xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỢP LÝ CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI CĨ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG S K C 0 9 MÃ SỐ: B2009– 22 – 35 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH **************** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP BỘ Xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối có xét đến yếu tố ảnh hưởng Mã số: B2009– 22 – 35 Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Quyền Huy Ánh Tp Hồ Chí Minh, tháng 3/2011 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Chương TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VAN 1.1 Đặt vấn đề Mọi thiết bị điện lắp đặt dự kiến đưa vào vận hành lâu dài cấp điện áp xác định thường lựa chọn dựa điện áp định mức lưới điện mà thiết bị đấu nối vào Tuy nhiên, thực tế vận hành, đơi lúc lại xảy q điện áp tạm thời nhiều ngun nhân gây ra, cố chạm đất, thao tác, sét v.v Trong đó, q điện áp sét nguy hiểm nhất, q điện áp lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện phá hủy thiết bị Có ba yếu tố quan trọng có liên quan đến việc bảo vệ q áp: thiết kế tổng quan lưới điện, cấp độ cách điện xung (BIL) thiết bị (máy biến áp, điều áp, dàn tụ bù,.v.v.) lưới, thiết bị bảo vệ (chống sét van, dây chống sét) Khả cách điện hệ thống xác định đặc tính kỹ thuật phận sử dụng (cực cách điện, dây dẫn, v.v ) cộng với cấu trúc, khoảng cách tất hệ số khác bao gồm việc thiết kế hệ thống Cách điện hệ thống phải chịu điện áp tần số nguồn liên tục nhiều năm với nhiều điều kiện khí Để đảm bảo tính hợp dài hạn hệ thống, phải thiết kế cho lưới điện chịu điện áp cao mức bình thường Tuy nhiên, mặt kinh tế khó thực lưới điện có khả chịu điện áp cao có q áp q độ Tương tự cấp cách điện thiết bị phân phối thiết kế để chịu điện áp cao bình thường Phương pháp có hiệu đến mức đó, nhanh chóng đến giai đoạn mà khơng thể thêm chi phí để tạo cấp cách điện BIL cao khơng khả thi kinh tế Cấp bảo vệ q áp cần phải bổ sung cách lắp đặt thiết bị bảo vệ để giới hạn lượng điện áp mà thiết bị (hay đoạn đường dây) phải chịu Phương pháp cho phép giảm cấp độ cách điện thiết bị, dựa vào khả q áp nhỏ hơn, nói chung tạo sơ đồ bảo vệ q áp tiết kiệm Các cơng ty Điện lực đương nhiên áp dụng thực tế khác phải PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương tính đến ba yếu tố bản: phục vụ khách hàng, khả chịu đựng điện áp (đặc biệt q áp sét) yếu tố kinh tế Khơng thể thiết kế lưới điện đáp ứng u cầu q điện áp phải mức chịu đựng cách điện thiết bị, làm cho chi phí vượt q mức Do vậy, thiết kế lưới điện, tính chọn thiết bị lắp đặt lưới hạn chế tối thiểu tác hại q áp, quy trình dựa sở phối hợp q áp dự kiến khả chịu đựng q áp thiết bị Muốn đạt điều phải đáp ứng hai bước sau : - Thiết kế lưới điện thích hợp để kiểm sốt hạn chế tối thiểu q áp - Sử dụng thiết bị bảo vệ q áp Tổng hợp hai bước gọi bảo vệ q áp hay phối hợp cách điện Các thiết bị bảo vệ q áp sét bao gồm : - Khe hở phóng điện - Các loại van chống sét Mục tiêu bảo vệ q áp hệ thống điện tránh hư hỏng cách điện, ngừng làm việc hư hỏng thiết bị Hiện tại, thơng thường sử dụng chống sét van MOV khơng khe hở để bảo vệ q áp sét lưới phân phối [13, 14, 15] 1.2 Tình hình dơng sét Việt Nam Việt Nam nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, cường độ hoạt động dơng sét mạnh Thực tế sét gây nhiều tác hại đời sống người, gây hư hỏng thiết bị, cơng trình Là tác nhân gây cố vận hành hệ thống điện hoạt động ngành khác Ở vùng lãnh thổ với điều kiện khí hậu, thời tiết địa hình khác đặt điểm hoạt động dơng sét khác nhau, mặt khác điều kiện trang bị kỹ thuật khác mức độ thiệt hại sét gây khác Vì vậy, ngồi việc tiếp nhận kết nghiên cứu giới, nước cần phải tự tiến hành điều tra, nghiên cứu đặc tính hoạt động dơng sét thơng số phóng điện sét lãnh thổ để từ đề biện pháp phòng, chống sét thích hợp hiệu PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 10 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Từ nguồn số liệu khác ngày dơng, dơng đài trạm thuộc tỉnh thành, qua xử lý tính tốn phân vùng đặt trưng cường độ dơng sét tồn lãnh thổ Việt Nam, bao gồm: - Khu vực đồng ven biển miền Bắc (khu vực A) - Khu vực miền núi trung du miền Bắc (khu vực B) - Khu vực miền núi trung du miền Trung (khu vực C) - Khu vực ven biển miền Trung (khu vực D) - Khu vực đồng miền Nam (khu vực E) Bảng 1.1 Cường độ dơng sét khu vực Khu vực A B C D E Ngày dơng TB (ngày/năm) 51,1 61,1 47,6 44,0 60,1 Giờ dơng TB (giờ/năm) 219,1 215,6 95,2 89,32 126,21 Mật độ sét TB (lần/km2.năm) 6,47 6,33 3,31 3,55 5,37 Kết luận: Sét có điện áp vơ lớn dòng điện sét đo đạt dựa ảnh hưởng thiết bị Các thiết bị nhạy sét MOV cho dòng sét chạy qua Chống sét van MOV có vật mang dòng điện với điện trở giảm thấp thời gian sét xảy Các thành phần chủ yếu đặc tính bảo vệ chống sét thể qua dòng xung phóng điện Nhiều thiết bị khoa học đại dùng để đo lường ghi lại dòng sét, cho thấy phạm vi thay đổi rộng giá trị dòng điện từ: 1000A đến 200kA cho thấy mức độ khó đốn biên độ sét Sự nghiên cứu phân tích cho thấy dòng chạy qua chống sét van MOV khoảng 1/10 tổng giá trị dòng điện sét đặc biệt lưu ý khoảng 5 số sét lưới điện phân phối vượt q giá trị 10kA 1.3 Một số thuật ngữ Điện áp định mức Ur (Rated Voltage) a Theo IEC: Điện áp định mức chống sét van giá trị hiệu dụng cho phép tối đa điện áp tần số cơng nghiệp đặt vào hai cực chống sét mà chống sét PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 11 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương van thiết kế để vận hành điều kiện thiết lập thí nghiệm chu kỳ làm việc (Operating duty test) Một chống sét van đáp ứng tiêu chuẩn IEC phải chịu đựng điện áp định mức 10 giây, sau gia nhiệt trước đến 60oC chịu tác động xung dòng cao hay hai xung dòng thời gian dài sau phối hợp kiểm tra độ ổn định nhiệt điện áp vận hành liên tục (Continuous Operating Voltage) khoảng thời gian 30 phút Chu trình thử nghiệm phức tạp hiển nhiên Ur khơng phải giá trị đo trực tiếp chống sét b Theo ANSI: Điện áp định mức chu kỳ làm việc (Duty Cycle Voltage Rating) thuật ngữ gần với Ur IEC Theo ANSI, điện áp chu kỳ làm việc định nghĩa chu kỳ thử nghiệm phức tạp Điện áp định mức chu kỳ làm việc điện áp mà giá trị mẫu thử nghiệm nạp điện mà khơng gia nhiệt trước Điện áp thử nghiệm giữ khoảng 20 phút, thời gian 20xung dòng phân loại (thí dụ 10kA, 8/20 s) sử dụng với khoảng thời gian lần thao tác 50 giây đến 60 giây Mặc dù thử nghiệm khác IEC ANSI, thực tế giá trị điện áp định mức xác định nhà sản xuất khác nhau, đặc tính tương tự dù xác định theo IEC hay ANSI Dòng điện quy chuẩn Iref (Reference current) a Theo IEC: Dòng điện quy chuẩn giá trị đỉnh (giá trị đỉnh hai cực cao dòng điện bất đối xứng) thành phần điện trở dòng điện tần số cơng nghiệp sử dụng để xác định điện áp quy chuẩn chống sét Dòng điện quy chuẩn phải đủ lớn để bỏ qua ảnh hưởng điện dung tản chống sét giá trị điện áp quy chuẩn đo quy định nhà sản xuất Theo tiêu chuẩn IEC 99 - dòng điện quy chuẩn cho phép đặt điện áp xoay chiều tần số cơng nghiệp vào hai cực chống sét tương ứng với mật độ dòng điện khoảng (0,05mA1,0mA)/cm2 tiết diện đĩa MOV chống sét loại trụ PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 12 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương b.Theo ANSI: Dòng điện quy chuẩn giá trị đỉnh thành phần điện trở dòng điện tần số cơng nghiệp đủ lớn để bỏ qua ảnh hưởng điện dung tản chống sét Mức dòng điện nhà sản xuất quy định Theo tiêu chuẩn ANSI C62 - 11 nâng điện áp lên 1,25 lần điện áp làm việc liên tục lớn MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) vào