(Khoá luận tốt nghiệp) thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220110kv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2008 THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Phạm Minh Hải Người hướng dẫn: Th.S Đỗ Thị Hồng Lý HẢI PHÒNG - 2016 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Phạm Minh Hải Mã sv: 1513102006 Lớp: DCL901 Ngành Điện Tự động công nghiệp Tên đề tài: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp: CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Đỗ Thị Hồng Lý Học hàm, học vị : Thạc Sỹ Cơ quan công tác : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đồ án Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2016 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2016 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Phạm Minh Hải Th.S Đỗ Thị Hồng Lý Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2016 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2016 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: Sự ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam 1.1 hái quát chung 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam CHƢƠNG 2: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm 2.1 hái quát chung 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh th ng 2.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây thu sét 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét: 13 2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 14 2.5 Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh th ng TB 15 Phương án 15 Phương án 24 2.6 So sánh t ng kết phương án 31 CHƢƠNG 3: Thiết kế hệ thống nối đất 3.1 Đặt vấn đề 33 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật 33 3.3 Lý thuyết tính tốn nối đất 35 3.4 Tính tốn nối đất an tồn 41 3.5 Nối đất chống sét 44 3.6 Nối đất b sung 49 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 LỜI MỞ ĐẦU Điện nguồn lượng vô quan trọng sống người Nó sử dụng hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Những hư hỏng chế độ khơng bình thường hệ thống điện gây hậu tai hại kinh tế xã hội Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây điện trạm biến áp Trong trạm biến áp phần tử quan trọng thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện xa Do thiết bị trạm biến áp bị sét đánh dẫn đến hậu nghiêm trọng, ch làm hỏng thiết bị trạm mà cịn dẫn đến việc ng ng cung cấp điện toàn thời gian dài, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất Với lý đó, em chọn đề tài tốt nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV” cô giáo Thạc sỹ Đỗ Thị Hồng Lý hướng dẫn Đồ án gồm chương: Chương Sự ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Chương Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp Chương Thiết kế hệ thống nối đất CHƢƠNG SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1 KHÁI QUÁT CHUNG Dơng 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 ch 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 7cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108 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 R TN220  15 