(Luận văn thạc sĩ) sử dụng phần mền ATPDraw để mô phỏng và tính toán quá trình sét trên đường dây tải điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CÔNG THIỆN SỬDỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ÐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SÉT TRÊN ÐUỜNG DÂY TẢI ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203 S KC 0 8 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CƠNG THIỆN SỬDỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Tp Hồ Chí Minh, năm 2016 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Phần mở đầu 1.Tính cấp thiết đề tài Sét tượng tự nhiên thường xuyên xảy năm, tùy theo vị trí địa lý mà số lần xuất khác Thiệt hại sét đánh lớn, khơng kinh tế mà cịn ảnh hưởng đến vấn đề an ninh quốc gia ngành quan trọng : Điện lực, Viễn thông, Y tế … Ở Việt Nam năm xảy điện tượng tự nhiên (cơn dơng, sét, gió mạnh…) Là tượng xảy thường xuyên hệ thống truyền tải phân phối điện năng, thay đổi đa dạng biên độ sóng điện áp, dịng điện cao có cố xảy đường dây ột tượng hổ iến t đánh, thiệt hại sét đánh lớn, yết định đến độ an toàn lượng tr yền tải h n hối Sự thay đổi đột ngột biên độ điện áp, dòng điện, giá trị tần số làm ảnh hưởng trực tiếp đến thiết bị điện lưới vận hành, gây già cổi cách điện, chí hư hỏng thiết bị làm tính ổn định hệ thống điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện cung cấp cho khách hàng Lưới điện trung áp Việt Nam chưa đầ tư ốn tương xứng với yêu cầ Thông thường với nước tiên tiến giới, nguồn vốn yêu cầ đầ tư cho lưới điện trung áp chiếm khoảng 50% tổng vốn đầ tư cho tồn ngành Nước ta điều kiện khó khăn ề kinh tế , lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải nhanh, thường xuyên xảy thiếu hụt điện nên ng ồn vốn thường tiên tập trung phát triển nguồn điện lưới điện cao áp Nguồn vốn đầ tư cho ng ồn lưới cao áp Việt Nam chiếm khoảng 85%, lại 15% vốn đầ tư cho lưới trung áp Vấn đề đặt nhiều bất cậ mà ngành điện khách hàng hải đối mặt bao gồm: lưới điện xuống cấ , độ tin cậy không cao, chất lượng điện thấp, tổn thất công suất, tổn thất điện lớn, khả tự động hóa kém… Một vấn đề quan trọng chưa an t m mức tượng điện áp t đánh xảy lưới trung áp Việc lựa chọn chống sét van lưới điện thường chọn cách đơn giản, xem xét vị trí lắ đặt, dẫn đến chống sét van bị áp bị sét đánh Nội dung luận ăn tậ tr ng s nghiên cứu mô Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ tượng điện sét đánh lưới điện trung áp tìm cách đề xuất hương thức lựa chọn đặt chống sét van hợp lý Chương trình ATPDraw-E TP đánh giá chương trình quốc tế sử dụng rộng rãi để mô tượng độ điện từ, điện cơ, sét đánh hệ thống điện 2.Nhiệm vụ luận văn:      Nghiên cứu phần mềm mô ATP/EMTP Nghiên cứu cấu tạo tính kỹ thuật thiết bị chống sét van Xác định mơ hình tính sét cho phần tử đường dây trung áp Xác định cấ trúc đường dây vị trí đạt hiệu chống sét Nhận xét, đánh giá, kết luận đề suất biện pháp chống sét 3.Phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu cấu trúc mạng điện, hệ thống bảo vệ hệ thống điện thực tế  Nghiên cứu cấu tạo tính kỹ thuật thiết bị chống sét van  Nghiên cứu phần mềm mô ATPDraw/EMTP  Lập mơ hình, mơ để xác định tiêu bảo vệ sét đường dây trung áp  Nhận xét, đánh giá, kết luận đề suất biện pháp chống sét cho mạng điện trung áp 4.Các bước tiến hành:      Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ Tìm hiểu nghiên cứu chọn lọc tài liệu liên quan Khảo sát hệ thống điện trung áp Nghiên tính kỹ thuật chống sét van Lập mơ hình phần tử cấu trúc thử nghiệm hệ thống điện trung áp  Thực mô  Đánh giá, nhận xét kết luận Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ 5.Điểm luận văn:  Lập mơ hình mơ đường dây trung áp VN với điện áp, dịng điện vị trí khác hệ thống điện trung áp bị sét đánh  Xác định hình dạng iên độ x ng sét qua thiết bị chống sét với cấu hình khác vị trí khác hệ thống điện trung áp  Cấu trúc bảo vệ chống sét đường dây trung áp chống sét van 6.Giá trị thực tiễn luận văn:  Mơ hình thiết bị sét sử dụng cho việc nghiên cứu dòng điện điện áp hệ thống điện sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện trung áp  Mơ hình mơ xác định dòng điện sét a thiết bị chống sét với cấu hình khác vị trí khác hệ thống điện sét đánh trực tiếp lên hệ thống điện giúp cho công tác học tập nghiên lĩnh ực chống sét, giúp hiểu rõ phân bố dòng điện hệ thống điện sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện  Kết mơ phục vụ cho việc đánh giá lựa chọn thiết bị chống sét phù hợp cho việc chống sét cho thiết bị hệ thống điện trung áp, làm tiền đề cho việc thiết kế chống sét nghiên cứu lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền hệ thống điện Việt Nam 7.Kết cấu luận văn: Chương 1:Tổng quan Chương 2:Giới thiệ chương trình ATP/E TP Chương 3:Thiết lập mơ hình tính tốn sét cho phần tử đường dây trung áp Chương 4:Xác định cấu trúc chống sét đường dây trung áp CSV Chương 5:Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Chương TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan - Do điều kiện địa chất, thủy ăn, địa hình khí hậu giới có chênh lệch lớn theo vùng, Quốc gia Do đó, mật độ sét khu vực khác Các cơng trình tải điện nằm vùng có mật độ sét lớn thường bị sét đánh, dẫn đến việc cắt điện cố ngắn mạch tránh khỏi - Việt Nam vùng có mật độ sét cao khu vực giới, điều ảnh hưởng tới khả c ng cấ điện ổn định an tồn, đặc biệt lưới trung áp l ơn coi mắt xích quan trọng hệ thống điện Việt Nam Do đó, iệc nghiên cứu mơ hình chống sét hiệu nhất, đảm bảo yếu tố kỹ thuật - kinh tế đặc thù khu vực Việt Nam cần thiết - Trong hệ thống điện, đường dây trung áp có đặc điểm trải dài nhiề địa hình, a nhiều vùng khí hậu - địa chất khác chịu ảnh hưởng trực tiếp từ thiên nhiên cơng trình hầu hết thiết trí ngồi trời - Theo thống kê, đa hần việc cắt điện lưới điện trung áp chủ yếu sét đánh d y dẫn sét đánh cột gây tượng hóng điện ngược, từ g y ngắn mạch trì.Trong đó, số lần cố gây cắt điện sét chiếm phần lớn lưới điện Việt Nam Đặc biệt vùng tuyến a có điện trở suất đất lớn, hệ thống tiế đất có điện trở lớn, khu vực đồi núi có mật độ sét cao 1.2.Sự hình thành sét - Trong điều kiện khí tượng định có h n chia điện tích đám m y dơng tác dụng luồng khí nóng thổi lên nước ngưng tụ đám m y gặp luồng khơng khí nóng ẩm với luồng khơng khí lạnh nặng, dơng ão sấm chớp xảy - Sét dạng hóng điện tia lửa khí với khoảng cách lớn Q trình hóng điện xảy khí đám m y mang điện trái dấu đám m y ới đất Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ - Sa đạt độ cao định vùng khơng khí bị lạnh đi, nước ngưng tụ thành giọt nước li ti thành tinh thể ăng tạo thành đám m y dông Các đám m y mang điện kết phân tích điện tích trái dấu tập trung phần khác đám m y - Kết quan trắc cho thấy phần đám m y dông chủ yếu chứa điện tích m, cảm ứng mặt đất điện tích dương tương ứng tạo nên tụ điện khơng khí khổng lồ Cường độ điện trường tr ng ình nơi đồng thường 1KV/cm, cá iệt nơi mật độ điện tích cao, nơi có ật dẫn điện tốt nhô lên cao mặt đất điện trường cục cao nhiều đạt đến ngưỡng ion hóa khơng khí (ở mặt đất trị số 25-30KV/cm lên cao giảm, độ cao vài kilomét giảm khoảng 10KV/cm) gây ion hóa khơng khí tạo thành dịng plasma, mở đầ cho trình hóng điện sét mây dơng mặt đất Hình 1.1: Sự phát triển sét đám mây dông - Sét thực chất dạng hóng điện tia lửa khơng khí với khoảng cách hóng điện lớn Chiều dài trung bình khe sét khoảng  Km, phần lớn chiề dài hát triển đám m y dơng Q trình hóng điện sét tương tự trình hóng điện tia lửa điện trường khơng đồng với khoảng cách hóng điện lớn Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Hình 1.2: Sự phát triển sóng điện sét đám mây dông 1.3.Cường độ hoạt động sét 1.3.1.Số ngày sét - Cường độ hoạt động sét biểu thị số ngày có giơng sét hàng năm (nngs) Các số liệ xác định theo số liệu quan trắc đài trạm khí tượng phân bố lãnh thổ nước Theo số liệu thống kê nhiề nước, ta có: - Số ngày sét hàng năm ùng xích đạo : 100  150 ngày - Số ngày sét hàng năm vùng nhiệt đới : 75  100 ngày - Số ngày sét hàng năm ùng ôn đới : 30  50 ngày 1.3.2.Mật độ sét - Để tính tốn số lần có hóng điện xuống đất, cần biết số lần có sét đánh diện tích 1[km2] mặt đất ứng với ngày sét, có trị số khoảng ms = 0,1  0,15 [lần/km2/ngày sét] Từ đó, tính số lần sét đánh cơng trình tải điện Kết tính tốn cho giá trị trung bình Trang HVTH:Trần Cơng Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  Mật độ STT t trung bình năm Việt Nam Địa điểm (Tên trạm khí tượng) Tỉnh, thành phố Mật độ sét (số lần/km2/năm) Ninh Thuận Phan Rang 1,0 Phú Yên Tuy Hòa 3,4 An Giang Ch Đốc 4,5 Thái Bình Thái Bình 5,1 Hà Tĩnh Kỳ Anh 6,1 Bà Rịa Vũng Tà Vũng Tà 7,1 Thanh Hóa Thanh Hóa 8,0 Hải Phịng Phú Liễn 9,0 Gia Lai Pleiku 9,4 10 Yên Bái Yên Bái 9,7 11 Thừa Thiên Huế A Lưới 10,0 12 Hà Giang Hà Giang 10,5 13 Bạc Liêu Bạc Liêu 11,0 14 Cà Mau Cà Mau 11,9 15 Đăk Nông Đăk Nông 12,2 16 Đăk Lăk Ban Mê Thuột 13,0 17 Bình Phước Đồng Phú 14,9 18 Long An Mộc Hóa 16,2 (Nguồn: Viện Vật lý địa cầu) 1.4.Các tham số phóng điện sét U (%) 100 50 Umax  ñs Umax t (s)  s Hình 1.3: Dạng dịng điện sét Trang HVTH:Trần Cơng Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ - Dạng điện sét có dạng sóng xung (Hình 1.3) Trung bình khoảng vài s, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng sa giảm chậm khoảng (20100)s tạo nên phần đ ôi sóng 1.4.1.Biên độ dịng điện sét - Xác suất xảy dịng điện sét có iên độ lớn I xác định : vI  e  I 26,1 (1-1) - Ở ùng đồi núi, iên độ dòng điện sét thường é so ới ùng đồng khoảng vài lần, khoảng cách từ đất lên đám m y giông ngắn nên hóng điện sét xảy ra, mật độ điện tích đám m y cịn é Tức xác suất xuất dòng điện sét có biên độ lớn thấ vI  e  Ip 30 (1-2) 1.4.2.Thời gian đầu óng độ dài dịng điện sét - Thời gian đầ sóng hay độ dài đầ sóng ký hiệu đs - Độ dài sóng dịng điện sét (s) thời gian dòng sét giảm khoảng 1/2 iên độ - Kết đo đạc cho thấy phần lớn sóng dịng điện sét có thời gian đầu sóng đs = (110)s thường gặp (14)s độ dài sóng khoảng s = (20100)s Trong tính tốn thiết kế thường lấy thời gian đầu sóng đs =1,2s độ dài sóng trung bình s 50s tương ứng với dạng sóng chuẩn (1,2/50) - Số liệu quan trắc sét nhiề nước nhiề năm cho thấy, sóng dịng điện sét mang cực tính âm xuất thường x yên chiếm khoảng 80%  90% tồn số lần hóng điện sét 1.5.Số lần t đánh năm - Xét đường dây có chiề dài L[km], độ treo cao trung bình d y h[m], đường dây thu hút hía hóng điện sét dải đất có chiều rộng 6h chiều dài chiều dài đường dây Tổng số lần có sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm là: Trang HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào cột mô hình loại IV (Dịng sét 160KA, Rd=25ohm) Trang 190 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Trang 191 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào cột mô hình loại IV (Dịng sét 160KA, Rd=50ohm) Trang 192 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Trang 193 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào cột mô hình loại IV (Dịng sét 160KA, Rd=100ohm) Trang 194 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ Trang 195 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  PHỤ LỤC 5:Kết mô sét đánh d y mơ hình loại I lượng qua chống sét van với dòng sét điện trở đất khác  S t đánh vào dây pha mơ hình loại I(Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=5ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại I (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=25ohm) Trang 196 HVTH:Trần Cơng Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào dây pha mơ hình loại I (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=50ohm)  S t đánh vào dây pha mô hình loại I (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=100ohm) Trang 197 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  PHỤ LỤC 6:Kết mô sét đánh d y mơ hình loại II lượng qua chống sét van với dòng sét điện trở đất khác  S t đánh vào dây pha mô hình loại II (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=5ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại II (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=25ohm) Trang 198 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào dây pha mơ hình loại II (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=50ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại II (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=100ohm) Trang 199 HVTH:Trần Cơng Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  PHỤ LỤC 7:Kết mô sét đánh d y mơ hình loại II lượng qua chống sét van với dòng sét điện trở đất khác  S t đánh vào dây pha mơ hình loại III (Dòng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=5ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại III (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=25ohm) Trang 200 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào dây pha mơ hình loại III (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=50ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại III (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=100ohm) Trang 201 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  PHỤ LỤC 8: Kết mô sét đánh d y mơ hình loại IV lượng qua chống sét van với dòng sét điện trở đất khác  S t đánh vào dây pha mơ hình loại IV (Dòng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=5ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại IV (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=25ohm) Trang 202 HVTH:Trần Công Thiện Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Lê Kỷ  S t đánh vào dây pha mô hình loại IV (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=50ohm)  S t đánh vào dây pha mơ hình loại IV (Dịng sét 2.5,5,10,12.5KA Rd=100ohm) Trang 203 HVTH:Trần Công Thiện S K L 0 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CÔNG THIỆN SỬDỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN NGÀNH:... sét đánh vào đường dây không treo dây chống sét  Đường dây có treo dây chống sét N ñc N ñv N 4  kv      Mặt đất Rc Rc Rc Hình 1.5: Các trường hợp sét đánh vào đường dây có treo dây. .. thống điện trung áp  Cấu trúc bảo vệ chống sét đường dây trung áp chống sét van 6.Giá trị thực tiễn luận văn:  Mơ hình thiết bị sét sử dụng cho việc nghiên cứu dòng điện điện áp hệ thống điện sét