Đồ án ngành hệ thống điện nguyễn nhị lời

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Nhị Lời Lớp Đ7- H4 Hệ: Đại học Tên đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110kV 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 dẫn 110kV: ACSR-500 Dây chống sét: C-70  Số ngày sét: 90 ngày/ năm  Chiều dài khoảng vượt đường dây 220 kV: 500 m  Chiều dài khoảng vượt đường dây 110 kV: 300 m  Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω  Khi tính chống sét cho đường dây 110 kV, tính cho trường hợp: R c =7, 10, 15Ω II NỘI DUNG TÍNH TOÁN: Phần I: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV đường dây 110kV 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 toàn trạm Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho toàn trạm Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 110kV SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây 110kV vào trạm biến áp Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 110 kV vào trạm biến áp biết dạng sóng xiên góc, U = 660kV, a = 220 kV/s, chống sét van có đặc tính U = 360.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 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 10 năm 2016 TRƯỞNG KHOA Người hướng dẫn TS Trần Thanh Sơn Th.s Phạm Thị Thanh Đam SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 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 Và 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 tới tính mạng người thiệt hại sét gây cho ngành điện lớn 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 biến áp 220/110kV” Đồ án tốt nghiệp gồm có phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV đường dây 110kV Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp 220/110kV Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trường Đại học Điện Lực nói chung thầy cô giáo khoa Kỹ Thuật 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, ngày 23 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Nhị Lời SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV NHẬN XÉT ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 110KV 10 CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƯỚI ĐIỆN 11 1.1 Hiện tượng dông sét .11 1.1.1 Khái niệm chung 11 1.1.2 Cường độ hoạt động sét 13 1.1.3 Tình hình dông sét Việt Nam 14 1.2 Ảnh hưởng dông sét 15 1.3 Vấn đề chống sét: 16 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV 17 2.1 Khái niệm chung 17 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 17 2.3 Các công thức sử dụng để tính toán 18 2.3.1 Độ cao cột thu sét 18 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu sét độc lập .19 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu sét 19 2.4 Các phương án bố trí cột thu sét 23 2.5 Tính toán phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp .25 2.5.1 Phương án 1: .25 2.5.1.1 Bố trí cột thu sét: 25 2.5.1.2 Tính toán cho phương án 26 2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ phương án 32 2.5.2 Phương án 32 2.5.2.1 Bố trí cột thu sét .32 2.5.2.2 Tính toán cho phương án 33 2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ phương án 39 2.6 So sánh lựa chọn phương án .39 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 40 3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 40 3.2 Tính toán nối đất 41 3.2.1 Nối đất an toàn 42 3.2.2 Nối đất chống sét 46 3.2.3 Nối đất bổ sung 50 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 56 4.1 Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đường dây 56 4.2 Các tiêu bảo vệ chống sét đường dây 56 4.2.1 Góc bảo vệ dây chống sét 56 4.2.2 Cường độ hoạt động sét 57 4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 58 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đường dây 58 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây .59 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 60 4.3 Tính toán tiêu bảo vệ chống sét đường dây 60 4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ .60 4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở dây chống sét đường dây 61 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đường dây .64 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đường dây .65 4.3.4.1 Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn .65 4.3.4.2 Suất cắt sét đánh vào khoảng vượt .65 4.3.4.3 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 74 PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP .95 CHƯƠNG V: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 96 I KHÁI NIỆM CHUNG 96 II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 98 1.1 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 .100 2.3 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp tiếp tuyến .102 III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM .104 3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm 104 3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 107 3.3 Đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 111 3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 111 3.3.2 Đặc tính V-S góp 110 kV 112 3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van .113 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét 12 Hình 1.2 Dạng tổng quát sóng sét 12 Hình 1.3 Dạng xiên góc sóng sét 13 Hình 1.4 Dạng hàm số mũ sóng sét 13 Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét .19 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao 20 Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác 21 Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 22 Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 22 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 23 Hình 2.7 Mặt trạm biến áp 220/110kV 24 Hình 2.8 Bố trí cột thu sét phương án 25 Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ phương án 32 Hình 2.10 Bố trí cột thu sét cho phương án .33 Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ phương án 39 Hình 3.1: Kích thước trạm 43 l l2 Hình 3.2: Hệ số hình dạng K  f ( ) 45 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 46 Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 46 Hình 3.5 Hình dạng kích thước cọc hệ thống nối đất 51 Hình 3.6: Đồ thị xét nghiệm phương trình tgXk = -0,043.Xk 53 Hình 3.7: Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 220/110kV 55 Hình 4.1: Góc bảo vệ dây thu sét 57 Hình 4.2: Đồ thị   f ( Elv ) .59 Hình 4.3: Sơ đồ cột lộ đơn 110kV .60 Hình 4.4: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 63 Hình 4.5 Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét .66 Hình 4.6 Đồ thị Ucd (a,t) Upd (t) Rc=7Ω 68 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Hình 4.7: Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vượt Rc= 7Ω 69 Hình 4.8 Đồ thị Ucd (a, t) Upd (t) Rc=10Ω 70 Hình 4.9: Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vượt Rc= 10Ω 71 Hình 4.10 Đồ thị Ucd (a, t) Upd(t) Rc=15Ω 72 Hình 4.11: Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vượt Rc= 15Ω 73 Hình 4.12 Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 74 Hình 4.13: Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét chưa có sóng phản xạ tới .76 Hình 4.14 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện có sóng phản xạ tới .78 Hình 4.15 Điện áp đặt lên cách điện đường dây sét đánh đỉnh cột Rc =10Ω 88 Hình 4.16 Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột Rc =10Ω .89 Hình 4.17 Điện áp đặt lên cách điện đường dây sét đánh đỉnh cột Rc =7Ω 90 Hình 4.18 Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột với Rc =7Ω 91 Hình 4.20 Đường cong thông số nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột với Rc =15Ω 93 Hình 5.1 Sóng truyền đường dây 97 Hình 5.2 Sơ đồ tương đương với thông số tập trung 98 Hình 5.3 Quy tắc sóng đẳng trị 99 Hình 5.4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO 100 Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây 101 Hình 5.6: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A 101 Hình 5.7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây .102 Hình 5.8 Xác định điện áp UC (t) phương pháp tiếp tuyến 103 Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm .105 Hình 5.10: Sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm 105 Hình 5.11: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm 106 Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực .106 Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút 108 Hình 5.14 Sơ đồ Petersen nút 109 Hình 5.15 Sơ đồ Petersen nút 110 Hình 5.16: Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 111 Hình 5.17: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV 112 Hình 5.18: Dòng điện qua chống sét van 113 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu sét năm 2012 địa phương 14 Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống khu vực 15 Bảng 2.1: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án .27 Bảng 2.2: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án .31 Bảng 2.3: Tính chiều cao tác dụng cột thu sét phương án .35 Bảng 2.4: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án 38 Bảng 3.1: Hệ số Km phụ thuộc vào dạng điện cực độ chôn sâu điện cực 41 l l2 Bảng 3.2: Bảng K  f ( ) 45  Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số k k 1 e   ds TK 49 Bảng 3.4: Bảng tính toán chuỗi số Bk 54 Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ) .59 Bảng 4.2 Giá trị Ucd (t) tác dụng lên chuỗi sứ Rc=  .68 Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện chuỗi sứ 68 Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc=  69 Bảng 4.5 Giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ Rc= 10  .70 Bảng 4.6: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc= 10  71 Bảng 4.7 Giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ Rc= 15  .72 Bảng 4.8: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc= 15  73 Bảng 4.9: Tổng hợp kết tính toán 74 đ Bảng 4.10 Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột Rc=10Ω .83 t Bảng 4.11 Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột Rc=10Ω 84 Bảng 4.12 Tính ic (a,t) sét đánh vào đỉnh cột Rc=10Ω 85 Bảng 4.13 Tính dic (a,t) sét đánh vào đỉnh cột Rc= 10Ω 86 dt Bảng 4.14 Tính U c (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột Rc= 10Ω 86 Bảng 4.15 Tính U dcs (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột Rc= 10Ω 87 Bảng 4.16 Tính Ucd (a, t) kV sét đánh vào đỉnh cột (Rc=10) 87 Bảng 4.17: Đặc tính xác suất phóng điện  pd Rc= 10Ω 88 Bảng 4.18: Giá trị Ucd; Rc =7Ω .89 Bảng 4.19: Trị số sét nguy hiểm giá trị vpđ với Rc =7Ω 90 Bảng 4.20: Giá trị Ucd; Rc =15Ω 91 Bảng 4.21: Trị số sét nguy hiểm giá trị vpđ với Rc =15Ω .92 Bảng 4.22: Tổng hợp kết tính toán 93 Bảng 5.1: Bảng điện dung tương đương thiết bị trạm 104 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian .111 Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp .112 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV PHẦN I: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV VÀ BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 110kV SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Như ký hiệu Umx sóng phản xạ từ nút m, U'mx sóng tới nút x sóng phản xạ Umx từ nút m truyền đến, ta có: U'mx (t x )  Umx (t m  t mx )  Umx (t x  2t mx ) (5.6) Nghĩa với cách chọn gốc thời gian U'mx chậm sau Umx khoảng thời gian lần thời gian truyền sóng hai nút m x Do trình truyền sóng có phản xạ nhiều lần nên trình tính toán lặp lặp lại nút, số liệu nút sau sử dụng để tính toán cho nút trước ngược lại, dùng phương pháp lập bảng có nhiều thuận lợi 2.2 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp đồ thị Đặc tính chống sét van: Chống sét van thiết bị bán dẫn điện với điện trở phi tuyến (m  đến  ) Phổ biến loại điện trở phi tuyến sở ôxit kẽm ZnO Dưới tác dụng điện áp danh định lưới điện, dòng điện rò qua bé (nhỏ 10mA) Nhưng có điện áp lớn đặt vào điện trở giảm mạnh Điều thể rõ đặc tính V-A chống sét van ZnO Ở ta chọn loại chống sét van không khe hở có nhiều ưu điểm so với loại chống sét van có khe hở U  A.I  Hình 5.4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO  thay đổi khoảng từ 0,02  0,03 Với trạm ta chọn chống sét van có đặc tính V – A sau: A= 360; α= 0,025 (đặc tính V-A chống sét van PBC-110, trang 100, sách hướng dẫn TKTN Đồ án KT Điện cao áp - Nguyễn Minh Chước) SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 100 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Xác định điện áp dòng điện chống sét van: Nếu điểm nút có ghép điện cảm, điện dung điện trở sóng tới có dạng việc xác định điện áp điểm nút phương pháp toán học thường phức tạp Trong trường hợp dùng phương pháp đồ thị Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ut Z Z x 2Ut CSV Ux CSV Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ta có phương trình theo sơ đồ Peterson: 2Ut  t   UCSV  iCSV Z 5.7 Để xác định điện áp dùng phương pháp đồ thị hình 5.6 Với loại chống sét van không khe hở: 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 101 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV 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 (cũng 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 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 dUC (t)  UC (t)  2.U(t) dt SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 102 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV dU C  t  U C  t    2U  t  với T = CZ dt T T UC   2U  t   U C  t   t T UC   2U  t   UC  t   t T UC (t  t)  UC (t)  U C 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 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 103 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV III TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Lập sơ đồ thay rút g n 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 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 Trị số điện dung, ρF Loại thiết bị Đặc tính thiết bị Giới hạn 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 điện lực 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 104 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV * 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 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: 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 105 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Trong sơ đồ hình 5.10 điện dung có giá trị sau - Máy biến áp: CMBA  1500 pF - Dao cách ly: C DCL  60 pF - Thanh góp: CTG  CTG l - Có chiều dài góp - Máy cắt: C MC  500 pF 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= 24 m + Khoảng cách điểm điểm 3: L13 = 6m Ta qui đổi điện dung điểm cần xét theo qui tắc phân bố lực: Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 106 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Trong sơ đồ hình 5.11 điện dung nhận giá trị sau: 3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút g n 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 110 kV với biên độ lớn U50% =660 kV độ dốc dầu sóng a = 220 (kV/µs) Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phương trình: - Thời gian truyền sóng nút nút 2: - Thời gian truyền sóng nút nút 3: Dựa vào khoảng thời gian ta chọn Δt = 0,02 µs gốc thời gian t = nút - Thời gian để sóng truyền tới nút là: t2= t1+t12= 0+ 0,08= 0,08µs - Thời gian để sóng truyền tới nút là: t3= t1+t13= 0+ 0,02= 0,02µs SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 107 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV 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 = ρ phải áp dụng phương pháp tiếp tuyến Ta có sơ đồ Petersen nút sau: Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút Tổng trở sóng đặng trị: Ω Hệ số khúc xạ nút là: Với sóng tới nút sóng phản xạ đường dây, nút nút truyền Ta có U21’= U’31= (do chưa có sóng truyền đến) + Khi Do ' ' U 31  0, U 21  + Khi Do ' ' U 21  0,U 31  + Khi Do SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 108 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Để tính 2Udt1 khoảng thời gian t> 2t12 ta phải quan tâm tới nút 2, Ta tạm dừng tính nút tính nút 2, khoảng thời gian từ t= đến t= t12 Sau tính điện áp nút 2, ta quay lại tính điện áp nút Với Với Biết 2U dt , Z dt C1 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: Vậy ta có: + Sóng phản xạ nút 1: Khi thời gian (tương nút 2): 2t13= 0,04µs < t< t12= 0,08 nên ta có U12 = U13 = U1 - Tại nút 2: Nút gồm đường dây nối với tụ C2 = nút xác định phương pháp tiếp tuyến ρF cuối, điện áp tạo Ta có sơ đồ Petersen nút sau: Zdt 2Udt C2 C2 Hình 5.14 Sơ đồ Petersen nút SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 109 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Tại nút có đường dây tới nên tổng trở sóng đẳng trị: Z dt  Z  400 Hệ số khúc xạ nút 2: Suy ra: 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: Vậy ta có: Sau tính toán điện áp nút xác định được: - Tại nút : 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: Hình 5.15 Sơ đồ Petersen nút SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 110 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Ta có: Với ' Với U13 sóng phản xạ U13 từ nút truyền tới + Khi t < 2t13 = 0,04 µs U’13 = U13 = U1 Ta tính U3 khoảng phương pháp đồ thị (dựa vào Udt, Zdt đặc tính V-A chống sét van) + Khi t > 2t13 =0,04, µs tính tiếp có U1 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 Ta có bảng điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian: Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian c U/Umax U(kV) 0,3 165 1,5 550 0,98 539 0,95 522,5 0,92 506 0,89 489,5 10 0,85 467,5 Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: 700 600 500 400 300 200 100 0 10 12 Hình 5.16: Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 111 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV Trong đó: Đường biểu thị đường đặc tính cách điện máy biến áp Đường biểu thị đường đặc tính điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 3.3.2 Đặc tính V-S góp 110 kV Đặc tính cách điện góp đặc tính phóng điện chuỗi sứ Dựa vào kết tính toán ta có hình vẽ sau: 1200 1000 800 600 400 200 0 10 Hình 5.17: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp t (μs) U (kV) 1080 1020 930 860 815 790 780 770 770 770 Trong đó: - Đường biểu diễn đường đặc tính V-S chuỗi sứ - Đường biểu diễn điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 112 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 220/110kV 3.3.3 Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính toán sóng truyền ta có hình vẽ: 3,5 2,5 1,5 0,5 0 -0,5 Hình 5.18: Dòng điện qua chống sét van Nhận Xét: Từ đồ thị ta thấy sóng có biên độ U= 660 kV có độ dốc a = 220 (kV/ s ) truyền vào trạm thì: -Điện áp xuất góp 110 kV trạm có sóng sét truyền trạm vào nằm đăc tính phóng điện chuỗi sứ cách điện góp 110kV trạm an toàn -Dòng điện lớn qua chống sét van 3,21291 kA< 10 kA 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 113 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp 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 Ng c 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 SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang 114 ... 220kV 1,2,9,10 30,8 25 - - 39,67 4,96 Hình chữ nhật 9,10,17,18 30,8 23 - - 38,44 4,81 Hình chữ nhật 11,12,19,20 46,2 23 - - 51,61 6,45 Hình chữ nhật 3,4,11,12 46,2 25 - - 52,53 6,57 Hình chữ nhật... trí cột thu sét - Trạm biến áp 220/110kV, gồm hai máy biến áp - Các xà phía 110 kV cao 8m 11m, xà phía 220kV cao 11m 17m - Mặt trạm sơ đồ bố trí thiết bị hình vẽ SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4... hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Nhị Lời SVTH: Nguyễn Nhị Lời – Lớp Đ7H4 Trang Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp