kỹ Thuật Điện Cao Áp

Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao CHƯƠNG MỞ ĐẦU HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT- ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT 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 phần tử có số lượng lớn quan trọng trạm biến áp đường dây Trong trình vận hành phần tử chịu nhiều tác động thiên nhiên mưa gió, bão đặc biệt nguy hiểm chịu ảnh hưởng sét đánh Khi có sét đánh vào trạm biến áp đường dây gây hư hỏng cho thiết bị trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến kinh tế quốc dân Để nâng cao mức độ an toàn cung cấp điện liên tục giảm chi phí thiệt hại vận hành phải tính tốn bảo vệ chống sét cho hệ thống điện HIỆN TƯỢNG GIƠNG SÉT Giơng sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách giưa điện cực lớn Hiện tượng phóng điện giơng sét bao gồm hai loại là: + Phóng điện đám mây tích điện với + Phóng điện đám mây tích điện xuống 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 tính điện với mật độ điện tích lớn tạo cường độ điện lớn hình thành giơng sét phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo dòng gọi tia tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107 cm/s, lần sau nhanh đạt đến 2.108 cm/s (trong đợt), sét đánh có nhiều lần phóng điện nhau, trung bình lần Điều giải thích lớp mây điện hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất Tiên đạo môi trường plasma có điện dẫn lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích lớp mây điện nên phần điện tích trung tâm vào trung tâm tiên đạo phân bố xem gần dọc theo chiều dài tia Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo có tập trung điện tích khác dấu mặt đất, mà địa điểm tâp kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện đất Những vùng đất có điện dẫn đồng nhất, địa điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau, điện dẫn đất tập trung nơi có địên dẫn cao Ví dụ: ao hồ, sơng lạch vùng đất đá ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 định sẵn Tính chất chọn lọc phóng điện vận dụng việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho cơng trình Cột thu sét có độ cao lớn trị số điện trở nối đất bé thu hút phóng điện sét phía mình, tạo nên khu vực an tồn quanh Nếu phía mặt đất, điện tích khác dấu tập chung 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 với tia tiên đạo từ phía lớp mây điện Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất trường khoảng khơng gian điện cực có trị số lớn có q trình ion hố 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 hiêu 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 hố 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 ÷ 1,5.1010 (cm/s) tức (0,05 ÷ 0,5) tốc độ ánh sáng Trong giai đoạn điện tích lớp mây điện theo dòng điện nơi sét đánh Nhưng tốc độ phát triển phóng điện ngược v mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo δ , đơn vị thời gian điện tích vào đất δ v cơng thức tính dòng điện sét: is = δ v Cơng thức tính cho trường hợp sét đánh vào nơi nối đất tốt ( có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét Dòng điện có biên độ độ dốc dọc theo hàm số 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 Bằng hình vẽ minh hoạ giai đoạn phát triển sóng điện sét biến thiên dòng điện theo thời gian: a- Giai đoạn phóng điện tiên đạo b- Hình thành khu vực ion hố mãnh liệt gần mặt đất c- d: Giai đoạn phóng điện ngược ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1- Tia tiên đạo; 2- Khu vực ion hố mãnh liệt; 3- Dòng phóng điện ngược 2- Tình hình giơng sét việt nam Việt nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ sét mạnh Theo tài liệu nghiên cứu miền đất nước có đặc điểm giơng sét khác nhau: Miền Bắc: có