Nguyễn-Tùng-Anh-Copy

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TÙNG ANH Mã sinh viên: 1781110104 Giảng viên hướng dẫn: THS PHẠM THỊ THANH ĐAM Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp: D12H2 Hà nội, tháng năm 2021 Trang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM .7 1.1 Hiện tượng giông sét 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Tình hình giơng sét Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng tượng giông sét tới hệ thống điện Việt Nam 1.3 Kết luận CHƯƠNG II 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 10 2.1 Khái niệm chung 10 2.2 Các u cầu kỹ thuật tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 10 2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột & dây phạm vi bảo vệ .11 2.3.2 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi 12 2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi 12 2.3.2.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi 14 2.3.3 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 15 2.3.3.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 15 2.3.3.2 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 15 2.4 Đề xuất phương án bố trí cột dây chống sét cho trạm biến áp 16 - Ta xét hai phương án sau: 16 2.4.1 Phương án 16 2.4.2 Phương án 22 2.5 Chọn phương án tối ưu 28 CHƯƠNG III: 29 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV 29 3.1 Khái niệm chung 29 3.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống nối đất 30 3.2.1 Trị số cho phép điện trở nối đất 30 3.2.2 Hệ số mùa 30 3.3 Trình tự tính tốn 31 3.3.1 Nối đất an toàn làm việc 31 3.3.1.1 Nối đất tự nhiên 32 3.3.1.2 Nối đất nhân tạo 32 3.3.2 Nối đất chống sét 34 Trang Trang BIỂU BẢNG Bảng 2.2 Chiều cao hữu dụng nhóm cột phía 220kV phương án 19 Bảng 2.3 Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án 21 Bảng 2.4 Chiều cao hữu dụng nhóm cột phía 110kV phương án 24 Bảng 2.5 Chiều cao hữu dụng nhóm cột phía 220kV phương án 25 Bảng 2.6 Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên phương án 27 Bảng 2.7 So sánh phương án 28 Bảng 3.1 Bảng hệ số kmùa 31 Bảng3.2 Bảng hệ số hình dáng mạch vịng nối đất 33  ds  Bảng 3.3 Bảng kết chuỗi e Tk 38 k   ds Bảng 3.4 Bảng tính chuỗi số  e TK 40 k 1 k Trang BIỂU HÌNH Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi .12 Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lơi tính tốn (đường sinh gấp khúc) .12 Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao 13 Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ cột thu lơi có độ cao khác .14 Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ nhóm cột thu lơi có độ cao 14 Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 15 Hình 2.7 Phạm vi bảo vệ dây thu sét 16 Hình 2.8 Bố trí cột thu lôi phương án 17 Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ phương án 22 Hình 2.10 Bố trí cột thu lôi phương án 23 28 Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ phương án 28 Hình 3.1 Sơ đồ mạch vịng nhân tạo tường trạm 33 Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 34 Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị rút gọn 35 Hình 3.4 Sơ đồ nối đất bổ sung 41 Hình 3.5 Sơ đồ thay hệ thống nối đất 43 Hình 3.6 Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 45 Trang LỜI NÓI ĐẦU Đất nước bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, đại hóa, ngành điện giữ vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất lượng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đường dây truyền tải điện làm việc an tồn, khơng gặp cố, khơng gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trường Đại học Điện Lực nói chung thầy khoa Kỹ thuật điện nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin cảm ơn đến Ths Phạm Thị Thanh Đam tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hướng dẫn em suốt q trình làm đồ án mơn học Do thiếu kinh nghiệm thực tế nên đề tài khơng thể tránh khỏi sai xót, nhầm lẫn, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Đồ án em gồm chương: Chương Thình hình giông sét nước ta Chương Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho TBA 220/110 kV Chương Thiết kế hệ thống nối đất tiếp cho trạm biến áp 220/110 kV Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng năm 2021 Sinh viên Nguyễn Tùng Anh Trang CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG GIƠNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Hiện tượng giông sét 1.1.1 Khái niệm chung Giông sét tượng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Hiện tượng phóng điện giơng sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Ở ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây-đất) Vì tượng phóng điện gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện Các đám mây tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cường độ điện trường lớn hình thành dịng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.107cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo mơi trường Plasma có điện tích lớn Đầu tia nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dưới tác dụng điện trường tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng điểm nằm phía đầu tia tiên đạo Cịn vùng đất có điện dẫn khơng đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Quá trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất địa điểm sét đánh mặt đất định sẵn Do để định hướng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình dựa tính chọn lọc phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngược n mật độ điện trường điện tích tia tiên đạo d đơn vị thời gian điện tích đất là:is=n.d Cơng thức tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dịng điện sét, dịng điện có biên độ Trang Chương I: Hiện tượng giơng sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam độ dốc phân bố theo hàm biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dịng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu góp, cháy nổ, điện diện rộng… 1.1.2 Tình hình giơng sét Việt Nam Việt Nam nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ giơng sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nước Việt nam có đặc điểm giơng sét khác Ở miền Bắc, số ngày giơng dao động từ 70÷110 ngày năm số lần giơng từ 150÷300 lần trung bình ngày xảy từ 2÷3 dơng Vùng giơng nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250÷300 lần giơng tập trung khoảng 100÷110 ngày Tháng nhiều giông tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thường khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trường hợp giông lên tới 200 lần, số ngày giông lên đến 100 ngày năm Các vùng cịn lại có từ 150÷200 giơng năm, tập trung khoảng 90÷100 ngày Nơi giơng miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có 80 ngày giơng Xét dạng diễn biến giơng năm, ta nhận thấy mùa giơng khơng hồn tồn đồng vùng Nhìn chung, Bắc Bộ mùa giông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực giơng nhất, thường có tháng số ngày giơng khoảng 10 ngày/tháng Tuy Hồ 10 ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam khu vực nhiều giông đồng Nam Bộ từ 120÷140 ngày/năm, thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm 1.2 Ảnh hưởng tượng giông sét tới hệ thống điện Việt Nam Như trình bày phần trước, biên độ dịng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vơ lớn dịng điện sét qua vật Thực tế có dây tiếp địa phần nối đất không tốt, bị dịng điện sét tác dụng bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng bị vỡ chảy nhũ thạch, phóng điện sét cịn kèm theo việc di chuyển không gian lượng điện tích lớn, tạo điện từ trường mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị điện tử, ảnh hưởng rộng, nơi cách xa hàng trăm km Khi sét đánh thẳng vào đường dây xuống mặt đất gần đường dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đường dây Khi cách điện đường dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha-đất ngắn mạch pha–pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với Trang Chương I: Hiện tượng giông sét ảnh hưởng đến hệ thống điện Việt Nam đường dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc khơng nhanh dẫn đến rã lưới Sóng sét cịn truyền từ đường dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp, điều nguy hiểm tương đương với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ lớn Qua ta thấy cố sét gây lớn, chiếm chủ yếu cố lưới điện, giơng sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lưới điện 1.3 Kết luận Sau nghiên cứu tình hình giơng sét Việt Nam ảnh hưởng giông sét tới hoạt động lưới điện Ta thấy việc tính tốn chống sét cho lưới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện Trang Chương II: Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho TBA 220/110kV CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 2.1 Khái niệm chung Đối với trạm biến áp 220 kV với thiết bị đặt ngồi trời, có sét đánh trực tiếp vào trạm xảy hậu nghiêm trọng, làm hư 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 Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ cao Hiện để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hướng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an tồn bên hệ thống Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ thống nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét cách nhanh nhất, đảm bảo cho dịng điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến thiết bị khác gần Ngồi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế cho hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tất thiết bị cần bảo vệ phải nằm gọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống đặt thân cơng trình độc lập tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể Đặt hệ thống thu sét thân cơng trình tận dụng độ cao phạm vi bảo vệ giảm độ cao cột thu lôi Nhưng mức cách điện trạm phải đảm bảo an tồn điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét gây nên điện áp giáng điện trở nối đất phần điện cảm cột, phần điện áp lớn gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến phần tử mang điện trạm mức cách điện khơng đủ lớn Do điều kiện để đặt cột thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phận nối đất nhỏ Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện cao (cụ thể khoảng cách thiết bị đủ lớn độ dài chuỗi sứ lớn) đặt cột thu Trang 10