Nghiên ứu giải pháp hống sét ho á đối tượng thuộ khu vự nhà điều khiển ủa trạm biến áp

Việc nghiên cứu đề tài này có mục đích nh sau:- Đánh giá đợc hiệu quả của hệ thống bảo vệ quá áp trên lới điện trung áp và ảnh hởng của sét lên mạch cung cấp nguồn cho các thiết bị t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHƯƠNG THẾ ANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG THUỘC KHU VỰC NHÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA TRẠM BIẾN ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Hà Nội, 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131809341000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHƯƠNG THẾ ANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG THUỘC KHU VỰC NHÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA TRẠM BIẾN ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN LÂN TRÁNG Hà Nội, 2008 Luận văn tốt nghiệp cao học MụC LụC Mở ®Çu CHƯƠNG nhà điều khiển trạm biến áp hệ thống truyền tải điện Việt Nam 1.1 KÕt cÊu xây dựng nhà điều khiển 1.2 Phòng phân phối trung áp 1.3 Phòng thiết bị điều khiển 1.3.1 Bè trÝ chung phòng thiết bị điều khiển 1.3.2 Tủ phân phối điện xoay chiều hạ áp (tự dùng) 1.3.3 Tđ ®iỊu khiĨn ®iƯn chiỊu 1.3.4 HÖ thống điều khiển trạm biến áp truyền tải 1.4 Phần thiết bị viễn thông 10 1.5 Một số đánh giá chung thiết bị hệ thống điều khiển trạm biến áp hƯ thèng ®iƯn ViƯt Nam 10 CHƯƠNG 13 Ph©n tích nguyên lý phát sinh tác hại xung điện áp sét tác động đến thiết bị nhà điều khiển 13 2.1 Ph©n tích số loại xung điện áp 13 2.1.1 Xung điện ¸p chuyÓn tiÕp 13 2.1.2 Nguyên nhân sinh điện áp xung .15 2.2 §iĨm qua mét sè kiÕn thøc vÒ sÐt 16 2.3 Phân tích nguyên nhân dẫn đến điện áp xung làm h hỏng thiết bị nhà điều khiển phòng thiết bị thông tin viƠn th«ng 21 2.3.1 KÕt nèi dạng điện trở 21 2.3.2 KÕt nèi c¶m øng 24 2.3.3 KÕt nèi ®iƯn dung 24 2.3.4 ¶nh hëng cđa sét lên mạch cung cấp nguồn cho thiết bị nhà điều khiển thiết bị phòng thông tin viễn th«ng 24 2.3.4 ¶nh hëng cđa sÐt qua hƯ thèng tiÕp ®Êt 26 2.4 HËu qu¶ tác động điện áp xung sét đến thiết bị nhà điều khiển thiết bị viễn th«ng 30 2.5 Sự bảo vệ có cần thiết hay kh«ng 32 CHƯƠNG 34 sử dụng mô hình nguồn phát xung sét chuẩn mô hình chống sét van trung áp để đánh giá ảnh hởng sét đờng nguồn hạ áp sét đánh trực tiếp lên đờng dây trung áp 34 3.1 Mô hình nguồn phát xung sét chuẩn 34 Häc Viªn: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học 3.1.1 Xung sét quy định theo tiêu chuẩn thử nghiệm dòng điện xung sÐt: 34 3.1.2 Mơ hình nguồn phát xung sét chuẩn xây dựng môi trường Matlab 35 3.1.3 Tính tốn thơng số cho mơ hình 39 3.1.4 Chạy mơ mơ hình nguồn phát xung dòng điện sét chuẩn cho dòng điện sét chuẩn có dạng sóng 10kA_10/350μs 41 3.2 Mơ hình chống sét van trung áp MV_ MOV 44 3.2.1 Mơ hình sử dụng 44 3.2.2 Phương pháp xác định thông số 44 3.2.3 Mơ hình phần tử phi tuyến A A 45 3.2.4 Mơ hình chống sét van trung hoàn chỉnh 47 3.2.5 Thực mơ hình mơ cho chống sét van hãng giới 48 3.3 Khảo sát tợng điện áp đờng nguồn hạ áp sét đánh trực tiếp tới đờng dây trung áp 52 3.3.1 Mô hệ thống bảo vệ áp sét lan truyền đường dây 52 3.3.2 Mơ hình hệ thống bảo vệ áp 53 4.3 Đánh giá hiệu bảo vệ van chng sột trung ỏp 56 CHƯƠNG 59 Đề XUấT giải PHáP ChốNG ảNH HƯởNG CủA XUNG QUá ĐIệN áP DO SéT TáC ĐộNG ĐếN CáC THIếT Bị TRONG NHà ĐIềU KHIểN 59 4.1 Chống xung điện áp phơng pháp dây, nối đất 59 4.1.1 Biện pháp dây cáp loại 59 4.1.2 Biện pháp liên quan tíi nèi ®Êt 60 4.2 Chống xung điện áp sét cho thiết bị thiết bị chống sét 63 4.2.1 Giải pháp chống xung điện áp 63 4.2.2 C¸ch lùa chọn thiết bị chống xung điện áp sét 64 4.2.3 Mét sè ®iĨm quan träng lắp đặt thiết bị chống xung áp 71 4.3 Mức đầu t bảo vệ chống xung điện áp 75 KÕt luËn 77 TàI LIệU THAM KHảO 79 Giíi thiƯu mét sè trang web liªn quan 80 số từ viết tắt đề tài 80 MéT Sè PHô LơC Phơ lơc 1: Th«ng sè kü tht cđa mét sè MOV trung thÕ Phô lôc 2: Mét sè thiÕt bÞ chèng sÐt lan trun Phơ lơc 3: Mét sè hình ảnh khảo sát thực tế Phụ lục 4: Hệ thèng cÊp ®iƯn tù dïng cho TBA 110kV Can léc Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học Mở đầu Trong năm qua Tập đoàn Điện Lực Việt Nam quan tâm đến lĩnh vực nghiên cứu chống sét Đà có số đề tài nghiên cứu khoa học đề cập tới nhiều mặt lĩnh vực này, nhng tài liệu chủ yếu quan tâm nhiều tới nội dung chống sét cho hệ thống điện nh đờng dây trạm biến áp (TBA) Trên giới vấn đề nghiên cứu chống sét tác động vào đối tợng nhà điều khiển TBA đợc ý quan tâm Qua nghiên cứu rút đợc ý nghĩa cần thiết nh: có nội dung tởng chừng nh không quan trọng nhng lại có vai trò lớn bảo vệ chống sét với đối tợng cần bảo vệ nhạy cảm với xung điện áp nh thiết bị điện tử, thông tin viễn thông Hiện Việt Nam cha có tài liệu chuyên chủ đề chống sét cho đối tợng nhà điều khiển TBA Các quy phạm, tiêu chuẩn ViƯt Nam vỊ lÜnh vùc nµy cha cËp nhËt, bỉ xung nội dung cho phù hợp với tình hình phát triển chung công nghệ giới Việc nghiên cứu đề tài có mục đích nh sau: - Đánh giá đợc hiệu hệ thống bảo vệ áp lới điện trung áp ảnh hởng sét lên mạch cung cấp nguồn cho thiết bị nhà điều khiển qua hệ thống mô mô hình nguồn phát xung sét chuẩn mô hình chống sét van trung áp để từ đề xuất giải pháp chống sét cho thiết bị điện tử thiết bị thông tin nhà điều khiển -Hoàn thành tài liệu dùng để tham khảo trình thiết kế dự án Thông tin chung qua khảo sát số trạm biến áp cho thấy thực tế cha có nhiều tợng h hỏng đợc xác định gắn với tỵng sÐt xong cịng cã mét sè sù cè h hỏng thiết bị điều khiển, tự động hoá trạm điện, nhà máy điện thuộc EVN quản lý nhng việc xác định nguyên nhân gặp nhiều khó khăn Nhiều ý kiến cho có cố gắn với nguyên nhân điện áp thiên nhiên Việc hoàn toàn có lý mà thiết bị đợc nâng cấp chuyển sang hệ dùng mạch tích hợp (IC), chíp vi xử lý mật độ cao ngày nhiều Những hệ thiết bị có tính u việt song lại có nhợc điểm mức chịu điện áp thấp Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học Các thiết bị hệ cũ có khả chịu đợc xung điện áp mà hệ dễ dàng bị phá hủy Trong phụ lục 3, ảnh P4.6 có ghi lại kiện lúc 23g30 phút TBA 220kV-Việt Trì có tợng sét đánh làm lỗi đờng truyền từ rơ le vào máy tính làm hệ thống bị cô lập không điều khiển đợc Để chống điện áp cho thiết bị hiệu cần phải có đầu t nghiên cứu biện pháp tổng hợp nh nối đất, lắp đặt thiết bị chống sét mới, dây cáp Em xin chân thành cảm ơn hớng dẫn tận tình thầy hớng dẫn PGS.TS Nguyễn Lân Tráng, thầy cô giáo môn Hệ thống điệntrờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè, đồng nghiệp đà giúp đỡ em trình hoàn thiện luận văn Tuy nhiên, thời gian hạn chế, nhiệm vụ nghiên cứu có liên quan đến nhiều vấn đề đòi hỏi vốn kiến thức rộng lợng thông tin lớn lĩnh vực hệ thống điện hệ thống thông tin nên đà cố gắng, song chắn em không tránh khỏi sai sót Em mong muốn chân thành cảm ơn góp ý nhận xét thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2008 Ngời viết Khơng Thế Anh Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học CHƯƠNG nhà điều khiển trạm biến áp hệ thống truyền tải điện Việt Nam Để có xem xét ảnh hởng xung sét đến thiết bị điện tử nhà điều khiển trạm biến áp, ta xem xét cấu tạo thành phần nhà điều hành làm cho việc nghiên cứu chống sét cho thiết bị 1.1 Kết cấu xây dựng nhà điều khiển Nhà điều khiển trạm biến áp trạm truyền tải 110kV, 220kV nói chung thờng loại nhà tầng, có diện tích khoảng 20 x 25m, tùy theo quy mô công suất số lợng máy biến áp, số lộ tới lộ có nhà đợc xây dựng đến diện tích 500m2 Trong nhà thờng có phòng: phòng đặt thiết bị điều khiển, phòng đặt thiết bị phân phối, phòng acquy, phòng trực nhân viên, phòng kho Tùy theo nhu cầu thực tế dạng thiết bị mà phòng có diện tích khác Đối với trạm dùng thiết bị cũ Liên Xô có kích thớc lớn chiếm diện tích nhiều, với trạm xây dựng gần chủ yếu thiết bị hệ dạng số hoá với công nghệ cao có độ chiếm dụng không gian nhỏ đợc bố trí khuôn viên gọn nhỏ Một số nhà điều hành nhà tầng nh nhà điều hành trạm biến áp 220 - 110kV Thái Nguyên Các nhà điều khiển đợc thiết kế nằm khuôn viên mặt chung trạm Phần xây dựng ®ỵc chèng sÐt trùc tiÕp b»ng hƯ thèng chèng sÐt chung trạm Phạm vi bảo vệ hệ thống chống sét đợc kỹ s thiết kế trạm tính toán theo tiêu chuẩn ngành xây dựng Với trạm Việt Nam Liên Xô thiết kế thờng tính theo tiêu chuẩn chống sét cho công trình Bộ Xây dựng: TCXD 46-84 Đây tiêu chuẩn thực tế đợc soạn thảo từ tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng Liên Xô thập niên 1960 Với trạm đợc tổ chức t vấn nớc thiết kế nh trạm 500kV Hoà Bình, Phú Lâm, Hà Tĩnh đợc tính theo tiêu chuẩn chống sét tổ chức quốc tế nh tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng: IEC 61024; NPA 780; BS 61024 Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học Phần hệ thống nối đất nhà trạm nói chung đợc thiết kế gắn liền với tổng thể mạng nối đất trạm biến áp 1.2 Phòng phân phối trung áp Các tủ điện phân phối thờng cấp điện áp trung nh: 35kV; 22kV; 10kV; 6kV C¸c lé trung ¸p cấp tuyến trung thế, khu công nghiệp phụ tải cao áp nh nhà xởng, động dùng điện áp cao Nh phòng phân phối trung áp gồm tủ phân phối, thiết bị đóng cắt chuyển mạch, thiết bị bảo vệ, thiết bị phụ khác Các đờng cáp điện lực vào tủ phân phối thờng đợc ngầm theo mơng cáp bê tông cốt thép xây gạch xi măng Các cáp đặt giá chuyên dụng Phòng phân phối thờng đợc xây dựng chung với nhà điều khiển có hình dạng, quy mô, theo nhu cầu hộ phụ tải quy hoạch tơng lai Với trạm biến áp truyền tải cho hộ bình thờng phòng phân phối thờng lộ nhng với trạm biến áp nhà máy lớn nh cán thép, xi măng, nhà máy lọc dầu, hóa chất thờng có nhiều lộ cung cấp cho hộ phụ tải chuyên dùng Các trạm có phòng phân phối lớn nhiều đờng, mơng cáp điện lực, cáp điều khiển 1.3 Phòng thiết bị điều khiển 1.3.1 Bố trí chung phòng thiết bị điều khiển Gồm nhiều tủ chứa thiết bị điều khiển, đo đếm, thị thông số hệ thống điện Thờng phòng điều khiển trạm điện 110kV, 220kV có công suất trung bình nhỏ, có lộ đến đi, máy biến áp phòng bố trí tủ điều khiển, tủ đo đếm công tơ, tủ viễn thông, tủ phân phối điện xoay chiều, tự dùng chiều chung phòng Một số nhà điều khiển trạm có số lợng biến áp lớn, nhiều ngăn lộ bố trí riêng nh có phòng chứa thiết bị điều khiển, phòng thiết bị phân phối, phòng viễn thông v.v Tuy nhiên Việt Nam nhiều loại nhà điều khiển có bố trí khác phụ thuộc vào điều kiện địa hình, mức độ diện tích cho phép ý đồ thẩm mỹ riêng nguời thiết kế Nhng tất có khuôn mẫu chung tủ lắp thiết bị tôn khung sắt bố trí mặt nhà trạm có mơng cáp ngầm Các cáp cấp nguồn cáp tín hiệu thu nhận, điều khiển đợc bố trí chạy mơng cáp Một số nhà điều khiển tầng (ví dụ nh nhà điều khiển trạm biến áp 110 220kV Thái Nguyên) Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiệp cao học có thêm tầng lửng tầng đợc coi nh mơng cáp ngầm, cáp điện đợc bố trí chạy tầng lửng Đây mô hình hay thuận tiện cho thi công kiểm tra vận hành, sửa chữa Các nhân viên trực điều hành thờng đợc bố trí vị trí làm việc phòng thiết bị điều khiển 1.3.2 Tủ pphh ân pphh ố i đđii ện xxoo ay cchh i ều hhạạ áp (t(tựự ddùù ng ) Thờng trạm điện có máy biếp áp tự dùng đợc lấy từ nguồn trung khác mục đích để tăng cờng an