Thiết kế hệ thống chống sét toàn diện và nối đất cho trang trại điện gió ngoài khơi

Nội dung chính của đồ án: Chương I: Giới thiệu tổng quan về năng lượng gió Chương II: Triết lý nền tảng và yêu cầu Chương III: Mô Hình Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi Chương IV: Chống S

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT

TOÀN DIỆN VÀ NỐI ĐẤT CHO TRANG TRẠI

ĐIỆN GIÓ NGOÀI KHƠI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn : ThS LÊ CÔNG HÂN Sinh viên thực hiện 1 : HỒ VIỆT TÂN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn : ThS Lê Công Hân

Sinh viên thực hiện : Hồ Việt Tân MSV: 1911505120239 Lớp:19D1

: Lê Văn Vinh MSV1911504210262 Lớp: 19D1

Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Chống Sét Toàn Diện Và Nối Đất Cho Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi

Điểm đánh giá: Xếp loại:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2023

Giáo viên hướng dẫn

(ký tên và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Giáo viên hướng dẫn : ThS Lê Công Hân

Sinh viên thực hiện : Hồ Việt Tân MSV: 1911505120239 Lớp:19D1

: Lê Văn Vinh MSV1911504210262 Lớp: 19D1

Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Chống Sét Toàn Diện Và Nối Đất Cho Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi

Điểm đánh giá: Xếp loại:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2023

Giáo viên phản biện

(ký tên và ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT

Sinh viên thực hiện : Hồ Việt Tân MSV : 1911505120239 Lớp : 19D1

: Lê Văn Vinh MSV : 1911504210262 Lớp : 19D1

Mục tiêu chính của dự án là mô hình hóa và phân tích các nguyên tắc nối đất khác nhau cho hệ thống cáp nội đồng của một trang trại gió ngoài khơi Việc nối đất trong trang trại gió là một điểm quan trọng cần xử lý Điều quan trọng là cung cấp nền tảng chính xác để đảm bảo an toàn cho cá nhân làm việc ở nơi này và bảo vệ thiết bị.Các vấn đề chính mà các trang trại gió gặp phải là các lỗi nối đất đơn (80%) Trong dự án này sẽ được phân tích hành vi của hệ thống với sự nhiễu loạn này bằng cách sử dụng nền tảng đã chọn Nó sẽ thu được điện áp và dòng điện ở các điểm khác nhau của hệ thống Các thông số thu được sẽ được phân tích, so sánh để có được nền tảng tốt nhất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Công Hân

Sinh viên thực hiện: Hồ Việt Tân Mã SV : 1911505120239

: Lê Văn Vinh Mã SV : 1911505120262

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT TOÀN DIỆN VÀ NỐI ĐẤT CHO

TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ NGOÀI KHƠI

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Tài liệu về hệ thống nối đất cho trang trại điện gió ngoài khơi

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương I: Giới thiệu tổng quan về năng lượng gió

Chương II: Triết lý nền tảng và yêu cầu

Chương III: Mô Hình Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi

Chương IV: Chống Sét Trực Tiếp Và Lan Truyền

Chương V: Hệ Thống Nối Đất Cho Các Trụ Điện Gió

Chương VI: Mô Hình Hóa Các Loại Nối Đất Khác Nhau

Chương VII: Phân tích và đánh giá

Đà Nẵng, ngày 07 tháng 09 năm 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian hơn 4 năm học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng

Có lẽ đồ án tốt nghiệp là môn học cuối cùng đánh dấu sự kết thúc của quá trình học tập

và rèn luyện các kiến thức cơ bản cho đến các kiến thức liên quan đến chuyên ngành,đồng thời mở ra con đường thực tế đi vào cuộc sống trong tương lai Quá trình làm đồ

án đã giúp chúng em tìm tòi, thu thập, tổng hợp lại các kiến thức đã được học trongsuốt quá trình những năm học vừa qua, qua đó rèn luyện cho chúng em khả năng tínhtoán và giải quyết các vấn đề liên quan đến chuyên ngành

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp này chúng em đã gặp không ít khó khăn vàtrở ngại do vốn kiến thức và khả năng còn nhiều hạn chế Dù bận rộn rất nhiều côngviệc nhưng thầy ThS Lê Công Hân đã giành nhiều thời gian và tâm huyết quan tâmchỉ dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án Thầy luôn tận tình, chỉ bảo và sữachữa những vấn đề quan trọng giúp chúng em định hướng và làm theo hướng đúngđắn, chính sự tận tậm, tâm huyết của thầy đã giúp chúng em có được một tình thần,niềm tin và khối lượng kiến thức phong phú để đến ngày hôm nay đồ án tốt nghiệp củachúng em đã được hoàn thành đúng thời gian quy định

Với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâusắc đến Ban giám hiệu Nhà trường cùng toàn thể thầy, cô giáo bộ môn trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng, cùng các thầy cô trong khoa Điện Điện Tử, Ngành HệThống Cung Cấp Điện đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo chúng em trong suốtquá trình học tập tại trường, đặc biệt là thầy ThS.Lê Công Hân giảng viên trực tiếphướng dẫn chúng em đồ án tốt nghiệp này đã quan tâm, cung cấp các tài liệu, nhiệttình hướng dẫn trong quá trình làm và hoàn thành đồ án

Sau cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, luôn bên cạnhủng hộ và động viên, cảm ơn tất cả bạn bè đã cùng nhau gắn bó trong suốt quá trìnhhọc tập, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian qua, cũng như trong quá trình hoànthiện đồ án tốt nghiệp này

CAM ĐOAN

Nhóm sinh viên thực hiện “ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP” xin cam đoan bài báo cáo

đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết Kế Hệ Thống Chống Sét Toàn Diện Và Nối ĐấtCho Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi” là một bài báo cáo độc lập dựa trên sự cố gắng,

nỗ lực của cả nhóm, giúp đỡ từ phía nhà trường và dưới sự hướng dẫn nhiệt tình củathầy ThS.Lê Công Hân

Mọi thông số kỹ thuật, số liệu phân tích, hình ảnh, viết báo cáo, xây dựng môhình đều do nhóm sinh viên chúng em tự tìm hiểu, phân tích kỹ càng một cách kháchquan, uy tín, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng Ngoài ra, không có sự sao chép củangười khác Nhóm chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật trước Khoa vàNhà trường nếu có sự không trung thực trong quá trình nghiên cứu đề tài này

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện

(chữ ký và họ tên sinh viên)

Lê Văn Vinh

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ii

TÓM TẮT iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI NÓI ĐẦU v

CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC i

MỞ ĐẦU iii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1

1 Giới Thiệu: 1

1.1 Bối cảnh: 1

1.2 Tiềm năng phát triển năng lượng điện gió Việt Nam 1

1.2 Xây dựng vấn đề 5

1.3 Mục tiêu 5

1.4 Giới hạn dự án 6

1.5 Cấu trúc báo cáo 6

CHƯƠNG 2: TRIẾT LÝ NỀN TẢNG VÀ YÊU CẦU 7

1.Giới thiệu 7

2 Phương pháp nối đất trung tính của hệ thống 8

2.1 Hệ thống không nối đất 8

2.2 Hệ thống nối đất 9

2.3 Nối đất điện trở 9

2.4 Lỗi trung hòa nối đất 10

3 So sánh các hệ thống nối đất khác nhau 11

4 Để hệ thống ở trạng thái trung tính 12

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ NGOÀI KHƠI 15

1 Giới thiệu tổng quan trụ điện gió ngoài khơi 15

2 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của các tuabin gió 16

3 Mô phỏng mô hình trang trại gió 18

CHƯƠNG 4: CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP VÀ LAN TRUYỀN 24

1 Khái niệm chung: 24

1.1 Các yêu cầu kỹ thuật: 24

1.2 Hậu quả của tuabin gió khi bị sét đánh trúng 25

2 Chống sét trực tiếp và lan truyền 27

2.1 Chống sét trực tiếp 29

2.2 Chống sét lan truyền 30

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO CÁC TRỤ ĐIỆN GIÓ 36

1 Hệ thống nối đất cho các trụ điện gió 36

2 Thiết kế trạm nối đất: 36

CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH HÓA CÁC LOẠI NỐI ĐẤT KHÁC NHAU 50

1.Hệ thống không nối đất 50

2 Hệ thống nối đất 50

3 Nối đất điện trở 51

3 1 Nối đất điện trở thấp 51

3.2 Nối đất có điện trở cao 52

CHƯƠNG 7: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ 55

1 Giới thiệu về phân tích đoản mạch 55

2 Ngắn mạch một pha chạm đất 56

3 Ngắn mạch một pha chạm đất trên thanh cái 16 kA 57

4 Kết luận 60

DANH MỤC BẢN

Bảng 1: Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp nối đất 11

Bảng 2 tiếp theo cho thấy các đặc tính của tuabin gió 20

Bảng 3: Thông số của các đường dây 22

Bảng 4: Thông số máy biến áp trạm biến áp 23

Bảng 5: Ngắn mạch ba pha trên 1 thanh cái 38

Bảng 5.1 Kết quả ngắn mạch 3 pha trên 1 thanh cái 38

Bảng 6: Ngắn mạch 3 pha trên tất cả các thanh cái 39

Bảng 6.1: Bảng kết quả ngắn mạch 3 pha trên tất cả các thanh cái 39

Bảng 7: Ngắn mạch 2 pha b-c tại 1 thanh cái 40

Bảng 7.1:Bảng kết quả ngắn mạch 2 pha b-c tại 1 thanh cái 40

Bảng 8: Ngắn mạch 2 pha b-c trên tất cả các thanh cái 41

Bảng 8.1: Kết quả ngắn mạch 2 phab-c trên tất cả các thanh cái 41

Bảng 9: Ngắn mạch 1 pha chạm đất trên 1 thanh cái 42

Bảng 9.1: Kết quả ngắn mạch 1 pha a chạm đất trên 1 thanh cái 42

Bảng 10: Ngắn mạch 1 pha chạm đất trên tất cả thanh cái 43

Bảng 10.1: Kết quả ngắn mạch 1 pha chạm đất trên tất cả thanh cái 43

DANH MỤC HÌN

Hình 2.1 Hệ thống không nối đất 8

Hình 2.2: Hệ thống nối đất 9

Hình 2.3: Nối đất điện trở 9

Hình 2.4: Lỗi trung hòa nối đất 10

Hình 2.5: Nối đất trong máy phát điện 12

Hình 2.6: Kết nối wye-delta 12

Hình 2.7: Máy biến áp nối đất hình 13

Hình 2.8: Máy biến áp nối đất Wye-delta 14

Hình 3-1: Mô hình trang trại gió ngoài khơi, 2 dây chuyền, gồm 6 tuabin gió 18

Hình 3-2 Khoảng cách giữa các tuabin gió 19

Hình 3-3 Sơ đồ chung của DFIG 19

Hình 3-4: Sự chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện trong turbine gió 20

Hình 3-5 Kiểm soát cao độ 21

Hình 3-6: Cho thấy mô hình của Wind Turbine 22

Hình 4.1:Cho thấy một ứng dụng điển hình của phương pháp quả cầu 30

Hình 6.1 Hệ thống không nối trong máy biến áp của đường dây cao phí điện áp 50

Hình 6-2 Nối đất trong máy biến áp của đường dây cao phí điện áp 51

Hình 6-3 Nối đất điện trở thấp trong máy biến áp ở mức cao phía điện áp 52

Hình 6.4 Nối đất điện trở cao 53

Hình 7.2: Sơ đồ ngắn mạch trở kháng một pha với đất 56

Hình7.1: Sơ đồ chung ngắn mạch 1 pha nối đất 56

Hình 7.3: Dạng sóng của dòng điện và điện áp khi sự cố trên thanh cái 16 kA 57

Hình 7.4:Dạng sóng điện áp và dòng điện ngắn mạch phía MV 58

Hình 7.5 :Dạng sóng điện áp và dòng điện ngắn mạch phía MV 59

Hình 7.6 Mô phỏng dạng sóng điện áp LV Turbine 1.2 59

Hình 7.7 Dòng ngắn mạch 1 pha a phía LV Turbine 1.2 60

Việc nghiên cứu năng lượng gió ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhànghiên cứu, nhất là trong tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng năng lượng hiện nay Nănglượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, hoàn toàn miễn phi, không gây ônhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ổn Hiện nay, năng lượng gió đã dầndần đi vào cuộc sống của con người, chúng được áp dụng khá rộng rãi trong dân dụng

và trong công nghiệp dưới nhiều hình thức khác nhau

Năng lượng gió có rất nhiều các ưu điểm ưu việc Vì vậy cần có phương pháp nốiđất trong trang trại gió là một điểm quan trọng cần xử lý Điều quan trọng là cung cấpnền tảng chính xác để đảm bảo an toàn cho cá nhân làm việc ở nơi này và bảo vệ thiết

bị Do đó nên em đã chọn đề tài “Thiết kế chống sét toàn diện và nối đất cho trang trại gió ngoài khơi.” Được mô phỏng qua phần mềm Digsilent PowerFactory Đề tàinày được thực hiện trong 7 chương:

Chương I: Giới thiệu tổng quan về năng lượng gió

Chương II: Triết lý nền tảng và yêu cầu

Chương III: Mô Hình Trang Trại Điện Gió Ngoài Khơi

Chương IV: Chống Sét Trực Tiếp Và Lan Truyền

Chương V: Hệ Thống Nối Đất Cho Các Trụ Điện Gió

Chương VI: Mô Hình Hóa Các Loại Nối Đất Khác Nhau

Chương VII: Phân tích và đánh giá

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG

để giải quyết các vấn đề như tiếng ồn, ô nhiễm thị giác và các vấn đề tranh chấp đấtđai

Tuabin gió ngoài khơi ít gây khó chịu hơn tuabin trên đất liền, vì kích thước rõràng và tiếng ồn của chúng được giảm thiểu bởi khoảng cách Bởi vì nước có bề mặt ít

gồ ghề hơn đất liền (đặc biệt là nước sâu hơn), tốc độ gió trung bình thường cao hơnđáng kể trên biển khơi

1.2 Tiềm năng phát triển năng lượng điện gió Việt Nam

 Các cơ chế hỗ trợ cho điện gió ngoài khơi ở Việt Nam

 Các chính sách hỗ trợ phát triển NLTT, bao gồm giá FIT

Lộ trình phát triển 10GW điện gió ngoài khơi( Giai đoạn 2023-2030)

 Các chính sách tiềm năng hỗ trợ NL gió ngoài khơi

 Phân tích Swot tiềm năng ĐGNK như nguồn NLTT dồi dào.

Thế mạnh

1 Kiến thức chuyên sâu phát triển công

trình ngoài khơi trong nước và quốc tế.

2 Nhiều bài học rút ra từ kinh nghiệm

thực tế của các nước đi trước trong phòng thí

nghiệm và trong quá trình xây dựng chính

sách.

