Bảo vệ chống sột cho cỏc phần tử hệ thống điện như đường dõy, trạm biến ỏp hay nhà mỏy điện đạt mức độ hiệu quả nhất định phụ thuộc vào quỏ trỡnh hỡnh thành và phúng điện của sột do một số nguyờn nhõn sau:
- Khú dự bỏo do xỏc suất ngẫu nhiờn của sột, - Thiếu dữ liệu do tần suất của sột,
- Phõn tớch chi tiết phức tạp, đũi hỏi chi phớ cao, - Cỏc phương phỏp khụng đảm bảo bảo vệ 100%...
Do vậy, tựy thuộc vào mức độ quan trọng của đối tượng bảo vệ mà lựa chọn hệ thống chống sột và phương phỏp tớnh toỏn phự hợp ứng với suất rủi ro trong giới hạn chấp nhận được. Ở cỏc cấp điện ỏp thấp sử dụng những phương phỏp tớnh toỏn đơn giản dựa trờn kinh nghiệm và suất rủi ro cao hơn. Đối với cỏc phần tử quan trọng hơn, cấp điện ỏp cao hơn thường cú cỏc thiết bị đắt tiền, đũi hỏi thiết kế hệ thống chống sột phức tạp và cỏc phương phỏp tớnh toỏn chớnh xỏc hơn để loại trừ đại đa số cỏc nguy cơ và thiệt hại do sột gõy ra. Tuy nhiờn, người thiết kế cần cõn đối về thiệt hại do sột với việc đầu tư hệ thống thu sột và phần mềm tớnh toỏn, phõn tớch bảo vệ.
Người thiết kế cần đỏnh giỏ và phõn tớch cỏc vấn đề sau: - Đỏnh giỏ tầm quan trọng của cụng trỡnh cần bảo vệ, - Hậu quả cú thể cú khi cụng trỡnh bị sột đỏnh trực tiếp, - Tần suất và mức độ nguy hiểm của vựng bóo,
- Phương phỏp bảo vệ,
- Đỏnh giỏ hiệu quả và chi phớ thiết kế...
Bảo vệ chống sột thường được chia thành nhiều “cấp bảo vệ” dựa trờn cơ sở mức năng lượng, bao gồm:
Bảo vệ cấp 1: Loại trừ cỏc phúng điện sột và súng cắt tỏc động trực tiếp tới cỏc phần tử của hệ thống điện. Mức bảo vệ này thường được ứng dụng cho bảo vệ đường dõy tải điện trờn khụng và trạm biến ỏp.
Yờu cầu của bảo vệ cấp 1 là hạn chế cỏc ảnh hưởng của phúng điện sột trực tiếp vào cỏc thiết bị và cỏc phần tử của hệ thống điện. Như đó giới thiệu, cỏc quỏ trỡnh hỡnh thành và phúng điện sột là hoàn toàn mang tớnh ngẫu nhiờn. Đồng thời, cỏc nghiờn cứu về phúng điện sột cho tới nay cơ bản vẫn dựa trờn mụ hỡnh trong phũng thớ nghiệm hay ngoài thực địa. Cỏc phương phỏp tớnh tương đối khỏc nhau. Tuy nhiờn, cỏc phương phỏp tớnh được ứng dụng trong thực tiễn tương đối tin cậy, dựa trờn 3 mụ hỡnh chớnh là Mụ hỡnh hỡnh học, Mụ hỡnh điện hỡnh học, và Mụ hỡnh tổng quỏt.
Hệ thống bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp bao gồm 3 thành phần chớnh là: kim hay dõy thu sột, bộ phận dẫn dũng điện sột và hệ thống nối đất. Dưới tỏc dụng của điện tớch phớa đỏm mõy, hệ thống thu sột sẽ tập trung cỏc điện tớch trỏi dấu phớa dưới mặt đất lờn kim (dõy) thu sột, tạo lờn điện trường lớn nhất giữa nú với đầu tia tiờn đạo, rễ ràng thu hỳt cỏc phúng điện sột về phớa mỡnh và tạo ra một vựng an toàn bao quanh hệ thống thu sột. Để làm được như vậy, bộ phận thu sột phải được đặt ở vị trớ cao nhất của cụng trỡnh cần bảo vệ.
Bảo vệ cấp 2: nhằm hạn chế độ lớn điện ỏp dư của súng cắt. Cấp bảo vệ này thường ứng dụng để bảo vệ cỏc thiết bị điện trong trạm biến ỏp và/hoặc lắp đặt cỏc thiết bị chống quỏ ỏp nhằm tiờu tỏn năng lượng của xung cắt trước khi vào trạm biến ỏp.
Trạm biến ỏp hoặc nhà mỏy điện thường nối với cỏc đường dõy tải điện trờn khụng, nờn thường xuyờn chịu tỏc động của quỏ điện ỏp khớ quyển lan truyền từ đường dõy vào trạm biến ỏp do sột đỏnh trờn đường dõy, đặc biệt là sột đỏnh vào đoạn đường dõy gần trạm. Quỏ điện ỏp này cú dạng toàn súng hoặc xung cắt cú thể vượt mức cỏch điện xung sột của cỏc thiết bị điện hoặc hệ thống thanh gúp. Để hạn chế và loại trừ quỏ điện ỏp này người ta thường sử dụng cỏc thiết bị chống sột như chống sột van lắp trờn đầu vào của mỏy biến ỏp và/hoặc trờn cỏc xuất tuyến hay trờn thanh gúp trạm biến ỏp đảm bảo rằng cỏc thiết bị điện trong trạm biến ỏp nằm trong vựng bảo vệ của chống sột van. Nghĩa là, điện ỏp dư của chống sột van luụn nhỏ hơn mức cỏch điện xung của thiết bị điện một hệ số an toàn.
Bảo vệ cấp 3: Quỏ điện ỏp cảm ứng do sột đỏnh gần trạm biến ỏp hoặc đường dõy cú thể cao tới hàng chục kV, gõy nguy hiểm cho cỏch điện của cỏc thiết bị điện ỏp thấp hay cỏc thiết bị điện tử. Bảo vệ ở phớa điện ỏp thấp bằng cỏch lắp đặt cỏc bộ lọc và/hoặc thiết bị hạn chế quỏ ỏp nối tiếp với hệ thống mỏy tớnh, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tớn hiệu.
1. Phương phỏp thiết kế bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp
a) Mụ hỡnh thực nghiệm:
Dựa trờn thực nghiệm để xỏc định vựng bảo vệ của hệ thống thu sột (dõy, kim) bằng mụ tả, biến đổi hỡnh học. Vựng bảo vệ chỉ phụ thuộc vào độ cao của hệ thống thu sột.
- Phương phỏp gúc cố định,
- Phương phỏp đường cong thực nghiệm, b) Phương phỏp gúc cố định
Phương phỏp gúc cố định do F. W. Peek phỏt triển vào năm 1924. Vựng bảo vệ của cột thu sột là một đường cong bao quanh cột thu sột. Để thuận tiện cho việc tớnh toỏn và ứng dụng trong thực tiễn đó được cỏc nhà khoa học như Wagner, McCann và MacLane hiệu chỉnh và coi mặt cong của vựng bảo vệ là mặt phẳng hợp với cột thu sột một gúc nhất định. Do vậy, phương phỏp này ngày nay được gọi là Phương phỏp gúc cố định và được dựng phổ biến ở nhiều nước cũng như được IEEE khuyến cỏo sử dụng ở cấp điện ỏp 69 kV trở xuống.
Phương phỏp này cú thể tớnh toỏn cho cột chống sột và dõy chống sột. Ưu điểm của phương phỏp là tớnh toỏn đơn giản. Nhưng độ chớnh xỏc khụng cao, với sai số 0,1% và:
- Khụng chớnh xỏc khi chiều cao của cột thu sột lớn hơn nhiều đối tượng bảo vệ,
- Khụng kể tới độ lớn của dũng điện sột.
c) Phương phỏp đường cong thực nghiệm.
Năm 1941, nhúm của Wagner đó thực hiện nghiờn cứu phương phỏp đường cong dựa trờn mụ hỡnh thực nghiệm trong phũng thớ nghiệm. Quỏ trỡnh phúng điện của sột được mụ phỏng bằng xung dương 1,5/40 s, cho phúng điện từ một điện cực đặt trờn cao xuống mặt đất hoặc dõy chống sột đặt nằm ngang hay cột thu sột với cỏc kớch thước khỏc nhau. Từ bộ số liệu thực nghiệm vẽ thành cỏc đường cong quan hệ giữa chiều cao hệ thống chống sột và bỏn kớnh bảo vệ như hỡnh… Kết quả cũng đó được thử nghiệm trờn cỏc đường dõy tải điện cú đặt dõy chống sột.
d) Mụ hỡnh điện hỡnh học (EGM – Electrogeometrical Model)
Mụ hỡnh điện hỡnh học lần đầu tiờn được Golde phỏt triển vào năm 1945i. Nhưng chưa phự hợp với cỏc kết quả của hệ thống bảo vệ nờn chưa được ứng dụng trong thực tế. Vào giữa những năm 50, với sự xuất hiện của đường dõy truyền tải 345 kV ở khu vực Bắc Mỹ, đường dõy này được thiết kế hệ thống bảo vệ chống sột đỏnh trực tiếp theo phương phỏp của AIEE (American Institute of Electrical Engineers). Tuy nhiờn, qua thời gian vận hành thấy rằng suất cắt điện đường dõy do sột đỏnh cao hơn
nhiều so với thiết kế. Do vậy, cỏc nhà nghiờn cứu đó tập trung tỡm nguyờn nhõn và chỳ ý đến việc nghiờn cứu EGM. Năm 1960, J. G. Anderson đó phỏt triển một chương trỡnh mỏy tớnh sử dụng phương phỏp Monte Carlo để tớnh toỏn hiệu quả chống sột của đường dõy truyền tải. Phương phỏp này cho kết quả tương đối tốt cú thể ứng dụng cho đường dõy thực tế.
Năm 1976, Mousa tiếp tục phỏt triển EGM trờn đường dõy truyền tải và mở rộng nghiờn cứu trờn cỏc trạm biến ỏp. Năm 1980, Anderson và Eriksson cũng đó đưa ra cỏc kết quả nghiờn cứu khỏc với nghiờn cứu trước đú. Về cơ bản là trong cụng thức tớnh toỏn khoảng cỏch sột đỏnh cũng chỉ ra sự khỏc nhau giữa cột và dõy chống sột và đưa thờm hệ số kinh nghiệm k vào tớnh toỏn. Ngoài ra, trong nghiờn cứu của Eriksson ngoài dũng điện sột cũn xem xột thờm ảnh hưởng của độ cao của hệ thống chống sột tới khoảng cỏch sột đỏnh.
2. Bảo vệ chống sột cấp 2 cho trạm biến ỏp.
Cỏc thiết bị điện thường xuyờn chịu tỏc động của quỏ điện ỏp sột, quỏ điện ỏp đúng cắt, quỏ điện ỏp tạm thời. Cỏc loại quỏ điện ỏp này phỏt sinh trong hệ thống điện hay trờn chớnh cỏc xuất tuyến sẽ lan truyền tới trạm biến ỏp và tỏc động lờn cỏch điện của cỏc thiết bị điện trong trạm. Việc thiết kế cỏch điện trong trạm biến ỏp và trờn cỏc thiết bị điện về cơ bản phải chịu đựng được đa số cỏc quỏ điện ỏp tạm thời, quỏ điện ỏp đúng cắt và một số quỏ điện ỏp sột cú trị số nhỏ. Cỏch điện cú cường độ cỏch điện càng cao sẽ càng làm tăng chi phớ xõy dựng. Mặt khỏc, quỏ điện ỏp sột lan truyền từ cỏc đường dõy vào trạm biến ỏp cú thể từ vài MV tới hàng chục MV. Độ lớn quỏ điện ỏp sột phụ thuộc nhiều yếu tố như, độ lớn dũng điện sột, độ dốc đầu súng dũng điện, vị trớ sột đỏnh, tỡnh hỡnh nối đất chõn cột, kết cấu đường dõy nối vào trạm biến ỏp và số lượng mỏy biến ỏp làm việc song song ... Do vậy, lựa chọn cỏch điện của trạm biến ỏp chịu được quỏ điện ỏp này là khụng khả thi.
Cỏc xung quỏ điện ỏp lớn lan truyền vào trạm biến ỏp, cú thể gõy phúng điện trờn cỏch điện của cỏc thiết bị điện làm hư hỏng thiết bị cũng như gõy sự cố ngắn mạch trờn thanh gúp của trạm. Cỏc sự cố thường kộo theo thiệt hại về thiết bị, giỏn đoạn cung cấp điện lõu dài để khắc phục sự cố, sửa chữa hay thay thế thiết bị.
Để hạn chế cỏc thiệt hại do quỏ điện ỏp gõy ra, ngày nay thường dựng kỹ thuật bảo vệ như đặt chống sột van ở cột cuối của cỏc xuất tuyến, đặt song song với cỏc thiết bị điện trong trạm như mỏy biến ỏp, mỏy biến ỏp đo lường. Việc bảo vệ bằng chống sột van phải được kết hợp với cỏc kỹ thuật khỏc như giảm điện trở nối đất chõn cột, tăng cường bảo vệ bằng dõy chống sột ở đoạn gần trạm nhằm hạn chế phúng điện ngược trờn đoạn này. Tăng điện dung của đoạn đường dõy nối vào trạm bằng cỏch nối thờm cỏc đoạn cỏp kết hợp với chống sột van. Một số sơ đồ điển hỡnh cho trờn Hỡnh 1. 5
Chỉ tiờu bảo vệ chống sột cho trạm biến ỏp cao hơn nhiều so với đường dõy. Thời gian trung bỡnh xảy ra một sự cố (MTBF) là 50 năm, 150 năm, 400 năm hay 600 năm.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Nội dung chương 1 trỡnh bày túm tắt cơ chế hỡnh thành của phúng điện sột và những ảnh hưởng của sột tới hệ thống điện và một số giải phỏp bảo vệ chống sột cho trạm biến ỏp tiờn tiến nhất hiện nay đảm bảo đỳng tiờu chuẩn thiết kế của IEC cũng như IEEE. Từ cỏc nội dung trờn, tỏc giả túm tắt một số nội dung chớnh như sau:
- Quỏ trỡnh phúng điện sột diễn biến phức tạp, xảy ra trờn diện rộng, tham số biến thiờn trong dải rộng, khú đo lường và nghiờn cứu.
- Tỏc động xấu tới hệ thống điện núi chung và trạm biến ỏp núi riờng. Cỏc hậu quả chủ yếu là làm hư hỏng cỏch điện, gõy sự cố ngắn mạch, làm giỏn đoạn cung cấp điện.
- Cỏc phần tử hệ thống điện núi chung và trạm biến ỏp núi riờng phải cú giải phỏp bảo vệ chống sột phự phợp để giảm thiểu thiệt hại về kinh tế cũng như nõng cao chất lượng phục vụ.
- Giải phỏp bảo vệ chống sột trạm biến ỏp bao gồm 3 cấp bảo vệ: bảo vệ cấp 1 nhằm loại trừ hoàn toàn khả năng sột đỏnh trực tiếp vào phần tử dẫn điện; bảo vệ cấp 2 nhằm hạn chế biờn độ, độ dốc đầu súng của quỏ điện ỏp lan truyền từ đường dõy vào trạm biến ỏp tới giới hạn an toàn cho cỏch điện của trạm biến ỏp; bảo vệ cấp 3 nhằm bảo vệ an toàn cho cỏc thiết bị điện, điện tử sử dụng điện ỏp thấp.
CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA I. Tổng quan về trạm biến ỏp 110kV Sơn La
1. Vai trũ của trạm biến ỏp 110kV Sơn La
Trạm biến ỏp 110kV Sơn La được xõy dựng năm 1997 thuộc Cụng ty Điện lực Sơn La, đúng trờn địa bàn Phường Chiềng Sinh – TP. Sơn La ,cú nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện phỏt triển kinh tế xó hội ổn định an ninh quốc phũng tỉnh Sơn La.
Trạm biến ỏp 110kV Sơn La cú cụng suất 80 MVA trong đú cú: - MBA T1 40 MVA – 115/38.5/23 kV.
- MBA T2 40 MVA – 115/38.5/23 kV. - Lộ 371 cấp điện cho TBA trung gian 2/9. - Lộ 373 cấp điện cho huyện Mai Sơn.
- Lộ 374 cấp điện cho 1 phần TP Sơn La và xó Phiờng Tam. Trạm 110kV Sơn La cú sơ đồ nối điện chớnh hỡnh 2.1.
Phớa 110kV gồm cú: MBA T1, T2 MC khớ SF6: 171, 172, 173, 174, 131, 132, 112 DCL: 171-7, 171-1, 172-7, 172-2, 173-7, 173-1, 174-7, 174-2, 131-1, 131-3, 132- 2, 112-1, 112-2, TUC12-2. TU171, TU172, TU C11, TU C12.
Phớa 35 kV: Thanh cỏi C31 là thiết bị ngoài trời; thanh cỏi C32 là cỏc thiết bị hợp bộ trong nhà phõn phối gồm cú:
+ Thanh cỏi C31: 331, 312, 372, 378, DCL 331-1, 331-3, 312-2, 372-1, 372-7, 378-1, 378-7.
+ Thanh cỏi C32: 332, 342-2, 374, 376, 382. + TUC31, TUC32
- Phớa 22kV: Thanh cỏi C41, C42 là cỏc thiết bị hợp bộ trong nhà phõn phối gồm cú: + Thanh cỏi C41: 431, 471, 473 + Thanh cỏi C42: 432, 442-2, 472, 474, 476, 478, 412 TUC41, TUC42 2. Thụng số mỏy biến ỏp 1. Thụng số mỏy biến ỏp T1:
- Kiểu loại - Mó hiệu: Mỏy biến ỏp 3 pha, 3 cuộn dõy, ngõm trong dầu, đặt ngoài trời
- Nhà chế tạo: ABB-Việt Nam
- Số chế tạo: VN00305
- Năm sản xuất: 2008
- Năm đưa vào vận hành: 21/7/2016 ( Chuyển từ Văn Quỏn – Hà Nội về)
- Kiểu làm mỏt: Bằng dầu cú cưỡng bức bằng quạt mỏt
- Tổng trọng lượng MBA: 76000 Kg
a- Đặc tớnh kỹ thuật
Bảng 2. 1. Đặc tớnh kỹ thuật của mỏy biến ỏp T1
Tham số Trị số
Cụng suất định mức cỏc cuộn dõy (kVA) ONAF Cao thế : Trung thế: Hạ thế : 40 20 40 Cụng suất định mức cỏc cuộn dõy khi khụng làm mỏt (kVA)
Cao thế : Hạ thế : Trung thế: 30 15 30 Điện ỏp định mức (kV) Cao thế Trung thế Hạ thế 115 38,5 23 Dũng điện định mức (A) Cao thế (nấc 10) Trung thế (nấc 3) Hạ thế 201 300 1004 Số pha: 3
Tổ đấu dõy YN/D/YN-11-0
Số nấc điều chỉnh phớa: Cao thế Trung thế Hạ thế 19 5 0
b) Cỏc thụng số thớ nghiệm xuất xưởng Điện ỏp của cỏc bối dõy:
+ Cao ỏp: 115kV ± 9x1,78%kV ( điều chỉnh điện ỏp dưới tải) + Trung ỏp: 38,5kV ± 2x2,5% kV ( điều chỉnh điện ỏp khụng điện)
Dũng điện khụng tải: Io =0.3248% Iđm Tổn thất khụng tải: Po= 39,24 kW
Tổn hao cú tải (ở nấc 10), nhiệt độ 750C cụng suất 40MVA: + Cao – Hạ (23kV): Pk= 144,4kW
Điện ỏp ngắn mạch: C-T: 10,24 %; C-H: 18,67 %; TH: 6,23 %
d- Thụng số kỹ thuật của bộ điều ỏp dưới tải
Kiểu loại -Mó hiệu: OLTC: VVIII – 400Y – 76 – 10191 W trục đứng. Nhà chế tạo: MR - CHLB Đức