Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp và Đường dây 220-110kV

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì ngành năng lượng là một ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao do vậy luôn được ưu tiên phát triển hang đầu. Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là rất rộng lớn, là vô tận.Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay đang trở nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới.Hệ thống điện là một phần của hệ thống năng lượng. Việc xây dựng các nhà máy điện, mạng lưới điện…hòa vào hệ thống điện sẽ nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ điện, vì chúng hỗ trợ cho nhau khi có sự cố nào đó xảy ra, nâng cao chất lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao trong hệ thống điện và đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đề ra của ngành năng lượng.Sau khi kết thúc bốn năm học của ngành hệ thống điện, em được giao nhiệm vụ Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp và Đường dây 220-110kV. Đồ án của em gồm 2 phần:Phần 1: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV-110kVChương 1: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt NamChương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếpChương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến ápChương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điệnPhần 2:Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện vào trạm biến ápVề sơ lược em cũng hiểu biết được sâu hơn kiến thức về kĩ thuật điện cao áp hiện nay. Đó là sự trang bị kiến thức rất hữu ích cho công việc của em sau khi ra trường. Hà Nội ngày 05 tháng 01năm 2013 Sinh viên thực hiện Vũ Hoàng Long

Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền LỜI NÓI ĐẦU Trong trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước ngành lượng ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng lượng ngày cao ưu tiên phát triển hang đầu Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát rộng lớn, vô tận Tuy nhiên, nguồn lượng mà người khai thác phổ biến trở nên khan trở thành vấn đề lớn giới.Hệ thống điện phần hệ thống lượng Việc xây dựng nhà máy điện, mạng lưới điện…hòa vào hệ thống điện nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ điện, chúng hỗ trợ cho có cố xảy ra, nâng cao chất lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao hệ thống điện đáp ứng yêu cầu tiêu kinh tế kỹ thuật đề ngành lượng Sau kết thúc bốn năm học ngành hệ thống điện, em giao nhiệm vụ Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp Đường dây 220/110kV Đồ án em gồm phần: Phần 1: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV/110kV Chương 1: Hiện tượng dông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp Chương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện Phần 2:Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện vào trạm biến áp Về sơ lược em hiểu biết sâu kiến thức kĩ thuật điện cao áp Đó trang bị kiến thức hữu ích cho công việc em sau trường Hà Nội ngày 05 tháng 01năm 2013 Sinh viên thực Vũ Hoàng Long SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Hệ thống điện đặc biệt cô giáo TS Đặng Thu Huyền hướng dẫn em nhiệt tình trang bị cho em lượng kiến thức sâu rộng môn kỹ thuật điện cao áp để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán bảo vệ chống sét cho trạm biến áp mảng đề tài lớn đặc trưng ngành điện nói chung khoa Hệ thông điện nói riêng đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng, trình thiết kế em có giúp đỡ phối hợp tốt với bạn bè nhóm đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn Thầy/Cô tận tình giảng dạy giúp đỡ em năm học vừa qua SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền MỤC LỤC SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền DANH MỤC BẢNG SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện Trong trạm biến áp đường dây có số lượng lớn quan trọng.Trong trình vận hành phần tử chịu nhiều tác động thiên nhiên mưa, gió, bão đặc biệt sét đánh Khi có sét đánh vào trạm biến áp đường dây, gây hư hỏng cho thiết bị điện trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến kinh tế quốc dân Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành phải tính toán bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện giông sét gồm hai loại : +) Phóng điện đám mây tích điện với +) Phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Hiện tượng gây nhiều trở ngại cho người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn tạo cường độ điện trường lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo môi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn không đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Quá trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất, cường độ điện trường có trị số lớn địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn.Tính chất chọn lọc phóng điện vận dụng việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho công trình Cột thu sét có độ cao lớn trị số điện trở nối đất bé thu hút phóng điện phía mình, tạo nên khu vực an toàn quanh Nếu mặt đất, điện tích khác dấu tập trung dễ dàng có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ đỉnh cột điện đường dây cao áp) đồng thời xuất tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên đạo từ phía lớp mây điện Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất trường khoảng không gian điện cực có trị số lớn có trình ion hóa mãnh liệt dẫn tới hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn nhiều so với tia tiên đạo Do có điện dẫn thân cao, nên đầu dòng có điện mặt đất toàn hiệu số điện tia tiên đạo với mặt đất tập trung vào khu vực với đầu tia tiên đạo Trường khu vực tăng cao gây ion hóa mãnh liệt dòng plasma kéo dài di chuyển ngược phía Giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện ngược Tốc độ phát triển phóng điện ngược thay đổi giới hạn 1,5.109 – 1,5.109 (cm/s) tức (0,05 – 0,5) tốc độ ánh sáng Nhưng tốc độ phát triển phóng điện ngược mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo δ, đơn vị thời gian điện tích vào đất ν.δ công thức tính dòng điện sét: is = ν δ Công thức tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét, dòng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền với giai đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng trình bày 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm dông sét khác nhau: Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày năm số lần dông từ 150 ÷ 300 lần trung bình ngày xảy từ ÷ dông Vùng dông nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250 ÷ 300 lần dông tập trung khoảng 100 ÷ 110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150 ÷ 200 dông năm, tập trung khoảng 90 ÷ 100 ngày Nơi dông miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dông Xét dạng diễn biến dông năm, ta nhận thấy mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) khu vực tương đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày giông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát 12 ÷ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dông ít, tháng gặp từ ÷ ngày dông Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dông nhất, thường có tháng số ngày dông khoảng 10/tháng Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120 ÷ 140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông miền Nam dài mùa dông miền Bắc từ tháng đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông quan sát trung bình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dông SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền trung bình gặp 20 ngày dông/tháng thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn số lần dông hơn, tháng nhiều dông tháng quan sát khoảng 15 ngày dông Bắc Tây Nguyên, 10 ÷ 12 Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày Số ngày dông tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam xem bảng I-1 Bảng I-1:Số ngày dông sét tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam Tháng 10 Cao Bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Bắc Ninh 0,2 0,4 2,6 6,9 10 12 16 18 2,8 0,1 0,0 80 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hòn Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87 Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Địa điểm 11 12 Cả năm Phía Bắc Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97 Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 10 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền U, kV 2UdtUt (t) UCSV + iCSV.Zdt a b iCSV.Zdt UCSV (t) t O ICSV (t) e UCSV c d g I, kA h ICSV, kA Hình II-8: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A I.2) Sơ đồ tính toán 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 thường 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 đường dây, góp thay đoạn đường dây dài với tổng trở sóng chúng Trong tính toán thường lấy gần tổng trở sóng Z = 400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300 m/µs Các thiết bị khác thay điện dung tập trung tương đương Có thể lấy trị số theo bảng sau: 112 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Bảng II-1: Giá trị điện dung tương đương thay số thiết bị Loại thiết bị Máy