Đồ án tốt nghiệp ngành điện tự động công nghiệp tìm hiểu bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220 110kv, đi sâu thiết kế hệ thống nối đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV, ĐI SÂU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 TÌM HIỂU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV, ĐI SÂU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Bùi Văn Huynh Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đồn Phong HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Bùi Văn Huynh – MSV : 1613102005 Lớp : ĐCL1001- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : “Tìm hiểu bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV, sâu thiết kế hệ thống nối đất” NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác Th.S Nguyễn Đoàn Phong Trường Đại học dân lập Hải Phịng : Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Bùi Văn Huynh Th.S Nguyễn Đoàn Phong Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TSNGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Điện nguồn lượng vô quan trọng sống người Nó sử dụng hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Những hư hỏng chế độ khơng bình thường hệ thống điện gây hậu tai hại kinh tế xã hội Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây điện trạm biến áp Trong trạm biến áp phần tử quan trọng thực nhiệm vụ truyền tải phân phối điện xa Do thiết bị trạm biến áp bị sét đánh dẫn đến hậu nghiêm trọng, chỉ làm hỏng thiết bị trạm mà dẫn đến việc ngừng cung cấp điện tồn thời gian dài, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất Với lý đó, em chọn đề tài tốt nghiệp “Tìm hiểu bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV, sâu thiết kế hệ thống nối đất” thầy giáo Thạc sỹ Nguyễn Đoàn Phong hướng dẫn Đồ án gồm chương: Chương Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện Việt Nam Chương Hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp Chương Thiết kế hệ thống nối đất CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1.KHÁI QUÁT CHUNG Dông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện dơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án ta chỉ nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với tượng phóng điện gây nhiều trở ngại cho đời sống người Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dịng 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 1,5.10 7cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.10 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 mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với 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 Cịn vùng đất có điện dẫn khơng 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 địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngược  mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo  đơn vị thời gian điện tích đất là: is =   Cơng thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dịng điện sét, dịng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dịng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình M-1) - Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng trình bày 10 d: đường kính làm mạch vịng (nếu dẹt có bề rộng b d = b/2) Ta chọn có bề rộng b = 4cm d = b/2 = 4/2 =2 (cm) = 0,02 (m) K: hệ số phụ thuộc hình dáng hệ thống nối đất Bảng – 1: Hệ số K phụ thuộc vào (l1/l2) l1 / l 2 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,40 Ta có l1  2,486 l2 Hình 3- 4: Đồ thị hệ số phụ thuộc hình dáng K Từ đồ thị ta xác định K = 6,35 Thay cơng thức vào cơng thức tính R MV ta 56 R MV  tt K L2 136 6,35.10322 ln  ln  0,417()  1() 2. L d t 2.3,14.1032 0,8.0, 02 Vậy điện trở nối đất hệ thống là: Rht =  Rtn Rnt 0,169.0, 417   0,12( ) Rtn  Rnt 0,169  0, 417 Kết luận: Hệ thống thiết kế nối đất đảm bảo an toàn cho trạm biến áp 110 / 220 kV 3.5 NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Trong thiết kế nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220kV cho phép nối đất chống sét nối chung với nối đất an toàn Do nối đất chống sét nối đất phân bố dài dạng mạch vịng Do sơ đồ thay chống sét hình 3.1 Giá trị Lo Go xác định sau: *Tính Lo: Theo cơng thức (2 11) ta có:  l  Lo  0,  ln  0,31  ( H / m )  r  Trong đó: l chiều dài điện cực l LCHUVI 1032   516 (m) 2 r: bán kính điện cực r d b 0,04    0,01 (m) 4 57  516   Lo  0, ln  0,31  2,108(  H / m)  0, 01  *Tính Go: Áp dụng cơng thức (2-12) Go  2.l.RNTSET Trong đó: RMVAT k SET k AT RNTS  RMVS  kmùa at =1,6 kmùa set =1,25 RMVSET  Go  0, 417.1, 25  0,325 () 1,  2,977.103 (1/.m) 2.516.0.325 *Tính phân bố điện áp tổng trở xung kích hệ thống nối đất Trong thiết kế tính tốn ta chọn dạng sóng xiên góc dịng điện sét có biên độ khơng đổi Phương trình sóng có dạng sau thể hình 2-5: at  Is    I  a  ds  khi Is(A) I = a t(s) 58 t   ds t   ds Hình 3- 5: Đồ thị dạng sóng dòng điện sét Với biên độ dòng điện sét I =150 kA Độ dốc dòng sét a=30 kA/  s Nên thời gian đầu sóng đs= I 150   5(  s) a 30 Theo cơng thức (2 – 13) ta có tổng trở xung kích hệ thống nối đất nhântạo là:    ds    2.T1  e TK Z  0, ds      k2 Go l   ds k 1  k        Do coi mạch vòng ghép song song hai tia nên Z  0, ds  MV    ds    2.T1  e TK     k2 2.Go l   ds k 1  k        Để xác định Z(0, đs), ta xét chuỗi số sau:  k Chuỗi số: k 1   Chuỗi số:  e k 1 k   ds TK 1     2 k   ds T1   ds T2   ds e e e TK      k Trong chuỗi số ta chỉ xét đến số hạng chứa e -4 (Từ số hạng e -5 trở có giá trị nhỏ so với số hạng trước nên ta bỏ qua) Tức ta tính đến k cho:  ds Tk +  (kZ ) Ta chọn k khoảng từ 112 (kZ+) 59  ds   Bảng – 3: Bảng tính tốn chuỗi  e TK k 1 k k k2 1,000 0,250 0,111 0,062 10 11 12 0,04 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 8 Tk(s 169,50 42,37 18,83 10,59 6,78 4,70 3,45 2,64 2,09 1,69 1,40 1,17 )  ds Tk   ds TK e  4 0,029 0,118 0,265 0,472 0,971 0,889 0,767 0,624  ds e TK k2 0,971 0,222 0,085 0,039 0,73 1,06 1,44 1,88 2,38 2,95 3,56 4,24 9 0,47 0,34 0,23 0,15 0,09 0,05 0,02 0,01 6 2 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 60 1 0 Từ bảng ta có 12 k k 1  1,56  ds  TK e  1,355  k 1 k 12 Vậy Z  0, ds    2.169,5  1 (1,56  1,355)   4,95 () 3  2.2,977.10 516   Kiểm tra điện áp thiết bị Trong trạm biến áp phần tử quan trọng trạm biến áp, phần tử yếu nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp Đối với trạm biến áp có dòng điện sét vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện: Uđ=I ZXK(0, đs) < U50% MBA Trong đó: I : Biên độ dịng điện sét ZXK(0, đs): Tổng trở xung kích đầu vào nối đất dòng điện sét U50% MBA : Điện áp 50% máy biến áp Đối với MBA 110(kV) U 50% MBA=460 kV Đối với MBA 220(kV) U 50% MBA=900 kV => Lấy U50%MBA = 460kV Kiểm tra điều kiện ta thấy: Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 4,95=743 kV > U50% MBA = 460 kV 61 Ta thấy phải tiến hành nối đất bổ sung để đảm bảo khơng có phóng điện ngược Nối đất bổ sung Để giảm điện trở nối đất đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn theo yêu cầu nối đất chống sét ta chọn phương án đóng cọc bổ xung tạo thành mạch vịng a Tính điện trở thanh: Sử dụng loại thép dẹt có chiều dài L bề rộng 0,04m chơn sâu 0,8m (là mạch vịng nối đất hình chữ nhật nối đất nhân tạo) tt K L2 Rt  ln 2.L. t.d Trong tt  .Kmua  85.1, 25  106, 25 (.m) 106, 25 6,35.5162 Rt  ln  0,6 () 2.516.3,14 0,8.0,02 b Tính điện trở cọc: Đối với cọc trịn điện trở tản tính theo cơng thức: Rc  tt 2.l l 4t ' l (ln  ln ) 2.l  d 4t ' l l: chiều dài cọc l = m d:đường kính d=0,06 m tt: Là điện trở suất đất, cọc ta có  = đo Kmcọc Tra bảng (2-1) sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta có Kmc = 1,15 Vậy: tt = 85 104 1,15 = 97,75 (m) 62 d: Đường kính cọc t,: Là độ chơn sâu cọc: l  t   0,8  2,3 (m) 2 t' Thay vào cơng thức ta có: Rc = 97,75  2.3 4.2,3    ln  ln   25,65 () 2.3,14.3  0,06 4.2,3   t=0,8m t'=2,3m l=3m a Hình 3- 6: Sơ đồ đóng cọc bổ sung c Tính điện trở hệ thống sau đóng cọc Sau tính Rt Rc ta tính điện trở nối đất nhân tạo hệ thống vòng – cọc: Rnt  Rc Rt  0,5 Rc  t  n.Rt  c Trong đó: Rc: Điện trở cọc Rt: Điện trở mạch vòng t: Hệ số sử dụng mạch vòng c: Hệ số sử dụng cọc 63 (2-11) n: Số cọc hệ thống Trong công thức ta chỉ biết Rc Rt ta phải tìm Rnt đạt giá trị nhỏ đảm bảo sau tính tốn nối đất chống sét mà đảm bảo tiêu chuẩn nối đất chống sét R c Rt phụ thuộc vào số cọc ta xét a Vậy ta xét theo tỷ số l với thông số: l 1032 a1   344 (cọc)   a1  1.l  Số cọc n = a1 l l 1032 a2   172 (cọc)   a2  2.l  số cọc n2 = a2 l l 1032 a3   114,66 (cọc)   a3  3.l  số cọc n3 = a3 l Tra bảng (2-4 2-6) tài liệu [2] ta có: Số cọc: n1 = 344 cọc t = 0,19 c = 0,33 n2 = 172 cọc t = 0,23 c = 0,54 n3 = 115 cọc t = 0,33 c = 0,57 Để an tồn ta sử dụng trường hợp có điện trở R nt nhỏ Sử dụng trường hợp có a1/l = Số cọc 344(cọc) Thay số liệu có vào cơng thức: Rnt = Rc Rt 25, 64.0,   0, 21 () Rc t  Rt c n 25, 64.0,19  0, 6.0,33.344 Điện trở nối đất hệ thống sau đóng thêm cọc 64 RHT = Rnt Rtn 0, 21.0,169  0,093 () = Rnt  Rtn 0, 21  0,169 Ta tiến hành kiểm tra điều kiện chống sét hệ thống nối đất  l  Tính L Lo  0,  ln  0,31 ( H / m )  r   516   Lo  0, ln  0,31  2,108 ( H / m )  0, 01  Tính G: Go  2.l.RNTSET Trong đó: Go   4.103 () 2.516.0,093 Lo Go l 2,108.4.103.5162 T1    261, 47 ( s )  3,142 k  T1  ds  261, 47  14,46 Ta chọn k khoảng từ 115 (kZ+)  ds   Bảng – 3: Bảng tính tốn chuỗi  e TK k 1 k 65 Từ bảng ta có 15 k k 1  1,58  ds  TK e  1,  k 1 k 17 Vậy Z  0, ds    2.169,5  1 (1,58  1, 4)   3, 45 () 3  2.2,977.10 516   Uđ=I ZXK(0, đs) = 150 3,45= 517,66 kV > U50% MBA = 460 (kV) Ta thấy phải tiến hành nối đất bổ sung để đảm bảo khơng có phóng điện ngược Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm cọc chân cột thu sét chân thiết bị Chọn nối đất bổ sung loại thép dẹp có: chiều dài l=12 m, bề rộng b= 0,04 m 66 Dọc theo chiều dài có chơn cọc trịn có:chiều dài cọc l=3 m, đường kính d = 0,04 m Khoảng cách hai cọc a= m, độ chôn sâu t=0,8 m Điện trở nối đất là:  tt K l Rt = ln 2. l h.d Trong đó: K=1 tt =  Kmt =85 1,25 = 106,25 ( .m ) l = 12 m, h = 0,8 m, d = b / = 0,04 / = 0,02 (m) → Rt = 106,25 1.12 ln  12,83 () 2. 12 0,8.0,02 Tính điện trở cọc: Rc  tt 2.l l 4t ' l (ln  ln ) 2.l. d 4t ' l d = 0,04 (m) t = 0,8 + 3/2 = 2,3 (m) l=12m t'=2,3m t=0,8m l=3m a=6m Hình 3- 7: Sơ đồ nối đất bổ sung Rc  97,75  2.3 4.2,3    ln  ln   25,65 () 2.3,14.3  0,04 4.2,3   67 Điện trở nối đất bổ sung xác định theo RbxS RCS RtS = S RC  t  n.Rt  C Tra bảng phần phụ lục ta có: ht = 0,92 Với , hC = 0,85 n = 3; RbxS = a  2 l 12,83.27,73  6,11 () 12,83.0,85.3  27,73.0,92 68 KẾT LUẬN Qua tháng thực đề tài tốt nghiệp giúp đỡ tận tình Th.S Đỗ Thị Hồng Lý thầy cô môn Điện tự động công nghiệp, cố gắng thân kiến thức sau năm học trường, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Tìm hiểu bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV, sâu thiết kế hệ thống nối đất” Trong trình nghiên cứu em thực vấn đề sau:  Ảnh hưởng dông sét đến hệ thống điện  Hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp  Thiết kế hệ thống nối đất Tuy nhiên, nhiều hạn chế kiến thức thân hiểu biết thực tế cịn nhiều hạn chế Vì vậy, đề tài cịn nhiều thiếu sót có hạn chế định nên em mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Nguyễn Hữu Khái (2001), Thiết kế nhà máy điện trạm biến áp, NXB KHKT Vũ Viết Đạn(2005) ,Giáo trình kỹ thuật điện cao áp.,Bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Đình Thắng (2007), Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội, GS TS Lã Văn Út(2005), Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, TS Đào Quang Thạc, TS Phạm Văn Hòa(2005), Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, PGS TS Trần Bách(2005), Lưới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 70 ... phóng đi? ??n đám mây tích đi? ??n với mặt đất (phóng đi? ??n mây - đất) Với tượng phóng đi? ??n gây nhiều trở ngại cho đời sống người Các đám mây tích đi? ??n với mật độ đi? ??n tích lớn, tạo cường độ đi? ??n trường... thiên nhiên, phóng tia lửa đi? ??n khoảng cách đi? ??n cực lớn (khoảng 5km) Hiện tượng phóng đi? ??n dơng sét gồm hai loại phóng đi? ??n đám mây tích đi? ??n phóng đi? ??n đám mây tích đi? ??n với mặt đất Trong phạm... với thiết bị đi? ??n có đi? ??m trung tính trực tiếp nối đất (dịng ngắn mạch chạm đất lớn) trị số đi? ??n trở nối đất cho phép là: R  0,5  - Đối với thiết bị đi? ??n có đi? ??m trung tính cách đi? ??n (dịng ngắn