hai cực chống sét dòng điện qua chống sét dòng điện quy chuẩn Dòng điện quy chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn (0,05 mA  1,0 mA)/cm2 tiết diện đĩa MOV Điện áp quy chuẩn Uref (Reference Voltage) a Theo IEC: Điện áp quy chuẩn giá trị đỉnh điện áp tần số cơng nghiệp chia cho sử dụng cho chống sét để đạt dòng điện quy chuẩn Điện áp quy chuẩn tổ hợp gồm nhiều chống sét ghép lại tổng số điện áp quy chuẩn thành phần b.Theo ANSI: Điện áp quy chuẩn giá trị đỉnh thấp điện áp tần số cơng nghiệp cực độc lập chia cho , u cầu tạo thành phần điện trở dòng điện dòng quy chuẩn chống sét Điện áp quy chuẩn tổ hợp gồm nhiều chống sét ghép nối tiếp tổng số điện áp quy chuẩn thành phần Mức điện áp nhà sản xuất quy định Điện áp vận hành liên tục Uc (Continuous Operating Voltage - COV) a Theo IEC: Uc (COV) giá trị hiệu dụng điện áp tần số cơng nghiệp tối đa thiết kế mà điện áp sử dụng liên tục hai cực chống sét Khi so sánh COV chống sét nhà sản xuất khác cần lưu ý khơng phải chống sét có COV lớn đặc tính chống sét tốt Bởi giá trị COV thiết kế khác nhà sản xuất, phụ thuộc vào thơng số như: Sự phân bố điện áp phi tuyến đặc biệt chống sét có thân dài; Các ứng suất xung thao tác xung sét; Đặc tính lão hóa; Đặc tính nhiễm; q áp tạm thời COV cao khơng tương ứng điện áp điểm ngưỡng (Knee point voltage) cao hơn, khơng cải thiện đặc tính nhiễm khả chịu đựng q áp tạm thời (TOV: Temporary OverVoltage) PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 13 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Do vậy, tốt cần quy định COV, TOV thơng số khác riêng lẻ dựa u cầu thực tế lưới điện theo lựa chọn chống sét thích hợp b Theo ANSI: Thuật ngữ MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) giá trị hiệu dụng điện áp tần số cơng nghiệp tối đa áp đặt liên tục vào hai cực chống sét Theo tiêu chuẩn ANSI tất định mức chống sét liệt kê bảng có MCOV tương ứng cho định mức điện áp chu kỳ làm việc Trong trường hợp này, có quan hệ cố định MCOV định mức chu kỳ làm việc khơng xem xét đến việc áp dụng thực tế Do vậy, MCOV sử dụng điện áp thí nghiệm thí nghiệm chủng loại (type test) theo tiêu chuẩn ANSI Khơng có xem xét phân bố điện áp khơng tuyến tính làm cho thử nghiệm theo ANSI khắc nghiệt so với thử nghiệm theo IEC Các định nghĩa cho COV MCOV tiêu chuẩn tương đương Tuy nhiên, xem xét đến phân bố điện áp khơng đồng khơng có tiêu chuẩn ANSI Do vậy, MCOV xem giá trị điện áp liên tục tối đa sử dụng thử nghiệm phân loại, chia theo tỉ lệ cho đĩa chống sét van, khơng phải chống sét hồn chỉnh Q điện áp tạm thời TOV (Temporary Over Voltage) Q điện áp với tần số vài Hz đến vài trăm Hz, thời gian kéo dài từ vài ms đến hàng Các ngun nhân q áp tạm thời chạm đất pha, hai pha, cộng hưởng sắt từ lưới điện, sa thải phụ tải Thơng thường xung khơng q pu khơng gây nguy hiểm vận hành lưới điện Tuy nhiên, yếu tố định đến kích cỡ chống sét Hệ số bền chịu đựng q áp tạm thời T TOV hàm số theo thời gian t nhiệt độ mơi trường t = 60oC (nhiệt độ khơng khí bên ngồi chống sét) Đường đặc tuyến khơng mang tải trước, đường đặc tuyến phía có mang tải trước, t khoảng thời gian q áp tần số cơng nghiệp Hệ số độ bền chịu đựng q áp tạm thời T khả chịu đựng TOV chống sét van định nghĩa sau : PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 14 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương T TOV UC Hình 1.1 Quan hệ hệ số q áp T = TOV/Uc theo thời gian Để thể khả chịu q áp tạm thời chống sét MOV, nhà sản xuất thường cung cấp kèm theo chống sét đặc tính khả q áp tạm thời theo thời gian Cần lưu ý có hai cách thể hiện: a Cách (theo nhà sản xuất Châu Âu theo tiêu chuẩn IEC) Trong Hình 1.1, đường đặc tuyến phía có giá trị chống sét khơng có mang tải trước đáng kể Vì lý ổn định nhiệt nên nhiệt độ MOV khơng thể vượt q giá trị xác định, lượng chống sét hấp thụ bị giới hạn Với lý đó, tải cho phép khoảng thời gian t giảm theo giá trị T đáp ứng với TOV Đường đặc tuyến phía có giá trị chống sét thời điểm t = mang tải trước Uc, có lượng E Dĩ nhiên đường đặc tuyến nằm bên đường đặc tuyến chưa mang tải trường hợp, lượng hấp thụ vào chống sét van khoảng thời gian t đường đặc tuyến mang tải phải nhỏ Cách 2: (theo nhà sản xuất Châu Mỹ theo tiêu chuẩn ANSI) Đường cong thiết lập cách sử dụng điện áp tần số cơng nghiệp để gia nhiệt trước (đến 60oC) mẫu thử nghiệm, định mức chu kỳ làm việc PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 15 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương chống sét cho nhiều lần từ 0,1 đến 104 giây Một thí nghiệm q áp giảm đến giá trị MCOV vòng 200 ms trước bị hỏng nhiệt Khu vực bên đường cong đặc tính điện áp – thời gian mà mẫu thử xác định ổn định nhiệt khoảng thời gian chu kỳ sau 30 phút với tổn thất cơng suất hay giá trị gốc Mặc dù điều khơng phải thí nghiệm bắt buộc hay mơ tả tiêu chuẩn ANSI hay IEC Khơng phải thí nghiệm quan trọng để thiết lập đường cong điện áp tần số cơng nghiệp - thời gian nhằm xác định khả chống sét đáp ứng dòng điện phóng mà theo kinh nghiệm q áp tần số cơng nghiệp khơng bị q nhiệt Cần lưu ý tiêu chuẩn ANSI thử nghiệm mang tải trước để có đường cong Prior Duty u cầu áp dụng chống sét loại trạm (Station class) loại trung gian (Intermediated class) Hình 1.2 Khả chịu q áp tạm thời chống sét van VariSTAR - loại AZL8 Điện áp kẹp, điện áp dư Ures (Residual voltage) Điện áp dư Ures điện áp xuất hai cực chống sét q trình dòng điện phóng chạy qua chống sét Nó phụ thuộc vào biên độ dạng sóng dòng điện phóng biểu thị giá trị đỉnh Đối với biên độ dạng sóng khác với dòng điện phóng định mức, điện áp dư thường biểu thị % so với điện áp phóng dòng điện định mức PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 16 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 190 c Trạm biến áp 9 1900 11 21 31 10 1925 12 2125 25 30 27 30 10 29 17 18 12 13 23 3860 19 13 16 28 13 16 22 14 15 2000 22 500 3000 500 1000 4000 TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC VIỆT NAM CÔNG TY ĐIỆN LỰC 500 2000 500 4000 TRẠM MÁY BIẾN ÁP PHA TRÊN NỀN - ĐO ĐẾM HẠ ÁP - Khoảng cách từ chống sét van đến đầu cực máy biến áp D = 2,5m - Khoảng cách từ đường dây đến đầu cực chống sét van d1 = 6m - Khoảng cách từ chống sét van đến mặt đất d2 = 4m Hình 3.18 Sơ đồ mặt cắt trạm biến áp PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 63 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Bảng 3.9 Giá trị MTBF trạm biến áp theo Ng ứng với SJ = 1502 kV/s Trƣờng hợp Ngoại thành (Sf = 0) MTBF (năm) Ng (lần/km2.năm) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 179,7 89,9 59,9 44,9 35,9 30 25,7 22,5 20 18 16,3 15 13,8 12,8 12 11,2 MTBF = 89,89.Ng 0,9995  0,01941 326,7 163,4 108,9 81,7 65,3 54,5 46,7 40,8 36,3 32,7 29,7 27,2 25,1 23,3 21,8 20,4 MTBF = 163, 4.Ng 0,9996  0,04076 MTBF (năm) Phương trình Nội thành (Sf = 0,45) Ng (lần/km2.năm) Hình 3.19 Quan hệ MTBF, Sf Ng trạm biến áp PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 64 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Kết luận: Để thuận tiện cho người vận hành việc tra cứu nhanh giá trị MTBF với loại trạm đặt khu vực khác nhau, từ Hình 3.15, Hình 3.17, Hình 3.19 tổng hợp thành Hình 3.20 nhằm đảm bảo u cầu tuổi thọ máy biến áp Tuy nhiên, để kiểm tra xác giá trị MTBF người vận hành sử dụng phương MTBF (năm) trình quan hệ MTBF, Sf Ng loại trạm Bảng 3.13 (3) (1) Ng (lần/km2.năm) Hình 3.20 Quan hệ MTBF, Sf Ng ba loại trạm biến áp Bảng 3.10 Phương trình quan hệ MTBF, Sf Ng loại trạm Loại trạm Trạm treo Trạm giàn Trạm Phƣơng trình Ngoại thành (Sf = 0) MTBF = 107,5.Ng 0,9998  0,02619 MTBF = 83,65.Ng 1,001 + 0,02671 MTBF = 89,89.Ng 0,9995  0,01941 PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh Nội thành (Sf = 0,45) MTBF  195, 4.Ng 1  0,0254 F  152, 2. g 0, 9997  0,02255 MTBF = 163, 4.Ng 0,9996  0,04076 65 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 3.4 Kết luận Chương trình bày phương pháp xây dựng 16 đường đặc tuyến quan hệ chiều cao vật thể che chắn, khoảng cách từ đường dây đến vật thể che chắn hệ số che chắn đường dây phân phối đường đặc tuyến quan hệ MTBF, hệ số che chắn mật độ sét khu vực tạo điều kiện kiểm tra khoảng cách phân cách D MTBF tay hay tự động cho nhiều cấu hình trạm khác PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 66 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Chƣơng XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN VÀ MỘT SỐ TÍNH TỐN TỐN ÁP DỤNG 4.1 Giới thiệu chƣơng trình tính tốn (OPSOLA) Để thuận tiện việc tính tốn, nhóm nghiên cứu xây dựng chương trình OPSOLA (Optimal Placement Software Of Lightning Arrester) mơi trường Matlab để tính tốn vị trí đặt hợp lý thiết bị chống sét van (MOV) kiểm tra MTBF máy biến áp cấu hình trạm có sẵn nhằm đảm bảo tuổi thọ máy biến áp theo u cầu định trước 4.1.1 Chức chƣơng trình Các chức chương trình OPSOLA bao gồm: Xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối với cấu hình khác nhau: Trạm biến áp phân phối gồm đường dây máy biến áp; Trạm biến áp phân phối gồm ba đường dây hai máy biến áp Kiểm tra MTBF máy biến áp cấu hình trạm máy biến áp đường dây (như trạm treo, trạm giàn…) Xuất kết tập tin định dạng file Excel (.xls) để tiện người sử dụng lưu bảo mật kết quả, viết báo cáo,… 4.1.2 Các thơng số đầu vào đầu chƣơng trình a Tính tốn cấu hình trạm máy biến áp Để tính tốn khoảng cách phân cách hợp lý người sử dụng phải nhập thơng số đầu vào sau: Un : Điện áp danh định lưới, kV Z : Tổng trở sóng đường dây,  BIL: Mức cách điện xung máy biến áp, kV C : Tốc độ truyền sóng đường dây, m/s Kc: Hệ số vầng quang, kV.km/s Va: Mức bảo vệ đầu sóng (FOW) chống sét van 0,5s, kV d1 : Khoảng cách điểm J đến chống sét van, m PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 67 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương d2 : Khoảng cách từ chống sét van đến mặt đất, m h : Chiều cao trụ, m b : Khoảng cách hai dây ngồi cùng, m Với b lấy Ng: Mật độ sét trung bình năm, lần/km2.năm MTBF: Thời gian trung bình lần hư hỏng máy biến áp, năm HO_left : Chiều cao vật thể phía bên trái đường dây, m HO_right : Chiều cao vật thể phía bên phải đường dây, m DO_left : Khoảng cách từ vật thể đến phía bên trái đường dây, m DO_right : Khoảng cách từ vật thể đến phía bên phải đường dây, m Kết tính tốn: SJ : Độ gia tăng điện áp sóng tới J, kV/s dm: Khoảng cách từ trạm đến chỗ sét đánh, km N : Số lần sét đánh vào đường dây, số lần /100 km/năm D : Khoảng cách phân cách hợp lý từ chống sét van đến đầu cực máy biến áp b Tính tốn cấu hình trạm hai máy biến áp Để tính tốn khoảng cách phân cách hợp lý người sử dụng phải nhập thơng số đầu vào trường hợp tính tốn cho trạm máy biến áp Nhưng đó: MTBF_T1: Thời gian trung bình lần hư hỏng máy biến áp T1, năm MTBF_T2: Thời gian trung bình lần hư hỏng máy biến áp T2, năm Kết tính tốn: D1: Khoảng cách phân cách hợp lý từ trục đường dây đến đầu cực máy biến áp T1, m D2: Khoảng cách phân cách hợp lý từ trục đường dây đến đầu cực máy biến áp T2, m c Kiểm tra MTBF cấu hình trạm máy biến áp Để kiểm tra MTBF máy biến áp người sử dụng phải nhập thơng số đầu vào trường hợp tính tốn cho trạm máy biến áp Nhưng người sử dụng phải nhập thêm thơng số D (là khoảng cách phân cách hợp lý từ chống sét van đến đầu cực máy biến áp) PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 68 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Kết tính tốn: SJ : Độ gia tăng điện áp sóng tới J, kV/s dm : Khoảng cách từ trạm đến chỗ sét đánh, km MTBF: Thời gian trung bình lần hư hỏng máy biến áp, năm 4.2 Xây dựng lƣu đồ tính tốn vị trí chống sét van cấu hình trạm Bắt đầu Số liệu ban đầu BIL, b, C, d1, d2, D123, DO, H, h, Kc, MTBF, NT, Ng, PRT, r, Va, Z Hệ số che chắn SfL, SfR (Bảng 3.3) Số lần sét đánh vào đường dây N (3.9) Khoảng cách từ trạm đến chỗ sét đánh dm (3.1) Số MBA NT = GHI CHÚ BIL: Mức cách điện MBA, kV b : Khoảng cách hai dây cùng, m C : Tốc độ truyền sóng đường dây, m/ s d1 : Khoảng cách từ J đến CSV, m d2 : Khoảng cách từ CSV đến mặt đất, m D123: Khoảng cách trung bình hình học pha, m DO : Khoảng cách từ vật thể che chắn đến đường dây, m H : Chiều cao vật thể che chắn, m h : Chiều cao trụ, m Kc : Hệ số suy giảm vầng quang, kV.km/s MTBF: Thời gian trung bình lần hư hỏng MBA, năm NT : Số lượng MBA Ng : Mật độ sét, số lần/km^2/năm PRT : Hệ số bảo vệ MBA, thường chọn  1,15 r : Bán kính dây dẫn J đến đất, mm Va : Mức bảo vệ CSV, kV Z : Tổng trở sóng đường dây,  k : Số thứ tự MBA i : Số lần lặp để tính số đường dây tính toán S k=1 Đ Đ k=2 S i=0 i =1 Độ gia tăng điện áp sóng tới J SJ (3.2) i=3 Đ S Điện cảm dây nối hai đầu CSV L (3.11) k Ntt =i+1 k Tính: SJi (3.6) Điện áp từ J đến đất Vsa (3.3) k Tính: Li (3.11) k Tính: Vsai (3.3) k Điện áp chòu đựng cực đại MBA VT (3.4) Tính: VTi (3.4) k Tính: Di (3.5) i=i+1 Khoảng cách phân cách cực đại D (3.5) k k D = (Di) k=k+1 In kết Kết thúc Hình 4.1 Lưu đồ tính tốn vị trí hợp lý CSV trạm có cấu hình khác PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 69 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 4.3 Các giao diện tính tốn chƣơng trình Hình 4.2 Giao diện chươngtrình OPSOLA Ở giao diện này, người sử dụng chọn: Design: Xác định khoảng cách phân cách hợp lý hai loại cấu hình; Checking: Kiểm tra MTBF trạm cấu hình máy biến áp; Exit Program: Thốt khỏi chương trình Hình 4.3 Giao diện hai loại cấu hình trạm biến áp Ở giao diện này, người sử dụng chọn: Single-line, Single-transformer substation: Tính tốn khoảng cách phân cách trạm có cấu hình máy biến áp; Three-line, Two-transformer substation: Tính tốn khoảng cách phân PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 70 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương cách trạm có cấu hình hai máy biến áp; Back: Quay giao diện chương trình Hình 4.4 Giao diện tính tốn cấu hình trạm máy biến áp Ở giao diện này, người sử dụng chọn: Calculate : Thực tính tốn; Save: Lưu kết tính tốn định dạng file Excel (.xls); Back: Quay giao diện trước PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 71 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Hình 4.5 Giao diện tính tốn cấu hình trạm hai máy biến áp Hình 4.6 Giao diện kiểm tra MTBF cấu hình trạm máy biến áp 4.4 Chƣơng trình tính tốn: Xem phần PHỤ LỤC PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 72 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 4.5 Một số tính tốn áp dụng 4.5.1 Xác định vị trí tối ƣu chống sét van cho cấu hình trạm biến áp a Số liệu đầu vào: Xét hệ thống đường dây phân phối máy biến áp ba pha đặt Thành phố Hồ Chí Minh có điện áp 24 kV, h = 10m, b  0, MTBF = 20 năm, Ng = 5,37 lần/km2.năm, C = 300 m/s, số đường dây/pha 1, d1 = 1,5 m, d2 = 8,5 m, chọn loại dây dẫn từ J đến mặt đất AC240 bán kính r = 16 mm D123  D1D2D3  0,7.0,7.1,4  0,88 m  88 cm (Hình 3.1 Hình 3.2) Bên phải đường dây: Có chiều cao trung bình vật thể (các cối, tồ nhà) 7,5 m khoảng cách từ vật thể đến đường dây 1,5 m Bên trái đường dây: Có chiều cao trung bình vật thể (các cối, tồ nhà) 10 m khoảng cách từ vật thể đến đường dây 35 m Ngồi ra, khoảng cách nút (điểm) đường dây gần nên trạm hai máy biến áp xem hệ số che chắn đường dây đến b Kết tính tốn: + Đối với trạm đường dây máy biến áp: D = 4,35 m ứng với sóng có độ dốc SJ = 1198,6 kV/µs, khoảng cách từ trạm đến chỗ sét đánh dm = 125 m số lần sét đánh vào đường dây N = 39,95 lần/100km/năm + Đối với trạm đường dây máy biến áp: Khoảng cách từ máy biến áp đến trục đường dây D1 = 12,5m D2 = 2,95 m Ghi chú: Cụ thể số liệu đầu vào kết tính tốn cấu hình trình bày giao diện (Hình 4.4 , Hình 4.5) 4.5.2 Kiểm tra MTBF máy biến áp trạm biến áp treo khu vực Tp.HCM a Số liệu đầu vào: Xét trạm biến áp treo có cơng suất SMBA  3x75kVA, lắp đặt thành phố Hồ Chí Minh, với khoảng cách từ chống sét van đến đầu cực máy biến áp D = 1,5 m; khoảng cách từ đường dây đến đầu cực chống sét van d1 = 1,5 m khoảng cách từ chống sét van đến mặt đất d2 = 8,5 m (Hình 3.14) Các thơng số lại cấu hình trình bày giao diện (Hình 4.6) PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 73 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương b Kết tính tốn: Giá trị MTBF = 29,98 năm ứng với độ dốc SJ = 1792,2 kV/s dm = 83,4 m Mặt khác, tuổi thọ máy biến áp theo u cầu định trước 20 năm nên vị trí đặt chống sét van hợp lý điều kiện mật độ sét Ng = 5,37 lần/km2.năm Ghi chú: Cụ thể số liệu đầu vào kết tính tốn trình bày giao diện (Hình 4.6 ) 4.6 Kết luận Chương trình OPSOLA xây dựng mơi trường Matlab nhằm trợ giúp người sử dụng nhanh chóng xác định giá trị khoảng cách phân cách hợp lý kiểm tra MTBF máy biến áp cấu hình trạm có sẵn Kết tính tốn xác thơng số nhập vào chương trình OPSOLA gần với thơng số thực tế cấu hình lắp đặt Kết số tốn áp dụng cho chương trình hồn tồn giống tính tốn tay PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 74 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương Chương KẾT LUẬN 5.1 Một số kết luận đề tài Đề tài nghiên cứu vấn đề xác định vị trí hợp lý lắp đặt chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối với điểm sau:  Đề xuất phương pháp cải tiến xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối với cấu hình khác có xét đến yếu tố ảnh hưởng như: hệ số che chắn vật thể, mật độ sét khu vực, giá trị điện cảm dây nối… sở phương pháp tính tốn đề xuất IEEE Std C62.22.2009  Đề xuất phương pháp xác định thời gian trung bình lần hư hỏng (MTBF) máy biến áp trạm có cấu hình trạm máy nhằm đảm bảo tuổi thọ máy biến áp theo u cầu định trước  Xây dựng 16 đường đặc tuyến quan hệ chiều cao vật thể che chắn, khoảng cách từ đường dây đến vật thể che chắn hệ số che chắn đường dây phân phối đường đặc tuyến quan hệ MTBF, hệ số che chắn mật độ sét khu vực tạo điều kiện kiểm tra khoảng cách phân cách D MTBF tay hay tự động  Chương trình OPSOLA giúp người sử dụng thuận tiện việc xác định khoảng cách phân cách hợp lý, đồng thời kiểm tra MTBF máy biến áp cấu hình trạm có sẵn nhằm đảm bảo tuổi thọ máy biến áp theo u cầu định trước  Cơng bố báo đăng tạp chí chun ngành: + Nghiên cứu hiệu bảo vệ máy biến áp thiết bị chống sét van có xét đến yếu tố ảnh hưởng Tạp chí Phát Triển Khoa Học & Cơng Nghê ̣, ISSN 1859-0128, Đa ̣i Ho ̣c Q́ c Gia Tp Hờ Chí Minh , số 8/2009 + Tối ưu hóa vị trí chống sét van lưới phân phối Tạp chí Giáo dục Kỹ thuật, ISSN 1859-1272, ĐHSPKT Tp HCM, số 14/2010  Đào tạo thạc sĩ ngành “Mạng, thiết bị nhà máy điện” PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 75 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 5.2 Hướng phát triển đề tài Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí đặt chống sét van cung cấp mức rủi ro chấp nhận có tính đến tốc độ truyền sóng sét khả áp dụng kỹ thuật logic mờ để giải tốn PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 76 [...]... 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 2.1 Phƣơng pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen [1] Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp cần bảo vệ (Hình 2.1) Vì vậy không quan tâm đến sóng phản xạ Transformer Ut Z Arrester Up Hình 2.1 Sơ đồ bảo vệ trạm bằng chống sét van Trường hợp này dòng định mức chống sét. .. hai đầu chống sét van trong quá trình xác định khoảng cách phân cách PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 32 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 3 Chƣơng 3 PHƢƠNG PHÁP CẢI TIẾN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 3.1 Phƣơng pháp xác định vị trí chống sét van theo IEEE Std C62.22.2009 [7] Hầu hết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp thì máy biến áp được bảo vệ an toàn... chọn hợp lý chống sét van bảo vệ máy biến áp, cũng như xác định được khoảng cách phân cách hợp lý giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp của cấu hình trạm đơn giản một máy biến áp có xét đến các yếu tố ảnh hưởng như mật độ sét khu vực, hệ số che chắn, bên độ dòng sét, tỉ lệ rủi ro, Nhưng nhìn chung vẫn còn một số vấn đền cần tiếp tục nghiên cứu như: - Xác định khoảng cách phân cách trong trường hợp. .. toàn nhất, nhưng chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát này giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách Dưới đây, trình bày giải thuật xác định vị trí đặt chống sét van đối với cấu hình trạm một máy biến áp (Khoảng cách D, Hình 3.1) và cấu hình hai máy biến áp (Khoảng cách D1 và D2, Hình 3.2) 3.1.1 Trạm một đƣờng... đầu chống sét van (L) vẫn còn chọn theo kinh nghiệm Dưới đây, đề xuất phương pháp cải tiến xác định vị trí lắp đặt chống sét van bảo vệ trạm biến áp nhằm khắc phục được các nhược điểm nêu trên PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 36 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 3 3.2 Phƣơng pháp cải tiến xác định vị trí đặt chống sét van 3.2.1 Yếu tố che chắn Khi không có che chắn các vật thể (cây cối và các. .. Xác định các thông số sau: - Xác định điểm nút J, nơi mà điểm chung giữa máy biến áp, chống sét van và đường dây sóng sét truyền đến - Xác định khoảng cách D từ J đến đầu cực máy biến áp - Xác định khoảng cách d1 từ J đến đầu cực chống sét van - Xác định khoảng cách d2 từ chống sét van và mặt đất Bước 3 Loại bỏ tất cả các đường dây kết nối đến d1 Bước 4 Tính tốc độ tăng điện áp tại điểm nút J: SJ  Kc... máy biến áp S dm D B d1 Transformer J Arrester d2 Hình 3.1 Trạm một đường dây và một máy biến áp Ghi chú: B : Phần của thiết bị có cách điện (dao cách ly, giá đỡ thanh góp,…) được lắp đặt trước chống sét van J : Điểm chung của máy biến áp, đầu chống sét van và đường dây mà sóng sét đến d1: Khoảng cách giữa điểm J và chống sét van, m d2: Khoảng cách từ chống sét van và mặt đất, m dm: Khoảng cách từ trạm. .. Khoảng cách phân cách cho phép cực đại giữa đầu cực máy biến áp 1 và trục chính đường dây, m D2: Khoảng cách phân cách cho phép cực đại giữa đầu cực máy biến áp 2 và trục chính đường dây, m A, B, C: Các đường dây đến T1, T2 : Lần lượt là các máy biến áp T1 và máy biến áp T2 Các bước xác định D1 và D2 Bước 1 Loại bỏ máy biến áp không cần xem xét và xác định đường dây sóng sét đến Bước 2 Xác định các thông... bày được cấu tạo và cách lựa chọn thiết bị chống sét van theo thông số hệ thống Ưu điểm của chống sét van là cải thiện đặc tính bảo vệ xung sét tốt hơn cho các thiết bị phân phối, đặc biệt là đối với các hệ thống có cách điện rắn như cáp ngầm và máy biến áp phân phối Điện áp phóng thấp không những cải thiện biên hạn bảo vệ giữa chống sét và điện áp xung mà còn làm giảm sự hư hỏng cách điện và tuổi thọ... quá áp tạm thời tốt hơn sẽ đưa đến độ tin cậy được cải thiện trong các trường hợp quá áp bất thường xảy ra PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS Nguyễn Phan Thanh 21 Đề tài NCKH B2009-22-35 Chương 1 Muốn cho chống sét van bảo vệ được máy biến áp thì tốt nhất chống sét van phải đặt tại đầu cực máy biến áp, nhưng chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát giữa chống