Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện NGUYEN QUANG TIEN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LỜI NÓI ĐẦU Với quốc gia phát triển phát triển bền vững quan trọng Đặc biệt bối cảnh nƣớc ta vấn đề cần đƣợc quan tâm nhiều Để đảm bảo đƣợc điều hàng loạt sách xã hội đồng vấn đề an ninh lƣợng ƣu tiên hàng đầu có điện Đƣờng dây, trạm biến áp phần tử hệ thống truyền tải phân phối điện Công suất phụ tải tăng mạnh, kèm theo đòi hỏi ngày cao chất lƣợng điện thúc đẩy phát triển nhanh chóng hệ thống điện Đặc trƣng hệ thống điện dàn trải không gian rộng lớn nên thƣờng xuyên có cố xảy chúng Khi thiết kế đƣờng dây truyền tải điện, trạm biến áp để đảm bảo an toàn hệ thống, độ tin cậy cung cấp điện phải đảm bảo cho xác suất xảy cố thấp đảm bảo tiêu kinh tế - kỹ thuật Sự cố hay xảy đƣờng dây truyền tải điện trời sét đánh Khi bị sét đánh thƣờng dẫn đến việc cung cấp truyền tải điện với thiệt hại lớn kinh tế, xã hội tính mạng ngƣời… Để đảm bảo cung cấp điện liên tục ổn định vấn đề bảo vệ cho hệ thống điện có vị trí vô quan trọng có bảo vệ trạm biến áp Trong phạm vi khuôn khổ đồ án em tiến hành làm số nhiệm vụ sau: Phần I: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm cắt 220kV Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đƣờng dây tải điện 220kV vào trạm Tuy có cố gắng nhƣng thời gian hiểu biết em có hạn nên đồ án không tránh khỏi sai sót, em mong đƣợc góp ý bảo thêm thầy, cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Hệ Thống Điện trƣờng Đại Học Điện Lực đặc biệt cô Ths Phạm Thị Thanh Đam, tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hƣớng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Quang Tiến SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM CẮT 220kV CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tƣợng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 10 1.2 Ảnh hƣởng dông sét đến kỹ thuật 12 CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM CẮT 220kV 14 2.1 Lý thuyết 14 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 14 2.3 Các công thức sử dụng để tính toán 15 2.3.1 Độ cao cột thu lôi 15 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập 15 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi 16 2.4 Mô tả đối tƣợng bảo vệ 20 2.5 Các phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng vào trạm 20 2.5.1 Phƣơng án 20 2.5.2 Phƣơng án 29 2.6 So sánh tổng kết phƣơng án 34 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM CẮT 220kV 35 3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 35 3.2 Tính toán nối đất 37 3.2.1 Nối đất an toàn 37 3.2.2 Nối đất chống sét .41 CHƢƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV 48 4.1 Mở đầu 48 4.2 Các tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 48 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 48 4.2.2 Cƣờng độ hoạt động sét 49 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 4.2.3 Số lần sét đánh vào đƣờng dây 50 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây…………………………………51 4.2.5 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây 51 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 52 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 53 4.3.1 Thông số đƣờng dây cần bảo vệ 53 4.3.2 Xác định độ treo cao trung bình, tổng trở dây chống sét đƣờng dây 54 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây 58 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đƣờng dây 58 PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV VÀO TRẠM 90 Mở đầu 91 I II Các phƣơng pháp tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm……… 92 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp lập bảng 92 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp đồ thị 96 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến 98 III Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm 100 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm 100 Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp với tất nút sơ đồ rút gọn 103 Dạng sóng điện áp truyền vào trạm 107 Kiểm tra an toàn thiết bị trạm 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1: Các giai đoạn phát triển phóng điện sét Hình 1-2: Dạng tổng quát sóng sét Hình 1-3: Dạng xiên góc sóng sét 10 Hình 1-4: Dạng hàm số mũ sóng sét 10 Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét 16 Hình 2-2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao 17 Hình 2-3: phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác 18 Hình 2-4: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 19 Hình 2-5: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 19 Hình 2-6: Mặt trạm cắt 220kV 20 Hình 2-7: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 21 Hình 2-8: Phạm vi bảo vệ phƣơng án 28 Hình 2-9: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 29 Hình 2-10: Phạm vi bảo vệ phƣơng án 33 l l2 Hình 3-1: Hệ số hình dạng K  f ( ) 40 Hình 3-2: Sơ đồ thay tia 44 Hình 4-1: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 48 Hình 4-2: Góc bảo vệ dây chống sét 49 Hình 4-3: Đồ thị   f ( Elv ) 52 Hình 4-4: Kết cấu cột 53 Hình 4-5: Phép chiếu gƣơng qua mặt đất 55 Hình 4-6 Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét 60 Hình 4-7: Đồ thị Ucd(a,t) ứng với Rc = 10 64 Hình 4-8: Đƣờng cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vƣợt 65 Hình 4-9: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 66 Hình 4-10: Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch dẫn dòng điện sét chƣa có sóng phản xạ 68 Hình 4-11: Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch dẫn dòng điện sét có sóng phản xạ 69 Hình 4-12: Đồ thị Ucd(a,t) ứng với Rc = 10Ω 86 Hình 4-13: Đƣờng cong nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột 87 Hình 5-1: Sóng truyền đƣờng dây 93 Hình 5-2: Sơ đồ tƣơng đƣơng với thông số tập trung 93 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 5-3: Quy tắc sóng đẳng trị 94 Hình 5-4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO 96 Hình 5-5: Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đƣờng dây 96 Hình 5-6: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A 97 Hình 5-7: Đồ thị điện áp tụ điện theo phƣơng pháp tiếp tuyến 99 Hình 5-8: Sơ đồ nguyên lý vận hành trạng thái nguy hiểm 101 Hình 5-9: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm 101 Hình 5-10: Sơ đồ rút gọn 102 Hình 5-11: Nguyên tắc momen lực 103 Hình 5-12: Sơ đồ Peterson nút 104 Hình 5-13: Sơ đồ Peterson nút 106 Hình 5-14: Sơ đồ Peterson nút 107 Hình 5-15: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy biến áp 108 Hình 5-16: Dòng điện qua chống sét van 109 Hình 5-17: Kiểm tra an toàn cách điện góp 220kV 110 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 26 Bảng 2.2: Độ cao tác dụng tối thiểu nhóm cột tạo thành hình chữ nhật 30 Bảng 2.3: Độ cao tác dụng tối thiểu nhóm cột tạo thành hình tam giác 30 Bảng 2.4: kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 32 Bảng 3.1: Trị số trung bình hệ số mùa K ứng với loại cực 37 l l2 Bảng 3.2: Bảng K  f ( ) 40   ds T Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số  e k 1 k K 46 Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ) 51 Bảng 4.2: Giá trị Ucd(a,t)kV tác dụng lên chuỗi sứ 63 Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện chuỗi sứ 63 Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc=10Ω 65 Bảng 4.5: Tổng hợp kết tính toán 66 dd Bảng 4.6: Bảng giá trị U cu dien (kV ) 75 dd Bảng 4.7: Bảng giá trị U cu tu (kV ) 77 Bảng 4.8:Bảng giá trị hỗ cảm Mcs(t) 80 Bảng 4.9: Bảng giá trị ic(a,t) 80 Bảng 4.10: Bảng giá trị dic (a, t ) dt 81 Bảng 4.11: Bảng giá trị điện áp giáng cột Uc(a,t)kV 82 Bảng 4.12: Bảng giá trị Udcs(a,t)kV 84 Bảng 4.13: Bảng giá trị Ucd(a,t)kV 85 Bảng 4.14: Đặc tính xác suất phóng điện Vpd 87 Bảng 4.15: Bảng tổng hợp kết tính toán 88 Bảng 5.1: Bảng điện dung tƣơng đƣơng thiết bị trạm 100 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian 108 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM CẮT 220kV SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Việc nghiên cứu dông sét biện pháp chống sét có từ lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện.Ngày ngƣời ta tìm đƣợc phƣơng pháp nhƣ hệ thống thiết bị phòng chống sét đánh Sét tƣợng tự nhiên, mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc sét dự đoán trƣớc nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện 1.1 Hiện tƣợng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông tƣợng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy Cơn dông đƣợc hình thành có khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dông kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet Sét tƣợng phóng điện tia lửa khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Quá trình phóng điện sét giống nhƣ trình xảy trƣờng không đồng a) Quá trình hình thành sét Các trình khí tạo nên đám mây mang điện tích: Các điện tích âm (-) tập trung thành nhóm, điện tích dƣơng (+) rải đám mây Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên tƣợng trung hòa điện Các điện tích (-) lại phát triển phía mặt đất hình thành tia tiên đạo (dòng plasma có điện dẫn lớn) Càng phát triển phía mặt đất trƣờng đầu dòng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi trƣờng xung quanh tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích Càng gần mặt đất số điện tích lớn tạo nên dòng ngƣợc phát triển phía đám mây, ngƣợc phát triển đến đám mây hoàn thành phóng điện sét Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất: Vx = 1,5.107 ÷ 2.108 cm/s Tốc độ dòng sét ngƣợc từ mặt đất đến đám mây: Vng = 1,5 109 ÷ 2.1010 cm/s SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tia tiên đạo Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt Địa điểm phụ thuộc điện trở suất đất Hoàn thành phóng điện sét Dòng phóng điện ngƣợc Hình 1-1: Các giai đoạn phát triển phóng điện sét b) Các dạng sóng sét  Dạng tổng quát Imax is 0,5.Imax τds τs t Hình 1-2: Dạng tổng quát sóng sét τds thời gian đầu sóng is = ÷ Imax τs thời gian toàn sóng  Dạng xiên góc SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP is Imax is = a.t (tτds) a độ dốc đầu sóng t τds Hình 1-3: Dạng xiên góc sóng sét  Dạng hàm số mũ Tính cho trình xảy chậm (Quá trình phát nhiệt dòng sét) is Imax is  I max T  t e T TS 0, t Hình 1-4: Dạng hàm số mũ sóng sét 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam Nƣớc ta nằm khu vực có khí hậu nóng ẩm, thuận lợi cho việc hình thành mây dông sét, năm Việt Nam có tới 100 ngày có sét Vì mà chống sét vấn đề quan trọng, đáng quan tâm phải đƣợc giải cách thích đáng công trình điện, nhƣ sống hàng ngày Để giải vấn đề nêu trên, cần phải đánh giá đắn tình hình dông sét ảnh hƣởng dông sét tới hệ thống điện - Diễn biến dông miền bắc nƣớc ta: Xét toàn năm, số ngày dông miền Bắc nƣớc ta thƣờng dao động khoảng 70÷100 ngày có số lần dông từ 150÷300 lần Nhƣ xảy từ 2÷3 dông SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP tuyến chống sét van đƣợc ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điên thiết bị Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến Ta xét ví dụ Hình 5.7a sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp với giả thiết điện dung C đƣợc nạp sẵn tới điện áp Uc0, phƣơng trình điện áo đƣợc viết: C.Zc hay: dUc  Uc  2U t (t) dt dUc 1  Uc  2U t (t) dt T T Trong đó: T = C.Zc số thời gian nạp mạch Nếu biết trƣớc đƣờng cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ đƣợc 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) trƣớc tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian Δt nhau, sau từ điểm UC0 (trị số UC t=0) vẽ đƣờng xiên góc tời trị số hàm số 2U(t) thời điểm thừa nhận khoảng thời gian Δt1 hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Tiếp tục từ điểm đƣờng UC(t) vẽ đƣờng xiên tới trị số hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2Δt = Δt2 thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Các bƣớc tiến hành tƣơng tự điện áp UC(t) có dạng đƣờng gãy khúc (hình 5.7c) SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 98 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Ut (t) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Zc I l Zc Uc0 C U c C Uc Uc0 2Ut (t) a) b) u u 2Ut (t) B 2Ut(t)-Upx(t) A Uc0 Uc (t) Δt1 Δt2 Δt3 Δt4 Δt5 t1 t2 t3 t4 t5 T C Δt1 Δt2 Δt3 Δt4 Δt5 t τ=2l/v t c) Hình 5-7: Đồ thị điện áp tụ điện theo phương pháp tiếp tuyến Trong khoảng thời gian ∆t, ta thay đƣờng cong Uc (t) đoạn thẳng tiếp tuyến, chọn ∆t nhỏ kết xác Lƣu ý thời điểm =2l/v, sóng phản xạ từ cuối đƣờng dây trở đƣợc xác định: Upx (t)  Uc (t)  U t (t) Và từ thời điểm này, đƣờng cong 2Ut (t) cần phải thay đƣờng cong: 2U t (t )  U px (t ) SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 99 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP III Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm Khi lập sơ đồ tính toán cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đảm bảo số liệu tính toán cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thƣờng phức tạp, để trình tính toán không phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Có thể tiến hành theo trình tự sau: Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trạng thái sóng Trong sơ đồ thay đƣờng dây, góp đƣợc thay đoạn đƣờng dây dài với tổng trở sóng chúng Trong tính toán thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z = 400 Ω cho đƣờng dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300 m/µs Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Có thể lấy trị số theo bảng sau: Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương thiết bị trạm Loại thiết bị Máy biến áp điện lực Đặc tính thiết bị T.số giới hạn T số trung bình Công suất lớn, có bù điện dung 1000-3000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 300-1000 500 200-500 300 Ở trạng thái đóng 300-800 500 Ở trạng thái mở 200-500 300 Ở trạng thái đóng 40-80 60 Ở trạng thái mở 30-60 40 Kiểu tụ điện 150-300 200 Kiểu khác 100-200 150 Máy biến áp đo lƣờng Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên Điện dung, pF - Căn vào sơ đồ đầy đủ lập với chiều dài đoạn dây, góp biết, phân tích sơ bộ, tìm trạng thái vận hành bất lợi Thƣờng trạng thái mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt…) xa chống sét van, trình lan SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 100 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP truyền sóng đƣờng dây qua nút có điện dung tập trung nhiều đƣờng dây rẽ nhánh - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: Các nút gần nhƣ điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lƣợng tính toán Các điện dung tập trung không nằm vị trí cần xác định điện áp nút phân nhánh đƣờng truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mô men, nghĩa điện dung đƣợc chia làm hai phần di chuyển phía hai nút gần với trị số tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút - Trong tính toán thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z=400Ω cho đƣờng dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v=3.108 m/s Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng - Ta xác định đƣợc sơ đồ nguyên lý vận hành trạng thái nguy hiểm CL11 MC1 TG CL12 MC2 CL21 MBA CL22 CSV Hình 5-8: Sơ đồ nguyên lý vận hành trạng thái nguy hiểm Ta thấy sóng truyền từ đƣờng dây vào trạm nguy hiểm nhƣ Căn vào quy tắc đẳng trị ta thấy rằng: đƣờng dây nối vào nút đƣờng truyền có nút có sóng điện áp truyền vào nguy hiểm vận hành đƣờng dây nguy hiểm nhiều đƣờng dây Mặt khác máy cắt liên lạc, dao cách ly (ở máy cắt liên lạc) trạng thái mở sóng truyền vào máy biến áp nguy hiểm Từ ta có trạng thái nguy hiểm trạm vận hành với máy biến áp T1 đƣờng dây D1, đƣờng dây D2 hở mạch máy biến áp T2 nghỉ → Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm (hình 5-9) MC1 CL11 9m CL12 9m CL21 TG 12m 12m MBA CL22 MC2 9m 9m 24m 8m CSV Hình 5-9: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 101 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Trong sơ đồ hình 5-9 điện dung có giá trị nhƣ sau: - Máy biến áp: CMBA  1500 pF - Dao cách ly: CDCL  60 pF - Thanh góp: CTG  CTG l Với CTG0 điện dung đơn vị chiều dài góp: CTG  1   8,33( pF / m) Z v 400.300 Chiều dài góp: l  154(m) CTG  8,33.154  1282,82( pF ) Máy cắt : CMC  500 pF - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ ta đƣợc sơ đồ rút gọn (hình 5-10) 54m C2 C1 8m ZCSV Hình 5-10: Sơ đồ rút gọn Từ sơ đồ rút gọn ta có điểm quan trọng: - Điểm 1: điểm đặt góp - Điểm 2: điểm đặt máy biến áp - Điểm 3: điểm đặt chống sét van Khoảng cách điểm nhƣ sau: - Giữa 1-2: L12=54(m) - Giữa 1-3: L13=8(m) Ta qui đổi điện dung điểm cần xét theo qui tắc phân bố lực: SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 102 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC C A  C0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LB LA ; CB  C0 LA  LB LA  LB A lA O CA lB B Co CB Hình 5-11: Nguyên tắc momen lực Dựa vào nguyên tắc momen lực ta xác định đƣợc giá trị điện dung nút nhƣ sau: - Tính toán cho điểm 1: 42 33 24 CCL 21  CMC  CCL 22 54 54 54 42 33 24  1282,82  60  500  60  60  500  60  2281,709( pF ) 54 54 54 C1  CTG  CCL11  CMC1  CCL12  - Tính toán cho điểm 2: 30 21 12 CCL 22  CMC  CCL 21 54 54 54 30 21 12  1500  60  500  60  1741,111( pF ) 54 54 54 C2  CMBA  Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp với tất nút sơ đồ rút gọn Để thuận tiện việc tính toán ta quy ƣớc nhƣ sau: Uij sóng truyền từ nút i đến nút j i U’ij sóng truyền từ nút i đến nút j j U’ij có giá trị nhƣ Uij nhƣng mặt thời gian bị chậm khoảng tij a) Thời gian truyền sóng nút - Thời gian truyền sóng nút nút 2: t12  - L12 54   0,18(  s) v 300 Thời gian truyền sóng nút nút 3: SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 103 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC t13  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP L13   0,03(  s) v 300 Dựa vào khoảng thời gian ta chọn Δt = 0,03µs gốc thời gian t=0 nút b) Tính toán điện áp nút  Nút 1: Là nút có đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung điện dung C1 Từ ta có sơ đồ Peterson nhƣ sau: Ut Z C1 Zdt1 Z Z 2Udt1 C1 Hình 5-12: Sơ đồ Peterson nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt1  Z 400   133,33 3 Hệ số khúc xạ điểm 1:  m1  2Z dt1 2.133,33   0,667 Z 400 n ' ' '  2U dt1    m1.U m'  0,667.(U 01  U 21  U 31 ) m1 Trong đó: + U’01 sóng từ đƣờng dây tới nút + U’21 sóng tới nút sóng phản xạ U21 từ nút + U’31 sóng tới nút sóng phản xạ U31 từ nút - Khi t=0 < 2t13=0,06(µs) U’21=0 U’31=0 '  2U dt1  0,667U 01 - Khi 2t13 ≤ t < 2t12 U’21=0 U’31 ≠ SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 104 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC  ' '  2U dt1  0,667 U 01  U 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP  Để tính đƣợc 2Udt1 khoảng thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút để tính nút khoảng thời gian Sau tính đƣợc điện áp nút ta quay lại tính điện áp nút ' U 31  U 31 (t  t13 ) ' U 31  U 31 (t  0,03) Với: - ' U31  U3  U13 Khi t > 2t12 U’21 ≠ U’31 ≠  ' ' '  2U dt1  0,667 U 01  U 21  U 31  Để tính đƣợc 2Udt khoảng thời gian t > 2t12 = 0,36μs ta phải quan tâm tới nút nút Ta tạm dừng tính nút tính nút nút khoảng thời gian 2t12 Sau tính đƣợc điện áp nút nút ta quay trở lại tính điện áp nút 1: ' U 21  U 21 (t  t12 ) ' U 21  U 21 (t  0,18) Với: ' U 21  U  U12 ' U 31  U 31 (t  t13 ) ' U 31  U 31 (t  0,03) Với: ' U31  U3  U13 Điện áp nút đƣợc tính phƣơng pháp tiếp tuyến ta có: Hằng số thời gian nạp: TC1 = Zdt1.C1 = 133,33.2281,709.10-6 = 0,304 μs  t 0,03   0,099 TC1 0,304  U1 (t  t )  t (2U dt (t  t )  U1 (t ))  0,099.(2U dt1(t  t )  U1(t )) TC1  U1(t  t )  U1(t )  U1(t  t ) Khi có điện áp nút ta xác định đƣợc: SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 105 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP ' U12 (t )  U1 (t )  U 21 (t ) Thành phần xuất nút sau khoảng thời gian t12 ' U13 (t )  U1 (t )  U 31 (t ) Thành phần xuất nút sau khoảng thời gian t13  Nút 2: Là nút có đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung điện dung C2 Từ ta có sơ đồ Peterson nhƣ sau: Ut Z Zdt2 C2 2Udt2 C2 Hình 5-13: Sơ đồ Peterson nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zdt  Z  400 Hệ số khúc xạ điểm 2:  m2  2Z dt 2.400  2 Z 400 '  2U dt  2U12 Điện áp nút đƣợc tính phƣơng pháp tiếp tuyến ta có: Hằng số thời gian nạp: TC2 = Zdt2.C2 = 400.1741,111.10-6 = 0,696 μs  t 0,03   0,043 TC 0,696  U (t  t )  t (2U dt (t  t )  U (t ))  0,043.(2U dt (t  t )  U (t )) TC  U (t  t )  U (t )  U (t  t ) Khi có điện áp nút ta xác định đƣợc: ' U 21 (t )  U (t )  U12 (t ) SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 106 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Thành phần xuất nút sau khoảng thời gian t12  Nút 3: Là nút có đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400Ω mắc nối tiếp với chống sét van Từ ta có sơ đồ Peterson nhƣ sau: Zdt3 Ut Z 2Udt3 CSV Hình 5-14: Sơ đồ Peterson nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zdt  Z  400 Hệ số khúc xạ điểm 1:  m3  2Z dt 2.400  2 Z 400 '  2U dt  2U13 ' U13  U13 (t  t13 ) ' U13  U13 (t  0,03) Do tổng trở tập trung nút phần tử phi tuyến nên ta sử dụng phƣơng pháp đồ thị Từ 2Uđt3 ta tìm đƣợc U3 Khi có điện áp nút ta xác định đƣợc: ' U31 (t )  U3 (t )  U13 (t ) Thành phần xuất nút sau khoảng thời gian t13 Dạng sóng điện áp truyền vào trạm Với trạm cần bảo vệ ta tiến hành tính toán với dạng sóng xiên góc có biên độ điện áp U50% cách điện đƣờng dây Ta có phƣơng trình dạng sóng nhƣ sau:  a.t  U   U 50%  SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 t   ds t   ds Page 107 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP a: độ dốc đầu sóng (kV/ s ) U50%: điện áp phóng điện U50% đƣờng dây Với đƣờng dây 220kV ta có U50%= 1140kV Ta tính toán với sóng có độ dốc a = 300(kV/ s ) Kiểm tra an toàn thiết bị trạm a) Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp Uđm=220kV Umax=1000Kv Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian t(μs) 1,5 10 U/Umax 0,31 0,78 0,97 0,94 0,87 0,81 0,76 0,73 0,71 0,71 0,71 U(kV) 310 780 1000 970 940 870 810 760 730 710 710 710 Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: U(kV) 1200 1000 800 600 400 200 0 t(µs) Hình 5-15: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy biến áp Trong đó: - Đƣờng 1: đƣờng biểu thị đặc tính cách điện máy biến áp SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 108 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Đƣờng 2: đƣờng biểu thị đặc tính điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng sét với độ dốc a=300(kV/μs) truyền vào trạm qua đƣờng dây 220kV b) Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: Icsv(kA) t(µs) Hình 5-16: Dòng điện qua chống sét van c) Kiểm tra an toàn cách điện cho góp 220kV Đặc tính cách điện góp đặc tính phóng điện chuỗi sứ (Bảng 4.3) Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 109 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP U(kV) 2500 2000 1500 1000 500 t(µs) Hình 5-17: Kiểm tra an toàn cách điện góp 220kV Trong đó: - Đƣờng biểu thị đƣờng đặc tính cách điện góp - Đƣờng biểu thị đƣờng đặc tính điện áp xuất góp có sóng sét với độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm qua đƣờng dây 220kV  Nhận xét: Sóng khúc xạ giảm số lƣợng đƣờng dây tăng lên ngƣợc lại Khi sóng lan truyền từ đƣờng dây vào trạm theo sơ đồ Peterson điện áp góp giảm (n-1) lần nhƣ có n lộ đƣờng dây nối vào góp Trong phần tính toán ta tính cho trƣờng hợp nguy hiểm trƣờng hợp vận hành với đƣờng dây máy biến áp Từ đồ thị ta thấy sóng có biên độ U=1140kV có độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm thì: - Điện áp xuất góp 220kV trạm có sóng sét truyền trạm vào nằm dƣới đăc tính phóng điện chuỗi sứ cách điện góp 220kV trạm đƣợc an toàn (hình 5-17) - Dòng điện lớn qua chống sét van 4,965kA < 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thƣờng (hình 5-16) SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 110 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm nằm dƣới phần cách điện máy biến áp máy biến áp đƣợc an toàn (hình 5-15) Vậy với cách bố trí thiết bị lựa chọn chống sét van nhƣ thiết kế hợp lý đảm bảo cho trạm biến áp vận hành an toàn SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 111 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 Nguyễn Minh Chƣớc, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện – trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 1972 PGS.TS Phạm Văn Hòa, TS Phƣơng Hoàng Kim, ThS Nguyễn Ngọc Trung, Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2010 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 112 [...]... vẽ phạm vi bảo vệ của phương án 2 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 32 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 2-10: Phạm vi bảo vệ của phương án 2 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 33 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.6 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP So sánh và tổng kết các phƣơng án Cả hai phƣơng án đều đảm bảo về mặt kỹ thuật Phƣơng án 1: ta sử dụng 13 cột thu sét... hẳn không so sánh đƣợc với tháng mùa hạ SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 11 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Ở Nam Bộ mùa dông bắt đầu vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 11, riêng khu vực cực tây (Hà Tiên Rạch Giá), mùa dông bắt đầu sớm hơn từ tháng 3 Trên tây nguyên mùa dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và kết thúc sớm hơn 1 tháng (tháng 10) Đáng chú ý nhất... 13 cột thu sét với tổng chiều dài là 183,5(m) Phƣơng án 2: ta sử dụng 18 cột thu sét với tổng chiều dài là 216(m) - So sánh hai phƣơng án ta chọn phƣơng án 1 là phƣơng án bố trí cột thu sét chống sét đánh trực tiếp cho trạm SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 34 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM CẮT 220kV 3.1 Yêu cầu nối đất... nối đất yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R  0,5 +) Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì: R  250  I +) Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: R  SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 125  I Page 35 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP +) Còn nếu điện trở nối đất... NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 26 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP  Kết luận: - Tổng số cột: 13 cột cao 26,5m trong đó có 10 cột đƣợc đặt trên xà cao 11m, và 3 cột đƣợc đặt trên xà cao 17m - Tổng chiều dài là: L = 10.(26,5 – 11) + 3.(26,5 – 17) = 183,5(m) d) Hình vẽ phạm vi bảo vệ của phương án 1 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 27 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích Dƣới mặt đất do hiệu ứng bề mặt mà tập trung SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 12 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP các điện tích dƣơng Nếu điện tích ở mặt đất đồng đều (điện trở suất tại mọi điểm là nhƣ nhau) thì dòng tiên đạo sẽ phát triển theo hƣớng vuông góc với mặt đất Nếu điện trở... số ngày dông bình thƣờng là 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong sáu tháng từ tháng 5 đến tháng 10 mỗi tháng đều quan sát đƣợc trung bình từ 15 đến 20 ngày dông, tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp 20 ngày dông Khu vực Tây Nguyên, trong mùa dông thƣờng chỉ có 2, 3 tháng số ngày dông đạt tới 10 đến 15 ngày, đó là tháng 4, tháng 5 và tháng 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đƣợc 15 ngày dông... Vẽ phạm vi bảo vệ của các phƣơng án + So sánh hai phƣơng án về mặt kĩ thuật và kinh tế 2.5 Các phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng vào trạm 2.5.1 Phƣơng án 1 2.5.1.1 Bố trí các cột thu lôi SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 20 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Phƣơng án đƣợc bố trí các cột thu sét đƣợc thể hiện nhƣ trên hình vẽ (Hình 2-7) Trạm đƣợc bố trí 13 cột trong... công trình điện cần tính toán sao cho hệ thống vận hành an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh tế kỹ thuật 1.2 Ảnh hƣởng của dông sét đến kỹ thuật Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các đám mây với nhau hoặc giữa đám mây với đất Hiện tƣợng phóng điện từ đám mây mang điện âm sang đám mây mang điện tích dƣơng Quá trình phóng điện sét mây – mây sẽ dừng khi hai đám mây trung hòa hết điện tích... án 1 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 27 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 2-8:Phạm vi bảo vệ của phương án 1 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 28 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 2.5.2 Phƣơng án 2 2.5.2.1 Bố trí các cột thu lôi Phƣơng án 2 đƣợc bố trí các cột thu sét đƣợc thể hiện nhƣ trên hình vẽ (Hình 2-9) 179,5 m 14 m 1 2 3 4 ... 108 SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM CẮT 220kV SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 –... bảo vệ phương án SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 27 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 2-8:Phạm vi bảo vệ phương án SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 28 TRƢỜNG... vệ phương án SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 32 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 2-10: Phạm vi bảo vệ phương án SVTH: NGUYỄN QUANG TIẾN Đ4 – H2 Page 33