Nghiên cứu đặc tính, mô hình chống sét van và việc sử dụng trong bảo vệ chống quá điện áp khí quyển và quá điện áp nội bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lưu Xn Thành NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH, MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN VÀ VIỆC SỬ DỤNG TRONG BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN THỊ MINH CHƯỚC Hà Nội – Năm 2013 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng tơi Các số liệu có thuyết minh lấy từ tài liệu tham khảo, công ty Thủy Điện Sơn La, công ty Truyền Tải Điện I, công ty cổ phần Tư Vấn Xây Dựng Điện I … Thuyết minh kết tính tốn thân thực Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2013 Học viên LƯU XUÂN THÀNH Khóa: CH 2010 - 2012 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn Hệ Thống Điện – trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giáo TS Nguyễn Thị Minh Chước tận tình quan tâm hướng dẫn giúp đỡ tác giả xây dựng hoàn thành luận văn Do thời gian tài liệu tham khảo có hạn, kiến thức chuyên sâu lĩnh vực hạn chế nên trình làm luận văn tơi khơng thể trách khỏi thiếu sót Do mong nhận góp ý thầy bạn để tơi sửa chữa bổ sung kiến thức Xin trân trọng cảm ơn! Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG: CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA CHỐNG SÉT VAN 13 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHỐNG SÉT VAN 13 1.2 CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN MOV 13 1.3 TÍNH NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TRỞ ZnO 16 1.4 ĐẶC TÍNH V-I 18 1.5 THỜI GIAN ĐÁP ỨNG 19 1.6 NĂNG LƯỢNG CHO PHÉP VÀ CƠNG SUẤT TIÊU TÁN TRUNG BÌNH ….20 1.6.1 Năng lượng cho phép 20 1.6.2 Công suất tiêu tán trung bình 21 1.7 TÍNH NĂNG KỸ THUẬT 21 1.7.1 Điện áp định mức (Ur) 22 1.7.2 Dòng điện quy chuẩn (Iref) 23 1.7.3 Điện áp quy chuẩn (Uref) 24 1.7.4 QĐA tạm thời (TOV) 24 1.7.5 Điện áp vận hành liên tục (Uc) 24 1.7.6 Hệ số độ bền chịu đựng áp tạm thời (T) 25 1.7.7 Điện áp dư (Uref) 27 1.7.8 Hệ số cố chạm đất (Ke) 27 1.7.9 Năng lượng định mức 27 1.7.10 Biên hạn bảo vệ (PM) 28 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B CHƯƠNG II: MƠ PHỎNG CHỐNG SÉT VAN TRONG TÍNH TỐN 30 2.1 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH Q ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ATP/EMTP 30 2.1.1 Giới thiệu chung chương trình ATP/EMTP 30 2.1.2 Xác suất xuất QĐA thao tác ATP/EMTP 40 2.1.3 Một số điểm ý sử dụng chương trình ATP/EMTP 41 2.1.4 Kết luận 41 2.2 CÁC MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN 41 2.2.1 Đặt vấn đề 41 2.2.2 Mơ hình điện trở phi tuyến 41 2.2.3 Mơ hình điện trở phi tuyến kết hợp với điện cảm phi tuyến 43 2.2.4 Mô hình SCHMIDT 46 2.2.5 Mơ hình nhóm chun gia IEEE 48 2.2.6 Mơ hình MARDIRA 51 2.2.7 Kết luận 53 CHƯƠNG III: SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN ĐỂ HẠN CHẾ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 55 3.1 MƠ PHỎNG SĨNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATP/EMTP 55 3.1.1 Mơ hình Trạm Biến Áp 55 3.1.2 Mơ TBA chương trình ATP/EMTP 56 3.1.3 Khảo sát phân bố QĐA nút TBA có sét đánh trường hợp không đặt CSV 64 3.1.4 Mô dùng CSV để hạn chế QĐA khí chương trình ATP/EMTP 66 3.1.5 Nhận xét 74 CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN ĐỂ HẠN CHẾ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ 75 4.1 MƠ PHỎNG ĐĨNG ĐƯỜNG DÂY KHƠNG TẢI BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATP/EMTP 75 4.1.1 Mơ hình đường dây 75 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B 4.1.2 Nhập liệu cho chương trình 75 4.1.3 Khảo sát QĐA phía cuối đường dây đóng đường dây khơng tải 83 4.2 MÔ PHỎNG DÙNG CHỐNG SÉT VAN ĐỂ HẠN CHẾ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATP/EMTP 90 4.2.1 Phần tử mơ chống sét van chương trình ATP/EMTP 90 4.2.2 Khảo sát sử dụng chống sét van hạn chế QĐA nội 91 4.2.3 Nhận xét 93 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 96 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ý nghĩa Chữ viết tắt HTĐ Hệ thống điện CSV IEC ANSI Chống sét van International Electrotechnical Commission American National Standards Institute MOV metal oxide varristor TOV MCOV ATP EMTP 10 TACS 11 IEEE 12 TBA Transient Overvoltage Maximum Continuous Operating Voltage Alternative Transients Programme Electromagnetic Transients Programme Transient Analysis of Control Systems Institute of Electrical and Electronics Engineers Trạm biến áp 13 MBA Máy biến áp 14 NMTĐ Nhà máy thủy điện 15 QĐA Quá điện áp 16 MC Máy cắt Học viên: Lưu Xuân Thành Chú thích Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ Chống sét van chế tạo từ ơxít kim loại Q điện áp tạm thời Điện áp vận hành liên tục Hệ thống điều khiển phân tích thống qua Viện kỹ nghệ điện điện tử LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Kích thước biến trở………………………………………………… 16 Bảng 1.2: Độ gia tăng điện áp pha – đất pha không bị cố……………… 27 Bảng 2.1: Khả mô ATP……………………………………… 31 Bảng 2.2: Các loại nguồn ATP………………………………………… Bảng 2.3: Các phần tử phi tuyến……………………………………………… 35 Bảng 2.4: Các dạng đường dây có thông số tập trung………………………… Bảng 2.5: Các loại đường dây có thơng số dải (đường dây hốn vị) ………… 36 Bảng 2.6: Các loại đường dây có thơng số dải (đường dây khơng hốn vị)…… 36 Bảng 2.7: Các phần tử “cable constants” “line constants”……………… 36 Bảng 2.8: Các loại máy biến áp……………………………………………… Bảng 2.9: Các loại công tắc…………………………………………………… 38 Bảng 2.10: Các loại máy điện…………….…………………………………… 34 35 37 39 Bảng 2.11: Quan hệ dòng áp A A ……………………………………… 52 Bảng 3.1: Thông số thành phần dây dẫn mô phỏng………………… 63 Bảng 3.2: Biên độ thời gian đầu sóng theo đặc tính chuỗi sứ cách điện 64 đường dây……………………………………………………… Bảng 3.3: Quá điện áp điểm thay đổi giá trị dịng sét khơng đặt 65 CSV ……………………………………………………………… Bảng 3.4: Thơng số đặc tính U-I CSV Areva QE050P…………………… Bảng 3.5: Giá trị điện áp điểm với T f khác nhau……………… 69 Bảng 3.6: Giá trị điện áp điểm với T f khác nhau……………… 71 Bảng 3.7: Giá trị điện áp điểm với T f khác nhau……………… 73 Bảng 3.8: Quá điện áp AT1 không đặt đặt CSV vị trí khác 73 66 nhau………………………………………………………………… Bảng 4.1: Thơng số dây dẫn dây chống sét…………… …………… 75 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật MBA 500kV trạm Sơn La…………… 81 Bảng 4.3: Phân bố QĐA dọc theo chiều dài đường dây……………………… 89 Bảng 4.4: Quá điện áp dọc theo chiều dài đường dây trường hợp.… 92 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc biến trở đặc tính V-I.…………………………… 13 Hình 1.2: Cấu trúc ceramic.…………………………………………… Hình 1.3: Vi cấu trúc MOV…………………………………………… 15 Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO………………… Hình 1.5: Sơ đồ lượng tiếp giáp ZnO-biên-ZnO …………………… 17 Hình 1.6: Quan hệ điện rào với điện áp đặt vào……………………… 18 Hình 1.7: Đặc tính V-I MOV ………………………………………… 19 Hình 1.8: Đáp ứng biến trở ZnO ứng với xung tốc độ cao…………… 20 Hình 1.9: Đáp ứng biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung dịng 20 Hình 1.10: Quan hệ cơng suất tiêu tán điện áp…….…………………… 21 Hình 1.11: Chức phối hợp cách điện CSV…… ………………… 22 Hình 1.12: Hệ số chịu đựng điện áp tạm thời… ……………………… 25 14 15 Hình 1.13: Khả áp tạm thời CSV McGraw-Edison Varistar loại 26 AZL8……………………………………………………………… Hình 2.1: Mơ hình ATP/EMTP.…………………………………………… 31 Hình 2.2: Mối tương quan ATPDraw Module khác… ……… 32 Hình 2.3: Cửa sổ giao diện ATP Draw… …………………………… 32 Hình 2.4: Xác suất xuất điện áp thao tác ……………………… 40 Hình 2.5: Mơ hình điện trở phi tuyến…… ……………………………… 42 Hình 2.6: Đặc tính V-I mẫu sóng đóng cắt 36/90µs …………… 43 Hình 2.7: Mơ hình vịng trễ V-I ……………………………………… 44 Hình 2.8: Đường cong V-I vịng trễ…… ……………………………… 45 Hình 2.9: Mơ hình CSV MOV… ………………………………………… 47 Hình 2.10: Đặc tính phần tử A theo I di/dt.………………………… 47 Hình 2.11: Mơ hình phụ thuộc tần số IEEE…………………………… 49 Hình 2.12: Đặc tuyến đơn vị phần tử phi tuyến A A … ………… 50 Hình 2.13: Mơ hình đề nghị Mardira ………………………………… 51 Hình 3.1: Sơ đồ thứ TBA 500kV Thường Tín.……………………… 55 Hình 3.2: Sơ đồ mơ TBA Thường Tín trường hợp nguy hiểm 57 Học viên: Lưu Xuân Thành LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B nhất………………………………………………………………… Hình 3.3: Sơ đồ mơ TBA chương trình ATP-EMTP ……… 58 Hình 3.4: Hộp thoại simulation ATP settings.……………………… 59 Hình 3.5: Hộp thoại Output ATP settings.….……………………… 59 Hình 3.6: Hộp thoại Format ATP settings ………………………… 60 Hình 3.7: Hộp thoại Variables ATP settings ……………………… 60 Hình 3.8: Nhập số liệu cho dây dẫn trạm ………………………… 63 Hình 3.9: Nhập liệu cho dịng sét.……………………………………… 64 Hình 3.10: Phân bố QĐA nút khơng đặt CSV (Tf=10-5s)……… 65 Hình 3.11: Phân bố QĐA nút không đặt CSV (Tf=10-6s)……… 65 Hình 3.12: Nhập liệu cho chống sét van ………………………………… 66 Hình 3.13: Sơ đồ mô trạm đặt CSV …………………………… 67 Hình 3.14: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 68 s)………………………………………………………………… Hình 3.15: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 68 s) ……………………………………………………………… Hình 3.16: Sơ đồ mơ trạm đặt CSV trước AT1……………… 69 Hình 3.17: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 70 s)………………………………………………………………… Hình 3.18: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 70 s)………………………………………………………………… Hình 3.19: Sơ đồ mơ trạm đặt CSV trước AT1 71 Hình 3.20: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 72 s)………………………………………………………………… Hình 3.21: Đường cong QĐA điểm đặt CSV (T f =10- 72 s)………………………………………………………………… Hình 3.22: Điện áp MBA trường hợp đặt khơng đặt CSV Hình 4.1: 73 Sơ đồ đơn giản hóa mơ đóng cắt thống kê đoạn đường 75 dây 500kV Sơn La – Hồ Bình ………………………………… Hình 4.2: Hộp thoại simulation ATP settings.……………………… Học viên: Lưu Xuân Thành 76 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B Phụ Lục PHÂN BỐ QUÁ ĐIỆN ÁP DỌC THEO CHIỀU DÀI ĐƯỜNG DÂY KHI ĐẶT CSV PL6.1 Vị trí đo 1: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 117 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B PL6.2 Vị trí đo 2: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 118 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B PL6.3 Vị trí đo 3: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 119 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B PL6.4 Vị trí đo 4: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B PL6.5 Vị trí đo 5: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 121 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B Phụ Lục PHÂN BỐ QUÁ ĐIỆN ÁP DỌC THEO CHIỀU DÀI ĐƯỜNG DÂY KHI ĐẶT CSV PL7.1 Vị trí đo 1: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 122 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B PL7.2 Vị trí đo 2: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 123 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL7.3 Vị trí đo 3: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 124 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL7.4 Vị trí đo 4: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 125 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL7.5 Vị trí đo 5: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 126 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHÓA 2010B Phụ Lục PHÂN BỐ QUÁ ĐIỆN ÁP DỌC THEO CHIỀU DÀI ĐƯỜNG DÂY KHI ĐẶT CSV PL8.1 Vị trí đo 1: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 127 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL8.2 Vị trí đo 2: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 128 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL8.3 Vị trí đo 3: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 129 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B L8.4 Vị trí đo 4: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 130 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHĨA 2010B PL8.5 Vị trí đo 5: Điện áp pha A Điện áp pha B Điện áp pha C Học viên: Lưu Xuân Thành 131 ... hướng nghiên cứu QĐA đóng cắt khơng tải đường dây siêu cao áp q trình truyền sóng vào TBA Luận văn có tiêu đề: ? ?Nghiên cứu đặc tính, mơ hình chống sét van việc sử dụng bảo vệ chống điện áp khí điện. .. đề nghiên cứu bảo vệ chống điện áp (QĐA) thúc đẩy nghiên cứu, tính chất cần thiết đến việc vận hành an toàn, tin cậy hệ thống cung cấp điện Để thực bảo vệ chống sóng QĐA, HTĐ ta sử dụng chống sét. .. CHỐNG SÉT VAN ĐỂ HẠN CHẾ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ATP/EMTP 90 4.2.1 Phần tử mô chống sét van chương trình ATP/EMTP 90 4.2.2 Khảo sát sử dụng chống sét van hạn chế QĐA nội