Tài liệu Đồ án tốt nghiệp môn cao áp " TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV " pdf

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Đồ án tốt nghiệp môn cao áp TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Ch ng m u ươ ở đầ 3 Ch ng Iươ 6 I.1-KHÁI NI M CHUNG.Ệ 7 Trang - 1 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP I.2- CÁC YÊU C U K THU T KHI T NH TOÁN B O V CH NG SÉT ÁNH Ầ Ỹ Ậ Í Ả Ệ Ố Đ TR C TI P VÀO TR M BI N ÁP.Ự Ế Ạ Ế 7 Ch ng 2ươ 25 II.1- GI I THI U CHUNG VÀ M T S V N K THU T KHI T NH TOÁN Ớ Ệ Ộ Ố Ầ ĐỀ Ỹ Ậ Í N I T TR M BI N ÁP.Ố ĐẤ Ạ Ế 25 II.2- CÁC S LI U D NG T NH TOÁN N I T.Ố Ệ Ù ĐỂ Í Ố ĐẤ 28 II.3- TRÌNH T T NH TOÁN.Ự Í 29 II.4- T NH TOÁN N I T CH NG SÉT.Í Ố ĐẤ Ố 35 II.5- K T LU N.Ế Ậ 48 Ch ngIII:ươ 48 III.1- LÝ THUY T T NH TOÁN.Ế Í 49 III.2 - T NH SU T C T C A NG DÂY110KV DO SÉT ÁNH :Í Ấ Ắ Ủ ĐƯỜ Đ 57 III.3- T NH SU T C T T NG DO SÉT ÁNH VÀO NG DÂY T I Í Ấ Ắ Ổ Đ ĐƯỜ Ả 84 I N 110KV.Đ Ệ 84 III.4- T NH CH TIÊU CH NG SÉT CHO NG DÂY T I I N110KVÍ Ỉ Ố ĐƯỜ Ả Đ Ệ 84 Trang - 2 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Chương mở đầu TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI LƯỚI ĐIỆN Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của nghành điện . Ngày nay người ta đã tìm ra được các phương pháp nhữmh hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đámh . Sét là một hiện tượng tự nhiên , mật độ , thời gian phóng điện , biên độ dốc của sét không thể dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng , đặc biệt là trong nghành điện . I . Tình hình giông sét ở VIỆT NAM : Theo đề tài KC – 03 - 07 của viện năng lượng , trong một năm số ngày sét ở miền Bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có giông là từ 150 – 300 lần . Vùng có giông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái , Tiên Yên ( Quảng Ninh ) hàng năm có từ 100 – 110 ngày giông sét , tháng 7 , tháng 8 có thể có đến 25 ngày giông \ tháng . Một số vùng có điạ hình chuyển tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số lần giông cũng đến 200 lần sét / năm . Với số ngày giông khoảng 100 ngày / năm . Nơi ít giông nhất là quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày giông . Xét về diễn biến của mùa giông trong năm , mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng . Nói chung ở miền Bắc giông tập trung từ tháng 4 – 9 , ở phía tây bắc giông tập trung từ thánh 5 – 8 trong năm . Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày / tháng . Tháng có nhiều giông nhất là tháng 5 , có thể có từ 12 – 15 ngày . Những tháng đầu mùa và cuối mùa chỉ gặp 2 – 5 ngày / tháng . Từ Bình Định trở vào là khu vực ít giông nhất thường chỉ có vào tháng 5 , số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày ( Tuy Hoà 10 ngày , Nha Trang 8 ngày , Phan Thiết 13 ngày ) , còn các tháng khác của mùa đông chỉ quan sát được từ 5 – 7 ngày giông sét . Trang - 3 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Miền nam cũng có khá nhiều giông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày và đến trên 100 ngày tuỳ nơi . Khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam bộ , số ngày giông sét có thể lên tới 120 – 140 ngày /năm . Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 đến tháng 11 thì số ngày giông trung bình là 10 ngày /tháng , các tháng 5 đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày. Tây Nguyên , mùa giông chỉ có ở các tháng 4 , 5 và 9 . Tháng cực đại ( tháng 5 ) , trung bình quan sát được 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngày giông sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10 ngày còn các tháng khác trong mùa trung bình có 5 – 7 ngày /tháng . Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét trên 3 miền Bắc – Trung – Nam , những vùg lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau . Kết quả nghiên cứu , người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam ( các thông số cho trong bảng 1 ) . Vùng Ngày đông trung bình (ngày / năm ) Gìơ đông trung bình (giờ /năm) Mật độ sét trung bình Tháng giông cực đại đồng bằng ven biển 81.1 215.6 6.47 8 Miền núi trung du Bắc Bộ 61,6 219,1 6.33 7 Cao nguyên miền trung 47,6 126,21 3.31 5.8 Ven biển miền trung 44 95,2 3.55 5.8 đồng bằng miền Nam 60.1 89.32 5.37 5.9 Từ các số liệu về ngày giờ giông , số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực ( số liệu dự báo như trong bảng 2 ) Trang - 4 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Số ngày giông đồng bằng ven biển Miền núi trung du phía Bắc Cao nguyên miền trung Ven biển trung bộ đồng bằng miền Nam 20 ÷ 40 2,43 ÷4,68 2,1 ÷ 4,2 12 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 40 ÷ 60 4,68 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,06 80 ÷ 100 9,72 ÷ 12,15 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷ 6 4,87 ÷ 6,09 5,06 ÷6,3 100 ÷ 120 12,15 ÷ 14,58 10,5 ÷12,6 6 ÷ 7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 7,76 II . Ảnh hưởng của giông sét : Ỏ Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 đã lắp đặt các thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục , kết quả thu thập tình hình sự cố lưới đIện 220 kV ở miền Bắc từ năm 1987 đến năm 1992 được ghi trong bảng 3 : Loại sự cố Dưới 220 KV Đường dây Phả Lại – Hà Đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 1988 1989 1990 1991 1992 2 5 24 25 30 19 1 2 3 4 2 4 2 5 6 2 3 4 1 2 2 1 1 4 1 1 1 1 1 3 105 16 22 11 8 Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây 220 KV Phả Lại – Hà Đông , nguyên nhân do sét là 8/11chiếm 72,7 % .Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đường dây Phả Lại – Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới đIện Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đường dây này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình truyền tải điện năng trên lưới điện . Trang - 5 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Kết luận : Qua những nghiên cứu tính hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét gây nên đối với lưới điện , cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được . Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện của nước ta Chương I BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV. Trang - 6 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP I.1-KHÁI NIỆM CHUNG. Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng . Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. I.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP. Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của Trang - 7 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn ) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện . Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. I.3- Tính toán thiết kế, các phương án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của chúng. I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. - Độ cao cột thu lôi: h =h x + h a (I – 1) Trang - 8 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Trong đó: + h x : độ cao của vật được bảo vệ. + h a : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột. (h a ≥ D/8 m). (với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là: )2()( 1 6,1 −− + = Ihh h h r x x x - Nếu h x ≤ 2/3h thì: ) h8,0 h 1.(h5,1r x x −= (I –3) - Nếu h x > 2/3h thì: ) h h 1.(h75,0r x x −= (I - 4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là h o và được xác định theo công thức: )5( 7 −−= I a hh o Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là r xo và được xác định như sau: )( 1 6,1 0 x o x xo hh h h r − + = ( I-6 ) Trang - 9 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP H×nh (I – 1 ): Trêng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao b»ng nhau . r x 0,2h h 1,5h 0,75h r xo r x h o =h-a/7 R h x 0 a - Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h 1 và h 2 như hình vẽ dưới đây: (H×nh I – 2 ): Trêng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao kh¸c nhau a ' 2 h 2 1 h 1 3 R a - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h 2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a ' . Khi đó xác định được các khoảng cách x và a ' như sau: Trang - 10 - [...]... h1 I.3.2- Các số liệu dùng để tính tốn thiết kế cột thu lơi bảo vệ trạm biến áp 110/2 2kV - Trạm có diện tích là: 94 x 71m và bao gồm: + Hai máy biến áp T1 và T2 - Độ cao các thanh xà phía 11 0kV là 11m I.3.3- Trình tự tính tốn Trạm có cấp điện áp 11 0kV và có hai máy biến áp MB1,MB2 Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm và u cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa... nối đất an tồn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp) + Đối với các thiết bị có điểm trung tính khơng nối đất trực tiếp thì: R≤ 250 Ω I nếu như hệ thống chỉ dùng cho thiết bị cao áp + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện và chỉ hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: R≤ 125 Ω I Trang - 26 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP nhưng khơng được q 10 Ω + Khi dùng nối đất tự... đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi: h = hx + ha Trong đó: + h: độ cao cột thu lơi + hx: độ cao của vật được bảo vệ + ha: độ cao tác dụng của cột thu lơi ⇒ độ cao tác dụng của các cột thu lơi là : h = 5,8 + 11 =16,8 m ⇒ ta chọn cột thu lơ có độ cao h = 17m Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lơi: Trang - 15 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP * Bán kính bảo vệ của cột thu lơi cao 17m: - Bán... mặt kinh tế Ta thấy phương án II bố trí hợp lí cột chống sét hơn phương án I: Do vậy ta chọn phương án II Trang - 24 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP Chương 2 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/22 KV II.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé Hệ thống nối đất là một phần... độ cao tác dụng là : Trang - 21 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP ha = 6m Tính độ cao cột thu lơi ; Độ cao cột thu lơi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi: h = hx + ha Trong đó: + h: độ cao cột thu lơi + hx: độ cao của vật được bảo vệ + ha: độ cao tác dụng của cột thu lơi ⇒ độ cao tác dụng của các cột thu lơi là : h = 5,4 + 11 =16,4 m ⇒ ta chọn cột thu lơ có độ cao. .. đất cho phía 110 kV thì ta có thể nối đất cho các cột thu lơi độc lập hoặc ta cần tính tốn nói đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV II _3 : Ở đây ta sẽ tính tốn nối đất làm việc cho phía hạ áp 22 kV : u cầu nối đất an tồn phía 22 kV là :Ryc≤ 4 Ω Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật EFGH có kích thước như sau: E l1 F l2 G H Hình (II – 3 ): Sơ đồ nối đất mạch vòng Trang - 34 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO. .. chỉnh như sau: ρtt = ρđ.Km Trong đó: ρtt: là điện trở suất tính tốn của đất ρđ: điện trở suất đo được của đất Km : hệ số mùa của đất Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chơn sâu của điện cực Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 11 0kV và các cột thu lơi độc lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất Mặt khác do đặt các cột thu lơi trên xà nên phần... điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lơi, các đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính tốn cụ thể trong khi thiết kế Trong hệ thống điện thường có ba loại nối đất : + Nối đất làm việc Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị u cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp, thường là nối đất điểm trung tính máy biến áp. .. phương án đặt cột thu lơi như sau: I.3.3.1- Phương án 1 Ta bố trí 8 cột thu lơi trong đó 2 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột còn lại bố trí độc lập như hình vẽ : Trang - 11 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP Sơ đồ hiện trạng mặt bằng TBA 11 0kV Văn Điển : Phương án 1 3 2 6 7 Phòng điều khiển T1 PHÍA 2 2KV PHÍA 11 0KV Phòng phân phối T2 Phòng tụ bù 4 1 15.000 5 19.000 8 32.000 25.000 Tính độ cao tác... tính tốn thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo là: Rn.t.yc ≤ 0,993 Ω II.3.3- Tính nối đất nhân tạo của trạm 11 0kV Ta sử dụng một mạch vòng nối đất cho trạm 110 kV Mạch vòng bao quanh trạm có hình chữ nhật ABCD có kích thước như sau: Chiều dài l1 = 94m ; Chiều rộng l2 = 36m Sơ đồ nối đất mạch vòng có chơn cọc của trạm như hình (II –2 ): A l1 D l2 B C Hình (II – 2 ): Sơ đồ . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP Đồ án tốt nghiệp môn cao áp TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV Giáo viên. chì và chôn trong đất. I.3- Tính toán thiết kế, các phương án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 11 0kV và dựa vào độ cao