ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110KV THẠCH LINH Giáo viên hướng dẫn PHAN HỒNG THỊNH

I.Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II.Giáo viên hướng dẫn: PHAN HỒNG THỊNH III.Đề tài: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/35 kV THẠCH LINH VI. Các nội dung chính: 1) Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35kV. 2) Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/35kV. 3) Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110kV. 4) Tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tới trạm biến áp phía 110kV.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN HỆ THỐNG ĐIỆN CỘNG HỊA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNG - PHUC **************************************** Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: Tại chức Hà Tĩnh THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/35 kV THẠCH LINH (Sơ đồ mặt cho hình vẽ kèm theo đây) - Khoảng vượt đường dây 110 kV là: 192 m - Điện trở suất đất  d = 0,82 ⋅104 Ωcm = 82Ωm - Kích thước trạm: + phía 110 kV: 37 x 65 m + phía 35 kV: 43 x 50 m - Độ cao xà: + phía 110 kV 11m + phía 35 kV 8m m - Điện trở nối đất cột điện Rcot = 9, 2Ω NỘI DUNG Phần đồ án: I, Chương I: Tính tốn chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kV II, Chương II: Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp 110/35 kV III, Chương IV: Tính tiêu chống sét cho đường dây 110 kV IV, Chương IV: Tính tốn bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ đường dây 110 kV Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành thiết kế: Giáo viên hướng dẫn PHAN HỒNG THỊNH By Giangdt Số liệu ban đầu gồm: 37m 5m 9m 9m 9m 5m mặt trạm 110/35KV THạCH LINH 11m 5m 11m 1,5m 5m 5m 5m 5m 5m 5m 5m 2m 4,5m 11m 11m 7m 4,5m 110kV 22m 6m 3m 3,5m 3,5m 8m 8m 8m 4,5m 4m 6,5m 2m T2 T1 5m 6m 6m 5m 6m 6m 35kV 11m 6m 8m 43m 4,5m 11m 6m 5m 2m 2m khu c«ng nhân viên phòng phân phối 10kv 18m phòng điều khiển 18m 3m 5m 50m 3m 37m 87m By Giangdt 2,5m 3,5m 65m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển khoa học điện nguồn lượng quan trọng lĩnh vực Nước ta thời kỳ cơng nghiệp hố đại hố nên điện góp phần đáng kể nghiệp cơng nghiệp hố đại hố đất nước Để đảm bảo cung cấp điện liên tục chất lượng tốt bảo vệ chống sét cho hệ thống điện có vị trí quan trọng Trong phạm vi đồ án thiết kế phải làm vấn đề sau: Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35 kV Thạch Linh Chương II : Tính tốn nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm biến Chương III: Tính tiêu chống sét cho đường dây 110 kV Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây110 kV vào trạm Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính tốn đồ án rút số kết luận sau: Quá trình học tập với cố gắng nỗ lực thân đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo Phan Hồng Thịnh đồ án hoàn thành Nhưng thời gian có hạn, với thiếu sót kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi thiếu sót cần bổ sung Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giúp đỡ hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án Sinh viên thực Nguyễn Văn Khâm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm By Giangdt áp 110/35 kV Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp Chương I: TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP VàO TRạM Biến áp 110/35 KV ******* Mở đầu Việt Nam nước nhiệt đới mưa nhiều có độ ẩm cao sét hoạt động mạnh, số ngày sét năm từ 50 ữ 100 ngày Sét nguy hiểm đưa đến hậu nghiêm trọng thiết bị điện trạm phân phối điện trời bị sét đánh trực tiếp Vì sét đánh trực tiếp vào công trình gây tăng áp xung quanh, gây nên hư hỏng đồng thời làm ngừng việc cung cấp điện toàn thời gian dài làm thiệt hại kinh tế, ảnh hưởng trực tiếp tới ngành sản xuất sinh hoạt nhân dân, mà hầu hết trạm xây dựng trời Nếu biện pháp bảo vệ nguy rủi ro cao Do cần thiết phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp người ta thường đặt cột thu sét dây thu sét Cột thu sét thiết bị để tránh sét mà ngược lại dïng ®Ĩ thu hót phãng ®iƯn sÐt vỊ phÝa nã cách sử dụng mũi nhọn nhân tạo sau dẫn dòng điện sét xuống đất Sử dụng cột thu sét với mục đích để sét đánh xác vào điểm định sẵn mặt đất vào điểm công trình Cột thu sét tạo khoảng không gian gần cột thu sét (trong có vật cần bảo vệ), có khả bị sét đánh gọi phạm vi bảo vệ CáC YÊU CầU Kỹ THUậT 1)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 công trình xà, cột đèn chiếu sáng đặt độc lập Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm By Giangdt thiết bị, phá hỏng cách điện dẫn đến phóng điện sang thiết bị khác Đồ ¸n tèt nghiƯp kü th t ®iƯn cao ¸p - Khi đặt hệ thống cột thu sét thân công trình, tận dụng độ cao vốn có công 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 is 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 lớn 15m - Khi đặt cách ly hệ thống thu sét công trình phải có khoảng cách định, khoảng cách bé có phóng điện không khí đất 2) Phần dẫn ®iƯn cđa hƯ thèng thu sÐt cã ph¶i cã tiÕt diện đủ lớn để đảm bảo thoả mÃn điều kiện ổn định nhiệt có dòng điện sét qua Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm By Giangdt ®iĨm nèi ®Êt vµo hƯ thèng nèi ®Êt cđa hƯ thống thu sét vỏ MBA theo đường điện phải Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét 3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 1) Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đường kính xác định công thøc rx  1,6 (h  h x ) hx 1 h (1–1) Trong ®ã: h: ®é cao cét thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ rx: bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận tiện tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh hình chóp có dạng đường gÃy khúc biểu diễn hình vẽ a 0,2h h b 0,8h c a' 0,75h 1,5h R Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Bán kính bảo vệ mức cao khác tính toán theo công thức sau + Nếu h x h h th× rx  1,5.h.(1 - x ) 0,8.h h h th× rx  0,75.h.(1 - x ) h Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Kh©m + NÕu h x  (1–2) (1–3) By Giangdt h- hx= ha: ®é cao hiƯu dơng cét thu sét Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp Chú ý: Các công thức trường hợp cột thu sét cao 30m Hiệu cột thu sét cao 30m có giảm sút độ cao định hướng sét giữ số Có thể dùng công thức để tính phạm vi bảo vệ phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với p 5,5 h hình vẽ dùng hoành độ 0,75hp 1,5hp 2) Phạm vi b¶o vƯ cđa hai hay nhiỊu cét thu sÐt Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét kết hợp lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét phối hợp khoảng cách a hai cột phải thoả mÃn điều kiện a < 7h (h chiều cao cột) Phạm vi b¶o vƯ cđa hai cét thu sÐt cã cïng ®é cao By Giangdt - Khi hai cét thu sÐt có độ cao h đặt cách khoảng cách a (a < 7h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu sét ho ®­ỵc tÝnh nh­ sau: ho  h - a (14) Sơ đồ phạm vi bảo vệ hai cột thu sÐt cã chiÒu cao b»ng R 0,2h h ho 0,75h hx 1,5h a rx r0x Hình 1.2: Phạm vi b¶o vƯ cđa hai cét thu sÐt gièng TÝnh rox: + NÕu h x  Sinh viªn thùc hiện: Nguyễn Văn Khâm h h o rox  1,5 h o (1 x ) 0,8h o (15) Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao ¸p + NÕu h x  h h o th× rox  0,75h o (1 - x ) ho (1–6) Chó ý: Khi ®é cao cđa cét thu sét vượt 30m hiệu chỉnh phần ý mục phải tính ho theo công thức: ho h - a 7p (17) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Giả sử có hai cét thu sÐt : cét cã chiÒu cao h1, cét cã chiỊu cao h2 vµ h1 > h2 Hai cột cách khoảng a Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao h1, sau qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm Điểm By Giangdt xem đỉnh cột thu sét giả định, với cột thấp h2, hình thành đôi cột độ cao h2 với khoảng cách a Phần lại giống phạm vi bảo vƯ cđa cét 1 0,2h2 h2 1,6h2 h1 ho 0,75h2 a' x 0,75h1 1,6h1 a H×nh 1.3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét khác Phạm vi bảo vệ nhóm cột (số cột >2) Một nhóm cột hình thành đa giác phạm vi bảo vệ xác định toàn miền đa giác phần giới hạn bao giống đôi cột Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp a a b D b c D Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ nhóm cột Vật có độ cao hx nằm đa giác hình thành cột thu sét bảo vệ thoả mÃn điều kiện: D = 8.(h - hx) (18) Với D đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p D ha.p= 8.(h - hx).p (19) mô tả trạm biến áp thạch linh cần bảo vệ Trạm Thạch Linh cã tỉng diƯn tÝch S = 4555m2, gåm hai phÇn 110kV 35kV Tại trung tâm trạm đặt hai máy biến áp T1 T2 - Phía 110kV bao gồm lộ dây đến xà đỡ Độ cao xà cần bảo vệ 11 m - Phía 35kV bao gồm lộ dây xà đỡ Độ cao xà cần bảo vệ m 6m Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm By Giangdt Chú ý: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 37,000m 5,000m 9,000m 9,000m 11m 9,000m 5,000m 5,025m 11m 1,5m 5,000m 5,000m 5,000m 5,000m 5,000m 5,000m 5,000m 2m 4,5m 11m 11m 7,000m 4,5m 110kV 22m 6,000m 3,000m 3,5m 3,5m 8m 8m 8m 4,5m 4,000m 6,5m 2,000m T2 T1 5,000m 6m 6m 6m 35kV 11m 6m 6m 5,000m 8m 43,000m 4,5m 11m 6m 5,000m 2,000m 2,000m khu công nhân viên phòng phân phối 10 kv 18,000m phòng điều khiển 18,000m 3,000m 5,442m 50,000m 3,000m 37,000m 87,000m Hình1.7: Sơ đồ mặt trạm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 65,025m By Giangdt 2,5m 3,5m Đồ án tốt nghiệp - Kỹ thuật điện cao áp Trường hợp nút x có nhiều đường dây đến lập sơ đồ Peterson cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị Trong trường hợp sơ đồ tương đương giống có đường dây, khác trị số nguồn phải lấy 2Uđt tổng trở sóng phải lấy Zđt n U đt = ∑ α mx U 'mx ( t ) (4-2) m =1 Trong đó: U'mx ( t ) Sóng tới x từ nút m Z đt Z mx tổng trở sóng đường dây nối nút m nút x α mx Là hệ số khúc xạ α mx = Zđt = n ∑Z m =1 mx = Zix // Z jx Sóng khúc xạ Ux tính phương pháp trường hợp đường dây tùy theo tính chất Zx U 2x U 3m Z2 Zm U x2 x U xm U nx U 1x Z1 U x1 Zx U xn Zn Hình vẽ 4-3 Quy tắc sóng đẳng trị Sóng phản xạ Uxm: U xm = U x − U'x (4-3) Công thức trường hợp có sóng tới từ vài đường dây Lúc vài đường dây cịn lại có sóng phản xạ Uxm = Ux Biết chiều dài đường dây nút ta tính thời gian truyền sóng Bằng phương pháp nêu ta hồn tồn xác định q trình lan truyền sóng mạng theo thời gian đồng thời biết điện áp nút Để thuận tiện cho việc tính tốn nút, người ta qui ước chung lấy thời điểm sóng tới nút làm gốc thời gian cho nút Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 95 By Giangdt Zmx Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Như theo đường truyền sóng, gốc thời gian nút phía sau chậm so với nút trước khoảng thời gian thời gian truyền sóng từ nút trước t ( x ) = t ( m ) − t mx (4-4) Gốc thời gian sóng phản xạ từ nút m chọn theo gốc thời gian nút m Gốc thời gian sóng tới nút x chọn theo gốc thời gian nút x Như ký hiệu Umx sóng phản xạ từ nút m, U 'mx sóng tới nút x sóng phản xạ Umx từ nút m truyền đến, ta có: U'mx ( t x ) = U mx ( t m − t mx ) = U mx ( t x − t mx ) (4-5) Nghĩa với cách chọn gốc thời gian U'mx ”chậm sau” Umx khoảng thời gian lần truyền sóng nút m x 2.2 TÍNH TỐN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THI: Nếu điểm nút có ghép điện cảm, điện dung điện trở sóng tới có dạng việc xác định điện áp điểm nút phương pháp toán học thường phức tạp Trong trường hợp dùng phương pháp đồ thị Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây (Hình vẽ 4-4) Ut Z Z x x CSV 2Ut U x CSV Hình vẽ 4-4 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ta có phương trình theo sơ đồ Peterson: (4-6) U t ( t ) = U csv + i csv Z Để xác định điện áp dùng phương pháp đồ thị hình vẽ 4-5 sau: Với loại chống sét van không khe hở: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 96 By Giangdt Do q trình truyền sóng có phản xạ nhiều lần nên q trình tính tốn lập lập lại với nút, số liệu nút sau sử dụng để tính tốn nút trước ngược lại, dùng phương pháp lập bảng có nhiều thuận lợi Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2u t(t) u csv +i csv Z b a i csv Z u csv (t) c d u csv =f(icsv) i Hình vẽ 4-5 Phương pháp đồ thị (chống sét van không khe hở) Với loại chống sét van có khe hở: a u u csv +i csv Z b i csv Z u csv (t) d c u csv i Hình vẽ 4-6 Phương pháp đồ thị (chống sét van có khe hở) Phần bên phải vẽ đặc tính V-A chống sét van điện áp giáng tổng trở sóng icsvZ sau xây dựng đường cong ucsv +icsvZ Phần bên trái vẽ quan hệ 2ut(t) Ứng với trị số a sóng tới gióng ngang sang, xác định điểm b đường cong ucsv +icsvZ Từ điểm b gióng thẳng xuống gặp đường đặc tính V-A điểm c, từ điểm c gióng ngang sang gặp đường gióng từ xuống điểm d, điểm d thuộc đặc tính Ucsv(t), thay đổi giá trị a ta có giá trị d từ xây dựng đặc tính Ucsv(t), độ chênh lệch đường đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van phía đường dây Khi có sóng dạng vào trạm, trước chống sét van làm việc điện áp đặt lên cách điện (cũng điện áp đặt lên chống sét van) có trị số 2ut(t) Chống sét làm việc đường đặc tính V-S giao với đường 2ut(t) lúc điện trở không đường thẳng chống sét van ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điện thiết bị Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 97 By Giangdt v-s 2u t(t) Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2.3 TÍNH TỐN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIẾP TUYẾN: Ut Z Z C 2Ut Uc C Hình vẽ 4-7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây Thực chất phương pháp cách giải đồ thị phương trình vi phân dạng: dY (4-7) + ay = F( t ) dt CZ By Giangdt Ví dụ với sơ đồ sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp với giả thiết điện dung C nạp sẵn tới điện áp UC0 phương trình điện áp viết: dU C ( t ) + U C ( t ) = U ( t ) dt dU C ( t ) U C ( t ) + = 2U( t ) dt T T với T=CZ ∆U C = (2 U ( t ) − U C ( t )) ∆t T ∆U C = (2U( t ) − U C ( t )) ∆t T U C ( t + ∆t ) = U C ( t ) + ∆U C Nếu biết trước đường cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ hàm số 2U(t) Trên hệ tọa độ phụ lệch so với khoảng thời gian T tiến hành việc xác định điện áp UC (t) trước tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian ∆t nhau, sau từ điểm UC0 (trị số Uc t=0) vẽ đường xiên góc tới trị số hàm số 2U(t) thời điểm đầu tiên, thừa nhận khoảng thời gian ∆t hàm UC(t) trùng với đường xiên Tiếp tục từ điểm đường Uc(t) vẽ đường xiên tới trị số hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2∆t = ∆t thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đường xiên Các bước tiến hành tương tự điện áp Uc(t) có dạng đường gãy khúc Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 98 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp u u Uco t T 2l t= v i Hình vẽ 4-6 xác định điện áp Uc(t) phương pháp tiếp tuyến 4.3 Trình tự tính tốn: Khi lập sơ đồ tính tốn cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều bảo đảm số liệu tính toán cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thường phức tạp, để q trình tính tốn khơng phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Có thể tiến hành theo tình tự sau: - Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trang thái sóng Trong sơ đồ đường dây, góp thay đoạn đường dây dài với sóng chúng tính tốn thường lấy gần tổng trở sóng Z=400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v=300m/μs Các thiết bị khác thay điện dung tập trung tương đương Có thể lấy trị số theo bảng: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 99 By Giangdt 4.3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm: Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bảng 4-1: Đặc tính thiết bị Máy biến áp điện lực Cơng suất lớn, có bù điện dung Công suất bé, không bù điện dung Ở trạng thái đóng Ở trạng thái mở Ở trạng thái đóng Ở trạng thái mở Kiểu tụ điện Kiểu khác Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên 1500 300-1000 500 200-500 Máy biến áp đo lường 1000-3000 300 300-800 200-500 40-80 30-60 150-300 100-200 500 300 60 40 200 150 Căn vào sơ đồ đầy đủ với chiều dài đoạn dây, góp biết phân tích sơ tìm trạng thái vận hành bất lợi nhất, thường trạng thái mà thiết bị bảo vệ xa chống sét van, q trình truyền sóng đường dây qua nút có điện dung tập trung có nhiều đường dây rẽ nhánh - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: nút gần điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lượng tính tốn Các điện dung tập trung khơng nằm vị trí cần xác định điện áp nút nút rẽ nhánh đường truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mômen, nghĩa điện dung chia thành phần chuyển hai nút gần với với trị số tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút Sóng truyền từ đường dây 110 kV vào trạm sóng xiên góc biên độ điện áp cách điện U50% đường dây (U50% = 660kV), độ dốc đầu sóng a=380 kA/μs Thanh góp dây nối trạm thay nhiều chuỗi phần tử dạng Π , điện cảm điện dung Π lấy theo trị số tổng trở sóng Trong tính tốn thường lấy gần tổng trở sóng Z=400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300m/μs Điện cảm đơn vị dài góp: L= Z 400 = = 1,33 µH / m v 300 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 100 By Giangdt Loại thiết bị Điện dung T Số trung T số giới hạn bình Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Điện dung đơn vị dài góp: C= 1 = = 8,33( pF / m) Zv 400 ⋅ 300 Sơ đồ đẳng trị trạm đơn giản hóa theo nguyên tắc sau: Chọn theo điều kiện tính tốn nguy hiểm nhất, nặng nề cách điện trạm Ví dụ trạm có nối với đường dây giả thiết sóng vào đường dây cịn đường dây hở mạch Tập trung điện dung vào điểm nút cần xét điểm đặt dao cách ly đường dây, góp, điểm đặt máy biến áp, chống sét van v.v… Điện dung phân bố điểm gần theo định luật mômem tức phân làm hai phần tỷ lệ nghịch với khoảng cách tới nút gần Trạm mà ta cần tính tốn bảo vệ chống sóng truyền vào từ đường dây có sơ đồ nguyên lý sau (hình vẽ 4-7): CL T1 CL MC CL By Giangdt ĐD CSV BU BU CL T2 CL MC CL ĐD CSV Hình vẽ 4-7 Sơ đồ nguyên lý trạm Trạng thái vận hành nguy hiểm trạng thái mà trạm vận hành với máy biến áp AT1 đường dây 1, đường dây hở mạch máy biến áp AT2 nghỉ Vì theo ngun tắc sóng đẳng trị có nhiều đường dây nối vào có sóng qúa điện áp truyền vào trạm từ đường dây biên độ độ dốc sóng đẳng trị giảm không nguy hiểm trường hợp đường dây khác hở mạch sóng truyền vào từ đường dây Ta có sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm sau: (Hình 4-8) + Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 101 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D1 MC CL 60 500 CL 60 CL CSV 60 MBA1 1500 158,27 BU 300 Hình vẽ 4-8 Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm + Điểm điểm đặt dao cách ly đường dây có sóng sét truyền qua + Điểm điểm đặt góp 110 kV trạm biến áp + Điểm điểm đặt chống sét van MBA + Điểm điểm đặt máy biến điện áp (BU) Điện dung góp là: CTG = C0 ⋅ LTG = 8,33 ⋅ 19 = 158,27 (pF) Do tính điện dung góp góp ta gộp góp vào điểm: 18 330 1540 468,3 CSV 300 Hình vẽ 4-9 Sơ đồ rút gọn Khoảng cách điểm sau: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 102 By Giangdt Tiến hành tính điện dung điểm sơ đồ rút gọn sơ đồ điểm sau: Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Điểm 1-2 L1-2 = 18 m + Điểm 2-3 L2-3 = m + Điểm 2-4 L2-4 = m Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: lb lA C CA CB Hình vẽ 4-10 Quy tắc mơmen lực CMC ⋅ CCL ⋅ + 18 18 500 ⋅ 60 ⋅ = 60 + + = 330 (pF) 18 18 C ⋅6 C3 = CMBA + CL 60 ⋅ = 1500 + = 1540 (pF) C4 = CBU = 300 (pF) 12 C2 = CTG + CMC ⋅ + CCL ⋅ + CCL 18 18 = 158, 27 + 500 ⋅ By Giangdt C1 = CCL + 12 + 60 ⋅ + 60 18 18 = 468,3(pF) 4.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn: A, Thời gian truyền sóng nút: - Thời gian truyền sóng nút – 2: t12 = - (μs) Thời gian truyền sóng nút – 3: t23 = - l12 18 = = 0, 06 v 300 l23 = = 0, 03 v 300 (μs) Thời gian truyền sóng nút – 4: t24 = l24 = = 0, 02 v 300 (μs) Chọn Δt = 0,01 (μs) gốc thời gian t = nút B, Tính điện áp nút 1: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 103 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 330 pF, ta có sơ đồ thay peterson sau (hình vẽ 4-11): Ut Z Z Zdt C1= 330 pF 2Udt C1= 330 pF Hình vẽ 4-11 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z 400 = 200 Zđt = = (Ω) 2 2Z ⋅ 200 α = đt = =1 Z 400 => U đt = ∑ α m1U 'm1 = U '01 + U '21 m =1 Khi t < 2t12 = ⋅ 0, 06 = 0.12 Nên: 2Uđt = U’01 Khi t > 2t12 = ⋅ 0, 06 = 0.12 Nên: 2Uđt = U’01 + U’21 (μs) U’21 = (μs) U’21 ≠ Để tính 2Uđt thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút tính nút khoảng thời gian 2t12 Sau tính điện áp nút ta quay trở lại tính điện áp nút U’21 = U21(t–0,06) Với U21 = U2 – U’12 Điên áp nút tính phương pháp tiếp tuyến: T1 = Zđt.C = 200 ⋅ 330 ⋅10−6 = 0,066 (μs) ∆t 0, 01 = = 0,152 T1 0, 066 ΔU1 = 0,152(2Uđt – U1(t)) U1(t+Δt) = ΔU1 + U1(t) C, Tính điện áp nút 2: Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 468,3 pF, ta có sơ đồ thay peterson sau: (h×nh 4-12) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 104 By Giangdt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Z Ut Z Zdt C = 468,3 pF Z C2= 468,3 pF 2Udt By Giangdt Hình vẽ 4-12 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z 400 Zđt = = (Ω) = 133 3 2Z ⋅ 133 α = đt = = 0,667 Z 400 => U đt = ∑ α m U 'm = 0,667( U '12 + U '32 + U '42 ) m =1 Khi t < t12 +2t24 = 0, 06 + ⋅ 0, 02 = 0,1 U’42 = 0, U’32 = Nên: 2Uđt = 0,667U’12 Khi t12 +2t24 t12 +2t24 ta phải qua tâm tới nút 3, Ta tạm dừng tính nút tính nút 3, khoảng thời gian từ t = t12 đến t = t12 + t24 Sau tính điện áp nút 3, ta quay trở lại tính điện áp nút U’32 = U32(t–0,06) Với U32 = U3 – U’23 U’42 = U42(t–0,02) Với U42 = U4 – U’24 Điện áp nút tính phương pháp tiếp tuyến T2 = Zđt.C = 133 ⋅ 468,3 ⋅10−6 = 0,062μs ∆t 0, 01 = = 0,16 T2 0, 062 ΔU2 = 0,16(2Uđt – U2(t)) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 105 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U2(t+Δt) = ΔU2 + U2(t) D, Tính điện áp nút 3: Nút có đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400Ω, tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 1540 pF mắc song song với chống sét van, ta có sơ đồ thay peterson sau (hình vẽ 4-13): Ut Z Zdt C 3= 1540 pF CSV 2Udt C 3= 1540 pF By Giangdt Hình vẽ 4-13 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = 400 (Ω) 2Z ⋅ 400 α = đt = =2 Z 400 => U đt = U '23 U’23 = U23(t–0,03) Với U23 = U2 – U’32 Ta có phương trình ứng với sơ đồ peterson sau: 2Uđt = IZ + Ucsv = (Ic + Icsv)Z + Ucsv Ta nhận thấy chống sét van chưa phóng điện tác dụng tụ chủ yếu, chống sét van phóng điện điện áp chống sét van tụ ổn định, tác dụng tụ yếu tác dụng chống sét van chủ yếu Như nút ta xác định điện áp chống sét van theo phương pháp tiếp tuyến thời gian đầu theo phương pháp đồ thị thời gian sau chống sét van làm việc - Trước chống sét van làm việc: 2Uđt = IZ + Ucsv = Ic Z + Ucsv= Ic Z + Uc T3 = Zđt.C3 = 400 ⋅1540 ⋅10−6 = 0,616 μs ∆t 0, 01 = = 0, 016 T3 0, 616 ΔU3 = 0,016(2Uđt – U3(t)) U3(t+Δt) = ΔU3 + U3(t) - Sau chống sét van làm việc: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 106 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2Uđt = IZ + Ucsv = IcsvZ + Ucsv = 260 I0,026 + ZI Phương trình giải theo phương pháp đồ thị E, Tính điện áp nút 4: Nút có đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400Ω, tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 300 pF, ta có sơ đồ thay peterson sau (hình vẽ 4-14): Ut Z Zdt C 300 pF = 2Udt C 300pF = By Giangdt Hình vẽ 4-14 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = 400 (Ω) 2Z ⋅ 400 α = đt = =2 Z 400 => U đt = U '24 U’24 = U24(t–0,02) Với U24 = U2 – U’42 Điện áp nút tính phương pháp tiếp tuyến: T4 = Zđt.C = 400 ⋅ 300 ⋅10−6 = 0,12 μs ∆t 0, 01 = = 0, 083 T4 0,12 ΔU4 = 0,083(2Uđt – U4(t)) U4(t+Δt) = ΔU4 + U4(t) Sau xác định điện áp nút 3, thời điểm từ t12 đến t12 + t23 ta xác định tất sóng phản xạ tất nút cho thời điểm từ lúc ta xác định điện áp tất cảc nút theo thời gian 4.3.3 Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ: A, đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 110 kV Tra giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính chịu qúa áp máy biến áp 110 kV Bảng 4-2: t(μs) U/Umax 0,31 0,78 U(kV) 310 780 1.5 1000 10 0,97 0,94 0,87 0,81 0,76 0,73 0.71 0.71 0.71 970 940 870 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 810 760 730 710 710 710 107 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp UMBA(kV) 1200 1000 800 600 400 200 t(µs) 0 10 12 Hình vẽ 4-15 đặc tính chịu đựng máy biến áp B, Đặc tính V-S góp: Bảng 4-3: t(μs) 10 11 U(kV) 1740 1580 1440 1360 1220 1180 1180 1180 1180 1180 1180 UTG(kV) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 t(µs) 0 10 12 Hình vẽ 4-16 Đặc tính V-S góp Từ đồ thị cho thấy điện áp góp nằm đường đặc tính chịu đựng góp góp bảo vệ an tồn C, Dịng điện qua chống sét van: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 108 By Giangdt Từ đồ thị cho thấy điện áp máy biến áp nằm đường đặc tính chịu đựng máy biến áp máy biến áp bảo vệ an toàn Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ đồ thị cho thấy điện áp nút nằm đường đặc tính chịu đựng góp máy biến áp góp máy biến áp bảo vệ an toàn icsv(kA) 2,5 1,5 0,5 t(µs) 0 Kết luận: Dòng điện cực đại qua chống sét van là: Icsvmax = 2,86 kA < 10 kA đảm bảo cho chống sét van hoạt động bình thường Sóng khúc xạ giảm số đường dây tăng lên ngược lại Khi sóng lan truyền từ đường dây vào trạm theo sơ đồ Peterson điện áp góp trạm giảm (n – 1) lần có n lộ đường dây nối vào góp Trong phần tính tốn ta tính cho trường hợp nguy hiểm trường hợp vận hành với đường dây máy biến áp, kết cho thấy thiết bị trạm bảo vệ an toàn Với trường hợp cụ thể vận hành với lộ đường dây nối vào trạm với máy biến áp vận hành đảm bảo an tồn cho trạm có sóng lan truyền từ đường dây vào trạm Vậy với chống sét van chọn cách bố trí thiết bị trạm thiết kế hợp lý đảm bảo cho trạm biến áp vận hành an toàn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 109 By Giangdt Hình vẽ 4-17 Dịng điện qua chống sét van ... trạm xây dựng trời Nếu biện pháp bảo vệ nguy rủi ro cao Do cần thiết phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp người ta thường đặt cột thu sét dây. .. phạm vi đồ án thiết kế phải làm vấn đề sau: Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35 kV Thạch Linh Chương II : Tính tốn nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm biến. .. thu sét vỏ MBA theo đường điện phải Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét 3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 1) Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột