bảo vệ chống sét truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kv

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Mở đầu 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 1.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 11 1.5 Tính tốn phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp .12 1.6 So sánh tổng kết phương án 28 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 30 2.1 Mở đầu 30 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật 30 2.3 Lý thuyết tính tốn nối đất 33 2.4 Tính tốn nối đất an toàn 38 2.5 Nối đất chống sét .42 2.6 Kết luận 57 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 58 3.1 Mở đầu 58 3.2 Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây 58 3.3 Tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đường dây .63 CHƯƠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA ĐƯỜNG DÂY 220 KV 93 4.1 Khái niệm chung .93 4.2 Phương pháp tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm 94 4.3 Tính tốn có sóng q điện áp truyền vào trạm 101 4.4 Nhận xét 110 4.6 Kết tính toán ATP 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LỜI MỞ ĐẦU Là sinh viên học tập rèn luyện trường đại học Bách Khoa 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 chuyên mơn theo đuổi Có thể nói, đồ án môn 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 cô Chính em dành thời gian cơng sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV đường dây 220kV ”này cố gắng đền đáp công ơn thầy cô tổng kết lại kiến thức thu sau trình học tập rèn luyện trường đại học Bách Khoa Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1 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 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 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 cơng 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 4Ω + 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 bé có phóng điện khơng khí đất b) Phần dẫn điện hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt có dịng điện sét qua Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 1.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét: a) Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu sét miền giới hạn mặt ngồi hình chóp trịn xoay có đường kính xác định công thức rx = 1,6 ( h − hx ) hx 1+ h ( – 1) Trong đó: h: độ cao cột thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét rx: bán kính phạm vi bảo vệ Để dễ dàng thuận tiện tính tốn thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hố với đường sinh hình chóp có dạng đường gãy khúc biểu diễn hình vẽ 1.1 Bán kính bảo vệ mức cao khác tính tốn theo cơng thức sau + Nếu h x ≤ h h rx = 1,5.h.(1 - x ) 0,8.h ( – 2) h + Nếu h x > h rx = 0,75.h.(1 - x ) ( – 3) h Chú ý: Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP a 0,2h h b 0,8h c a' 0,75h 1,5h R Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét 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 cơng thức để tính phạm vi bảo vệ phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với p = 5,5 h hình vẽ dùng hồnh độ 0,75hp 1,5hp b) Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét  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 bảo vệ hai cột thu sét có độ cao - Khi hai cột thu sét có độ cao h đặt cách khoảng cách a (a < 7h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu sét h o tính sau: ho = h - a ( – 4) Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sơ đồ phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có chiều cao R 0,2h h ho 0,75h hx 1,5h a rx r0x Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét giống Tính rox: hx ) h o rox = 1,5 h o (1 0,8h o ( – 5) hx + Nếu h x ≥ h o rox = 0,75h o (1 - ) ho ( – 6) + Nếu h x ≤ Chú ý: Khi độ cao cột thu sét vượt q 30m ngồi hiệu chỉnh phần ý mục cịn phải tính ho theo cơng thức: ho = h - a 7p ( – 7) c) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Giả sử có hai cột thu sét: cột có chiều cao h 1, cột có chiều cao h2 h1 > h2 Hai cột cách khoảng a Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ cột cao h 1, sau qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh phạm vi bảo vệ cột cao điểm Điểm 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 vệ cột với a' = a − x x= 1,6(h1 − h2 ) h 1+ h1 ( – 8) 0,2h2 h2 1,6h2 h1 ho 0,75h2 a' x 0,75h1 1,6h1 a Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét khác d) 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 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP rx rx rox a rox a c rox D b D b 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 ≤ = (h - hx) ( – 9) Với D đường trịn ngoại tiếp đa giác hình thành cột thu sét Chú ý: Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p D ≤ 8.ha p= (h - hx).p ( – 10) 1.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét: a) Phạm vi bảo vệ dây thu sét Phạm vi bảo vệ dây thu sét dải rộng Chiều rông phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx biểu diễn hình vẽ Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP a 0,2h b h 0,8h a' c 0,6h 1,2h 2bx Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ day thu sét Mặt cắt thẳng đứng theo phương vng góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có hồnh độ 0,6h 1,2h + Nếu h x ≤ h h o b x = 1,2 h.(1 - x ) 0,8h hx + Nếu h x ≥ h o b x = 0,6.h.(1 - ) h ( - 11) ( - 12) Chú ý: Khi độ cao cột lớn 30m điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p b) Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét Để phối hợp bảo vệ hai dây thu sét khoảng cách hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h Với khoảng cách s dây bảo vệ điểm có độ cao h o =h - h ( – 13) Phạm vi bảo vệ hình vẽ 10 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 4-15: Sơ đồ mô trạm biến áp 4.6 Kết tính tốn ATP Với dịng điện sét có biên độ 100 kA điểm sét đánh cách trạm khoảng vượt đường dây (3x320km): 90 [kA] 75 60 45 30 15 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [ms] 0.10 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) c:XX0073-XX0020 122 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 4-16: Dạng dịng điện sét a)Khi khơng đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: Đường dây vào trạm bảo vệ dây chống sét có điện trở nối đất cột điện 10( Ω ) a: Điện áp đầu cực MBA b: Điện áp giáng đỉnh cột Hình 4-17 Nhận xét: Khi sét đánh vào đường dây gần trạm biến áp làm điện áp đầu cực MBA tăng vượt giới hạn cách điện tram(900kV), Vậy ta cần đặt thêm chống sét van để bảo vệ cách điện thiết bị trạm b) Khi đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm: 123 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 4-18: Sơ đồ mơ Trạm biến áp 1.6 [MV] 1.2 0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 0.00 0.02 (f ile 4-5.pl4; x-v ar t) v :T1A 0.04 v :T1B 0.06 0.08 [ms] 0.10 v :T1C 124 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 4-19: Điện áp đầu cực MBA Nhận xét: Do đặt chống sét van đầu đường dây vào trạm nên hạn chế biên độ sóng điện áp truyền vào trạm chưa bảo vệ thiết bị trạm, Nên ta tăng cường bảo vệ chống sóng điện áp cho trạm c) Khi đoạn đường dây vào trạm treo dây chống sét: Sét đánh vào dây dân đoạn đường dây gần trạm nguy hiểm sét đánh trực tiếp vào phần dẫn điện trạm, Do đọan đường dây gần tới trạm tăng cường bảo vệ dây chống sét giảm điện trở nối đất Do đoạn đường dây gần trạm ta sử dụng dây chống sét với góc bảo vệ nhỏ 1.40 [MV] 0.96 0.52 0.08 -0.36 -0.80 0.00 0.02 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) v :T1A v :T1B 0.04 0.06 0.08 [ms] 0.10 v :T1C Hình 4-20: Điện áp đầu cực MBA d) Khi đặt chống sét van gần máy biến áp trạm: Trong nhiều trường hợp khoảng cách từ MBA đến CSV đầu đường dây vào trạm xa ta phải đặt thêm CSV thứ gần MBA 125 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 4-21 Sơ đồ mô trạm biến áp 800 [kV] 580 360 140 -80 -300 0.00 0.02 (f ile 3-5.pl4; x-v ar t) v :T1A v :T1B 0.04 0.06 0.08 [ms] 0.10 v :T1C Hình 4-22: Điện áp đầu cực MBA 126 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Nhận xét: Khi đặt thêm chống sét van gần máy biến áp biên độ điện áp đầu cực máy biến áp giảm đáng kể bảo vệ cho cách điện máy biến áp không bị phá hỏng Vậy trạm biến áp với mặt thiết kế phần trước cần đặt chống sét van bảo vệ chống sóng truyền đầu đường dây vào trạm gần máy biến áp khoảng cách từ máy biến áp đến đường dây lớn 127 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, Quá điện áp bảo vệ chống điện áp; Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007 TS Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội, 2002 Vũ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp Bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Đình Thắng, Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2005 GS TS Lã Văn Út, Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 TS Đào Quang Thạc, TS Phạm Văn Hòa, Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 PGS TS Trần Bách, Lưới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 J.W.Woo, J.S.Kwak, H.J.Ju, H.H.Lee, J.D.Moon, The Analysis Results of Lightning Overvoltages by EPTM for Lightning Protection Design of 500 kV Substation; Presented at the International Conference on Power Systems Transisents (ICPST’05) in Montreal, Canada on June 19-23, 2005, Pager No, IPST05 -111 ATP Rule book – XIX.I- ZnO FITTER to punch Type 92 ZnO branch cards 10 ATP Rule book – V.E- Exponential ZnO surge arrester R(i) 128 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 11 Pinceti, P, Giannettoni, M; A simplified model for zinc oxide surge arresters; Power Delivery, IEEE Transactions on Volume 14, Issue 2, Apr 1999 Page(s):393 – 398 129 ... 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... 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. .. KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1 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,