TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP LỜI MỞ ĐẦU Đất nƣớc bƣớc vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hố, ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân Trong sống điện cần cho phục vụ sản xuất sinh hoạt Cùng với phát triển xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục có chất luợng cao Xuất phát từ thực tế việc đảm bảo cho trạm biến áp đƣờng dây truyền tải làm việc an tồn, khơng gặp cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng Nhằm hoàn thiện kiến thức đƣợc học bƣớc đầu làm quen với thực tế em đƣợc nhà trƣờng khoa Hệ Thống Điện giao cho đề tài tốt nghiệp: “Tính tốn thiết kế bảo vệ chống sét trạm cắt 220kV ” Đồ án tốt nghiệp gồm có phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm cắt 220kV Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trƣờng Đại học Điện Lực nói chung thầy giáo khoa Hệ Thống Điện nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Ths Phạm Thị Thanh Đam, tận tình giúp đỡ trực tiếp bảo hƣớng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Do cịn thiếu kinh nghiệm thức tế nên đề tài tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q báu q thầy bạn để kiến thức em lĩnh vực đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng năm 2014 Sinh viên Nguyễn Minh Ngọc SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN MỘT: TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM CẮT 220 KV VÀ ĐƢỜNG DÂY 220 KV _ CHƢƠNG I : TÌNH HÌNH DƠNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT TỚI LƢỚI ĐIỆN _ 1.1 Hiện tƣợng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung a) Quá trình hình thành sét b) Các dạng sóng sét _ 1.1.2 Cƣờng độ hoạt động sét 1.1.3 Tình hình dơng sét Việt Nam _ 10 1.2 Ảnh hƣởng dông sét _ 12 1.3 Vấn đề chống sét: _ 12 CHƢƠNG II: TÍNH TỐN BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM CẮT 220 kV _ 13 2.1 Khái niệm chung 13 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật hệ thống chống sét đánh thẳng 13 2.3 Các công thức sử dụng để tính tốn _ 2.3.1 Độ cao cột thu lôi _ 2.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập _ 2.3.3 Phạm vi bảo vệ hay nhiều cột thu lôi 14 14 14 15 2.4 Mô tả đối tƣợng bảo vệ _ 19 2.5 Tính tốn phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 2.5.1 Phƣơng án 1: _ 2.5.1.1 ố trí cột thu lơi: 2.5.1.2 Tính tốn cho phƣơng án _ 2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 2.5.2 phƣơng án 2.5.2.1 Bố trí cột thu lơi 2.5.2.2 Tính tốn cho phƣơng án _ 2.5.2.3 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 20 20 20 21 23 24 24 24 26 2.6 So sánh lựa chọn phƣơng án 27 CHƢƠNG III: TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP _ 28 3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp 28 3.2 Tính tốn nối đất _ 29 3.2.1 Nối đất an toàn _ 30 3.2.2 Nối đất chống sét 33 CHƢƠNG IV :BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV _ 39 SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 4.1 Khái niệm yêu cầu chung bảo vệ chống sét đƣờng dây _ 39 4.2 Các tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây 4.2.1 Phạm vi bảo vệ dây chống sét _ 4.2.2 Cƣờng độ hoạt động sét _ 4.2.3 Số lần sét đánh vào đƣờng dây _ 4.2.4 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây 4.2.5 Số lần cắt điện sét đánh vào đƣờng dây 4.2.6 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng _ 39 39 40 40 41 42 43 4.3 Tính tốn tiêu bảo vệ chống sét đƣờng dây _ 4.3.1 Thông số đƣờng dây cần bảo vệ _ 4.3.2 Xác định độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở dây chống sét đƣờng dây _ 4.3.3 Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây _ 4.3.4 Suất cắt sét đánh vào đƣờng dây _ 4.3.4.1 Suất cắt sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn _ 4.3.4.2 Suất cắt sét đánh vào khoảng vƣợt 4.3.4.3 Tính suất cắt sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 43 43 44 47 48 48 49 54 PHẦN HAI: CHUN ĐỀ TÍNH TỐN SĨNG TRUYỀN TỪ ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP _ 78 CHƢƠNG V BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƢỜNG DÂY VÀO TRẠM _ 79 I Khái niệm chung _ 79 II CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐIỆN ÁP TRÊN CÁCH ĐIỆN CỦA THIẾT BỊ KHI CÓ SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM 80 2.1 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp lập bảng 80 2.2 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp đồ thị. _ 83 2.3 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến 85 III TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM _ 3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm 3.2 Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn 3.3 Đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 3.3.1 Đặc tính điện áp chịu đựng máy biến áp 220 kV 3.3.2 Đặc tính V-S góp 220 kV _ 3.3.3 kiểm tra dòng điện qua chống sét van 87 87 90 95 95 95 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét Hình 1.2 Dạng tổng qt sóng sét Hình 1.3 Dạng xiên góc sóng sét Hình 1.4 dạng hàm số mũ sóng sét Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cột thu sét 15 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ hai cột có độ cao 16 Hình 2.3: phạm vi bảo vệ hai cột thu lơi có độ cao khác 17 Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 18 Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 18 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 19 Hình 2.7 Mặt trạm cắt 220kV 20 Hình 2.8 Bố trí cột thu lôi phƣơng án 21 Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 23 Hình 2.10 Bố trí cột thu lơi cho phƣơng án 24 Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ phƣơng án 26 l Hình 3.1: Hệ số hình dạng K  f ( ) 33 l2 Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 34 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 34 hình 4.1: góc bảo vệ dây thu sét 40 Hình4.2: Kết cấu cột điện 43 Hình 4.3: Sơ đồ xác đinh hệ số ngẫu hợp 46 Hình 4.4 Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét 49 Hình 4.5 đồ thị Ucd(a,t) Upd(t) 52 Hình 4.6: Đƣờng cong thông số nguy hiểm sét đánh vào khoảng vƣợt 53 Hình 4.7 Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét 54 Hình 4.8: Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch đẫn dịng sét chƣa có sóng phản xạ tới 57 Hình 4.9 Sơ đồ tƣơng đƣơng mạch dẫn dịng điện có sóng phản xạ tới 58 Hình 4.10: Điện áp đặt lên cách điện đƣờng dây sét đánh vào đỉnh cột 74 Hình 4.11 Đƣờng cong thông số nguy hiểm sét đánh vào đỉnh cột 76 Hình 5.1 Sóng truyền đƣờng dây 81 Hình 5.2 Sơ đồ tƣơng đƣơng với thông số tập trung 81 Hình 5.3 Quy tắc sóng đẳng trị 82 Hình 5.4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO 84 Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đƣờng dây 84 Hình 5.7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đƣờng dây 86 Hình 5.8 Xác định điện áp UC(t) phƣơng pháp tiếp tuyến 87 Hình 5.9:Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm 89 Hình 5.10:Sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm 89 Hình 5.11: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm 90 Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực 90 Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút 91 SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 5.14 Sơ đồ Petersen nút 93 Hình 5.15 Sơ đồ Petersen nút 94 Hình 5.16: kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp 95 Hình 5.17: kiểm tra an tồn cách điện góp 220 kV 96 Hình 5.18: dòng điện qua chống sét van 96 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Số liệu sét năm 2012 địa phƣơng 11 Bảng 1.2:Mật độ phóng điện xuống khu vực 11 Bảng 1.3:Tình hình cố lƣới điện miền bắc 12 Bảng 2.1: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 23 Bảng 2.2: Kết tính bán kính bảo vệ cặp cột biên 26 l Bảng 3.1: Bảng K  f ( ) 33 l2   ds  Bảng 3.2: Bảng tính tốn chuỗi số  e TK 37 k 1 k Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ) 42 Bảng 4.2 giá trị Ucd(t) tác dụng lên chuỗi sứ 51 Bảng 4.3: Đặc tính phóng điện chuỗi sứ 51 Bảng 4.4: Đặc tính xác suất phóng điện với Rc=10  53 Bảng 4.5: Tổng hợp kết tính tốn 54 đ Bảng 4.6 Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 67 t Bảng 4.7 Tính ucu (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 68 Bảng 4.8 Tính ic (a,t) sét đánh vào đỉnh cột 69 Bảng 4.9 Tính di c (a,t) dt sét đánh vào đỉnh cột 70 Bảng 4.10 Tính Uc (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 71 Bảng 4.11 Tính Udcs (a, t ) sét đánh vào đỉnh cột 72 Bảng 4.12 Tính Ucd(a,t)kV sét đánh vào đỉnh cột (Rc=10) 73 Bảng 4.13: Đặc tính xác suất phóng điện  pd 75 Bảng 4.14: Tổng hợp kết tính tốn 76 Bảng 5.1: Bảng điện dung tƣơng đƣơng thiết bị trạm 88 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian 95 Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp 95 SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP PHẦN MỘT: TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT TRẠM CẮT 220 KV VÀ ĐƢỜNG DÂY 220 KV SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƢƠNG I : TÌNH HÌNH DƠNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA DƠNG SÉT TỚI LƢỚI ĐIỆN Việc nghiên cứu dơng sét biện pháp chống sét có từ lâu lịch sử lâu dài với phát triển ngành điện Ngày ngƣời ta tìm đƣợc phƣơng pháp nhƣ hệ thống thiết bị phòng chống sét đánh Sét tƣợng tự nhiên có mật độ, biên độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc sét khơng thể dự đoán trƣớc nên việc nghiên cứu chống sét quan trọng đặc biệt ngành điện 1.1 Hiện tƣợng dông sét 1.1.1 Khái niệm chung Dông tƣợng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy Cơn dơng đƣợc hình thành có khối khơng khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dơng kéo dài 30 phút đến 12 giờ, trải rộng từ vài chục đến hàng trăm kilomet Sét tƣợng phóng điện tia lửa khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng 5km) Q trình phóng điện sét giống nhƣ trình xảy trƣờng khơng đồng a) Q trình hình thành sét Các q trình khí tạo nên đám mây mang điện tích: Các điện tích âm (-) tập trung thành nhóm, điện tích dƣơng (+) rải đám mây Q trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên tƣợng trung hịa điện Các điện tích (-) cịn lại phát triển phía mặt đất hình thành tia tiên đạo (dịng plasma có điện dẫn lớn) Tia tiên đạo phát triển phía mặt đất trƣờng đầu dịng tăng làm ion hóa mãnh liệt mơi trƣờng xung quanh tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích Càng gần mặt đất số điện tích lớn tạo nên dịng phóng điện ngƣợc phát triển phía đám mây, hồn thành phóng điện sét Tốc độ dịng sét xi từ đám mây đến mặt đất: Vx = 1,5.107 ÷ 2.108 cm/s SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tốc độ dòng sét ngƣợc từ mặt đất đến đám mây: Vng = 1,5 109 ÷ 2.1010 cm/s Tia tiên đạo Hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt Địa điểm phụ thc điện trở suất đất Hồn thành phóng điện sét Dịng phóng điện ngƣơc Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét b) Các dạng sóng sét  Dạng tổng quát Imax is Trong đó: 0,5.Imax   ds thời gian đầu sóng  is = ÷ Imax  Ts thời gian tồn sóng  ds t Ts Hình 1.2 Dạng tổng quát sóng sét SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP  Dạng xiên góc is Trong đó: Imax  is = a.t (t <  ds)  is = a. ds = Imax (t >  ds)  a độ dốc đầu sóng Tds t Hình 1.3 Dạng xiên góc sóng sét  Dạng hàm số mũ Tính cho q trình xảy chậm ( Q trình phát nhiệt dịng sét) is Trong đó: Imax is  Imax e t T  t T Ts 0,7 Hình 1.4 dạng hàm số mũ sóng sét 1.1.2 Cƣờng độ hoạt động sét a Số ngày sét năm nngs Vùng lãnh thổ nngs Vùng xích