số ngày giơng sét dao động từ 70 ÷ 100 ngày năm Như ngày xảy ÷ giơng Vùng giơng nhiều Móng Cái, có tới 250 ÷ 300 lần giơng tập trung khoảng 100 ÷ 110 ngày, tháng có nhiều giông tháng Ở số vùng có địa hình thuận lợi vùng chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp giông lên tới 100 ngày năm Số vùng lại có số giơng lên từ 150 ÷ 200 lần năm tập trung khoảng 90 đến 100 ngày Nơi giơng la Quảng Bình có 880 ngày giơng Nếu xét dạng diễn biến c� Máy biến áp ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 100 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp + Thanh góp Kỹ thuật điện cao + Chống sét van 2) Lập sơ đồ thay tính tốn trạng thái sóng trạm : - Sơ đồ thay trạm 220 kV : Sơ đồ thay trạm 220 kV • Xác định sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm - Sơ đồ xuất phát thường phức tạp để trình tính tốn khơng phức tạp ta cần có dơn giản hoá hợp lý Dựa vào sơ đồ đầy đủ phân tích sơ tìm trạng thái bất lợi Thường trạng thái vận hành 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 chung nhiều đường dây rẽ nhánh - Sơ đồ thay lập sau : Dựa vào trạng thái sóng nguy hiểm lập sơ đồ thay trạng thái Trong sơ đồ đường dây, góp thay mạch gồm nhiều chuỗi phần tử hình , điện cảm điện dung lấy theo tổng trở sóng tốc độ truyền sóng chúng Trong tính tốn thường lấy gần tổng trở sóng Z = 400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy V = 300 m / s Các thiết bị khác thay điện dung tập chung tương đương Các giá trị điện dung tra bảng Ta có sơ đồ thay hình vẽ : Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm Trong sơ đồ điện dung có giá trị sau : + Máy biến áp : CMBA = 1500 pF + Dao cách ly : CDCL = 60 pF + Máy biến áp đo lường : CBU = 300 pF + Máy cắt : CMC = 500 pF + Thanh góp : CTG = CTG0 l CTG0 = l = 200 m : chiều dài góp CTG = 8,33 200 = 1666 ( pF ) Các giá trị tra bảng –1 (Tài liệu hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp tác giả Nguyễn Minh Chước) - Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn: ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 101 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Từ sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ điểm + Điểm 1: Điểm đặt máy cắt đường dây có sóng sét truyền qua + Điểm 2: điểm đặt góp 220 KV trạm biến áp + Điểm 3: Điểm máy biến áp có sóng sét truyền từ đường dây đến + Điểm : điểm đặt chống sét van Từ sơ đồ ta có khoảng cách điểm sau : + Khoảng cánh điểm : L12 = 30 m + Khoảng cách điểm : L23 = 90 m + Khoảng cách điểm : L34 = 60 m Ta có sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm rút gọn hình vẽ : Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm - Ta qui điện dung điểm cần xét theo qui tắc phân bố lực : Giả sử điện dung C vị trí qui đổi điểm điểm nút A B theo công thức : CA = C CB = C Nguyên tắc mômen lựce Trong sơ đồ sau qui đổi ta có điện dung tập chung nút nhận giá trị sau : + C1 = CCL + CMC + CCL = 60 + 500 + 60 = 413,33 (pF) + C2 = CTG + CCL + CMC + CCL + CMC + CCL + CBU + CCL = 1666 + 60 + 500 + 60 + 500 + 60 + 300 + 60 = 2201 ( pF) + C3 = CCL + CMC + CCL + CMBA = 60 + 500 + 60 + 1500 = 1611,67 ( pF ) + C4 = CCL + CBU = 60 + 300 = 290 ( pF ) 3) Thiết lập phương pháp tính điện áp với nút sơ đồ rút gọn a Thời gian truyền sóng nút : - Thời gian truyền sóng nút : ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 102 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp Kỹ thuật điện cao t12 = - Thời gian truyền sóng nút : t23 = - Thời gian truyền sóng nút : t34 = Ta chọn t = 0,1 s chọn gốc thời gian nút t = * Nút Là nút có hai đường dây với tổng trở sóng Z = 400 () Tổng trở tập trung điện dung C1 Từ ta có sơ đồ Peterson hình vẽ Ta có sóng phản xạ từ nút nút U12: U12 = U1 + U21 Là sóng tới nút 1; U21 sóng phản xạ từ nút nút ; U’21 sóng tới nút sóng phản xạ U21 từ nút Xét với gốc thời gian nút 1(qui ước đơi với sóng tới nút 1) Ta có U’21 chậm sau U21 khoảng thời gian t = 2.t12 = 0,2 (s) Còn U21 theo quy ước lấy gốc thời gian khơng cần tính sóng phản xạ U10 Theo công thức -2, – 3, – ta có Zdt = = = 200 () Hệ số khúc xạ tai điểm : = ==1 2.Udt = = U’’01 + U’21 U’’01 – Sóng từ đường dây tới nút U’21 - Sóng tới từ nút truyền nút Do tổng trở tập trung tai nút điện dung C1 = 413,33 (pF) Nên theo phương pháp tiếp tuyến ta có: T = Zđt.C1 = 200.413,33.10-6 = 0,08267 (s) Theo công thức – 8: U1 = (2.Udt – U1(t)) U1 = 1,21.(2.Udt – U1(t)) U1(t+t) = U1(t) + U1 Với U1(0) = (gốc thời gian nút 1) Biểu thức cho ta tính liên tiếp giá trị U1(t) Khi t < 2.t12 = 0,2 (s) U’21 = chưa có sóng phản xạ từ nút tới nút nên : 2.Utd = U’’01 Khi t > 2.t12 để tính 2.U’’01 cần phải tính U’21, tức phải xét qua trình sóng nút 2(tạm dưng tính tốn với nút 1, sau ghi bảng giá trị U1 U12 ta tính khoảng thời gian t < 2.t12 ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 103 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Ta nhận thấy để xét nút cần có số liệu sóng tới, bước đầu tính điện áp nút khoảng thời gian t = 2.t12, giá trị U21 tính tốn từ nút Đơng thời q trình tính tốn nút lai phải ý đến sóng phản xạ từ nút nút trở Trong khoảng thời gian tương nút 2: t < 2.t23 U’32 = t < 2.t24 U’42 = Trong khoảng thời gian lớn tương ứng phải tính tốn sóng phản xạ từ nút cút trở về, tức phải xét nút trước Sau tính toán nút khoảng kể trên, lại cho phép tính thêm q trình sóng nút khoảng t = 2.t12, nghĩa xác định giá trị U1 U12 khoang thời gian(tương nút 1) t < 4.t12 Sau khoảng thời gian phải trở lai tính nút xét đến sóng phản xạ từ nút nút nút lại phải xét đến nút Qua trình tính tốn lặp lăp lại nhơ cang sau cang phải xét đến nhiều nút * Nút Là nút có ba đường dây tới với tơng trở sóng Z = 400 () Tổng trở tập trung la điện dung C1 = 2201,0 (pF) ta có sơ đồ Peterson hình Sau tính đơi với nút khoảng t < 2.t12 phải bắt đầu xét nút Tại nút có ba đường dây nối với điện dung ta cung áp dụng phương pháp tiếp tuyến sơ đồ Peterson có: Zdt = = = 133,33 () = = 0,667 2.Udt = = 0,667.(U’12 + U’32) Trong cơng thức U’m2 sóng tới sóng phản xạ từ 1,3 truyền Khi thời gian(tương nút 2): T < 2.t24 = 0,4 s < 2.t23 = 0,6 s U’32 = U’42 = Do : 2,Udt = 0,667.U’12 với U’12 = U12(t – 2.t12) 2.t12 tuyến Bước đầu có U’12 khoảng thời gian (tương đối nút 2) t < Biết 2.Udt, Zdt C1 tính điện áp nút theo phương pháp tiếp Ta có : T = Zdt.C1 = 133,33.2201,0.10-6 = 0,2935 (s) Theo công thức – : U2 = (2,Udt – U2(t)) U2 = 0,34.(2,Udt – U2(t)) U2(t + t) = U2(t) + U2 ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 104 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Biểu thức cho ta tính liên tiếp giá trị U2(t) Điện áp phản xạ nút 2: U21 = U2 + U’12 U23 = U2 + U’32 U24 = U2 + U’42 Trong khoảng thời gian(tương nút 2): t < 2.t42 = 0,4 s < 2.t23 U’32 = U’42 U23 = U42 + U2 Sau tính U2 khoảng thời gian t = 2.t12 cần trở nút 1, lại xem nút * Nút Là nút có đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400 () Tổng trở tập trung điện trở phi tuyến chống sét van, cần tính phương pháp đồ thị Từ ta có sơ đồ Peterson hình Trong sơ đồ Zdt nối với chống sét van không khe hở Zno lắp song song với điện dung tập trung nút C = 1611,67 (pF) Theo công thức – 3, – ta có: Zdt = Z = 400 () = = =2 Từ sơ đồ thay Peterson ta có: 2.Udt = Zdt + Ucsv(t) Mặt khác Ucsv = K.I Icsv = Trong đó: K = 498,5 = 0,025 Vậy ta có: 2.Udt – Ucsv(t) = Hay : 2.Udt – Ucsv(t) = Vậy suy : Ucsv(t+) = Trong : Ucsv + Icsv.Zdt = 2.U’23 = 2.Udt Ta có U’24 sóng phản xạ từ nút truyền tới : U’23 = U2 – U’32 U32 = U3 – U’23 U’32 = U32(t – 2.t23) Khi t < 2.t23 = 0,6 s U’32 = U’23 = U2 Ta tính U3 khoảng phương pháp đồ thị(dựa vào Udt, Zdt đặc tính V – S, V – A chống sét van Khi t > 2.t23 = 0,6 s U’23 tính tiếp có U3 bước trước Q trình tính tốn lặp lặp lại nút Ta có : T = Zdt.C1 = 133,33.2059,78.10-6 = 0,2746 (s) ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 105 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp áp * Nút Kỹ thuật điện cao Là nút có đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400 Tổng trở tập trung điện trở phi tuyến chống sét van, cần tính phương pháp đồ thị Từ ta có sơ đồ Peterson hình vẽ Trong sơ đồ Zđt nối với chống sét van không khe hở ZnO lắp song song với điện dung tập trung nút C = 290 (pF) Theo công thức – 3, – ta có: Zdt = Z = 400 () = = =2 Từ sơ đồ thay Peterson ta có: 2.Udt = Zdt + Ucsv(t) Mặt khác Ucsv = K.Icsv Icsv = Trong : K = 498,5 0,025 Vậy ta có : 2.Udt – Ucsv(t) = Hay : 2.Udt – Ucsv(t) = Vậy suy : Ucsv(t+) = Trong : Ucsv + Icsv.Zdt = 2.U’2 = 2.Udt Ta có U’24 sóng phản xạ từ nút truyền tới : U’24 = U2 – U’42 U42 = U4 – U’24 U’42 = U42(t – 2.t42) Khi t < 2.t24 = 0,4 s U’42 = U’24 = U2 Ta tính U4 khoảng phương pháp đồ thị(dựa vào Udt, Zdt đặc tính V – S, V – A chống sét van Khi t > 2.t42 = 0,4s U’42 tính tiếp có U3 bước trước Q trình tính tốn lặp lặp lại nút 4và 4) Dạng sóng điện áp truyền vào trạm Với trạm cần bảo vệ ta tiến hành tính tốn với dạng sóng xiên góc có biên độ điện áp U50% cách điện trường dây Ta có phương trình dạng sóng sau : U= a : độ dốc đầu sóng (KV/s) U50% : điện áp phóng điện U50% đường dây Với đường dây 220 kV ta có U50% = 1140 KV 5) Kiểm tra an toàn thiết bị trạm : ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 106 https://fb.com/tailieudientucntt Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp a Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp : Đồ thị hình vẽ đường cong chịu đựng điện áp cách điện máy biến áp đường (1) điên áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm từ đường dây 220 kV đường (2) Đặc tính chịu đựng máy biến áp 220 kV Tra giáo trình kỹ thuật điện cao áp ta có đặc tính cách điện máy biến áp theo điện áp chịu đựng cực đại hình vẽ : - Uđm = 220 kV - Umax = 1000 kV Giá trị chịu đựng điện áp cách điện điện áp máy biến áp xác định từ đồ thị cho sách giáo trình Kỹ thuật điện cao áp chương 22 trang 230 Ta có bảng sau : Bảng giá trị chịu đựng điện áp cách điện máy biến áp : Từ đồ thị hình vẽ ta thấy điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm từ đường dây 220 kV nằm khả cách điện máy biến áp máy biến áp làm việc an tồn b Kiểm tra dòng điện qua chống sét van : Để đảm bảo điều kiện làm việc binh thường chống sét van cần phải hạn chế dòng điện qua khơng vượt q dến 10 kA Dòng điện sét lớn làm cho điện áp dư tăng cao ảnh hưởng tới phối hợp cách điện nội trạm biến áp gây hư hỏng cho chống sét van Từ kết tính tốn bảng ta thấy dòng điện qua chống sét van lớn icsvanmax = 2,35 kA < 10 kA đảm bảo cho chống sét van làm việc bình thường c Kiểm tra an tồn cho cách điện góp 220 kV : ĐHBK - Hà Nội CuuDuongThanCong.com 107 https://fb.com/tailieudientucntt ...nghiệp Kỹ thuật điện cao áp a Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp : Đồ thị hình vẽ đường cong chịu đựng điện áp cách điện máy biến áp đường (1) điên áp tác dụng lên cách điện máy ...đựng điện áp cách điện điện áp máy biến áp xác định từ đồ thị cho sách giáo trình Kỹ thuật điện cao áp chương 22 trang 230 Ta có bảng sau : Bảng giá trị chịu đựng điện áp cách điện máy biến áp ...Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Đồ thị biểu diễn đường đặc tính phóng điện chuỗi cách điện đường (1) điện áp xuất góp trạm có sóng truyền vào trạm đường (2) Điện áp phóng điện xung kích chuỗi