15   0,564  0,44 () -Đối với lộ đường dây chống sét 110 V: R CS  R L KV  1,88 0,2  0,376 () R TN110  15 15   0,376 Vậy R TN   0,274 () 0,44.0,274  0,169 () 0,44  0,274 Nhận xét: Ta thấy RTN < 0,5 mặt lý thuyết đạt yêu cầu nối đất an toàn Tuy nhiên nối đất tự nhiên xảy biến động, ta cần phải nối đất nhân tạo Nối đất nhân tạo Với trạm bảo vệ có kích thước hình chữ nhật có chiều là: l1  370(m) l  150(m) Ta lấy lùi lại đầu m để cách xa móng tường trạm Do ta sử dụng mạch vịng bao quanh trạm hình chữ nhật BCD có kích thước sau: Chiều dài l1 = 368 m ; Chiều rộng l2 = 148m Vậy: R MV   tt K L2 ln 2. L t.d Trong đó: 42 L: chu vi mạch vịng L = (l1 + l2) Theo sơ đồ ta có L = (368 + 148) = 1032 (m) t: độ chơn sâu làm mạch vịng, lấy t =0,8 m  tt : điện trở suất tính tốn đất làm mạch vịng chơn độ sâu t  tt =  kmùa Tra bảng với ngang chôn sâu 0,8 m ta có kmùa =1,6   tt = 85 1,6 = 136 (  m) d: đường kính làm mạch vịng (nếu dẹt có bề rộng b d = b/2) Ta chọn có bề rộng b = 4cm d = b/2 = 4/2 =2 (cm) = 0,02 (m) : hệ số phụ thuộc hình dáng hệ thống nối đất Bảng – 1: Hệ số phụ thuộc vào (l1/l2) l1 / l 2 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,40 Ta có l1  2,486 l2 43 Hình 3- 4: Đồ thị hệ số phụ thuộc hình dáng T đồ thị ta xác định = 6,35 Thay cơng thức vào cơng thức tính RMV ta R MV  tt K L2 136 6,35.10322 ln  ln  0,417()  1() 2. L d t 2.3,14.1032 0,8.0,02 Vậy điện trở nối đất hệ thống là: Rht =  Rtn Rnt 0,169.0, 417   0,12() Rtn  Rnt 0,169  0, 417 ết luận: Hệ thống thiết kế nối đất đảm bảo an toàn cho trạm biến áp 110 / 220 kV 3.5 NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Trong thiết kế nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220kV cho phép nối đất chống sét nối chung với nối đất an toàn Do nối đất chống sét nối đất phân bố dài dạng mạch vòng Do sơ đồ thay chống sét hình 3.1 44 Giá trị Lo Go xác định sau: *Tính Lo: Theo cơng thức (2 11) ta có:  l  Lo  0,  ln  0,31 ( H / m )  r  Trong đó: l chiều dài điện cực l LCHUVI 1032   516 (m) 2 r: bán kính điện cực r d b 0,04    0,01 (m) 4  516   Lo  0, ln  0,31  2,108(  H / m)  0, 01  *Tính Go: Áp dụng cơng thức (2-12) Go  2.l.RNTSET Trong đó: RNTS  RMVS  RMVAT k SET k AT kmùa at=1,6 kmùa set =1,25 RMVSET  Go  0, 417.1, 25  0,325 () 1,  2,977.103 (1/.m) 2.516.0.325 *Tính phân bố điện áp t ng trở xung kích hệ thống nối đất Trong thiết kế tính tốn ta chọn dạng sóng xiên góc dịng điện sét có biên độ khơng đ i 45 Phương trình sóng có dạng sau thể hình 2-5: at  Is   I  a  ds  t   ds t   ds Is(A) I = a t(s) Hình 3- 5: Đồ thị dạng sóng dịng điện sét Với biên độ dòng điện sét I =150 k Độ dốc dòng sét a=30 k /  s Nên thời gian đầu sóng đs= I 150   5(  s) a 30 Theo công thức (2 – 13) ta có t ng trở xung kích hệ thống nối đất nhân tạo là:    ds    2.T1  e TK Z  0, ds   1   Go l   ds k 1  k k        Do coi mạch vòng ghép song song hai tia nên Z  0, ds MV    ds    2.T1  e TK  1   2.Go l   ds k 1  k k        Để xác định Z(0, đs), ta xét chuỗi số sau: 46 Chuỗi số:  k k 1 Chuỗi số:   e  k 1 k  1     2 k   ds TK   ds  T1  ds  T2  ds e e e TK     12 22 k2 Trong chuỗi số ta ch xét đến