Đề tài đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220110 kv

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực : TRIỆU ĐẠT Mã sinh viên : 18810110079 Giáo viên hướng dẫn : T.S TRẦN HOÀNG HIỆP Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : D13H1 Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN Độc lập - Tự – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Họ tên sinh viên: Mã sinh viên: Lớp: D13H1 Hệ đào tạo: Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Chuyên ngành: Hệ thống điện 1/ Tên đồ án môn học TÍNH TỐN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV 2/ Các số liệu Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt kích thước trạm Điện trở suất đất: đ = (76) m; N số thứ tự sinh viên danh sách Đường dây: Dây dẫn: AC - 120 Dây chống sét: C - 70 Chiều dài khoảng vượt đường dây 220 kV: 220 m Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω 3/ Nội dung, nhiệm vụ thực Chương 1: Hiện tượng dông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp 220/110 kV Chương 3: Tính tốn hệ thống nối đất cho Trạm biến áp 220/110 kV Kết luận chung Yêu cầu vẽ: vẽ A3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Phạm vi bảo vệ cột thu sét Các kết tính tốn nối đất an tồn nối đất chống sét cho trạm biến áp Hà Nội, ngày tháng năm 2021 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Trần Hoàng Hiệp LỜI MỞ ĐẦU Là sinh viên học tập rèn luyện trường đại học Điện Lực Hà Nội, 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 Chính em dành thời gian cơng sức để hồn thành đồ môn học “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV” cố gắng đền đáp công ơn thầy cô tổng kết lại kiến thức thu sau trình học tập rèn luyện trường đại học Điện Lực Trong thời gian học tập thời gian thực đề tài em nhận bảo, động viên tận tình thầy cơ, gia đình bạn, đặc biệt hướng dẫn Thầy Trần Hoàng Hiệp giúp em hoàn thành tốt đồ án Đồ án em gồm chương: Chương 1: Tình hình giơng sét ảnh hưởng tới HTĐ Việt nam Chương 2: Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp 220/110kV Chương 3: Thiết kế hệ thống nối đất cho Trạm biến áp 220/110kV Sinh viên thực Triệu Đạt MỤC LỤC Chương 1: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Khái quát chung 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Chương II THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kv 2.1 Mở đầu 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 2.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 10 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: 10 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét: 12 2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 14 2.5 Đề xuất phương án bố trí cột dây chống sét cho trạm biến áp .14 2.5.1 Phương án 1: Cột thu sét đặt vị trí đầu xà 15 2.5.2 Phương án 2: ta thay đổi số lượng cột thu sét 20 Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 24 3.1 Mở đầu 24 3.2 Các yêu cầu kĩ thuật .24 3.3 Lý thuyết tính tốn nối đất 25 3.4 Tính tốn nối đất an toàn .28 3.4.1 Nối đất tự nhiên 28 3.4.2 Nối đất nhân tạo .29 3.5 Nối đất chống sét 30 Hình 3.4 Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 34 Tài liệu tham khảo 35 CHƯƠNG 1: SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Khái quát chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện dơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với tượng phóng điện gây nhiều trở ngại cho đời sống người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dịng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.10 cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.10 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Cịn vùng đất có điện dẫn khơng đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Q trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Tham số phóng điện sét Is = a T (1.1) a: tốc độ đầu sóng Is: biên độ dịng điện sét T:thời gian đầu sóng Cơng thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dịng điện sét, dịng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (t vài k đến vài trăm k ) dạng sóng dịng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình M-1) Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng trình bày Hình 1.1: biến thiên dòng điện theo thời gian Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dông sét khác : + Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 110 ngày năm số lần dông từ 150 300 lần trung bình ngày xảy từ dông + Vùng dông nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250 300 lần dơng tập trung khoảng 100 110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng + Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có t 150 200 dơng năm, tập trung khoảng 90 100 ngày + Nơi dơng miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dơng Xét dạng diễn biến dơng năm, ta nhận thấy mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) khu vực tương đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày dông khoảng 10 Recommandé pour toi Suite du document ci-dessous PET Speaking visuals Hình thi nói PET part 10 D15qlmtcn 100% (1) Life A2B1 Wordlist tiếng anh đại học điện lực 13 D15qlmtcn 100% (10) Dap an multiple choise - tiếng anh D15qlmtcn 100% (1) FRS Sample fastval 14 D15qlmtcn 100% (1) ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát 12 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dơng cịn ít, tháng ch gặp t ngày dông Phía Nam dun hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dơng nhất, thường ch có tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng Tuy Hoà 10 ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120 140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông miền Nam dài mùa dơng miền Bắc t tháng đến tháng 11 tr tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dơng quan sát trung bình có t 15 20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dơng trung bình gặp 20 ngày dơng/tháng thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn số lần dông hơn, tháng nhiều dơng tháng ch quan sát khoảng 15 ngày dông Bắc Tây Nguyên, 10 12 Nam Tây Nguyên, on Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày Ta thấy Việt Nam nước phải chịu nhiều ảnh hưởng dông sét, điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào thiết bị chống sét Đặc biệt địi hỏi nhà thiết kế phải trọng tính tốn thiết kế cơng trình điện cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Như trình bày phần trước biên độ dịng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vơ lớn dịng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất không tốt, bị dịng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét cịn kèm theo việc di chuyển khơng gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha - đất ngắn mạch pha – pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc khơng nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét cịn truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp, điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc khơng hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, dơng sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lưới điện Kết luận: Sau nghiên cứu tình hình dông sét Việt Nam ảnh hưởng dông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính tốn chống sét cho lưới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV 2.1 Mở đầu Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây trạm biến áp thể thống Trong trạm biến áp phần tử quan trọng, thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện Do thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng 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 ngành kinh tế quốc dân khác Do việc tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Qua ta đưa phương án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế Nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị trạm ta phải ý đến việc bảo vệ cho đoạn đường dây gần trạm đoạn dãn nối từ xà cuối trạm cột đường dây Do tùy trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp đáp ứng nhu cầu kỹ thuật kinh tế trạm 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 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 công trình mang điện phải đảm bảo mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất bé + Đối với trạm biến áp 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 i s 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 + 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