Đồ án ngành hệ thống điện chu việt tiến

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc =================== ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Chu Việt Tiến : Đ7H4 Lớp Hệ : Đại học Tên đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV I SỐ LIỆU BAN ĐẦU:  Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt kích thước trạm  Điện trở suất đất: đ = 90 m  Đường dây: - Dây dẫn 220kV: ACSR-400 - Dây chống sét: C-70  Số ngày sét: 90 ngày/năm  Chiều dài khoảng vượt đường dây 220 kV: 570 m  Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω  Khi tính chống sét cho đường dây 220 kV, tính khi: Rc = 10 Ω II NỘI DUNG TÍNH TOÁN: Phần I: Chương I: Hiện tượng dông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam Chương II: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV Chương III: Tính toán nối đất cho trạm biến áp 220/110kV Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 220 kV vào trạm biến áp biết dạng sóng xiên góc, U = 1140 kV, a = 380 kV/s, chống sét van có đặc tính U = 485.I0.025, thời điểm ban đầu tụ điện có U0 = 1kV III CÁC BẢN VẼ: vẽ A0 Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Các kết tính toán nối đất an toàn nối đất chống sét cho trạm biến áp SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Phương pháp kết tính toán tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện Các kết tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA Người hướng dẫn TS Trần Thanh Sơn Phạm Thị Thanh Đam SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV LỜI MỞ ĐẦU Đất nước bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, đại hoá, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân.Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đường dây truyền tải làm việc an toàn, không gặp cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Nhằm hoàn thiện kiến thức học bước đầu làm quen với thực tế em nhà trường khoa Hệ Thống Điện giao cho đề tài tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét trạm cắt 220kV ” Đồ án tốt nghiệp gồm có phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV/110kV đường dây 220kV Phần II: Chuyên đề tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây tải điện vào trạm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trường Đại học Điện Lực nói chung thầy cô giáo khoa Hệ Thống Điện nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Ths Phạm Thị Thanh Đam, cô tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Do thiếu kinh nghiệm thức tế nên đề tài tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội,tháng 12 năm 2016 Sinh viên Chu Việt Tiến SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV NHẬN XÉT SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV/110kV VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV……………………………… …… …12 CHƯƠNG I : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN 13 1.1 Hiện tượng dông sét 13 1.1.1 Khái niệm chung 13 1.1.2 Cường độ hoạt động sét .15 1.1.3 Tình hình dông sét Việt Nam 16 1.2 Ảnh hưởng dông sét 17 1.3 Vấn đề chống sét 17 CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 18 2.1 Khái niệm chung 18 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 18 2.3 Các công thức sử dụng để tính toán 19 2.3.1 Độ cao cột thu lôi 19 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập .19 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi 20 2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ 24 2.5 Tính toán phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 25 2.5.1 Phương án 26 2.5.1.1 Bố trí cột thu lôi 26 2.5.1.2 Tính toán cho phương án .27 2.5.2 Phương án 33 2.5.2.1 Bố trí cột thu lôi 33 2.5.2.2 Tính toán cho phương án .34 2.6 Chọn phương án tối ưu 40 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 42 3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 42 3.2 Tính toán nối đất 43 3.2.1 Nối đất an toàn 44 SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV 3.2.1.1 Điện trở nối đất tự nhiên 44 3.2.1.2 Điện trở nối đất nhân tạo 45 3.2.2 Nối đất chống sét 48 CHƯƠNG IV : BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV 58 4.1 Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đường dây .58 4.2 Các tiêu bảo vệ chống sét đường dây 58 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 58 4.2.2 Cường độ hoạt động sét .59 4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 59 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đường dây 60 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 61 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 62 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây .62 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 62 4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở dây chống sét đường dây 64 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây 67 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đường dây 68 4.3.4.1 Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 68 4.3.4.2 Suất cắt sét đánh vào khoảng vượt .68 4.3.4.3 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 74 PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN VÀ BẢO VỆ SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 96 CHƯƠNG V: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 97 I KHÁI NIỆM CHUNG 97 II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦATHIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 98 2.1 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp lập bảng 98 2.2 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp đồ thị 102 SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV 2.3 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp tiếp tuyến 105 III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 106 3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm 106 3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 110 3.3 Đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 114 3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 220 kV 114 3.3.2 Đặc tính V-S góp 220 kV 115 3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .118 SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV BIỂU BẢNG Bảng 1.1: Số liệu sét năm 2012 địa phương .16 Bảng 1.2 : Mật độ phóng điện xuống khu vực 17 Bảng 1.3:Tình hình cố lưới điện miền bắc 17 Bảng 2.1 : Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 110kV phương án 28 Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 220kV phương án .29 Bảng 2.3: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án 32 Bảng 2.4 : Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 110kV phương án 35 Bảng 2.5: Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 220kV phương án .36 Bảng 2.6: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án 39 Báng 2.7 : So sánh phương án 40 Bảng 3.1 : Hệ số mùa cọc 43 l l2 Bảng 3.2 : Bảng K  f ( ) 47  ds  Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số  e TK 52 k 1 k Bảng 3.4 : Kết tính toán giá trị Bk 56 Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ) .61 Bảng 4.2 giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ 71 Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện chuỗi sứ 71 Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc=10  73 Bảng 4.5: Tính ucud (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 86 t Bảng 4.6: Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 87 Bảng 4.7: Tính ic (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 88 Bảng 4.8: Tính di c (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 89 dt Bảng 4.9: Tính U c (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 90 Bảng 4.10: Tính U dcs (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 91 Bảng 4.11: Tính Ucd(a,t)kV sét đánh vào đỉnh cột (Rc=10) 92 SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Bảng 4.12: Đặc tính xác suất phóng điện  pd 94 Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương thiết bị trạm 107 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian .115 Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp 115 SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV BIỂU HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét 14 Hình 1.2 Dạng tổng quát sóng sét 14 Hình 1.3 Dạng xiên góc sóng sét 15 Hình 1.4 dạng hàm số mũ sóng sét 15 Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét 19 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao .21 Hình 2.3: phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác 22 Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 23 Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 23 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 24 Hình 2.7: Mặt trạm biến áp 220kV-110kV 25 Hình 2.8: Bố trí cột thu lôi phương án 26 Hình 2.9 : Phạm vi bảo vệ cột thu sét phương án 33 Hình 2.10: Bố trí cột thu lôi phương án 34 Hình 2.11 : Phạm vi bảo vệ thu sét phương án .40 Hình 3.1 : Sơ đồ trạm cách nối đất mạch vòng xung quang trạm 46 l l2 Hình 3.2: Hệ số hình dạng K  f ( ) 47 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 49 Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 49 Hình 3.5: Đồ thị xác định nghiệm phương trình tgXk = -0,08Xk 56 Hình 3.6 : Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 57 CHƯƠNG IV : BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV 58 Hình 4.1: Góc bảo vệ dây thu sét 59 Hình 4.2: Đồ thị   f ( Elv ) 61 Hình 4.3: Kết cấu cột điện 63 Hình 4.4: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 65 Hình 4.5: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét 69 Hình 4.6: đồ thị Ucd(t) Upd(t) 72 SVTH: Chu Việt Tiến Trang 10 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV U, kV 2Udt UCSV + iCSV.Zdt a b iCSV.Zdt UCSV (t) t O ICSV (t) e UCSV c d g I, kA h ICSV, kA Hình 5.6: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A Phần bên phải vẽ đặc tính V-A chống sét van điện áp giáng tổng trở sóng icsv.Z sau xây dựng đường cong ucsv + icsv.Z phần bên trái vẽ quan hệ 2ut(t) Ứng với trị số a sóng tới dóng ngang sang, xác định điểm b đường cong ucsv + icsv.Z từ điểm b dóng thẳng xuống gặp đường đặc tính V-A điểm c, từ điểm c dóng ngang sang gặp đường dòng từ xuống điểm d, điểm d thuộc đặc tính Ucsv(t), thay đổi giá trị a ta có giá trị d từ xây dựng đặc tính Ucsv(t), độ chênh lệch đường đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van phía đường dây Khi có sóng dạng vào trạm, trước chống sét van làm việc điện áp đặt lên cách điện ( điện áp đặt lên chống sét van ) có giá trị 2ut(t) Chống sét làm việc đường đặc tính V-S giao với đường 2ut(t), lúc điện trở phi tuyến SVTT: Chu Việt Tiến Trang 104 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV chống sét van ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điên thiết bị 2.3 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp tiếp tuyến Ut Z Z C 2Ut Uc Hình 5.7: Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây Thực chất phương pháp cách giải đồ thị phương trình vi phân dạng: dY  ay  F(t) dt  5.8 Ví dụ sơ đồ sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp với giả thiết điện dung C nạp sẵn tới điện áp UC0, phương trình điện áp viết: CZ dU C (t)  U C (t)  2.U(t) dt dUC  t  U C  t    2U  t  với T = CZ dt T T U C   2U  t   U C  t   t T U C   2U  t   U C  t   t T UC (t  t)  UC (t)  UC Nếu biết trước đường cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ hàm số 2U(t) Trên hệ tọa độ phụ lệch so với khoảng thời gian T tiến hành việc xác định điện áp UC(t) trước tiên SVTT: Chu Việt Tiến Trang 105 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian Δt nhau, sau từ điểm UC0 (trị số UC t=0) vẽ đường xiên góc tời trị số hàm số 2U(t) thời điểm thừa nhận khoảng thời gian Δt1 hàm UC(t) trùng với đường xiên Tiếp tục từ điểm đường UC(t) vẽ đường xiên tới trị số hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2Δt = Δt2 thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đường xiên Các bước tiến hành tương tự điện áp UC(t) có dạng đường gãy khúc Hình 5.8: Xác định điện áp UC(t) phương pháp tiếp tuyến III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm 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 Do thời gian trì sóng điện áp khí ngắn cỡ vài chục s,nên điện cảm thiết bị không kịp phát huy tác dụng Các thiết bị SVTT: Chu Việt Tiến Trang 106 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV trạm thay điện dung tập trung tương đương Thanh góp dây nối trạm thay mạch gồm nhiều phần tử dạng hình  Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương thiết bị trạm Loại thiết bị Đặc tính thiết bị Máy biến áp điện lực Điện dung, pF 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 Các thiết bị cần bảo vệ + Máy biến áp + Thanh góp + Các thiết bị trạm * Xác định sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trạng thái sóng nguy hiểm Ta thấy sóng truyền từ đường dây vào trạm nguy hiểm Căn vào quy tắc đẳng trị ta thấy rằng: đường dây nối vào nút đường truyền có nút có sóng điện áp truyền vào nguy hiểm vận hành đường dây nguy hiểm nhiều đường dây Mặt khác máy cắt liên lạc, dao cách ly (ở máy cắt liên lạc) trạng thái mở sóng truyền vào máy biến áp nguy hiểm Từ ta có trạng thái nguy hiểm trạm vận hành với máy biến áp T1 đường dây D1 Trong sơ đồ đường dây góp thay đoạn “đường dây dài” với tổng trở song chúng.Trong tính toán thường lấy gần SVTT: Chu Việt Tiến Trang 107 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV tổng trở sóng Z = 400  cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v= 3.108 m/s Các thiết bị khác thay điện dung tập trung tương đương Ta có sơ đồ nguyên lý vận hành trạng thái nguy hiểm nhất: CL11 MC1 CL12 TG CL21 MC2 CL22 MBA CSV Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm nhất: Hình 5.10: Sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm Trong sơ đồ hình 5.9 điện dung có giá trị sau Máy biến áp: CMBA  1500pF Dao cách ly: CDCL  60pF Thanh góp : CTG  CTG0 l CTG0  1   8,33 (pF / m) Z.v 400.300 l  170m : chiều dài góp Nên : CTG1  8,33.170  1416,1 (pF) SVTT: Chu Việt Tiến Trang 108 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Máy cắt : Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV CMC  500pF - Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn: Từ sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ điểm sau: + Điểm 1: điểm đặt góp + Điểm 2: điểm đặt máy biến áp + Điểm 3: điểm đặt chống sét van Ta có sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm sau rút gọn sau: Hình 5.11: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm Từ sơ đồ ta có khoảng cách điểm sau + Khoảng cách điểm điểm 2: L12= 30m + Khoảng cách điểm điểm 3: L13 = 9m Ta qui đổi điện dung điểm cần xét theo qui tắc phân bố lực: CA = C0 LB LA ;CB = C0 L A  LB L A  LB A lA CA O B lB Co CB Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực SVTT: Chu Việt Tiến Trang 109 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Trong sơ đồ hình 5.10 điện dung nhận giá trị sau: 24 18 12 CCL21  CMC2  CCL22 30 30 30 24 18 12  60  500  60  1416,1  60  500  60  2408,1 (pF) 30 30 30 C1  CCL11  CMC1  CCL12  CTG  12 18 CCL21  CMC2  CCL22  CMBA 30 30 30 12 18  60  500  60  1500  1748 (pF) 30 30 30 C2  3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn Để thuận tiện việc tính toán ta quy ước sau: Uij sóng truyền từ nút i đến nút j i U’ij sóng truyền từ nút i đến nút j j U’ij có giá trị Uij mặt thời gian bị chậm khoảng tij a)Thời gian truyền sóng nút Sóng truyền tới trạm dạng xiên góc, xuất đường dây truyền vào trạm 220 kV với biên độ lớn U50% =1140 kV độ dốc dầu sóng a =300 (kV/µs) U 50% 1140   3,8 (s) a 300 ds  Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: a.t(t  ds ) u kV  U50% (t  ds ) - Thời gian truyền sóng nút nút 2: t12  l12 30   0,1 (s) v 300 - Thời gian truyền sóng nút nút 3: t13  l23   0,02 (s) v 300 Dựa vào khoảng thời gian ta chọn Δt = 0,02 µs gốc thời gian t = nút SVTT: Chu Việt Tiến Trang 110 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV - Thời gian để sóng truyền tới nút : t2=t1+t12=0+0,1=0,1(µs) - Thời gian để sóng truyền tới nút : t3=t1+t13=0+0,02=0,02 (µs) b)Tính điện áp nút - Tại nút 1: Nút có ba đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400  nối với điện dung tập trung C1 = 2408,1pF phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến Ta có sơ đồ Petersen nút sau: Ut I Z Uco Z Z®t II C1 2U®t C1 Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút Tổng trở sóng đặng trị: Zdt  Z 400   133,333 () 3 Hệ số khúc xạ nút là:  01   21   31  Suy ra: 2.133,333  0, 667 400 ' ' ' ' 2U dt   m1 (U 01  U '21  U31 )  0, 667(U 01  U '21  U 31 ) ' Với U '01 , U '21 , U 31 sóng tới nút sóng phản xạ đường dây, nút nút truyền Ta có t13  0,02s  t12  0,1s + Khi t  2t13  0, 04s U21’ = U’31= ( chưa có sóng truyền đến) ' Do 2U dt  0, 667.U 01 ' ' + Khi 2t13  0, 04s  t  2t12  0, 2s U 31  0, U 21  SVTT: Chu Việt Tiến Trang 111 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV ' ' Do 2U dt  0, 667(U 01  U 31 ) ' ' + Khi t  2t12  0, 2s U 21  0, U 31  ' ) Do 2U dt  0, 667(U '01  U '21  U 31 Để tính 2Udt khoảng thời gian t >2t12ta phải quan tâm tới nút 2,3 Ta tạm dừng tính nút tính nút 2, khoảng thời gian từ t=0 đến t=t12 Sau tính điện áp nút 2,3 ta quay lại tính điện áp nút U '21  U 21 (t  0,1) với U 21  U  U12' ' U 31  U 31 (t  0, 02) với U31  U3  U13' Biết 2Udt , Z dt C1 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: TC1  Zdt C1  133,333.2408,1.10 6  0,321 (s) t 0, 02   0, 062 TC1 0,321 U1 (t  t)  t (2U dt (t  t)  U1 (t)) Tc1  0, 062.(2U dt (t  t)  U1 (t)) U1 (t  t)  U1 (t)  U1 (t  t) + Sóng phản xạ nút 1:  U12  U1  U '21  '  U13  U1  U 31 Khi thời gian (tương nút 2): t < 2t13=0,04µs < t12=0,1µs U12'  U13'  nên ta có U12 = U13 = U1 SVTT: Chu Việt Tiến Trang 112 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV - Tại nút 2: Nút gồm đường dây nối với tụ C2  1720, 444 pF cuối, điện áp tạo nút xác định phương pháp tiếp tuyến Ta có sơ đồ Petersen nút sau: Zdt 2Udt C2 C2 Hình 5.14: Sơ đồ Petersen nút Tại nút có đường dây tới nên tổng trở sóng đẳng trị: Zdt  Z  400 Hệ số khúc xạ nút 2: m2  Suy ra: 2Zdt 2.400  2 Z 400 ' ' 2U dt  .U12  2.U12 ' Với U12 sóng tới nút sóng phản xạ từ nút truyền tới ' U12  U12 (t  t12 ) U12  U1  U'21 Thời gian nạp mạch: T2  Zdt C2  400.1748.106  0, 699 (s) t 0, 02   0, 028 T2 0, 699 U2 (t  t)  U2 (t)  0,028.(2Udt (t  t)  U (t)) U2 (t  t)  U (t  t)  U (t) SVTT: Chu Việt Tiến Trang 113 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV - Tại nút 3: Nút có đường dây, tổng trở tập trung điện trở phi tuyến chống sét van không khe hở ZnO, cần tính toán phương pháp đồ thị Ta có sơ đồ Peteren nút sau: Zdt 2Udt CSV CSV Hình 5.15: Sơ đồ Petersen nút Ta có: ' 2.U dt  2.U13  U csv  Icsv Zdt   485.I0,025 Với : U csv  K.Icsv Với U13' sóng phản xạ U13 từ nút truyền tới ' U13  U1  U31 ' U13  U13 (t  t13 ) ' U31  U3  U13 '  U13 = U1 + Khi t < 2t13=0,04 µs U 31 Ta tính U3 khoảng phương pháp đồ thị (dựa vào Udt , Z dt đặc tính V-A chống sét van) '  tính tiếp có U1 + Khi t > 2t13 =0,04, µs U 31 bước trước Quá trình tính toán lặp lặp lại nút 3.3 Đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 220 kV SVTT: Chu Việt Tiến Trang 114 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Uđm = 220kV Umax = 1000kV Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian t(μs) 1,5 10 U/Umax 0,31 0,78 0,97 0,94 0,87 0,81 0,76 0,73 0,71 0,71 0,71 U(kV) 780 1000 970 940 870 810 760 730 710 710 710 310 Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: 1200 1000 800 UMBA(kV) 600 400 U2(kV) 200 0 t(µs) Hình 5.16: Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 3.3.2 Đặc tính V-S góp 220 kV Đặc tính cách điện góp đặc tính phóng điện chuỗi sứ Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp t(s) Upđ (kV) 10 1780 1620 1400 1360 1280 1220 1180 1180 1180 1180 Dựa vào kết tính toán ta có hình vẽ sau: SVTT: Chu Việt Tiến Trang 115 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV U (kV) 2500 2000 1500 1000 500 0 Hình 5.17: Kiểm tra an toàn cách điện góp 220 kV 3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: Icsv(kA) Icsv(kA) 0 t(µs) Hình 5.18: Dòng điện qua chống sét van SVTT: Chu Việt Tiến Trang 116 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Nhận Xét: Từ đồ thị ta thấy sóng có biên độ U=1140 kV có độ dốc a = 300(kV/ s) truyền vào trạm thì: -Điện áp xuất góp 220kV trạm có sóng sét truyền trạm vào nằm đăc tính phóng điện chuỗi sứ cách điện góp 220kV trạm an toàn -Dòng điện lớn qua chống sét van 4,958 kA< 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thường -Điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm nằm khả cách điện máy biến áp máy biến áp an toàn Vậy với cách bố trí thiết bị lựa chọn chống sét van thiết kế hợp lý đảm bảo cho trạm biến áp vận hành an toàn SVTT: Chu Việt Tiến Trang 117 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV 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 Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 1972 SVTT: Chu Việt Tiến Trang 118 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ... : -Cạnh 9-1 2 : a = 42,85m -Cạnh 9-1 3 : b = 44,60m -Cạnh 1 2-1 3 : c = 51m SVTH: Chu Việt Tiến Trang 28 GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV Nửa chu. .. 8 + Xét nhóm cột (3,7,9) tạo thành tam giác có kích thước : -Cạnh 3-7 : a = 59,10m -Cạnh 3-9 : b = 37,50m -Cạnh 7-9 : c = 51,35m Nửa chu vi tam giác : p  a  b  c 59,10  37,50  51,35   73,98... lĩnh vực hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội,tháng 12 năm 2016 Sinh viên Chu Việt Tiến SVTH: Chu Việt Tiến Trang GVHD: Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế bảo vệ chống sét cho