số hạng chứa e-4 (T số hạng e-5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua) Tức ta tính đến k cho:  ds Tk +  (kZ ) Ta chọn k khoảng t 112 (kZ+)  ds   Bảng – 3: Bảng tính tốn chuỗi  e TK k 1 k k k2 1,000 0,250 0,111 0,062 10 11 12 0,04 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 8 Tk(s 169,50 42,37 18,83 10,59 6,78 4,70 3,45 2,64 2,09 1,69 1,40 1,17 )  ds Tk   ds TK e  4 0,029 0,118 0,265 0,472 0,971 0,889 0,767 0,624  ds e TK k2 0,971 0,222 0,085 0,039 0,73 1,06 1,44 1,88 2,38 2,95 3,56 4,24 9 0,47 0,34 0,23 0,15 0,09 0,05 0,02 0,01 6 2 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 47 1 0 T bảng ta có 12 k k 1  1,56  ds  TK e  1,355  k 1 k 12 Vậy Z  0, ds    2.169,5  1 (1,56  1,355)   4,95 () 3  2.2,977.10 516   iểm tra điện áp thiết bị Trong trạm biến áp phần tử quan trọng máy biến áp, phần tử yếu nên ta ch cần kiểm tra với máy biến áp Đối với trạm biến áp có dòng điện sét vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: Uđ=I ZXK(0, đs) < U50% MBA Trong đó: I : Biên độ dịng điện sét ZXK(0, đs): T ng trở xung kích đầu vào nối đất dòng điện sét U50% MBA : Điện áp 50% máy biến áp Đối với MB 110(kV) U50% MBA=460 kV Đối với MB 220(kV) U50% MBA=900 kV => Lấy U50%MBA = 460kV iểm tra điều kiện ta thấy: Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 4,95=743 kV > U50% MBA = 460 kV Ta thấy phải tiến hành nối đất b sung để đảm bảo khơng có phóng điện ngược 48 NỐI ĐẤT B SUNG Để giảm điện trở nối đất đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn theo yêu cầu nối đất chống sét ta chọn phương án đóng cọc b xung tạo thành mạch vịng a Tính điện trở thanh: Sử dụng loại thép dẹt có chiều dài L bề rộng 0,04m chơn sâu 0,8m (là mạch vịng nối đất hình chữ nhật nối đất nhân tạo) tt K L2 Rt  ln 2.L. t.d Trong tt  .Kmua  85.1, 25  106, 25 (.m) 106, 25 6,35.5162 Rt  ln  0,6 () 2.516.3,14 0,8.0,02 b Tính điện trở cọc: Đối với cọc trịn điện trở tản tính theo cơng thức: Rc  tt 2.l l 4t ' l (ln  ln ) 2.l. d 4t ' l l: chiều dài cọc l = m d:đường kính d=0,06 m tt: Là điện trở suất đất, cọc ta có  = đo Kmcọc Tra bảng (2-1) sách hướng dẫn thiết kế TĐC ta có mc Vậy: tt = 85 104 1,15 = 97,75 (m) d: Đường kính cọc t,: Là độ chôn sâu cọc: t' l  t   0,8  2,3 (m) 2 Thay vào cơng thức ta có: 49 = 1,15 Rc = 97,75  2.3 4.2,3    ln  ln   25,65 () 2.3,14.3  0,06 4.2,3   t=0,8m t'=2,3m l=3m a Hình 3- 6: Sơ đồ đóng cọc b sung c Tính điện trở hệ thống sau đóng cọc Sau tính Rt Rc ta tính điện trở nối đất nhân tạo hệ thống vòng – cọc: Rnt  Rc Rt  0,5 Rc  t  n.Rt  c (2-11) Trong đó: Rc: Điện trở cọc Rt: Điện trở mạch vòng t: Hệ số sử dụng mạch vòng c: Hệ số sử dụng cọc n: Số cọc hệ thống Trong công thức ta ch biết Rc Rt ta phải tìm Rnt đạt giá trị nhỏ đảm bảo sau tính tốn nối đất chống sét mà đảm bảo tiêu chuẩn nối đất chống sét Rc Rt phụ thuộc vào số cọc ta xét 50 a Vậy ta xét theo tỷ số l với thông số: l 1032 a1   a1  1.l  Số cọc n1 =   344 (cọc) l a1 l 1032 a2   a2  2.l  số cọc n2 =   172 (cọc) l a2 a3 l 1032   a3  3.l  số cọc n3 =   114,66 (cọc) l a3 Tra bảng (2-4 2-6) tài liệu [2] ta có: Số cọc: n1 = 344 cọc t = 0,19 c = 0,33 n2 = 172 cọc t = 0,23 c = 0,54 n3 = 115 cọc t = 0,33 c = 0,57 Để an toàn ta sử dụng trường hợp có điện trở R nt nhỏ Sử dụng trường hợp có a1/l = Số cọc 344(cọc) Thay số liệu có vào cơng thức: Rnt = Rc Rt 25, 64.0,   0, 21() Rc t  Rt c n 25, 64.0,19  0, 6.0,33.344 Điện trở nối đất hệ thống sau đóng thêm cọc RHT = Rnt Rtn 0, 21.0,169 =  0, 093 () Rnt  Rtn 0, 21  0,169 Ta tiến hành kiểm tra điều kiện chống sét hệ thống nối đất l Tính L Lo  0,  ln  0,31 ( H / m )  r   516   Lo  0, ln  0,31  2,108 ( H / m )  0, 01  51 Tính G: 2.l.RNTSET Go  Trong đó: Go   4.103 () 2.516.0,093 T1  Lo Go l 2,108.4.103.5162   261, 47 ( s )  3,142 k  T1  ds  261, 47  14,46 Ta chọn k khoảng t 115 (kZ+)  ds   Bảng – 3: Bảng tính tốn chuỗi  e TK k 1 k T bảng ta có 15 k k 1  1,58  ds  TK e  1,  k 1 k 17 Vậy 52 Z  0, ds    2.169,5  1 (1,58  1, 4)   3, 45 () 3  2.2,977.10 516   Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 3,45= 517,66 kV > U50% MBA = 460 (kV) Ta thấy phải tiến hành nối đất b sung để đảm bảo khơng có phóng điện ngược Trong nối đất b sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm cọc chân cột thu sét chân thiết bị Chọn nối đất b sung loại thép dẹp có: chiều dài l=12 m, bề rộng b= 0,04 m Dọc theo chiều dài có chơn cọc trịn có:chiều dài cọc l=3 m, đường kính d = 0,04 m hoảng cách hai cọc a= m, độ chôn sâu t=0,8 m Điện trở nối đất là: Rt =  tt K l ln 2. l h.d Trong đó: K=1 tt =  Kmt =85 1,25 = 106,25 ( .m ) l = 12 m, h = 0,8 m, d = b / = 0,04 / = 0,02 (m) → Rt = 106,25 1.12 ln  12,83 () 2. 12 0,8.0,02 Tính điện trở cọc: Rc  tt 2.l l 4t ' l (ln  ln ) 2.l. d 4t ' l d = 0,04 (m) 53 t = 0,8 + 3/2 = 2,3 (m) l=12m t'=2,3m t=0,8m l=3m a=6m Hình 3- 7: Sơ đồ nối đất b sung Rc  97,75  2.3 4.2,3    ln  ln   25,65 () 2.3,14.3  0,04 4.2,3   Điện trở nối đất b sung xác định theo RbxS RCS RtS = S RC  t  n.Rt  C Tra bảng phần phụ lục ta có: ht = 0,92 , hC = 0,85 Với n = 3; a  2 l RbxS = 12,83.27,73  6,11 () 12,83.0,85.3  27,73.0,92 54 KẾT LUẬN Qua tháng thực đề tài tốt nghiệp giúp đỡ tận tình Th.S Đỗ Thị Hồng Lý thầy cô môn Điện tự động công nghiệp, cố gắng thân kiến thức sau năm học trường, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV” Trong trình nghiên cứu em thực vấn đề sau:  Sự ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện  Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp  Thiết kế hệ thống nối đất Tuy nhiên, nhiều hạn chế kiến thức thân hiểu biết thực tế cịn nhiều hạn chế Vì vậy, đề tài cịn nhiều thiếu sót có hạn chế định nên em mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Nguyễn Hữu hái (2001), Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp, NXB KHKT Vũ Viết Đạn(2005) ,Giáo trình kỹ thuật điện cao áp.,Bộ mơn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Đình Thắng (2007), Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội, GS TS Lã Văn Út(2005), Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, TS Đào Quang Thạc, TS Phạm Văn Hòa(2005), Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, PGS TS Trần Bách(2005), Lưới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 56