3 Thành tích ấn tượng về công nghệ ngoài

khơi và hoạt động hàng hải, nạo vét, đóng tàu,

từ ngành O&G.

4 Kinh nghiệm với hệ thống đấu thầu hiệu

quả và hiệu quả đã được kiểm chứng thông

qua các dự án phát triển năng lượng gió gần

bờ.

Điểm yếu

1 Đầu tư vật chất và phi vật chất còn nhỏ so với các nước (đặc biệt là Đan Mạch, Đức và Vương quốc Anh).

2 Tương đối muộn để các start-up tham gia tích cực vào lĩnh vực năng lượng gió ngoài khơi ở Việt Nam.

Cơ hội

1 Điện gió ngoài khơi là một giải pháp

hứa hẹn về độ ổn định hệ thống và phi carbon

hóa ngành điện Việt Nam (có khả năng mở

rộng, dự báo chính xác, tăng khả năng linh

hoạt hệ thống).

2 Hỗ trợ kỹ thuật để xây dựng chính sách

phát triển ĐGNK

3 Thăm dò cảng Năng lượng & hậu cần để

xây dựng chuỗi cung ứng thúc đẩy đầu tư hơn

nữa vào lĩnh vực OW.

4 Lợi ích kinh tế xã hội của ngành công

nghiệp OW.

5 Hợp tác với các đối tác phát triển khác

bằng cách cung cấp và nâng cao năng lực

chuyên môn trong phát triển từng phần của

chuỗi cung ứng

Thách thức

1 Rủi ro về các thủ tục không

rõ ràng và sự không chắc chắn vìchưa

được chứng minh trên thị trường

2 Niềm tin của các nhà đầu tư

3 Thiếu rõ ràng về kế hoạchphát triển điện gió dài hạn củaChính phủ

4 Công suất lưới điện hiện cókhông đủ để nối lưới các trang trạiđiện

gió mới quy mô lớn

1.2 Xây dựng vấn đề

Dự án này muốn phân tích và hiển thị các cấu hình nối đất khác nhau cho mộttrang trại điện gió ngoài khơi Bốn loại nối đất khác nhau đã được xem xét: không nốiđất, nối đất, nối đất điện trở thấp và cuộn dây Petersen

Trang trại gió được hình thành từ hai chuỗi tuabin gió Mô hình tuabin gió đượccấp gấp đôi máy phát cuộn cảm (DFIG)

Với mục đích này, người ta đã quyết định tạo ra mô hình trang trại gió, sử dụng

phần mềm Digsilent PowerFactory Digsilent PowerFactory là một công cụ mạnh mẽ

và chuyên dụng để mô phỏng các vấn đề liên quan đến hệ thống điện Các cấu hìnhkhác nhau phải được phân tích khi xảy ra đoản mạch một pha xuống đất ở phía điện ápthấp

Các dạng sóng khác nhau của điện áp và dòng điện đã thu được để nối đất đượcxem xét và các hành vi trong các dạng sóng này đã được nghiên cứu

1.3 Mục tiêu

Mục tiêu chính của đồ án là mô hình hóa và phân tích các loại nối đất khác nhaucho trang trại điện gió ngoài khơi Công cụ mô phỏng Digsilent PowerFactory được sửdụng để mô phỏng Việc phân tích so sánh, nghiên cứu kỹ thuật những ưu nhược điểm

để tìm ra phương pháp nối đất tối ưu

Các mục tiêu chính của dự án được tóm tắt dưới đây:

1 Giới thiệu tổng quan về năng lượng gió

2 Triết lý nền tảng và yêu cầu

3 Mô hình trang trại điện gió ngoài khơi

4 Chống sét trực tiếp và lan truyền

5 Hệ thống nối đất cho các trụ điện gió

6 Mô hình hóa các loại nối đất khác nhau

7 Phân tích và đánh giá

1.4 Giới hạn dự án

Phạm vi công việc trong dự án này có thể rộng hơn nhiều Thật không may, cómột số hạn chế Những hạn chế quan trọng nhất của dự án này được mô tả dưới đây

 Giấy phép khóa Digsilent chỉ có thể hoạt động cho 50 nút

 Trong phân tích ngắn mạch, chỉ có một pha nối đất đã được xem xét ở phía điện

áp thấp

 Phân tích lỗi sét chưa được xem xét

 Đánh giá chi phí và yêu cầu thiết bị chưa được xem xét

1.5 Cấu trúc báo cáo

Báo cáo bao gồm 7 chương Trong chương đầu tiên, một bài thuyết trình của báocáo được thực hiện, một giới thiệu về chủ đề được trình bày, việc xây dựng vấn đề,mục tiêu và hạn chế của dự án cũng được trình bày Mục đích của chương thứ hai là

mô tả các nền tảng khác nhau và so sánh chúng Mô hình trang trại điện gió ngoài khơiđược trình bày trong chương 3, ở đây các phần khác nhau của trang trại gió được mô

tả Chương 4 trình bày chống sét trực tiếp và lan truyền Trong chương 5, hệ thống nốiđất cho các trụ điện gió mô hình hóa các loại nối đất khác nhau Chương 6 và chương

7 cho thấy kết luận của phân tích và đánh giá

CHƯƠNG 2: TRIẾT LÝ NỀN TẢNG VÀ YÊU CẦU

1.Giới thiệu

Việc nối đất có một số chức năng, có điểm chung là sử dụng đất Có hai loại nốiđất:

 Nối đất bảo vệ: để bảo vệ người và thiết bị khỏi điện áp nguy hiểm

 Nối đất của hệ thống: kết nối giữa đất và hệ thống điện Thường được thực hiện ởcác điểm trung tính

Dưới đây là những lý do tại sao nối đất được sử dụng:

 An toàn : bảo vệ người và thiết bị có giá trị điện áp cao

 Đặt mạng nối đất thành điện thế đất: để tránh điện áp nguy hiểm do khớp nối điệndung

 Giảm dòng điện của sự cố đất: sự kết nối của hệ thống đất thông qua một trở kháng

để hạn chế các dòng sự cố trong trường hợp sự cố đất

 Giảm quá áp: nối đất có thể làm giảm quá áp bằng cách:

+ Đứt gãy đất chuyển tiếp: các đứt gãy với hồ quang tạo ra quá áp trong các phakhỏe mạnh Những quá áp này cao trong hệ thống đất bị cô lập

+ Tăng điện thế trung tính: trong một hệ thống cách ly, sự cố nối đất gây ra rằngtrung tính của hệ thống có điện áp bằng điện áp pha Các pha tăng √3 lần điện áp của

nó Nếu hệ thống được đưa xuống đất, quá áp sẽ thấp hơn nếu nối đất hiệu quả và mứccách ly của thiết bị có thể thấp hơn

+ Hiện tượng quá độ và sét: hệ thống nối đất, mặc dù không làm giảm quá áp do

cơ động và sét, cho phép phân phối lại điện áp giữa các pha và giảm khả năng xảy ra

sự cố cô lập giữa pha và đất

+ Đơn giản hóa vị trí của các lỗi: một hệ thống nối đất tạo ra một dòng lỗi có thểđược phát hiện dễ dàng để xác định vị trí điểm lỗi

2 Phương pháp nối đất trung tính của hệ thống

Hệ thống nối đất có thể được phân loại theo các kết nối trung tính của hệ thốngđất:

2.1 Hệ thống không nối đất

Hệ thống không nối đất không có kết nối dây trung tính với đất

Thực sự, các hệ thống cách ly được kết nối với đất của khớp nối điện dung giữa dây dẫn hệ thống và mặt đất

2.2 Hệ thống nối đất

Hệ thống nối đất có kết nối trực tiếp dây trung tính với đất

Thuận lợi

 Dễ dàng phát hiện và khoanh vùng các lỗi nối đất của hệ thống

 Giới hạn quá áp do sự cố và quá độ của đất

Khó khăn

 Các đứt gãy đất mạnh hơn Việc bảo vệ tốc độ cao là các hệ thống pháthiện lỗi cần thiết để hạn chế các tác động nhiệt và cơ học lên thiết bị Chúng được sử dụng trong các hệ thống HV

Tùy thuộc vào giá trị sử dụng của điện trở nối đất, có hai phương pháp khác biệt:Nối đất điện trở cao

Ưu điểm của nối đất điện trở cao:

 Nó không phải là cần thiết một kích hoạt ngay lập tức chống lại một lỗi đầu tiêncho đất

 Giảm thiệt hại bởi hiệu ứng nhiệt và điện động lực học

 Giảm quá áp thoáng qua bằng thao tác

Nhược điểm của nối đất điện trở cao:

 Tương tự như không nối Các pha tăng lên √3 lần điện áp của nó

Nối đất điện trở thấp

Ưu điểm và nhược điểm của nối đất có điện trở thấp tương tự như hệ thống nối đất nhưng ít tác động có hại hơn trong quá trình bị lỗi Điều này là do nó bị giảm dòng điện vào đất

2.4 Lỗi trung hòa nối đất

Hệ thống lỗi trung hòa nối đất là nối đất thông qua một biến phản ứng, chẳng hạnnhư cuộn dây Petersen

Hệ số cảm ứng của cuộn dây được tính toán để cộng hưởng với công suất nối đấtcủa hệ thống, do đó khi có sự cố chạm đất, dòng điện sự cố giảm cho đến giá trị điệntrở nhỏ

Thuận lợi:

Hình 2.4: Lỗi trung hòa nối đất

 Trong sự cố đất, dòng điện rất thấp và cùng pha với điện áp, vì vậy các đứt gãyvới hồ quang dễ bị tuyệt chủng.

 Sự cố chạm đất không liên quan đến việc kích hoạt tức thời thì tính liên tục củanguồn cung cấp tốt hơn

Không nối đất Giới hạn dòng đứt

Nối đất điện trở

(nếu nó được so sánh với hệ

thống nối đất)

Hạn chế dòng đứt gãy đất Các biện pháp bảo vệ cần thiết phức tạp hơnNối đất phản

ứng (nếu nó được so sánh

với không có căn cứ)

Giảm quá áp

Khiến dòng đứt gãy đất cao

hơnLỗi trung hòa

nối đất gần như bằng khôngDòng điện lỗi Các biện pháp bảo vệ cần thiết phức tạp hơn

4 Để hệ thống ở trạng thái trung tính

Hình thức thông thường để có được điểm trung tính để nối đất cho hệ thống là sửdụng máy biến áp với cuộn dây nối wye hoặc trung tính của máy phát Nếu không thể,máy biến áp nối đất hoặc phản ứng được sử dụng

Các hình thức khác nhau để có được hệ thống trung lập được đề cập như sau:

 Nối đất trong máy phát điện

Các trung tính của máy phát điện thường được kết nối với đất thông qua một trởkháng để giảm dòng lỗi một pha (lỗi phổ biến nhất), trực tiếp hoặc thông qua máy biến

áp một pha

 Nối đất trong máy biến áp

Sau đây có thể được sử dụng các điểm trung tính của máy biến áp có kết nốiwye-delta và trung tính của máy biến áp tự động và máy biến áp wye-wye với bậc ba

bù ở đồng bằng

Một ví dụ về máy biến áp có kết nối wye-delta như sau

Thông thường, các máy biến áp có kết nối wye-wye không được sử dụng ngoạitrừ trong một số trường hợp nối đất có điện trở cao hoặc cộng hưởng

 Máy biến áp nối đất

Hình 2.5: Nối đất trong máy phát điện

Hình 2.6: Kết nối wye-delta

Hình 2.7: Máy biến áp nối đất

Máy biến áp nối đất có thể được sử dụng để có được một trung tính Hai loại máybiến áp nối đất được sử dụng nhiều hơn là:

 Máy biến áp nối đất

Nó được nhìn thấy trong sơ đồ sau đây kết nối bên trong của máy biến áp

Khi không có lỗi trong hệ thống, một dòng điện từ hóa nhỏ chạy trong cuộn dâymáy biến áp Điều này là do trở kháng của máy biến áp đối với điện áp ba pha cânbằng cao Thay vào đó, trở kháng của máy biến áp với điện áp dãy không thấp để dòngđiện sự cô nối đất có thể cao Máy biến áp chia dòng điện sự cố nối đất thành ba thànhphần bằng nhau Các thành phần này chảy trong ba cuộn dây của máy biến áp

 Máy biến áp nối đất Wye-delta

Một ví dụ về máy biến áp nối đất wye-delta có thể là ví dụ được hiển thị bên dưới

Loại cấu hình này được sử dụng để nối đất hiệu quả hoặc để thực hiện nối đấtkiểu điện trở của một hệ thống không nối đất hiện có Để cung cấp đường dẫn chodòng điện chuỗi không, kết nối delta phải được đóng và định mức điện áp delta được

cố định cho bất kỳ giá trị tiêu chuẩn nào

Trong hình, nó được hiển thị một điện trở giữa trung tính sơ cấp và nối đất, điệntrở này giới hạn dòng điện sự cố nối đất đến mức thỏa mãn cho các hệ thống nối đấtđiện trở

Hình 2.8: Máy biến áp nối đất Wye-delta

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ NGOÀI KHƠI

1 Giới thiệu tổng quan trụ điện gió ngoài khơi

Tua bin gió là những công trình cao hàng trăm mét lại biệt lập với khu vực xungquanh, nó được cấu tạo bởi các thiết bị điện tử nhạy cảm, tất cả đều là các yếu tố khiếnsét trở thành mối đe dọa rình rập

Cấu tạo của các tuabin gió rất độc đáo, và những cấu trúc cao bằng kim loại nàyrất dễ bị hư hại do sét đánh Chúng cũng khó được bảo vệ bằng cách sử dụng các côngnghệ chống sét lan truyền thông thường mà chủ yếu hy sinh bản thân sau một lần tăngsóng duy nhất Các tuabin gió có thể tăng chiều cao hơn 150 mét và thường được đặttrên mặt đất cao ở những khu vực hẻo lánh tiếp xúc với các yếu tố, kể cả sét đánh Các thành phần tiếp xúc nhiều nhất của tuabin gió là các cánh quạt và nan hoa, vàchúng thường được làm bằng vật liệu composite không thể chịu được một tia sét trựctiếp Một cuộc tấn công trực tiếp điển hình thường xảy ra với các cánh quạt, tạo ra tìnhhuống trong đó dòng điện truyền qua các bộ phận tuabin bên trong cối xay gió và cókhả năng đến tất cả các khu vực được kết nối điện của trang trại Các khu vực thườngđược sử dụng cho các trang trại gió có điều kiện tiếp đất kém và trang trại gió hiện đại

có các thiết bị điện tử xử lý cực kỳ nhạy Tất cả những vấn đề này làm cho việc bảo vệtuabin gió khỏi những hư hại do sét gây ra trở nên rất khó khăn

Trong bản thân cấu trúc tuabin gió, các thiết bị điện tử và ổ trục rất dễ bị sétđánh Chi phí bảo trì liên quan đến tuabin gió cao do những khó khăn trong việc thaythế các bộ phận này Đưa các công nghệ có thể cải thiện mức trung bình thống kê đểthay thế các thành phần cần thiết là một nguồn thảo luận lớn trong hầu hết các phònghội đồng và các cơ quan chính phủ liên quan đến sản xuất gió

2 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của các tuabin gió

Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào Một cách đơn giản là một tuabin gió làmviệc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạtđiện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện

Các tuabin gió hoạt động theomột nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của giólàm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính vàtrục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện

Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thuhầu hết năng lượng gió Ở tốc độ 30mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gióbất thường

Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng

có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn

Nhìn từ phía ngoài vào một xưởng năng lượng gió thấy được một nhóm cáctuabin làm việc và tạo ra điện nhờ các đường dây tiện ích như thế nào?Điện đượctruyền qua dây dẫn phân phối từ các nhà, các cơ sở kinh doanh, các trường học

 Một số bộ phận cơ bản của tua-bin gió

Cột tua bin (Tower): thường được sản xuất bằng thép, cao từ 50-80 mét, nặng

khoảng 100-200 tấn, chiếm 66% trọng lượng của 1 tua bin

Rotor: bao gồm cánh quạt và trục

Cánh quạt (Blade): thường gồm 3 cánh, dài từ 30-55 mét; nặng khoảng

6-10 tấn, 70-75% trọng lượng là sợi thủy tinh - là bộ phận duy nhất cần nhiều lao động

để dán các lớp sợi thủy tinh lên khuôn cánh cũng như hoàn thiện mép cánh

Hộp số (Gearbox): để chuyển tốc độ quay chậm của cánh quạt lên tốc độ quay

nhanh cho máy phát Một số tua bin hiện đại dùng công nghệ truyền động trực tiếpkhông cần hộp số Hộp số nặng khoảng 5-15% trọng lượng tua bin

Máy phát (Generator): chuyển chuyển động quay từ hộp số thành điện qua

một máy phát AC 750-10.000 kVA, trọng lượng 2-6% của tua bin

Bộ điều khiển (Controller): để khởi động động cơ khi tốc độ gió đạt từ

12-22 km/h hoặc tắt động cơ khi tốc độ gió quá cao (>104 km/h) nhằm tránh quá tải chomáy phát

3 Mô phỏng mô hình trang trại gió

Hình 3-1 tiếp theo thể hiện mô hình trang trại gió ngoài khơi Mô hình đã đượcthực hiện với phần mềm Digsilent PowerFactory

Hình 3-1: Mô hình trang trại gió ngoài khơi, 2 dây chuyền, gồm 6 tuabin gió

Mô hình này bao gồm 6 tuabin gió, mỗi tuabin 5MW, do phần mềm lomitationtrên các nút Khoảng cách giữa các tuabin gió là 882 m, được tính toán thông qua hệthức ∅𝑟o𝑡o𝑟 × 7, where Ø is the rotor diameter 126 𝑚 × 7 = 882 𝑚.

Đối với tuabin gió đã được chọn một tuabin gió có tốc độ thay đổi với máy phátđiện cảm ứng cấp nguồn kép (DFIG) và điều khiển bước cánh lưỡi cắt

Hệ thống này bao gồm một hộp số và một máy phát không đồng bộ có stato đangkết nối trực tiếp với lưới điện và rôto của nó đang kết nối qua hai tần số bộ chuyển đổisang lưới

Hình 3-2 Khoảng cách giữa các tuabin gió

Hình 3-3 Sơ đồ chung của DFIG

Những tua bin gió này hiệu quả hơn những tua bin gió được nối với lưới trựctiếp Đó là do chúng có thể chạy ở tốc độ khác nhau Cũng là gián tiếp kết nối với lướiđiện có thể điều khiển công suất phản kháng để cải thiện chất lượng điện năng cho lướiđiện.

Nhược điểm là tăng giá do sử dụng bộ điều khiển phức tạp hơn hệ thống và điện

tử công suất

Bảng 2 tiếp theo cho thấy các đặc tính của tuabin gió.

Thông số điện & cơ khí

Độ trượt của máy phát bắt đầu tăng khi ở gần công suất định mức của tuabin Cóhai chiến lược quyền lực điều khiển tùy thuộc vào nguồn điện vượt quá hoặc dưới chế

độ hoạt động bình thường:

Khi gió mạnh, công suất thu được cao hơn công suất định mức, Hình 3-5 Kiểmsoát cao độ và sau đó độ trượt tăng lên và rôto quay nhanh hơn Điều này xảy ra chođến khi cơ chế thay đổi cao độ của cánh quạt sẽ giải quyết vấn đề, dẫn hướng các cánhquạt và thu được ít năng lượng gió hơn

Nếu điều ngược lại xảy ra, gió giảm đột ngột, bộ điều khiển sẽ kiểm tra vài lầnmỗi giây năng lượng được tạo ra và làm thế nào để có được càng nhiều sức mạnh nhất

có thể, độ cao của lưỡi dao được thay đổi

Cơ chế thay đổi bước thường bằng động cơ thủy lực hoặc bằng máy liên tục đượcđặt trong vỏ bọc

Khi gió đạt tốc độ trên 15 m / s, điều khiển điều chỉnh cao độ, để thu được ít

năng lượng gió hơn Sau đó, công suất thu được là không đổi như trong hình

Hình 3-5 Kiểm soát cao độ

Hình 3-6: Cho thấy mô hình của Wind Turbine

Các tuabin gió được kết nối thông qua cáp JDR 36kV 3x500 mm2 Cáp từ trạmbiến áp ngoài khơi vào đất liền là NEXANS TKVA 245 kV 3x1x400 mm2

Bảng 3: Thông số của các đường dây

Điện kháng X0’ Ohm/km 0.186 0.297

Bảng 4: Thông số máy biến áp trạm biến áp

Kết nối của máy biến áp với đất là D, YN Sự phản kháng ở trung tính của máybiến áp phía hạ áp sẽ được thay đổi để nghiên cứu cách nối đất khác nhau

CHƯƠNG 4: CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP VÀ LAN TRUYỀN

1 Khái niệm chung:

Phương pháp bảo vệ cơ bản của các trạm phát điện gió cần đáp ứng các yêu cầucủa tiêu chuẩn chống sét quốc tế IEC 62305-1 đến 4 và tiêu chuẩn quốc gia

Các yêu cầu chung và đặc biệt đối với các ứng dụng trong ngành năng lượng giócần phải đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 61400-24 Trong đó đưa ra các yêucầu về bảo vệ cánh quạt, các thành phần kết cấu khác, ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếpcủa xung quá áp lên hệ thống điện và điều khiển, đồng thời đưa ra yêu cầu về các yếu

tố môi trường điển hình mà SPD có thể chịu đựng và hoạt động hiệu quả

Cấp độ bảo vệ của các thiết bị chống sét được chia thành 4 bậc theo tiêuchuẩn IEC 62305, với khả năng triệt xung quá áp giảm dần từ 1 đến 4 Bộ tuabinđiện gió cùng với hệ thống thành phần nên được phân loại theo cấp độ bảo vệ caonhất phù hợp tiêu chuẩn IEC61400-24

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho công trình thường dùng các hệthống thu sét (cột thu sét, dây thu sét) một hệ thống thu sét gồm bộ phận thu sét (kim,dây), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận trên với nhau (dây nối đất).Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh bộ phận thusét, tạo nên trường lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên đạo do đó thu hút các phóng điệnsét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và xung quanh hệ thống thu sét, ngoài ra

bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điệntích cảm ứng phía mặt đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trêncác bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ để gây nên phóng điện ngược từ nó tớicông trình cần được bảo vệ

1.1 Các yêu cầu kỹ thuật:

Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế và mỹ thuật của công trình,khithiết kế hệ thống chống sét toàn diện và nối đất cho trang trại điện gió ngoài khơi, cầnphải chú ý đến nối đất của cột thu sét và tính chất của công trình Vì vậy cần thoả mãncác yêu cầu sau:

 Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét phải bao trùm toàn bộ công trình cần bảo vệ

an toàn

 Hệ thống thu sét có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt cách ly côngtrình tuỳ thuộc

Bản chất của chống sét lan truyền là duy nhất trong số các công nghệ chống sétlan truyền vì nó tiếp tục bảo vệ thiết bị ngay cả khi được kích hoạt và không cần thaythế hoặc đặt lại sau khi có tia sét Điều này cho phép máy phát điện gió duy trì hoạtđộng trực tuyến trong thời gian dài hơn Bất kỳ cải tiến nào đối với mức trung bìnhthống kê của các trạng thái ngoại tuyến và thời gian mà tuabin ngừng hoạt động để bảotrì cuối cùng sẽ mang lại chi phí cao hơn cho người tiêu dùng.

Việc ngăn ngừa hư hỏng đối với mạch điện áp thấp và điều khiển là rất quantrọng, vì các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hơn 50% sự cố tuabin gió là do sự cố của cácloại linh kiện này Các sự cố được ghi nhận bằng tài liệu của thiết bị do sét đánh trựctiếp và do sét đánh và dòng chảy ngược lan truyền ngay sau khi có sét đánh, là phổbiến Các bộ chống sét được lắp đặt cho phía lưới điện của hệ thống được nối đất cùngvới phía điện áp thấp để giảm điện trở tiếp đất, tăng khả năng chịu va đập của toàn bộdây chuyền đối với một tuabin gió

Tuy nhiên, một hệ thống chống sét được lắp đặt đúng cách sẽ ngăn chặn tia sét vàdẫn nó xuống đất một cách hiệu quả và an toàn mà không có nguy cơ phá hủy vật lýđối với tuabin gió Vấn đề này ngày càng trở nên nghiêm trọng khi các hệ thống tuabingió ngày càng trở nên phức tạp và dễ bị sét đánh

Hệ thống chống sét cho turbin có chi phí thấp hơn 1% tổng chi phí vốn trong khi

nó cải thiện đáng kể hiệu quả chi phí và độ tin cậy của tuabin gió

1.2 Hậu quả của tuabin gió khi bị sét đánh trúng

Hư hỏng hệ thống điều khiển: