Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện trong lưới điện trung thế”

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện trong lưới điện trung thế”

- 1 - MỤC LỤC L . 3 CÁC T VIT TT . 4 DANH MC CÁC BNG BIU . 5 DANH MC CÁC HÌNH V 6 M U . 8 U LÝ THUYT V N TRUNG ÁP . 11 1.1. PHÂN LOI QUÁ N ÁP TRONG I N TRUNG ÁP . 11 1.2. CH  NI T M TRUNG TÍNH VÀ VN  VN HÀNH I N TRUNG ÁP . 15 1.2.1 Mn ba pha i vt . 16 1.2.2 Mn ba pha trung tính ni qua cun dp h quang . 22 1.2.3. Mn ba pha trung tính nn tr nh . 25 1.2.4 Mn ba pha trung tính nn kháng nh . 26 1.2.5 Mn ba pha trung tính nt trc tip . 27 NG QUAN V V N ÁP DO CHT MT PHA N TRUNG ÁP . 31 2.1.  PHÁP TÍNH TOÁN TNG TR TH T KHÔNG CA NG DÂY TI N . 31 2.1.1. Khái nin v tng tr trong h t pha ABC 31 2.1.2. Ma trn tng tr ng hp có vt dn nc lp  35 2.1.3. Tính toán các phn t ca ma trn tng tr ABC + N 37   ABC . 44 2.2. CÁC  PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ N ÁP DO S C CHM T MT PHA TRONG I TRUNG ÁP 47 i xng . 47  gii h  h thn . 50 NG VÀ TÍNH TOÁN QUÁ N ÁP DO NGN MCH CHM T MT PHA  I TRUNG ÁP 57 3.1. GII THIU V PHN MM ATP-EMTP . 57 - 2 - 3.2. MÔ PHNG VÀ TÍNH TOÁN H S QUÁ ÁP CA MT XUT TUYN I TRUNG ÁP BNG ATP/EMTP . 61  LA CHN CHNG SÉT VAN 66 4.1. TIÊU CHUN IEC 60099-5 V LA CHN VÀ S DNG CHNG SÉT VAN . 66 4.1.1. Tng quan 66 4.1.2. La chn CSV có khe h s dn tr phi tuyn (SiC) . 71 4.1.3. La chn CSV không khe h s dng oxit kim loi . 78 4.1.4. ng dng ca CSV 86 4.2. NG DNG TIÊU CHUN IEC 60099-5 VÀO VIC LA CHN CHNG SÉT VAN CA I N TRUNG ÁP 94 KT LUN VÀ KIN NGH . 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 - 3 - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi. Các kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác. Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Đoàn Quyết - 4 - CÁC TỪ VIẾT TẮT ATP Alternative Transient Program BIL Basic Impulse Level CSV Chống sét van CN Công nghiệp COV Continuous Operating Voltage DCS Dây chống sét EMTP ElectroMagnetic Transient Program IEC International Electrotechnical Commission MBA Máy biến áp MCOV Maximum Continuous Operating Voltage NEMP Nuclear Electromagnetic Pulses NNEMP Non-Nuclear Electromagnetic Pulses TBA Trạm biến áp TOV Temporary OverVoltage TTT Thứ tự thuận TTK Thứ tự không QĐA Quá điện áp - 5 - DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số nguyên nhân gây QĐA tạm thời, biên độ và thời gian tồn tại 14 Bảng 1.2 Dòng điện chạm đất cho phép của các đường dây tương ứng với các cấp điện áp khác nhau 22 Bảng 3.1. Thông số các phần tử lưới điện 35kV . 61 Bảng 3.2. Hệ số quá điện áp tạm thời (TOV) theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây . 64 Bảng 3.3. Hệ số quá điện áp quá độ cực đại theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây tương ứng với lưới điện đang xét ở trên . 64 Bảng 4.1: Giá trị dòng điện quy định với thí nghiệm ngắn mạch CSV (thời gian tồn tại ngắn mạch khoảng 1/6 chu kỳ điện áp tần số CN) . 78 Bảng 4.2: Hằng số điện áp A cho một số dạng đường dây trên không . 93 - 6 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ đơn giản mạng điện 3 pha trung tính cách điện với đất 16 Hình 1.2. Sơ đồ mạng điện 3 pha trung tính cách đất khi có sự cố chạm đất 1 pha . 17 Hình 1.3 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 23 Hình 1.4. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng 26 Hình 1.5. Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp . 27 Hình 2.1: Phân bố từ thông trên mạch vòng dòng điện pha A 31 Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tương đương của ma trận tổng trở 35 Hình 2.3. Đường dây một pha hai dây dẫn đơn . 39 Hình 2.4. Phân bố dòng điện một chiều trong đất . 41 Hình 2.5. Phân bố cường độ điện trường của dòng điện xoay chiều khi đi vào đất . 41 Hình 2.6. Phân bố dòng điện xoay chiều trong đất . 42 Hình 2.7. Sơ đồ lưới điện 110/22 kV 48 Hình 2.8. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT) và thứ tự không (TTK) 48 Hình 2.9. a)Biến thiên hệ số quá điện áp k theo tỉ số X 0 /X 1 với trường hợp R 1 /X 1 =R = 0 50 b) Quan hệ giữa tỉ số R 0 /X 1 và X 0 /X 1 khi giữ hệ số quá điện áp cố định khi R 1 =X 1 50 Hình 2.10. Sơ đồ lưới điện tại nút 1 51 Hình 2.11. Sơ đồ thay thế 3 pha lưới điện 110/22kV trong ATP/EMTP . 55 Hình 3.1. Tổng quan về các mô đun trong ATP/EMTP . 60 Hình 3.2. Sơ đồ xuất tuyến 35kV 61 Hình 3.3. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính cách điện trong ATP/EMTP . 61 Hình 3.4. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) . 62 Hình 3.5. Điện áp các pha tại cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) . 62 Hình 3.6. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính nối đất trực tiếp trong ATP/EMTP . 62 Hình 3.7. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) 63 - 7 - Hình 3.8. Điện áp các pha tại cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) 63 Hình 4.1. Quy trình kiểm tra và lựa chọn CSV . 70 Hình 4.2. Truyền sóng trong trường hợp trạm không có lưới nối đất (trạm treo) 91 Hình 4.3. Truyền sóng trong trường hợp trạm có lưới nối đất 91 Hình 4.4. Sơ đồ một sợi của xuất tuyến 372 E8.3 . 95 Hình 4.5. Sơ đồ thay thế trong ATP-EMTP của xuất tuyến 372 E8.3 96 Hình 4.6. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn 96 Hình 4.7. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp xa nhất (Quảng Châu 3) . 97 Hình 4.8. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A tại Quảng Châu 3) . 97 Hình 4.9. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp Quảng Châu 3 (ngắn mạch pha A tại Quảng Châu 3) 97 Hình 4.10. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A tại Liên Phương 4) . 98 Hình 4.11. Đồ thị biến thiên điện áp các pha tại trạm biến áp Liên Phương 4 (ngắn mạch pha A tại Liên Phương 4) . 98 - 8 - MỞ ĐẦU M.1.Lý do chọn đề tài Lưới điện phân phối của Việt Nam hiện chưa được đầu tư vốn tương xứng với yêu cầu. Thông thường với các nước tiên tiến trên thế giới, nguồn vốn yêu cầu đầu tư cho lưới điện phân phối chiếm khoảng 50% tổng vốn đầu tư cho toàn ngành. Nước ta do điều kiện khó khăn về kinh tế, nền kinh tế nghèo nàn nhỏ lẻ, đi lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên nguồn vốn thường ưu tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện truyền tải. Nguồn vốn đầu tư cho nguồn và lưới truyền tải của Việt Nam hiện chiếm khoảng 85% (60% cho nguồn và 25% cho lưới truyền tải), còn lại 15% là vốn đầu tư cho lưới phân phối. Vấn đề này hiện nay đã và đang đặt ra rất nhiều bất cập mà ngành điện cũng như các khách hàng của mình đang cùng phải đối mặt bao gồm: n xung c tin cy không cao, chp, tn tht công sut, tn thn, kh  ng hóa kém….Một vấn đề rất quan trọng cũng chưa được quan tâm đúng mức đó là hiện tượng n áp xy i phân phi. Việc lựa chọn CSV trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản, ít xem xét vị trí lắp đặt, chế độ điểm trung tính (trung tính cách điện, trung tính nối đất hiệu quả, trung tính nối đất qua tổng trở), dẫn đến là CSV có thể bị quá áp khi có sự cố chạm đất một pha. Nội dung bản luận văn này sẽ tập trung đi sâu nghiên cứu mô phỏng hiện tượng QĐA trong lưới điện phân phối khi xảy ra ngắn mạch một pha và tìm cách đề xuất một phương thức lựa chọn CSV hợp lý. M.2.Lịch sử nghiên cứu 1. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cu ng cc nt trung n vic la chn trung th” - Nguyễn Thanh Hải – ĐHBK Hà Nội -2009. Nội dung: nghiên cứu hệ số quá áp trong lưới điện trung áp trong các tình huống xảy ra quá áp do sự cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất, đứt dây chạm đất và quá điện áp cộng hưởng. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh - 9 - hưởng của các vấn đề trên đến việc lựa chọn cách điện nói chung và chưa đề cập tới việc lựa chọn cụ thể của CSV. 2. Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng của nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giải quyết bài toán nối đất của các trạm biến áp 110/22 (35)kV ở Việt Nam” - Nguyễn Lƣơng Mính - ĐHBK Đà Nẵng. Một trong những nội dung nghiên cứu của Luận văn là về biến thiên hệ số quá điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch chạm đất một pha trong lưới trung áp có các phương thức nối đất trung tính khác nhau, biến thiên của hệ số quá điện áp theo tỉ số X 0 /X 1 tại điểm xảy ra sự cố dẫn tới làm thay đổi hiệu quả của nối đất trung tính (tại TBA), luận văn đề xuất ý tưởng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng để giải quyết bài toán lựa chọn CSV tại các điểm khác nhau trong lưới trung áp. M.3.Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu quá điện áp trên một lưới điện trung áp 35 kV điển hình với các chế độ nối đất trung điểm khác nhau bằng mô phỏng trên phần mềm ATP/EMTP khi xảy ra sự cố chạm đất một pha và xem xét ứng dụng vào việc lựa chọn CSV ở lưới điện trung áp. M.4.Tóm tắt cơ bản các luận điểm và đóng góp mới của tác giả - Nghiên cứu lý thuyết về các dạng quá điện áp có khả năng xuất hiện trong lưới điện trung áp (bao gồm QĐA khí quyển, QĐA thao tác) - Tổng quan về vấn đề quá điện áp do sự cố chạm đất một pha trong lưới điện trung áp bao gồm dải biến thiên của hệ số quá áp cũng như các tham số chính ảnh hưởng tới biên độ QĐA - Mô phỏng và tính toán quá điện áp do sự cố chạm đất một pha bằng phần mềm ATP/EMTP - Xem xét quy trình lựa chọn CSV và ứng dụng vào lưới điện trung áp - 10 - M.5.Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu các nội dung lý thuyết liên quan tới vấn đề quá điện áp do sự cố ngắn mạch chạm đất một pha và sử dụng mô phỏng trên mô hình máy tính để kiểm chứng. Cấu trúc luận văn: Luận văn bao gồm 4 chương trình bày trên trang, bao gồm: Chương 1: Nghiên cứu lý thuyết về quá điện áp trong lưới điện trung áp Chương 2: Tổng quan về vấn đề quá điện áp do chạm đất một pha trong lưới điện trung áp Chương 3: Mô phỏng và tính toán quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một pha ở lưới điện trung áp Chương 4: Vấn đề lựa chọn Chống sét van Để hoàn thành luận văn này, trước hết tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia đình và em trai đã luôn hết sức động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu. Đồng thời tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS. Trần Văn Tớp, người đã luôn chu đáo, tận tình và có những nhận xét góp ý, chỉ đạo kịp thời về nội dung và tiến độ của luận văn. Cuối cùng, tác giả cũng không thể quên được những nhận xét góp ý, tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ tận tình của Ving i hc Bách Khoa Hà Ni, các thầy cô giáo của B môn H thn  Khoa n - i hc Bách Khoa Hà Ni và bạn bè đồng nghiệp trong quá trình làm luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng song do thời gian và khả năng còn hạn chế, luận văn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để hoàn chỉnh thêm nội dung của luận văn. [...]... ni t khỏc nhau ca trung tớnh li in trung ỏp cng nh mt s c im vn hnh ca nú 1.2 CH NI T IM TRUNG TNH V VN VN HNH LI IN TRUNG P im trung tớnh l im chung ca ba cun dõy ni hỡnh sao Vic la chn phng thc lm vic ca im trung tớnh xut phỏt t tỡnh trng ca h thng khi cú chm t mt pha im trung tớnh cú th cỏch in i vi t, ni t qua cun dp h quang hay ni t trc tip Trong mi li in, ch lm vic ca im trung tớnh úng mt...CHNG 1: NGHIấN CU Lí THUYT V QU IN P TRONG LI IN TRUNG P 1.1 PHN LOI QU IN P TRONG LI IN TRUNG P Quỏ in ỏp (QA) trong h thng in l hin tng in ỏp trong ton h thng hoc mt b phn ca h thng tng lờn cao hn tr s in ỏp nh mc ca mt hoc nhiu phn t trong ú V c bn, cỏc dng QA li in trung ỏp cng ging nh cỏc cp in ỏp cao khỏc Chỳng khỏc nhau ch yu biờn , dng súng,... (2.2) Trong ú A - t thụng tng phõn b trờn pha A AA - t thụng riờng pha A do dũng in chy trong pha A IA gõy ra cho bn thõn pha A AB - t thụng trờn pha A do dũng in trong pha B IB gõy nờn T thụng ny sinh ra do h cm gia IB v pha A AC - t thụng trong mch vũng dũng in pha A do dũng in trong pha B IC gõy nờn T thụng ny sinh ra do h cm gia IC v pha A AG - t thụng trong mch vũng dũng in pha A do dũng in trong. .. tng nhy cho r le cnh bỏo chm t cho nhõn viờn vn hnh trm bit kp thi cú k hoch x lý S mng in v th vộc t dũng in v in ỏp im trung tớnh c th hin trong hỡnh v 1.3 U C B A 0 (1) , IcB , IcA N IL Ic , Ic a- Sơ đồ mạng điện IL b- Sơ đồ véc tơ điện áp và dòng điện Hỡnh 1.3 Mng in 3 pha trung tớnh ni t qua cun dp h quang Nh trờn ó phõn tớch, vic iu khin in khỏng ca cun dp h quang n mt giỏ tr thớch hp theo s... ca nú l cú tn tht cụng sut trờn in tr v tỏc dng hn ch dũng in ngn mch kộm do trong cỏc mng in cao ỏp cỏc phn t cú in khỏng thng ln hn rt nhiu so vi in tr - 25 - 1.2.4 Mng in ba pha trung tớnh ni t qua in khỏng nh UB UC C B A Xk N UA U' B U' C O (1) a- Sơ đồ mạng điện b- Sơ đồ véc tơ điện áp và dòng điện Hỡnh 1.4 Mng in ba pha trung tớnh ni t qua in khỏng c im tng i phc tp ca phng thc ny l: - Kt cu in... khụng bng cỏch khụng ni t trung im mt vi mỏy bin ỏp ca h thng hay ni t trung tớnh qua in tr hoc in khỏng KT LUN Chng ny ó khỏi quỏt cỏc dng QA tn ti trong li in trung ỏp v ỏnh giỏ cỏc xỏc sut xy ra ca nú QA ca li in trung ỏp cú ngun gc t cỏc QA khớ quyn v QA thao tỏc Nghiờn cu QA khớ quyn trc ht cn xỏc nh xỏc sut xut hin cỏc cỳ sột cú biờn ln v u súng dc cng nh cng hot ng ca sột trong khu vc Vi QA thao... li cú ch lm vic ca im trung tớnh khỏc nhau ta da ch yu vo tr s ca dũng v ỏp trong ch ngn mch chm t mt pha - 15 - Ch lm vic ca im trung tớnh cũn ph thuc vo cp in ỏp, vỡ nú nh hng trc tip n vn u t cho ng dõy v thit b cp in ỏp cao nu tit kim c cỏch in thỡ vn u t cho cụng trỡnh gim i ỏng k Sau õy ta s xột n tng ch lm vic ca im trung tớnh trong h thng in 1.2.1 Mng in ba pha trung tớnh cỏch in i vi... 1.2.2 Mng in ba pha trung tớnh ni qua cun dp h quang Cun dp h quang l cun cm cú th thay i in khỏng bng cỏch thay i s vũng dõy hay khe h ca lừi thộp tỡnh trng lm vic bỡnh thng, ging nh trng hp trung tớnh cỏch in vi t, tng dũng in dung chy trong t bng v in ỏp im trung tớnh bng khụng Do ú in ỏp t lờn cun dp h quang v dũng in chy qua nú cng cú tr s bng khụng Khi xy ra chm t pha A, in ỏp im trung tớnh cng l... cỏc thao tỏc úng ct v s c trong li in, bao gm QA quỏ (Transient - 29 - Overvoltage) v QA tm thi (TOV) TOV l dng QA thao tỏc ch yu quan tõm xem xột li in trung ỏp, trong ú tp trung nghiờn cu QA phỏt sinh trờn cỏc pha lnh khi cú s c chm t mt pha do cú xỏc sut xy ra l ln nht TOV c trng bi biờn QA v thi gian tn ti ca TOV Hai thụng s ny ca TOV khi xy ra ngn mch chm t mt pha li trung ỏp ph thuc ch yu vo... khụng ca mng in Trong h thng in vic ni t im trung tớnh ch c thc hin ti mt s im trung tớnh ca mỏy bin ỏp do yờu cu v gim dũng ngn mch mt pha Khi thc hin ni t qua tr khỏng cng s cho phộp tng c in tr ni t ca ton trm bin ỏp nhng ni cú in tr sut ca t ln Vic dp tt h qua ca mng in ny cng tng t nh mng in cú trung tớnh ni t qua cun dp h quang, tuy nhiờn hiu qu ca nú kộm hn Hỡnh thc ni t im trung tớnh qua in