đạo 100 ÷ 150 ngày Vùng nhiệt đới 60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam) Vùng ơn đới 30 ÷ 50 ngày Vùng hàn đới < ngày SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC b ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Mật độ sét Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất ngày có sét: ms  0,1  0,15 Số lần phóng điện xuống đất năm: N  m s n ngs   0,1  0,15 n ngs 1.1.3 Tình hình dơng sét Việt Nam Theo đề tài KC – 03 - 07 viện lƣợng, năm số ngày sét miền bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày số lần có dơng từ 150-300 lần Vùng có nhiều dơng miềm bắc khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) năm có 100 – 110 ngày dơng sét Nơi dơng Quảng Bình , hàng năm có 80 ngày dơng, xét diễn biến mùa dơng năm, mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng Nói chung miền bắc dơng tập trung từ tháng 4-9 , phía tây bắc dông tập trung từ tháng 5-8 năm Trên vùng duyên hải trung từ phía bắc đến Quảng Ngãi khu vực tƣơng đối nhiều dông tháng Số ngày có dơng xấp xỉ 10 ngày / tháng, tháng có nhiều dơng tháng 5, có từ 12 – 15 ngày Miền nam có nhiều dông , hàng năm quan sát đƣợc từ 40 đến 50 ngày đến 100 ngày tùy nơi Khu vực nhiều dông sét đồng nam bộ, số ngày dơng sét lên đến 120 – 140 ngày / năm Qua số liệu khảo sát ta thấy trung bình dơng sét miền ắc – Trung – Nam, vùng lân cận lại có mật độ sét tƣơng đối giống Theo kết nghiên cứu ngƣời ta lập đƣợc đồ phân vùng dơng sét tồn Việt Nam SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP U(kV)     I(kA) Hình 5.4: Đặc tính V – A chống sét van ZnO  thay đổi khoảng từ 0,02  0,03 Với trạm ta chọn chống sét van có đặc tính V – A nhƣ sau: A  485;  0,025 (đặc tính chống sét van ABB) Xác định điện áp dòng điện chống sét van: Nếu điểm nút có ghép điện cảm, điện dung điện trở sóng tới có dạng việc xác định điện áp điểm nút phƣơng pháp toán học thƣờng phức tạp Trong trƣờng hợp dùng phƣơng pháp đồ thị Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đƣờng dây (Hình 5.5) Ut Z Z x CSV 2Ut Ux CSV Hình 5.5 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đƣờng dây Ta có phƣơng trình theo sơ đồ Peterson: 2Ut  t   UCSV  iCSV Z 5.7  Để xác định điện áp dùng phƣơng pháp đồ thị nhƣ hình 5.6 Với loại chống sét van không khe hở: SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 84 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP U, kV 2Udt UCSV + iCSV.Zdt a b iCSV.Zdt UCSV (t) t O ICSV (t) e UCSV c d g I, kA h ICSV, kA Hình 5.6: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A Phần bên phải vẽ đặc tính V-A chống sét van điện áp giáng tổng trở sóng icsv.Z sau xây dựng đƣờng cong ucsv + icsv.Z phần bên trái vẽ quan hệ 2ut(t) Ứng với trị số a sóng tới dóng ngang sang, xác định điểm b đƣờng cong ucsv + icsv.Z từ điểm b dóng thẳng xuống gặp đƣờng đặc tính V-A đƣợc điểm c, từ điểm c dóng ngang sang gặp đƣờng dịng từ xuống điểm d, điểm d thuộc đặc tính Ucsv(t), thay đổi giá trị a ta có giá trị d từ xây dựng đặc tính Ucsv(t), độ chênh lệch đƣờng đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van phía đƣờng dây Khi có sóng dạng vào trạm, trƣớc chống sét van làm việc điện áp đặt lên cách điện ( điện áp đặt lên chống sét van ) có giá trị 2ut(t) Chống sét làm việc đƣờng đặc tính V-S giao với đƣờng 2ut(t), lúc điện trở phi tuyến chống sét van đƣợc ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điên thiết bị 2.3 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phƣơng pháp tiếp tuyến SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 85 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Ut ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Z Z C 2Ut Uc Hình 5.7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đƣờng dây Thực chất phƣơng pháp cách giải đồ thị phƣơng trình vi phân dạng: dY  ay  F(t) dt  5.8 Ví dụ sơ đồ sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp với giả thiết điện dung C đƣợc nạp sẵn tới điện áp UC0, phƣơng trình điện áp đƣợc viết: CZ dUC (t)  UC (t)  2.U(t) dt dUC  t  U C  t    2U  t  với T = CZ dt T T UC   2U  t   UC  t   t T UC   2U  t   U C  t   t T UC (t  t)  UC (t)  UC Nếu biết trƣớc đƣờng cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ đƣợc hàm số 2U(t) Trên hệ tọa độ phụ lệch so với khoảng thời gian T tiến hành việc xác định điện áp UC(t) trƣớc tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian Δt nhau, sau từ điểm UC0 (trị số UC t=0) vẽ đƣờng xiên góc tời trị số hàm số 2U(t) thời điểm thừa nhận khoảng thời gian Δt1 hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Tiếp tục từ điểm đƣờng UC(t) vẽ đƣờng xiên tới trị số hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2Δt = Δt2 thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đƣờng xiên Các bƣớc tiến hành tƣơng tự điện áp UC(t) có dạng đƣờng gãy khúc SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 86 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Hình 5.8 Xác định điện áp UC(t) phƣơng pháp tiếp tuyến III TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 3.1 Lập sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm trạm Khi lập sơ đồ tính tốn cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đảm bảo số liệu tính tốn cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thƣờng phức tạp, để q trình tính tốn khơng phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Do thời gian trì sóng q điện áp khí ngắn cỡ vài chục s,nên điện cảm thiết bị không kịp phát huy tác dụng Các thiết bị trạm đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Thanh góp dây nối trạm đƣợc thay mạch gồm nhiều phần tử dạng hình  SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 87 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Bảng 5.1: Bảng điện dung tƣơng đƣơng thiết bị trạm Đặc tính thiết bị Loại thiết bị Điện dung, pF T.số giới hạn Cơng suất lớn, có bù điện dung 1000-3000 1500 Công suất bé, không bù điện dung 300-1000 500 200-500 300 Ở trạng thái đóng 300-800 500 Ở trạng thái mở 200-500 300 Ở trạng thái đóng 40-80 60 Ở trạng thái mở 30-60 40 Kiểu tụ điện 150-300 200 Kiểu khác Máy biến áp điện lực T số trung bình 100-200 150 Máy biến áp đo lƣờng Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên Các thiết bị cần đƣợc bảo vệ + Máy biến áp + Thanh góp + Các thiết bị trạm * Xác định sơ đồ trạng thái sóng nguy hiểm Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trạng thái sóng nguy hiểm Ta thấy sóng truyền từ đƣờng dây vào trạm nguy hiểm nhƣ Căn vào quy tắc đẳng trị ta thấy rằng: đƣờng dây nối vào nút đƣờng truyền có nút có sóng q điện áp truyền vào nguy hiểm vận hành đƣờng dây nguy hiểm nhiều đƣờng dây Mặt khác máy cắt liên lạc, dao cách ly (ở máy cắt liên lạc) trạng thái mở sóng truyền vào máy biến áp nguy hiểm Từ ta có trạng thái nguy hiểm trạm vận hành với máy biến áp T1 đƣờng dây D1 Trong sơ đồ đƣờng dây góp đƣợc thay đoạn “ đƣờng dây dài” với tổng trở song chúng.Trong tính tốn thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z=400  cho đƣờng dây góp SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 88 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tốc độ truyền sóng lấy v = 3.108 m/s Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Ta có sơ đồ nguyên lý vận hành trạng thái nguy hiểm nhất: MC1 CL11 CL12 TG MC2 CL21 MBA CL22 CSV Hình 5.9:Sơ đồ nguyên lý trạng thái sóng nguy hiểm Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm nhất: D1 CL MC CL TG CL 9 MC CL 22 T1 CSV Hình 5.10:Sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm Trong sơ đồ hình 5.9 điện dung có giá trị nhƣ sau Máy biến áp: CMBA  1500 pF Dao cách ly: C DCL  60 pF Thanh góp : CTG  CTG l CTG  1   8,33( pF / m) Z v 400.300 l  123, m : chiều dài góp CTG1  8,33.123.2  1026, 26( pF ) Máy cắt : C MC  500 pF - Sơ đồ trạng thái sóng rút gọn: Từ sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm ta rút gọn sơ đồ điểm nhƣ sau: + Điểm 1: điểm đặt góp SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 89 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP + Điểm 2: điểm đặt máy biến áp + Điểm 3: điểm đặt chống sét van Ta có sơ đồ thay trạng thái sóng nguy hiểm sau đƣợc rút gọn nhƣ sau: 45m C2 C1 9m ZCSV Hình 5.11: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái sóng nguy hiểm Từ sơ đồ ta có khoảng cách điểm nhƣ sau + Khoảng cách điểm điểm 2: L12= 45 m + Khoảng cách điểm điểm 3: L13 = 9m Ta qui đổi điện dung điểm cần xét theo qui tắc phân bố lực: CA = C0 LB LA ;CB = C0 L A  LB L A  LB A lA CA O lB B Co CB Hình 5.12: Nguyên tắc momen lực Trong sơ đồ hình 5.10 điện dung nhận giá trị nhƣ sau: 36 29 22 CCL 21  CMC  CCL 22 45 45 45 36 29 22  60  500  60  1026, 26  60  500  60  2045,816 pF 45 45 45 C1  CCL11  CMC1  CCL12  CTG  15 21 CCL 21  CMC  CCL 22  CMBA 45 45 45 16 23  60  500  60  1500  1720, 444 pF 45 45 45 C2  3.2 Thiết lập phƣơng pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn Để thuận tiện việc tính tốn ta quy ƣớc nhƣ sau: SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 90 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Uij sóng truyền từ nút i đến nút j i U’ij sóng truyền từ nút i đến nút j j U’ij có giá trị nhƣ Uij nhƣng mặt thời gian bị chậm khoảng tij a Thời gian truyền sóng nút Sóng truyền tới trạm dạng xiên góc, xuất đƣờng dây truyền vào trạm 220 kV với biên độ lớn U50% =1140 kV độ dốc dầu sóng a =300(kV/µs)  ds  U 50% 1140   3,8 s a 300 Ta tính tốn với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phƣơng trình: a.t (t   ds ) u kV U 50% (t   ds ) - Thời gian truyền sóng nút nút 2: t12  l12 45   0,15 s v 300 - Thời gian truyền sóng nút nút 3: t13  l23   0,03 s v 300 Dựa vào khoảng thời gian ta chọn Δt = 0,03 µs gốc thời gian t = nút - Thời gian để sóng truyền tới nút : t2=t1+t12=0+0,15=0,15µs - Thời gian để sóng truyền tới nút : t3=t1+t13=0+0,03=0,03µs b Tính điện áp nút - Tại nút 1: Nút có ba đƣờng dây tới với tổng trở sóng Z=400  nối với điện dung tập trung C1 = 2045,816 pF phải áp dụng phƣơng pháp tiếp tuyến Ta có sơ đồ Petersen nút nhƣ sau: Ut I Z Uco Z C1 Z®t II 2U®t C1 Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 91 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP Tổng trở sóng đặng trị: Z dt  Z 400   133,333() 3 Hệ số khúc xạ nút là:  01   21  31  Suy ra: 2.133,333  0, 667 400 ' ' ' ' ' ' 2U dt   m1 (U 01  U 21  U31 )  0,667(U 01  U 21  U31 ) ' ' ' Với U 01 , U 21 , U 31 sóng tới nút sóng phản xạ đƣờng dây, nút nút truyền Ta có t13  0,03 s  t12  0,15 s + Khi t  2t13  0,06 s U21’ =U’31= ( chƣa có sóng truyền đến) ' Do 2U dt  0, 667.U 01 ' + Khi 2t13  0,06 s  t  2t12  0,3 s U31  0, U'21  ' ' Do 2U dt  0,667(U 01  U31 ) ' ' + Khi t  2t12  0,3 s U 21  0,U31  ' ' ' Do 2U dt  0,667(U 01  U 21  U31 ) Để tính đƣợc 2Udt khoảng thời gian t > 2t12 ta phải quan tâm tới nút 2,3 Ta tạm dừng tính nút tính nút 2, khoảng thời gian từ t=0 đến t=t12 Sau tính đƣợc điện áp nút 2,3 ta quay lại tính điện áp nút ' U 21  U 21 (t  0,15) ' với U 21  U  U12 ' U31  U31 (t  0, 03) ' với U31  U3  U13 Biết 2U dt , Z dt C1 tính đƣợc điện áp nút theo phƣơng pháp tiếp tuyến + Thời gian nạp mạch: TC1  Zdt C1  133,333.2045,816.106  0, 273(  s) t 0, 03   0,109 TC1 0, 273 SVTH: Nguyễn Minh Ngọc Đ4H2 Page 92 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC U1 (t  t )  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP t (2U dt (t  t )  U1 (t )) Tc1  0,109.(2U dt (t  t )  U1 (t )) U1 (t  t )  U1 (t )  U1 (t  t ) + Sóng phản xạ nút 1: ' U12  U1  U 21   ' U13  U1  U 31  ' ' Khi thời gian (tƣơng nút 2): t