Nghiên cứu hiệu quả của chống sét van trong mạng phân phối xét đến vị trí lắp đặt và điện trở nối đất

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA CHỐNG SÉT VAN TRONG MẠNG PHÂN PHỐI XÉT ĐẾN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành : 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2006 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS QUYỀN HUY ÁNH Cán chấm nhận xét 1:…………………………………… Cán chấm nhận xét 2:…………………………………… Luận văn thạc sỹ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ….tháng 07 năm 2006 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày …tháng 07 năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: TRƯƠNG NGỌC HƯNG Phái: Nam Ngày, tháng , năm sinh: 20 -04- 1980 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MSHV: 01804484 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hiệu chống sét van mạng phân phối xét đến vị trí lắp đặt điện trở nối đất II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan chống sét van Chương 2: Khoảng cách bảo vệ chống sét van Chương 3: Phương pháp định vị trí đặt chống sét van Chương 4: Lập trình tính tốn đặt chống sét van Chương 5: Mơ vị trí đặt chống sét van Chương 6: Kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 06 tháng 02 năm 2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 06 tháng 07 năm 2006 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS QUYỀN HUY ÁNH TS QUYỀN HUY ÁNH CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MƠN QL NGÀNH TS NGUYỄN HỒNG VIỆT TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Nội dung đề cương luận văn thạc sỹ Hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH Ngày ….tháng 07 năm 2006 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ₫ối với TS QUYỀN HUY ÁNH, người thầy ₫ã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu vơ q giá dìu dắt em q trình thực Luận văn Xin vơ biết ơn Ba mẹ ₫ã vất vả tần tảo nuôi khôn lớn cho ₫ến ngày hôm xin cảm ơn em gia ₫ình, người yêu ₫ã tạo ₫iều kiện ₫ể thực Luận văn Xin chân thành cảm ơn tất thầy cô ₫ã giảng dạy, truyền ₫ạt tri thức giúp em trưởng thành nghề nghiệp tự tin sống Xin chân thành cảm ơn tất thầy Phịng ₫ào tạo Sau ₫ại học, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM ₫ã tạo ₫iều kiện thuận lợi suốt khóa học Xin chân thành cảm ơn anh, chị học viên chuyên ngành Thiết bị, Mạng Nhà máy ₫iện khóa 15 (2004) ₫ã ₫óng góp ý kiến q trình thực Luận văn Trương Ngọc Hưng TÓM TẮT Luận văn trình bày biện pháp để bảo vệ chống sét tốt máy biến áp phân phối hệ thống trung (MV) Mục đích đưa tiêu chuẩn chung cho bảo vệ chống sét máy biến áp, đảm bảo lắp đặt thích hợp giảm bớt tỉ lệ rủi ro sét máy biến áp phân phối tồn Bên cao máy biến áp thông thường bảo vệ chống sét chống sét van Trong lắp đặt chống sét van cao (HV), khoảng cách thiết bị chống sét trạm biến áp quan trọng Vì thế, tính tốn khoảng cách tỉ lệ rủi ro thảo luận hạn chế phương pháp lắp đặt trình bày Khoảng cách bắt buộc phụ thuộc vào hình dạng cột, tức nối đất cho cột, điện áp hệ thống ( cách điện cột), trở kháng xung cột, khu vực tập hợp… dây nối đất thiết bị chống sét Mật độ sét đánh thông số quan trọng xác định khoảng cách tỉ lệ rủi ro Sự chọn lựa thiết bị chống sét với điện áp dư thích hợp đem lại đáng kể góp phần đến bảo vệ máy biến áp Một phương pháp khác cho điều trình bày Vai trị điện trở nối đất góp phần gây rủi ro đến cao hạ sét thảo luận, cho biết phương thức đặc trưng hỏng hóc Sự xác định giá trị an tồn cho điện trở nối đất trình bày Cuối cùng, luận văn trình bày biện pháp phịng ngừa đơn giản mà bổ sung bối cảnh Tp.HCM ABSTRACT This t h e s i s presents measures for better lightning protection of distribution transformers of Medium Voltage (MV) systems One intention is to provide a general bench mark for lightning protection, of transformers,to ensure proper installation and to reduce the high lightning failure rate of distribution transformers existing The High Voltage side of transformers is usually protected against lightning by surge separation length arresters In installation of HV surge arresters, the between the arrester and the high voltage bushing is of paramount importance.Thus the calculation of the separation lengths and failure rates are first discussed and the drawbacks of the present method of installation are presented The required separation depends on the tower configuration viz tower earthing, system voltage(or tower insulation),tower surge impedance, collection area etc and the length of the earth wire of the arrester Ground flash density is also an important parameter in determining the separation length and failure rate Selection of arresters with proper residual voltage imparts a considerable contribution to the transformer protection An alternative approach for this is also presented The role of the earth resistance and its contribution to High Voltage and Low Voltage failures due to lightning are discussed, indicating typical modes of failure The determination of a safe value for the earth resistance is also presented Finally,the thesis presents simplified preventive measures that can be implemented in Ho Chi Minh city context MỤC LỤC Chương mở đầu 09 Chương Tổng quan chống sét van 13 1.1 Đặt vấn đề 13 1.2 Những loại cách điện 15 1.3 Khái niệm sét 16 1.4 Thiết bị chống sét van 17 1.5 Một số thuật ngữ 19 1.6 Biên hạn bảo vệ 27 1.7 Ưu nhược điểm loại chống sét 30 1.8 Lựa chọn thiết bị chống sét theo thông số hệ thống 37 Chương Khoảng cách bảo vệ chống sét van 41 2.1 Lý thuyết đặt cho khoảng cách bảo vệ L 41 2.2 Độ dốc S từ xung sét trạm phân phối trung 43 2.3 Ảnh hưởng khoảng cách bảo vệ đến thiết bị điện, kiểu cách bố trí chống sét 47 2.4 Sự cố gây nguy hiểm thiết bị điện khoảng cách đặt thiết bị chống sét van 51 2.5 Những trường hợp đặc biệt 52 2.5.1 Bảo vệ áp cho cáp 53 2.5.2 Bảo vệ vỏ cáp 55 2.5.3 Máy biến áp đặt cuối cáp 56 2.5.4 Máy biến áp đấu nối đến đường dây gây nguy hiểm sét bên sơ cấp 57 2.5.5 Chống sét tường rào kim loại bao quanh trạm phân phối điện 59 2.5.6 Máy phát điện đấu nối vào đường dây gây nguy hiểm sét 59 2.5.7 Bảo vệ chống sét cho động 61 2.5.8 Bảo vệ điện áp cho thiết bị di động 62 2.5.9 Thiết bị chống sét đặt song song với dàn tụ điện 62 2.5.10 Đường dây traps ( bảo vệ song song) 65 2.5.11 Thiết bị chống sét cho điện áp DC 65 2.6 Tổng kết 66 Chương Phương pháp định vị trí đặt chống sét van 69 3.1 Đặt vấn đề 69 3.2 Định vị trí đặt thiết bị chống sét van 70 3.2.1 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 71 3.2.2 Phương pháp bảo vệ đơn giản 72 3.2.3 Phương pháp bảo vệ cải tiến 74 3.2.4 Bảo vệ với thiết bị chống sét có điện áp dư thấp 76 3.3 Tác dụng điện trở nối đất điện cực 78 3.4 Áp dụng tính tốn 79 3.4.1 Áp dụng theo phương pháp bảo vệ đơn giản 80 3.4.2 Áp dụng theo phương pháp bảo vệ cải tiến… 81 3.4.3 Áp dụng xét ảnh hưởng điện trở nối đất xung 82 3.4.4 Áp dụng cho máy biến áp 84 3.5 Tổng kết 86 Chương Lập trình tính toán đặt chống sét van 88 4.1 Chương trình tính tốn 88 4.2 Những giao diện tính tốn 88 Chương Mơ vị trí đặt chống sét van 94 5.1 Mơ hình nguồn phát xung 94 5.1.1 Xung không chu kỳ quan hệ thông số thời gian 94 5.1.2 Mơ hình tốn nguồn phát xung MatLab 96 5.2 Mơ hình mơ 97 5.3 Kết mô 98 Chương Kết luận 101 Hướng tương lai 103 Tài liệu tham khảo 104 Phụ lục 107 CHƯƠNG MỞ ĐẦU Chương trình bày Dẫn nhập vấn ₫ề Chương mơ định vị trí MOV - 100 - CBHD: TS QUYỀN HUY ÁNH Nhận xét kết quả: Khi khảo sát đặt vị trí khác điện áp xung xuất nhiều gai điện áp Gai điện áp cuộn dây cao áp hạ áp nhiều nhất, điều dễ làm đánh thủng mức cách cao áp với hạ áp Ảnh hưởng điện trở nối đất: Khi điện trở hệ thống nối đất tăng lên làm cho điện áp xung đầu cực máy biến áp tăng lên, phóng điện phá hủy cách điện, gây nguy hiểm cho máy biến áp Ngược lại, điện trở hệ thống giảm điện áp xung đầu cực máy biến áp khơng gây phóng điện phá hủy cách điện, giảm cố cho máy biến áp Tuy nhiên, chọn giá trị điện nối đất cần phải xem xét tính cần thiết hệ thống để giảm chi phí đầu tư HV: TRƯƠNG NGỌC HƯNG CHƯƠNG KẾT LUẬN Chương trình bày cơng việc ₫ã ₫ược thực Luận văn Chương kết luận - 101 - CBHD: TS QUYỀN HUY ÁNH CHƯƠNG KẾT LUẬN Hiện nay, lưới trung xảy nhiều cố nhiều nguyên nhân gây làm ngưng cung cấp điện Nhưng nguyên nhân điện áp điện áp đóng ngắt (quá điện áp nội bộ) hay điện áp sét đánh trực tiếp hay lan truyền (q điện áp khí quyển) nguy hiểm đến lưới điện Máy biến áp thiết bị điện bị ảnh hưởng nhiều (thiết bị chủ yếu lưới trung thế) bị hư hại ảnh hưởng trực tiếp đến cung cấp điện Một số nguyên nhân gây nguy hiểm lưới điện kể đến vị trí đặt thiết bị chống sét van cho máy biến áp chưa hợp lý điện trở nối đất xung cho thiết bị chống sét (trong trường hợp nối đất trung tính chung với nối đất chống sét) chưa phù hợp gây nên nguy hiểm cho lưới điện Vị trí đặt thiết bị chống sét van cho máy biến áp hợp lý góp phần làm giảm bớt nguy hiểm cho máy biến áp, vị trí hợp lý cho máy biến áp cách đầu cực 1,9m tính theo phương pháp bảo vệ đơn giản áp dụng cho máy biến áp -trạm giàn 22/0,4kV, công suất nhỏ 400MVA đặt mật độ sét Thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, vị trí chưa hợp lý mà theo phương bảo vệ cải tiến xác định 0,8m cách đầu cực máy biến bên cao thế, phương pháp kể đến tỉ lệ hỏng hóc tuổi thọ trạm biến áp Như vậy, khoảng cách giảm từ 1,9m xuống 0,8m giá trị kiểm tra mô cho kết hợp lý Cho nên, kiến nghị với Điện lực thiết kế lắp đặt cần hạ xà xuống cách đầu cực máy biến áp 0,8m Kết mô theo số liệu thực máy biến áp theo thông số liên quan đến sét Thành phố Hồ Chính Minh cho sau: + Điện áp xung bên cao máy biến áp xà ngang nối gần 500kV, lý thuyết trình bày điện áp xung xà ngang nối đất lớn 900kV + Điện áp xung cuộn cao hạ gần 90kV, lý thuyết tính gần 100kV HV: TRƯƠNG NGỌC HƯNG Chương kết luận - 102 - CBHD: TS QUYỀN HUY ÁNH Điện trở nối đất góp phần làm nguy hiểm máy biến áp Vì thế, thiết kế lắp đặt máy biến áp cần qua tâm đến điện trở nối đất tùy theo điều kiện thực Kết mô theo giá trị tính tốn 5,3Ω xà ngang nối đất 1,7Ω xà ngang không nối đất cho trạm giàn 22/0,4kV, công suất nhỏ 400MVA đặt Thành phố Hồ Chí Minh HV: TRƯƠNG NGỌC HƯNG Chương kết luận - 103 - CBHD: TS QUYỀN HUY ÁNH HƯỚNG TƯƠNG LAI Khi xung sét xem kiện nguy hiểm hệ thống điện phân phối, biết nhiều chúng lựa chọn phối hợp thiết bị bảo vệ tốt Hơn nữa, hiểu biết tốt sét sở tính tốn vị trí đặt thiết bị chống sét xác giảm chi phí cách điện vào lúc lắp đặt cho phép hoạt động với rủi ro hỏng hóc biết Sự phát triển kỹ thuật lôgic mờ dựa vào ứng dụng máy tính mà cho phép xác định vị trí chống sét van xác hệ thống điện, điều khiển rủi ro hỏng hóc, cho phép lựa chọn sơ đồ bảo vệ thích hợp cho mạng Kết chi phí bảo vệ giảm theo chi phí phần tử thực bảo vệ tính liên tục cấp điện đạt HV: TRƯƠNG NGỌC HƯNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ thuật điện cao áp -Quá điện áp hệ thống điện, tập 2, NXB ĐHQG TP HCM-2005, Hoàng Việt [2] Kỹ thuật điện cao áp -Kỹ thuật cách điện, tập 1, NXB ĐHQG TP HCM2003, Hoàng Việt [3] Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV , NXB KHKT HN 2005, Ngô Hồng Quang [4] ABB High Voltage Technologies Ltd, "Dimensioning, testing and application of metal oxide surge arresters in MV networks" September 1994 [5] Lightning protection of pole-mounted transformers and its applications in Sri Lanka _ Prof J R Lucas* and D A J Nanayakkara# *University of Moratuwa, #Lanka Transformers Limited [6] Evaluation of arrester’s protection levels during lightning strikes to overhead medium voltage lines Andrzej Sowa & Jaroslaw Wiater _ Electrical Department, Bialystok Technical University [7] AJ Eriksson, Sen Mem and D V Meal., "Lightning performance and overvoltage surge studies on a rural distribution line", IEE Proc Vol 129 Pt C, No2 March 1982 [8] IEC 71-2, " Insulation co-ordination, Part 2:Application guide", 1996, pp 107 and 175 [9] Charles W Plummer, " Reduction in distribution transformer failure and nuisance outages", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 10, No 2, April 1995 [10] J L Puri, N C Abi-Samra, T J Dionis D R Smith, "Lightning induced failures in distribution transformers" IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 3, No 4, October 1998 [11] M Darveniza, D R Mercer, " Lightning protection of pole mounted transformers", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 4, No 2, April 1989 [12] J R Lucas, " High Voltage Engineering", 1995 University of Moratuwa [13] "Working group report: Calculating the lightning performance of distribution lines" IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 5, No 3, July 1990 [14] BS 6651:1992, "Protection of structures against lightning" Dec 1992 [15] William A Chisholm, Wasyl Janischewskeyj, "Lightning surge response of ground electrodes", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 4, No April 1989 [16] Lanka Transformers Limited, " Report on Analysis of Earth Resistance", 1998 [17] P Chowdhuri, "Analysis of lightning induced voltages on overhead lines", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 4, No 1, January 1989 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Thống số MOV PHỤ LỤC 2: Thống số MOV PHỤ LỤC 3: Trạm treo PHỤ LỤC 4: Trạm giàn – đo đếm trung PHỤ LỤC 5: Trạm giàn – đo đếm hạ PHỤ LỤC 6: Trạm – đo đếm trung PHỤ LỤC 7: Trạm – đo đếm hạ PHỤ LỤC 8: Bảng kê vật liệu cho Phụ lục MỤC CHỈ DANH SỐ LƯỢNG ĐƠN VỊ GHI CHÚ Đà L.75×76×8- 2,4m Đà TC:TTK - 02 Thanh chống 60×6 – 0,92m Cây TC:TTK - 02 Đà L.75×76×8- 3,2m Đà TC:TTK - 08 Đà U.160×68×5- 3,4m Đà TC:TTK - 09 Đà U.100×46×4,5- 0,5m Đà TC:TTK - 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Đà U.100×46×5- 1,1m Sứ đứng 24kV U clevis sứ ống Sứ treo 24kV polymer Khoan neo Kẹp căng dây LA 12kV FCO 24kV – cỡ thích hợp CT 24kV…/5A VT 8400 /120V Máy biến 30-22-15 /0,4kV Ống PVC ∅114 Co ống PVC ∅114 Kẹp ống PVC∅114 Thùng điện kế thiết bị hạ đôi Kẹp cọc tiếp địa 2,4m Đai thép khóa đai Chằng trụ Kẹp Splitbolt – cỡ thích hợp Kẹp quai – cỡ thích hợp Kẹp hotline – cỡ thích hợp Bulơng ∅16×250 Bulơng ∅16×300 Bulơng ∅16×350 Bulơng ∅16×400 Bulơng ∅16×300 VRS Long đền vng ∅18 Bulơng ∅20×800 ven hai đầu Bulơng ∅12×40 Bulơng ∅12×120 Dây đồng trần 25mm2 Cáp xuất hạ - cỡ thích hợp Cáp Muller – cỡ thích hợp 3 3 4 16 3 10 4 60 6 Đà Bộ Bộ Cái Cái Cái Bộ Bộ Cái Cái Máy m Cái Cái Bộ Bộ Bộ Bộ Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái kg m m TC:TTK - 10 32 33 34 35 36 37 TC: TBT - 18 Các mục 27÷ 31 Lý lịch trích ngang Họ tên: Trương Ngọc Hưng Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 20 – 04 – 1980 Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: Khoa Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn Điện thoại: 0914 534610 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ tháng 09 năm 1998 đến tháng 09 năm 2003 Sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Từ tháng 09 năm 2004 đến 09 năm 2006 Học viên Cao học Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM ... MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MSHV: 01804484 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hiệu chống sét van mạng phân phối xét đến vị trí lắp đặt điện trở nối đất II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan chống sét van. .. Xuất phát từ thực tế ? ?Nghiên cứu hiệu chống sét van mạng phân phối xét đến vị trí lắp đặt điện trở nối đất. ” sâu vào nghiên cứu vị trí đặt chống sét van cấp trung dạng MOV, lập mơ hình mơ với... 2: Khoảng cách bảo vệ chống sét van Chương 3: Phương pháp định vị trí đặt chống sét van Chương 4: Lập trình tính tốn đặt chống sét van Chương 5: Mơ vị trí đặt chống sét van Chương 6: Kết luận