Nghiên cứu và tính toán nối đất trạm biến áp trong vùng có điện trở suất của đất cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NAM ANH NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP TRONG VÙNG CÓ ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT CAO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NAM ANH NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP TRONG VÙNG CÓ ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA ĐẤT CAO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh i Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh ii Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh iii Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh iv Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh v Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh vi Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh vii Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh viii Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” h độ chôn sâu lưới nối đất (m) h0 độ chôn sâu lưới nối đất chuẩn (m) Dr chiều rộng diện tích lắp đặt (m) Dl chiều dài diện tích lắp đặt (m) Tmt nhiệt độ mơi trường (0C) Tm nhiệt độ tối đa cho phép (0C) Kf số vật liệu ꞵ giá 1m cáp đồng (VND) γ giá mối hàn hóa nhiệt Cadweld (VND) θ giá tiền bao hóa chất San Earth (VND) avh hệ số vận hành Thv thời gian hoàn vốn (năm) b Kết tính tốn Nr số lượng theo chiều rộng D1 khoảng cách theo chiều rộng (m) Nl số lượng theo chiều ngang D2 khoảng cách theo chiều ngang (m) Ltotal tổng chiều dài cáp nối đất (m) MH tổng số mối hàn Cadweld Amm tiết điện cáp nối đất (mm2) atc hệ số tiêu chuẩn K vốn đầu tư (VND) Z chi phí tính tốn hàng năm (VND/năm) 4.2.3 Lưu đồ chương trình LGCP Các công cụ tra cứu tự động 1, 2, có chức giống chương trình GCP  Cơng cụ 4: có chức tra tự động tính hàm chi phí tính tốn hàng năm lưới nối đất sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất San Earth lựa chọn HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 53 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” ZSE = atc KSE + avh KSE (4.3) Với: Z chi phí tính tốn hàng năm (VND/năm); K vốn đầu tư (VND); avh hệ số vận hành; atc hệ số tiêu chuẩn, atc = 1/Thv với Thv thời gian hoàn vốn; avh = 0,1 KSE = [ LT ꞵ + MH γ + NSE θ ] (4.4) NSE = LT /20 (4.5) Với: LT tổng chiều dài dây nối đất (m); ꞵ giá tiền 1m cáp đồng ứng với tiết diện dây lựa chọn (VND) tra Bảng 4.3; MH số mối hàn hóa nhiệt Cadweld; γ giá mối hàn (VND/mối hàn) tra Bảng 4.4; NSE số lượng bao hóa chất San Earth sử dụng (bao); θ giá tiền bao hóa chất San Earth (VND) tra Bảng 4.5 Bảng 4.5: Giá hóa chất San Earth (VND) STT Tên hóa chất Giá bao θ (VND) Hóa chất giảm điện trở nối đất San Earth 1.000.000 4.2.4 Mã chương trình LGSP Mã chương trình LGCP trình bày Phụ lục 4.2.5 Tính tốn cho lưới nối đất an tồn sử dụng hóa chất làm giảm điện trở đất San Earth cho trạm biến áp điển hình 115/13 kV a Thông số ban đầu trạm biến áp điển hình 115/13 kV tf = 0.5 thời gian cố (s) Z1 = 4+10i tổng trở tương đương thứ tự thuận phía phía sơ cấp (kV) Z2 = Z1 tổng trở tương đương thứ tự nghịch phía sơ cấp (kV) Z0 = 10+40i tổng trở tương đương thứ tự khơng phía sơ cấp (kV) Sf = 0.6 hệ số chia dòng Vll = 115 điện áp dây nơi xảy cố (kV) p = 400 điện trở suất đất (Ω.m) ps = 2500 điện trở suất lớp vật liệu bề mặt (Ω.m) HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 54 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” hs = 0.102 độ dày lớp đá (m) h = 0.5 độ chôn sâu lưới nối đất (m) h0 = độ chôn sâu lưới nối đất chuẩn (m) Dr = 70 chiều rộng diện tích lắp đặt (m) Dl = 70 chiều dài diện tích lắp đặt (m) Tmt = 40 nhiệt độ môi trường (0C) ꞵ giá tiền 1m cáp ứng với tiết diện dây dẫn tra Bảng 4.3 γ giá mối hàn (VND) tra Bảng 4.4 θ giá tiền bao hóa chất San Earth (VND) tra Bảng 4.5 Thv = thời gian hoàn vốn (năm) avh = 0.1 hệ số chi phí vận hành b.Kết tính tốn trạm biến áp điển hình 115/13 kV Nr = số lượng theo chiều rộng D1 = 8.75 khoảng cách theo chiều rộng Nl = số lượng theo chiều ngang D2 = 8.75 khoảng cách theo chiều ngang LT = 1260 tổng chiều dài cáp nối đất (m) MH = 81 tổng số mối hàn Cadweld Amm = 70 tiết điện cáp nối đất (mm2) NSE = 63 số lượng bao hóa chất San Earth sử dụng (bao) KSE = 255.600.000 vốn đầu tư lưới nối đất sử dụng hóa chất San Earth (VND) atc = 0.2 hệ số tiêu chuẩn ZSE = 76.680.000 chi phí tính tốn hàng năm lưới nối đất có San Earth (VND/năm) HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 55 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Luận văn “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” hoàn thành thời hạn đạt nội dung nghiên cứu đề Cụ thể:  Nghiên cứu tổng quan lưới nối đất trạm biến áp, tính hóa chất giảm điện trở nối đất SAN EARTH;  Nghiên cứu bước tính tốn nối đất an toàn trạm biến áp theo đề xuất tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 tính tốn kiểm tra cho trạm biến áp 15MVA, 115/13kV; Xây dựng công cụ tra cứu liệu tự động hai chương trình tính tốn điện trở nối đất GCP LGCP  Xây dựng chương trình GCP tính tốn, thiết kế tự động lưới nối đất an toàn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xác định hàm chi phí tính tốn hàng năm phương án lựa chọn trường hợp khơng sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất;  Xây dựng chương trình LGCP tính tốn, thiết kế tự động lưới nối đất an tồn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xác định hàm chi phí tính tốn hàng năm phương án lựa chọn trường hợp sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo cơng cụ tính tốn cho cơng ty Điện lực, công ty TVTK điện, học viên cao học, NCS ngành Kỹ thuật điện quan tâm đến tốn tính tốn lưới nối đất an tồn theo đề xuất tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển  Tính tốn lưới nối đất an tồn trạm biến áp với hình dạng khác nhau;  Tính tốn lưới nối đất trạm biến áp sử dụng cọc chôn sâu HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 56 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo nước [1] Hồ Ninh Thuận, Sử dụng chất cải tạo đất tính tốn nối đất an tồn theo tiêu chuẩn IEEE STD 80-2013, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2016 [2] Phạm Tấn Hưng, Nối đất trạm biến áp cao có tính đến hóa chất cải tạo đất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2015 [3] Nguyễn Thanh Tùng, Tính tốn điện trở nối đất hình thức đơn giản có tính đến thành phần cải tạo đất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2012 [4] Nguyễn Trung Phương, Nghiên cứu phương pháp tính tốn giải pháp giảm điện trở vùng có điện trở suất cao, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012 Tài liệu tham khảo nước [5] Akshay Patil, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR JEEE), Substation Earthing Design, Volume 12, Issue Ver II , Jan – Feb 2017 [6] Hachimenum Nyebuchi Amadi, Design of grounding system for A.C substations with critical consideration of the mesh, touch and step potentials , European Journal of Engineering and Technology, Vol No 4, 2017 [7] Vijay Shinol, S M Takalkar, Feasibility Study of Adequacy of Existing Earthing Grid to the Extended Gas Insulated Substation, International Journal of Science and Research and Development, (IJERD) ISSN: 2278-067X Recent trends in Electrical and Electronics & Communication Engineering (Page 51-56) (RTEECE 08th – 09th April 2016) [8] Dwarka Prasad , Dr.H.C Sharma, Designing an Earthing and Bonding System for High Voltage Substation, International Journal of Engineering Research and General Science Volume 3, Issue 2, March-April, 2015 HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 57 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” [9] M.Nassereddine, J.Rizk, M.Nagrial, A Hellany, HV substation earth grid commissioning using current injection test (CIT) method: Worst case scenario determination, International Journal of Energy and Environment, Volume 6, Issue 4, 2015 [10] Zhang Jinsong, Qian Feng, Guo Bing, Yexu Li, and Farid Dawalibi, Grounding of Urban GIS Substation Connected to Commercial Buildings and Metallic Infrastructures, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, Vol.3, No.3, August 2015 [11] Muhammad Usman Cheema, MBilal Cheema ,Adnan Bashir, M Usman Aslam, A comparison of ground grid mesh design and optimization for 500kv substation using IEEE 80-2000 and finite element methods, Electrical and Electronics Engineering: An International Journal (ELELIJ) Vol 4, No 1, February 2015 [12] Swapnil G.Shah and Nitin R.Bhasme, Design of earthing system for hv/ehv ac substation (a case study of 400kv substation at aurangabad, india), International Journal of Advances in Engineering & Technology, Jan 2014 [13] Lothar Fickert, Ernst Schmautzer, Christian Raunig, Verification of global earthing systems, 22nd International Conference on Electricity Distribution Stockholm, 10-13 June 2013 [14] Shan Sun, Guo Zeng, Xiaozang He, Yanping Lv, Xinyi Li, The Research on Grounding Protection for 110kV Resistance Grounding Distribution System, Energy and Power Engineering, 2013 [15] M Nassereddine, J Rizk, HV Substation Earthing Design for Mines, Volume 4, Issue (October 2012) [16] Ashwani Kumar, Grounding System for High Resistivity Limited Area Substations in Hilly Region of Himachal Pradesh, 16th National Power Systems Conference, 15th-17th DECEMBER, 2010 HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 58 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương trình tính tốn lưới nối đất tự động khơng sử dụng hóa chất giảm điện trở đất (GCP - Grounding Caculation Program) disp('GROUNDING CACULATION Program') tf=input('Thoi gian su co tf(s)=') Z1=input('Tong tro tuong duong thu tu thuan phia 115 kV,Z1=') Z2=Z1;% Tong tro tuong duong thu tu nghich phia 115 kV Z0=input('Tong tro tuong duong thu tu khong phia 115kV,Z0=') Sf=input('He so chia dong Sf=') Vll=input('Dien ap day tai noi xay su co(kV),Vll=') p=input('Dien tro suat cua dat(Ohm.m),p=') ps=input('Dien tro suat cua lop vat lieu be mat(Ohm.m),ps=') hs=input('Do day lop da(m),hs=') h=input('Do chon sau cua luoi noi dat(m),h=') h0=input('Do chon sau luoi noi dat chuan,h0=') Dr=input('Chieu rong dien tich lap dat(m),Dr=') Dl=input('Chieu dai dien tich lap dat(m),Dl=') Tmt=input('Nhiet moi truong (oC),Tmt=') LD=input('Do dan dien cua day dan 1:Dong100%,2:Dong97%,3:Dong40%,4:Dong30%,5:Dong17%,6:NhomLoiThep,7:Thep1020 =') if LD==1 Tm=1083, Kf=7; elseif LD==2 Tm=1084, Kf=7.06; elseif LD==3 Tm=1084, Kf=10.45; elseif LD==4 Tm=1084, Kf=12.06; elseif LD==5 Tm=1084, Kf=14.64; elseif LD==6 Tm=657, Kf=17.26; elseif LD==7 Tm=1510, Kf=18.39; end %nr So khoang cach theo chieu rong %nl So khoang cach theo chieu dai for i=0:1:20 nr=2+i; nl=2+i; Nr=nr+1; % So luong theo chieu rong Nl=nl+1; % So luong theo chieu ngang D1=Dr/nr; % Khoang cach giua hai theo chieu rong D2=Dl/nl; % Khoang cach giua hai theo chieu ngang LT=Nr*Dr+Nl*Dl; % Tong chieu dai noi dat LP=2*Dr+2*Dl;% Chu vi luoi noi dat Asgtd=Dr*Dl; Vln=(Vll/sqrt(3))*10^3; % Dien ap pha phia so cap MBA (V) HVTH: Trần Nam Anh GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 59 Luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu tính tốn nối đất trạm biến áp vùng có điện trở suất đất cao” Rf=0; % Dien tro cham dat If=(3*Vln)/((3*Rf)+Z1+Z2+Z0); SuatIf=abs(If); XR=(imag(Z1)+imag(Z2)+imag(Z0))/(real(Z1)+real(Z2)+real(Z0)); ZT1lvnew=((VTS/VTP)^2)*Z1+ZT1; ZT2lvnew=ZT1lvnew; Vln_lv=VTS*10^3/sqrt(3); ZT0=ZT1; If_lv=(3*Vln_lv)/((3*Rf)+ZT1lvnew+ZT2lvnew+ZT0); SuatIf_lv=abs(If_lv); XRlv=(imag(ZT1lvnew)+imag(ZT2lvnew)+imag(ZT0))/(real(ZT1lvnew)+real(ZT2lvne w)+real(ZT0)); if tf==0.05 Df=-0.0002325*XR^2+ 0.02095*XR+1.047; elseif tf==0.1 Df=-0.0001125*XR^2+ 0.01405*XR+0.9958; elseif tf==0.2 Df=-0.000025*XR^2+ 0.00685*XR+0.998; elseif tf==0.3 Df=-0.00001*XR^2+ 0.0045*XR+0.999; elseif tf==0.4 Df=-0.0000025*XR^2+ 0.003195*XR+1.001; elseif tf==0.5 Df=-0.000005*XR^2+ 0.00275*XR+0.999; elseif tf==0.75 Df=-0.0000025*XR^2+ 0.001795*XR+1; elseif tf==1 Df=(-1.106^(-19))*XR^2+ 0.0013*XR+1; else Df=1; end Ifrms=Df*SuatIf_lv; Akcmil=(Ifrms*Kf*sqrt(tf))/1000; % Tiet dien mat cat day dan Amm=0.5067*Akcmil; if Amm