Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 500220kv và đường dây 500kv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Nguyễn Hữu Thắng BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 500/220KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 500KV LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà nội 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  Nguyễn Hữu Thắng BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 500/220KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 500KV Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN THỊ MINH CHƯỚC Hà nội 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Hữu Thắng Đề tài luận văn: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 500/220KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 500KV Chuyên ngành: Hệ thống điện Mã số SV: CB170184 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31/10/2019 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi tả phần thuyết minh luận văn; - Bổ sung trích dẫn, danh mục vẽ xếp vị trí đặt vẽ phù hợp; - Bổ sung tên giá trị đại lượng trục tung trục hồnh - hình vẽ, đồ thị; Bổ sung nội dung mối liên quan vầng quang tiêu bảo vệ chống sét Ngày tháng 11 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS Nguyễn Thị Minh Chước Nguyễn Hữu Thắng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Đức Huy LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian dài tìm hiểu, nghiên cứu, giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Minh Chước giảng viên Bộ môn Hệ thống điện – viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp hồn thành luận văn nghiên cứu Tơi xin cam đoan luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tơi, số liệu, kết tính tốn luận văn trung thực chưa công bố tài liệu Có tham khảo số tài liệu báo tác giả ngồi nước xuất Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có sử dụng lại kết người khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Thắng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới tác giả cơng trình nghiên cứu, tác giả tài liệu nghiên cứu mà tơi trích dẫn tham khảo để hồn thành luận văn Đặc biệt tơi vơ cảm ơn TS Nguyễn Thị Minh Chước, người tận tình hướng dẫn tơi q trình thực luận văn Và xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giảng dạy, anh chị đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ tơi q trình học tập, làm việc vừa qua TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 500/220kV đường dây 500kV Tác giả luận văn: Nguyễn Hữu Thắng Khoá: 2017B Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Minh Chước *) Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đề tài: Đề tài tập trung tìm hiểu số vấn đề bảo vệ chống sét như: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 500/220kV, tính tốn kiểm tra vầng quang góp, đường dây 500kV tính tiêu chống sét đường dây 500kV *) Các nội dung luận văn: - Cấu trúc luận văn gồm: CHƯƠNG 1: Tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA 500/220kV Kiểm tra phạm vi bảo vệ theo lý thuyết mơ hình điện hình học CHƯƠNG 2: Tính tốn kiểm tra vầng quang góp 500kV CHƯƠNG 3: Tính tốn tổn hao vầng quang đường dây 500kV CHƯƠNG 4: Tính tiêu chống sét đường dây 500kV *) Phương pháp nghiên cứu: Dựa vào lý thuyết bảo vệ chống sét, lý thuyết mơ hình điện hình học tính tốn số lần sét đánh cho đường dây kinh điển nhằm đưa biện pháp phù hợp hạn chế tối đa ảnh hưởng sét đến vận hành đường dây, làm giảm thiểu số vụ cố sét Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Thắng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .v DANH MỤC HÌNH VẼ vi CHƯƠNG 1_TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TBA 500/220 KV KIỂM TRA PHẠM VI BẢO VỆ THEO LÝ THUYẾT MƠ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC 1.1 Mở đầu 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật : 1.3 Lý thuyết tính tốn chống sét cho trạm 500/220 kV 1.3.1 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 1.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét .6 1.4 Lý thuyết mơ hình điện hình học 1.5 Xác định điều kiện hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 11 1.5.1 Xác định độ cao treo dây chống sét theo điều kiện 1: 12 1.5.2 Xác định độ cao dây chống sét theo điều kiện 2: .13 1.5.3 Xác định độ cao dây chống sét theo điều kiện 3: .13 1.6 Phương án bảo vệ trạm 500/220kV sử dụng dây thu sét: 15 1.7 Dùng mơ hình điện hình học kiểm tra hiệu hệ thống bảo vệ trạm biến áp 500/220kV Hịa Bình chống sét đánh trực tiếp dùng dây chống sét .23 1.7.1 Các thông số cho trước: 23 1.7.2 Tính góc bảo vệ α dây chống sét: 23 1.7.3 Xác định tổng trở sóng góp: .24 1.7.4 Xác định dòng điện tới hạn: 24 1.7.5 Thực tính tốn điều kiện: 24 Kết luận .26 iii CHƯƠNG TÍNH TỐN KIỂM TRA VẦNG QUANG Ở THANH GÓP 500KV 27 2.1 Yêu cầu mục đích 27 2.1.1 Khái niệm: 27 2.1.2 Vai trị tác hại phóng điện vầng quang: 27 2.2 Tính tốn kiểm tra vầng quang góp 500kV trạm biến áp 500kV Hịa Bình 28 2.2.1 Tính tốn điện trường khởi đầu phóng điện vầng quang: 28 2.2.2 Tính tốn trường bề mặt dây dẫn pha: 28 2.2.3 Các phương pháp tính tốn kiểm tra vầng quang 30 2.2.4 Tính tốn kiểm tra vầng quang cho góp 500kV 220kV 36 CHƯƠNG 3_TÍNH TỐN TỔN HAO VẦNG QUANG TRÊN ĐƯỜNG DÂY 500KV 46 3.1 Tổn thất công suất điện vầng quang điện đường dây cao áp 500kV 46 3.2 Kiểm tra điều kiện vầng quang dây dẫn phân nhỏ 48 3.3 Tính tốn tổn thất cơng suất điện vầng quang điện đường dây cao áp 500kV 49 CHƯƠNG 4_TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CỦA ĐƯỜNG DÂY 500KV 52 4.1 Tính suất cắt theo phương pháp cổ điển 52 4.1.1 Các điều kiện tính tốn đường dây 500kV: 52 4.1.2 Tính tốn suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: 63 4.1.3 Tính tốn suất cắt sét đánh vào khoảng vượt: 63 4.1.4 Tính toán suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận: 72 4.1.5 Suất cắt đường dây 500kV tính cho 100km năm: 81 4.1.6 Tính tiêu chống sét cho đường dây tải điện 500kV: 81 4.2 Tính suất cắt theo phương pháp tây âu 81 4.2.1 Cơ sở lý thuyết: 81 4.2.2 Tính tốn thực tế: 83 4.3 Kết luận 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Áp suất khí P theo độ cao 31 Bảng 2-2: Kết tính vầng quang góp 500kV có kết cấu phân pha độ cao 28m 37 Bảng 2-3: Kết tính vầng quang góp 500kV có kết cấu phân pha độ cao 20m 39 Bảng 2-4: Kết tính vầng quang góp 500kV khơng phân pha độ cao 9m 40 Bảng 2-5: Kết tính vầng quang góp 220kV có kết cấu phân pha độ cao 16m 42 Bảng 4-1: Đặc tính V-s cách điện đường dây 64 Bảng 4-2: Đặc tính V-s cách điện đường dây 64 Bảng (4-3a): Ucd(a,t) ứng với trường hợp Rc = 10Ω 65 Bảng (4-4a): I i = ti (với Rc = 10Ω) 66 Bảng 4-5a: Xác suất phóng điện với trường hợp Rc = 10Ω 67 Bảng (4-3b): Ucd(a,t) ứng với trường hợp Rc = 15Ω 68 Bảng 4-4b: I i = ti (với Rc = 15Ω) 69 Bảng 4-5b: Trường hợp Rc = 15Ω 69 Bảng (4-3c): Ucd(a,t) ứng với trường hợp Rc = 20Ω 70 Bảng (4-4c): I i = ti (với Rc = 20Ω) 71 Bảng 4-5c: Trường hợp Rc = 20Ω 71 Bảng (4-6): Bảng tổng kết suất cắt sét đánh vào khoảng vượt 72 d (a, t ) 74 Bảng (4-7): Điện áp cảm ứng U cu Bảng (4-8): Thành phần hỗ cảm Mdd(t) 75 Bảng (4-9): Thành phần Mcs(t) 75 Bảng (4-10): ic(a,t) với Rc = 10 Ω 77 Bảng (4-11): ic(a,t) với Rc = 10 Ω 78 Bảng (4-12): Ucd(a,t) với Rc = 10 Ω 78 Bảng 4-13: Ii (kA) với Rc = 10Ω 80 Bảng 4-14:  pd với Rc = 10Ω 80 Bảng 4-15: Suất cắt sét đánh vào đường dây 84 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Hình 1-2: Phạm vi bảo vệ cột thu sét có chiều cao Hình 1-3: Phạm vi bảo vệ cột thu sét có chiều cao khác Hình 1-4: Mặt phạm vi bảo vệ cột thu sét Hình 1-6: Phạm vi bảo vệ dây thu sét Hình 1-7: Mơ lý thuyết mơ hình điện hình học Hình 1-8: Hiện tượng sét đánh dây dẫn đường dây có dây chống sét 10 Hình 1-9: Mơ hình hệ thống dây thu sét dây pha 12 Hình 1-10: Sơ đồ treo dây chống sét trạm biến áp 13 Hình 1-11 Sơ đồ mặt trạm 500/220KV Hịa Bình 16 Hình 1-12 Phạm vi bảo vệ dây thu sét trạm 500/220KV 21 Hình 1-13: Sơ đồ tính góc bảo vệ dây chống sét dây dẫn pha 23 Hình 2-1: Dây dẫn pha dùng dây đơn 28 Hình 2-2: Kết cấu dây phân pha 32 Hình 2-3: Dây dẫn không phân pha 32 Hình 2-4: Sơ đồ tính khoảng cách trung bình hình học pha 33 Hình 2-5: Sơ đồ dây dẫn phân pha 35 Hình 4-1: Sơ đồ treo dây cột 52 Hình 4-2: Vị trí dây dẫn pha dây chống sét 58 Hình 4-3: Vị trí tương đối dây dẫn pha B với hai dây chống sét 60 Hình 4-4a: Đường cong Ucd ( a,t ) = f(t) đặc tính V-s với trường hợp Rc = 10Ω 66 Hình 4-4b: Đường cong Ucd ( a,t ) = f(t) đặc tính V-s với trường hợp Rc = 15Ω 68 Hình 4-4c: Đường cong Ucd ( a,t ) = f(t) đặc tính V-s với trường hợp Rc = 20Ω 70 Hình 4-5: Đường cong Ucd ( a,t ) = f(t) đặc tính V-s với trường hợp Rc = 10Ω 79 Hình 4-6: Mơ hình đường dây 83 vi CHƯƠNG TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TBA 500/220 KV KIỂM TRA PHẠM VI BẢO VỆ THEO LÝ THUYẾT MƠ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC 1.1 Mở đầu Các trạm biến áp hầu hết xây dựng ngồi trời diện tích rộng hàng nghìn mét vng, với thiết bị đắt tiền thường có độ cao lớn Khi thiết bị điện trạm phân phối điện trời bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng, làm hỏng thiết bị điện, phải ngừng cung cấp điện thời gian dài, làm ảnh hưởng đến sản xuất gây chi phí tốn cho ngành điện, ảnh hưởng đến kinh tế quốc dân Để đảm bảo cho việc vận hành trạm cách liên tục, ta phải đưa giải pháp đảm bảo bảo vệ cho trạm biến áp đường dây không bị sét đánh trực tiếp cách đặt dây chống sét cột thu lơi cách hợp lý Đặt cột thu lơi có tác dụng tập trung điện tích đỉnh phận thu sét, tạo nên điện trường lớn với tia tiên đạo thu hút phóng điện sét hình thành nên khu vực an tồn bên xung quanh hệ thống thu sét Bộ phận nối đất hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng phía mặt đất dễ dàng có dòng điện qua, đồng thời để điện áp phận hệ thống không đủ lớn để gây nên phóng điện ngược từ tới cơng trình bảo vệ Đối với trạm biến áp 500/200 kV, cách điện phía 500kV 220kV cao nên để giảm vốn đầu tư ta bố trí cột thu lôi hay cột treo dây chống sét xà đỡ, phải ý đến khoảng cách từ cột thu lôi, cột treo dây chống sét đến thiết bị điện để tránh khả xảy phóng điện từ cột đến thiết bị mang điện 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật : Khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, yêu cầu kỹ thuật phải ý đến mặt kinh tế mỹ thuật Đối với trường hợp phải dùng cột thu sét độc lập thiết kế cần phải ý đến vấn đề nối đất cột thu sét để so sánh kinh tế Từ công thức ta thấy với thơng số dịng điện sét (a, t), ba pha A, B, C có thơng số điện cảm thân cột, nguồn điện áp (Mcs(t)), tốc độ biến thiên dòng điện sét cột ( dic ), điện áp cảm ứng ( U dcu ) dt ta nhận thấy pha có kvq nhỏ Ucd(t) lớn Trong ba pha A, B, C pha A pha C có hệ số ngẫu hợp nhỏ pha B nên ta tính tốn sét đánh đỉnh cột cho hai pha Xác suất phóng điện: Tương tự trường hợp sét đánh vào khoảng vượt ta cho a, t giá trị khác nhau, ta xây dựng đường đặc tính U(ai, t) khác Giao điểm họ đường cong với đường đặc tính V-s chuỗi cách điện cho ta thời gian phóng điện ti a) Điện áp đặt lên cách điện đường dây sét đánh vào đỉnh cột xác định theo công thức (Tài liệu tham khảo: [2]): d cs U cd (t ) = U cu + U lv + ic R(1 − k ) + ( Ldd c − k L c ) dic + a  M dd (t ) − kM cs (t )  dt Thành phần điện áp làm việc: Ulv = 0,52.Udm = 0,52.500 = 260 (kV) d Thành phần điện áp cảm ứng điện U cu : Ta có: h dd = 23,5m ; h c = 34m h = hc − hdd = 34 − 23,5 = 10,5m H = hc + hdd = 34 + 23,5 = 57,5m k (A,C) = 0,32 t ch = 2lkv 2.420 = = 2,8 s c 300 (c – tốc độ truyền sóng, c = 300 m/µs) (β – tốc độ tương đối phóng điện ngược dịng sét, β = 0,3) Điện áp cảm ứng tính theo cơng thức:  (.t + h c ) (.t + h).(.t + H )   k h  0,1.a.hdd d U cu = 1 − c  ln   hdd   (1 + )2 hc h.H    73  0,32.34  0,1.a.23,5  (90.t + 34) (90.t + 10,5).(90.t + 57,5)  d U cu = 1 − ln   23,5  0,3 (1 + 0,3)2 34 10,5.57,5    ( d U cu = 4, 22.a ln (90.t + 34) + (90.t + 10,5).(90.t + 57,5)  − 7, 25 Cho ) a = 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 (kA/µs) t = 1, 2, (2l/c = 2.420/300 = 2,8), 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (µs) Ta có bảng kết sau: d ( a, t ) Bảng (4-7): Điện áp cảm ứng U cu t\a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100,1 200,2 300,3 400,4 500,5 600,7 700,8 800,9 901,0 146,7 293,4 440,0 586,7 733,4 880,1 1026,8 1173,5 1320,1 2,8 171,3 342,5 513,8 685,1 856,4 1027,6 1198,9 1370,2 1541,5 176,4 352,9 529,3 705,8 882,2 1058,6 1235,1 1411,5 1588,0 198,4 396,8 595,1 793,5 991,9 1190,3 1388,7 1587,0 1785,4 215,8 431,5 647,3 863,1 1078,8 1294,6 1510,4 1726,1 1941,9 230,2 460,4 690,5 920,7 1150,9 1381,1 1611,2 1841,4 2071,6 242,5 485,0 727,4 969,9 1212,4 1454,9 1697,3 1939,8 2182,3 253,2 506,4 759,6 1012,9 1266,1 1519,3 1772,5 2025,7 2278,9 262,7 525,5 788,2 1050,9 1313,7 1576,4 1839,1 2101,9 2364,6 10 271,3 542,6 813,9 1085,2 1356,4 1627,7 1899,0 2170,3 2441,6 Thành phần hỗ cảm khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn – đất: Được xác định theo công thức:  .t + H  h H M dd (t ) = 0, 2.hdd ln − ln + 1 h   (1 + ).H 2.hdd  90.t + 57,5 10,5 57,5  = 0, 2.23,5 ln − ln + 1 (1 + 0,3).57,5 2.23,5 10,5    90.t + 57,5  = 4,7 ln + 0,62  74,75   74 Ta có bảng kết sau: Bảng (4-8): Thành phần hỗ cảm Mdd(t) t (µs) 2,8 10 Mdd(t) 6,11 8,35 9,59 9,86 11,00 11,92 12,68 13,34 13,92 14,44 14,90 Trị số điện cảm phần cột điện tính từ mặt đất tới độ treo cao dây dẫn: Được xác định theo công thức: Ldd c = Lo hdd = 0,6.23,5 = 14,1 H Thành phần Mcs(t): h cs = 33,5m ; Ta có: h c = 34m h = hc − hdd = 34 − 33,5 = 0,5m H = hc + hdd = 34 + 33,5 = 67,5m t ch = 2lkv 2.420 = = 2,8 s c 300 Được xác định theo công thức:  .t + H  h H M cs (t ) = 0, 2.hcs ln − ln + 1 h   (1 + ).H 2.hcs  90.t + 57,5 0,5 67,5  = 0, 2.33,5 ln − ln + 1 0,5  (1 + 0,3).67,5 2.33,5   90.t + 67,5  = 6,7 ln + 0,96 87,75   Ta có bảng kết sau: Bảng (4-9): Thành phần Mcs(t) t (µs) 2,8 10 Mcs(t) 10,35 13,38 15,09 15,46 17,04 18,32 19,40 20,32 21,13 21,86 22,51 75 Thành phần ic(a,t): * Tính đặc trưng Rc = 10 Ω - Trước có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về: + Tính Lcs c theo cơng thức: Lcs c = Lo hcs = 0,6 *33,5 = 20,1 µH + Ta có: 1 = Z cs + 2.Rc 215,77 + 2.10 = = 5,86 2.20,1 2.Lcsc + Dòng điện cột điện bị sét đánh ic(a,t) tính theo công thức: ic (a, t ) = a Z cs + 2.Rc  Z cs   Z cs t − 2.M cs (t ) −  1   = a 215,77   215,77.t − 2M cs (t ) −  215,77 + 2.10  5,86  = a  215,77.t − 2M cs (t ) − 36,82 235,77 - Sau có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về: + Điện cảm khoảng vượt dây chống sét không kể đến ảnh hưởng vầng quang: Lcs = Z 0cs l 280,5.420 = = 392,7 (µH) c 300 + Ta có: 2 = 2.Rc 2.10 = = 0,046 Lcs + 2.Lcsc 392,7 + 2.20,1 + Dòng điện cột điện bị sét đánh ic(a,t) tính theo cơng thức: ic (a, t ) = = a  Lcs − 2.M cs (t ).(1 − e−2 t ) 2.Rc a 392,7 − 2.M cs (t ).(1 − e−0,046.t ) 2.10 - Ta có kết bảng (4-10) sau: 76 Bảng (4-10): ic(a,t) với Rc = 10 Ω t\a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 6,71 13,43 20,14 26,85 33,57 40,28 46,99 53,71 60,42 15,61 31,22 46,82 62,43 78,04 93,65 109,26 124,86 140,47 2,8 22,78 45,57 68,35 91,14 113,92 136,71 159,49 182,27 205,06 2,8 21,99 43,99 65,98 87,98 109,97 131,97 153,96 175,96 197,95 23,41 46,82 70,24 93,65 117,06 140,47 163,88 187,29 210,71 30,25 60,51 90,76 121,02 151,27 181,53 211,78 242,04 272,29 36,72 73,44 110,16 146,88 183,60 220,32 257,04 293,76 330,48 42,84 85,68 128,52 171,36 214,20 257,04 299,88 342,72 385,56 48,64 97,28 145,92 194,56 243,20 291,84 340,48 389,12 437,76 54,14 108,28 162,42 216,56 270,70 324,84 378,98 433,12 487,26 59,36 118,72 178,08 237,44 296,80 356,16 415,52 474,88 534,24 10 64,32 128,63 192,95 257,26 321,58 385,89 450,21 514,53 578,84 Tốc độ biến thiên dòng điện sét cột dic : dt * Khi Rc = 10 Ω - Trước có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về: + Tốc độ biến thiên dòng diện sét cột dic tính theo cơng thức: dt dic a a = Z cs = 215,77 = 0,92a (kA/µs) dt Z cs + 2.Rc 215,77 + 2.10 - Sau có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về: + Tốc độ biến thiên dòng diện sét cột dic tính theo cơng thức: dt dic a =  Lcs − 2.M cs (t ).2 e−2 t dt 2.Rc dic a = 392,7 − 2.M cs (t ).0,046.e−0,046.t dt 2.10 77 - Ta kết bảng (4-11) sau: Bảng (4-11): ic(a,t) với Rc = 10 Ω t\a 10 20 30 40 50 60 70 80 90 9,2 18,4 27,6 36,8 46 55,2 64,4 73,6 82,8 9,2 18,4 27,6 36,8 46 55,2 64,4 73,6 82,8 2,8 9,2 18,4 27,6 36,8 46 55,2 64,4 73,6 82,8 2,8 7,33 14,66 21,99 29,32 36,65 43,98 51,31 58,64 65,97 7,25 14,50 21,75 28,99 36,24 43,49 50,74 57,99 65,24 6,86 13,72 20,59 27,45 34,31 41,17 48,03 54,90 61,76 6,51 13,01 19,52 26,03 32,53 39,04 45,55 52,05 58,56 6,18 12,35 18,53 24,71 30,88 37,06 43,24 49,41 55,59 5,87 11,74 17,60 23,47 29,34 35,21 41,08 46,94 52,81 5,58 11,16 16,74 22,31 27,89 33,47 39,05 44,63 50,21 5,31 10,61 15,92 21,22 26,53 31,83 37,14 42,44 47,75 10 5,05 10,10 15,14 20,19 25,24 30,29 35,34 40,38 45,43 Điện áp đặt lên cách điện đường dây sét đánh vào đỉnh cột Ucd(t): d cs U cd (t ) = U cu + U lv + ic R(1 − k ) + ( Ldd c − k L c ) d U cd (t ) = U cu + 260 + 6,8.ic + 7,67 dic + a  M dd (t ) − kM cs (t )  dt dic + a  M dd (t ) − 0,32 M cs (t )  dt Kết hợp giá trị tính ta có giá trị Ucd(a,t) bảng (4-12) Bảng (4-12): Ucd(a,t) với Rc = 10 Ω t\a 10 20 30 504,3 748,6 992,9 624,0 988,1 1352,1 1716,2 2080,2 2444,2 2808,3 3172,3 3536,4 2,8 704,4 1148,8 1593,2 2037,6 2482,0 2926,4 3370,8 3815,2 4259,6 2,8 684,7 1109,4 1534,1 1958,8 2383,4 2808,1 3232,8 3657,5 4082,2 78 40 50 60 70 80 90 1237,1 1481,4 1725,7 1970,0 2214,3 2458,6 700,3 1140,7 1581,0 2021,4 2461,7 2902,1 3342,4 3782,8 4223,1 772,2 1284,4 1796,6 2308,8 2821,0 3333,2 3845,4 4357,6 4869,8 835,9 1411,8 1987,7 2563,6 3139,5 3715,4 4291,3 4867,2 5443,2 893,6 1527,3 2160,9 2794,5 3428,2 4061,8 4695,4 5329,1 5962,7 946,6 1633,3 2319,9 3006,5 3693,2 4379,8 5066,5 5753,1 6439,7 995,7 1731,5 2467,2 3202,9 3938,7 4674,4 5410,1 6145,8 6881,6 1041,5 1823,0 2604,4 3385,9 4167,4 4948,9 5730,4 6511,9 7293,3 10 1084,3 1908,6 2732,9 3557,2 4381,5 5205,9 6030,2 6854,5 7678,8 - Từ bảng tính kết hợp với đặc tính V-s chuỗi cách điện ta xác định thời gian phóng điện: U ( k V) a=90 a=80 a=70 a=60 a=50 a=40 a=30 a=20 V- s a=10 t (µs) Hình 4-5: Đường cong Ucd ( a,t ) = f(t) đặc tính V-s với trường hợp Rc = 10Ω 79 Từ đồ thị hình (4-5) ta có bảng số liệu sau: Bảng 4-13: Ii (kA) với Rc = 10Ω 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ti (µs) 104 15,47 8,31 5,78 4,59 3,71 3,11 2,41 2,11 Ii = ai.ti 1040 309,4 249,3 231,2 229,5 222,6 217,7 192,8 189,9 (kA/µs) Bảng 4-14:  pd với Rc = 10Ω (kA/µs) Ii (kA) VIi Vai Vai VIi Vai ∞ 0,6 10 1040 4,95.10-18 0,4 0,24 1,19.10-18 20 309,4 7,11.10-6 0,16 0,0959 6,82.10-7 30 249,3 7,11.10-5 0,0638 0,0383 2,72.10-6 40 231,2 1,42.10-4 0,0255 0,0153 2,18.10-6 50 229,5 1,52.10-4 0,0102 0,611.10-2 9,27.10-7 60 222,6 1,98.10-4 0,407.10-2 0,244.10-2 4,82.10-7 70 217,7 2,39.10-4 0,163.10-2 0,976.10-3 2,33.10-7 80 192,8 6,19.10-4 0,649.10-3 0,39.10-3 2,42.10-7 90 189,9 6,92.10-4 0,259.10-3 0,259.10-3 1,79.10-7 ∞ 0 Ta có xác suất phóng điện là:  pd = VI Va =7,64.10−6 Số lần cắt điện sét đánh vào đỉnh cột lân cận: n dc = N dc pd  = 92,86.7,64.10−6.1 = 7,09.10−4 (lần/100km.năm) 80 4.1.5 Suất cắt đường dây 500kV tính cho 100km năm: ncd = ndd + ndc + nkv ncd = 0,069 + 7,09.10−4 + 1,77.10−7 = 0,069 (lần/100km.năm) 4.1.6 Tính tiêu chống sét cho đường dây tải điện 500kV: Ta có năm vận hành an toàn hai lần cố liên tiếp m tính theo cơng thức: m= 1 = = 14, 49 (năm/1 lần cố) ncd 0,069 4.2 Tính suất cắt theo phương pháp tây âu 4.2.1 Cơ sở lý thuyết: a) Các điều kiện giả thiết tính tốn (Tài liệu tham khảo: [2]): - Do góc bảo vệ () dây chống sét chọn theo lý thuyết mơ hình điện hình học nên khơng tồn thành phần suất cắt sét đánh vào đường dây (ndd = 0) - Sự cố sét gây nên trường hợp sét đánh đỉnh cột, số trường hợp chiếm 60% tổng số lần sét đánh vào đường dây - Đã bỏ qua không xét thành phần điện áp cảm ứng, điện áp làm việc điện cảm thân cột Từ điều kiện ta có: ncd = 0,6.N  pd (lần/100km.năm) b) Xác định xác suất phóng điện (  pd ) (Tài liệu tham khảo: [2]): Sơ đồ đầu cột sơ đồ tính tốn biểu thị hình sau: 81 Sử dụng phương trình Maxwell: V4 = VT = Z 41.I1 + Z 44 I + Z 45 I  V5 = VT = Z 51.I1 + Z 54 I + Z 55 I V = Z I + Z I + Z I 11 14 15  Do I1 = tổng trở sóng riêng Z44 = Z55 nên ta có: VT Z 44 + Z55 I = I5 = Hệ số ngẫu hợp: k= V1 Z14 + Z15 = VT Z 44 + Z 45 Điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện là: VS = VT (1 − k ) Trong đó: VT = IT R = (I− 4.I4 ).R VT = I R Z 44 + Z 45 Z 44 + Z 45 + R Vậy ta có: VS = I R Z 44 + Z 45 (1 − k ) Z 44 + Z 45 + R Từ điều kiện phóng điện: VS  V50% (V50% mức cách điện xung kích chuỗi cách điện) 82 Xác định ngưỡng dịng điện IC để xảy phóng điện cách điện đường dây: I C = V50% Z 44 + Z 45 + 4R R(1 − k )(Z44 + Z45 ) Xác suất phóng điện xác suất để dòng điện vượt ngưỡng IC:  pd = P I  I C  = e − IC 26,1 4.2.2 Tính tốn thực tế: Mơ hình đường dây: Hình 4-6: Mơ hình đường dây Tính tốn suất cắt sét đánh vào đường dây: Ta có: Z15 = 60.ln D15 60,96 = 60.ln = 56, 42 (Ω) d15 23,8 83 Z 45 = 60.ln D45 69, 48 = 60.ln = 79,72 (Ω) d 45 18, Z14 = 60.ln D14 57,09 = 60.ln = 101,6 (Ω) d14 10,5 Z 44 = 60.ln 2.hcs 2.33,5 = 60.ln = 564, 46 (Ω) rcs 0,0055 Vậy ta có hệ số ngẫu hợp tính theo cơng thức: k= V1 Z14 + Z15 56, 42 + 101,6 = = = 0, 25 VT Z 44 + Z 45 564, 46 + 79,72 Ngưỡng IC để xảy phóng điện xác định theo công thức: I C = V50% = 2000 Z 44 + Z 45 + 4.R R( Z 44 + Z 45 )(1 − k ) 564, 46 + 79,72 + 4.R 4.R + 644,18 = 2000 R(564, 46 + 79,72)(1 − 0, 25) 483,14.R = 16,56 + 2666,64 R Xác suất phóng điện xác suất để dịng điện vượt ngưỡng IC , xác định theo công thức:  pd = P I  I C  = e − Ic 26,1 Suất cắt sét đánh vào đường dây tính theo cơng thức: ncd = 0,6.N  pd   =1 Trong đó: chọn N = 185,72; Ta có bảng tổng kết sau: Bảng 4-15: Suất cắt sét đánh vào đường dây 84 RC (Ω) 10 15 20 IC (A) 283,22 194,34 149,89  pd 1,94.10-5 5,84.10-4 3,21.10-3 ncd (lần/100km.năm) 0,0022 0,065 0,358 Ta có năm vận hành an tồn hai lần cố liên tiếp m xác định sau: m= ncd Ta bảng số liệu tiêu chống sét cho đường dây tải điện: RC ncd (lần/100km.năm) m (năm/1 lần cố) 10 0,0022 454,54 15 0,065 15,38 20 0,358 2,79 4.3 Kết luận - So với đường dây lý tưởng, đường dây 500kV ta đạt yêu cầu kỹ thuật phương diện bảo vệ chống sét đánh vào đường dây Suất cắt tính tốn ứng với Rc = 10 Ω nhỏ, tương đối phù hợp với thực tế đường dây 500kV Bắc Nam - Điện trở Rc có vai trị quan trọng việc giảm suất cắt đường dây Khi Rc lớn suất cắt đường dây lớn, đặc biệt thấy rõ điều sử dụng tiêu chuẩn tính suất cắt Tây Âu Vì thực tế ta cần cân đối kinh tế (vốn đầu tư cho Rc) hiệu mặt kỹ thuật (giảm suất cắt) để lựa chọn giá trị Rc thích hợp - Ta hạn chế số lần cắt điện đường dây sét cách: + Giảm xác suất hình thành hồ quang  tăng chiều dài chuỗi sứ cách điện phải tính đến mức độ hợp lý mặt kinh tế + Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn không phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất cột điện giảm ta giảm góc bảo vệ  hay giảm độ cao cột điện việc giảm góc bảo vệ hay giảm độ cao cột bị giới hạn độ cao cho phép tối thiểu dây dẫn với mặt đất khoảng cách dây dẫn với thân cột điện + Suất cắt sét đánh vào khoảng vượt hay đỉnh cột phụ thuộc vào độ cao dây chống sét dây dẫn chủ yếu phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất 85 cột điện Vì cần lựa chọn trị số điện trở nối đất cột điện cách hợp lý cho vừa đảm bảo an tồn kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế - Tuy nhiên thực tế đường dây cho thấy việc bố trí cột, tuyến phụ thuộc nhiều vào địa hình địa chất nơi đường dây qua nên: + Khoảng cách khoảng vượt khác dẫn tới chiều dài khoảng vượt độ võng treo dây khác + Độ cao cột độ treo cao dây dẫn, dây chống sét phụ thuộc vào loại cột thiết kế nên góc bảo vệ  không giống + Số lượng bát sứ đặt cột khác không giống nên chiều dài cách điện khác + Đặc biệt điện trở suất đất vị trí có trị số đo khác rõ rệt Bên cạnh lý mật độ sét khu vực nơi tuyến đường dây qua biên độ độ dốc cú sét đánh vào đường dây không giống để vận dụng lý thuyết tính tốn suất cắt tổng xác định tham số ảnh hưởng có sét đánh tồn tuyến đường dây khó khăn 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Minh Chước (2001), "Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp" , Hà Nội [2] Võ Viết Đạn (1993), "Một số vấn đề kỹ thuật điện cao áp siêu cao áp cực cao áp" , Khoa Hệ thống điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Võ Viết Đạn (1972), "Giáo trình kỹ thuật điện cao áp", Khoa Đại học chức Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [4] Trần Bách (2000), "Lưới điện hệ thống điện" , NXB Khoa học kỹ thuật [5] Ngô Hồng Quang (2002), "Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV" , NXB Khoa học kỹ thuật [6] Trần Văn Tớp (2002), "Kỹ thuật điện cao áp-Quá điện áp bảo vệ chống điện áp" , NXB Khoa học kỹ thuật [7] Bộ Công nghiệp (2006), "Quy phạm trang bị điện" , NXB Lao động – Xã hội [8] Nghị định 14/2014/NĐ-CP(2014), " Quy định chi tiết thi hành Luật điện lực an toàn điện " 87 ... bảo vệ α dây chống sét: Chọn góc bảo vệ α dây chống sét cho sét đánh vào dây dẫn khơng gây nên phóng điện cách điện đường dây Khi điện áp đường dây U qa = Is d có phóng điện cách điện đường dây. .. hiểu số vấn đề bảo vệ chống sét như: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 500/220kV, tính tốn kiểm tra vầng quang góp, đường dây 500kV tính tiêu chống sét đường dây 500kV *) Các nội... cao dây chống sét: h = 37m * Kết luận: Từ kết ta chọn độ cao tất cột treo dây chống sét D1 ÷ D10 bảo vệ trạm 500/220kV: h = 37m c) Khả bảo vệ dây chống sét vẽ phạm vi bảo vệ: * Phạm vi bảo vệ dây