Nghiên cứu về vấn đề quá điện áp do sợ cố chạm đất một pha trong lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó đến việc lựa chọn chống sét van trong lưới trung áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ĐOÀN QUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP DO SỰ CỐ CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN VIỆC LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS TRẦN VĂN TỚP Hà Nội – Năm 2010 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3  CÁC TỪ VIẾT TẮT .4  DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5  DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6  MỞ ĐẦU .8  CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP .11  1.1 PHÂN LOẠI QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 11  1.2 CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP .15  1.2.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện đất 16  1.2.2 Mạng điện ba pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang 22  1.2.3 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện trở nhỏ 25  1.2.4 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng nhỏ 26  1.2.5 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp 27  CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP DO CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 31  2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỔNG TRỞ THỨ TỰ KHÔNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 31  2.1.1 Khái niệm tổng trở hệ tọa độ pha ABC 31  2.1.2 Ma trận tổng trở ABC trường hợp có vật dẫn nối đất độc lập kèm 35  2.1.3 Tính tốn phần tử ma trận tổng trở ABC + N 37  2.1.4.Tính tốn ma trận tổng trở thứ tự thuận nghịch khơng từ ma trận tổng trở ZABC 44  2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN Q ĐIỆN ÁP DO SỰ CỐ CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƯỚI TRUNG ÁP 47  2.2.1 Phương pháp thành phần đối xứng 47  2.2.2 Phương pháp số giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điện 50  CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN Q ĐIỆN ÁP DO NGẮN MẠCH CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở LƯỚI TRUNG ÁP 58  3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP 58  -1- 3.2 MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN HỆ SỐ Q ÁP CỦA MỘT XUẤT TUYẾN LƯỚI TRUNG ÁP BẰNG ATP/EMTP .62  CHƯƠNG 4: VẤN ĐỀ LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN 67  4.1 TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VỀ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN 67  4.1.1 Tổng quan 67  4.1.2 Lựa chọn CSV có khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC) 72  4.1.3 Lựa chọn CSV không khe hở sử dụng oxit kim loại 79  4.1.4 Ứng dụng CSV 86  4.2 ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VÀO VIỆC LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 95  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105  TÀI LIỆU THAM KHẢO 107  -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng Các kết tính tốn luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Đoàn Quyết -3- CÁC TỪ VIẾT TẮT ATP Alternative Transient Program BIL Basic Impulse Level CSV Chống sét van CN Công nghiệp COV Continuous Operating Voltage DCS Dây chống sét EMTP ElectroMagnetic Transient Program IEC International Electrotechnical Commission MBA Máy biến áp MCOV Maximum Continuous Operating Voltage NEMP Nuclear Electromagnetic Pulses NNEMP Non-Nuclear Electromagnetic Pulses TBA Trạm biến áp TOV Temporary OverVoltage TTT Thứ tự thuận TTK Thứ tự không QĐA Quá điện áp -4- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số nguyên nhân gây QĐA tạm thời, biên độ thời gian tồn .14  Bảng 1.2 Dòng điện chạm đất cho phép đường dây tương ứng với cấp điện áp khác 22  Bảng 3.1 Thông số phần tử lưới điện 35kV .62  Bảng 3.2 Hệ số điện áp tạm thời (TOV) theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây 65  Bảng 3.3 Hệ số điện áp độ cực đại theo vị trí điểm ngắn mạch chạm đất dọc chiều dài đường dây tương ứng với lưới điện xét 65  Bảng 4.1: Giá trị dịng điện quy định với thí nghiệm ngắn mạch CSV (thời gian tồn ngắn mạch khoảng 1/6 chu kỳ điện áp tần số CN) .78  Bảng 4.2: Hằng số điện áp A cho số dạng đường dây không 93  -5- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản mạng điện pha trung tính cách điện với đất 16  Hình 1.2 Sơ đồ mạng điện pha trung tính cách đất có cố chạm đất pha 17  Hình 1.3 Mạng điện pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 23  Hình 1.4 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng 26  Hình 1.5 Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp .27  Hình 2.1: Phân bố từ thơng mạch vịng dịng điện pha A 31  Hình 2.2 Sơ đồ thay tương đương ma trận tổng trở 35  Hình 2.3 Đường dây pha hai dây dẫn đơn .39  Hình 2.4 Phân bố dịng điện chiều đất 41  Hình 2.5 Phân bố cường độ điện trường dòng điện xoay chiều vào đất 41  Hình 2.6 Phân bố dòng điện xoay chiều đất 42  Hình 2.7 Sơ đồ lưới điện 110/22 kV 48  Hình 2.8 Sơ đồ thay thứ tự thuận (TTT) thứ tự khơng (TTK) 48  Hình 2.9 a)Biến thiên hệ số điện áp k theo tỉ số X0/X1 với trường hợp R1/X1=R = 50  b) Quan hệ tỉ số R0/X1 X0/X1 giữ hệ số điện áp cố định R1=X1 50  Hình 2.10 Sơ đồ lưới điện nút 51  Hình 2.11 Sơ đồ thay pha lưới điện 110/22kV ATP/EMTP 55  Hình 3.1 Tổng quan mơ đun ATP/EMTP 61  Hình 3.2 Sơ đồ xuất tuyến 35kV 62  Hình 3.3 Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính cách điện ATP/EMTP .62  Hình 3.4 Điện áp pha đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) 63  Hình 3.5 Điện áp pha cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách điện, ngắn mạch chạm đất pha A) 63  Hình 3.6 Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính nối đất trực tiếp ATP/EMTP 63  -6- Hình 3.7 Điện áp pha đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) 64  Hình 3.8 Điện áp pha cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất trực tiếp, ngắn mạch chạm đất pha A) 64  Hình 4.1 Quy trình kiểm tra lựa chọn CSV .71  Hình 4.2 Truyền sóng trường hợp trạm khơng có lưới nối đất (trạm treo) 92  Hình 4.3 Truyền sóng trường hợp trạm có lưới nối đất 92  Hình 4.4 Sơ đồ sợi xuất tuyến 372 E8.3 96  Hình 4.5 Sơ đồ thay ATP-EMTP xuất tuyến 372 E8.3 97  Hình 4.6 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn 97  Hình 4.7 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp xa (Quảng Châu 3) 98  Hình 4.8 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A Quảng Châu 3) 98  Hình 4.9 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp Quảng Châu (ngắn mạch pha A Quảng Châu 3) 98  Hình 4.10 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A Liên Phương 4) 99  Hình 4.11 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp Liên Phương (ngắn mạch pha A Liên Phương 4) .99  -7- MỞ ĐẦU M.1.Lý chọn đề tài Lưới điện phân phối Việt Nam chưa đầu tư vốn tương xứng với yêu cầu Thông thường với nước tiên tiến giới, nguồn vốn yêu cầu đầu tư cho lưới điện phân phối chiếm khoảng 50% tổng vốn đầu tư cho toàn ngành Nước ta điều kiện khó khăn kinh tế, kinh tế nghèo nàn nhỏ lẻ, lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh, thường