tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và đường dây 220 110kv

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY 220/110KV Giảng viên hướng dẫn : TS TRẦN ANH TÙNG Sinh viên thực hiện: TRẦN HỮU KIÊN Ngành : CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ5H3 Khoá : 2010 - 2015 Hà Nội, tháng năm 2015 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG 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: Trần Hữu Kiên Lớp: Đ5H3 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 đường dây, sử dụng sơ đồ góp có góp vòng, cấp điện từ MBA (T3, T4) MBA tự ngẫu (AT1, AT2) + Phía 110 kV có lộ đường dây, sử dụng sơ đồ góp có góp vòng, 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 thước hình học khác cho vẽ  Đƣờng dây không  Điện áp: 220kV  Loại cột: cột kim loại SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC  Trạm 220kV:  Dây dẫn: AAC - 120  Dây chống sét: C – 70  Khoảng cách hai cột: 320m  Chiều cao cột: 30m  Điện trở suất đất: 100m  Điện trở cột: 10  Số ngày sét đánh: 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:  Các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án khác  Các kết tính toán nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm biến áp  Phương pháp kết tính toán tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện  Các kết tính toán điện áp công suất kháng bù ngang cho đường dây tải điện 500kV SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm Trưởng khoa Người hướng dẫn TS TRẦN THANH SƠN TS TRẦN ANH TÙNG SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LỜI NÓI ĐẦU Là sinh viên học tập rèn luyện trường đại học Điện Lực Hà Nội, em cảm thấy niềm tự hào động lực to lớn cho phát triển thân tương lai Sau bốn năm học đại học, bảo, quan tâm thầy cô, nỗ lực thân, em thu 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 đường dây 220/110kV ”này cố gắng đền đáp công ơn thầy cô tổng kết lại kiến thức thu sau trình học tập rèn luyện trường đại học Điện Lực Trong thời gian học tập thời gian thực đề tài tốt nghiệp em nhận bảo, động viên tận tình thầy cô, gia đình bạn, đặc biệt hướng 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 Trần Hữu Kiên SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NHẬN XÉT ………………………………………………….……………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC MỤC LỤC PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY CHƢƠNG : HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam CHƢƠNG : TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Mở đầu 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật chống sét đánh thẳng 2.3 Phạm vi bảo vệ cột chống sét dây chống sét .9 2.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 13 2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ đề xuất phương án tính toán chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 15 2.5 Tính toán phương án sử dụng cột thu sét 17 2.5.1 Tính toán độ cao hiệu dụng cột thu sét 17 2.5.2 Tính chiều cao cột thu sét 18 2.5.3 Tính phạm vi bảo vệ cột thu sét 19 2.6 Tính toán phương án sử dụng dây chống sét 23 2.6.1 Tính toán độ cao hiệu dụng treo dây chống sét .24 2.6.2 Tính toán phạm vi bảo vệ dây thu sét 24 SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.6.3 Tính toán độ cao cột treo dây chống sét 25 2.7 Chọn phương án tối ưu 30 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 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 40 3.4.4 Nối đất bổ sung 44 CHƢƠNG : BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY .51 4.1 Mở đầu 51 4.2 Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây 51 4.2.1 Cường độ hoạt động sét 51 4.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây 52 4.2.3 Số lần phóng điện sét đánh 53 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 55 4.3.1 Mô tả đường dây cần bảo vệ 55 4.3.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp đường dây 56 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 60 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đường dây 61 4.4 Chỉ tiêu chống sét đường dây tải điện: 81 SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẦN II 82 CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG VÀO TRẠM BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MỀM ATP/EMTP 82 CHƢƠNG I .83 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ATP/EMTP .83 1.1 Sơ lược lịch sử phát triển ATP/EMTP: .83 1.2 Giới thiệu chung ATP/EMTP: 83 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động: 84 1.2.2 Khả chương trình: 84 1.2.3 Các thành phần thư viện mẫu ATP: .85 1.2.4 Mô hình hợp module mô ATP: 85 1.2.5 Những module ATP: 86 1.2.6 Cách tạo file liệu để mô mạch điện: 90 CHƢƠNG II 91 TÍNH TOÁN SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN VÀO TRẠM BẰNG ATP 91 2.1 Mô cột: 91 2.2 Mô đường dây vào trạm: 93 2.3 Mô nguồn điện: 94 2.4 Mô máy cắt: 96 2.5 Mô chống sét van: 97 2.6 Mô phần tử khác trạm: 98 2.7 Mô hình tổng thể thay trạm biến áp đoạn đường dây gần vào trạm: 98 2.8 Kết tính toán ATP: 100 2.8.1 Phương án (Không đặt chống sét van): .100 2.8.2 Phương án (Đặt chống sét van đầu cực MBA): 102 2.8.3 Phương án (Đặt chống sét van đầu cực MBA đầu trạm): 105 SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC MỤC LỤC BIỂU HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét .2 Hình 1.2 Sự biến thiên dòng điện sét theo thời gian Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 10 Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét giống 11 Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác 12 Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ nhóm cột 13 Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 13 Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét 14 Hình 2.7 Sơ đồ bố trí cột thu sét 16 Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ phương án 22 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí dây chống sét 23 Hình 2.10 Phạm vi bảo vệ phương án 29 Hình 3.1 Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 36 Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị thu gọn .36 Hình 3.3 Đồ thị hệ số phụ thuộc hình dáng K 40 Hình 3.4 Đồ thị dạng sóng dòng điện sét 41 Hình 3.5 Sơ đồ đóng cọc bổ sung 45 Hình 3.6 Đồ thị giá trị hệ số cọc theo số cọc tỷ số a/l 46 Hình 4.1 Đồ thị   f ( Elv ) 54 Hình 4.2 Sơ đồ cột lộ đơn 220kV 55 Hình 4.3 Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp .59 Hình 4.4 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 62 Hình 4.5 Dạng sóng tính toán dòng điện sét 63 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ (a,t) đặc tính V-S 66 Hình 4.7 Đường cong nguy hiểm 68 Hình 4.8 Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 69 Hình 4.9 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét chưa có sóng phản xạ 71 Hình 4.10 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét có sóng phản xạ, 72 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ(a,t) đặc tính V-S 79 SVTH: TRẦN HỮU KIÊN GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.220 Trong giá trị cực đại nguồn áp: U max   179,630 kV  2.4 Mô máy cắt: Trong đó: - T-cl: Thời gian đóng máy cắt [s] - T-op: Thời gian cắt máy cắt [s] SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 96 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.5 Mô chống sét van: Sử dụng ba chống sét van tương ứng với ba pha sau: Với thông số: Trong đó: - Vflash: Điện áp phóng điện khe hở phóng điện SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 97 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC T delay: Khoảng thời gian trễ nhỏ để khe hở đóng lại 2.6 Mô phần tử khác trạm: Máy biến áp, máy biến điện áp, dao cách ly thay tụ điện, mô mô hình RLC_3 sau: Thanh góp đường dây nối trạm thay tổng trở đường dây sau: 2.7 Mô hình tổng thể thay trạm biến áp đoạn đƣờng dây gần vào trạm: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 98 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 4.13Hình 5.11: Mô hình tổng thể trạm SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 99 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 2.8 Kết tính toán ATP: 2.8.1 Phƣơng án (Không đặt chống sét van): Dòng điện sét: Với dòng điện sét có biên độ 124kA vị trí sét đánh cách trạm khoảng cách khoảng vượt đường dây (3x320km), ta có: Hình 5.12: Dạng dòng điện sét Điện áp pha vị trí sét đánh: Hình 5.13: Điện áp pha vị trí sét đánh SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 100 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Điện áp góp trạm: Hình 5.14: Điện áp góp trạm - Điện áp đầu cực máy biến áp: Hình 5.15: Điện áp đầu cực máy biến áp Nhận xét: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 101 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Khi sét đánh vào đường dây gần trạm biến áp làm điện áp đầu cực MBA tăng vượt giới hạn cách điện trạm (1,15 MV) Vậy để trạm vận hành an toàn, ta cần đặt thêm chống sét van để đảm bảo điện áp lan truyền vào trạm không vượt giới hạn cách diện trạm 2.8.2 Phƣơng án (Đặt chống sét van đầu cực MBA): Điện áp vị trí sét đánh: Hình 5.16: Điện áp vị trí sét đánh Điện áp pha vị trí đường dây trước vào trạm: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 102 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 5.17: Điện áp pha trước vào trạm Điện áp góp trạm: Hình 5.18: Điện áp góp trạm - Dòng điện qua chống sét van: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 103 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 5.19: Dòng điện qua Chống Sét Van Điện áp đầu cực MBA: Hình 5.20: Điện áp đầu cực MBA Nhận xét: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 104 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Qua đồ thị ta thấy điện áp đầu cực phương án 947,6 (kV), nhỏ so với giới hạn cách điện trạm (960kV) Tuy nhiên giá trị điện áp gần với giới hạn nên điều kiện tự nhiên thay đổi trình làm việc xuất sai số thiết bị có khả điện áp đầu cực MBA vượt qua giới hạn cách điện trạm Vì để đảm bảo mức độ an toàn cao ta đặt thêm Chống Sét Van đầu trạm 2.8.3 Phƣơng án (Đặt chống sét van đầu cực MBA đầu trạm): Điện áp góp trạm: Hình 5.21: Điện áp góp trạm Dòng diện qua chống sét van: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 105 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 5.22: Dòng điện qua chống sét van Điện áp đầu cực MBA: Hình 5.23: Điện áp đầu cực MBA SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 106 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy điện áp đầu cực MBA phương án 924,47kV, nhỏ mức tương đối so với mức cách điện giới hạn trạm (960kV), đảm bảo mức độ an toàn tốt cho trạm Vì ta tiến hành lựa chọn phương án để lắp đặt thiết bị cho trạm Ta có biểu đồ so sánh điện áp đầu cực MBA phương án phương án 3, tức lắp chống sét van đầu trạm đầu MBA với phương án không lắp chống sét van vị trí: SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 107 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 5.24: So sánh điện áp pha A đầu cực MBA phương án SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 108 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Hình 5.25: Sơ đồ tổng thể trạm phương án SVTH: TRẦN HỮU KIÊN 109 GVHD: TS.TRẦN ANH TÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 Nguyễn Minh Chƣớc, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện – trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 PGS.TS Phạm Văn Hòa, TS Phƣơng Hoàng Kim, ThS Nguyễn Ngọc Trung, Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2010 Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 1972 SVTH: TRẦN HỮU KIÊN TÙNG 110 GVHD: TS.TRẦN ANH ... an toàn nối đất chống sét cho trạm biến áp  Phương pháp kết tính toán tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện  Các kết tính toán điện áp công suất kháng bù ngang cho đường dây tải điện 500kV... 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. .. vi bảo vệ dây thu sét 13 2.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ đề xuất phương án tính toán chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 15 2.5 Tính toán phương án sử dụng cột thu sét