thực tế, nên còn nhiều TBA không đạt được yêu cầu R đ ≤ 0,5Ω. Đối tượng áp dụng của TCVN N(3) và hệ số quá điện áp khi 20 5 4756 là lưới điện “nối đất hiệu quả” nhưng phần lớn LĐPP 22kV ở nước ta có tính chất của NÐQTTN, nên việc áp dụng còn bất cập. Bảng 5.8 So sánh chi phí của các phương án Khoản mục chi phí Cải tạo phương thức Xử lý TBNĐ bằng nối đất (1) (VN đồng) GEM (2) (VN đồng) Chi phí lắp đặt, thí nghiệm 196.389.000 308.666.000 1.4.2 Khả năng áp dụng IEEE std.80 và phương thức trung tính NÐQTTN để giải quyết các vấn đề nối đất cho TBA ở Việt Nam: Vấn đề nối đất của TBA 110/(35)/22kV cần phải giải quyết trên cơ sở đảm bảo kế thừa và đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai. Áp dụng IEEE std.80, đồng thời có biện pháp hạn chế dòng điện NMMP có thể là giải pháp khả thi để giải quyết vấn đề nối đất cho TBA 110/(35)/22kV ở Việt Nam như mục tiêu đã đề ra. Chi phí thiết bị, vật liệu 1.005.312.000 96.724.000 Chi phí khác 20.000.000 10.000.000 Tổng cộng 1.221.701.000 415.390.000 (1) Bao gồm lắp mới 2 bộ ĐTTT (R = 30Ω) và thay thế 234 bộ chống sét van N (2) Theo phương án xử lý nối đất TBA 110/22kV - Công ty Truyền tải điện 2 Bảng 5.8 cho thấy, chi phí cải tạo phương thức nối đất cho TBA 110/35/22kV E15 (qua R N = 30Ω) cao hơn so với việc xử lý TBNÐ bằng GEM, nhưng không quá lớn và hoàn toàn chấp nhận được. 5.5 KẾT LUẬN 1.5 KẾT LUẬN LÐPP 22kV ở nước ta có đặc điểm thuận lợi cho việc chuyển đổi sang phương thức NÐQTTN. Khi đó, các loại TBÐ, cáp điện, cách điện đường dây và thiết bị BVRL không nhất thiết phải thay mới ngoại trừ một số chống sét van có U TBNÐ ở TBA nhằm mục đích đảm bảo điều kiện an toàn, làm việc, chống sét, trong đó NÐAT có yêu cầu khắt khe nhất. Tiêu chuẩn TCVN 4756 còn bất cập, chưa theo kịp nhu cầu phát triển lưới điện và sự tiến bộ của thế giới, việc áp dụng vào thực tế còn gặp nhiều khó khăn. Nhưng khi TBA 110/(35)/22kV đã đạt được yêu cầu R đ ≤ 0,5Ω thì vẫn có thể xảy ra những tình huống mất an toàn. Ngược lại, tiêu chuẩn IEEE std.80 đánh giá NĐAT theo U tx và U b , có xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện an toàn nên rất thuận lợi, dễ thực hiện và khả năng thành công cao. c = 15,3kV, đồng thời cần phải kiểm tra và phân bố lại phụ tải để không lệch pha quá 15%. Giải pháp NÐQTTN (R = 30Ω hoặc X N N = 27Ω) hoàn toàn khả thi khi áp dụng vào thực tế Việt Nam, giúp giảm được chi phí đầu tư TBNÐ (nhờ giảm khối lượng điện cực và diện tích lưới nối đất) so với phương thức NÐTT. Đối với LÐPP 22kV hiện có cần cải tạo sang NÐQTTN, chi phí thực hiện còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng không quá lớn và hoàn toàn chấp nhận được. Cần nghiên cứu áp dụng IEEE std.80 đồng thời với việc hạn chế dòng điện NMMP của LÐPP 22kV để giải quyết về nối đất cho TBA Để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, việc ứng dụng giải pháp này vào thực tế cần được thực hiện theo từng bước phù hợp. Chương 2: QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ DÒNG ĐIỆN KHI NGẮN MẠCH MỘT PHA TRÊN LĐPP 22kV Ở VIỆT NAM KẾT LUẬN CHUNG 2.1 LÐPP 22kV CÓ TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP 1. Các TBA 110/(35)/22kV thường sử dụng chung TBNĐ để làm nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho con người, xác lập điều kiện làm việc cho lưới điện và chống sét. Trường hợp này, TBNÐ phải thỏa mãn các yêu cầu khác nhau nhưng khắt khe nhất là nhiệm vụ nối đất an 2.1.1 Đặc điểm của lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp: Có ít nhất một điểm trung tính của MBA (hay máy phát) được NÐTT, DĐNM một pha lớn gây nguy hiểm cho con người và thiết 6 bị. Lưới điện được xem là “nối đất hiệu quả” khi đạt X 0 /X 1 ≤ 3 và R 0 /X 1 ≤ 1 [49]. 2.2 LÐPP 22kV CÓ TRUNG TÍNH NÐQTTN 2.2.1 Đặc điểm của lưới điện có trung tính NÐQTTN: là nối trung tính MBA (máy phát) với đất qua một tổng trở giá trị nhỏ [61]. 2.2.2 Dòng điện và điện áp khi có sự cố chạm đất: Quan hệ giữa DĐNM và hệ số C e với k = X 0 /X 1 khi có N (1) và N (1,1) ở hình 2.8. 2.3 QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ QUÁ DÒNG ĐIỆN KHI NMMP TRONG LĐPP 22kV Hình 2.3 Quan hệ giữ với X 0 /X 1 trong l 2.1.2 Dòng điện và điện áp a hệ số quá áp và tỷ lệ I N (1,1) /I N (1) ưới điện có trung tính NĐTT ự cố chạm đất: Với lướ iện có tỷ số X 0 /X 1 < 1 thì dòng điện chạy vào đất khi có chạm đất I N(1,1) lớn hơn dòng điện NMMP I N(1) và hệ s quá áp )1,1()1( ee CC > . Ngược lại, khi 1< k ≤3 thì I N(1) lớn hơn I N(1, và )1()1,1( ee CC > (ví dụ 2.1). khi có s i đ NM hai pha ố 1) Hình 2.8 Quan hệ giữa hệ số Theo đó, LÐPP 22kV có NÐQTTN dòng điện NM và hệ s quá áp và tỷ lệ I N (1,1) /I N (1) với X 0 /X 1 quá áp )1( e C khi có sự cố chạ đất một pha nguy hiểm hơn so với trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất. Điện áp ở pha lành có thể đến 1,58 lần nh mức (với X 0 /X 1 ≈10). 19 112A) và yêu cầu an toàn theo IEEE std.80 (do U tx.max = 415V < U txcp = 640V). Hệ số quá điện áp tạm thời lớn nhất C e.max = 1,853pu, nằm trong khả năng chịu đựng của các phần tử trên lưới. 5.4 TÍNH TOÁN KINH TẾ KHI THAY ĐỔI PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT 5.4.1 Chi phí đầu tư TBNÐ cho TBA 110/(35)/22kV: Ví dụ 5.2: Khảo sát chi phí xây dựng TBNÐ của các TBA 110/(35)/22kV ở Miền Trung theo phương án NÐTT và NÐQTTN. Bảng 5.7 So sánh chi phí đầu tư TBNÐ cho các TBA 110/(35)/22kV ố m đị NÐTT (1) NĐQTT (2) Chênh STT Tên trạm biến áp (3) L (m) Chi phí (10 L (3) Chi phí (10 lệch (%) 6 6 đ) (m) đ) 1 TBA 110kV Áng Sơn 3.434 740 2.753 620 16,2% 2 TBA 110kV Chân Mây 3.482 740 2.635 605 18,3% 3 TBA 110kV Duy Xuyên 4.227 1.249 4.429 1.081 13,4% 4 TBA 110kV ChưPrông 6.620 838 4.160 678 19,1% 5 TBA 110kV Krông Ana 2.400 918 4.655 681 25,8% (1) Nguồn : Ban quản lý dự án lưới điện – Công ty Điện lực 3 (2) Chi phí xây dựng đã bao gồm vốn đầu tư điện trở trung tính (R N = 30Ω) – theo thông báo giá của nhà sản xuất AVTRON (USA) – giá CIF 12.600USD/bộ (3) L là tổng chiều dài điện cực của TBNÐ Số liệu được thống kê và so sánh ở bảng 5.7. Trong đó, chi phí xây dựng TBNÐ theo phương án NÐTT được lấy theo hồ sơ Thiết kế - Dự toán đã được Chủ đầu tư (Công ty điện lực 3) phê duyệt. Với phương án NÐQTTN, dự toán chi phí được tính lại trên cơ sở thiết kế nối đất qua điện trở R N = 30Ω, gồm: chi phí xây dựng TBNÐ và chi phí mua sắm, lắp đặt, thí nghiệm ĐTTT. Kết quả cho thấy, chi phí của phương án NÐQTTN thấp hơn khoảng (13,4 ÷ 25,8)% so với NÐTT, thể hiện rất rõ ở những vùng có điện trở suất cao. 5.4.2 Chi phí cải tạo nối đất trung tính cho lưới điện: Ví dụ 5.3: So sánh chi phí để cải tạo phương thức nối đất cho TBA 110/(35)22kV E15 - Tam Kỳ (có R đ = 0,58Ω) với phương án xử lý TBNÐ bằng hóa chất GEM. Kết quả như ở bảng 5.8: 18 tình huống sự cố với phụ tải cực đại P = 56,669MW (thông số vận hành năm 2008), được kết quả như bảng 5.5. Bảng 5.5 Dòng điện ngắn mạch và hệ số quá điện áp của LÐPP 22kV Tp Huế NĐTT R N = 30Ω X N = 27Ω Tên xuất tuyến Tên nút I N(3) (A) I N(1) (A) C e (pu) I N(1) (A) C e (pu) I N(1) (A) C e (pu) E7 C41_E7 4.660 4.688 1,083 512 1,897 220 1,776 471/E7 NODE_2008 2.242 2.115 1,072 482 1,868 204 1,716 472/E7 NODE_45_4 1.867 1.865 1,052 489 1,911 203 1,715 473/E7 NODE_90 2.165 2.165 1,056 497 1,914 206 1,726 475/E7 NODE_156 1.322 1.198 1,100 440 1,839 194 1,708 477/E7 NODE_430 1.895 1.897 1,050 484 1,900 204 1,720 E6 C42_E6 10.613 11.714 1,009 897 1,848 743 1,742 472/E6 NODE_683 1.214 857 1,239 519 1,593 424 1,573 476/E6 XuanPhu 3.141 3.054 1,035 797 1,800 629 1,643 477/E6 NODE_148 2.896 2.659 1,072 757 1,762 617 1,652 478/E6 NODE_283 1.057 814 1,128 475 1,467 405 1,476 Khi NÐQTTN (với R N = 30Ω hoặc X N = 27Ω) thì dòng điện NMMP vào khoảng I N(1) = (194 ÷ 897)A. Lưới điện đảm bảo điều kiện làm việc cho BVRL (do I N(1) > I N(1).min = 112A) và yêu cầu an toàn theo IEEE std.80 (do U tx.max = 469V < U txcp = 640V). Hệ số quá điện áp tạm thời C e = (1,47 ÷ 1,91)pu, cũng nằm trong khả năng chịu đựng của các phần tử trên lưới. 5.3.2 Khảo sát LÐPP 22kV thành phố Tam Kỳ: Tương tự, sử dụng PSS/ADEPT mô phỏng cho LÐPP 22kV thành phố Tam Kỳ được kết quả ở bảng 5.6. Bảng 5.6 Dòng điện ngắn mạch và hệ số quá điện áp của LÐPP 22kV Tp Tam Kỳ NĐTT R N = 30Ω X N = 27Ω Tên xuất tuyến Tên nút I N(3) (A) I N(1) (A) C e (pu) I N(1) (A) C e (pu) I N(1) (A) C e (pu) E15 TC_E15 7.910 8.621 1,023 874 1,853 883 1,718 471 Node_18 1.182 609 1,378 436 1,508 373 1,531 472 Node_T2PN 1.069 582 1,228 417 1,484 365 1,539 473 Node_QuanGo 861 442 1,381 349 1,440 303 1,505 474 Node_TrGiam 2.915 1.759 1,342 706 1,730 630 1,642 Khi NÐQTTN thì dòng điện NMMP vào khoảng I N(1) = (303÷ 883)A, đảm bảo điều kiện làm việc cho BVRL (do I N(1) > I N(1).min = 7 Kế ả cho thấy, phần lớn lưới iểm NÐQTTN mặc ính nguồn được NÐTT. Tính ch t qu điện có đặc đ dù trung t ấ t “n ố i đ ấ t hiệu quả” ch có rõ ở lưới điện có dây tru g tính. Theo IEEE 62.92.1: 000, vẽ được bi ỉ n 2 ể u đ ồ quá áp và quá dòng cho LÐPP 22kV nh hình 2.12 và 2.13. ư Hình 2.12 Quá điện á p và q uá dòn g điện của ĐDK 22kV Hình 2.13 Quá điện áp và quá dòng điện của ĐC 22kV Dòng điện (ở pha sự cố) và điện áp (ở pha lành) khi NMMP phụ thuộc tỷ lệ X 0 /X 1 , R 0 /X 1 và R 0 /X 0 tại điểm chạm đất. Bảng 2.4 Đặc tính của các chế độ nối đất theo IEEE std. 62.92.1:2000 [61] Phương thức Tỷ lệ các thành phần đối xứng I F U TOV nối đất trung tính X 0 /X 1 R 0 /X 1 R 0 /X 0 (%I N(3) ) (pu) A. Nối đất hiệu quả 1. Hiệu quả 0 ÷ 3 0 ÷ 1 / > 60 ≤ 2 2. Rất hiệu quả 0 ÷ 1 0 ÷ 0,1 / > 95 < 1,5 B. NĐ không hiệu quả 1.1 Điện trở nhỏ 0 ÷ 10 / ≥ 2 < 25 < 2,5 1.2 Điện trở lớn / > 100 ≤ -1 < 1 ≤ 2,73 2.1 Điện kháng nhỏ 3 ÷ 10 0 ÷ 1 / > 25 < 2,3 2.2 Điện kháng lớn >10 / < 2 < 25 ≤ 2,73 Ví dụ 2.4: Khảo sát điện áp và dòng điện ở LÐPP 22kV Miền Trung theo IEEE std. 62.92.1:2000. 8 17 2.4 KẾT LUẬN 5.2.2 Vận hành không đối xứng khi chuyển sang NÐQTTN: Sự mất đối xứng của lưới điện sẽ làm tăng điện áp trung tính, ảnh hưởng đến chất lượng và tổn thất điện năng. LÐPP 22kV ở Miền Trung có đặc điểm: với lưới 3 pha - 3 dây, khi có NMMP, quá điện áp ở pha lành có thể đến 2,5pu (đường dây nổi) hay 2,73pu (đường cáp ngầm), dòng NMMP khoảng (25 ÷ 95)%I Ví dụ 5.1: N(3) . Ở lưới điện 3 pha – 4 dây dòng NMMP ở mức (60 ÷ 95)%I N(3) và quá điện áp không quá 2,5pu. LÐPP 22kV nước ta có trung tính NÐTT nhưng thường không đạt “nối đất hiệu quả” mà có tính chất của NĐQTTN, dòng NMMP có thể đến 95%I N(3) , điện áp của pha lành có thể tăng đến 2,73 pu. Để hạn chế dòng điện NMMP, cần chủ động ứng dụng NÐQTTN và nhờ đó có thể giảm công suất cắt của TBÐ, tăng giá trị điện trở R đ . Chương 3: NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH QUA TỔNG TRỞ NHỎ ĐỂ TĂNG ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CHO TBA 110/(35)/22kV 3.1 ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ TRUNG TÍNH Tổng trở trung tính phải chọn sao cho DĐNM I N(1) đủ lớn cho BVRL làm việc chắc chắn, nhưng đủ nhỏ để an toàn cho con người. 3.2 TÍNH TỔNG TRỞ TRUNG TÍNH VÀ ĐIỆN TRỞ TBNĐ 3.2.1 Tính điện trở trung tính R N : Xét dường dây 22kV được cung cấp điện từ TBA 110/(35)/22kV như hình vẽ 3.2. H×nh 3.2 Ch¹m ®Êt ë L§PP 22kV cã trung tÝnh nèi ®Êt qua ®iÖn trë §iÖn trë trung tÝnh R N §iÖn trë nèi ®Êt R® M¸y biÕn ¸p jxB HÖ thèng jxH (a) (b) IN(1) §iÖn trë nèi ®Êt R® §iÖn trë trung tÝnh R N M¸y biÕn ¸p 110/35/22kV Khảo sát độ mất đối xứng phụ tải (K đx ) của xuất tuyến 22kV (giả sử các phần tử của lưới điện là đối xứng). Kết quả mô phỏng bằng chương trình PSS/ADEPT cho thấy, hệ số không đối xứng giữa phụ tải các pha trung bình k đx ≤ 15% thì lưới điện 22kV NÐQTTN đảm bảo độ lệch điện áp TTN (kU 2 ≤ 2%), độ lệch dòng điện TTN (kI 2 ≤ 5%) và độ lệch điện áp pha kU f ≤ ±5% [31]. 5.2.3 Kết nối lưới điện có trung tính NÐQTTN với lưới điện trung tính NÐTT: Lưới điện NĐTT có thể cấp điện cho lưới điện NÐQTTN. Ngược lại, lưới điện NÐQTTN chỉ được phép cấp điện cho lưới điện NĐTT khi lưới nhận điện có mức cách điện theo điện áp dây, không có MBA phụ tải một pha (pha - đất) và độ mất đối xứng của phụ tải không quá 15%. 5.2.4 Phạm vi ứng dụng NÐQTTN vào LÐPP 22kV ở Việt Nam: Để đạt mục đích giải quyết vấn đề nối đất cho TBA 110/(35)/22kV, việc ứng dụng giải pháp NÐQTTN vào thực tế Việt Nam được đề xuất thực hiện từng bước nhau sau: Ưu tiên cho các TBA 110/(35)/22kV còn tồn tại về nối đất (R đ > 0,5Ω) cũng như các khu vực có dòng điện NMMP lớn có thể gây mất an toàn. Những khu vực khác sẽ được chuyển đổi phương thức trung tính khi có nhu cầu kết nối với lưới điện có NÐQTTN hoặc để đảm bảo tính đồng bộ cho khu vực (thực hiện đồng thời với công tác cải tạo lưới). 5.3 KHẢO SÁT LÐPP 22kV KHI CHUYỂN ĐỔI PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT 5.3.1 Khảo sát LÐPP 22kV thành phố Huế: Sử dụng chương trình PSS/ADEPT để mô phỏng lưới điện thành phố Huế theo các [...]... sét và chống sét van 4.16 Trước tiên, phải xác định 4.2 CÁC GIẢI PHÁP GIẢM ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT tình huống nguy hiểm nhất khi 4.2.1 Giảm điện trở nối đất bằng cách tăng cường điện cực: có chạm đất ở các cấp điện áp Hiệu quả phụ thuộc điện trở suất lớp đất mặt, chi phí thực hiện khơng q cao, thích hợp với TBA có diện tích lớn IN(1) = 41,3kA 4.2.2 Giảm điện trở nối đất bằng cách giảm điện trở suất của đất: ... TBA 110/(35)/22kV Đến bước 10 Từ bước 19 Từ bước 23 3.3.2 Chương trình tính Rđ, RN 26 Xuất kết quả 27 Kết thúc Phần 4 Hình 3.8 Thuật tốn tính Rđ, RN, (XN) và XN: Có các giao diện như sau: Chương 5: ỨNG DỤNG NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH QUA TỔNG TRỞ NHỎ VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV Ở VIỆT NAM 5.1 CÁC LOẠI THIẾT BỊ NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 5.1.1 Điện kháng trung tính: Có hai loại thường được sử dụng. .. TTK để chống chạm đất một pha ngay cả cực (W) khoảng 50% so với trường hợp NĐTT (hình 4.25) trường hợp chạm đất qua điện trở trung gian (90 ÷ 100)Ω Chương 4: CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ VỀ NỐI ĐẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ NỐI ĐẤT CHO TBA 4.1 CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ NỐI ĐẤT CHO TBA 4.1.1 Điện cực nối đất: Vật liệu, kích thước và biện pháp chống ăn mòn của điện cực đều có ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế - kỹ... thiết kế theo điện áp tính tốn sẽ rất thuận lợi Đ S Phần 3 21 Kn ≥ 1,5 Đ VI) để thiết kế TBNÐ cho TBA 110/(35)/22kV trong khu vực cho phép sử dụng các biện pháp hạn chế các yếu tố bất lợi để điện áp 19 Tính lại RN, XN,Utx max 20 Tính IN(1) ở cuối đường dây 6 .Tính Rđ 7 Rđ ≤ Rđ.max kết quả Iđ.max = 7,369kA (tính cho lưới điện Miền Trung - Tổng sơ đồ Phương pháp thiết kế TBNÐ theo điện áp tính tốn (IEEE... qua khả năng dẫn điện, chịu nhiệt, chống ăn mòn, tuổi thọ và chi phí 4.1.2 Hình dáng và cấu trúc của TBNÐ: Lưới nối đất càng Hình 4.25 Diện tích lưới nối đất và trọng lượng thép của TBNÐ cho TBA khi trung tính NÐTT và NÐQTTN giống hình vng càng dễ đạt u cầu kỹ thuật và chi phí thấp [22] Ơ lưới nối đất rất có hiệu quả về san bằng điện thế, cọc nối đất làm 12 13 giảm nhanh điện trở tản nhưng ít tác dụng. .. 1,5Ω 3.2.3 Tính tốn điện trở Rđ của TBA 22/0,4kV: Tương tự, TBA 22/0,4kV ở lưới điện NÐQTTN cho phép Rđ ≤ 32Ω dùng các biện pháp để khống chế điện áp nguy hiểm trong giới hạn 3.4 KẾT LUẬN cho phép Nên, chỉ cần diện tích (A) và chiều dài điện cực (L) khơng Khi TBA 110/(35)/22kV có trung tính nối đất qua điện kháng XN q lớn cũng có thể thiết kế được TBNÐ đạt u cầu Ví dụ 4.4, cho = 27Ω hoặc điện trở RN =... RN = 30Ω, thì điện trở TBNĐ cho phép Rđ ≤ thấy phương pháp này dễ thành cơng ở nơi có ρ đến 500Ω.m 1,5Ω vẫn đảm bảo các u cầu NĐAT (theo IEEE std.80), NĐLV và 4.4.3 Thiết kế TBNÐ cho TBA 110/(35)/22kV có trung tính NÐQTTN: Theo chương 3, khi nối trung tính MBA qua RN = 30Ω NĐCS Lúc này, điện trở nối đất của các TBA 22/0,4kV cũng cho phép tăng đến giới hạn Rđ ≤ 32Ω hoặc XN = 27Ω, dòng điện NMMP phía... giảm đi nên có thể tăng Rđ đến mức điện áp rơi trên TBNÐ khơng đổi so với trường hợp NÐTT a Nối đất qua điện trở nhỏ RN : Điện áp trên TBNÐ (Rđ) khi có điện trở RN được tính bằng: 3E U = đ 5.2 ỨNG DỤNG NÐQTTN VÀO LÐPP 22kV VIỆT NAM 5.2.1 Giải quyết vấn đề cách điện khi chuyển sang NÐQTTN: (3.17) D S R f 9R + ( 2X + X ) 2 2 1B N f đ (3.20) 0B Từ (3.18) và (3.20), sau khi biến đổi có được: R =R đ đ.yc ⎛... Nối đất qua điện kháng nhỏ XN : Tương tự, tính được Rđ: R =R đ ⎛ đ.yc ⎜1 + ⎝ 3X N ⎞ ⎟ 2X1B + X 0B ⎠ (3.24) Như vậy, dòng điện IN(1) sẽ giảm đi k lần khi NÐQTTN: 2 ⎡ ⎞ 3R N ⎢ 1+ ⎛ ⎜ ⎟ khi nối đất qua điện trở R N ⎜ 2X + X ⎟ ⎢ 0B ⎠ ⎝ 1B k=⎢ 3X N ⎢1 + khi nối đất qua điện kháng X N ⎢ 2X + X 1B 0B ⎣ (3.25) 10 15 Ví dụ 4.5 Khảo sát các TBA 110/(35)/22kV Phù Mỹ và Diên 3.3 TÍNH TỐN Rđ, RN VÀ XN CHO TBA 110/(35)/22kV... Tương tự, các loại dây dẫn bọc và cáp ngầm có cấp điện áp 12,7/22(24)kV nên áp ứng được u cầu về cách điện khi chuyển sang phương thức NÐQTTN Riêng đối với chống sét van có điện áp làm việc liên tục cực đại Uc = 15,3kV, tương ứng q điện áp tạm thời UTOV = (19,6 ÷ 21,4)kV nhỏ hơn q điện áp của lưới NÐQTTN điện nên cần phải thay thế D S R f f đ.yc (3.18) 0B Khi NÐQTTN, dòng điện IN(1) sẽ giảm đi nên . VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN LƯƠNG MÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC TIÊU CHUẨN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH QUA TỔNG TRỞ NHỎ ĐỂ GIẢM NHẸ YÊU CẦU ĐIỆN TRỞ NỐI. dòng điện tản lớn nhất I Chương 3: Nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để tăng điện trở nối đất cho TBA 110/(35)/22kV Chương 4: Các giải pháp công nghệ về nối đất và phương pháp thiết kế nối đất. std.80 VÀ IEC 479-1 1.1 TỔNG QUAN VỀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1.1 Khái niệm chung về nối đất cho TBA: 1.1.2 Nối đất an toàn cho TBA: là nối vỏ các TBĐ của TBA vào TBNĐ để đảm bảo an toàn cho