toàn cung cấp điện Các nhu cầu dùng điện toàn trạm đợc lấy từ máy biến áp Tủ phân phối xoay chiều có nhiệm vụ phân phối cho hộ phụ tải điện tự dùng trạm Các phụ tải tự dùng trạm bao gồm: máy nạp acquy, ánh sáng trạm, thiết bị sử dụng điện xoay chiều hạ áp hệ thống tự động điều khiển, thiết bị dân dụng phục vụ nhân viên Các máy biến áp tự dùng thờng đợc bố trí mặt gần nhà trạm điều khiển, đợc đặt mặt đất, số đợc bố trí giá sắt Các cáp điện lực trung áp hạ áp đợc bố trí ngầm hào cáp Các điều kiện nối đất đợc thực theo quy định chung quy phạm ngành Tủ điều khiển phân phối xoay chiều có nhiệm vụ điều khiển việc cấp điện cho phụ tải yêu cầu trạm Hình 1-1 sơ đồ tự dùng trạm biến áp 110 kV Gò Đầm Thái Nguyên Hình 1-1- Sơ đồ điện tự dùng trạm biến áp 110 kV Gò Đầm 1.3.3 Tủ đđii ều kkhh iển đđii ện c h i ều Trong trạm có nhiều phụ tải dùng điện chiều nh chiếu sáng cố, mạch cấp điện cho động máy cắt, cấp điện cho tủ điều khiển, thiết bị đo lờng, thiết bị viễn thông Thờng trạm đợc trạng bị acquy tủ thiết bị nạp acquy Cáp nguồn nạp đợc lấy từ nguồn phân phối xoay chiều trạm Các cáp cấp điện cho nạp cáp cấp nguồn chiều phụ tải đợc bố trí mơng cáp Học Viên: Khơng Thế Anh-Lớp cao học khoá 2005-2007 Luận văn tốt nghiƯp cao häc 1.3.4 HƯ tthh è n g ®®iiỊu kkhh i ển ccủủ a ttrr ạm bbii ến áp ttrr uy ền ttải ải Đây phần phức tạp nhà điều khiển Các thiết bị đợc bố trí thành tủ có nhiều chức năng, nhiệm vụ Các chức gồm nhiệm vụ sau: - Các hiển thị thông số máy biến áp, đờng dây nh: điện áp, dòng điện lộ, nhiệt độ, tần số điện áp nguồn, công suất loại - Các thiết bị điều khiển đóng cắt: máy cắt cao áp lộ, máy cắt phân đoạn, đóng cắt thiết bị khác khỏi mạng cao áp, đóng cắt tiếp đất - Các thiết bị đo lờng công suất tiêu thụ - Các thiết bị rơle bảo vệ máy biến áp, rơle bảo vệ đờng dây Hiện với trạm 220kV trở lên số trạm 110kV đà lắp đặt vận hành hệ thống SCADA/EMS/DMS Đây hệ thống đại dùng công tác tự động hóa, giám sát, điều khiển từ xa Các thiết bị hầu hết hệ kỹ thuật số Các đờng truyền chủ yếu dùng qua mạng nội bộ, mạng viễn thông Điện lực, mạng viễn thông ngành viễn thông Nh việc giao tiếp thiết bị với phong phú Nhng khả tiếp xúc với nguồn điện áp lớn việc nghiên cứu chống tác động trở lên cần thiết Các thiết bị nhà điều khiển đợc liên kết với với thiết bị khác trạm dây cáp điện điều khiển đợc mơng cáp nội trạm nhà điều khiển Tùy theo quy mô trạm mà mức độ thiết bị có khác nhng nói chung số lợng cáp tham gia hệ thống điều khiển lớn luận văn trình bày tóm lợc quy mô yêu cầu chung hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp làm cho đề xuất giải pháp chống sét cho thiết bị điện tử, thiết bị kỹ thuật số thiết bị thông tin nhà điều khiển trạm biến áp trạm biến áp Học Viên: Khơng ThÕ Anh-Líp cao häc kho¸ 2005-2007