xuyên xảy thiếu hụt điện nên nguồn vốn thường ưu tiên tập trung phát triển nguồn điện lưới điện truyền tải Nguồn vốn đầu tư cho nguồn lưới truyền tải Việt Nam chiếm khoảng 85% (60% cho nguồn 25% cho lưới truyền tải), lại 15% vốn đầu tư cho lưới phân phối Vấn đề đặt nhiều bất cập mà ngành điện khách hàng phải đối mặt bao gồm: lưới điện xuống cấp, độ tin cậy không cao, chất lượng điện thấp, tổn thất công suất, tổn thất điện lớn, khả tự động hóa kém….Một vấn đề quan trọng chưa quan tâm mức tượng điện áp xảy lưới phân phối Việc lựa chọn CSV lưới điện thường chọn cách đơn giản, xem xét vị trí lắp đặt, chế độ điểm trung tính (trung tính cách điện, trung tính nối đất hiệu quả, trung tính nối đất qua tổng trở), dẫn đến CSV bị áp có cố chạm đất pha Nội dung luận văn tập trung sâu nghiên cứu mô tượng QĐA lưới điện phân phối xảy ngắn mạch pha tìm cách đề xuất phương thức lựa chọn CSV hợp lý M.2.Lịch sử nghiên cứu Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện lưới điện trung thế” - Nguyễn Thanh Hải – ĐHBK Hà Nội -2009 Nội dung: nghiên cứu hệ số áp lưới điện trung áp tình xảy áp cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất, -8- đứt dây chạm đất điện áp cộng hưởng Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng vấn đề đến việc lựa chọn cách điện nói chung chưa đề cập tới việc lựa chọn cụ thể CSV Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giải toán nối đất trạm biến áp 110/22 (35)kV Việt Nam” - Nguyễn Lương Mính - ĐHBK Đà Nẵng Một nội dung nghiên cứu Luận văn biến thiên hệ số điện áp xảy cố ngắn mạch chạm đất pha lưới trung áp có phương thức nối đất trung tính khác nhau, biến thiên hệ số điện áp theo tỉ số X0/X1 điểm xảy cố dẫn tới làm thay đổi hiệu nối đất trung tính (tại TBA), luận văn đề xuất ý tưởng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng để giải toán lựa chọn CSV điểm khác lưới trung áp M.3.Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu điện áp lưới điện trung áp 35 kV điển hình với chế độ nối đất trung điểm khác mô phần mềm ATP/EMTP xảy cố chạm đất pha xem xét ứng dụng vào việc lựa chọn CSV lưới điện trung áp M.4.Tóm tắt luận điểm đóng góp tác giả - Nghiên cứu lý thuyết dạng điện áp có khả xuất lưới điện trung áp (bao gồm QĐA khí quyển, QĐA thao tác) - Tổng quan vấn đề điện áp cố chạm đất pha lưới điện trung áp bao gồm dải biến thiên hệ số áp tham số ảnh hưởng tới biên độ QĐA - Mơ tính tốn q điện áp cố chạm đất pha phần mềm ATP/EMTP - Xem xét quy trình lựa chọn CSV ứng dụng vào lưới điện trung áp -9- A kV Đường dây phân phối (phóng điện pha-pha) +Có xà nối đất +Cột gỗ Đường dây truyền tải (phóng điện pha-đất) +Dây đơn +Dây pha phân đôi +Dây pha phân bốn +Dây pha phân 900 2700 4500 7000 11000 17000 Đối với trạm GIS Với trạm biến áp kiểu kín (GIS), nhìn chung việc thực bảo vệ chống điện áp thuận lợi so với trạm biến áp ngồi trời có tổng trở sóng nhỏ nhiều so với đường dây không Tuy nhiên để đưa quy tắc chung nhằm ước lượng mức độ cải thiện độ an toàn trạm GIS trạm ngồi trời khó khăn Nếu sử dụng cơng thức tính tốn cho trạm ngồi trời dẫn tới kết tương đối “bi quan” so với cần thiết Do giảm giá trị A bảng 4.2 lần để sử dụng tính tốn với trạm GIS Một quy tắc chung xem xét bảo vệ trạm GIS phải bố trí chống sét van đầu đường dây nối vào trạm để bảo vệ trạm trường hợp MC phía đường dây hở mạch Ngồi bố trí thêm CSV MBA trường hợp khoảng cách từ MBA tới CSV đầu vào xa có khả xảy điện áp MBA trường hợp CSV đầu vào bị cắt Để tăng cường khả bảo vệ xung đầu sóng ngắn, cần bố trí thêm CSV trạm GIS để hạn chế tăng áp truyền sóng đoạn CSV đặt bên ngồi trạm MBA Khi tính tốn phạm vi bảo vệ cơng thức xấp xỉ dẫn tới kết luận phải đặt thêm CSV trạm, lúc thay áp dụng, phải thực tính tốn lại cụ thể q trình truyền sóng trạm để tính tốn thông số lựa chọn CSV Vấn đề bảo vệ chống điện áp trạm GIS với đầu sóng cực dốc thường không khả thi xuất thành phần tần số cao tượng trễ - 94 - chế dẫn điện CSV oxit kim loại Chống sét van loại có khe hở khơng phóng điện Bảo vệ trạm kết nối cáp Cũng tương tự với trạm GIS, với kích thước trạm kết nối cáp dễ thực bảo vệ chống điện áp so với trạm trời Tuy nhiên đưa quy tắc định lượng tổng quát CSV nên lắp đặt đầu nối ĐDK cáp Cũng sử dụng cơng thức ước lượng với trạm ngồi trời để tính tốn phạm vi bảo vệ “bi quan” CSV Trong trường hợp có nhiều đường dây nối vào trạm qua cáp thời điểm sét đánh CSV có đủ khả bảo vệ cho trạm Nếu số phương thức vận hành có khả đoạn cáp nối với trạm bị hở mạch cuối chiều dài đoạn cáp dài cỡ lần trị số tính tốn cơng thức (4.7) cần thiết bố trí thêm CSV đầu cuối đoạn cáp Với đoạn cáp nối với đường dây không qua trạm cần áp dụng nguyên tắc nêu Bảo vệ cáp điện lực Nếu chiều dài đoạn cáp liên lạc hai đường dây không dài cỡ lần giá trị tính tốn cơng thức (4.7) cần bố trí CSV hai đầu nối cáp Đối với cáp có điện áp định mức từ 72,5kV trở lên, cần thiết treo DCS số khoảng cột gần tới đoạn nối cáp (thông thường khoảng cột) đảm bảo trị số điện trở nối đất chân cột bé 4.2 ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VÀO VIỆC LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Yêu cầu lựa chọn CSV lưới trung áp thường rút gọn lựa chọn thơng số sau đây: CSV có khe hở (SiC) - Điện áp định mức  Đặc tính bảo vệ (Điện áp chọc thủng với xung sét điện áp dư với dịng phóng điện danh định) - 95 - CSV không khe hở (ZnO) - Điện áp làm việc cực đại lâu dài (MCOV)  - Điện áp định mức (đặc tính V-s tần số cơng nghiệp) (kiểm tra theo TOV tTOV)  Sau chọn CSV, cần kiểm tra phối hợp cách điện thiết bị (BIL) Ở kiểm tra cho trường hợp sơ đồ trạm đơn giản (1 MBA, lộ tới) Các trường hợp phức tạp hơn, thường yêu cầu mô cụ thể chương trình máy tính (EMTP) Ví dụ xem xét xuất tuyến lưới điện tỉnh Hưng Yên Sơ đồ sợi xuất tuyến 372 từ trạm E8.3 (lưới điện 22 kV, trung tính nối t trc tip) Phơng Thông-PC 180 AC70/0,46 633 m 48 Liên Phơng 180 CDPT 631 ac50/1.083 ac50/1.7 BTS Hồng Nam 50 180 Ph−¬ng chiĨu ac50/2.305 6x100 kVAr 629 An ChiĨu 2-LP 320 ac50/0.02 Lª b·i-TS 180 180 B·i GiÕng1 ac50/0.06 B.Cống Vân-PC LĐ2 Hồng Nam 100 11 ac50/1.5 320 B.Hång Nam 16 10 §ay&May 250 M4 8/0 03 CD1 17 18B CD665 B.Ba Hàng-TS 320 15 Quảng châu 180 BTS UBND X· Thñ Sü CD1 12 24 372 E8.3 Quảng Châu 180 100 BÃi Giếng2 ac50/0.14 637A 4A ac50/0.03 ac50/0.78 639 665A 661 ac50/0.216 M48/0.015 AC50/0.01 An ChiÓu 1-LP 320 655 Thèng NhÊt-TS 180 ac50/0.04 ac50/1.312 ac 50/0.634 CD640 ĐĐ665 ac50/0.3 645 B.Thất Viên-TS 320 ac50/1.17 Quảng Châu 160 160 Quảng Châu 180 ac50/0.42 ac50/0.08 629 160 Cty cÊp n−íc Phè HiÕn 2x180 Phơng Độ-HN 627 Hỡnh 4.4 S mt si ca xuất tuyến 372 E8.3 Sơ đồ thay xuất tuyến 372 từ trạm E8.3 ATP-EMTP (lấy MBA nguồn tỉ số biến áp định mức 115kV/27,5kV) - 96 - BCT BCT B180 B180 AC50 AC50 Y AC50 AC120 AC120 BCT Y AC120 655 AC120 661 Y 665A V 645 Y BCT B320 AC50 AC50 AC50 BCT Y B50 B320 BCT B180 AC50 Y 10 BCT B100 AC50 15 Y BCT B180 B180 AC50 17 AC50 AC120 AC50 18B AC50 24 AC50 12 AC50 AC50 V BCT B160 KT2 Y Y B160 Y B180 Y B160 BCT BCT BCT AC50 AC50 629 16 AC50 AC50 631 AC50 B320 Y BCT Y Y C50 AC50 BCT Y 633 B100 Y BCT B180 AC120 Y BCT BCT Y AC50 AC120 11 BCT AC50 637A AC50 BCT B250 Y 4A Y B180 C50 AC50 639 AC50 C50 Y BCT B320 BCT B180 AC50 Y BCT Y B320 BCT B180 Y BCT B180 Y Hình 4.5 Sơ đồ thay ATP-EMTP xuất tuyến 372 E8.3 ™ Ngắn mạch đầu xuất tuyến (trạm E8.3)  Hệ số áp đầu nguồn 40 [kV] 30 20 10 -10 -20 -30 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x-v ar t) v :665AA 30 v :665AB 40 v :665AC 50 60 70 [ms] 80   Hình 4.6 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn - 97 - 40 [kV] 30 20 10 -10 -20 -30 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x-v ar t) v :KT2A 30 v :KT2B 40 50 60 70 [ms] 80 v :KT2C Hình 4.7 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp xa (Quảng Châu 3) Nhận xét: Khi ngắn mạch chạm đất pha đầu nguồn (pha A), điện áp pha lành không vượt trị số điện áp pha cực đại  ™ Ngắn mạch điểm xa (phía cao áp trạm biến áp Quảng Châu 3)  30 [kV] 20 10 -10 -20 -30 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x -v ar t ) v : 665AA 30 v :665AB 40 50 60 70 [ms] v :665AC 80   Hình 4.8 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A Quảng Châu 3) 40 [kV] 30 20 10 -10 -20 -30 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x-v ar t) v :KT2A 30 v :KT2B 40 50 60 70 [ms] 80 v :KT2C Hình 4.9 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp Quảng Châu (ngắn mạch pha A Quảng Châu 3) - 98 - ™ Ngắn mạch điểm trung gian xuất tuyến  Ta chọn tính tốn cho chạm bất kỳ, chẳng hạn TBA Liên Phương 30 [kV] 20 10 -10 -20 -30 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x-v ar t) v :665AA 30 40 v :665AB 50 60 70 [ms] v :665AC 80   Hình 4.10 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp đầu nguồn (ngắn mạch pha A Liên Phương 4) 25 [kV] 15 -5 -15 -25 -35 10 20 (f ile luoi_hy pl4; x-v ar t) v :633A 30 v :633B 40 50 60 70 [ms] 80 v :633C Hình 4.11 Đồ thị biến thiên điện áp pha trạm biến áp Liên Phương (ngắn mạch pha A Liên Phương 4) Nhận xét: TBA E8.3 Quảng Châu Liên Phương Biên độ điện áp pha lành (kV) Điện áp định mức (kV) 21,55 21,45 Hệ số áp (p.u) 1,002 23,42 21,45 1,09 22,12 21,45 1,03 Lưu ý: Trị số định mức so sánh với biên độ điện áp pha lành chế độ bình thường - Các pha lành trạm đầu nguồn không bị điện áp  - 99 - - Các pha lành trạm Quảng Châu bị áp với hệ số 1,09  - Các pha lành trạm Liên Phương bị áp với hệ số 1,03  Thời gian tồn điện áp pha lành phụ thuộc vào thời gian làm việc bảo vệ chống ngắn mạch pha Thông thường, xuất tuyến lưới phân phối có dạng hình tia, bảo vệ chủ yếu loại q dịng điện có thời gian phụ thuộc phối hợp chọn lọc cho phân đoạn xuất tuyến, với rơ le chống chạm đất độ nhạy cao Rơ le q dịng điện có thời gian phụ thuộc Các cấp chọn lọc thời gian dự phòng thường lấy ∆t= 0,4 - 0,5 giây với rơ le số Do đó, với xuất tuyến có nhiều phân đoạn, thời gian cắt dự phịng cố kéo dài Ví dụ có phân đoạn, thời gian để MC đầu nguồn cắt loại trừ cố kéo dài tới t > 0,5 = 2,5 giây Rơ le chống chạm đất độ nhạy cao Thời gian làm việc từ đến 3,5 giây [5] Chọn CSV cho trạm biến áp Quảng Châu Nếu xét trường hợp điện áp đầu nguồn thay đổi khoảng (0,9 - 1,05)Uđm trị số điện áp pha lành trạm Quảng Châu đạt tới Umax= 1,05 1,09 21,45 = 24,55 (kV) khoảng thời gian tồn cố lấy giây ¾ Lựa chọn CSV có khe hở o Điện áp định mức CSV có khe hở phải ln ln lớn trị số điện áp cực đại điểm đặt CSV, Uđm ≥ 24,55 / = 17,36(kV)  o Lựa chọn dòng phóng điện danh định (loại 5kA 10kA): phụ thuộc trị số dịng sét (biên độ, dạng sóng với xác suất xuất hiện, mật độ sét nơi đặt trạm)  o Phối hợp cách điện với thiết bị trạm (chủ yếu MBA- BIL): xác định khoảng cách tối đa từ CSV - MBA, tỉ số bảo vệ (protection ratio) (yêu cầu ≥ 1,2 [12])  - 100 - ¾ Lựa chọn CSV không khe hở o Điện áp làm việc cực đại lâu dài (MCOV) Uc ≥ 1,05 21,45/ = 15,93 (kV)  o Quá điện áp tạm thời (TOV) quy đổi thời gian 10s theo công thức (4.1) ta có:                                              o Lựa chọn dịng phóng điện danh định (loại 5kA 10kA): phụ thuộc trị số dịng sét (biên độ, dạng sóng với xác suất xuất hiện, mật độ sét nơi đặt trạm)  o Phối hợp cách điện với thiết bị trạm (chủ yếu MBA- BIL): xác định khoảng cách tối đa từ CSV - MBA, tỉ số bảo vệ (protection ratio) (yêu cầu ≥ 1,2 [12])  Trị số điện áp định mức CSV chọn phải thỏa mãn (kV) Từ kết tính tốn nêu ta lựa chọn CSV Siemens sản xuất có thơng số sau: CSV có khe hở: 3EG4 180-0A 3EG4 180-0B Điện áp định mức kV 18 Điện áp phóng điện chọc thủng xung sét tiêu chuẩn kV 60 Điện áp dư với dịng phóng điện 5kA kV 60 CSV không khe hở: 3EH2 220 Điện áp định mức Điện áp dư với dịng phóng điện 5kA (8/20) MCOV - 101 - kV 22 kV 17,5 kV 72 Lựa chọn CSV cho TBA Liên Phương Nếu xét trường hợp điện áp đầu nguồn thay đổi khoảng (0,9 - 1,05)Uđm trị số điện áp pha lành trạm Liên Phương đạt tới Umax= 1,05 1,03 21,45 = 23,20 (kV) khoảng thời gian tồn cố tạm lấy giây ¾ Lựa chọn CSV có khe hở o Điện áp định mức CSV có khe hở phải ln ln lớn trị số điện áp cực đại điểm đặt CSV, Uđm ≥ 23,20 / = 16,40(kV)  o Lựa chọn dịng phóng điện danh định (loại 5kA 10kA): phụ thuộc trị số dòng sét (biên độ, dạng sóng với xác suất xuất hiện, mật độ sét nơi đặt trạm)  o Phối hợp cách điện với thiết bị trạm (chủ yếu MBA- BIL): xác định khoảng cách tối đa từ CSV - MBA, tỉ số bảo vệ (protection ratio) (yêu cầu ≥ 1,2 [12])  ¾ Lựa chọn CSV không khe hở o Điện áp làm việc cực đại lâu dài (MCOV) Uc ≥ 1,05 21,45/ = 15,93 (kV)  o Quá điện áp tạm thời (TOV) quy đổi thời gian 10s theo công thức (4.1) ta có:                                                 o Lựa chọn dịng phóng điện danh định (loại 5kA 10kA): phụ thuộc trị số dịng sét (biên độ, dạng sóng với xác suất xuất hiện, mật độ sét nơi đặt trạm)  - 102 - o Phối hợp cách điện với thiết bị trạm (chủ yếu MBA- BIL): xác định khoảng cách tối đa từ CSV - MBA, tỉ số bảo vệ (protection ratio) (yêu cầu ≥ 1,2 [12])  Trị số điện áp định mức CSV chọn phải thỏa mãn (kV) Từ kết tính tốn nêu ta lựa chọn CSV GE sản xuất có thơng số sau: [16] CSV khơng khe hở: 3EH2 220 Điện áp định mức MCOV kV 21 kV 17 Điện áp dư với dịng phóng điện 5kA (8/20) kV 47,6 Lựa chọn CSV cho TBA đầu nguồn Như thấy, điện áp pha lành TBA đầu nguồn không vượt qua trị số điện áp pha cực đại, CSV chọn theo điện áp pha cực đại chế độ bình thường ¾ Lựa chọn CSV có khe hở Chọn loại 3EG4 180‐0A hoặc 3EG4 180‐0B Điện áp định mức kV 18 Điện áp phóng điện chọc thủng xung sét tiêu chuẩn kV 60 ¾ Lựa chọn CSV không khe hở 3EH2 220  - 103 - Điện áp dư với dịng phóng điện 5kA kV 60 Điện áp định mức MCOV kV 18 kV 17,5 Điện áp dư với dịng phóng điện 5kA kV 72 Sau lựa chọn xong CSV, ta cần thiết phải kiểm tra phối hợp cách điện xung sét với thiết bị trạm để đảm bảo CSV có khả bảo vệ thiết bị xác suất tin cậy chấp nhận Nhận xét o Nhìn chung yêu cầu lựa chọn CSV TBA đầu nguồn nhẹ so với trạm xa nguồn Mức cách điện lựa chọn trạm đầu nguồn giảm nhẹ so với trạm phía cuối nguồn nhiều hay phụ thuộc vào mức độ áp tạm thời tình cố (TOV) yêu cầu phối hợp cách điện với thiết bị TBA.  o Như thấy: hệ số điện áp pha lành phụ thuộc nhiều vào chủng loại dây, chiều dài tuyến dây, thông số MBA, chế độ nối đất trung tính cấu trúc lưới Do tính tốn hệ số q điện áp để lựa chọn cách điện, cần thiết phải tính tốn hết thơng số Đây vấn đề tương đối khó thực thường bị bỏ qua thực tế thiết kế quy hoạch Điều có lẽ giải thích việc “Quyết định số 1867 NL/KHKT ngày 12 tháng năm 1994 ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật lưới trung 22kV, Hà Nội” quy định lưới điện 22kV thực trung tính nối đất trực tiếp cách điện lựa chọn theo điện áp dây Tuy vậy, với việc lựa chọn CSV, không thiết việc lựa chọn trị số điện áp định mức cao đảm bảo CSV làm việc an tồn tin cậy Bởi điện áp định mức CSV nâng cao, đặc tính bảo vệ tương ứng nâng cao thêm, tương ứng làm giảm hệ số bảo vệ dẫn tới QĐA xung dịng điện sét thiết bị vượt ngưỡng chịu đựng - 104 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Lưới trung áp khâu trung gian trình truyền tải điện từ nơi sản xuất đến hộ sử dụng, có vai trò đặc biệt quan trọng định đến chất lượng điện mà người tiêu dùng thụ hưởng Tuy nhiên, đặc điểm nước ta cịn khó khăn kinh tế, vốn đầu tư cho lưới điện hạn chế, tốc độ tăng trưởng phụ tải yêu cầu chất lượng điện lại tăng trưởng nhanh nên vấn đề ưu tiên đầu tư phát triển nâng cấp lưới điện trung áp nhiều hạn chế Nhiều yêu cầu nâng cao chất lượng điện áp, độ tin cậy, khả bảo vệ, tự động hóa lưới điện chưa quan tâm mức Một loạt vấn đề kinh tế kỹ thuật với lưới trung áp cần đầu tư nghiên cứu để có hiểu biết đề xuất hướng thực hợp lý Vấn đề QĐA lưới điện trung áp vấn đề quan trọng ảnh hưởng tới việc lựa chọn mức cách điện cho thiết bị việc phối hợp cách điện thiết bị với Việc lựa chọn CSV lưới thường thực đơn giản, quan tâm xem xét tới yếu tố ảnh hưởng tới CSV trình làm việc dẫn tới số tình vận hành, CSV bị áp dẫn tới bị phá hủy hoàn toàn Luận văn tập trung nghiên cứu dạng QĐA lưới điện trung áp, trường hợp gây xuất QĐA nguy hiểm với thiết bị, nghiên cứu quy trình lựa chọn CSV đề xuất IEC 60099-5 để đề xuất phương thức thực xem xét lựa chọn CSV quy hoạch thiết kế lưới điện trung áp Quy trình lựa chọn CSV tốn phối hợp kinh tế-kỹ thuật phải thực quy trình gồm nhiều bước lặp lại để tìm mức cách điện hợp lý điểm xét Do số ưu điểm mình, CSV loại có khe hở tiếp tục sử dụng lưới trung áp song song với việc áp dụng ngày rộng rãi CSV loại không khe hở Chính quy trình lựa chọn cần phân biệt với hai loại CSV Trị số điện áp định mức lựa chọn cho CSV loại có khe hở phải - 105 - cao trị số điện áp đặt lên tình vận hành với điện áp tần số CN Tuy nhiên, với CSV không khe hở, trị số điện áp định mức biểu dạng đường đặc tính Vơn-giây tần số CN đặc trưng cho mức độ chịu áp tạm thời đĩa điện trở CSV không khe hở khả tản nhiệt CSV sau lựa chọn trị số điện áp định mức, cần thiết chọn trị số điện áp chịu đựng phối hợp làm việc với sóng QĐA xuất điểm đặt QĐA cần quan tâm xem xét với lưới trung áp QĐA khí (sét) QĐA tạm thời (TOV) TOV đặc trưng hệ số QĐA thời gian tồn (tính từ lúc phát sinh tới lúc cố giải trừ) Do điều kiện khả thời gian hạn chế nên luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng QĐA tạm thời gây cố ngắn mạch chạm đất pha Đây dạng cố có xác suất xảy nhiều lưới trung áp, hệ số áp phụ thuộc vào tỉ số X0/X1 dạng cố gây mức độ áp TOV nhỏ nguyên nhân gây TOV (sự cố không đối xứng, sa thải phụ tải, backfeeding, hiệu ứng Ferranti, phản ứng thiết bị điều tốc, điều áp, cộng hưởng điều hòa, cộng hưởng sắt từ) Chính thơng số CSV lựa chọn theo hệ số áp chạm đất pha xem trị số giới hạn thông số lựa chọn cho CSV Hướng nghiên cứu tới đề tài mở rộng nghiên cứu mô áp cho trường hợp gây TOV vừa kể trên, bao gồm dạng cố không đối xứng phức tạp khác, backfeeding, cộng hưởng điều hòa, cộng hưởng sắt từ, phản ứng thiết bị điều tốc, điều áp trường hợp có tham gia nguồn phân tán (thủy, nhiệt điện) lưới trung áp Với mong muốn hoàn chỉnh nội dung đề tài, tác giả mong nhận xét góp ý thầy cơ, đồng nghiệp để bổ sung hồn thiện chỉnh sửa phần nội dung chưa xác, cịn hạn chế nâng cao hiểu biết kiến thức lĩnh vực chuyên môn ngành điện - 106 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Bách (2000), “Lưới điện Hệ thống điện (Tập 1)”, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Nguyễn Thị Minh Chước (2001), “Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp”, Hà Nội [3] Nguyễn Văn Đạm (2004), “Mạng lưới điện (tập 1)”, NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Võ Viết Đạn (1972), “Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp”, Khoa Đại học Tại chức – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [5] Trần Đình Long (2000), “Bảo vệ Hệ thống điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Ngô Hồng Quang (2002), “Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV”, NXB Khoa học Kỹ thuật [7] Đào Quang Thạch, Phạm Văn Hòa (2007), “Phần điện Nhà máy điện Trạm biến áp”, NXB Khoa học Kỹ thuật [8] Bùi Ngọc Thư (2007), “Mạng cung cấp phân phối điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật [9] Trần Văn Tớp (2002), “Kỹ thuật điện cao áp- Quá điện áp bảo vệ chống điện áp”, NXB Khoa học Kỹ thuật [10] Lã Văn Út (2000), “Ngắn mạch Hệ thống điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh [11] ABB Distribution Transformer Guide (2002) [12] ANSI C62.22-1997, “IEEE guide for application of metal-oxide surge arresters for Alternating-Current systems” - 107 - [13] Canadian-American EMTP User Group, “EMTP Rule Book” [14] Central Station Engineers of the Westinghouse Electric Coorporation (1964), “Electrical Transmission and Distribution Reference Book” [15] Hermann W Dommel (1987), “EMTP Theory Book” [16] GE Arresters, “Tranquell® Surge Arresters: Product Selection and Application Guide” [17] A Haddad, D.F Warne (2004), IEE Power and Energy Series 40, “Advances in High Voltage Engineering” [18] John Horak , “Zero sequence Impedance of Overhead Transmission Lines”, Basler Electric [19] IEC 60071-1(1993), “Insulation Coordination- Part 1: Definitions, Principles and Rules” [20] IEC 60071-2(1996), “Insulation Coordination- Part 2: Application Guide” [21] IEC 60099-4 (2004), “Surge Arresters – Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for A.C systems” [22] IEC 60099-5 (2000), “Surge Arresters – Part 5: Selection and application recommendations” [23] N McDonagh et al PAC World Dublin (2010), “Testing of EST’s 20kV faulted phase earthing system”, MIEI, MIET, ESBI, Ireland [24] Siemens (2002), “Medium Voltage Equipment – Selection and Ordering Data: Surge Arrester” [25] Juergen Schlabbach, Karl-Heinz Rofalski (2008), “Power System Engineering- Planning, Design and Operation of Power Systems and Equipment”, Wiley-VCH [26] Hans Kritian Høidalen (2002), “ATPDraw Manual 3.5” - 108 - ... 1: Nghiên cứu lý thuyết điện áp lưới điện trung áp Chương 2: Tổng quan vấn đề điện áp chạm đất pha lưới điện trung áp Chương 3: Mơ tính tốn q điện áp ngắn mạch chạm đất pha lưới điện trung áp. .. áp lưới điện trung áp tình xảy áp cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất, -8- đứt dây chạm đất điện áp cộng hưởng Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng vấn đề đến việc lựa chọn cách điện nói... văn - 10 - CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1.1 PHÂN LOẠI QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Quá điện áp (QĐA) hệ thống điện tượng điện áp toàn hệ thống phận