(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên, năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Duy Cương Thái Nguyên, năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Lê Văn Đắc Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Sở Kế hoạch Đầu tư tỉnh Ninh Bình Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu điện áp phối hợp cách điện Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình” Chun ngành: Kỹ thuật điện Tơi xin cam đoan vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tôi, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Duy Cương giúp đỡ thầy, cô cán Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nội dung nghiên cứu chưa cơng bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm số liệu luận văn Thái Nguyên, ngày tháng Học viên thực Lê Văn Đắc i năm 2020 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn nhận hướng dẫn, bảo tận tình PGS.TS Nguyễn Duy Cương, người trực tiếp hướng dẫn luận văn cho Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Ngun tạo điều kiện tốt để tơi hịan thành đề tài nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn đóng góp quý báu bạn lớp động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến quan xí nghiệp giúp tơi khảo sát tìm hiểu thực tế lấy số liệu phục vụ cho luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp bạn bè ln động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn tơi suốt q trình học tập nghiên cứu hoàn thiện luận văn Thái Nguyên, ngày tháng Học viên Lê Văn Đắc ii năm 2020 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu cần thiết tiến hành nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I GIỚI THIỆU CHUNG II NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Quá điện áp tạm thời Quá điện áp độ III QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐĨNG ĐƯỜNG DÂY KHƠNG TẢI - HIỆU ỨNG FERRANTI IV QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT 11 Tham số phóng điện sét 13 Phân bố đỉnh độ dốc đầu sóng dịng điện sét 16 Quá điện áp khí đường dây tải điện 18 IV HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH 20 Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 20 Thông số đường dây thông số thiết bị điện khác 20 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG 2: MƠ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG PHẦN MỀM ATPDraw 22 I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ ĐUN ATPDRAW 22 Chương trìn ATP-EMTP 22 Mô đun ATPDraw 23 iii II MÔ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATPDraw 29 Giới thiệu 29 Mơ hình trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 29 Mơ hình phần tử sơ đồ 31 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP 45 I GIỚI THIỆU CHUNG 45 II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP 45 Quá điện áp pha đầu cực máy biến áp 46 Ảnh hưởng điện trở chân cột tới điện áp 48 Sự biến thiên điện áp theo vị trí sét đánh 49 Ảnh hưởng máy biến áp đo lường kiểu tụ 50 KẾT LUẬN CHƯƠNG 51 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN 53 I TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP 53 II BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG CHỐNG SÉT VAN 54 Giới thiệu chung 54 Đặc tính phi tuyến chống sét van 59 III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI BẢO VỆ BẰNG CHỐNG SÉT VAN 60 Không lắp đặt chống sét van 60 Đặt CSV đầu AT1 AT2 61 Đặt CSV góp 61 Đặt chống sét van 62 IV ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN 62 Hệ số bảo vệ 63 Hệ số dự trữ cách điện 65 Hệ số dự trữ cách điện thiết bị điện trạm biến áp 65 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: a) Sơ đồ ngun lý đóng đường dây dài khơng tải vào nguồn điện áp xoay chiều; Hình 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện khơng (dx) 10 Hình Biến thiên dòng điện khe sét 14 Hình 4: Sét đánh vào dây dẫn pha 18 Hình 5: Sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét 19 Hình Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 20 Hình Mơ hình trạm biến áp 31 Hình 2 Mơ hình thông số nguồn hệ thống 32 Hình Mơ đun khoảng cột đường dây không xuất tuyến 274 34 Hình Mơ hình cột điện 36 Hình Mơ hình chuỗi sứ 37 Hình Mơ hình nguồn sét 37 Hình Mơ hình dây dẫn pha trạm biến áp 38 Hình Thông số máy biến áp AT1 AT2 39 Hình Mơ hình thơng số máy biến điện áp áp kiểu tụ 40 Hình 10 Mơ hình thơng số chống sét van 41 Hình 11 Đặc tính V-A chống sét van 41 Hình 12 Cài đặt thơng số chương trình ATPDraw 42 Hình Điện áp đầu cực máy biến áp sét đánh vào đỉnh cột cuối 46 Hình a Biến thiên điện áp đầu cực AT1 dòng điện sét 31 kA 47 Hình 3 Biến thiên điện áp đầu cực AT1 48 Hình Biến thiên điện áp xung đầu cực AT1 theo điện trở chân cột 48 Hình Ảnh hưởng vị trí sét đánh tới tham số điện áp AT1 49 Hình Ảnh hưởng máy biến áp kiểu tụ tới điện áp sét 51 Hình Điện áp đầu cực thiết bị (TU274, TUC22 AT1) đặt chống sét van đầu vào máy biến áp AT1 AT2 61 v Hình Cấu tạo chống sét van sở SiC 55 Hình Đặc tính làm việc chống sét van 56 Hình Cấu tạo CSV khơng khe hở ZnO 57 Hình 4 Chống sét van ZnO có khe hở song song điện trở 58 Hình Chống sét van ZnO có khe hở song song tụ điện 58 Hình Đặc tính phi tuyến (V-A) điện trở ZnO 59 Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện khơng có CSV 60 Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện đặt chống sét van góp 62 Hình Điện áp đầu cực thiết bị đặt chống sét van 62 Hình 10 Hệ số bảo vệ 64 Hình 11 Hệ số dự trữ điện TU274 66 Hình 12 Hệ số dự trữ cách điện TUC21C 66 Hình 13 Hệ số dự trữ cách điện AT1 66 vi PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan vấn đề nghiên cứu cần thiết tiến hành nghiên cứu Trạm biến áp trình vận hành thường xuyên chịu tác động phóng điện sét, gây điện áp đánh thủng cách điện, cố ngắn mạch, chạm đất… hậu làm hư hỏng thiết bị điện thiết bị điều khiển trạm, gián đoạn cung cấp điện thời gian dài, gây ổn định hệ thống, an toàn cho người, gây thiệt hại kinh tế vv… Do vậy, việc bảo vệ chống sét phối hợp cách điện trạm biến áp đặc biệt quan trọng thiết kế vận hành, nhằm loại trừ hoàn toàn khả sét đánh trúng vào thiết bị điện phần tử dẫn điện trạm Mặt khác, phải nghiên cứu điện áp khí (quá điện áp sét) phối hợp điện áp dư thiết bị chống sét với cường độ cách điện cách điện trạm để đảm bảo mức dự trữ cách điện phải đủ lớn tần suất phóng điện trung bình trạm biến áp q điện áp khí tới 50 năm hay 100 năm [1, 2] Để thực điều đó, trạm biến áp cần bảo vệ nhiều “cấp bảo vệ” dựa sở mức lượng[3, 4, 5], bao gồm: Bảo vệ cấp 1: nhằm loại trừ hạn chế ảnh hưởng phóng điện sét sóng cắt tác động trực tiếp tới phần tử hệ thống điện Bảo vệ cấp 2: nhằm hạn chế độ lớn điện áp dư sóng cắt Cấp bảo vệ thường ứng dụng để bảo vệ thiết bị điện trạm biến áp và/hoặc lắp đặt thiết bị chống áp nhằm tiêu tán lượng xung cắt trước vào trạm biến áp Bảo vệ cấp 3: nhằm hạn chế ảnh hưởng điện áp cảm ứng sét đánh gần trạm biến áp cao tới hàng chục kV, gây nguy hiểm cho cách điện thiết bị điện áp thấp hay thiết bị điện tử Bảo vệ phía điện áp thấp cách lắp đặt lọc và/hoặc thiết bị hạn chế áp nối tiếp với hệ thống máy tính, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình đại đa số trạm biến áp cao áp siêu cao áp Việt Nam, trình thiết kế không nghiên cứu đánh giá mức việc bảo vệ chống sét cách toàn diện, đồng theo tiêu chuẩn giới Tiêu chuẩn IEC, IEEE, ANSI… Hơn nữa, trình vận hành đặc tính bảo vệ thiết bị chống sét cường độ cách điện cách điện suy giảm theo thời gian nên thường xuyên gây cố không mong muốn ảnh hưởng điện áp sét Xuất phát từ yêu cầu trên, nội dung nghiên cứu tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu điện áp khí phối hợp cách điện trạm biến áp 220 kV Ninh Bình”, nhằm áp dụng cơng cụ phương pháp nghiên cứu phân tích xác định điện áp khí nguy hiểm ảnh hưởng tới Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình, đồng thời nghiên cứu giải pháp bảo vệ chống điện áp khí quyển; nghiên cứu số lượng, chủng loại, vị trí đặt thiết bị chống sét đặc tính phối hợp bảo vệ chống sét với cường độ cách điện cách điện trạm biến áp nhằm giảm chi phí thiết kế, chi phí vận hành đảm bảo cho hệ thống điện làm việc ổn định tin cậy[6, 7] Mục tiêu nghiên cứu đề tài a) Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu tổng quan bảo vệ chống sét cho trạm biến áp trạng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình Từ đó, tính tốn phân tích q điện áp khí ảnh hưởng tới cách điện trạm; nghiên cứu giải pháp cải tiến bảo vệ đánh giá phối hợp cách điện thiết bị bảo vệ điện áp cách điện trạm b) Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tổng quan bảo vệ chống sét trạm biến áp trạng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình - Nghiên cứu, tính tốn phân tích q điện áp khí điểm nút quan trọng Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình khơng trang bị bảo vệ thiết bị bảo vệ điện áp - Nghiên cứu ảnh hưởng phương thức bảo vệ điện áp tới tham số (độ lớn, độ dốc đầu sóng) điện áp - Phối hợp cách điện đánh giá hệ số dự trữ cách điện trạm biến áp 3.Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học Ưu điểm loại chống sét van ZnO có khe hở giảm dịng điện rò qua chống set van điều kiện làm việc bình thường giữ mức điện áp dư chống sét van thấp làm việc Do vậy, loại thường ứng dụng mạng điện có điện áp tạm thời lớn Đặc tính phi tuyến chống sét van Đặc tính phi tuyến CSV thể qua quan hệ dòng điện chạy qua chống sét van điện áp đặt lên bởi: IAr = A.Uα Trong đó: A α hệ số α phụ thuộc vào chất lượng điện trở phi tuyến, loại SiC có α = 5,8; loại ZnO thay đổi từ tới 50 phụ thuộc vào loại độ lớn điện áp đặt lên chống sét U điện áp đặt lên chống sét (kV) IAr dòng điện tháo vào đất qua điện trở phi tuyến (kA) Đặc tính chống sét van ZnO thường phân theo vùng nhưHình Vùng 1: vùng MCOV, trạng thái làm việc bình thường mạng điện với dòng điện điện dung rò qua chống sét van nhỏ,từ 1-10 mA MCOV chống sét van chọn vùng Vùng 2: vùng TOV vùng điện áp đóng cắt hay cịn gọi vùng hiệu ứng đường hầm (Tunnel effect) dòng điện rò từ bề mặt vào lõi điện trở phi tuyến xuất điện áp nội Dòng điện từ 1mA-1kA kA Trong vùng α đạt tới 50 50 Điện áp (p.u) Vùng Vùng Vùng 10 Mức bảo vệ (hay điện áp dư) 59 ZnO 20oC 0.1 o 100 C SiC Vùng 3: vùng điện áp khí quyển, vùng hiệu ứng đường hầm xẩy toàn điện trở phi tuyến, ứng với trạng thái làm việc CSV theo điện áp khí Điện trở chống sét van giảm tới 15 Ω dòng điện qua CSV IAr = 1-100kA Trong vùng α = 7-10 III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI BẢO VỆ BẰNGCHỐNG SÉT VAN Không lắp đặt chống sét van Kết nghiên cứu Chương cho thấy, trường hợp trạm biến áp chưa lắp đặt chống sét van, có phóng điện sét vào đường dây ứng với dòng điện sét từ 30 kA trở lên vị trí sét đánh có phóng điện ngược từ thân cột vào dây dẫn pha, sau lan truyền vào trạm biến áp gây nguy hiểm cho cách điện máy biến áp AT1 Để có đánh giá toàn diện điện áp tác dụng lên cách điện phần tử khác trạm, nội dung tác giả đánh giá mức độ áp đầu cực của thiết bị quan trọng trạm Trong nghiên cứu, tác giả chọn phần tử đại diện máy biến áp đo lường TU274, TUC22 máy biến áp AT2; điện trở chân cột ; vị trí sét đánh cột cuối Kết nghiên cứu cho Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện khơng có CSVHình cho thấy mức q điện áp đầu cực thiết bị không đặt chống sét van lớn, đỉnh xung tương ứng 2,4 MV; MV 2,16 MV, với mức điện áp gây lên phóng điện cách điện thiết bị điện trạm, cách điện góp 2,5 [MV] 2,0 2,6 [MV] 2,4 2,2 1,5 1,0 2,0 1,8 1,6 UAT2 60 UTU274 UTUC22 Đặt CSV đầu AT1 AT2 Xét trường hợp đặt chống sét van đầu vào máy biến áp AT1 AT2 Trong trường hợp có máy biến áp an toàn (đỉnh xung điện áp 560 kVBIL Xung điện áp TU274 TUC22 lớn vị trí chống sét van xa thiết bị điện Trong trường hợp ta gọi thiết bị điện nằm vùng bảo vệ chống sét van 1,80 [MV] 1,36 0,92 0,48 0,04 -0,40 10 20 (f ile 0002csv _ba.pl4; x-v ar t) v :TU274C v :AT2C 30v :TUC22C 40 50 60 70 [us] 80 Hình Điện áp đầu cực thiết bị (TU274, TUC22 AT1) Đặt CSV góp sét van đầu vào máy biến áp AT1 AT2 đặt chống Hình biểu diễn điện áp đầu cực máy biến áp đo lường TU274 TUC22 máy biến áp AT2 đặt chống sét van góp Kết cho thấy TU 61 đặt góp máy biến áp bảo vệ an toàn Nhưng TU274 gần vị trí sét đánh nên xuất điện áp nguy hiểm 1,62 MV 1,8 [MV] 1,4 1,0 0,6 0,2 -0,2 10 20 (f ile 0002csv _tg.pl4; x-v ar t) v :TU274C v :AT2C 30v :TUC22C 40 50 60 [us] 70 Hình Điện áp đầu cực thiết bị điện đặt chống sét van góp Đặt chống sét van Xét trường hợp trạm biến áp đặt chống sét van song song với tất máy biến áp máy biến áp đo lường, kết cho thấy có máy biến áp đo lường gần vị trí sét đánh xuất điện áp nguy hiểm (Hình 1) 1,2 [MV] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 10 20v :AT1C 30 v :C22C (f ile 0006csv pl4; x-v ar t) v :TU274C 40 50 60 [us] 70 Hình Điện áp đầu cực thiết bị đặt chống sét van IV ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN Phối hợp cách điện trạm biến áp xác định mức bảo vệ hệ số dự trữ cách điện sở cường độ cách điện điện áp đầu cực thiết bị điện Nói 62 cách khác, sử dụng chống sét van để bảo vệ điện áp phải chắn điện áp dư chống sét van tác dụng lên cách điện thiết bị điện khơng gây phóng điện cách điện chúng, để đảm bảo nguyên tắc mức cách điện xung BIL, BSL phải lớn điện áp tác dụng lên đầu cực thiết bị điện hệ số an toàn định biểu diễn hình U Mức cách điện thiết bị (Insulation withstand level_BIL, BSL) 650 [kV] 520 440 PML 390 Hệ số dự trữ (Protection margin_PML, PMS) Mức bảo vệ (Protection Level, LPL, LPS) 650 [kV] BIL LPL 20 130 -190 12 16 [us] 20 b) a) LPS 230 260 0 (file 110kvluuxa.pl4; x-var t) v:TA BSL PMS -400 10 20 (file at2(i).pl4; x-var t) v:CAC 30 40 c) a) Nguyên tắc phối hợp cách điện b) Phối hợp cách điện theo BIL trạm biến áp 110 kV c) Phối hợp cách điện theo BSL trạm biến áp 220 kV Hệ số bảo vệ Hệ số bảo vệ tỉ số điện áp chịu đựng điện áp tác dụng lên đầu cực thiết bị điện bảo vệ Theo IEEE C62.22 hệ số bảo vệ xác định theo biểu thức: PR = Điện áp chịu đựng Điện áp thiết bị bảo vệ Trong đó: - Điện áp chịu đựng mức cách điện CWW, BIL BSL - Điện áp thiết bị bảo vệ điện áp dư chống sét van (USA) có kể tới ảnh hưởng khoảng cách từ chống sét van tới thiết bị bảo vệ Cường độ cách điện máy biến áp điện lực, máy biến áp đo lường, cuộn kháng, biểu diễn BIL, BSL, CWW - CWW: cường độ cách điện đỉnh xung sét, thử nghiệm với đỉnh sóng tiêu chuẩn 1,2/50 µs - BIL (U90%): cường độ cách điện xung sét, thử nghiệm tồn sóng tiêu chuẩn 1,2/50 µs - BSL: cường độ cách điện xung đóng cắt, thử nghiệm với sóng tiêu chuẩn 250/2500 µs 63 [ms] 50 Trong trường hợp chung cường độ cách điện khác BIL quy đổi theo BIL Bảng Bảng Quy đổi cường độ điện xung kích (BIL) STT Thời gian Loại thiết bị Điện ỏp chu ng (às) Ghi chỳ 0,5 (1,3ữ1,5)BIL FWW_Súng ct (1,1÷1,15)BIL CWW_Đỉnh sóng 1,2/50 BIL 250/2500 0,83BIL BSL_Xung đóng cắt Máy cắt ≥ 15,5 1,29BIL CWW_Đỉnh sóng kV 1,15BIL CWW_Đỉnh sóng 250/2500 (0,63÷0,69)BIL BSL_Xung đóng cắt 250/2500 (0,63÷0,69)BIL BSL_Xung đóng cắt M biến áp cuộn kháng Máy cắt từ 362÷800 kV Thanh Điện áp đỉnh (kV) BIL_Tồn sóng CWW PML BIL PML BSL PM 20 kA FOW S LPL 10 kA kA Đỉnh xung sét 0,1 1,0 SPL Xung sét 10 Xung đóng cắt 100 1000 Thời gian (s) t (s) Hình 10 Hệ số bảo vệ Hệ số bảo vệ xác định cụ thể qua sau: - Hệ số bảo vệ đỉnh xung sét PRL1: PR L1  CWW  1,2 FOW (4.1) 64 - Hệ số bảo vệ xung sét PRL2: PR L  BIL  1,2 LPL (4.2) - Hệ số bảo vệ xung đóng cắt PRS: PR S  BSL  1,15 SPL (4.3) Hệ số bảo vệ xác định theo điện áp đầu cực thiết bị điện xác định sau: - Hệ số bảo vệ đỉnh xung sét PRL1: PR L1  CWW  1,5 U TBC (4.4) - Nếu CWW không tồn thời gian đỉnh điện áp dư chống sét van lớn sthì hệ số bảo vệ xung sét PRL2 xác định sau: PR L2  BIL  1,15 U TB (4.5) Hệ số dự trữ cách điện Hệ số dự trữ bảo vệ xác định theo biểu thức: PM = (PR-1).100% (4.6) - Hệ số dự trữ đỉnh xung sét PML1: PML1 = (PRL1 -1).100% > 20% (4.7) - Hệ số dự trữ xung sét PML2: PML2 = (PRL2 -1).100% > 20% (4.8) - Hệ số bảo vệ xung đóng cắt PRS: PMS = (PRS -1).100% > 15% (4.9) Hệ số dự trữ cách điện thiết bị điện trạm biến áp Việc xác định hệ số dự trữ cách điện thiết bị điện trạm biến áp bao gồm máy biến áp lực, máy biến điện áp trước hết cần xác định điện áp chịu đựng tính toán chúng Bảng Bảng Điện áp chịu đựng tính tốn máy biến áp máy biến áp đo lường 65 Thời gian Loại thiết bị điện Công thức Điện áp chịu đựng (µs) (kV) Máy biến áp máy biến điện 1,15BIL 1,15x750 = 862.5 áp 1,2/50 BIL 750 Kết nghiên cứu hệ số bảo vệ vàhệ số dự trữ cách điện thiết bị đại diện đặt đường dây (TU274), thiết bị đặt góp (TUC21) máy biến áp (AT1) thể tương ứng Hình 11, Hình 12 Hình 13 2,5 [MV] 2,0 1740 kV 1,5 1,0 PM 0,5 750 kV 862,5 kV 0,0 -0,5 10 20 30 40 [us] 50 (file 0004csv.pl4; x-var t) v:TU274C Hình 11 Hệ số dự trữ điện TU274 1,20 [MV] PM1 0,86 750 kV PM2 0,52 0,18 -0,16 -0,50 10 20 30 40 [us] 50 (file 0004csv.pl4; x-var t) v:TUC21C 1,00 [MV] Hình 12 Hệ số dự trữ cách điện TUC21C 862,5 kV 750 kV 0,75 PM1 PM2 0,50 0,25 0,00 -0,25 -0,50 66 Kết tính tốn hệ số bảo vệ hệ số dự trữ cách điện chi tiết cho tất máy biến áp đo lường máy biến áp lực cho Bảng Bảng Đánh giá khả bảo vệ dự trữ cách điện cho thiết bị điện TBA STT Loại Tên thiết bị thiết bị TU271 TU272 TU273 Máy biến áp đo TU274 lường Thời Điện áp gian đầu cực (µs) (kV) 0,5 700 1.18 18.1 Khơng đạt 440 1.88 87.8 Đạt 0,5 1200 0.69 -31.1 Không đạt 400 2.07 106.6 Đạt 0,5 730 1.13 13.2 Không đạt 420 1.97 96.8 Đạt 0,5 1600 0.52 -48.3 Không đạt 430 1.92 92.2 Đạt 0,5 1027 0.80 -19.5 Không đạt 440 1.88 87.8 Đạt 0,5 680 1.22 21.5 Đạt 465 1.78 77.7 Đạt 0,5 540 1.53 53.1 Đạt 444 1.86 86.1 Đạt 0,5 460 1.80 79.7 Đạt 440 1.88 87.8 Đạt 0,5 460 1.80 79.7 Đạt 440 1.88 87.8 Đạt Hệ số bảo vệ Hệ số dự trữ cách điện TU276 TUC21 TUC22 Máy biến AT1 áp lực AT2 67 Đánh giá Từ bảng kết cho thấy, sét đánh trúng cột cuối xuất tuyến 274, với dòng điện sét 100 kA trạm biến áp 220 kV Ninh Bình trang bị chống sét van bảo vệ thiết bị điện trạm biến áp an toàn tác dụng điện áp khí Tuy nhiên, máy biến áp đặt xuất tuyến có nguy xảy phóng điện tia lửa thời điểm đầu (0,5 s) phóng điện sét 68 KẾT LUẬN CHƯƠNG Việc nghiên cứu, xác định hệ số bảo vệ thiết bị chống sét độ dự trữ cách điện thiết bị điện cách điện góp đặc biệt quan trọng thiết kế vận hành trạm biến áp, nhằm xác định, đánh giá cách toàn diện, khoa học tác động điện áp khí tới thiết bị điện, từ đưa giải pháp thiết kế vận hành cách thỏa đáng Hơn nữa, kết nghiên cứu làm khoa học để người thiết kế, vận hành đưa định cân đối yêu cầu kỹ thuật chi phí cho việc tăng cường cách điện hay phương án bảo vệ phù hợp đề xuất giải pháp vận hành đảm bảo yêu cầu kỹ thuật quy định tiêu chuẩn ngành Trong nội dung chương 4, tác giả trình bày số nhận định liên quan đến nội dung nghiên cứu sau: Việc trang bị chống sét van tối quan trọng việc bảo vệ chống điện áp khí xuất trạm lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp Số lượng chống sét van phải lắp đặt phù hợp với quy mô, cấu trúc trạm biến áp thông số bị điện trạm Vị trí lắp đặt chống sét van phải phù hợp với thiết bị điện bảo vệ Nếu đặt chống sét van đặt gần thiết bị điện bảo vệ tốt thiết bị đó, nhiên cần số lượng lớn chống sét van để bảo vệ toàn thiết bị điện Ngược lại, chống sét van đặt xa thiết bị điệnhoặc đặt góp bảo vệ nhiều thiết bị khoảng thời gian thân sóng khó bảo vệ khoảng thời gian đầu sóng Trong trường hợp hệ số dự trữ cách điện không đạt (khơng đảm bảo) áp dụng số giải pháp sau: - Thay chống sét van có đặc tính bảo vệ thấp - Tăng cường độ cách điện BIL - Giảm khoảng cách từ chống sét van tới thiết bị điện bảo vệ - Tăng thêm số lượng chống sét van vị trí có điện áp lớn đặt song song với thiết bị điện chưa bảo vệ - Cải thiện điện trở nối đất chân cột điện đoạn đường dây gần trạm biến áp 69 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT Nghiên cứu điện áp nhiệm vụ quan trọng thiết kế vận hành hệ thống điện Dữ liệu điện áp sở để tính toán, phối hợp cách điện cho đường dây tải điện, trạm biến áp nhà máy điện; thiết kế hệ thống bảo vệ điện áp vận hành phần tử hệ thống điện Khi biết đầy đủ thông tin điện áp thiết kế hệ thống điện đảm bảo kỹ thuật hợp lý kinh tế, đồng thời giảm nguy cố, giảm thiểu rủi ro vận hành hệ thống điện Trong nội dung nghiên cứu tác giả sử dụng phần mềm trình độ điện từ ATP-EMTP để nghiên cứu điện áp khí đánh giá bảo vệ điện áp khí cho trạm biến áp 220 kV Ninh Bình Kết nghiên cứu cung cấp thêm luận khoa học điện áp khí phối hợp cách điện trạm biến áp Trong nội dung nghiên cứu đề tài số kết luận quan trọng sau: - Quá điện áp sét có dạng xung chiều sếp chồng lên điện áp tần số công nghiệp, độ lớn tăng theo độ lớn dòng điện khe sét; - Dòng điện khe sét từ 31 kA trở lên bắt đầu có tượng phóng điện ngược vị trí sét đánh; - Sét đánh gần trạm biến áp thiết bị điện trạm chịu điện áp có độ dốc đầu sóng lớn độ lớn cao; - Các thiết bị điện xa vị trí sét đánh chịu mức điện áp thấp hơn; - Các máy biến áp đo lường kiểu tụ có tác dụng làm giảm độ dốc đầu sóng độ lớn điện áp trạm biến áp; - Đánh giá chi tiết độ dự trữ cách điện nhằm đưa giải pháp thiết thực cơng tác bảo trì, nâng cấp vận hành trạm biến áp Tuy nhiên, nội dung nghiên cứu số yếu tố sau chưa xem xét: - Ảnh hưởng điện áp tới cách điện có sét xâm nhập vào trạm biến áp từ phía đường dây 110 kV; - Ảnh hưởng tải; - Sự suy giảm cường độ cách điện thiết bị theo thời gian vận hành; TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 [1] Std IEC 60071-4, "Insulation co-ordination, Part 4: Computational guide to insulation co-ordination and modelling of electrical networks", International Electrotechnical Commission Press, 2004 [2] Andrew R Hileman, "Insulation co-ordination for power systems", CRC Press, 1999 [3] IEEE Std 998, Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations, 2012 [4] IEC 62305, Protection against lightning, 2013 [5] NFPA 780, Standard for the Installation of Lightning Protection Systems, 2014 [6] Juergen Schlabbach and Karl-Heinz Rofalski, "Power System Engineering, Planning, Design, and Operation of Power", Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2008 [7] Mircea Eremia, Mohammad Shahidehpour, "Handbook of Electrical Power System Dynamics, Modeling, Stability, and Control", Piscataway: IEEE Press, 2013 [8] B N Mali et al., Performance Study of Transmission Line Ferranti Effect and Fault Simulation Model Using MATLAB, INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE RESEARCH IN ELECTRICAL, ELECTRONICS, INSTRUMENTATION AND CONTROL ENGINEERING (IJIREEICE), 2016 [9] A Divya Swarna Sri et al., Depiction and Compensation of Ferranti Effect in Transmission Line, International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), 2018 [10] A Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, Marcel Dekker, 1999 [11] Transmission Line Reference Book, 345 kV and Above, Palo Alto, California: Electric Power Research Institute, 1982 71 [12] Berger, K., Anderson, R B., and Kroninger, H.,, Parameters of lightning, Electra, 1975 [13] Anderson, R B., and Eriksson, A J., Lightning parameters for engineering application, Electra, 1980 [14] Juan A Martinez-Velasco, Transient Analysis of Power Systems: Solution Techniques, Tools and Applications, John Wiley & Sons, Ltd, 2015 [15] Mansour Moradi, Hamdi Abdi, Arash Atefi, “Analyzing and Modeling the Lightning Transient Effects of 400 KV Single Circuit Transmission Lines,” International Journal of Science and Engineering Investigations, tập 2, số 19, pp 61-67, 2013 [16] IEC Std 60071-2004, “Part 4: Computational guide to insulation coordination and modelling of electrical networks,” Insulation coordination, 2004 [17] Std IEC 60071-1-2006 [18] P Chowdhuri, "Electromagnetic Transients in Power Systems", Taunton, UK: RSP-Wiley, 1996 [19] D.P Carroll et al, "A dynamic surge arrester model for use in power system transient studies", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1972 [20] Juan A Martinez-Velasco, "Power System Transients Parameter Determination", CRC Press, 2010 [21] Matsuoka, M., ""Nonohmic Properties of Zinc Oxide Ceramics"," vol 10, p 46, 1971 [22] Std IEC 60909 [23] Std IEEE C62.92.1-2016, IEEE Guide for the Application of Neutral Grounding in Electrical Utility Systems—Part I: Introduction, IEEE Power and Energy Society, 2016 [24] K Foreman et al, Temporary Overvoltages and Their Stresses on Metal Oxide Arresters, Electra, 1990 72 [25] Std IEC 60909-0, Short-circuit currents in three phase a.c system-Part 0: Calculation of currents, 2016 [26] V V Đạn, "Kỹ thuật điện cao áp", Khoa học Kỹ thuật, 1975 [27] Farouk A M Rizk, Giao N Trinh, "High voltage engineering", CRC Press, 2014 [28] E Kiessling· P Nefzger· J.E Nolasco· U Kaintzyk, "Overhead Power Lines, Planning, Design, Construction", Spinger, 2002 [29] Std IEC 60071-1, "Insulation Co-ordilation , Part 1: Definitions, Principles and Rules", International Electrotechnical Commission Press, 2006 73 ... Sét đánh vào đỉnh cột dây chống sét 19 IV HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình trực thuộc Truyền tải điện Ninh Bình - Cơng... điện áp khí phối hợp cách điện trạm biến áp 220 kV Ninh Bình? ??, nhằm áp dụng công cụ phương pháp nghiên cứu phân tích xác định điện áp khí nguy hiểm ảnh hưởng tới Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình, đồng... NGHIỆP LÊ VĂN ĐẮC NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI