Đồ án ngành hệ thống điện vương xuân mừng

Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG I HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG 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 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 2.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét dây chống sét 2.3.1 Phạm vi cột thu sét 2.3.2 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 13 2.4 Mô tả trạm phân phối 220kV cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 14 2.4.1 Phương án .15 2.4.1.1 Bố trí cột thu lôi 15 2.4.1.2.Tính toán cho phương án 16 2.4.1.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án 26 Kết Luận : Phương án thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt 26 2.4.2 Phương án .26 2.4.2.2.Tính toán cho phương án 27 2.4.2.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án 36 Kết Luận : Phương án thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt 36 2.4.3 Phương án .36 2.4.3.1 Bố trí dây thu sét 36 2.4.3.2.Tính toán cho phương án 37 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 2.4.3.3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án 46 2.5 So sánh phương án 47 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV 48 3.1 Yêu cầu kĩ thuật nối đất trạm biến áp 48 3.2 Tính toán nối đất an toàn 50 3.2.1 Nối đất tự nhiên 50 3.2.2 Nối đất nhân tạo 51 3.3 Nối đất chống sét 54 3.3.1 Khái niệm 54 3.3.2 Trình tự tính toán 55 3.3.2.1 Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến trình phóng điện đất 55 3.3.2.2 Tính toán trị số điện trở nối đất nhân tạo mùa sét 56 3.3.2.3.Tính toán cho trạm thiết kế 57 3.3.2.4 Nối đất bổ xung 60 3.3.2.5 Kết luận 64 CHƯƠNG IV:BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .65 4.1 Mở đầu 65 4.2 Lý thuyết tính toán 65 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 67 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 67 4.3.2 Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp đường dây .69 4.3.2.1 Độ võng dây 69 4.3.2.2 Độ treo cao trung bình dây dẫn dây chống sét 69 4.3.2.3 Góc bảo vệ dây thu sét 70 4.3.2.4 Tổng trở sóng dây dẫn dây chống sét 70 4.3.2.5 Hệ số ngẫu hợp dây dẫn pha với dây chống sét 71 4.3.2.6 Nhận xét 73 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây .73 4.3.3.1 Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 73 4.3.3.2.Số lần sét đánh vào đỉnh cột khoảng vượt .74 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 4.3.4 Suất cắt đường dây 110 kV sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây pha .74 4.3.5 Tính suất cắt đường dây 110 kV sét đánh vào khoảng vượt 76 4.3.6 Tính suất cắt đường dây 110 kV sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 82 4.3.7 Tính suất cắt tổng tiêu chống sét đường dây tải điện 101 4.4 Kết luận .101 PHẦN HAI CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 102 A.KHÁI NIỆM CHUNG 102 B CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM .103 I Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp lặp bảng 103 I.1 Nội dung phương pháp 103 I.1.1 Quy tắc Petersen .104 I.1.2 Quy tắc sóng đẳng trị 105 I.1.3 Xác định điện áp điện dung .106 I.1.4 Xác định điện áp dòng điện chống sét van 109 I.2) Sơ đồ tính toán 111 II Trình tự tính toán 113 II.1 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 116 II.2 Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 121 II.3 Kiểm tra an toàn thiết bị trạm 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO .126 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền DANH MỤC BẢNG Bảng I-1:Số ngày dông sét tháng số vùng lãnh thổ Việt Nam .4 Bảng II-1: Kết tính bán kính bảo vệ cột thép liền kề 25 Bảng II-2:Kết tính bán kính bảo vệ cột thép liền kề 35 Bảng II-3: Kết tính bán kính bảo vệ cột thép liền kề 45 Bảng III-1: Hệ số hình dáng K 53 Bảng III-2: Bảng tính toán chuỗi số .59 Bảng III-3: Bảng tính chuỗi số 64 Bảng III-4: Bảng thống kê thông số tính toán nối đất 64 Bảng IV-1: Quan hệ phụ thuộc Elv η 75 Bảng IV-2: Các giá trị Ucd (a,t) .79 Bảng IV-3: Đặc tính Vol – giây (V-S) chuỗi sứ cách điện : 79 Bảng IV-4:Bảng giá trị I=ai.ti 80 Bảng IV-5 : Bảng tính toán giá trị 82 Bảng IV-6 : Các giá trị Mcs(t) Mdd(t) ứng với thời gian t 92 Bảng IV-7: Giá trị ic(a,t) sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột với Rc=15Ω 94 BảngIV-8: Giá trị dic (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột ,lân cận đỉnh cột với Rc=15Ω dt 95 Bảng IV-9 : Các giá trị ucud (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột với Rc =15Ω 96 Bảng IV-10 : Các giá trị ucs(a,t) sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột với Rc =15Ω 97 Bảng IV-11 : Các giá trị ucd(a,t) sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột với Rc =15Ω 98 Bảng IV-12 : Bảng giá trị I=ai.ti .99 Bảng IV-13 : Bảng tính toán giá trị .101 Bảng II-1: Giá trị điện dung tương đương thay số thiết bị 112 Bảng II-2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian 121 Bảng II-3: Đặc tính V-S góp .123 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập 10 Hình 2-2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao 11 Hình 2-3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác 12 Hình 2-4: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Hình II-5: Phạm vi bảo vệ cột thu sét .13 Hình 2-6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 14 Hình 2-7: Sơ đồ mặt toàn trạm .15 Hình 2-8: Bố trí cột thu lôi phương án 16 Hình 2-9: Phạm vi bảo vệ phương án ( xem vẽ A3) 26 Hình 2-10: Bố trí cột thu lôi phương án 27 Hình 2-11: Phạm vi bảo vệ phương án ( xem vẽ A3) 36 Hình 2-12: Bố trí cột thu lôi dây chống sét phương án 37 Hình 2-13: Phạm vi bảo vệ phương án ( xem vẽ A3) 36 Hình 3-3: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = - 0,097.Xk 63 Hình 4-1: Kích thước cột 68 Hình 4-2: Phép chiếu gương qua mặt đất 71 Hình 4-4: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Elv η 76 Hình 4-5: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 77 Hình 4-6: Đồ thị Ucd(a,t)=f(a,t) sét đánh vào khoảng vượt .80 Hình 4-7: Đồ thị I=f(a) xác định miền nguy hiểm có sét đánh vào khoảng vượt 81 Hình 4-8 : Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 83 Hình 4-9 : Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét 84 Hình 4-10: Sơ đồ thay 85 Hình 4-11: Đồ thị ucd(a,t) = f(a,t) sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 99 Hình 4-12 : Đồ thị I=f(a) xác định miền nguy hiểm có sét đánh vào đỉnh cột lận cận đỉnh cột 100 Hình II-1: Sơ đồ truyền sóng hai nút 104 Hình II-2: Sơ đồ thay Petersen 104 Hình II-3: Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào .105 Hình II-4: Sơ đồ thay Petsersen xác định điện áp điện dung 107 Hình II-5: Đồ thị điện áp tụ điện theo phương pháp tiếp tuyến 108 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Hình II-6: Đặc tính V-A chống sét van 109 Hình II-7: Sơ đồ thay Petersen cho chống sét van 110 Hình II-8: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A 111 Hình II-9: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 113 Hình II-10: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ .114 Hình II-11: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm .114 Hình II-12: Sơ đồ rút gọn 115 Hình II-13: Quy tắc monen lực 115 Hình II-14: Sơ đồ tính điện áp nút 117 Hình II-15: Sơ đồ tính điện áp nút 118 Hình II-16: Sơ đồ tính điện áp nút 120 Hình II-17: Sơ đồ tính điện áp nút 121 Hình II-18: Đồ thị điện áp chịu đựng máy biến áp .122 Hình II-19: Đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV 122 Hình II-20: Đồ thị đặc tính V-S góp 123 Hình II-21: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy phát .123 Hình II-22: Dòng điện qua chống sét van 124 Hình II-23: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV 124 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền LỜI NÓI ĐẦU Trong trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước ngành lượng ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng lượng ngày cao ưu tiên phát triển hang đầu Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát rộng lớn, vô tận Tuy nhiên, nguồn lượng mà người khai thác phổ biến trở nên khan trở thành vấn đề lớn giới.Hệ thống điện phần hệ thống lượng Việc xây dựng nhà máy điện, mạng lưới điện…hòa vào hệ thống điện nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ điện, chúng hỗ trợ cho có cố xảy ra, nâng cao chất lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao hệ thống điện đáp ứng yêu cầu tiêu kinh tế kỹ thuật đề ngành lượng Sau kết thúc bốn năm học ngành hệ thống điện, em giao nhiệm vụ Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp Đường dây 220/110kV Đồ án em gồm phần: Phần 1: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV/110kV Chương 1: Hiện tượng dông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp Chương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện Phần 2:Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện vào trạm biến áp Về sơ lược em hiểu biết sâu kiến thức kĩ thuật điện cao áp Đó trang bị kiến thức hữu ích cho công việc em sau trường Hà Nội ngày 30 tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực Vương Xuân Mừng SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV CHƯƠNG I HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện Trong trạm biến áp đường dây có số lượng lớn quan trọng.Trong trình vận hành phần tử chịu nhiều tác động thiên nhiên mưa, gió, bão đặc biệt sét đánh Khi có sét đánh vào trạm biến áp đường dây, gây hư hỏng cho thiết bị điện trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến kinh tế quốc dân Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành phải tính toán bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện 1.1 Hiện tượng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện giông sét gồm hai loại : +) Phóng điện đám mây tích điện với +) Phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Hiện tượng gây nhiều trở ngại cho người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn tạo cường độ điện trường lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo môi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn không đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Quá trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất, cường độ điện trường có trị số lớn địa điểm sét đánh mặt đất đã định sẵn.Tính chất chọn lọc phóng điện đã vận dụng việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho công trình Cột thu sét có độ cao lớn trị số điện trở nối đất bé thu hút phóng điện phía mình, tạo nên khu vực an toàn quanh Nếu mặt đất, điện tích khác dấu tập trung dễ dàng có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ đỉnh cột điện đường dây cao áp) đồng thời xuất tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên đạo từ phía lớp mây điện Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất trường khoảng không gian điện cực có trị số lớn có trình ion hóa mãnh liệt dẫn tới hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn nhiều so với tia tiên đạo Do có điện dẫn thân cao, nên đầu dòng có điện mặt đất toàn hiệu số điện tia tiên đạo với mặt đất tập trung vào khu vực với đầu tia tiên đạo Trường khu vực tăng cao gây ion hóa mãnh liệt dòng plasma kéo dài di chuyển ngược phía Giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện ngược Tốc độ phát triển phóng điện ngược thay đổi giới hạn 1,5.109 – 1,5.109 (cm/s) tức (0,05 – 0,5) tốc độ ánh sáng Nhưng tốc độ phát triển phóng điện ngược mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo , đơn vị thời gian điện tích vào đất . công thức tính dòng điện sét: is =   Công thức tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét, dòng điện có biên độ SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng đã trình bày 1.1.2 Tình hình dông sét Việt Nam 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 dông sét khác nhau: Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70  110 ngày năm số lần dông từ 150  300 lần trung bình ngày xảy từ  dông Vùng dông nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250  300 lần dông tập trung khoảng 100  110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150  200 dông năm, tập trung khoảng 90  100 ngày Nơi dông miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày dông Xét dạng diễn biến dông năm, ta nhận thấy mùa giông không hoàn toàn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) khu vực tương đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày giông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát 12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dông ít, tháng gặp từ  ngày dông Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dông nhất, thường có tháng số ngày dông khoảng 10/tháng Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120  140 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Bảng II-1: Giá trị điện dung tương đương thay số thiết bị Điện dung,(pF) Loại thiết bị Máy biến áp điện lực Đặc tính thiết bị T.số giới hạn T số trung bình Công suất lớn, có bù điện dung 1000-3000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 300-1000 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 Dao cách ly Sứ xuyên + Từ bảng ta có giá trị điện dung sau: CMC =500 ( pF ) ; CCL =60 ( pF ) ; CMBA =1500 ( pF ) ; CBU =300 ( pF ) + Căn vào sơ đồ đầy đủ đã lập với chiều dài đoạn dây, góp đã 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 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 112 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 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 II Trình tự tính toán Điện cảm đơn vị dài góp: L Z 400   1,33 H / m v 300 Điện dung đơn vị dài góp: C 1   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: T1 CL CL CL CL D1 MC MC CSV BU T2 CL CL MC CL CL D2 MC Hình II-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 trạm trạng thái nguy hiểm hình II-11 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 113 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền CL MC CL D1 5 12 CL MC CL T1 12 5 11 60 500 60 60 7 CL MC CL D2 5 12 60 500 60 1500 CL BU CSV 60 300 CL MC CL T2 12 5 11 60 500 60 1500 500 60 Hình II-10: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ 12 CL MC CL D2 5 12 60 CL MC CL T1 5 11 60 500 60 1500 CL BU CSV 60 300 500 60 Hình II-11: Sơ đồ thay 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  8,33.14  116,62( pF ) Do tính điện dung góp nên ta gộp góp vào điểm: Khoảng cách điểm sau: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 114 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền + Điểm 1-2: L1-2 =22m + Điểm 2-4: L2-4 =12m + Điểm 2-3: L2-3 =33m C3 33 22 C2 C1 12 C4 CSV Hình II-12: Sơ đồ rút gọn Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: A LA O CA LB CO B CB Hình II-13: Quy tắc monen lực CA  C lB l A  lB CB  C lA l A  lB Do ta có: C1  CCL  C4  CMC 17 CCL 12 500.17 60.12   60    479, 09( pF ) 22 22 22 22 CBU CCL 300.9 60.5     250( pF ) 12 12 12 12 C3  CT  CCL 12 CMC 17 CCL 22   33 33 33  1500  60.12 500.17 60.22    1819,394( pF ) 33 33 33 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 115 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền C2  CTG  5.CCL  2.CMC  CBU  CMBA  C1  C4  C3  100  5.60  2.500  300  1500  479,09  250  1819,394  651, 516( pF ) II.1 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 50% 660   2,  s a 300  ds  Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: a.t (t   ds ) u kV U ( t   ) ds  50% Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t12  l12 22   0,147(  s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t24  l24 12   0, 08(  s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút phản xạ lại tới nút là: 2t23  l23 33   0, 22(  s) v 300 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=479,09(pF), ta có sơ đồ thay Peterson sau: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 116 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Ut Z Z Zdt C1 2Udt C1 Hình II-14: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt  Z 400   200 2 1  2Z dt 2.200  1 Z 400 Suy ' 2U dt    m1.U m'  U 01'  U 21 m 1 Với U 01' U 21' sóng tới nút sóng phản xạ từ đường dây nút truyền + Khi t < 2t12=0,147(µs) U 21' =0 chưa có sóng phản xạ từ nút tới nút Do 2U dt  U 01' + Khi t ≥ 2t12=0,21(µs) U 21' #0 Do 2U dt  U 01'  U 21' Do tổng trở tập trung nút điện dung C1=479,09(pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: + Thời gian nạp mạch: T1  Z dt C1  200.479, 09.106  0, 096(  s) t 0, 01   0,104 T1 0, 096 U1  0,1.(2U dt  U1 (t )) U1 (t  t )  U1  U1 (t ) + Sóng phản xạ nút 1: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 117 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền U12  U1  U 21'  ' U10  U1  U 01 c, Tính điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C2=651,516 pF, ta có sơ đồ thay Peterson sau: Zdt2 Ut Z Z C2 2Udt Z C2 Hình II-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 dt  1  Z 400   133 3 2Z dt 2.133   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=0,0735+0,08=0,1535(µs) U 42' =0, U 32' =0 Do 2U dt  0, 667U12' + Khi t12+2t24< t t12+2t23=0,2935 (µs) U 42' #0, U 32' #0 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 118 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 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 Sauk hi tính điện áp nút 3,4 ta quay lại tính điện áp nút U 32'  U 32 (t  0,15) với U 32  U  U 23' U 42'  U 42 (t  0, 06) 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  133.651,516.106  0, 087(  s) t 0, 01   0,115 T2 0, 087 U  0,115.(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=0,08 µs t< 2t23=0,22 µs 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=1819,394 pF, ta có sơ đồ thay Peterson sau: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 119 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Zdt3 Ut Z 2Udt C3 C3 Hình II-16: Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Z dt  Z  400 Hệ số khúc xạ nút là: 1  Suy Z dt 2.400  2 Z 400 ' ' 2U dt   U 23  2.U 23 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=1819,394 (pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: + Thời gian nạp mạch: T1  Z dt C1  400.1819,394.106  0, 728(  s) t 0, 01   0, 014 T3 0, 728 U  0, 014.(2U dt  U (t )) U (t  t )  U  U (t ) e, Điện áp nút Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C4=250 pF mắc song song với chống sét van không khe hở ZnO, ta có sơ đồ thay Peterson sau: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 120 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Z U dt t Z C4 CSV 2U C4 dt Hình II-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  U csv  K I csv : K =295, α=0,025 ' 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  0,04) U 24  U  U'42 Khi t < t12+2t24 =0,0735+0,08=0,1535 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 = 0,08 µs U 42' #0 tính tiếp đã có U3 bước trước Quá trình tính toán lặp lặp lại nút II.2 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 : Bảng II-2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian 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 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 121 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Hình II-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: U(kV) 400 Ucsv=f(iCSV) Ucsv=f(t) 300 200 100 0 5 I (kA) t (µs) Hình II-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 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 122 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Bảng II-3: Đặc tính V-S góp t(µs) U(kV) 1020 10 960 900 855 830 810 805 1050 800 797 795 Hình II-20: Đồ thị đặc tính V-S góp II.3 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 : Hình II-21: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy phát SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 123 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 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: Hình II-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: Hình II-23: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 124 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền 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 có n lộ đường dây nối vào góp Trong phần tính toán ta đã tính cho trường hợp nguy hiểm trường hợp vận hành với đường dây máy biến áp 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 II-23) +Dòng điện qua chống sét van nhỏ 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thường (hình II-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 II-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 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 125 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn 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 SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 126 ... thuật điện cao áp Đó trang bị kiến thức hữu ích cho công việc em sau trường Hà Nội ngày 30 tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực Vương Xuân Mừng SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp... cột chiều cao khác nhau: SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 23 Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền + Xét hai cột (3-13) với khoảng cách cột a=15m Chiều cao cột cao h3=22m Chiều cao cột thấp... trình: rx  SV: Vương Xuân Mừng – Đ7H4 1,6 (h  h x ) hx 1 h Đồ Án Tốt Nghiệp Môn Cao Áp GVHD:TS Đặng Thu Huyền Trong : h:độ cao cột thu sét hx : độ cao cần bảo vệ h – hx : độ cao hiệu dụng cột