biến áp điện lực Đặc tính thiết bị Điện dung,(pF) 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 lường Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên + 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 Thường trạng thái mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt…) xa chống sét van, trình lan truyền sóng đường dây qua nút có điện dung tập trung nhiều đường dây rẽ nhánh + Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: Các nút gần điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lượng tính toán Các điện dung tập trung không nằm vị trí cần xác định điện áp nút phân nhánh đường truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mô men, nghĩa điện dung chia làm hai phần di chuyển phía hai nút gần với trị số tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút II Trình tự tính toán Điện cảm đơn vị dài góp: L= Z 400 = = 1,33µ H / m v 300 Điện dung đơn vị dài góp: 113 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp C= GVHD:TS Đặng Thu Huyền 1 = = 8,33( pF / m) Z v 300.400 Trạm biến áp 110kV mà ta cần tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào từ đường dây có sơ đồ nguyên lý sau: T1 CL CL CL CL D1 MC MC CSV BU T2 CL CL CL CL D2 MC MC Hình II-9: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp Từ sơ đồ ta thấy trạng thái vận hành nguy hiểm trạng thái mà trạm vận hành với máy biến áp T1 đường dây D2, đường dây D1 hở mạch máy biến áp T2 nghỉ Sau cắt đường dây D1 máy biến áp T2 nghỉ ta có sơ đồ thay trạm trạng thái nguy hiểm hình II-11 CL MC CL D1 5 15 CL MC CL T1 15 5 20 60 500 60 60 6 CL MC CL D2 5 15 60 500 60 500 60 CL BU CSV 10 5 60 300 15 CL MC CL T2 5 20 60 500 60 1500 Hình II-10: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ 114 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 1500 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền CL MC CL T1 15 5 20 60 500 60 1500 CL MC CL D2 5 15 60 CL BU CSV 10 5 60 300 500 60 Hình II-11: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm Tiến hành tính điện dung điểm sơ đồ rút gọn sơ đồ điểm sau + Điểm điểm đặt dao cách ly đường dây có sóng sét truyền qua + Điểm điểm đặt góp trạm biến áp + Điểm điểm đặt máy biến áp có sóng sét truyền đến + Điểm điểm đặt chống sét van Điện dung góp là: CTG = C0 LTG = 8,33.12 = 100( pF ) Do tính điện dung góp nên ta gộp góp vào điểm: Khoảng cách điểm sau: + Điểm 1-2: L1-2 =25m + Điểm 2-4: L2-4 =20m + Điểm 2-3: L2-3 =45m 45 20 C1 C2 20 C4 CSV Hình II-12: Sơ đồ rút gọn Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: 115 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 C3 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp A GVHD:TS Đặng Thu Huyền LA O CA LB B CO CB Hình II-13: Quy tắc monen lực CA = C lB l A + lB CB = C lA l A + lB Do ta có: C1 = CCL + C4 = CMC 20 CCL 15 500.20 60.15 + = 60 + + = 496( pF ) 25 25 25 25 CBU 15 CCL 300.15 60.10 + = + = 255( pF ) 21 21 20 20 C3 = CT + CCL 25 CMC 20 CCL 15 + + 45 45 45 = 1500 + 60.25 500.20 60.15 + + = 1775,556( pF ) 45 45 45 C2 = CTG + 5.CCL + 2.CMC + CBU + CMBA − C1 − C4 − C3 = 100 + 5.60 + 2.500 + 300 + 1500 − 496 − 255 − 1775,556 = 673, 444( pF ) II.1 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn a, Thời gian truyền sóng nút Sóng truyền tới trạm dạng xiên góc, xuất đường dây truyền vào trạm 110 kV với biên độ lớn U50% =660 kV độ dốc dầu sóng a =300(kV/µs) τ ds = U 50% 660 = = 2, 2µ s a 300 Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: a.t (t ≤ τ ds ) u= U 50% (t > τ ds ) 116 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 kV Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t12 = l12 25 = = 0,16( µ s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t24 = l24 20 = = 0,12( µ s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t23 = Chọn ∆t = 0, 01( µ s ) l23 45 = = 0,3( µ s) v 300 ước số chung t12,t24,t23 gốc thời gian t=0 nút b, Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C 1=520pF, ta có sơ đồ thay Peterson sau: Ut Z Z Zdt C1=496 pF 2Udt Hình II-14: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt = Z 400 = = 200Ω 2 α1 = Z dt 2.200 = =1 Z 400 - 2U dt = ∑ α m1.U m' = U 01' + U 21' Suy 117 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 m =1 C1=496pF Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp U 01' Với truyền ' U 21 sóng tới nút sóng phản xạ từ đường dây nút + Khi t < 2t12=0,16(µs) Do ' U 21 =0 chưa có sóng phản xạ từ nút tới nút 2U dt = U 01' + Khi t ≥ 2t12=0,21(µs) Do GVHD:TS Đặng Thu Huyền ' U 21 #0 2U dt = U 01' + U 21' Do tổng trở tập trung nút điện dung C1=496(pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: + Thời gian nạp mạch: T1 = Z dt C1 = 200.496.10−6 = 0,1( µ s) ∆t 0, 01 = = 0,1 T1 0,1 ∆U1 = 0,1.(2U dt − U1 (t )) U1 (t + ∆t ) = ∆U1 + U1 (t ) + Sóng phản xạ nút 1: ' U12 = U1 − U 21  ' U10 = U1 − U 01 c, Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C 2=673,444 pF, ta có sơ đồ thay Peterson sau: Zdt2 Ut Z Z C2=673,444pF Z 118 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 2Udt C2=673,444pF Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Hình II-15: Sơ đồ tính điện áp nút Sau tính nút khoảng t < 2.t12 phải bắt đầu xét nút Tại nút có đường dây nối với điện dung ta phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến, sơ đồ Peterson có: Z 400 = = 133Ω 3 Z dt = α1 = 2Z dt 2.133 = = 0, 667 Z 400 2U dt = ∑ α m U m' = 0, 667(U12' + U 32' + U 42' ) m =1 Suy Với ' U12' U 32' U 42 , , sóng tới nút sóng phản xạ từ nút 1,3 nút truyền + Khi t < t12+2t24=0,08+0,12=0,22(µs) Do ' U 42 =0, ' U 42 #0, U 32' =0 ' 2U dt = 0,667(U12' + U 42 ) + Khi t > t12+2t23=0,38(µs) Do =0 2U dt = 0, 667U12' + Khi t12+2t24< t t12+t23 ta phải quan tâm tới nút 3,4 Ta tạm dừng tính nút tính nút 3,4 khoảng thời gian từ t=t12 đến t=t12+t23 Sauk hi tính điện áp nút 3,4 ta quay lại tính điện áp nút U 32' = U 32 (t − 0,15) với 119 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 U 32 = U − U 23' Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền U 42' = U 42 (t − 0,06) với Biết 2U dt Z dt , U 42 = U − U 24' C2 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: T2 = Z dt C2 = 133.673, 444.10 −6 = 0, 089( µ s ) ∆t 0, 01 = = 0,112 T2 0,089 ∆U = 0,112.(2U dt − U (t )) U (t + ∆t ) = ∆U + U (t ) + Sóng phản xạ nút 2: U 21 = U − U12'  ' U 23 = U − U 32  ' U 24 = U − U 42 Khi thời gian (tương nút 2): t< 2t24=0,12 µs t< 2t23=0,3 µs U 32' = U 42' = và U24 = U23 = U2 d, Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C3=1775,356 pF, ta có sơ đồ thay Peterson sau: Zdt3 Ut Z C3=1775,356pF 2Udt Hình II-16: Sơ đồ tính điện áp nút 120 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 C3=1775,356pF Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt = Z = 400Ω Hệ số khúc xạ nút là: α1 = 2U dt = α U 23' = 2.U 23' Suy Với ' U 23 Z dt 2.400 = =2 Z 400 sóng tới nút sóng phản xạ từ nút truyền tới U 23' = U 23 (t − t 23 ) U 23 = U − U 32' Do tổng trở tập trung nút điện dung C3=1775,356 (pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T1 = Z dt C1 = 400.1775,356.10−6 = 0, 710( µ s) + Thời gian nạp mạch: ∆t 0, 01 = = 0, 014 T3 0, 710 ∆U = 0,014.(2U dt − U (t )) U (t + ∆t ) = ∆U + U (t ) e, Điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C 4=255 pF mắc song song với chống sét van không khe hở ZnO, ta có sơ đồ thay Peterson sau: 121 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp U t GVHD:TS Đặng Thu Huyền Z dt4 Z C =255pF CSV 2U C=255pF dt Hình II-17: Sơ đồ tính điện áp nút Ta dùng chống sét van khe hở nên chống sét van làm việc, tác dụng điện dung C4 không đáng kể Trong sơ đồ Peterson ta xét tổng trở chống sét van mà bỏ qua điện dung C4 α U csv = K I csv : K =295, α=0,025 U csv + I csv Z dt = 2.U 24' = 2.U dt với Zdt =400Ω U 24' Ta có sóng phản xạ từ nút truyền tới U '24 = U 24 (t − t 24 ) = U 24 (t − 0,06) U 24 = U − U '42 ' U 42 Khi t < t12+2t24 =0,08+0,12=0,2 µs =0 U24=U2 Ta tính U4 khoảng phương pháp đồ thị (dựa vào Udt,Zdt đặc tính V-A chống sét van) ' U 42 Khi t > 2t24 = 0,12 µs #0 tính tiếp có U3 bước trước Quá trình tính toán lặp lặp lại nút II.2 Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ a, Đặc tính chịu đựng máy biến áp 110 kV Tra giáo trình Kĩ thuật điện cao áp ta có đặc tính chịu áp máy biến áp 110 kV : Bảng II-2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian t(µs) U/Umax 0,3 122 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 1,5 0,98 0,95 0,92 0,89 10 0,85 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp U(kV) 165 GVHD:TS Đặng Thu Huyền 550 539 522, 506 489, 467, Hình II-18: Đồ thị điện áp chịu đựng máy biến áp b, Đặc tính V-A chống sét van 0,025 U csv = 295.I csv Theo giáo trình “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tác giả Nguyễn Minh Chước” trang 99 ta có đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV hình vẽ sau: 400 Ucsv=f(iCSV) Ucsv=f(t) 300 200 100 0 5 I (kA) t (µs) Hình II-19: Đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV c, Đặc tính cách điện góp Đặc tính cách điện góp đặc tính cách điện chuỗi sứ 123 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Bảng II-3: Đặc tính V-S góp t(µs) U(kV ) 102 960 900 855 830 810 805 105 800 797 10 795 Hình II-20: Đồ thị đặc tính V-S góp II.3 Kiểm tra an toàn thiết bị trạm a, Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ : Hình II-21: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy phát Trong đó: + Umba: Đường biểu thị đặc tính cách điện máy biến áp + U3: Đường 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 đường dây 110kV b, Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ: Hình II-22: Dòng điện qua chống sét van c, Kiểm tra an toàn cách điện cho góp 110 kV Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ: Hình II-23: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV Trong đó: + Utg: Biểu thị đường đặc tính cách điện góp 124 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền + U2: Biểu thị đường đặc tính điện áp xuất góp có sóng sét với độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm qua đường dây 110kV Nhận xét: Sóng khúc xạ giảm số lượng đường dây tăng lên ngược lại Khi sóng lan truyền từ đường dây vào trạm theo sơ đồ Peterson điện áp góp giảm (n-1) lần có n lộ đường dây nối vào góp Trong phần tính toán ta tính cho trường hợp nguy hiểm trường hợp vận hành với đường dây máy biến áp Từ đồ thị ta thấy sóng có độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm thì: +Điện áp xuất góp 110kV trạm có sóng sét truyền trạm vào nằm đăc tính phóng điện chuỗi sứ cách điện góp 110kV trạm an toàn (hình II.23) +Dòng điện qua chống sét van nhỏ 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thường (hình II-22) + Điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm bé điện áp chịu đựng máy biến áp máy biến áp bảo vệ an toàn co sóng truyền vào trạm (hình II-21) Vậy đặt lại vị trí chống sét van vào gần với góp để giảm điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Giáo trình kĩ thuật điện cao áp, Võ Viết Đạn, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kĩ thuật điện cao áp, Nguyễn Minh Chước Lưới điện hệ thống điên, Trần Bách, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội, 2007 126 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 [...]... tính toán chống sét cho lưới điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện 12 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền CHƯƠNG II TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 2.1 Khái niệm chung Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Đối với trạm biến áp. .. vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được thể hiện như hình vẽ dưới đây: Dây chống sét 0,2h h hx 1,2h 0,6h hx Hình II-6: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây chống sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h Khi hx > Khi hx ≤ 2 h 3 2 h 3 thì bx= 0,6h(1- hx h ) hx ) 0,8.h thì bx=1,2h(1- + Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét Để phối hợp bảo vệ của hai dây chống sét. .. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ Hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình... những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và. .. lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong... trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra 11 SV:Vũ Hoàng Long – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm... Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền D ≤ 8 ( h − h x ) = 8h a Với: D :đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi ha = h – hx: độ cao hiệu dụng của cột thu sét Nếu độ cao cột vượt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ được hiệu chỉnh là: D ≤ 8 ( h − h x ) p = 8h a p p= với 5,5 h 2.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây chống sét + Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét là... điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật... dông sét, đây là điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bị chống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy 1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét. .. các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời, nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề, không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các nghành kinh tế quốc dân khác.Vì vây, việc tính toán bảo vệ chông sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp ... 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây chống sét + Phạm vi bảo vệ dây chống sét Phạm vi bảo vệ dây chống sét dải rộng.Chiều rộng phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx thể hình vẽ đây: Dây chống sét 0,2h h hx... vây, việc tính toán bảo vệ chông sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi... – Đ4H2 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG