Đồ án ngành hệ thống điện trần đức phương

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV BỘ CƠNG THƢƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN =========o0o========== ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Trần Đức Phƣơng : Đ7-H4 Lớp Mã sinh viên : Hệ : Đại học 1281090035 Tên đề tài: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV VÀ ĐƢỜNG DÂY 110KV I SỐ LIỆU BAN ĐẦU:  Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt kích thƣớc trạm  Điện trở suất đất: đ = 90 m  Đƣờng dây: - Dây dẫn 110kV: ACSR 500/64 - Dây chống sét: C-70  Số ngày sét: 90 ngày/năm  Chiều dài khoảng vƣợt đƣờng dây 110 kV: 300 m  Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω  Khi tính chống sét cho đƣờng dây 110 kV, tính khi: Rc = Ω II NỘI DUNG TÍNH TỐN: Phần I: Chƣơng I: Hiện tƣợng dơng sét ảnh hƣởng đến hệ thống điện Việt Nam Chƣơng II: Tính tốn bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV Chƣơng III: Tính toán nối đất cho trạm biến áp 220/110kV Chƣơng IV: Bảo vệ chống sét cho đƣờng dây 110kV Phần II: Chun đề tính tốn sóng truyền từ đƣờng dây tải điện 110 kV vào trạm biến áp biết dạng sóng xiên góc, U = 660 kV, a = 220 kV/s, chống sét van có đặc tính U = 285.I0.025, thời điểm ban đầu tụ điện có U0 = 1kV III CÁC BẢN VẼ: vẽ A0 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV Phạm vi bảo vệ cột thu sét, phƣơng án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Các kết tính tốn nối đất an tồn nối đất chống sét cho trạm biến áp Phƣơng pháp kết tính tốn tiêu bảo vệ chống sét cho đƣờng dây tải điện Các kết tính tốn bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng Trưởng Khoa TS Trần Thanh Sơn SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 năm 2016 Giáo Viên Hướng Dẫn Ths Phạm Thị Thanh Đam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV LỜI MỞ ĐẦU Đất nƣớc bƣớc vào thời kỳ cơng nghiệp hố,hiện đại hố,ngành điện giữ mộtvai trị 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 đƣờng dây truyền tải làm việc an tồn, khơng gặp cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng.Nhằm hoàn thiện kiến thức đƣợc học bƣớc đầu làm quen với thực tế em đƣợc nhà trƣờng khoa Hệ Thống Điện giao cho đề tài tốt nghiệp: “Tính tốn 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 Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trƣờng Đại học Điện Lực nói chung thầy 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 giáoThs Phạm Thị Thanh Đam,cô tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hƣớng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Do thiếu kinh nghiệm thức tế nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn để kiến thức em lĩnh vực đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Trần Đức Phƣơng SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN MỘT: TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 220/110 KV VÀ ĐƢỜNG DÂY 220 KV CHƢƠNG I : TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƢỚI ĐIỆN 1.1: Hiện tƣợng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung _2 1.1.2 Cƣờng độ hoạt động sét _4 1.1.3 Tình hình dông sét Việt Nam _5 1.2: Ảnh hƣởng dông sét 1.3: Vấn đề chống sét: _ CHƢƠNG II: TÍNH TỐN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV 2.1: Khái niệm chung 2.2: Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 2.3: Các công thức sử dụng để tính tốn 2.3.1 Độ cao cột thu lôi 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi 2.4: Mô tả đối tƣợng bảo vệ 13 2.5: Tính tốn phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 14 2.5.1 Phương án 1: 15 2.5.1.1 Bố trí cột thu lơi: _15 2.5.1.2 Tính tốn cho phƣơng án 15 2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ phƣơng án _ 18 2.5.2 phương án _ 25 2.5.2.1 Bố trí cột thu lơi 25 2.5.2.2 Tính tốn cho phƣơng án 26 2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 30 2.6: So sánh v lựa chọn phƣơng án _33 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV CHƢƠNG III: TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP _ 34 3.1: Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp _34 3.2: Tính tốn nối đất _ 36 3.2.1 Nối đất an toàn 36 2.2 Nối đất chống sét 40 CHƢƠNG IV :BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV 50 4.1: Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đƣờng dây _50 4.2: Các tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 50 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 50 4.2.2 Cƣờng độ hoạt động sét 51 4.2.3 Số lần sét đánh vào đƣờng dây 51 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây _ 52 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đƣờng dây 53 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 54 4.3: Tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây _ 54 4.3.1 Thông số đƣờng dây cần bảo vệ 54 4.3.2 Xác định độ võng độ treo cao trung bình tổng trở dây chống sét đƣờng dây _ 55 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây 58 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đƣờng dây 59 4.3.4.1 Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 59 4.3.4.2 Suất cắt sét đánh vào khoảng vƣợt _ 60 4.3.4.3 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột _65 PHẦN HAI: CHUN ĐỀ TÍNH TỐN SĨNG TRUYỀN TỪ ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 87 CHƢƠNG V BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƢỜNG DÂY VÀO TRẠM _ 88 I Khái niệm chung _ 88 II CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 89 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV 2.1: Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp lập bảng _89 2.2: Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp đồ thị 92 2.3: Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến _95 III TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 96 3.1: Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm _96 3.2: Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 99 3.3: Đặc tính cách điện nút cần bảo vệ _103 3.3.1: Đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 220 kV 103 3.3.2: Đặc tính V-S góp 220 kV _104 3.3.3: kiểm tra dòng điện qua chống sét van _105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét 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 sét Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao 10 Hình 2.3: phạm vi bảo vệ hai cột thu lơi có độ cao khác 11 Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 12 Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 12 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 13 Hình 2.7 Mặt trạm biến áp 220/110kV 14 Hình 2.8 Bố trí cột thu lôi phƣơng án 15 Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 24 Hình 2.10: Bố trí cột thu lơi cho phƣơng án 25 Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 33 Hình 3.1: Hệ số hình dạng 40 Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 41 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 41 Hình 4.1: góc bảo vệ dây thu sét 51 Hình 4.3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 57 Hình 4.4: Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét 60 Hình 4.5.1 : đồ thị Ucd(a,t) Upd(t) 63 Hình 4.6.1: Đƣờng cong thơng số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vƣợt 64 Hình 4.7 : Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 65 Hình 4.8: Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch đẫn dịng sét chƣa có sóng phản xạ tới 67 Hình 4.9: Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch dẫn dịng điện có sóng phản xạ tới 69 Hình 4.10: Điện áp đặt lên cách điện đƣờng dây sét đánh vào đỉnh cột 84 Hình 4.11: Đƣờng cong thông số nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột 85 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu sét năm 2012 địa phương Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống khu vực Bảng 1.3:Tình hình cố lưới điện miền bắc Bảng 2.1: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 21 Bảng 2.1: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 24 Bảng 2.2: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 30 Bảng 2.1: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 32   ds  Bảng 3.2: Bảng tính tốn chuỗi số  e TK 44 k 1 k   ds  Bảng tính toán chuỗi số  e TK 48 k 1 k Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ) 53 Bảng 4.2 giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ 62 Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện chuỗi sứ: 62 Bảng 4.4.1: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc=8  64 d Bảng 4.6: Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 77 t Bảng 4.7: Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 78 Bảng 4.8: Tính ic (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 79 Bảng 4.9: Tính di c (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 80 dt Bảng 4.10: Tính U c (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 81 Bảng 4.11: Tính U dcs (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 82 Bảng 4.12: TínhUcd(a,t)kV sét đánh vào đỉnh cột (Rc=8Ω) 83 Bảng 4.13: Đặc tính xác suất phóng điện v pd 85 SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV PHẦN MỘT THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 110KV CHƢƠNG I TÌNH HÌNH DƠNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƢỚI ĐIỆN Việc nghiên cứu dông sét biện pháp chống sét có từ lâu lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện.Ngày ngƣời ta tìm đƣợc phƣơng pháp nhƣ hệ thống thiết bị phòng chống sét đánh.Sét tƣợng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc sét khơng thể dự đốn trƣớc nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện 1.1: Hiện tƣợng dông sét 1.1.1:Khái niệm chung Dông tƣợng thời tiết kèm theo sấm,chớp xảy ra.Cơn dơng đƣợc hình thành có khối khơng khí nóng ẩm chuyển động thẳng.Cơn dơng kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet Sét tƣợng phóng điện tia lửa khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km).Q trình phóng điện sét giống nhƣ q trình xảy trƣờng khơng đồng a) Quá trình hình thành sét Các trình khí tạo nên đám mây mang điện tích: Các điện tích âm (-) tập trung thành nhóm, điện tích dƣơng (+) rải đám mây.Q trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên tƣợng trung hịa điện.Các điện tích (-) cịn lại phát triển phía mặt đất hình thành tia tiên đạo (dịng plasma có điện dẫn lớn).Tia tiên đạo phát triển phía mặt đất trƣờng đầu dịng tăng làm ion hóa mãnh liệt mơi trƣờng xung quanh tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích.Càng gần mặt đất số điện tích lớn tạo nên dịng phóng điện ngƣợc phát triển phía đám mây, hồn thành phóng điện sét Tốc độ dịng sét xi từ đám mây đến mặt đất: Vx = 1,5.107÷ 2.108cm/s Tốc độ dòng sét ngƣợc từ mặt đất đến đám mây: Vng = 1,5.109 ÷ 2.1010 cm/s SVTH: Trần Đức Phƣơng- Lớp D7-H4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV Biết chiều dài đƣờng dây nút ta tính đƣợc thời gian truyền sóng.Bằng phƣơng pháp nêu ta hồn tồn xác định đƣợc q trình lan truyền sóng mạng theo thời gian đồng thời biết đƣợc điện áp nút Để thuận tiện cho việc tính tốn nút ngƣời ta qui ƣớc chung lấy thời điểm sóng tới nút làm gốc thời gian cho nút Nhƣ theo đƣờng truyền sóng, gốc thời gian nút phía sau chậm so với nút trƣớc khoảng thời gian thời gian truyền sóng từ nút trƣớc t (x)  t    t mx m 5.5 Gốc thời gian sóng phản xạ từ nút m đƣợc chọn theo gốc thời gian nút m.Gốc thời gian sóng tới nút x đƣợc chọn theo gốc thời gian nút x Nhƣ 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 nhƣ 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 q trình tính toán lặp lặp lại nút, số liệu nút sau đƣợc sử dụng để tính tốn cho nút trƣớc ngƣợc lại, dùng phƣơng pháp lập bảng có nhiều thuận lợi 2.2 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng 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.Dƣới tác dụng điện áp danh định lƣới điện, dòng điện rị qua bé (nhỏ 10mA) Nhƣng có điện áp lớn đặt vào điện trở giảm mạnh Điều đƣợc thể rõ đặc tính V-A chống sét van ZnO Ở ta chọn loại chống sét van không khe hở có nhiều ƣu điểm so với loại chống sét van có khe hở U  A.I  SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV U(kV)     I(kA) H nh 5.4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO  thay đổi khoảng từ 0,02  0,03 Đặc tính chống sét van: A  285;  0,025 Xác định điện áp òng 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 phƣơng pháp toán học thƣờng phức tạp Trong trƣờng hợp dùng phƣơng pháp đồ thị Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đƣờng dây (Hình 5.5) Ut Z Z x CSV 2Ut Ux CSV Hình 5.5 Sóng tác dụng l n điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ta có phƣơng trình theo sơ đồ Peterson: 2Ut  t   UCSV  iCSV Z 5.7 Để xác định điện áp dùng phƣơng pháp đồ thị nhƣ hình 5.6 Với loại chống sét van khơng khe hở: SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 93 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV 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 H nh 5.6: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van t 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 đƣờng 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 đƣờng cong ucsv + icsv.Z từ điểm b dóng thẳng xuống gặp đƣờng đặc tính V-A đƣợc điểm c, từ điểm c dóng ngang sang gặp đƣờng dịng 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 đƣờng đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van phía đƣờng dây Khi có sóng dạng vào trạm, trƣớc 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 đƣờng đặc tính V-S giao với đƣờng 2ut(t), lúc điện trở phi tuyến chống sét van đƣợc ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điên thiết bị SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 94 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV 2.3 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến Ut Z Z C 2Ut Uc Hình 5.7 Sóng tác dụng l n điện ung đặt cuối đường dây Thực chất phƣơng pháp cách giải đồ thị phƣơng 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 đƣợc nạp sẵn tới điện áp UC0, phƣơng trình điện áp đƣợc viết: CZ dU C (t)  U C (t)  2.U(t) dt dUC  t  UC  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 U C (t  t)  U C (t)  U C Nếu biết trƣớc đƣờng cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ đƣợc 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) trƣớc tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian Δt nhau, sau từ điểm UC0 (trị số UC t=0) vẽ đƣờng xiên góc tời trị số hàm số 2U(t) thời điểm thừa nhận khoảng thời gian Δt1 hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Tiếp tục từ điểm đƣờng UC(t) vẽ đƣờng xiên tới trị số hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2Δt = Δt2 thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Các bƣớc tiến hành tƣơng tự điện áp UC(t) có dạng đƣờng gãy khúc SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 95 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV 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 tốn cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đảm bảo số liệu tính tốn cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thƣờng phức tạp, để trình tính tốn khơng phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Do thời gian trì sóng q điện áp khí ngắn cỡ vài chục s,nên điện cảm thiết bị không kịp phát huy tác dụng Các thiết bị trạm đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Thanh góp dây nối trạm đƣợc thay mạch gồm nhiều phần tử dạng hình  SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 96 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV Bảng 5.1: Bảng điện ung tương đương thiết bị trạm Đặc tính thiết bị Loại thiết bị Máy biến áp T.số giới hạn T số trung bình 1000-3000 1500 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 Cơng suất lớn, có bù điện dung điện lực Cơng suất bé, không bù điện dung Máy biến áp đo lƣờng Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên Điện dung, pF Các thiết bị cần đƣợc 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 đƣờng dây vào trạm nguy hiểm nhƣ Căn vào quy tắc đẳng trị ta thấy rằng: đƣờng dây nối vào nút đƣờng truyền có nút có sóng q điện áp truyền vào nguy hiểm vận hành đƣờng dây nguy hiểm nhiều đƣờng 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 đƣờng dây D1 Trong sơ đồ đƣờng dây góp đƣợc thay đoạn “ đƣờng dây dài” với tổng trở song chúng.Trong tính tốn thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z=400  cho đƣờng dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 3.108 m/s Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 97 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV 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 nhƣ sau Máy biến áp: C MBA  1500 pF Dao cách ly: C DCL  60 pF Thanh góp : CTG  CTG l CTG  1   8,33( pF / m) Z v 400.300 Chiều dài góp: l  128m CTG1  8,33.128  1066, 2( pF ) Máy cắt : C MC  500 pF - Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn: Từ sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ điểm nhƣ 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 đƣợc rút gọn nhƣ sau: SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 98 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV Hình 5.11: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm Từ sơ đồ ta có khoảng cách điểm nhƣ 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: CA = C0 LB LA ;CB = C0 L A  LB L A  LB A lA CA O lB Co B CB Hình 5.12:Nguyên tắc momen lực Trong sơ đồ hình 5.10 điện dung nhận giá trị nhƣ sau: 20 16 12 CCL 21  CMC  CCL 22 24 24 24 20 16 12  60  500  60  1066,  60  500  60  2099,533 pF 24 24 24 C1  CCL11  CMC1  CCL12  CTG  12 CCL 21  CMC  CCL 22  CMBA 24 24 24 12  60  500  60  1500  1706, 667 pF 24 24 24 C2  3.2 Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn Để thuận tiện việc tính tốn ta quy ƣớc nhƣ sau: Uij sóng truyền từ nút i đến nút j i SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 99 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV U’ij sóng truyền từ nút i đến nút j j.U’ij có giá trị nhƣ Uij nhƣng mặt thời gian bị chậm khoảng tij a Thời gian truyền sóng nút Sóng truyền tới trạm dạng xiên góc, xuất đƣờng dây truyền vào trạm 110 kV với biên độ lớn U50% =660 kV độ dốc dầu sóng a =220(kV/µs)  ds  U 50% 660   3 s a 220 Ta tính tốn với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phƣơng trình: a.t (t   ds ) u kV U 50% (t   ds ) - Thời gian truyền sóng nút nút 2: t12  l12 24   0,08 s v 300 - Thời gian truyền sóng nút nút 3: t13  l`13   0,02 s v 300 Dựa vào khoảng thời gian ta chọn Δt = 0,02 µs gốc thời gian t = nút - Thời gian để sóng truyền tới nút : t2=t1+t12=0+0,08=0,08µs - Thời gian để sóng truyền tới nút : t3=t1+t13=0+0,02=0,02µs b Tính điện áp nút - Tại nút 1: Nút có ba đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400  nối với điện dung tập trung C1 = 2099,533 pF phải áp dụng phƣơng pháp tiếp tuyến Ta có sơ đồ Petersen nút nhƣ sau: Ut I Z Uco Z C1 Z®t II 2U®t C1 Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 100 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV Tổng trở sóng đặng trị: Z dt  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  U 31' )  0, 667(U 01  U 21  U 31' ) Với U 01' , U 21' , U 31' sóng tới nút sóng phản xạ đƣờng dây, nút nút truyền Ta có t13  0, 02 s  t12  0, 08 s + Khi t  2t13  0, 04  s U21’ =U’31= ( chƣa có sóng truyền đến) Do 2U dt  0, 667.U 01' '  0, U '21  + Khi 2t13  0, 026 s  t  2t12  0,16 s U 31 Do 2U dt  0, 667(U 01'  U 31' ) + Khi t  2t12  0,16  s U 21'  0, U 31'  Do 2U dt  0, 667(U 01'  U 21'  U 31' ) Để tính đƣợc 2Udt khoảng thời gian t >2t12 ta 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 đƣợc điện áp nút 2,3 ta quay lại tính điện áp nút ' U 21  U 21 (t  0, 08) với U 21  U  U12' ' U 31  U 31 (t  0, 02) với U 31  U  U13' Biết 2U dt , Z dt C1 tính đƣợc điện áp nút theo phƣơng pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: TC1  Z dt C1  133,333.2099,533.106  0, 28(  s) t 0, 013   0, 0464 TC1 0, 28 U1 (t  t )  t (2U dt (t )  U1 (t )) Tc1  0,0464.(2U dt (t )  U1 (t )) U1 (t  t )  U1 (t )  U1 (t  t ) SVTH:Trần Đức Phương - Lớp D7-H4 101 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BVCS CHO TBA 220/110KV & ĐZ 220KV + Sóng phản xạ nút 1: '  U12  U1  U 21  '  U13  U1  U 31 Khi thời gian (tƣơng nút 2): t