Nghiên cứu đánh giá đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220kv thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN KỸ THUẬT ĐIỆN Chuyên ngành: Người thực hiện: PHÍ HỒNG HẢI Cán hướng dẫn: TS NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG Thái Nguyên – 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP PHÍ HỒNG HẢI NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220Kv THÁI NGUYÊN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Đức Tường PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Phí Hồng Hải Sinh ngày: 07 tháng 10 năm 1978 Học viên lớp cao học khoá 16 – Kỹ thuật điện - trường đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Phí Hồng Hải LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo phòng đào tạo phận quản lý đào tạo sau đại học - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ quan tâm tổ chức đạo trực tiếp giảng dạy khóa học cao học Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Đức Tường người tận tình bảo góp ý chun mơn cho tơi suốt q trình làm luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình đồng nghiệp - người ủng hộ động viên nghiên cứu hoàn thành luận văn Tuy nhiên, thân bắt đầu đường nghiên cứu đầy thách thức, chắn luận văn nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cô giáo đồng nghiệp Tôi xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………… Mục tiêu luận văn Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Dự kiến kết đạt Phương pháp phương pháp luận CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN Chương 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 10 Phân tích hoạt động dơng sét lãnh thổ việt nam tỉnh Thái Nguyên 10 1.1 Tình hình dơng sét Việt Nam 10 1.2 Hoạt động dông sét địa bàn tỉnh Thái Nguyên 14 Những vấn đề liên quan đến điện áp phát sinh lan truyền hệ thống diện 16 2.1 Sét đánh (lightning) 16 2.2 Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện 17 2.1.1 Ảnh hưởng sét đánh trực tiếp 17 2.1.2 Ảnh hưởng lan truyền điện từ trường 18 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN 20 Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN 21 2.1 Tình hình cố lưới điện 21 2.2 Giới thiệu trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên 23 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP 31 Chương 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM MƠ PHỎNG 32 3.1 Khảo sát điện áp khí chương trình ATP-EMTP 32 3.2 Những ứng dụng chương trình ATP 33 Những ch-ơng trình t-ơng hỗ víi ATP 34 Những môđun mô tổng hợp ATP 35 3.3 Chương trình mơ ATPDraw 37 3.3.1 PhÇn tư ®o l-êng (Probes & 3-phase): 38 3.3.2 Nh¸nh (Branches) 38 3.3.3 Đ-ờng dây không/cáp (Lines/Cables) 39 3.3.4 ChuyÓn m¹ch (Switches) 40 3.3.5 Nguån (Sources) 41 3.3.6 Máy biến áp điện lực (Transformers) 42 3.3.7 PhÇn tư tÇn sè (Frequency compornent) 42 3.4 GTPPlot 43 3.5 PlotXY 43 Kết luận chương 45 CHƯƠNG 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 46 Chương 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 47 VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 47 4.1 4.1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP BẰNG 47 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV 47 Simulation 50 Output 51 Switch/UM 51 Format 52 Điện áp Hệ thống 52 Khoảng cột đoạn đường dây đầu trạm 53 Mơ hình nguồn sét 58 Mơ hình đường dây trạm 59 Mơ hình chống sét van 60 4.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT 61 4.3.1 Những ảnh hưởng áp khí tới trạm biến áp 61 4.3.2 Khảo sát điện áp chưa đặt chống sét van 63 4.3.3 Đánh giá trạng bảo vệ chống sét van trạm 67 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam 14 Hình 2.1 Sơ đồ thứ trạm 220KV Thái Nguyên (Hình 2-1) 23 Hình 3-1: Phần mềm t-ơng hỗ víi ATP 34 Hình 3-2: Các tiện ích ATP 35 Hình 3 Các mơ hình ATPDraw 38 Hình Màn hình thực thi modul GTPPlot 43 Hình Giao diện PlotXY 44 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV 49 Hình 4-2: Cài đặt thông số cho hệ thống ch-ơng tr×nh ATPDraw 50 Hình 4.4 kết cấu cột điện mơ hình cột ATPDraw 53 Hình 4.5 Mơ hình chuỗi sứ 55 Hình 4-7: Tham số Model nhánh đ-ờng dây LCC 55 H×nh 4-8: Th«ng sè cđa Open Probe 58 Hình 4.9 Mơ hình nguồn sét 58 Hình 11 Mơ hình đường dây trạm 60 Hình 12 Mơ hình chống sét van 61 Hình 4.13 Đặc tính V-A chống sét van 61 Hình 4.14 Biểu đồ điện áp máy biến áp AT2 63 Hình 4.15 Biểu đồ điện áp TU274 64 Hình 4.16 Biểu đồ điện áp TU_C22 64 Hình 4.17 Mơ hình trạm biến áp có xét tới xuất tuyến Thái Nguyên-Hà Giang 65 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 Bảng tóm tắt cường độ hoạt động dông sét khu vực nước12 Bảng 1-2 Mật độ sét ứng với số ngày giông khu vực Việt Nam 12 Bảng 2-1 Tình hình cố l-ới điện 110-220kV 21 Bảng 2-2.Tổng hợp cố sét đ-ờng dây 220kV từ năm 1998-2003 PTC-I 22 Bảng 2-3 Tổng hợp cố sét từ năm 2000-2003 PTC-II 22 Bảng: 2-4 25 Bảng 2-5 Máy biến áp 27 Bảng 2-6 Tụ bù 27 Bảng 2-7 Điện kháng 28 B¶ng 3.2 38 B¶ng 3.3 39 B¶ng 3.5 39 B¶ng 3.6 40 B¶ng 3.7 40 B¶ng 3.8 41 B¶ng 3.9 42 B¶ng 3.10 42 B¶ng 3.11 43 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 Chữ viết tắt HTĐ ĐZK ĐD CSV MBA TU TD TBN TBD KH ATP-EMTP 12 TACS Ý nghĩa Hệ thống điện Đường dây không Đường dây Chống sét van Máy biến áp Máy biến áp đo lường Máy biến áp tự dùng Tụ bù ngang Tục bù dọc Điện kháng Electro-Magnetic Transients Program Transients Analysis of Control Systems Chú thích chương trình nghiên cứu q độ điện từ chương trình phân tích q độ hệ thống điều khiển MỞ ĐẦU Ngày điện giữ vai trò chủ lực kinh tế xã hội toàn cầu nói chung nước ta nói riêng Nhu cầu sử dụng điện người không ngừng gia tăng trở nên cấp thiết hết Chính thế, hệ thống cung cấp điện khơng phải làm việc liên tục ổn định để đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng mà phải đảm bảo tính an tồn chất lượng Một ngun nhân ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện độ tin cậy hệ thống tượng độ độ điện áp, dòng điện, tần số, sóng hài ln xảy hệ thống q trình vận hành Q độ có nguồn gốc từ thiên nhiên tượng sét đánh vào đường dây, trạm cảm ứng công suất lớn Mặc dù thời gian tác động ngắn chúng có lượng lớn nên dễ xảy cố làm hư hỏng thiết bị ảnh hưởng đến công tác vận hành hệ thống Mục tiêu luận văn Dựa sở lý thuyết học tập lớp từ sách để nghiên cứu, nhận dạng phân tích tượng độ xảy hệ thống, từ đề giải pháp nhằm khắc phục, hạn chế tối đa cố bảo vệ thiết bị, đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn tin cậy Ứng dụng phần mềm ATP để mơ phân tích dự đốn xác cường độ lượng độ để lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý Chương trình ATP có chức năng: - Thiết kế mơ hình tạo cố Module APT DRAW - Hiển thị phân tích dạng sóng, xung độ Module ATP PLOTXY - Và nhiều Module quan trọng giới thiệu chi tiết luận Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế quốc gia sở hạ tầng quan trọng kinh tế quốc dân Do phát triển kinh tế áp lực môi trường, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, tăng nhanh nhu cầu phụ tải, thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày trở lên rộng lớn quy mơ, phức tạp tính tốn thiết kế, vận hành mà HTĐ vận hành gần với giới hạn ổn định Và đặc biệt HTĐ “nhạy cảm” với cố xảy Trong việc truyền tải điện với điện áp cao độ tin cậy cách điện điện áp làm việc xuất điện áp có ý nghĩa lớn, đặc biệt xuất điện áp Dông sét tượng thiên nhiên ly kỳ nguy hiểm Trên giới có trung bình 1000 giơng ngày Theo thống kê nước Pháp hàng năm dông sét gây 10% hỏa hoạn, 40 người 20.000 động vật bị chết, 50.000 lần cắt đường dây điện điện thoại, đường dây tải điện khơng Tình hình dơng sét Việt nam thống kê năm số lượng ngày dông sét miền Bắc từ 70 đến 100 ngày Hiện tượng thiên nhiên sét có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện gây ra: ngừng cung cấp điện, phá hoại thiết bị, cơng trình xây dựng nguy hại đến tính mạng người Trạm biến áp phận thiếu hệ thống truyền tải phân phối điện Đối với trạm 220 KV thiết bị đặt ngồi trời Nên có sét đánh vào trạm gây hậu nặng nề không làm hư hỏng thiết bị trạm mà gây nên hậu nghiêm trọng cho ngành công nghiệp khác bị ngừng cung cấp điện Vì trạm biến áp địi hỏi u cầu bảo vệ cao Trạm biến áp 220KV Thái Ngun thuộc Cơng ty truyền tải điện đóng vai trò quan trọng hệ thống phân phối điện miền Bắc Trạm có tổng cơng suất 626 MVA có MBA 250MVA-220/110/22KV; MBA 63 MVA -110/35/22KV; ngăn lộ 220KV, 16 ngăn lộ 110KV; ngăn lộ 35KV; 10 ngăn lộ 22KV; Tụ bù gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 tụ bù dọc FSC - 51 MVAr 01 tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ Trạm cung cấp điện cho Khu Công nghiệp Gang thép Thái nguyên, khu CN Sông Cơng cho nhu cầu kinh tế, trị cho tỉnh phía Bắc Bắc Giang, Bắc Kạn, Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang Trạm nằm khu vực miền núi có mật độ sét cao, tỉnh Thái Ngun bình qn hàng năm có gần 100 ngày xuất dông sét, để ổn định việc cung cấp điện liên tục việc nghiên cứu đưa giải pháp bảo vệ điện áp khí ngăn ngừa cố cho TBA cần thiết Chính mà đề tài tập trung nghiên cứu ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đặc biệt phân tích kết mô phỏng, kinh nghiệm nhằm đưa biện pháp ngăn chặn ảnh hưởng điện áp khí Tram biến áp Trong luận văn này, sử dụng mô đưa thơng số ảnh hưởng Từ đưa rút kinh nghiệm để đưa phương pháp nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ điện áp khí hệ thống điện Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Amplitude : Biên độ dịng sét tính A T_f : Thời gian đầu sóng tính giây tau: Thời gian biên đọ sóng giảm cịn nửa n: Hệ số ảnh hưởng Tstart: Thời gian bắt đầu suất dòng sét Tstop : Thời gian kết thúc Tổng trở kênh sét lấy giá trị 400 Ω Hiện tượng phóng điện ngược: Khi có dịng sét chảy thân cột, điểm dẫn điện thân cột có điện cao Điện cao điểm bắt nối với chuỗi sứ cách điện đặt chuỗi sứ hiệu điện lớn, xảy phóng điện Hiện tượng phóng điện vào dây pha qua chuỗi sứ gọi tượng phóng điện ngược Hiện tượng xảy điện trường đặt vào hai đầu chuỗi sứ tích lũy đủ lượng gây phóng Hình 11 Mơ hình phóng điện ngược Mơ hình phóng điện ngược thay modun MOD FLASH nối hình vẽ với tụ điện thay cho chuỗi sứ cột UINF: Điện áp pha đường dây U0 : Điện áp cách điện chuỗi sứ Mơ hình đường dây trạm Đường dây trạm thay dạng tổng trở sóng: 59 Hình 12 Mơ hình đường dây trạm Các tham số chọn sau: +R/l=1 Trong chương trình R/l chọn tổng trở sóng đường dây tính cơng thức : Z  L' C' Vận tốc truyền sóng tính theo cơng thức : V  L '* C ' Theo lý thuyết truyền sóng : V=300000000 m/s Z=400  Mơ hình chống sét van Ta sử dụng loại chống sét van U2 hãng Cooper –USA, loại chống sét ôxit kẽm (ZnO) không khe hở, sản xuất thử nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 6009-4, vỏ chống sét van làm từ vật liệu Polimer cao su Silicon - Điện áp sử dụng: 230 kV - Điện áp pha định mức: 170 kV - Tần số sử dụng: 50-60Hz Mơ hình ZnO: 60 Hình 13 Mơ hình chống sét van - Ta dùng chống sét van không khe hở nên Vflash chọn -1 - Điện áp ban đầu Vzero chọn 0v - COL: Là hệ số COEF (chọn nhánh khối đơn, nhánh kép) - SER: Số khối nối tiếp nhánh, lấy tỉ lệ với Vref - ErrLim: Sai số theo p.u Đặc tính V-A chống sét cho hình 4.13 Hình 4.14 Đặc tính V-A chống sét van 4.2.KẾT QUẢ KHẢO SÁT 4.3.1 Những ảnh hưởng áp khí tới trạm biến áp Khi tính tốn bảo vệ chống sét cho trạm biến áp, hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cần trang bị thêm thiết bị chống sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm Các bảo vệ có yêu cầu cao để đảm bảo an toàn cho MBA thiết bị trạm Trạm biến áp phần tử quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện năng, trạm biến áp nơi đặt thiết bị quan trọng, đắt 61 tiền như: máy biến áp, máy biến điện áp, máy cắt Cách điện thiết bị trạm lại yếu nhiều so với cách điện đường dây Do sóng xuất sóng đánh đường dây khơng gây phóng điện truyền vào trạm lại sóng nguy hiểm với thiết bị Khi có sét đánh vào đường dây tải điện, đường dây (tại điểm sét đánh) xuất sóng điện áp sóng lan truyền từ điểm sét đánh vào trạm, gây phóng điện cách điện thiết bị, cách điện thiết bị thực cho mức cách điện lớn mức cách điện ngồi Khi có phóng điện cách điện trạm tương đương có phóng điện cái, dù có phương tiện bảo vệ đại gây cố trầm trọng hệ thống Trên thực tế thiết bị trạm thường đặt ngồi trời phải chịu q trình lý hố phức tạp q trình già cỗi cách điện diễn nhanh mạnh dẫn đến tác dụng điện áp xảy phóng điện chọc thủng cách điện thiết bị Tuy nhiên q trình tính tốn bảo vệ khơng thể đảm bảo mức an tồn cho thiết bị trạm cách tuyệt đối Nhưng tính tốn chọn biện pháp chống sóng truyền phải thực giảm xác suất cố tới giới hạn thấp Đảm bảo cho tiêu chịu sét trạm phải đạt tới hàng trăm năm Khi có sóng điện áp truyền vào trạm điện áp tác dụng lên cách điện phần tử mang điện như: máy biến áp, máy cắt gây phóng điện chọc thủng cách điện sóng điện áp có biên độ lớn U50% thiết bị Mức cách điện xung kích trạm chọn theo trị số điện áp dư chống sét van có chiều hướng ngày giảm thấp chất lượng thiết bị ngày cao Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường chống sét van ta phải hạn chế dịng điện qua khơng vượt giới hạn  10 KA Dòng điện sét lớn làm cho điện áp dư tăng cao, ảnh hưởng tới phối hợp cách điện nội trạm cịn làm hỏng chống sét van Như vậy, để bảo vệ cho trạm biến áp cách chắn, việc loại trừ hoàn toàn khả sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp hệ thống thu sét mơ tả tính toán chi tiết chương 3, đồng thời hạn chế điện áp khí 62 lan truyền từ đường dây vào trạm tới mức thấp để đảm bảo không gây nguy hiểm cho cách điện trạm Để thực việc đó, trước hết chúng tơi khảo sát trường hợp có khả gây lên điện áp khí trạm mơ hình để xác định điện áp cực đại dạng điện phản xạ, khúc xạ nhiều lần phần tử trạm sóng điện áp Sau đề xuất phương án bảo vệ đánh giá mức điện áp trường hợp Thật vậy, tiến hành bước sau: - Khảo sát điện áp chưa đặt chống sét van, o Không xét tới ảnh hưởng mạch Hà Giang o Xét tới ảnh hưởng mạch Hà Giang - Đánh giá bảo vệ trạm: 4.3.2 Khảo sát điện áp chưa đặt chống sét van Các điện áp (dạng sóng) suất trạm biến áp phục thuộc nhiều vào tham số sét có kết cấu đường dây trạm biến áp Vì vậy, để kết khảo sát xác trước hết cần biết thông tin sét khu vực đặt trạm (khu vực Thái Nguyên) Tuy nhiên, thời gian có hạn nên chúng tơi chưa thu thập đầy đủ thông tin này, trình mơ chúng tơi lấy tham số sét theo dạng sét tiêu chuẩn có biên độ 200 kA, với xác suất xuất cú sét có biên độ lớn 200 kA xác định theo biểu thức: P(IS )  1   0,78(%) IS 2,6 200 2,6 1 ( ) 1 ( ) 31 31 Quá điện áp tác dụng lên cách điện cách thiết bị điện khơng có ảnh hưởng lộ Thái Nguyên-Hà Giang  Quá điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp AT2 [MV] -1 10 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :AT2A 20 63v :AT2C v :AT2B 30 40 [us] 50 Hình 4.15 Biểu đồ điện áp máy biến áp AT2 Ta thấy điện áp tác dụng lên cách điện AT2 có số đặc điểm sau : - Sóng điện áp dạng dao động tắt dần gây lên trình dao động mạch RLC phần tử đường dây, máy biến áp thiết bị khác trạm, - Có trị số cực đại (IS, tđs) = (5,4; 6) (MV, µs), - Dạng điện áp gần giống pha A, B, C Vì vậy, khảo sát điện áp bước đưa pha đại diện (pha A)  Quá điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp đo lường TU274 TU_C22 Một cách tương tự xác định điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị trạm như: TU274 TU_C22 Kết mô hình [MV] -1 10 [MV]Hình 4.16 Biểu đồ điện áp TU274 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :TU274A 20 v :TU274B 30 40 v :TU274C [us] 50 -1 10 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :TU274A 20 v :TU274B 30 v :TU274C 40 Hình 4.17 Biểu đồ điện áp TU_C22 64 [us] 50 Ta thấy điện áp tác dụng lên cách điện TU274 TU_C22 có số đặc điểm sau : - Sóng điện áp dạng dao động tắt dần gây lên trình dao động mạch RLC phần tử đường dây, máy biến áp thiết bị khác trạm, - Có trị số cực đại (IS, tđs) = (5,2;7,4) (MV, µs), - Dạng điện áp gần giống pha A, B, C - Suy giảm gần thời điểm 15 s Quá điện áp tác dụng lên cách điện cách thiết bị điện xét tới ảnh hưởng lộ Thái Nguyên-Hà Giang Hình 4.18 Mơ hình trạm biến áp có xét tới xuất tuyến Thái Nguyên-Hà Giang [MV] -1 -2 -3 0,00 0,02 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :AT2A 0,04 v :AT2B v :AT2C 0,06 65 0,08 [ms]0,10 Hình 4.19 Quá điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp AT2  Quá điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp đo lường TU274 TU_C22 Một cách tương tự xác định điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị trạm như: TU274 TU_C22 Kết mơ hình [MV] -1 -2 -3 0,00 0,02 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :TU274A 0,04 v :TU274B 0,06 0,08 v :TU274C [ms]0,10  Hình 4.20 Biến thiên điện áp TU 274 [MV] -1 -2 -3 0,00 0,02 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :TUC22A 0,04 v :TUC22B 0,06 v :TUC22C 0,08 [ms]0,10   Hình 4.21.Biến thiên điện áp TU_C22 Nhận xét: Khi có thêm xuất tuyến từ có tác dụng giảm điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị trạm Về lý thuyết, số lượng đường dây đủ lớn điện áp giảm xuống tới mức an toàn Sơ đồ thường gọi sơ đồ tự bảo vệ Từ kết phân tích thấy rằng, biên độ điện áp giảm từ 5,4 MV xuống 3,4 MV Tuy nhiên, có thêm đường dây q trình dao động điện áp kéo dài hơn, tăng từ 20 s tới 200 s 66 4.3.3 Đánh giá trạng bảo vệ chống sét van trạm Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trang bị hệ thống chống sét cấp hệ thống cột (kim) dây chống sét, nhằm loại bỏ hoàn toàn khả sét đánh vào thiết bị điện dây dẫn pha trạm ảnh hưởng sét đánh trực tiếp tới người tài sản Ngoài ra, trạm trang bị bảo vệ cấp hệ thống chống sét van nhằm hạn chế bảo vệ loại điện áp lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp Các chống sét van bố trí vị trí cột cuối xuất tuyến đầu vào phía máy biến áp Tuy nhiên, hiệu bảo vệ chống sét van lực tháo sét phụ thuộc vào loại chống sét sử dụng, đoạn dây chống sét phối hợp đoạn đầu trạm vị trí, số lượng chống sét đặt trạm Vị trí yêu cầu đặt chống sét van D c.(UBIL  URe s ) 2.a (m) Trong đó: D khoảng cách từ chống sét van tới đối tượng bảo vệ, tính theo chiều truyền sóng, (m) UBIL = 850 kV mức cách điện xung MBA C : Vận tốc truyền sóng 300m/µs URes : Điện áp dư chống sét van A= 800 kV/s độ dốc đầu sóng áp Điện áp dư chống sét van biến thiên hình vẽ, với giá trị đỉnh UResmax = 340 kV 350 [kV] 300 250 200 150 100 50 -50 (file 220kvthainguyen.pl4; x-var t) v:UD3C 12 67 [us] 15 Hình 4.22.Điện áp dư chống sét van Qua xác định khoảng cách bảo vệ chống sét van: D 300.(850  340)  95 (m) 2.800 Khoảng cách thực tế từ chống sét van tới thiết bị Khoảng (m)  cách AT2 TU274 TU_C22 10 15 15 Biến thiên điện áp đặt chống sét van  Điện áp AT2 400 [kV] 300 200 100 -100 -200 -300 -400 0,00 0,03 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :AT2A 0,06 v :AT2B v :AT2C 0,09 0,12 [ms]0,15 Hình 4.23 Quá điện áp MBA AT2 đặt chống sét van  Điện áp TU274 700 [kV] 480 260 40 68 -180 Hình 4.23 Quá điện áp TU274 đặt chống sét van  Điện áp TU_C22 600 [kV] 450 300 150 -150 -300 0,00 0,04 (f ile 220kv thainguy en.pl4; x-v ar t) v :TUC22A 0,08 v :TUC22B 0,12 v :TUC22C 0,16 [ms]0,20 Hình 4.23 Quá điện áp TU -C22 đặt chống sét van Nhận xét : Qua phân tích ta nhận thấy, với phương án bảo vệ chống sét trạng thiết bị vị trí quan trọng hồn tồn an tồn với cú sét có cường độ lên tới 200 kA đánh vào khoảng cột gần trạm Quá điện áp tác dụng lên cách điện AT2 giảm từ 5,4 MV xuống 380 kV, điện áp tác dụng lên cách điện TU274 TU_C22 giảm từ 5,2 MV xuống 645 kV 533 kV Như vậy, có sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm điện áp dư hoàn toàn nhỏ mức cách điện xung (BIL) thiết bị điện cấp 220 kV 850 kV 69 Kết luận chương Ứng dụng chương trình Q độ điện từ (ATP-EMTP) cho phép tính tốn, phân tích q trình q độ điện từ hệ thống điện cách hiệu xác cách mơ hình hóa phần tử hệ thống điện cách đơn giản, dễ hiểu Trong phạm vi đề tài tốt nghiệp, tính tốn, phân tích q trình truyền sóng điện từ lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh vào dây chống sét khoảng vượt xuất tuyến 274 Q trình lan truyền sóng điện từ gây lên điện áp có giá trị cực đại tới 5,4 MV, vượt qua mức cách điện trạm nhiều lần (850 kV) Nếu khơng có biện pháp bảo vệ hiệu gây lên cố không mong muốn phóng điện cách điện thiết bị Qua phân tích cho thấy sơ đồ tự bảo vệ trạng bảo vệ chống sét van sau: - Khi có thêm xuất tuyến từ có tác dụng giảm điện áp tác dụng lên cách điện thiết bị trạm Về lý thuyết, số lượng đường dây đủ lớn điện áp giảm xuống tới mức an toàn Sơ đồ thường gọi sơ đồ tự bảo vệ Từ kết phân tích thấy rằng, biên độ điện áp giảm từ 5,4 MV xuống 3,4 MV Tuy nhiên, có thêm đường dây q trình dao động điện áp kéo dài hơn, tăng từ 20 s tới 200 s - Phương án bảo vệ chống sét trạng thiết bị vị trí quan trọng hồn tồn an tồn với cú sét có cường độ lên tới 200 kA đánh vào khoảng cột gần trạm Quá điện áp tác dụng lên cách điện AT2 giảm từ 5,4 MV xuống 380 kV, điện áp tác dụng lên cách điện TU274 TU_C22 giảm từ 5,2 MV xuống 645 kV 533 kV Như vậy, có sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm điện áp dư hồn tồn nhỏ mức cách điện xung (BIL) thiết bị điện cấp 220 kV 850 kV 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trực thuộc truyền tải điện Thái Nguyên – Công ty truyền tải điện I, đóng địa bàn phường Quan Triều – TP Thái Ngun Trạm đóng vai trị quan trọng hệ thống phân phối điện miền Bắc, có tổng cơng suất 626 MVA bao gồm MBA 250 MVA – 220/110/22 kV; MBA 63 MVA – 110/35/22 kV cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công cho nhu cầu kinh tế, trị, dân sinh tỉnh phía Bắc như: Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Cạn, Tuyên Quang, Hà Giang…Trạm nằm khu vực miền núi có mật độ sét cao, thiết bị đắt tiền Do vậy, việc đánh giá trạng hệ thống chống sét nhằm xác định lại mức độ bảo vệ sở khoa học để tiên lượng đánh giá độ tin cậy bảo vệ hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp Ứng dụng chương trình ATP-EMTP để khảo sát trình độ, lan truyền điện áp khí quyển, kết nhận từ việc mơ chi tiết giúp cho người vận hành, thiết kế lưới điện có sở cần thiết việc lựa chọn định mức mức độ cách điện (BIL_basic insulation level) thiết bị phù hợp thiết kế trạm tụ, chống sét, hạn chế dòng ngắn mạch lựa chọn biện pháp thích hợp nhằm giảm thiểu tác động xấu ngắn mạch, độ khởi động động cơ, đóng cắt trạm tụ - phía phụ tải (cuộn kháng nối tiếp mạch PWM) hay phía lưới (điện trở hạn dịng cho trạm tụ bù có cơng suất khơng lớn, kĩ thuật đóng đồng cho trạm tụ bù có cơng suất lớn) hay chống sét thích hợp bảo vệ điện áp Các kết nghiên cứu dạng sóng độ bước đầu cho nghiên cứu áp dụng kĩ thuật xử lí số tín hiệu việc phân tích, nhận dạng, phát độ điện áp cố đóng cắt lưới điện tương lai 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Tớp, ‘‘Kỹ thuật điện cao áp- Bảo vệ chống điện áp’’, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2007 [2] Bài giảng Kỹ thuật cao áp, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, 2012 [3] Trần Bách, ‘‘Lưới điện hệ thống điện’’, NXB Khoa học kỹ thuật, tập 1, Hà Nội [4] Trần Bách, ‘‘Lưới điện hệ thống điện’’, NXB Khoa học kỹ thuật, tập 3, Hà Nội [5] Hoàng Hữu Thận, ‘‘Hướng dẫn thiết kế đường dây tải điện’’, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [6] Juan A Martinez-Velasco, ‘‘Power System Transients Parameter Determination’’ [7] ATP Theory book, EMTP – ATP Programs, 2004 [8] ATP Manual book, EMTP – ATP Programs, 2004 [9] Cooper power systems - Surge Arresters [10] Electromagnetic Transient Program (EMTP) Application Guide EL-4650 Research Project 21491 Final Report, November 1986 [11] G Allan, Electrical transients in Power systems, Second Edittion, John Wiley & Sons Inc, 1991 [12] Hugh M Ryan, High-Voltage Engineering and Testing, 3rd Edition, The Institution of Engineering and Technology, 2013 [13] Juan A Martinez-Velasco, Power System Transients, Parameter Determination, Taylor and Francis Group, 2010 [14] IEEE Std 998, IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations, 2012 [15] Andrew R Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, Taylor & Francis, 1999 72 [16] IEC Std 60071-1&2 , Insulation Co-ordination, Part 1&2, 2006 [17] C.L Wadhwa, High Voltage Engineering, Second Edition, Warn New Age International (P) Ltd., 2007 73 ... bảo vệ điện áp khí hệ thống điện Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu, đánh giá đưa giải pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ điện áp khí cho trạm biến áp 220KV. .. HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHÍ HỒNG HẢI NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220Kv THÁI NGUYÊN... VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 46 Chương KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 4.1.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp