Đồ án ngành hệ thống điện phó viết hiếu

Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà MỤC LỤC Trang CHƢƠNG 1: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ CÁC ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM .1 1.1 HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Cƣờng độ hoạt động sét 1.2 TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM 1.3 ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN CHƢƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 220/110KV KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG .7 2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 2.3 LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH CHIỀU CAO HIỆU DỤNG VÀ PHẠM VI BẢO VỆ 2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi .8 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi .9 2.3.4 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 12 2.4 CÁC PHƢƠNG ÁN BỐ TRÍ CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ 14 2.4.1 Phƣơng án 14 2.4.2 Phƣơng án 20 2.4.3 Phƣơng án 26 2.4.4 Chọn phƣơng án tối ƣu .33 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 34 3.1 YÊU CẦU NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 34 3.2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 35 3.2.1 Nối đấtan toàn 35 3.2.2 Nối đất chống sét .39 CHƢƠNG 4: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220KV 52 4.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY .52 4.2 CÁC CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY .52 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 52 4.2.2 Cƣờng độ hoạt động sét 53 4.2.3 Số lần sét đánh vào đƣờng dây 53 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây 54 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đƣờng dây .54 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 55 4.3 TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CỦA ĐƢỜNG DÂY 55 4.3.1 Thông số đƣờng dây cần bảo vệ .55 4.3.2 Góc bảo vệ dây chống sét 56 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà 4.3.3 Độ treo cao trung bình dây dẫn dây chống sét 56 4.3.4 Tổng trở sóng dây dẫn dây chống sét 60 4.3.5 Hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha với dây chống sét 61 4.3.6 Xác định tổng số lần sét đánh vào đƣờng dây hàng năm 64 4.3.7 Suất cắt đƣờng dây sét đánh vòng vào dây dẫn 64 4.3.8 Suất cắt đƣờng dây sét đánh vào khoảng vƣợt .65 4.3.9 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột .70 4.3.10 Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây tải điện 83 CHƢƠNG 5: CHUYÊN ĐỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 85 5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 85 5.1.1 Lý lựa chọn đề tài .85 5.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 85 5.1.3 Giới thiệu phần mềm mô EMTP-RV 85 5.2 PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG .86 5.2.1 Sơ đồ trạm biến áp 86 5.2.2 Mô hình cột .87 5.2.3 Mô hình đƣờng dây 89 5.2.4 Mô hình chống sét van 90 5.2.5 Mô hình nguồn sét 91 5.2.6 Mô hình nguồn xoay chiều tần số 50Hz 92 5.2.7 Mô hình máy biến áp 93 5.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 93 5.3.1 Điện áp đầu cực cao áp MBA 93 5.3.2: Dòng điện qua chống sét van 94 5.4: KẾT LUẬN 95 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1: Số ngày sét năm Bảng 1.2: Số liệu sét năm 2012 địa phƣơng .4 Bảng 1.3: Mật độ phóng điện xuống khu vực Bảng 1.4: Tình hình cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-1992 Bảng 2.1: Chiều cao hiệu dụng cột phía 110kV phƣơng án .16 Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng cột phía 220kV phƣơng án .17 Bảng 2.3: Phạm vi bảo vệ cặp cột biên phƣơng án 19 Bảng 2.4: Chiều cao hiệu dụng dây chống sét phƣơng án .21 Bảng 2.5: Phạm vi bảo vệ hai cột biên có độ cao phƣơng án 25 Bảng 2.6: Độ cao hiệu dụng cột phía 110kV phƣơng án 28 Bảng 2.7: Độ cao treo dây dây chống sét phía 220kV phƣơng án 29 Bảng 2.8: Phạm vi bảo vệ cặpcột phía 110kV phƣơng án .30 Bảng 2.9: Phạm vi bảo vệ cặp cột biên phía 220kV phƣơng án 31 Bảng 2.10: So sánh phƣơng án 33 Bảng 3.1: Bảng hệ số Km 35 l l2 Bảng 3.2: Hệ số hình dạng K  f ( ) 38   ds   ds   ds  Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số  e TK 42 k 1 k  Bảng 3.4: Bảng tính toán chuỗi số  e TK 44 k 1 k  Bảng 3.5: Bảng tính toán chuỗi số  e TK 46 k 1 k Bảng 3.6: Hệ số sử dụng nối cọc theo dãy .48 Bảng 3.7: Kết tính toán giá trị Bk 50 Bảng 4.1: Xác suất hình thành hồ quang η = f(Elv) 54 Bảng 4.2: Số liệu tính hệ số ngẫu hợp dây pha dây chống sét 63 Bảng 4.3: Bảng đặc tính V-S chuỗi sứ .68 Bảng 4.4: Giá trị Ucd (a, t) tác dụng lên chuỗi sứ .68 Bảng 4.5: Bảng giá trị Ii=ai.ti sét đánh vào khoảng vƣợt .69 Bảng 4.6: Kết tính toán xác suất phóng điện .69 Bảng 4.7: Các thông số tính toán pha A 74 Bảng 4.8: Các thông số tính toán pha B .75 Bảng 4.9: Các thông số tính toán pha C .76 Bảng 4.10: Kết tính giá trị Ucđ(a,t) sét đánh vào đỉnh cột 81 Bảng 4.11: Kết tính toán xác suất phóng điện 82 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển dòng điện sét .2 Hình 1.2: Dạng tổng quát sóng sét Hình 1.3: Dạng xiên góc sóng sét Hình 1.4: Dạng hàm số mũ sóng sét Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi (đƣờng sinh gấp khúc) Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao 10 Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác 11 Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ nhóm ba (a) bốn cột (b) có độ cao .12 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 12 Hình 2.7: Phạm vi bảo vệ hai dây chống sét treo độ cao 13 Hình 2.8: Sơ đồ mặt trạm 14 Hình 2.9: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 15 Hình 2.10: Phạm vi bảo vệ chống sét phƣơng án 20 Hình 2.11: Bố trí dây thu sét phƣơng án .21 Hình 2.12: Phạm vi bảo vệ dây thu sét phƣơng án 26 Hình 2.13: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 27 Hình 2.14: Phạm vi bảo vệ cột dây thu sét phƣơng án 32 Hình 3.1: Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng 37 l Hình 3.2: Hệ số hình dạng K  f ( ) .38 l2 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 39 Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn .40 Hình 3.5: Đồ thị giá trị sử dụng cọc theo tỉ số a/l .45 Hình 3.6: Hình thức nối đất bổ sung 47 Hình 3.7: Đồ thị T 48 Hình 3.8: Xác định nghiệm phƣơng trình tgX k  0,031X k 50 Hình 4.1: Góc bảo vệ dây thu sét .52 Hình 4.2: Đồ thị   f ( Elv ) 55 Hình 4.3: Kết cấu cột điện 220kV 56 Hình 4.4: Ảnh qua mặt đất dây dẫn dây chống sét .62 Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ η = f(Elv) 65 Hình 4.6: Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét 66 Hình 4.7: Dạng sóng sét tính toán 66 Hình 4.8: Đồ thị giá trị Ucd (a, t) sét đánh vào khoảng vƣợt 68 Hình 4.9: Đƣờng cong thông số nguy hiểm .69 Hình 4.10: Sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 70 Hình 4.11: Sơ đồ thay mạch chƣa có sóng phản xạ .73 Hình 4.12: Sơ đồ thay mạch có sóng phản xạ 73 Hình 4.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ(t)=f(a,t) .82 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 4.14: Đồ thị đƣờng cong nguy hiểm .83 Hình 5.1: Sơ đồ thứ TBA 87 Hình 5.2: Sơ đồ khối mô .87 Hình 5.3: Mô hình cột chƣơng trình EMTP 88 Hình 5.4: Mô hình thiết lập liệu đƣờng dây EMTP 89 Hình 5.5: Thông số đƣờng dây EMTP 90 Hình 5.6: Đặc tính V – A CSV ZnO 90 Hình 5.7: Mô hình thiết lập liệu CSV 91 Hình 5.8: Các tham số nguồn sét EMTP 91 Hình 5.9: Nguồn dòng CIGRE 92 Hình 5.10: Các tham số nguồn AC .92 Hình 5.11: Các tham số mô MBA 93 Hình 5.12: Kết trƣờng hợp .94 Hình 5.13: Kết trƣờng hợp .94 Hình 5.14: Dòng điện chạy qua CSV .95 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DCS - Dây chống sét MBA - Máy biến áp TH - Trƣờng hợp PA - Phƣơng án QTQĐ - Quá trình độ PVBV - Phạm vi bảo vệ EMTP - Chƣơng trình độ điện từ (ElectroMagnetic Transients Programme) CPDL - Đƣờng dây phân bố có tham số cố định (Constant parameter Distributed Line) IEEE - Viện Kỹ nghệ Điện Điện tử (Institude of Electrical and Electronics Engineers) FACTS - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible Alternating Current Transmisson System) CIGRE - Hiệp hội quốc tế hệ thống điện lớn (Conseil International dé Grands Réseaus Electriques) YgYgD - SVTH: Phó Viết Hiếu Tổ đấu dây Y0-Y0-∆ GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà PHẦN I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà CHƢƠNG HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ CÁC ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lƣợng bao gồm nhà máy điện, đƣờng dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện Trong trạm biến áp, đƣờng dây phần tử có số lƣợng lớn quan trọng Trong trình vận hành phần tử chịu nhiều tác động tƣợng tự nhiên nhƣ: mƣa, gió bão đặc biệt nguy hiểm bị ảnh hƣởng sét Khi có cố sét đánh vào trạm biến áp đƣờng dây gây hƣ hỏng thiết bị trạm dẫn tới việc gián đoạn cung cấp điện gây thiệt hại lớn đến kinh tế Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành thiết bị điện ta cần phải tính toán bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện 1.1 HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT 1.1.1 Khái niệm chung a Quá trình hình thành sét Dông tƣợng tự nhiên thƣờng kèm theo sớm chớp xảy Cơn dông đƣợc hình thành khối khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dông kéo dài từ 30 phút đến 12 tiếng trải rộng từ vài chục đến vài trăm km Cơn dông ví nhƣ nhà máy điện nhỏ công suất vài trăm megawatt Điện đạt hàng tỷ vôn dòng điện từ vài chục đến vài trăm Kilô-Ampe Một tia sét thông thƣờng thắp sáng bóng đèn 100W ba tháng[1] 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 thƣờng mây dông có kết cấu nhƣ sau: vùng điện tích âm nằm khu vực độ cao 6km, vùng điện tích dƣơng phần đám mây độ cao 8-12km khối điện tích dƣơng nhỏ phía dƣới chân mây Khi vùng điện tích đủ mạnh xảy phóng điện sét Quá trình phóng điện sét phóng điện đám mây với đám mây với đất, tƣợng phóng điện từ đám mây mang điện tích âm sang đám mây mang điện tích dƣơng Quá trình phóng điện sét mây – mây dừng hai đám mây trung hòa hết điện tích Khoảng 80% số trƣờng hợp phóng điện sét mây – đất đám mây tích điện âm Khi đám mây đƣợc tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cƣờng độ điện trƣờng lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tia tiên đạo môi trƣờng Plasma có điện tích lớn Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng khoảng 1,5.107cm/s Ở lần phóng điện nhanh đạt tới 20.108cm/s, trung bình đợt sét có khoảng lần phóng điện liên tiếp đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích Dƣới mặt đất hiệu ứng bề mặt mà tập trung nhiều điện tích dƣơng Nếu điện tích dƣới mặt đất đồng (điện trở suất điểm nhƣ nhau) tia tiên đạo phát triển theo hƣớng vuông góc với mặt đất Nếu điện trở suất vị trí khác điện tích dƣơng tập trung SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà nơi có điện trở suất nhỏ mục tiêu tia tiên đạo, tính chọn lọc phóng điện sét 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 ngƣợc Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển dòng điện sét Tia tiên đạo gần mặt đất cƣờng độ điện trƣờng lớn, trình ion hóa mãnh liệt tạo nên nhiều thác điện tử có dòng phóng điện ngƣợc từ mặt đất lên với tốc độ 1,5.109–1,5.1010cm/s Trong giai đoạn điện tích mây theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng nơi sét đánh Nhƣ trình phóng điện chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngƣợc dòng điện tích dƣơng giảm dần điện đám mây tới trị số lúc trình phóng điện kết thúc a Các dạng sóng sét  Dạng tổng quát is Imax Trong đó:   ds thời gian đầu sóng  is = ÷ Imax  Ts thời gian toàn sóng 0,5.Imax ds t Ts Hình 1.2: Dạng tổng quát sóng sét SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà  Dạng xiên góc is Imax Trong đó:  is = a.t (t  ds)  a độ dốc đầu sóng ds 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 Cƣờng độ hoạt động sét a Số ngày sét năm nngs Bảng 1.1: Số ngày sét năm 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 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 SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Từ ta xác định đƣợc đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ(t) đặc tính phóng điện V–S chuỗi sứ 9000 8000 a=100 7000 a=90 a=80 a=70 a=60 Ucđ (kV) 6000 5000 4000 a=50 a=40 a=30 a=20 3000 2000 1000 Upđ a=10 0 10 t (µs) Hình 4.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ(t)=f(a,t) Từ đồ thị ta xác định đƣợc cặp giá trị (ai,Ii), từ xác định đƣợc xác suất phóng điện chuỗi sứ pha B Bảng 4.11: Kết tính toán xác suất phóng điện a(kA/µs) t(µs) I(kA) VIi(10-4kV) Va(10-2kV) ∆Va (10-2kV) ∆Vpd(10-6kV) 10 15,026 150,260 31,603 39,954 23,991 758,183 20 4,954 99,080 224,566 15,964 9,585 2152,561 30 2,956 88,680 334,501 6,378 3,830 1281,069 40 1,961 78,440 495,207 2,548 1,530 757,752 50 1,554 77,700 509,449 1,018 0,611 311,462 60 1,208 72,480 622,242 0,407 0,244 151,995 70 0,954 66,780 774,114 0,163 0,098 75,551 80 0,725 58,000 1083,680 0,065 0,039 42,257 90 0,614 55,260 1203,632 0,026 0,016 18,7524 100 0,52 52,000 1363,763 0,010 - - n Vậy xác suất phóng điện: Vpđ   Vpđi  5549,581.106 Ta có đồ thị đƣờng cong nguy hiểm: SVTH: Phó Viết Hiếu 82 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà I (kA) 160 140 Miền nguy hiểm 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 t (µs) 120 Hình 4.14: Đồ thị đƣờng cong nguy hiểm Vậy suất cắt sét đánh vào đỉnh cột là: ncđ ( đc )  Nđc .Vpđ  68,907.0,93.5549,581.106  0,356 (lần/100km/năm) 4.3.10 Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây tải điện Suất cắt tổng sét đánh vào đƣờng dây tải điện ncđ tổng suất cắt trƣờng hợp sét đánh vào dây dẫn, sét đánh vào khoảng vƣợt sét đánh vào đỉnh hay lân cận đỉnh cột ncđ  ncđ (dd)  ncđ ( kv )  ncđ ( đc ) =0,102+0,1+0,356=0,558(lần/km/năm) Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây tải điện: 1 m   1,792 (năm/lần cố) ncđ 0,558 SVTH: Phó Viết Hiếu 83 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà PHẦN II NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN TRƢỚC ĐOẠN TỚI TRẠM BIẾN ÁP TRUYỀN TẢI KHI BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH LAN TRUYỀN CHO TRẠM BIẾN ÁP SVTH: Phó Viết Hiếu 84 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà CHƢƠNG CHUYÊN ĐỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 5.1.1 Lý lựa chọn đề tài Việc truyền tải công suất từ nhà máy trạm phân phối đến phụ tải xa chủ yếu đƣờng dây không Trong truyền tải điện không vấn đề lớn khả xuất sóng điện áp khí đƣờng dây Sét đánh vào đƣờng dây tải điện không nguyên nhân gây trình lan truyền sóng dọc theo đƣờng dây truyền vào trạm, chúng gây điện áp gây nguy hiểm cho thiết bị kết nối vào trạm Sóng sét lan truyền vào trạm gây phóng điện cách điện trạm, đánh thủng cách điện thiết bị, có phƣơng tiện bảo vệ đại dẫn đến cố trầm trọng hệ thống, hậu dẫn đến việc ngừng cung cấp điện diện rộng, gây thiệt hại lớn tới kinh tế quốc dân Do đó, cần phải có thiết bị bảo vệ chống sét thích hợp, đặt vị trí chiến lƣợc để giảm sóng điện áp xuống dƣới trị số nguy hiểm, dƣới mức cách điện thiết bị mà đặt vào Sử dụng chống sét van giải pháp hiệu để giải vấn đề trên, CSV bảo vệ cho cách điện mà mắc song song (tính chất cục bộ)[5] Để giảm chi phí đầu tƣ nâng cao hiệu sử dụng thiết bị việc đầu tƣ lắp đặt CSV chống sét lan truyền vào TBA việc nghiên cứu lựa chọn vị trí lắp đặt CSV cần thiết 5.1.2 Mục tiêu nghiên cứu Chuyên đề mô thiết bị hệ thống điện nguồn điện áp phần mềm EMTP-RV Từ đƣa thông số điện áp đặt đầu cực cao áp MBA, sở đánh giá hiệu làm việc CSV vị trí lắp đặt khác xét phạm vi từ đỉnh cột treo dây tới trạm đến góp đầu cực cao áp máy biến áp trạm Thực mô phỏng, cho kết trƣờng hợp: + Điểm đặt sau cột tới trạm + Điểm đặt góp nhận điện tới máy biến áp trạm 5.1.3 Giới thiệu phần mềm mô EMTP-RV EMTP (Electro Magnetic Transion Program) chƣơng trình tính toán trình QĐĐT Đây chƣơng trình máy tính để mô độ điện từ, điện hệ thống điều khiển hệ thống điện nhiều pha EMTP-RV phiên EMTP đƣợc phát triển Development Coordination Group (DCG) Chƣơng trình đƣợc sử dụng cho phần lớn tính toán chế độ tĩnh nhƣ mô QTQĐ với thời gian khoảng vài giây Thông thƣờng EMTP đƣợc dùng cho mục đích sau: - Hỗ trợ thiết kế lựa chọn thông số cho phần tử hệ thống điện, đƣợc dùng cho toán phối hợp cách điện, lựa chọn thông số định mức thiết bị, lựa chọn thiết bị bảo vệ, thiết kế hệ thống điều khiển, đánh giá chất SVTH: Phó Viết Hiếu 85 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà lƣợng điện năng, tính toán sóng hài v.v… - Tính toán kiểm tra vấn đề tồn hệ thống điện Dƣới tính toán, mô đặc trƣng EMTP-RV thực hiện: + Quá điện áp khí + Quá điện áp thao tác + Quá điện áp tạm thời + Phối hợp cách điện + Điện tử công suất FACTS + Thiết kế hệ thống điều khiển + Các toán chất lƣợng điện + Cộng hƣởng phần tử bù ngang bù dọc + Cộng hƣởng sắt từ + Khởi động động + Phân tích chế độ xác lập hệ thống không đối xứng + Lƣới điện phân phối nguồn phân phối + Mô hình hệ thống động phụ tải + Các toán bảo vệ hệ thống điện EMTP-RV lựa chọn thực mô sau: - Tính phân bố công suất (Load-Flow): Phân bố công suất đƣợc tính cho hệ thống nhiều pha không đối xứng Kết đƣợc sử dụng làm liệu cho thông số điều kiện đầu (biên) cho mô độ - Chế độ xác lập (Steady-state): Tính toán điều kiện đầu cho mô theo thời gian - Mô thời gian (Time-domain): Tính toán trình độ theo thời gian * EMTP-RV chƣơng trình số Không nhƣ chƣơng trình ổn định độ, thƣờng mô hình theo thứ tụ thuận coi nhƣ hệ thống có cân tuyệt đối, EMTP mô hình hệ thống hoàn toàn theo pha cách chi tiết [6] Ngoài ra, EMTP cho phép mô hình phi tuyến phần tử hệ thống phức tạp, tính toán giá trị cần quan tâm hệ thống điện theo hàm thời gian EMTP đƣợc đánh giá hệ thống phần mềm đƣợc sử dụng rộng rãi để mô tƣợng điện áp độ 5.2 PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 5.2.1 Sơ đồ trạm biến áp a Sơ đồ sợi Trạm biến áp 110kV mà ta cần tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào từ đƣờng SVTH: Phó Viết Hiếu 86 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà dây theo nguyên lý sau: D6 D5 D4 D3 112-2 D1 D2 132-38 132-38 111 112 112 BU-C12 132-2 131-2 132-1 112-1 131-1 CSV110 BU-C11 CS3T1 CS-1T1-0 CSV35 131-08 CS-1T1-0 131-08 CSV22 CS3T2 Hình 5.1: Sơ đồ thứ TBA b Sơ đồ mô Hình 5.2: Sơ đồ khối mô Hình 5.2 mô hình hệ thống mô EMTP Các phần tử đƣợc mô bao gồm: + Cột điện + Máy biến áp + Đƣờng dây + Chống sét van + Nguồn xoay chiều tần số 50Hz + Nguồn dòng xung sét Ta lần lƣợt xây dựng mô hình phần tử 5.2.2 Mô hình cột Mô hình đƣờng dây phân bố có tham số cố định (CPDL) đƣợc sử dụng để mô hình hóa cột điện truyền tải có thông số đặc trƣng nhƣ định nghĩa dƣới đây: SVTH: Phó Viết Hiếu 87 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà    R   ZT  60 ln cot 0,5tan 1     h     r1 zt ,c x1 R1 (5.1) L1 zt ,c x2 R2 h2 L2 Zt1,c x3 R3 r2 L3 zt ,c L4 R4 x4 h1 r3 Rnd Hình 5.3: Mô hình cột chƣơng trình EMTP Trong đó: r1h2  r2 h  r3h1 h Là bán kính tƣơng đƣơng cột r1, r2, r3: bán kính đỉnh, chân cột (m) h = h1 + h2 h1: chiều cao từ đỉnh cột đến cột (m) h2: chiều cao từ cột đến chân cột (m) Giá trị R L đƣợc xác định theo công thức sau: + R Ri  Ri xi ; Li  2. Ri R1  R2  R3  R4  2.ZT1 ln h  x4 1 2.ZT ln h 4 (5.2) (5.3) (5.4) (5.5) Trong đó: SVTH: Phó Viết Hiếu 88 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà h : số thời gian truyền sóng cột, c0 = 3.108 m/s c0 + 1    0,89 : số suy giảm dọc theo cột + h: chiều cao cột Sau tính toán ta nhập thông số cho phần tử R, L, Z đƣợc chọn từ thƣ viện RLC branches.clf chƣơng trình EMTP 5.2.3 Mô hình đƣờng dây +  Chƣơng trình EMTP cho phép mô đa dạng loại đƣờng dây cáp Trong đồ án ta chọn mô hình đƣờng dây thông số rải đƣờng dây không (m – pha) với tham số phụ thuộc tần số (Frequency Dependent – FD Line) thƣ viện lines.clf Mô hình FD Line tham số khai báo đƣợc xây dựng hàm Line Data thƣ viện Hình 5.4: Mô hình thiết lập liệu đƣờng dây EMTP Dữ liệu đầu vào cần nhập cho module bao gồm: Bảng khai báo Conductor Data (dữ liệu đƣờng dây) thể hình 5.4: + Number of conductors (wires): số lƣợng dây dẫn + Wire: số hiệu dây (số thứ tự quy ƣớc) + Phase number: số thứ tự pha dây dẫn + DC resistance: điện trở đơn vị dây + Outside diameter: đƣờng 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 đƣờng dây, FD-50Hz + Thẻ Line length:chiều dài đƣờng dây SVTH: Phó Viết Hiếu 89 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 5.5: Thông số đƣờng dây EMTP 5.2.4 Mô hình chống sét van Đặc tính phần tử phi tuyến: U CSV  A.I  (5.6) Trong đó: UCSV : Điện áp chống sét van A : Phụ thuộc vào điện áp α : Phụ thuộc cấu tạo chống sét van Chống sét van sử dụng mô loại chống sét van có khe hở kẽm oxit ZnO Chống sét van có điện trở phi tuyến nối trực tiếp vào lƣới điện, có đặc tính V – A nhƣ hình sau: Arrester Voltage (kVp) 1,200 1,000 800 Typical Arrester Voltage-Current (VI) Characteristics 600 400 200 00 1E-05 0.001 0.1 10 1000 Arrester Current (A) Hình 5.6: Đặc tính V – A CSV ZnO SVTH: Phó Viết Hiếu 90 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Giá trị điểm thuộc đƣờng đặc tính đƣợc nhập vào đối tƣợng Zno data function thƣ viện Nonlinear.clf Hình 5.7: Mô hình thiết lập liệu CSV Dữ liệu đầu vào cho module này: + Desired Voltage rating: điện áp định mức CSV, V = 110kV + Current (A) – Voltage (V) matrix: đặc tính V-A CSV 5.2.5 Mô hình nguồn sét Sóng sét đƣợc mô nguồn dòng dạng dốc CIGRE Tổng trở sóng sét đƣợc thay điện trở tuyến tính có giá trị 400Ω mắc song song với nguồn dòng Do sét tƣợng ngẫu nhiên nên việc giả định dòng sét với xung chuẩn 200kA/3µs hạn chế Trong đồ án này, ta chọn biên độ dòng sét cực đại Imax = 200kA độ dốc a = 30 kA/µs Ngoài có thông số: + tstart: thời gian bắt đầu (µs) + tf: thời gian đầu sóng (µs) + th: thời gian để đạt nửa giá trị (µs) + tstop: thời gian dừng lại (µs) Hình 5.8: Các tham số nguồn sét EMTP SVTH: Phó Viết Hiếu 91 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 5.9: Nguồn dòng CIGRE 5.2.6 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 5.10: Các tham số nguồn AC SVTH: Phó Viết Hiếu 92 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà 5.2.7 Mô hình máy biến áp Đối với việc mô MBA, ta chọn MBA pha, cuộn dây YgYgD nameplate input O YgYgD thƣ 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 5.11: Các tham số mô MBA 5.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN Ta tiến hành chạy mô hệ thống, với nguồn sét giáng lên đỉnh cột treo dây, để kiểm tra thông số điện áp đầu cực cao áp MBA trƣờng hợp: + TH1:Chống sét van đặt sau cột tới trạm + TH2: Chống sét van đặt góp nhận điện tới máy biến áp trạm Khoảng cách hai vị trí đƣợc chọn để tính toán mô 30m Mọi điều kiện mô khác giữ nguyên: dạng biên độ sóng sét, điện trở nối đất cột điện, cấu trúc lƣới điện 5.3.1 Điện áp đầu cực cao áp MBA Sau chạy mô phỏng, điện áp đầu cực cao áp MBA có giá trị nhƣ hình 5.12 SVTH: Phó Viết Hiếu 93 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 5.12: Kết trƣờng hợp Hình 5.13: Kết trƣờng hợp Kết lần lƣợt đƣợc trình bày hình hình cho thấy: có sóng điện áp sét lan truyền từ đƣờng dây vào trạm, vị trí điểm đặt chống sét van gần nhƣ ảnh hƣởng tới điện áp đầu cực cao áp máy biến áp trạm, điều đƣợc giải thích đặc tính sóng sét - tồn thời gian ngắn (bậc µs) lan truyền với tốc độ tƣơng tự nhƣ tốc độ ánh sáng, khoảng cách từ cột điện tới trạm tới góp trạm đƣợc coi nhỏ so với tốc độ lan truyền sóng sét 5.3.2: Dòng điện qua chống sét van Với CSV ta quan tâm đến dòng điện chạy qua nó, sử dụng CSV cấp 110kV với điện trở nối đất Rnđ=8Ω Kết thu đƣợc hình 5.14 SVTH: Phó Viết Hiếu 94 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Hình 5.14: Dòng điện chạy qua CSV Hiệu làm việc chống sét van đƣợc thể thông qua tham số dòng điện lớn Imax qua mà đặc tính cách điện đƣợc 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 đƣợc kiểm tra tất cảcác trƣờng hợp mô Tất trƣờng hợp kiểm tra cho thấy dòng điện Imax< 10kA, kết hình 5.14 ví dụ trƣờng hợp điện trở nối đất Rnđ= 8Ω 5.4: KẾT LUẬN Kết tính toán cho thấy: + Dòng điện qua chống sét van đƣợc đảm bảo +Xét phạm vi từ đỉnh cột treo dây đầu trạm đến góp đầu cực cao áp máy biến áp trạm.Vị trí đặt chống sét van không ảnh hƣởng tới giá trị điện áp pha, nói cách khác hiệu làm việc chống sét van không bị ảnh hƣởng vị trí đặt Vấn đề bảo vệ chống sét lan truyền hệ thống điện vấn đề khó, phức tạp, đặc biệt trƣờng hợp bảo vệ cho trạm biến áp truyền tải Có nhiều vấn đề cần xem xét tính toán bảo vệ chống sét cho trạm biến áp: loại chống sét van (dựa vào cấp điện áp), trạng thái nối đất máy biến áp,…Nội dung chuyên đề xem xét vài tham số quan trọng liên quan đến việc bảo vệ chống sét lan truyền cho trạm biến áp, với mong muốn tìm hiểu ứng dụng phần mềm nghiên cứu độ, qua hiểu sâu đặc tính thiết bị nhƣ củng cố hệ thống kiến thức trình học tập SVTH: Phó Viết Hiếu 95 GVHD: TS Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề tài khoa học cấp nhà nƣớc “Nghiên cứu giông sét đề xuất giải pháp phòng chống Việt Nam” Mã số: ĐTĐL-2002/01 Viện vật lý địa cầu, Viện khoa học công nghệ Việt Nam [2] Nguyễn Minh Chƣớc, Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện – Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 [3] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [4] Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 1972 [5] Đánh giá hiệu lắp đặt chống sét van đƣờng dây 110kV Tổng công ty điện lực Miền Trung https://www.cpc.vn/Home/Ttuc_Detail.aspx?pm=ttuc&sj=al&id=14448#.WGU bJvkgU2w [6] Nghiên cứu cộng hƣởng tần số thấp- Lê Quốc Anh [7] Đặng Thu Huyền, Hội nghị Khoa học công nghệ EPU, 2016 SVTH: Phó Viết Hiếu 96 GVHD: TS Đặng Thu Huyền ... hệ số hiệu chỉnh - Phạm vi bảo vệ cột phía 110kV cao 18 m: 2 Bán kính bảo vệ cột cao 18m cho độ cao h x=11m: hx  h = 18  12 m 3 SVTH: Phó Viết Hiếu 17 GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp... đƣa số liệudự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực SVTH: Phó Viết Hiếu GVHD: Ts Đặng Thu Huyền Đồ án tốt nghiệp TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà Bảng 1.3: Mật độ phóng điện xuống khu vực... THUYẾT ĐỂ TÍNH CHIỀU CAO HIỆU DỤNG VÀ PHẠM VI BẢO VỆ 2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi Độ cao cột thu lôi: h  hx  (2.1) Trong đó: + hx: độ cao công trình cần bảo vệ + ha: độ cao tác dụng cột