Đồ án hệ thống điện nguyễn bảo hiếu

Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền MỤC LỤC TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110 KV CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Cường độ hoạt động sét 1.1.3 Tình hình dông sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng giông sét 1.3 Vấn đề chống sét CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 2.2.1 Các công thức sử dụng để tính toán 2.2.2 Mô tả đối tượng bảo vệ 11 2.3 tính toán phương án chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 12 2.3.1 Trình tự tiến hành 12 2.3.2 Phương án 12 2.3.3 Phương án 18 2.3.4 Phương án 24 2.3.5 Tổng kết phương án 28 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 30 3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 30 3.2 Tính toán nối đất 31 3.2.1 Nối đất an toàn 31 3.2.2 Nối đất chống sét 36 CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 45 4.1 Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đường dây 45 4.2.Các tiêu bảo vệ chống sét đường dây 45 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 45 4.2.2 Cường độ hoạt động sét 46 4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 46 4.2.4.Số lần phóng điện sét đánh vào đường dây 47 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 47 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 48 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 48 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 48 4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở dây chống sét đường dây 49 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 52 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đường dây 53 CHƯƠNG 5: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 77 5.1 Khái niệm chung 77 5.2 Các phương pháp tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm 78 5.2.1 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp lập bảng 78 5.2.2 Xác định điện áp điện dung 80 5.3 Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm 84 5.3.1 Sơ đồ tính toán 84 5.3.2 Trình tự tính toán 85 5.3.3 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 88 5.3.4 Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 92 5.3.5 Kiểm tra an toàn thiết bị trạm 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110 KV Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN Việc nghiên cứu dông sét biện pháp chống sét có từ lâu lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện Ngày người ta tìm phương pháp hệ thống thiết bị phòng chống sét đánh Sét tượng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc sét dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy Cơn dông hình thành có khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dông kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet Sét tượng phóng điện tia lửa khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Quá trình phóng điện sét giống trình xảy trường không đồng a Quá trình hình thành sét Trong giai đoạn đầu phát triển dông, khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng đứng đám mây Sự phân bố điện tích mây dông phức tạp Khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông thường mây dông có kết cấu sau: vùng điện tích âm nằm khu vực độ cao km, vùng điện tích dương phần đám mây độ cao 8- 12km khối điện tích dương nhỏ phía chân mây Khi vùngđiện tích đủ mạnh xảy phóng điện sét Các điện tích âm (- ) tập trung thành nhóm, điện tích dương (+) rải đám mây Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (- ) tạo nên tượng trung hòa điện Các điện tích (- ) lại phát triển phía mặt đất hình thành tia tiên đạo (dòng plasma có điện dẫn lớn) Tia tiên đạo phát triển phía mặt đất trường đầu dòng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi trường xung quanh tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích Càng gần mặt đất số điện tích lớn tạo nên dòng phóng điện ngược phát triển phía đám mây, hoàn thành phóng điện sét Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất: vx  1,5.10  2.10 cm / s Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây: vng  1,5 109  2.1010 cm / s Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Tia tiên đạo Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt Địa điểm phụ thuộc điện trở suất đất Hoàn thành phóng điện sét Dòng phóng điện ngược Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển dòng điện sét b Các dạng sóng sét  Imax Dạng tổng quát is Trong đó:  0,5.Imax  ds thời gian đầu sóng  is = ÷ Imax  Ts thời gian toàn sóng ds Ts t Hình 1.2: Dạng tổng quát sóng sét Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp  GVHD: TS Đặng Thu Huyền Dạng xiên góc is Trong đó: Imax Tds  is = a.t (t <  ds)  is = a. ds = Imax (t >  ds)  a độ dốc đầu sóng t Hình 1.3: Dạng xiên góc sóng sét  Dạng hàm số mũ Tính cho trình xảy chậm ( Quá trình phát nhiệt dòng sét) is Trong đó: Imax is  Imax e T  t T Ts 0,7 t Hình 1.4: Dạng hàm số mũ sóng sét 1.1.2 Cường độ hoạt động sét a Số ngày sét năm nng Vùng lãnh thổ nngs Vùng xích đạo 100 ÷ 150 ngày Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam) Vùng ôn đới 30 ÷ 50 ngày Vùng hàn đới < ngày Bảng 1.1: Số ngày sét năm Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền b Mật độ sét Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất ngày có sét: ms  0,1  0,15 Số lần phóng điện xuống đất năm: N  m s n ngs   0,1  0,15.n ngs 1.1.3 Tình hình dông sét Việt Nam Theo đề tài KC–03- 07 viện lượng, năm số ngày sét miền bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày số lần có dông từ 150- 300 lần 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 mùa dông sét khác Vùng có nhiều dông miềm bắc khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) năm có 100 – 110 ngày dông sét Nơi dông Quảng Bình, hàng năm có 80 ngày dông, xét diễn biến mùa dông năm, mùa dông không hoàn toàn đồng vùng Nói chung miền bắc dông tập trung từ tháng 4- 9, phía tây bắc dông tập trung từ tháng 5- năm Vùng Ngày dông trung bình (ngày/năm) Giờ dông trung bình (giờ/năm) Mật độ Tháng sét trung dông cực bình đại Đồng ven biển 81,1 215,6 6,47 Miền núi trung du bắc 61,6 219,1 6,33 Cao nguyên miền trung 47,6 126,21 3,31 5,8 Ven biển miền trung 44 95,2 3,55 5,8 Đồng miền nam 60,1 89,32 5,37 5,9 Bảng 1.2: Số liệu sét năm 2012 địa phương Từ số liệu ngày dông, số lượng đo lường nghiên cứu thực giai đoạn tính toán đưa số liệu dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực Số ngày Đồng Miền núi trung Cao nguyên Ven biển Đồng dông ven biển du phía bắc miền trung trung miền nam 20  40 2,43  2,68 2,1  4,2 12  2,4 1,22  2,44 1,26  2,52 40  60 4,68  4,92 4,2  6,3 2,4  3,6 2,44  3,65 2,52  3,78 60  80 7,92  9,72 6,3  8,4 3,6  4,8 3,65  4,87 3,78  5,06 80  100 9,72  12,15 8,4  10,5 4,8  4,87  6,09 5,06  6,3 100  120 12,15  14,58 10,5  12,6  7,2 6,09  7,31 6,3  7,76 Bảng 1.3: Mật độ phóng điện xuống khu vực Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Trên vùng duyên hải trung từ phía bắc đến Quảng Ngãi khu vực tương đối nhiều dông tháng Số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày / tháng, tháng có nhiều dông tháng 5, có từ 12–15 ngày.Miền nam có nhiều dông, hàng năm quan sát từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tùy nơi Khu vực nhiều dông sét đồng nam bộ, số ngày dông sét lên đến 120 – 140 ngày/năm Qua số liệu khảo sát ta thấy trung bình dông sét miền Bắc – Trung – Nam, vùng lân cận lại có mật độ sét tương đối giống Theo kết nghiên cứu người ta lập đồ phân vùng dông sét toàn Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng giông sét Khi có sét, biên độ dòng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vô lớn dòng điện sét qua Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất không tốt, bị dòng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch Phóng điện sét kèm theo việc di chuyển không gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Ở Việt Nam khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC–03–07 lắp đặt thiết bị ghi sét ghi tổng hợp đường dây tải điện nhiều năm liên tục, kết thu thập tình hình cố lưới điện 220 kV miền bắc từ năm 1987 đến năm 1992 ghi bảng Đường dây Phả Lại – Hà Đông Loại cố Vĩnh Vĩnh Tổng số Tổng số Do sét cữu cửu 1987 2 1 1988 5 1989 24 1990 25 1 1991 30 1 1992 19 4 105 16 22 11 Bảng 1.4: Tình hình cố lưới điện miền Bắc Dưới 220 kV 1.3 Vấn đề chống sét Qua nghiên cứu tình hình dông sét Việt Nam tác hại sét gây nên lưới điện, việc bảo vệ chống sét cho đường dây trạm biến áp điều thiếu Vì việc đầu tư nghiên cứu chồng sét cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện nước ta Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV 2.1 Khái niệm chung Trạm biến áp đường dây truyền tải phận quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện Đối với trạm biến áp thiết bị phân phối trạm thường đặt trời, nên bị sét đánh trực tiếp gây hậu nặng nề (phóng điện, phá hủy cách điện, gây cắt điện…) nếu không bảo vệ Sự cố điện trạm ảnh hưởng đến ngành công nghiệp khác hậu việc điện Do trạm biến áp có yêu cầu bảo vệ cao Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng cột thu lôi dây chống sét dùng đảm bảo mặt kỹ thuật , kinh tế mỹ thuật Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hướng cho phóng điện sét tập trung vào tạo khu vực an toàn bên hệ thống Ngoài thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải đảm bảo mặt kỹ thuật quan tâm tới tiêu kinh tế cho hợp lý 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng Yêu cầu bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Đối với trạm cắt 220 kV ta dùng cột thu lôi, đường dây ta dùng dây chống sét Đối với trạm biến áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao, đặt thiết bị thu lôi kết cấu trạm gắn vào hệ thống nối đất trạm theo đường ngắn cho dòng điện sét khuyếch tán vào hệ thống nối đất theo đến nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất Khâu yếu trạm phân phối trời cuộn dây máy biến áp, dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách điểm nối vào cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng sét chạy qua Đối với dây chống sét ta treo dọc theo chiều dài đường dây cần bảo vệ đặt cao đường dây bảo vệ 2.2.1 Các công thức sử dụng để tính toán a, Độ cao cột thu lôi h  hx  (2.1) Trong đó: + h: Độ cao cột thu lôi + hx: Độ cao vật cần bảo vệ Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền + ha: Độ cao tác dụng cột thu lôi xác định theo nhóm cột + ≥ D ( Với D đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo chân cột) b, Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đường kính xác định phương trình: rx  1,6 (h  h x ) hx 1 h (2.1) Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét - Nếu hx 2/3h thì: rx  1,5h.(1  hx ) 0,8h - Nếu hx> 2/3h thì: rx  0,75h.(1   hx ) h Chú ý: Các công thức trường hợp cột thu lôi cao 30m Khi cột thu lôi cao 30m công thức phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p 5,5 Với p  hình vẽ dùng hoành độ 0,75hp 1,5hp h c, Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi lớn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ hai cột đơn Nhưng để hai cột thu lôi phối hợp khoảng cách a cột phải thỏa mãn điều kiện a < 7h (h chiều cao cột)  Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền U, kV α=1 I II α=0,2 α=0,02 α=0 A I, kA Hình 5.6: Đặc tính V- A chống sét van Hệ số phi tuyến chống sét van SiC biến thiên phạm vi 0,18÷0,24 hệ số phi tuyến chống sét van ZnO biến thiên phạm vi 0,02÷0,03 Hình 5-  Miền II ứng với miền làm việc chống sét van có dòng điện I ≥ 1kA Khi điện áp dư loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm ZnO thấp loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm SiC Như nếu sử dụng loại chống sét van dùng điện trở phi tuyến làm ZnO có độ an toàn cao (do điện áp dư thấp khả nguy hiểm đến thiết bị khác trạm giảm xuống) làm giảm thấp mức cách điện xung kích trạm  Miền I ứng với điện áp, dòng điện rò điện trở ZnO bé so dòng rò điện trở SiC bé đến mức nối trực tiếp loại điện trở vào lưới điện mà không cần dao cách ly khe hở chống sét van cổ điển (dùng điện trở phi tuyến SiC) Xác định điện áp dòng điện chống sét van Sơ đồ Petersen xác định điện áp chống sét van sau: U1 U2 ZCSV Zdt 2Udt UCSV ZCSV Hình 5.7: Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van Từ sơ đồ thay thế, ta có phương trình:  2Udt  Zdt iCSV  A.iCSV (5.10) đó: A=295 =0,025  Mặt khác, ta biết đặc tính V- A chống sét van: UCSV  f (iCSV )  A.iCSV nên ta vẽ đồ thị Hình 5.8 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 83 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Vì UCSV (t) ICSV (t) phụ thuộc hoàn toàn vào đặc tính V- S chống sét van nên ta có cách tính UCSV (t) ICSV (t) theo phương pháp đồ thị sau: - Phần bên phải vẽ đường đặc tính V- A: UCSV=f(iCSV) điện áp giáng tổng trở Ztd Ztd.iCSV, sau xây dựng đường cong UCSV +Ztd.iCSV phương pháp cộng đồ thị tương ứng với giá trị iCSV - Phần bên trái ta vẽ quan hệ 2Utd (t) Ứng với sóng ta xác định điểm a đường 2Utd (t), từ điểm a ta dóng sang bên phải song song với trục OI, gặp đường cong UCSV+Ztd.iCSV điểm b, từ điểm b ta dóng xuống song song với trục OU, gặp đường UCSV điểm c, từ điểm c ta dóng song song với trục Ot gặp đường dóng thẳng từ điểm a xuống song song với OU d, d giá trị UCSV (t) ứng với giá trị 2Utd (t) điểm a Từ c ta tiếp tục dóng thẳng xuống trục OI cắt trục OI g, từ g ta chuyển sang toạ độ ICSV (t) ta có điểm h (với Oh=Og) Từ h ta dóng song song với Ot gặp đường dóng thẳng từ a xuống e, e giá trị ICSV (t) ứng với giá trị 2Utd (t) điểm a Thay đổi nhiều giá trị a khác làm theo cách tương tự ta có đường cong đặc tính UCSV(t) ICSV(t) U, kV 2Udt Ut (t) UCSV + iCSV.Zdt a b iCSV.Zdt UCSV UCSV (t) c d t O ICSV (t) e g I, kA h ICSV, kA Hình 5.8: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V- A 5.3 Tính toán bảo vệ chống sét truyền vào trạm 5.3.1 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 thế trạm trạng thái sóng Trong sơ đồ thay thế đường dây, góp thay thế 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 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 84 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Các thiết bị khác thay điện dung tập trung tương đương Có thể lấy trị số theo bảng sau: Điện dung,(pF) Loại thiết bị Máy biến áp điện lực Đặc tính thiết bị Dao cách ly T số trung bình Công suất lớn, có bù điện dung 10003000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 3001000 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 T.số giới hạn Sứ xuyên Bảng 5.1: Giá trị điện dung tương đương thay thế số thiết bị + 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 5.3.2 Trình tự tính toán Điện cảm đơn vị dài góp: Z 400 L   1,33 H / m v 300 Điện dung đơn vị dài góp: 1 C   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: Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 85 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp T1 CL CL GVHD: TS Đặng Thu Huyền CL CL D1 MC MC CSV BU T2 CL CL CL CL D2 MC MC Hình 5.9: 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 thế trạm trạng thái nguy hiểm hình 5.11 CL MC CL D1 9 16 60 500 60 CL MC CL T1 17 9 15 60 500 60 1500 9 CL MC CL D2 9 16 60 500 60 CL BU CSV 60 300 17 CL MC CL T2 9 15 60 500 60 1500 Hình 5.10: Sơ đồ thay thế trạng thái đầy đủ Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 86 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền CL MC CL T1 16 9 15 60 500 60 1500 9 CL BU CSV 60 300 CL MC CL D2 9 16 60 500 60 Hình 5.11: Sơ đồ thay thế 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  8,33.18  149.94( pF ) Do tính điện dung góp nên ta gộp góp vào điểm: Khoảng cách điểm sau: + Điểm 1- 2: L1- =34m + Điểm 2- 4: L2- =26m + Điểm 2- 3: L2- =49m 49 34 C1 C2 C3 26 C4 CSV Hình 5.12: Sơ đồ rút gọn Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 87 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp A LA CA CA  C lB l A  lB GVHD: TS Đặng Thu Huyền O LB B CO CB Hình 5.13: Quy tắc momen lực l CB  C A l A  lB Do ta có: CMC 25 CCL 16 500.25 60.16   60    455,882( pF ) 34 34 34 34 C 15 CCL 300.18 60.9 C4  BU     228, 462( pF ) 21 21 26 26 C 34 C 24 CCL 16 C3  CT  CL  MC  49 49 49 60.34 500.24 60.16  1500     1806,122( pF ) 49 49 49 C1  CCL  C2  CTG  5.CCL  2.CMC  CBU  CMBA  C1  C4  C3  100  5.60  2.500  300  1500  455,882  288, 462  1806,122  649,534( pF ) 5.3.3 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) U 660  ds  50%   2, 2 s a 300 Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: a.t (t   ds ) u kV U 50% (t   ds ) Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: l 34 2t12  12   0, 23(  s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: l 26 2t24  24   0,17(  s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: l 49 2t23  23   0,32(  s) v 300 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 88 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Chọn t  0, 01(  s) 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 C1=456pF, ta có sơ đồ thay thế Peterson sau: Ut Z Z Zdt C1= 456 pF 2Udt C1=456 pF Hình 5.14: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z 400 Z dt    200 2 2Z 2.200 1  dt  1 Z 400 2U dt    m1.U m'  U 01'  U 21' Suy m 1 Với U U sóng tới nút sóng phản xạ từ đường dây nút truyền + Khi t < 2t12=0,23(µs) U 21' =0 chưa có sóng phản xạ từ nút tới nút ' 01 ' 21 Do 2U dt  U 01' + Khi t ≥ 2t12=0,23(µs) U 21' #0 Do 2U dt  U 01'  U 21' Do tổng trở tập trung nút điện dung C1=456(pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: + Thời gian nạp mạch: T1  Z dt C1  200.456.106  0,1(  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 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 89 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền c, Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C2=649,534 pF, ta có sơ đồ thay thế Peterson sau: Zdt2 Ut Z Z C2=649,534 pF 2Udt Z C2=649,534 pF Hình 5.15: 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 Z dt    133 3 2Z 2.133 1  dt   0, 667 Z 400 Suy 2U dt    m U m'  0, 667(U12'  U 32'  U 42' ) m 1 Với U12' , U 32' ,U 42' sóng tới nút sóng phản xạ từ nút 1,3 nút truyền + Khi t < t12+2t24=0,115+0, 17=0,285(µs) U 42' =0, U 32' =0 Do 2U dt  0, 667U12' + Khi t12+2t24< t t12+2t23=0,335(µs) U 42' #0, U 32' #0 Do 2U dt  0, 667(U12'  U 32'  U 42' ) Để tính 2U dt khoảng thời gian 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 Sau tính điện áp nút 3,4 ta quay lại tính điện áp nút ' U 32  U 32 (t  0,16) với U 32  U  U 23' ' U 42  U 42 (t  0, 085) với U 42  U  U 24' Biết 2U dt , Z dt C2 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: T2  Z dt C2  133.649, 534.106  0, 086( s ) Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 90 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền 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= 0,17µs t< 2t23= 0,32µs U 42'  U 32'  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= 1806,112pF, ta có sơ đồ thay thế Peterson sau: Zdt3 Ut Z 2Udt C = 1806,112 pF C = 1806,112 pF Hình 5.16: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt  Z  400 Hệ số khúc xạ nút là: 1  Z dt 2.400  2 Z 400 ' ' 2U dt   U 23  2.U 23 Suy Với U 23' sóng tới nút sóng phản xạ từ nút truyền tới U 23'  U 23 (t  t23 ) U 23  U  U 32' Do tổng trở tập trung nút điện dung C3=1806,112 (pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: + Thời gian nạp mạch: T3  Z dt C3  400.1806,112.106  0, 722( s ) t 0, 01   0, 014 T3 0, 710 U  0, 014.(2U dt  U (t )) U (t  t )  U  U (t ) Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 91 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền e, Điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C4=288,462 pF mắc song song với chống sét van không khe hở ZnO, ta có sơ đồ thay thế Peterson sau: U Z dt4 t Z C = 288,462 pF CSV 2U C = 288,462 pF dt Hình 5.17: 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  đó: K =295, α=0,025 U csv  K I csv ' U csv  I csv Z dt  2.U 24  2.U dt với Zdt =400Ω Ta có U 24' sóng phản xạ từ nút truyền tới U'24  U 24 (t  t 24 )  U 24 (t  0,085) U 24  U  U'42 Khi t < t12+2t24 =0,115+0,17=0,285 µs U 42' =0 U24=U2 Ta tính U4 khoảng phương pháp đồ thị (dựa vào Udt,Zdt đặc tính V- A chống sét van) Khi t > 2t24 = 0,17 µs U 42' #0 tính tiếp có U3 bước trước Quá trình tính toán lặp lặp lại nút 5.3.4 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: t(µs) 1,5 10 U/Umax 0,3 0,98 0,95 0,92 0,89 0,85 U(kV) 165 550 539 522,5 506 489,5 467,5 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 92 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Umba(kV) U(kV) 600 500 400 300 U(kV) 200 100 t(µs) 0 10 12 Hình 5.18: 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 I (kA) t (µs) Hình 5.19: 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 t(µs) U(kV) 1020 10 960 900 855 830 810 805 1050 800 797 795 Bảng 5.3: Đặc tính V- S góp Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 93 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 1200 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Utg(kV) U(kV) 1000 800 600 Utg(kV) 400 200 t(µs) 10 15 Hình 5.20: Đồ thị đặc tính V- S góp 5.3.5 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: U(kV) 600 500 400 U3 300 Umba(kV) 200 100 t(µs) 0 10 12 Hình 5.21: 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: Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 94 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền Icsv I(kA) 3.5 2.5 Icsv 1.5 0.5 t(µs) 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Hình 5.22: 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: U(kV) 1200 1000 800 Utg(kV) 600 U2 400 200 t(µs) 0 10 12 Hình 5.23: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV Trong đó: + Utg: Biểu thị đường đặc tính cách điện góp + 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 nếu 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 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 95 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền 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 5.23) +Dòng điện qua chống sét van nhỏ 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thường (hình 5.22) + 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 5.21) 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 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 96 Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp GVHD: TS Đặng Thu Huyền 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 Chước, 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 Phương Hoàng Kim, ThS Nguyễn Ngọc Trung, Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2010 4.Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 1972 Sinh viên: Nguyễn Bảo Hiếu 97 ... bảo vệ đặt cao đường dây bảo vệ 2.2.1 Các công thức sử dụng để tính toán a, Độ cao cột thu lôi h  hx  (2.1) Trong đó: + h: Độ cao cột thu lôi + hx: Độ cao vật cần bảo vệ Sinh viên: Nguyễn Bảo. .. trạm - Tính độ cao h cột thu lôi: h = + hx ( Với hx: độ cao vật bảo vệ) - Kiểm tra lại khả bảo vệ vật nằm phạm vi bảo vệ: + Tính bán kính bảo vệ cột thu lôi + Tính bán kính khu vực bảo vệ cột thu... đảm bảo phạm vi bảo vệ 1,75m →Độ cao tối thiểu dây thu sét là: h= + hx= 1,75+ 11= 12,75m Phía 110kV 220kV Cặp dây Khoảng cách hai dây (m) Độ cao cần bảo vệ (m) Độ cao tác dụng tối thiểu (m) Độ cao