Đồ án hệ thống điện nguyễn đức anh

Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế đất nước Trong sống đại, điện cần cho sống sinh hoạt phục vụ sản xuất Nền kinh tế phát triển nhu cầu điện tăng lên Nhiệm vụ đặt cho ngành điện phải đáp ứng nhu cầu ngày tăng Vì việc xây dựng mở rộng thêm nhà máy thủy điện, trạm biến áp đường dây tải điện thiếu với quốc gia Để đảm bảo cho việc cung cấp điện thường xuyên liên tục cho phụ tải điện ta phải tìm biện pháp, phương pháp hữu hiệu để bảo vệ cho đường dây tải điện thiết bị trạm…Trong đó, việc tính toán bảo vệ chống sét cho nhà máy điện, trạm điện đường dây tải điện việc làm cần thiết sét tượng đặc biệt thiên nhiên gây nguy hiểm với tính mạng người thiệt hại sét gây cho ngành điện lớn Xuất phát từ nhu cầu thực tế, với kiến thức chuyên ngành học, em giao thực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp với nhiệm vụ: “Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Bỉm Sơn” Đồ án Tốt nghiệp gồm hai phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Bỉm Sơn Phần II: Nghiên cứu ảnh hƣởng vị trí đặt chống sét van đoạn tới TBA bảo vệ chống sét đánh lan truyền cho TBA Trong thời gian thực đồ án, với lỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy cô giáo, đặc biệt cô giáo TS Đặng Thu Huyền đến em hoàn thành đồ án Em mong nhận đánh giá, nhận xét thầy cô giáo khoa Kỹ thuật điện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Đức Anh SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn NHẬN XÉT SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NHẬN XÉT MỤC LỤC Trang PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV BỈM SƠN CHƢƠNG I HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Giải thích tượng 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam 1.3 Vấn đề chống sét CHƢƠNG II BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TBA 220KV BỈM SƠN 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 2.3 Lý thuyết để tính phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi 11 2.3.3.1 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi 11 2.3.3.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi 12 2.3.4 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 13 2.3.4.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 13 2.3.4.2 Phạm vi bảo vệ hai dây chống sét 14 2.4 Các phương án bố trí cột thu lôi dây thu sét 15 2.4.1 Phương án 1: Sử dụng cột thu lôi 16 2.4.1.1 Bố trí cột thu lôi 16 2.4.1.2 Tính toán cho phương án 16 2.4.2 Phương án 2: vừa sử dụng cột thu lôi, vừa sử dụng dây chống sét 21 2.4.2.1 Bố trí cột thu lôi dây chống sét 21 2.4.2.2 Tính toán cho phương án 22 2.4.3 Phương án 3: sử dụng dây thu sét 27 2.4.3.1 Bố trí dây thu sét 27 2.4.3.2 Tính toán cho phương án 28 2.5 Chọn phương án tối ưu 32 SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn CHƢƠNG III TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 34 3.1 Khái niệm chung 34 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống nối đất 35 3.2.1 Trị số cho phép điện trở nối đất 35 3.2.2 Hệ số mùa 35 3.3 Trình tự tính toán 36 3.3.1 Nối đất tự nhiên 36 3.3.2 Nối đất nhân tạo 37 3.3.3 Nối đất chống sét 39 CHƢƠNG IV BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 53 4.1 Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đường dây 53 4.2 Lý thuyết tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 53 4.2.1 Góc bảo vệ dây chống sét 53 4.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây 54 4.2.3 Số lần phóng điện sét đánh vào đường dây 54 4.2.4 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 55 4.2.5 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 55 4.3 Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV 56 4.3.1 Mô tả kết cấu cột thông số 56 4.3.1.1 Góc bảo vệ dây chống sét 57 4.3.1.2 Độ treo cao trung bình dây dẫn dây chống sét 57 4.3.1.3 Tổng trở sóng dây dẫn dây chống sét 61 4.3.1.4 Hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha với dây chống sét 62 4.3.1.5 Nhận xét 65 4.3.2 Tính tổng số lần sét đánh vào đường dây 65 4.3.3 Suất cắt đường dây sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 66 4.3.4 Suất cắt đường dây sét đánh vào khoảng vượt 67 4.3.5 Suất cắt đường dây sét đánh vào đỉnh cột, lân cận đỉnh cột 74 4.3.6 Chỉ tiêu chống sét đường dây tải điện 88 PHẦN II: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN TRONG ĐOẠN TỚI TBA KHI BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH LAN TRUYỀN CHO TBA 89 Đặt vấn đề 90 Giới thiệu chương trình EMTP xây dựng mô hình phần tử 90 2.1 Giới thiệu chương trình EMTP 90 2.2 Xây dựng mô hình phần tử 91 2.2.1 Mô hình cột 91 SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn 2.2.2 Mô hình đường dây 2.2.3 Mô hình chống sét van 2.2.4 Mô hình nguồn sét 2.2.5 Mô hình nguồn xoay chiều tần số 50Hz 2.2.6 Mô hình máy biến áp Chạy mô đánh giá kết Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Đức Anh 92 93 94 95 96 96 98 98 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số dông sét số vùng Bảng 1.2 Số ngày dông sét tháng số vùng Bảng 1.3 Tình hình cố miền Bắc từ năm 1987-2009 Bảng 2.1 Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 110kV phương án Bảng 2.2 Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 220kV phương án Bảng 2.3 Phạm vi bảo vệ cặp cột Phương án Bảng 2.4 Phạm vi bảo vệ cặp cột phía 220kV phương án Bảng 2.5 Phạm vi bảo vệ cặp cột phương án Bảng 3.1 Trị số trung bình hệ số mùa k ứng với loại điện cực Bảng 3.2 Bảng quan hệ k l1/l2 4 17 18 20 22 31 36 39 ds  Bảng 3.3 Bảng kết chuỗi e Tk k Bảng 3.4 Bảng kết ηC, ηtMV   ds Tk 43 45 nối đất mạch vòng cọc e k2 Bảng 3.6 Hệ số sử dụng nối cọc theo dãy Bảng 3.7 Kết tính toán giá trị Bk Bảng 4.1 Bảng xác suất hình thành hồ quang η = f (Elv) Bảng 4.2 Đặc tính V-S chuỗi sứ π-4,5 Bảng 4.3 Giá trị Ucd (a, t) tác dụng lên chuỗi sứ sét đánh vào khoảng vượt Bảng 4.4 Giá trị Ii = ai.ti sét đánh vào khoảng vượt Bảng 4.5 Giá trị υpd sét đánh vào khoảng vượt Bảng 4.6 Kết tính giá trị Ucd sét đánh vào đỉnh cột Bảng 4.7 Giá trị Ii = ai.ti sét đánh vào đỉnh cột Bảng 4.8 Giá trị υpd sét đánh vào đỉnh cột Bảng 3.5 Kết chuỗi SVTH: Nguyễn Đức Anh 47 50 51 55 70 71 72 73 85 86 87 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cho cột thu lôi Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi (đường sinh gấp khúc) 10 Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao 11 Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác 12 Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ nhóm cột (a) cột (b) thu lôi có độ cao 13 Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 14 Hình 2.7 Phạm vi bảo vệ hai dây thu sét 14 Hình 2.8 Mặt trạm sơ đồ bố trí thiết bị trạm 220kV Bỉm Sơn 15 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí cột thu lôi Phương án 16 Hình 2.10 Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phương án 21 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí cột thu sét dây thu sét phương án 22 Hình 2.12 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây thu sét phương án 26 Hình 2.13 Sơ đồ bố trí dây thu sét phương án 27 Hình 2.14 Phạm vi bảo vệ dây chống sét phương án 32 Hình 3.1 Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng 37 Hình 3.2 Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng tương đương 38 Hình 3.3 Đồ thị hệ số hình dáng 39 Hình 3.4 Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 40 Hình 3.5 Sơ đồ đẳng trị rút gọn 40 Hình 3.6 Đồ thị mối quan hệ tỷ số a/l với ηC, ηtMV 45 Hình 3.7 Hình thức nối đất bổ sung 48 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ηT = f (n) 49 Hình 3.9 Đồ thị xác định nghiệm phương trình tg Xk = -0,039 Xk 51 Hình 4.1 Góc bảo vệ dây chống sét 53 Hình 4.2 Kết cấu cột 220kV 56 Hình 4.3 Ảnh qua mặt đất dây dẫn dây chống sét 62 Hình 4.4 Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 66 Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ η = f(Elv) 67 Hình 4.6 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 68 Hình 4.7 Dạng sóng tính toán dòng điện sét 68 Hình 4.8 Đồ thị giá trị Ucd (a, t) sét đánh vào khoảng vượt 70 Hình 4.9 Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vượt 72 Hình 4.10 Sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 74 Hình 4.11 Sơ đồ thay mạch chưa có sóng phản xạ 76 Hình 4.12 Sơ đồ thay mạch có sóng phản xạ 77 Hình 4.13 Đồ thị giá trị Ucd (a, t) sét đánh vào đỉnh cột 86 SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Hình 4.14 Đường cong nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột Hình 5.1 Mô hình hệ thống mô Hình 5.2 Modul mô cột điện Hình 5.3 Mô hình thiết lập liệu đường dây Hình 5.4 Đặc tính V-A CSV ZnO Hình 5.5 Mô hình thiết lập liệu CSV Hình 5.6 Các tham số nguồn sét EMTP Hình 5.7 Modul mô nguồn sét Hình 5.8 Các tham số nguồn AC Hình 5.9 Các tham số MBA Hình 5.10 CSV đặt sau cột tới trạm Hình 5.11 CSV đặt góp cao áp trạm Hình 5.12 Dòng điện qua chống sét van SVTH: Nguyễn Đức Anh 87 91 92 92 93 94 94 95 95 96 97 97 98 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DCS - Dây chống sét MBA - Máy biến áp EMTP - Chương trình độ điện từ (ElectroMagnetic Transients Programme) CPDL - Đường dây phân bố có tham số cố định (Constant parameter Distributed Line) IEEE - Viện Kỹ nghệ Điện Điện tử ( Institute of Electrical and Electronics Engineers) FACTS - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible Alternating Current Transmission System) SVC - Tụ bù tĩnh (Static VAR Compensator) STARTCOM - Bù đồng tĩnh (Static Synchronous Compensator ) TCSC - (Thyristor controlled series capacitor) MOV - Điện trở phi tuyến (Metal Oxyd Varistor) CIGRE - Hiệp hội quốc tế hệ thống điện lớn (Conseil International des Grands Réseaus Electriques) O YgYgD - Tổ đấu dây Y0 /Y0 /∆ biểu tượng tròn SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV BỈM SƠN SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Bảng 4.6 Kết tính giá trị Ucd sét đánh vào đỉnh cột a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100,906 83,853 66,801 49,748 32,696 15,643 -1,409 -18,462 -35,514 -52,567 189,571 261,184 332,797 404,410 476,023 547,636 619,249 690,862 762,475 834,088 238,858 359,759 480,659 601,560 722,460 843,361 964,261 1085,162 1206,062 1326,963 263,394 412,387 561,381 710,375 859,368 1008,362 1157,356 1306,349 1455,343 1604,337 323,124 531,849 740,573 949,298 1158,022 1366,747 1575,471 1784,195 1942,932 2201,644 366,876 619,352 871,828 1124,304 1376,779 1629,255 1881,731 2134,207 2303,835 2639,159 401,885 689,370 976,855 1264,339 1551,824 1839,309 2126,794 2414,279 2594,397 2989,249 430,984 747,568 1064,151 1380,735 1697,319 2013,903 2330,487 2647,070 2836,720 3280,238 455,675 796,951 1138,226 1479,502 1820,777 2162,053 2503,328 2844,604 3042,663 3527,155 476,899 839,399 1201,898 1564,397 1926,897 2289,396 2651,896 3014,395 3219,733 3739,394 495,305 876,210 1257,114 1638,019 2018,924 2399,829 2780,734 3161,638 3373,188 3923,448 511,371 908,342 1305,313 1702,284 2099,255 2496,226 2893,197 3290,168 3506,949 4084,110 10 525,468 936,536 1347,603 1758,671 2169,739 2580,807 2991,875 3402,942 3624,072 4225,078 t Trước có 0,5 sóng phản xạ Sau có sóng phản xạ SVTH: Nguyễn Đức Anh 85 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Từ số liệu bảng ta vẽ quan hệ Ucd (t) = f (a, t) sau: Ucd (kV) 4500 a = 100 4000 3500 a = 90 a = 80 3000 a = 70 a = 60 2500 a = 50 Upd (kV) 2000 a = 40 1500 a = 30 1000 a = 20 500 a = 10 t (µs) 0 10 12 -500 Hình 4.13 Đồ thị giá trị Ucd (a, t) sét đánh vào đỉnh cột Từ đồ thị ta xác định cặp thông số (ai, ti) giao đường cong Ucd(a, t) với đường đặc tính V-S Dựa vào cặp thông số ta xác định đường cong nguy hiểm I = f(a) từ xác định miền nguy hiểm xác suất phóng điện υpd Kết cho bảng sau: Bảng 4.7 Giá trị Ii = ai.ti sét đánh vào đỉnh cột a (kA/µs) 10 20 t (µs) - - I (kA) - - 30 40 50 60 70 80 90 100 6,599 4,362 3,219 2,491 2,004 1,644 1,396 1,141 197,97 174,48 160,95 149,46 140,28 131,52 125,64 114,1 SVTH: Nguyễn Đức Anh 86 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Từ thông số ta xác định đường cong thông số nguy hiểm: I (kA) 250 Miền Nguy Hiểm 200 150 100 50 a (kA/µs) 0 20 40 60 80 100 Hình 4.14 Đường cong nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột Từ miền nguy hiểm đồ thị ta có cặp thông số (a, I) phóng điện sét, qua tính xác suất phóng điện υpd Tính toán tương tự tính υpd phần sét đánh vào khoảng vượt ta có bảng kết sau: Bảng 4.8 Giá trị υpd sét đánh vào đỉnh cột a (kA/µs) I (kA)  Ii (104 ) ai (102 ) a (102 )  pd (106 ) 10 - - - - - 20 - - - - - 30 197,97 5,080 6,378 3,830 19,455 40 174,48 12,494 2,548 1,530 19,119 50 160,95 20,982 1,018 0,611 12,828 60 149,46 32,587 0,407 0,244 7,960 70 140,28 46,322 0,163 0,098 4,521 80 131,52 64,797 0,065 0,039 2,527 90 125,64 81,170 0,026 0,016 1,265 100 114,1 126,304 0,010 Tổng SVTH: Nguyễn Đức Anh i 67,673 87 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Vậy xác suất phóng điện: n pd   pd.i  67,673.106 i 1 Suất cắt đường dây sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột: ncd(dc)  Ndc pd  = 107,176.67,673.10-6.0,93 = 6,745.10-3 lần/100km.năm 4.3.6 Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây tải điện Suất cắt sét đánh vào đường dây tải điện ncd tổng suất cắt trường hợp sét đánh vào dây dẫn, sét đánh vào khoảng vượt sét đánh vào đỉnh cột hay lân cận đỉnh cột ncd  ncd(dd)  ncd(kv)  ncd(dc) = 0,525 + 2,232.10-4 + 6,745.10-3 = 0,5319682 lần/100km.năm Vậy tiêu chống sét đường dây tải điện: 1 n   1,8798 năm n cd 0,5319682 SVTH: Nguyễn Đức Anh 88 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn PHẦN II: NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN TRONG ĐOẠN TỚI TBA KHI BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH LAN TRUYỀN CHO TBA SVTH: Nguyễn Đức Anh 89 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Đặt vấn đề Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng Hệ thống điện Khi có cố sét đánh vào trạm biến áp truyền tải đường dây tới trạm dẫn đến hư hỏng cho thiết bị trạm Phóng điện cách điện trạm tương đương với ngắn mạch trạm biến áp, có phương tiện bảo vệ đại dẫn đến cố trầm trọng hệ thống, hậu dẫn đến việc ngừng cung cấp điện diện rộng, gây thiệt hại cho kinh tế quốc dân Để tránh cố sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, người ta thường sử dụng cột thu lôi dây chống sét Còn việc bảo vệ chống điện áp sét đánh từ đường dây truyền vào trạm biến áp thường sử dụng chống sét van chống sét ống Do sét tượng ngẫu nhiên, ta đoán trước vị trí sét đánh tham số cú sét, nên việc lựa chọn loại chống sét van, vị trí đặt chống sét van toán khó Vấn đề nhiều nhà khoa học nghiên cứu thực nghiệm mô Để mô tượng vật lý liên quan đến trình lan truyền sóng sét vào trạm biến áp truyền tải, chương trình EMTP (ElectroMagnetic Transients Programme) coi hiệu sát thực Trong phần chuyên đề đồ án này, ta ứng dụng EMTP để nghiên cứu tính toán trình lan truyền sóng sét vào trạm biến áp tương ứng với điểm đặt vị trí khác chống sét van đoạn tới TBA Kết tính toán sở để đánh giá hiệu bảo vệ chống sét cho trạm biến áp nói riêng cho toàn hệ thống điện nói chung Giới thiệu chƣơng trình EMTP xây dựng mô hình phần tử 2.1 Giới thiệu chƣơng trình EMTP Chương trình độ điện từ EMTP (Electro – Magnetic Transients Program) chương trình máy tính dùng cho việc mô trình độ điện từ, điện hệ thống điều khiển hệ thống điện nhiều pha EMTP công cụ phân tích hệ thống linh hoạt hiệu quả, sử dụng rộng rãi toàn giới lĩnh vực tính toán thiết kế vận hành cho loại thiết bị khác hệ thống điện EMTP mô mạch lực mạch điều khiển sơ đồ điện có cấu trúc với nhiều mô đun hỗ trợ tính toán công cụ mô vô linh hoạt mạnh mẽ Chương trình EMTP tính toán giá trị cần quan tâm hệ thống điện theo hàm thời gian, đặc biệt nhiễu Chương trình sử dụng qui tắc hình thang để giải phương trình vi phân phần tử miền thời gian miền tần số Các toán tiêu biểu EMTP:  Hành vi thiết bị điều khiển hệ thống điện  Đóng cắt điện kháng, máy biến áp tụ điện  Đóng tự động đóng lại đường dây  Đóng cắt máy cắt đồng thời không đồng thời  Đóng điện dung SVTH: Nguyễn Đức Anh 90 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn  Ổn định độ  Sa thải phụ tải  Phân tích sóng hài, cộng hưởng lõi từ, dao động sắt từ  Chống sét  Quá điện áp thao tác, điện áp khí quyển, điện áp phục hồi  Nghiên cứu điện áp xác suất thống kê  Kiểm tra thiết bị Role bảo vệ  Quá trình độ thao tác ngắn mạch  Mô máy điện, khởi động động  Mô thiết bị FACTS như: SVC, STARTCOM, TCSC  Ứng dụng điện tử công suất mô hệ thống điều khiển 2.2 Xây dựng mô hình phần tử Hình 5.1 Mô hình hệ thống mô Hình 5.1 mô hình hệ thống sử dụng EMTP Các phần tử đưa vào mô hình bao gồm: cột điện, đường dây, nguồn xoay chiều tần số 50Hz, máy biến áp, chống sét van, nguồn dòng xung sét Ta xây dựng mô hình phần tử 2.2.1 Mô hình cột Mô hình cột điện sử dụng mô mô hình CPDL (Constant parameter Distributed Line) IEEE Với thông số tính sau:    R   Z T  60 ln cot 0,5tan 1     h     (5.1) Trong đó: r1h  r2 h  r3h1 (5.2) h R bán kính tương đương cột đại diện hình nón cụt, h = h1 + h2  r1, r2, r3: bán kính đỉnh, chân cột (m)  h1: chiều cao từ đỉnh cột đến cột (m) R SVTH: Nguyễn Đức Anh 91 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn  h2: chiều cao từ cột đến chân cột (m) 0,7m r1 Z T1 x1 R1 1,5m L1 Z T1 x2 R2 L2 h2 Z T1 x3 R3 L3 Z T4 R4 r2 r2 L4 x4 h1 r3 r3 Hình 5.2 Modul mô cột điện Giá trị R L xác định theo công thức sau: Ri  Ri xi ; Li  2..Ri R1  R2  R3  R  2.Z T1 ln h  x4 1 2.Z T ln h 4 (5.3) (5.4) (5.5) 2.2.2 Mô hình đƣờng dây Chương trình EMTP cho phép mô đa dạng loại đường dây cáp Trong đồ án ta chọn mô hình đường dây thông số rải đường dây không (m – pha) với tham số phụ thuộc tần số (Frequency Dependent – FD Line) thư viện lines.clf Mô hình FD Line tham số khai báo xây dựng hàm Line Data thư viện Hình 5.3 Mô hình thiết lập liệu đường dây SVTH: Nguyễn Đức Anh 92 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Dữ liệu đầu vào cần nhập cho module bao gồm: - Bảng khai báo Conductor Data (dữ liệu đường dây) thể hình:  Number of conductors (wires): số lượng dây dẫn  Wire: số hiệu dây (số thứ tự quy ước)  Phase number: số thứ tự pha dây dẫn  DC resistance: điện trở đơn vị dây  Outside diameter: đường kính dây  Horizontal distance: Chiều dài cánh xà  Vertical heigth at tower: độ treo cao dây  Vertical heigth at midspan: độ cao điểm dây - Thẻ Model: lựa chọn mô hình đường dây - Thẻ Line length:chiều dài đường dây 2.2.3 Mô hình chống sét van Đặc tính phần tử phi tuyến: Ucsv  A.I  (5.6) Trong đó:  A: phụ thuộc U  α: phụ thuộc vào cấu tạo CSV - CSV có khe hở:   0,18  0,24 - CSV khe hở:   0,02  0,03 Mô hình chống sét van sử dụng mô điện trở phi tuyến phần tử MOV, nối tiếp với khe hở phóng điện Đặc tính V-A chống sét van hình sau: 1200,0 Arrester Voltage (kVp) 1000,0 Typical Arrester Voltage-Current (VI) Characteristics 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 0,00001 0,001 0,1 10 1000 100000 Arrester Current (A) Hình 5.4 Đặc tính V-A CSV ZnO SVTH: Nguyễn Đức Anh 93 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Giá trị điểm thuộc đường đặc tính nhập vào đối tượng Zno data function thư viện Nonlinear.clf Hình 5.5 Mô hình thiết lập liệu CSV Dữ liệu đầu vào cho module này:  Desired Voltage rating: điện áp định mức CSV  Current (A) – Voltage (V) matrix: đặc tính V-A CSV 2.2.4 Mô hình nguồn sét Sóng sét mô nguồn dòng dạng dốc CIGRE Các tham số sóng sét (thời gian đầu sóng, thời gian toàn sóng, ….) cài đặt hình 5.6: Hình 5.6 Các tham số nguồn sét EMTP Trong đó:  tstart: thời gian sóng sét bắt đầu (µs)  Imax: giá trị đỉnh dòng sét (kA)  tf: thời gian đầu sóng (µs)  Sm: tốc độ đầu sóng (kA/µs)  th: thời gian nửa sóng (µs)  tstop: thời gian sóng sét kết thúc (µs) SVTH: Nguyễn Đức Anh 94 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Hình 5.7 Modul mô nguồn sét 2.2.5 Mô hình nguồn xoay chiều tần số 50Hz Nguồn sử dụng mô nguồn điều hòa xoay chiều pha: v(t)  Vm cos(t  );   2f (5.7) Dữ liệu cần cho mô hình gồm có:  Vm: điện áp định mức pha (kV)  f: tần số (Hz)  θ: góc lệch pha (độ)  tstart: thời gian bắt đầu (s)  tstop: thời gian dừng lại (s) Hình 5.8 Các tham số nguồn AC SVTH: Nguyễn Đức Anh 95 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn 2.2.6 Mô hình máy biến áp Đối với việc mô MBA, ta chọn MBA pha, cuộn dây YgYgD nameplate input O YgYgD thư viện transformers.clf Dữ liệu đầu vào cho module bao gồm:  Nominal frequency: tần số f(Hz)  Voltage: điện áp định mức cuộn dây (kV)  Nominal power: công suất định mức cuộn dây (MVA)  Winding R: điện trở cuộn dây (pu)  Winding X: điện kháng cuộn dây (pu) Hình 5.9 Các tham số MBA Chạy mô đánh giá kết a Ảnh hưởng điểm đặt chống sét van Tính toán ảnh hưởng vị trí điểm đặt chống sét van tới điện áp đầu cực cao áp máy biến áp thực trường hợp: điểm đặt sau cột tới trạm điểm đặt góp nhận điện tới máy biến áp trạm Khoảng cách hai vị trí chọn để tính toán mô 30m Mọi điều kiện mô khác giữ nguyên: dạng biên độ dòng sét, điện trở nối đất cột điện, cấu trúc lưới điện SVTH: Nguyễn Đức Anh 96 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Hình 5.10 CSV đặt sau cột tới trạm Hình 5.11 CSV đặt góp cao áp trạm Đánh giá: Kết trình bày hình 5.10 hình 5.11 cho thấy: có sóng điện áp sét lan truyền từ đường dây vào trạm, vị trí điểm đặt chống sét van gần ảnh hưởng tới điện áp đầu cực cao áp máy biến áp trạm, điều giải thích đặc tính sóng sét – tồn thời gian ngắn (bậc µs) lan truyền với tốc độ tương tự tốc độ ánh sáng, khoảng cách từ cột điện tới trạm tới góp trạm coi nhỏ so với tốc độ lan truyền sóng sét b Dòng điện qua chống sét van SVTH: Nguyễn Đức Anh 97 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn Hình 5.12 Dòng điện qua chống sét van Đánh giá: Khả hấp thụ lượng chống sét van, nói cách khác hiệu làm việc chống sét van thể qua tham số dòng điện lớn Imax qua mà đặc tính cách điện đảm bảo Với cấp điện áp 110kV, để đảm bảo cho chống sét van làm việc hiệu Imax ≤ 10kA Trong trình tính toán mô phía trên, lực làm việc chống sét van kiểm tra tất trường hợp mô Tất trường hợp kiểm tra cho thấy dòng điện Imax ≤ 10kA Kết luận Vấn đề bảo vệ chống sét lan truyền hệ thống điện vấn đề khó, phức tạp, đặc biệt trường hợp bảo vệ cho trạm biến áp truyền tải Có nhiều vấn đề cần xem xét tính toán bảo vệ chống sét lan truyền cho trạm biến áp: loại chống sét van (dựa vào cấp điện áp, cấu tạo, …), trạng thái nối đất máy biến áp… Kết nghiên cứu phần xem xét vài tham số quan trọng liên quan đến việc bảo vệ chống sét lan truyền cho trạm biến áp Kết tính toán cho thấy:  Dòng điện cho phép qua chống sét van trường hợp tính toán mô đảm bảo  Vị trí đặt chống sét van không ảnh hưởng tới giá trị điện áp pha, nói cách khác hiệu làm việc chống sét van không bị ảnh hưởng vị trí đặt nó, xét phạm vi từ đỉnh cột treo dây tới trạm đến góp đầu cực cao áp máy biến áp trạm SVTH: Nguyễn Đức Anh 98 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 [2] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, NXB Bách Khoa Hà Nội, 1972 [4] Vũ Văn Tẩm – Ngô Hồng Quảng, Thiết kế cấp điện, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009 [5] Đặng Thu Huyền, “Study of impact of surge arrester position in protecting substations against travelling lightning wave”, Hội nghị Khoa học & công nghệ EPU 2016 SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền ... Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn CHƢƠNG I HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lượng bao gồm nhà máy điện, ... tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông sét (tháng 5) quan sát 1215 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng... máy SVTH: Nguyễn Đức Anh GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án Tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn cắt cắt gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc không nhanh dẫn đến