Đ4H2 Nguyễn Bá Đoàn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Độc Lập - Tự Do – Hạnh Phúc -  - ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN BÁ ĐOÀN Lớp: Đ4H2 Tên đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY 220/110kV I – DỮ LIỆU BAN ĐẦU  Bản vẽ sơ đồ mặt kích thƣớc trạm biến áp 220/110kV - Trạm biến áp 220/110 kV: + Phía 220 kV có lộ đƣờng dây, sử dụng sơ đồ góp có góp vòng, đƣợc cấp điện từ MBA (T3, T4) MBA tự ngẫu (AT1, AT2) + Phía 110 kV có lộ đƣờng dây, sử dụng sơ đồ góp có góp vòng, đƣợc cấp điện từ MBA tự ngẫu (AT1, AT2) + Độ cao xà cần bảo vệ phía 220 kV 11m 16m + Độ cao xà cần bảo vệ phía 110 kV 8m 11m + Các kích thƣớc hình học khác đƣợc cho vẽ  Đƣờng dây không  Điện áp: 220kV  Loại cột:  Trạm 220kV: cột kim loại  Dây dẫn: AAC - 120 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC  Dây chống sét:  Khoảng cách hai cột: C - 70 320m  Chiều cao cột: 27m  Điện trở suất đất: 100 m  Điện trở cột:  Số ngày sét đánh: 10 100 ngày/năm  Mức độ ô nhiễm: Trung bình II – NỘI DUNG TÍNH TOÁN Phần I: Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nối đất trạm biến áp đường dây Chương 1: Hiện tượng dông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp Chương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện Phần II: Chuyên đề tính toán điện áp lựa chọn công suất kháng điện cho đường dây vận hành không tải chế độ xác lập III – CÁC BẢN VẼ: – vẽ Ao  Các phƣơng án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Phạm vi bảo vệ cột thu sét phƣơng án khác  Các kết tính toán nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm biến áp  Phƣơng pháp kết tính toán tiêu bảo vệ chống sét cho đƣờng dây tải điện  Các kết tính toán điện áp công suất kháng bù ngang cho đƣờng dây tải điện 500kV ………………… Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 22/10/2013 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 20 tháng 10 năm 2013 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Trưởng khoa Người hướng dẫn TS TRẦN THANH SƠN TS TRẦN ANH TÙNG SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY .9 CHƢƠNG : HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 10 1.1 Hiện tƣợng dông sét 10 1.1.1 Khái niệm chung 10 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 11 1.2 Ảnh hƣởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam 14 CHƢƠNG : TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 16 2.1 Mở đầu 16 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật chống sét đánh thẳng 16 2.3 Phạm vi bảo vệ cột chống sét dây chống sét 17 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 17 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 21 2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ đề xuất phƣơng án tính toán chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 22 2.5 Tính toán phƣơng án chống sét đánh thẳng vào trạm biến áp 25 2.5.1 Tính toán độ cao hiệu dụng cột thu lôi 25 2.5.2 Tính chiều cao cột thu sét 26 2.5.3 Tính phạm vi bảo vệ cột thu sét 27 CHƢƠNG : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 31 3.1 Mở đầu 31 3.2 Các yêu cầu kĩ thuật 31 3.3 Lý thuyết tính toán nối đất 33 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 3.4 Tính toán nối đất an toàn 37 3.4.1 Nối đất tự nhiên 37 3.4.2 Nối đất nhân tạo 38 3.4.3 Nối đất chống sét 39 3.4.4 Nối đất bổ sung 43 CHƢƠNG : BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY 48 4.1 Mở đầu 48 4.2 Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 48 4.2.1 Cƣờng độ hoạt động sét 48 4.2.2 Số lần sét đánh vào đƣờng dây 48 4.2.3 Số lần phóng điện sét đánh 49 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 51 4.3.1 Mô tả đƣờng dây cần bảo vệ 51 4.3.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp đƣờng dây 52 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây 56 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đƣờng dây 56 PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT KHÁNG ĐIỆN CHO ĐƢỜNG DÂY VẬN HÀNH KHÔNG TẢI TRONG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 76 CHƢƠNG : TRUYỀN TẢI ĐIỆN ĐI XA 76 1.1 Đặc điểm truyền tải điện xa 76 1.1.1 Tổng quan hệ thống điện hợp 76 1.1.2 Các vấn đề truyền tải điện xa 76 1.2 Mô hình đƣờng siêu cao áp 77 1.2.1 Mô hình đƣờng dây ngắn 77 1.2.2 Mô hình đƣờng dây trung bình 79 1.2.3 Mô hình đƣờng dây dài 80 1.3 Vấn đề điện áp đƣờng dây cao áp vận hành chế độ không tải 85 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 1.3.1 Giới hạn điện áp kháng điện bù ngang 85 1.3.2 Giới hạn điện áp tụ bù dọc 86 CHƢƠNG : QUÁ ĐIỆN ÁP Ở TRÊN ĐƢỜNG DÂY CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI 87 2.1 Lý thuyết 87 2.2 Yêu cầu tính toán điện áp đƣờng dây siêu cao áp chế độ không tải 87 2.3 Tính toán điện áp đƣờng dây siêu cao áp chế độ không tải 89 2.3.1 Phân bố điện áp chƣa có kháng 89 2.3.2 Phân bố điện áp có kháng 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LỜI NÓI ĐẦU Là sinh viên học tập rèn luyện trƣờng đại học Điện Lực Hà Nội, em cảm thấy niềm tự hào động lực to lớn cho phát triển thân tƣơng lai Sau bốn năm học đại học, dƣới bảo, quan tâm thầy cô, nỗ lực thân, em thu đƣợc học bổ ích, đựơc tiếp cận kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn 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 công sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp“ Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp đƣờng dây 220/110kV ”này nhƣ cố gắng đền đáp công ơn thầy cô nhƣ tổng kết lại kiến thức thu đƣợc sau trình học tập rèn luyện trƣờng đại học Điện Lực Trong thời gian học tập nhƣ thời gian thực đề tài tốt nghiệp em nhận đƣợc bảo, động viên tận tình thầy cô, gia đình bạn, đặc biệt hƣớng dẫn thầy giáo Trần Anh Tùng giúp em hoàn thành tốt đồ Một lần em xin chân thành cảm ơn TS Trần Anh Tùng thầy, cô toàn thể bạn môn Hệ thống điện Sinh viên Nguyễn Bá Đoàn SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đƣờng dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện 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 dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn thời gian dài làm ảnh hƣởng đến việc sản suất điện ngành kinh tế quốc dân khác Do việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Qua ta đƣa phƣơng án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế Nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm đƣợc 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 đƣờng dây gần trạm đoạn dãn nối từ xà cuối trạm cột đƣờng dây Do tùy trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp đáp ứng nhu cầu kỹ thuật nhƣ kinh tế trạm SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CHƢƠNG : 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 Dông sét tƣợng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tƣợng phóng điện dông sét gồm hai loại là: + Phóng điện đám mây điện tích với + Phóng điện đám mây điện tích với mặt đất Trong phạm vi đồ án ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với tƣợng phóng điện gây nhiều trở ngại cho đời sống ngƣời Các đám mây đƣợc tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cƣờng độ điện trƣờng 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 1,5.10 7cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.10 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng lần lƣợt phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo môi trƣờng Plasma có điện tích lớn Đầu tia đƣợc nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích đƣợc phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dƣới tác dụng điện trƣờng 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 địên dẫn đồng điểm nằm phía dƣới 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 đƣờng sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất nhƣ địa điểm sét đánh mặt đất đƣợc định sẵn Do để định hƣớng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình đƣợc dựa tính chọn lọc phóng điện sét SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 10 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC IL Y V2 I2 (1-15) Điện áp đầu đƣờng dây : (1-16) V1 V2 ZI L Thế I L từ (1-15) vào ta có : V1 ZY )V2 (1 (1-17) ZI Dòng điện đầu đƣờng dây : I1 IL Y V1 (1-18) Thế I L V1 từ (1-15) (1-16) vào (1-18) I1 Y (1 ZY ZY )V2 (1 )I2 (1-19) So sánh (1-17) (1-19) với (1-5) (1-6) thông số A, B, C, D sơ đồ thay hình : A (1 C Y (1 ZY ) B=Z ZY ) D (1-20) ZY ) (1 (1-21) Mạng hai cửa nói có cấu trúc đối xứng : A=D AD – BC = (1-22) Quan hệ điện áp dòng điện cuối đƣờng dây theo dòng điện điện áp đầu đƣờng dây có đƣợc cách giải hệ phƣơng trình (1-7) : V2 AB I2 CD V1 I1 Sau biến đổi ta đƣợc : V2 I2 D B CA V1 (1-23) I1 1.2.3 Mô hình đƣờng dây dài Chiều dài đƣờng dây lớn 250 km Ngƣời ta xét đến tính chất sóng trình truyền tải điện Ta tính toán với sơ đồ tập trung (R, L, C, G) nhƣ đƣờng dây ngắn đƣờng dây trung bình mà phải tính toán với thông số phân bố rải hay mạng thông số rải dọc đƣờng dây để đơn gian ta giả thiết : SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 80 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Điện trở r0 , điện kháng x0 , điện dung C0 , điện dẫn g đơn vị dài đƣờng dây số Tổng trở đơn vị đƣờng dây dài : z r0 j wL( / km) Tổng dẫn đơn vị đƣờng dây dài : y g0 j wC0 (1/ km) Xét vi phân đƣờng dây có chiều dài dx nằm cách đầu cuối đƣờng dây đoạn x Đƣờng dây có chiều dài l km lấy đƣờng dây đoạn pha đƣờng dây x Để đơn giản ta xét Trong V1 : Điện áp đầu nguồn V2 : Điện áp cuối đƣờng dây Đoạn x đƣợc thay sơ đồ nhƣ hình 1-4 Hình 1-4 : Thông số rải đường dây Với : dz z x (r0 jx0 ) x ( ) z ro jx0 : Tổng trở đơn vị chiều dài đƣờng dây ( / km) dy ( g0 jb0 ) x : Tổng dẫn đơn vị đƣờng dây (1/ km) V (x x) V ( x) z xI ( x) (1-24) Hoặc V (x Khi cho x x) V ( x) x zI ( x) (1-25) , ta có SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 81 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC dV ( x) zI ( x) dx Mặt khác, theo định luật kirchhoff dòng điện : I (x x) I ( x) y xV ( x (1-26) x) (1-27) Hoặc : I (x x Khi cho x) I ( x) x , ta có : dI ( x ) d ( x) yV ( x x) (1-28) yV ( x ) (1-29) Lấy vi phân cấp hai (1-26) (1-29) vào ta có : d 2V ( x) dx 2 Đặt z dI ( x) dx (1-30) zyV ( x) zy (1-31) Ta có phƣơng trình vi phân cấp hai : d 2V ( x) dx 2 V ( x) (1-32) Giải phƣơng trình vi phân ta đƣợc nghiệm : V ( x) Trong A1e (1-33) A2 e đƣợc gọi hệ số truyền sóng đƣợc xác định theo biểu thức (1-31) : j (r j L)( g (1-34) j C) gọi hệ số tắt dần sóng điện áp gọi hệ số dịch pha sóng truyền qua 1km đƣờng dây (radian/km) Từ (1-26) ta có dòng điện: I ( x) I ( x) dV ( x) z dx ( A1e Zc z x ( A1e x A2e x A2 e x ) y ( A1e z x A2 e x ) ) (1-35) (1-36) Trong Z c gọi tổng trở sóng : Zc = y z (1-37) Các hệ số A1 A2 xác định x=0, V(x)=V2 I(x)=I2 Từ (1-33) (1-36) ta có : SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 82 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC V2 A1 Zc I 2 V2 Z c I 2 A2 (1-38) Điện áp dòng điện thời điểm đƣờng dây dài : V2 V( x ) I( x) V2 Zc Zc I e V2 Zc I2 e V2 Z c I e x (1-39) I2 e x (1-40) Biểu thức dòng điện điện áp đƣợc viết lại: e e e Zc e V( x ) I( x) x V2 Zc x e V2 e x e e I2 (1-41) x I2 (1-42) Các biểu thức đƣợc viết lại qua thông qua hàm Hyperbolic : V( x ) cosh xV2 sinh xV2 Zc I( x) Z c sinh xI cosh xI (1-43) (1-44) Biểu thức liên hệ dòng điện điện áp đầu đƣờng dây theo điện áp dòng điện cuối đƣờng dây : V1 cosh lV2 Z c sinh lI I1 sinh lV2 cosh lI Zc (1-45) (1-46) Ta viết lại phƣơng trình (1,45) (1,46) dƣới dạng phƣơng trình ma trận mạng cửa : V1 AB V2 I1 CD I2 (1-47) Trong : A= cosh l C= sinh l Zc B= Z c sinh l (1-48) D= cosh l (1-49) Chú ý A=D AD-BC=1 Ta biến đổi sơ đồ dạng thông số dải hình 1-4 thành sơ đồ tƣơng đƣơng hình nhƣ hình 1-5 : SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 83 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 1-5 : Mô hình mạng hình đường dây dài Quan hệ dòng điện điện áp đầu đƣờng dây với dòng điện điện áp cuối đƣờng dây theo thông số đặc trƣng sơ đồ thay hình theo nhƣ công thức (1-17) (1-19) : V1 I1 (1 Z 'Y ' )V2 Z 'I2 (1-50) Z 'Y ' Z 'Y ' )V2 (1 )I2 Y ' (1 (1-51) Từ (1-50),(1-51),(1-45) (1-46) đồng thời ý quan hệ : l cosh l sinh l (1-52) Ta có hệ số sơ đồ tƣơng đƣơng hình Z' Z c sinh l Y' l Zc Trong đó: Z (r0 ( g0 sinh l l Y l (1-53) l (1-54) jx0 ).l Y Z : jb0 ).l SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 84 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 1.3 Vấn đề điện áp đƣờng dây cao áp vận hành chế độ không tải 1.3.1 Giới hạn điện áp kháng điện bù ngang Chức tác dụng: Là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng nên có tác dụng triệt tiêu ,điều chỉnh lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa lƣới điện sinh ra, giảm điện áp giữ ổn định điện áp hệ thống Trên đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha- đất pha – pha lớn Điện dung phát công suất phản kháng Qc lớn ( có tác dụng nhƣ tụ bù ngang) Vì trƣờng hợp đƣờng dây không tải tải nhỏ lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa lớn điện áp cuối dƣờng dây nâng cao đầu đƣờng dây Để giảm ảnh hƣởng bất lợi điện dung ,ngƣời ta mắc rẽ nhánh kháng điện để tiêu thụ bớt công suất phản kháng Qc Đối với đƣờng dây siêu cao áp 500kv, khoảng cách lớn hai điểm đặt kháng 500km Sơ đồ nguyên lý kháng điện lƣới điện nhƣ hình vẽ: U R jX Kháng điện Cfa-đất Nguyên lý cấu tạo: Cuộn kháng đƣợc coi nhƣ máy biến áp mà cuộn dây thứ cấp, tất dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải) Cấu trúc nguyên lý cuộn kháng tƣơng tự nhƣ máy biến áp, nhƣng tất dòng chảy vào cuộn kháng dòng kích từ nên dung khung từ nhƣ máy biên áp thông thƣờng bão hòa nhanh, trở kháng cuộn kháng lớn dòng chạy qua cuộn kháng nhỏ Trong cuộn kháng, đƣờng khép mạch từ khác so với máy biến áp, mạch từ đƣợc khép kín qua khe hở không khí (từ thong đƣợc khép qua vòng không khí) nhằm trách bão hòa nhanh cho khung từ Muốn đƣợc nhƣ phần ứng cuộn kháng thép ngƣời ta tạo nhiều khoảng trống nêm chèn vào lõi thép Vì cuộn kháng làm việc môi trƣờng điện từ mạnh, nên yêu cầu cao chắn khung từ vỏ để chống độ rung lớn so với máy biến áp SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 85 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 1.3.2 Giới hạn điện áp tụ bù dọc Chức tác dụng: Trên đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn điện dung pha – đất pha – pha lớn Do không tải tải nhỏ điện áp cuối đƣờng dây cao điện áp đầu đƣờng dây Vì kháng bù ngang có tác dụng giảm tăng áp giữ điện áp cuối đƣờng dây ổn định điện áp định mức Đối với tụ bù dọc có tác dụng giảm điện áp giáng đƣờng dây (giảm tổn thất điện áp công suất đƣờng dây)dàn điện áp đƣờng dây với điện áp cho phép tang khả truyền tải đƣờng dây Đồ điện áp dọc theo đƣờng dây nhƣ sau: Đƣờng 1: tụ kháng bù Đƣờng 2: có tụ kháng bù U(kv) L(km) Nguyên lý bù: Tụ bù đƣợc mắc nối tiếp đƣờng dây truyền tải cho tổng trở đƣờng dây giảm (XS=X-XBÙ).Trở kháng hệ thống truyền tairbao gồm phần lớn thành phần kháng phần nhỏ thành phần điện trở (Zht=R+jXS) Do thay đổi đƣợc XS thay đổi đƣợc điện áp phía tải sụt áp đƣờng dây đƣợc gây nên dòng điện điện kháng nhiều dòng điện điện trở Sơ đồ mô đƣờng dây có tụ bù dọc: U R jX -jXbù Sau bù điện kháng đƣờng dây là: X∑ = X-Xbù Và điện áp dơi đƣờng dây : U=[P.R + Q(X-Xbù)]/U Nhƣ U giảm lắp thêm tụ bù SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 86 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CHƢƠNG : QUÁ ĐIỆN ÁP Ở TRÊN ĐƢỜNG DÂY CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI 2.1 Lý thuyết Bản thân đƣờng dây có điện cảm điện cảm phân bố dọc theo đƣờng dây Giữa đƣờng dây với đất dây lân cận có điện dung, điện dung phân bố dọc theo đƣờng dây Đối với đƣờng dây dài L C lớn Ngƣời ta tính tƣơng đƣơng với điện kháng dọc đƣờng dây điện dung cuối đƣờng dây Dòng điện điện dung rơi điện kháng tạo sụt áp Dòng dung lệch so với điện áp 90 mà điện áp dơi đƣờng dây lại lệch 90 Nhƣ điện áp giáng lệch so với điện áp đầutụ góc 180 U2 = U1 - ∆U Mà : Khi không tải P = nên ∆U = (P.R+Q.X)/U = (P,R+Q(X L-XC)) / U ∆U = Q(XL – XC)) / U U1 : điện áp đầu đƣờng dây U2: điện áp cuối đƣờng dây ∆U : độ sụt áp đƣờng dây Đƣờng dây cao áp XC>> XL ∆U mang dấu âm nên U2 = U1 + ∆U điều giải thích điện áp cuối đƣờng dây lớn điện áp đầu đƣờng dây đóng không tải đƣờng dây cao áp, siêu cao áp đặc biệt đƣờng dây dài Nguyên nhân chủ yếu sinh hiên tƣợng điện áp tang cao cuối đƣờng dây dài chế độ không tải đƣờng dây mạng tải nhỏ đƣờng dây dài siêu cao áp dòng điện dung công suất phản kháng dung dẫn đƣờng dây sinh lớn Để khắc phục tƣợng ngƣời ta dung kháng bù ngang để tiêu thụ bớt lƣợng công suất phản kháng đƣờng dây sinh giảm đƣợc dòng điện điện dung đƣờng dây Nhờ trì điện áp cuối đƣờng dây nằm phạm vi cho phép 2.2 Yêu cầu tính toán điện áp đƣờng dây siêu cao áp chế độ không tải Đề bài: Cho sơ đồ đƣờng dây dài nối với nguồn có công suất vô lớn, điện áp pha nguồn 500kV Hệ thống điện vận hành chế độ không tải Các tham số đƣờng dây R= 0.028 Ω/km SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 87 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC XL= ωL = 0.325 Ω/km BC= ωC = 5.2 μS/km Bỏ qua điện dẫn rò G Chiều dài đƣờng dây : l = 600km Tính toán phân bố điện áp dọc theo đƣờng dây dài từ điểm đến điểm (Dùng phần mềm Matlab tính toán, vẽ đồ thị phân bố điện áp (giá trị hiệu dụng) theo chiều dài đƣờng dây) Khi nhận thấy U2>U1, tính toán tổng công suất bù ba pha điểm kháng bù ngang cho điện áp điểm điểm Kiểm tra lại phân bố điện áp đƣờng dây lắp đặt kháng điện cuối đƣờng dây, nhận xét, đƣa giải pháp ? Giới thiệu chúng matlab: MATLAB hệ thống đƣợc soạn thảo chu đáo, mạch lạc với việc áp dụng nhiều thuật toán phong phú, đặc biệt nhƣ tên – “MATric LABoratory’’ Thuật toán ma trận đƣợc coi hạt nhân quan trọng lập trình MATLAB Cú pháp ngôn ngữ chƣơng trình MATLAB đƣợc thiết lập tinh tế đến mức ngƣời sử dụng cảm giác tiếp xúc với phép tính phức tạp ma trận Ma trận đƣợc áp dụng rộng rãi toán kĩ thuật phức tạp nhƣ hệ thống điện lực, tự động hóa,…Vì MATLAB phần mềm hết súc thuận tiện hiệu lĩnh vực Là hệ thống mở, MATLAB kết hợp nhiều phƣơng pháp tính mà áp dụng thuận tiện cho ngƣời sử dụng MATLAB có đặc điểm linh hoạt dễ thích nghi, cho dù ngƣời bắt đầu chuyên gia sành sỏi, sử dụng MATLAB cách thoải mái hút MATLAB ƣu với ngƣời sử dụng, bạn tạo chƣơng trình chuyên môn mà MATLAB sẵn sang đáp ứng Matlab cho phép tiếp cận áp dụng dễ dàng hàm có sẵn để giải toán cần thiết đồng thời sang tạo m.file mà đƣợc lƣu giữ với thủ tục phù hợp MATLAB coi nhƣ hàm hệ thống, điều cho phép mở rộng khả vô hạn MATLAB, Đó ƣu điểm bật Matlab mà không chƣơng trình có đƣợc SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 88 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.3 Tính toán điện áp đƣờng dây siêu cao áp chế độ không tải Ta có hệ số truyền sóng : j Trong : RG X L BC ( RG X L BC ) 16( RBC 2( RBC RG X L BC Tổng trở sóng Zc R G X LG) ( RG X L BC )2 16( RBC jX L jBC X L G ) 0, 028 j 0,325 j 5, 2.10 X L G)2 250, 231 j10, 759( ) 2.3.1 Phân bố điện áp chƣa có kháng Từ liệu đƣờng dây công thức tính toán, ta chạy đoạn chƣơng trình matlab sau: w=2*pi*50; l=600; R=0.028; XL=0.325; BC=5.2e-6; G=0; beta=sqrt((R*G-XL*BC+sqrt((R*G-XL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2))/8); alpha=sqrt(2)*(R*BC+XL*G)/sqrt(R*G-XL*BC+sqrt((R*GXL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2)); gamma=beta+i*alpha; Zc=sqrt((R+i*XL)/(G+i*BC)); U1=500e3; U2=U1/cosh(gamma*l); % Phan bo dien ap x=0:0.1:l; for i=1:size(x,2) Ux(i)=U2*cosh(gamma*(l-x(i))); end SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 89 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC %UX=rot90(abs(Ux)); plot(x,Ux,'red') grid on xlabel('Khoang cach(km)'); ylabel('Mo dun dien ap(V)'); hold on Ta tính đƣợc 1,104.10 6,59.10 1,104.10 Zc 250, 23 j 6,59.10 j10, 759( ) U2=540,25 (kV) 5.45 x 10 5.4 5.35 Mo dun dien ap(V) 5.3 5.25 5.2 5.15 5.1 5.05 4.95 100 200 300 400 Khoang cach(km) 500 600 Hình 2-1 Phân bố điện áp chưa có kháng 2.3.2 Phân bố điện áp có kháng Từ hình 2-1 ta thấy U2 > U1 Vậy để U2 =U1 ta tiến hành đặt kháng bù ngang điểm 2( cuối đƣờng dây) Thêm vào chƣơng trình matlab phần 2.3.1 đoạn chƣơng trình sau: SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 90 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC % Tinh cong suat khang dien bu ngang de U2=U1 Xq=Zc*sinh(gamma*l)/((1-cosh(gamma*l))); % Công suat phan khang can bu o ca pha de U2=U1 Q=3*U1^2/imag(Xq); % Tinh toan lai dien ap U2 U2e=U1/(cosh(gamma*l)+Zc*sinh(gamma*l)/Xq); % Tinh toan lai dien ap U2 U2e=U1/(cosh(gamma*l)+Zc*sinh(gamma*l)/Xq); %Tinh toan lai phan bo dien ap for i=1:size(x,2) Uxe(i)=U2e*cosh(gamma*(l-x(i)))+U2e*Zc*sinh(gamma*(l-x(i)))/Xq; end %UXe=rot90(abs(Uxe)); plot(x,Uxe,'blue'); Umax=max(Uxe) Ta tính đƣợc : + Công suất kháng điện bù ngang Xq= -1556,68+j1223 (Ω) + Công suất phản kháng cần bù pha: Q= 613,23(MVA) + U max 509, 64 500 1,93% đảm bảo tổn thất điện áp đƣờng dây 500kV 500 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 91 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 5.45 x 10 phan bo dien ap chua co khang phan bo dien ap co khang 5.4 5.35 Mo dun dien ap(V) 5.3 5.25 5.2 5.15 5.1 5.05 4.95 100 200 300 400 Khoang cach(km) 500 600 Hình 2-2 Phân bố điện áp có kháng Nhận xét : Việc lắp kháng điện bù ngang có tác dụng có tác dụng cải thiện đƣợc phân bố điện áp đƣờng dây, điện áp đầu cân với điện áp định mức đầu nguồn Qua mang lại tác dụng sau : -Giảm điện áp nội -Giảm dòng công suất phản kháng -Giảm tổn thất điện -Đảm bảo hoạt động bình thƣờng đƣờng dây hòa đồng bộ, đóng đƣờng dây vào hệ thống, chế độ không tải chế độ khác -Giảm nguy có tự kích thích máy phát điện SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 92 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KẾT LUẬN CHUNG Bản đồ án tốt nghiệp đƣợc hoàn thành với kết cấu gồm phần: - Phần I : Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp đƣờng dây 220/110 kV - Phần II : Quá điện áp đƣờng dây siêu cao áp vận hành chế độ không tải Phần I đƣợc hoàn thành gồm có chƣơng, chƣơng đƣợc nghiên cứu tính toán hƣớng tới mục đích cuối để thiết kế đƣợc hệ thống chống sét cho trạm biến áp đƣờng dây 220/110 kV Nắm bắt đƣợc mục tiêu chƣơng thể đƣợc vai trò, ý nghĩa đƣợc thể thông qua bƣớc sau đây: Bước 1: Tìm hiểu cần phải bảo vệ chống sét Bước 2: Tổng hợp kiến thức , nghiên cứu cần thiết nhằm phục vụ tính toán Bước 3: Tính toán lựa chọn phƣơng án tối ƣu bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Bước 4: Tính toán nối đất nhằm mục đích bảo vệ thiết bị khỏi điện áp Bước 5: Tính toán bảo vệ chống sét đƣờng dây nhằm hạn chế cố không đáng có đảm bảo việc truyền tải điện hệ thống điện Phần gồm chƣơng : - Chương 1: Truyền tải điện xa Chƣơng nghiên cứu vấn đề việc truyền tải điện xa , mô hình đƣờng dây siêu cao áp phƣơng thức bù làm giảm tổn thất điện truyền tải xa - Chương 2: Quá điện áp đƣờng dây cao áp vận hành chế độ không tải Đƣa toán tính toán điện áp đƣờng dây cao áp vận hành chế độ không tải giải toán thuật toán giải phần mềm Matlab, để đƣa phƣơng án khắc phục tƣợng điện áp tăng cao cuối đƣờng dây dài chế độ không tải đƣờng dây mạng tải nhỏ đƣờng dây dài siêu cao áp dòng điện dung nhƣ công suất phản kháng dung dẫn đƣờng dây sinh lớn cách dùng kháng bù ngang để tiêu thụ bớt lƣợng công suất phản kháng đƣờng dây sinh giảm đƣợc dòng điện điện dung đƣờng dây, nhờ trì điện áp cuối đƣờng dây nằm phạm vi cho phép SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 93 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 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, Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bộ môn Hệ thống điện, trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2002 Nguyễn Đình Thắng, Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội, 2005 PGS TS Trần Bách, Lƣới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 SVTH: NGUYỄN BÁ ĐOÀN 94 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG