Đang tải... (xem toàn văn)
Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220KV
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Ch¬ng mở đầu : tợng dông sét ảnh hởng dông sét đến hệ thống điện việt nam MĐ.1.Hiện tợng dông sét Dông sét tợng thiên nhiên, phóng tia lửa điện khoảng cách điện cực lớn (khoảng 5km) Hiện tợng phóng điện dông sét gồm hai loại phóng điện đám mây tích điện phóng điện đám mây tích điện với mặt đất Trong phạm vi đồ án ta nghiên cứu phóng điện đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất) Với tợng phóng điện gây nhiều trở ngại cho đời sống ngời Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cờng độ điện trờng lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng điện khoảng 1,5.10 7cm/s, lần phóng điện sau tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong đợt sét đánh có nhiều lần phóng điện đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng lần lợt phóng điện xuống đất) Tia tiên đạo môi trờng Plasma có điện tích lớn Đầu tia đợc nối với trung tâm điện tích đám mây nên phần điện tích trung tâm vào tia tiên đạo Phần điện tích đợc phân bố dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất Dới tác dụng điện trờng tia tiên đạo, có tập trung điện tích khác dấu mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện cđa ®Êt NÕu vïng ®Êt cã ®iƯn dÉn ®ång nhÊt điểm nằm phía dới đầu tia tiên đạo Còn vùng đất có điện dẫn không đồng (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) điện tích đất tập trung nơi có điện dẫn cao Quá trình phóng điện phát triển dọc theo đờng sức nối liền đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích mặt đất nh địa điểm sét đánh mặt đất đà đợc định sẵn Li Th Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Do vËy để định hớng cho phóng điện sét ta phải tạo nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình đợc dựa tính chọn lọc phóng điện sét Nếu tốc độ phát triển phóng điện ngợc mật độ điện trờng điện tích tia tiên đạo đơn vị thời gian ®iƯn tÝch ®i vµ ®Êt sÏ lµ: is = Công thức tính toán cho trờng hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể) Tham số chủ yếu phóng điện sét dòng điện sét, dòng điện có biên độ độ dốc phân bố theo hàng biến thiên phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng dòng điện sét dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt sét ứng với giai đoạn phóng điện ngợc (hình M-1) - Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trạm gây điện áp khí gây hậu nghiêm trọng nh đà trình bày I(kA ) Imax T (às) t Hình M-1 Sự biến thiên dòng diện sét theo thời gian : Việt Nam nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nớc Việt nam có đặc điểm dông sét khác : + miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày năm số lần dông từ 150 ữ 300 lần nh trung bình ngày xảy từ ữ dông Li Th Kim Hoa - Lp HT – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Vïng d«ng nhiỊu miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250 ữ 300 lần dông tập trung khoảng 100 ữ 110 ngày Tháng nhiều dông tháng 7, tháng + Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trờng hợp dông lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150 ữ 200 dông năm, tập trung khoảng 90 ữ 100 ngày + Nơi dông miền Bắc vùng Quảng Bình hàng năm có dới 80 ngày dông Xét dạng diễn biến dông năm, ta nhận thấy mùa dông không hoàn toàn đồng vùng Nhìn chung Bắc Bộ mùa dông tập chung khoảng từ tháng đến tháng Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, phần phía Bắc (đến Quảng NgÃi) khu vực tơng đối nhiều dông tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông (tháng 5) quan sát đợc 12 ữ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dông ít, tháng gặp từ ữ ngày dông Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dông nhất, thờng có tháng số ngày dông khoảng 10/tháng nh Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng miền Nam khu vực nhiều dông đồng Nam Bộ từ 120 ữ 140 ngày/năm, nh thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùa dông miền Nam dài mùa dông miền Bắc từ tháng đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông quan sát đợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dông trung bình gặp 20 ngày dông/tháng nh thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn số lần dông hơn, tháng nhiều dông tháng quan sát đợc khoảng 15 ngày dông Bắc Tây Li Th Kim Hoa - Lp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tt Nghip K thut in cao ỏp Nguyên, 10 ữ 12 Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày Ta thấy Việt Nam nớc phải chịu nhiều ảnh hởng dông sét, điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu t nhiều vào thiết bị chống sét Đặc biệt đòi hỏi nhà thiết kế phải trọng tính toán thiết kế công trình điện cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy MĐ.2- ảnh hởng dông sÐt ®Õn hƯ thèng ®iƯn viƯt nam: - Nh ®· trình bày phần trớc biên độ dòng sét đạt tới hàng trăm kA, nguồn sinh nhiệt vô lớn dòng điện sét qua vật Thực tế đà có dây tiếp địa phần nối đất không tốt, bị dòng điện sét tác dụng đà bị nóng chảy đứt, chí có cách điện sứ bị dòng điện sét tác dụng đà bị vỡ chảy nh nhũ thạch, phóng điện sét kèm theo việc di chuyển không gian lợng điện tích lớn, tạo điện từ trờng mạnh, nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến thiết bị ®iƯn tư , ¶nh hëng cđa nã rÊt réng, ë nơi cách xa hàng trăm km - Khi sét đánh thẳng vào đờng dây xuống mặt đất gần đờng dây sinh sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên điện áp tác dụng lên cách điện đờng dây Khi cách điện đờng dây bị phá hỏng gây nên ngắn mạch pha đất ngắn mạch pha pha buộc thiết bị bảo vệ đầu đờng dây phải làm việc Với đờng dây truyền tải công suất lớn, máy cắt nhảy gây ổn định cho hệ thống, hệ thống tự động nhà máy điện làm việc không nhanh dẫn ®Õn r· líi Sãng sÐt cßn cã thĨ trun tõ đờng dây vào trạm biến áp sét đánh thẳng vào trạm biến áp gây nên phóng điện cách điện trạm biến áp , điều nguy hiểm tơng đơng với việc ngắn mạch góp dẫn đến cố trầm trọng Mặt khác, có phóng điện sét vào trạm biến áp, chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu cách điện máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cïng lín Qua ®ã ta thÊy r»ng sù cè sÐt g©y rÊt lín, nã chiÕm chđ u cố lới điện, dông sét mối nguy hiểm lớn đe doạ hoạt động lới ®iÖn Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp *KÕt luËn: Sau nghiªn cøu tình hình dông sét Việt Nam ảnh hởng dông sét tới hoạt động lới điện Ta thấy việc tính toán chống sét cho lới điện trạm biến áp cần thiết để nâng cao độ tin cậy vận hành lới điện Li Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao ỏp Chơng 1: Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào Trạm Biến áp 110/35 kV 1.1 Khái niệm chung: Trong hệ thống điện trạm biến áp phÇn tư hÕt søc quan träng thùc hiƯn nhiƯm vơ truyền tải phân phối điện Do thiết bị trạm bị sét đánh trực tiếp dẫn đến hậu nghiêm trọng làm hỏng đến thiết bị trạm mà dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản suất điện ngành kinh tế quốc dân khác Do việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Ta đa phơng án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế, nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm đợc bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực tiếp Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị trạm ta phải ý đến việc bảo vệ cho đoạn đờng dây gần trạm đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm cột đờng dây Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi đặt độc lập điều kiện cho phép đặt kết cấu trạm nhà máy,các cột đèn chiếu sáng Để bảo vệ cho đoạn đờng dây nối từ xà cuối trạm đến cột đờng dây ta dùng dây chống sét Tác dụng hệ thống tập trung điện tích để định hớng cho phóng điện sét tập trung vào đó, tạo khu vực an toàn bên dới hệ thống Chiều cao cột cách bố trí cột thu lôi tuỳ thuộc vào mặt trạm, cách bố trí thiết bị trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu Hệ thống thu sét phải gồm dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất Để nâng cao tác dụng hệ thống trị số điện trở nối đất phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện cách nhanh nhất, đảm bảo cho có dòng Li Th Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao ỏp điện sét qua điện áp phận thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến thiết bị khác gần Điện trở nối đất hệ thống thu sét trạm biến áp có cấp điện áp khác không giống Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên hệ thống nối đất chống sét hệ thống nối đất an toàn có thĨ ghÐp chung Ngoµi thiÕt kÕ hƯ thèng bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên cạnh vấn đề đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến tiêu kinh tế mỹ thuật hệ thống nối đất Thông thờng để giảm vốn đầu t để tận dụng độ cao trạm biến áp nhà máy điện ta cố gắng đặt cột thu lôi cột đèn chiếu sáng, kết cấu trạm, mái nhà Cột thu lôi độc lập đắt nên dùng tận dụng đợc chiều cao khác 1.2- Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp * Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ * Đối với trạm phân phối trời có điện áp từ 110KV trở lên có mức cách điện cao nên đặt cột thu lôi kết cấu trạm.Tuy nhiên trụ kết cấu có đặt cột thu lôi phải nối vào hệ thống nối đất trạm theo đờng ngắn cho dòng điện sét iS khuếch tán vào đất theo ữ nối đất Ngoài trụ kết cấu phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất * Khâu yếu trạm phân phối trời điện áp từ 110KV trở lên cuộn máy biến áp Vì dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp yêu cầu khoảng cách hai điểm nối vào hệ thống nối đất cột thu lôi điểm nối vào hệ thống nối đất vỏ máy biến áp phải lớn 15m theo đờng điện Tuy nhiên ta sử dụng hệ thống nối đất chung ta bỏ qua yêu cầu * Khoảng cách không khí kết cấu trạm có đặt cột thu lôi phận mang điện không đợc bé độ dài chuỗi sứ Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thut in cao ỏp * Khi đặt hệ thống thu sét thân công trình tận dụng đợc độ cao phạm vi bảo vệ giảm đợc độ cao cột Nhng mức cách điện trạm phải đảm bảo an toàn điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị Do điều kiện để đặt cột thu lôi hệ thống xà trạm mức cách điện cao trị số điện trở tản phËn nèi ®Êt nhá * Khi bè trÝ cét thu lôi xà trạm phân phối trời 110 kV trở lên phải thực yêu cầu : chỗ nối kết cấu có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nèi ®Êt bỉ xung (dïng nèi ®Êt tËp trung) nh»m đảm bảo điện trở nối đất không đợc (ứng với dòng điện tần số công nghiệp) * Khi dùng cột thu lôi độc lập phải phải ý đến khoảng cách cột thu lôi đến phận trạm để tránh khả phóng điện từ cột thu lôi đến thiết bị đợc bảo vệ * Tiết diện dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt có dòng điện sét chạy qua * Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi dây dẫn điện phải đợc cho vào ống chì đợc chôn đất 1.3 Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột phạm vi bảo vệ 1.3.1 Công thức tÝnh chiỊu cao cđa cét thu l«i h = hx + Trong : h- chiều cao cột thu lôi hx- độ cao cần đợc bảo vệ ha- độ cao tác dụng cột thu lôi - xác định theo nhóm cột với điều kiện D/8 D-là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo cột Li Th Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập Phạm vi bảo vệ cột thu lôi độc lập miền giới hạn mặt hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định phơng trình : 1,6 ( h hx ) rx = + h x h Trong : rx-Là phạm vi bảo vệ mức cao hx cột thu l«i 0,2h h 2/3h hx 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h rx Hình 1.1Phạm vi bảo vệ cột thu lôi Để dễ dàng thuận tiện việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá Đợc tính toán theo công thức : - NÕu hx ≤ h th× rx =1,5.h.(1 − hx ) 0,8.h - NÕu hx > h th× rx = 0,75.h.(1 − hx ) h * Các công thức với cột thu lôi cao dới 30 m Hiệu cột thu lôi 30 m giảm độ cao định híng cđa sÐt lµ h»ng sè Khi cét cã chiều cao 30m ta dùng công thức nhng phải nhân thêm với hệ số hiệu chỉnh p = 5,5 h Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc Đồ Án Tt Nghip K thut in cao ỏp Và hình vẽ ta sử dụng hoành độ 0,75.h.p 1,5.h.p 1.3.3 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu lôi lớn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột đơn Nhng để hai cột thu lôi phối hợp bảo vệ đợc khoảng chúng khoảng cách a hai cột phải thoả mÃn điều kiện a 7.h a) Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao Khi hai cột thu lôi có độ cao h đặt cách khoảng cách a(a 7.h) độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi h0đợc xác định : a h0 = h - Bán kính phạm vi bảo vệ khoảng hai cột đợc tính nh sau : h x - NÕu hx ≤ h th× r0x = 1,5.h (1 − 0,8.h ) h x - NÕu hx > h th× r0x = 0,75.h (1 − h ) Trong ®ã : h0-là độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi r0x-là bán kính phạm vi bảo vệ khoảng hai cột thu lôi Khi độ cao cột thu lôi lớn 30 m ta phải thêm hệ số hiệu chỉnh p nh mơc 1.3.2 vµ tÝnh h0 theo h0 = h - a 7.p ; p= 5,5 h Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 10 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chương IV TÍNH TỐN BẢO VỆ CHỐNG SĨNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ ĐƯỜNG DÂY 110 kV 4.1 Mở đầu: Bảo vệ chống sét trạm biến áp có yêu cầu cao nhiều so với đường dây Trước tiên, phóng điện cách điện trạm tương đương với ngắn mạch góp có phương tiện bảo vệ đại đưa đến cố trầm trọng hệ thống Ngoài kết cấu cách điện thiết bị thường cố gắng cho mức cách điện lớn mức cách điện vận hành trình già cỗi cách điện lớn nhiều nên phối hợp bị phá hoại tác dụng điện áp, có khả xảy chọc thủng điện mơi mà khơng phải phóng điện men theo bề mặt cách điện ngồi Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van tăng cường bảo vệ cho đoạn dây gần trạm, sử dụng dường dây cáp, tụ điện, kháng điện Tính tốn bảo vệ chống sóng truyền vào trạm nhằm: - Xác định tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm (số năm làm việc an toàn trạm với sóng điện áp) sau dự kiến đặt thiết bị bảo vệ - Xác định chiều dài cần thiết đoạn tới trạm cần bảo vệ - Trên sở số liệu cần tính tốn, theo tiêu kinh tế kỹ thuật, xác định số lượng, vị trí đặt chống sét van thiết bị bảo vệ khác cách hợp lý Chỉ tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm số liệu quan trọng, cho phép đánh giá mức độ an tồn với sóng q điện áp trạm Tuy nhiên việc tính tốn phức tạp khối lượng tính tốn lớn Trước hết tham số sóng từ đường dây truyền vào trạm khác nhau, việc tính tốn q điện áp trạm khơng phải với hay vài sóng định mà phải với nhiều tham số khác Dựa vào tìm tham số tới hạn nguy hiểm sóng sét truyền vào trạm, vượt qua trị số xảy phóng điện thiết bị trạm Với trị số tới hạn tham số sóng sét, biết phân bố xác suất chúng tính tiêu bảo vệ chống sóng truyền vào trạm Tuy nhiên khơng giống tham số dịng điện sét, phân bố xác suất chung cho tham số sóng sét truyền đến trạm, khác lưới điện trạm cụ thể Việc xác định phân bố trạm phức tạp nên người ta phải sử dụng số giả thiết đơn giản hóa Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 100 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Một khó khăn viêc tính tốn bảo vệ chống sóng truyền vào trạm khối lượng tính tốn lớn Trước hết tốn truyền sóng trạm với sóng truyền vào trạm từ đường dây phức tạp mạng có nhiều nút Thực tế người ta sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp mơ hình hay máy tính điện tử, với trạm đơn giản người ta tính phương pháp lập bảng Trong nội dung đồ án hạn chế thời gian nên em dừng lại việc xác định điện áp xuất cách điện trạm theo vài dạng sóng truyền vào trạm cho trước So sánh điện áp với đặc tính phóng điện thiết bị điện tương ứng để đánh giá khả gây phóng điện Coi trạm an toàn tất đường điện áp xuất cách điện nằm đặc tính V-S chúng Do trạm cÇn bảo vệ với mức độ an toàn cao, nên xét độ bền cách điện thiết bị không kể đến hiệu ứng tích lũy đặc tính cách điện lấy với điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích Thường sóng q điện áp xuất cách điện có độ dài sóng lớn, biên độ điện áp dư chống sét van xếp chồng với điện áp nhảy vọt dao động Vì phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điện xung kích với sóng cắt tồn sóng, so sánh với tồn đường cong sóng điện áp 4.2 Các phương pháp tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm: 4.2.1 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp lập bảng Thực chất phương pháp giải toán truyền sóng mạng phức tạp Ta biết q trình truyền sóng hồn tồn xác định ta xác định biến dạng sóng truyền đường dây, xác định sóng phản xạ khúc xạ truyền tới nút Do sóng truyền trạm khoảng cách không lớn nút nên coi q trình truyền sóng khơng biến dạng Điều cho phép tính tốn đơn giản thực dễ dàng phương pháp lập bảng Ta xét kỹ chất phương pháp Trước hết sóng khơng biến dạng truyền với tốc độ không đổi v đường dây nên có có sóng từ nút m đến nút x, nút m sóng có dạng Umx(t), tới x sóng có dạng U’ mx(t)=Umx(t- ∆t ) với ∆t = l / v (hình vẽ 4-1): Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 101 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U mx U mx v m x l Từ thấy rằng, dùng phương pháp lập bảng, giá trị sóng phản xạ nút m ghi cột giá trị sóng tới nút x giống cột sóng phản hồi nút m, lùi khoảng tọa độ thời gian Việc xác định sóng phản xạ khúc xạ nút dễ dàng giải nhờ quy tắc Peterson nguyên tắc sóng đẳng trị Theo quy tắc Peterson, sóng truyền đường dây có tổng trở sóng Z đến tổng trở Zs cuối đường dây sóng phản xạ tính nhờ sơ đồ tương đương với thơng số tập trung hình vẽ 4-2: t Z Z x x Zx 2Ut Zx Hình vẽ 4-2 Quy tắc Peterson Với sơ đồ này, sóng khúc xạ Ux tính điện áp phần tử Zx cịn sóng phản xạ: Umx = Ux – Ut Với Ut sóng tới h×nh 4-1 - Nếu Z Zx thơng số tuyến tính, Ut hàm thời gian có ảnh phức tốn tử tìm U x phương pháp số phương pháp toán tử - Nếu Zx điện dung tập trung Ut có dạng đường cong bất khì Ux xác định phương pháp gần đúng, ví dụ phương pháp tiếp tuyến - Nếu Zx phi tuyến (tổng trở chống sét van) phải xác định U x phương pháp đồ thị Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 102 Đồ Án Tốt Nghiệp - Kỹ thuật điện cao áp Trường hợp nút x có nhiều đường dây đến lập sơ đồ Peterson cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị Trong trường hợp sơ đồ tương đương giống có đường dây, khác trị số nguồn phải lấy 2Uđt tổng trở sóng phải lấy Zđt n U đt = ∑ α mx U'mx ( t ) (4-2) m =1 Trong đó: U 'mx ( t ) Sóng tới x từ nút m Zđt Là hệ số khúc xạ α mx = Z mx tổng trở sóng đường dây nối nút m nút x αmx Zmx Z đt = 1 ∑Z m =1 mx n = Zix // Z jx Sóng khúc xạ Ux tính phương pháp trường hợp đường dây tùy theo tính chất Zx U 2x U 3m Z2 Zm U x2 x U xm U nx U 1x Z1 U x1 Zx U xn Zn Hình vẽ 4-3 Quy tắc sóng đẳng trị Sóng phản xạ Uxm: U xm = U x − U 'x (4-3) Công thức trường hợp có sóng tới từ vài đường dây Lúc vài đường dây cịn lại có sóng phản xạ Uxm = Ux Biết chiều dài đường dây nút ta tính thời gian truyền sóng Bằng phương pháp nêu ta hồn tồn xác định q trình lan truyền sóng mạng theo thời gian đồng thời biết điện áp nút Để thuận tiện cho việc tính toán nút, người ta qui ước chung lấy thời điểm sóng tới nút làm gốc thời gian cho nút Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 103 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Như theo đường truyền sóng, gốc thời gian nút phía sau chậm so với nút trước khoảng thời gian thời gian truyền sóng từ nút trước t ( x ) = t ( m ) − t mx (4-4) Gốc thời gian sóng phản xạ từ nút m chọn theo gốc thời gian nút m Gốc thời gian sóng tới nút x chọn theo gốc thời gian nút x Như ký hiệu Umx sóng phản xạ từ nút m, U 'mx sóng tới nút x sóng phản xạ Umx từ nút m truyền đến, ta có: U'mx ( t x ) = U mx ( t m − t mx ) = U mx ( t x − t mx ) (4-5) Nghĩa với cách chọn gốc thời gian U 'mx ”chậm sau” Umx khoảng thời gian lần truyền sóng nút m x Do q trình truyền sóng có phản xạ nhiều lần nên q trình tính tốn lập lập lại với nút, số liệu nút sau sử dụng để tính tốn nút trước ngược lại, dùng phương pháp lập bảng có nhiều thuận lợi 4.2.2 Tính tốn điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp đồ thi: Nếu điểm nút có ghép điện cảm, điện dung điện trở sóng tới có dạng việc xác định điện áp điểm nút phương pháp toán học thường phức tạp Trong trường hợp dùng phương pháp đồ thị Tác dụng sóng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây (Hình vẽ 4-4) Ut Z Z x x CSV 2Ut U x CSV Hình vẽ 4-4 Sóng tác dụng lên điện trở phi tuyến đặt cuối đường dây Ta có phương trình theo sơ đồ Peterson: U t ( t ) = U csv + i csv Z (4-6) Để xác định điện áp dùng phương pháp đồ thị hình vẽ 4-5 sau: Với loại chống sét van không khe hở: Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 104 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 2u t(t) b a u csv +i csv Z i csv Z u csv (t) c d u csv =f(icsv) i Hình vẽ 4-5 Phương pháp đồ thị (chống sét van không khe hở) Với loại chống sét van có khe hở: v-s 2u t (t) u a b u csv +i csv Z i csv Z u csv (t) d c u csv i Hình vẽ 4-6 Phương pháp đồ thị (chống sét van có khe hở) Phần bên phải vẽ đặc tính V-A chống sét van điện áp giáng tổng trở sóng icsvZ sau xây dựng đường cong u csv +icsvZ Phần bên trái vẽ quan hệ 2ut(t) Ứng với trị số a sóng tới dóng ngang sang, xác định điểm b đường cong ucsv +icsvZ Từ điểm b dóng thẳng xuống gặp đường đặc tính V-A điểm c, từ điểm c dóng ngang sang gặp đường dóng 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 đường đặc tính bên phía trái cho ta sóng phản xạ từ phía chống sét van phía đường dây Khi có sóng dạng vào trạm, trước chống sét van làm việc điện áp đặt lên cách điện (cũng điện áp đặt lên chống sét van) có trị số 2u t(t) Chống sét làm việc đường đặc tính V-S giao với đường 2u t(t) lúc điện trở không đường thẳng chống sét van ghép trực tiếp vào mạch điện áp đặt lên chống sét van điện áp đặt lên cách điện thiết bị Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 105 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 4.2.3 Tính toán điện áp cách điện thiết bị có sóng truyền vào trạm phương pháp tiếp tuyến: Ut Z Z C 2Ut Uc C Hình vẽ 4-7 Sóng tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây Thực chất phương pháp cách giải đồ thị phương trình vi phân dạng: dY + ay = F( t ) dt (4-7) Ví dụ với sơ đồ sơ đồ sóng truyền vào trạm biến áp với giả thiết điện dung C nạp sẵn tới điện áp UC0 phương trình điện áp viết: CZ dU C ( t ) + U C ( t ) = 2U( t ) dt dU C ( t ) U C ( t ) + = 2U( t ) dt T T với T=CZ ∆U C = (2U( t ) − U C ( t )) ∆t T ∆U C = (2U ( t ) − U C ( t )) ∆t T U C ( t + ∆t ) = U C ( t ) + ∆U C Nếu biết trước đường cong điện áp nguồn U(t) ta vẽ hàm số 2U(t) Trên hệ tọa độ phụ lệch so với khoảng thời gian T tiến hành việc xác định điện áp t UC (t) trước tiên chia trục hoành thành nhiều khoảng thời gian ∆ nhau, sau từ điểm UC0 (trị số Uc t=0) vẽ đường xiên góc tới trị số hàm số 2U(t) t thời điểm đầu tiên, thừa nhận khoảng thời gian ∆ hàm UC(t) trùng với đường xiên Tiếp tục từ điểm đường U c(t) vẽ đường xiên tới trị số t hàm số 2U(t) đầu khoảng thời gian 2∆t = ∆ thừa nhận khoảng thời gian hàm UC(t) trùng với đường xiên Các bước tiến hành tương tự điện áp Uc(t) có dạng đường gãy khúc Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 106 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp u u Uco t T 2l t= v i Hình vẽ 4-6 xác định điện áp Uc(t) phương pháp tiếp tuyến 4.3 Trình tự tính tốn: II.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 bảo đảm số liệu tính tốn cho khả xác định mức độ bảo vệ an cao toàn Sơ đồ xuất phát thường phức tạp, để q trình tính tốn khơng phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Có thể tiến hành theo tình tự sau: - Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trang thái sóng Trong sơ đồ đường dây, góp thay đoạn đường dây dài với sóng chúng tính tốn thường lấy gần tổng trở sóng Z=400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v=300m/μs Các thiết bị khác thay điện dung tập trung tương đương Có thể lấy trị số theo bảng: Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 107 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bảng 4-1: Loại thiết bị Đặc tính thiết bị Máy biến áp điện lực Điện dung T Số trung T số giới hạn bình Cơng suất lớn, có bù điện dung Cơng suất bé, khơng bù điện dung 1500 300-1000 500 200-500 Máy biến áp đo lường Máy cắt điện 1000-3000 300 300-800 200-500 40-80 30-60 150-300 100-200 500 300 60 40 200 150 Ở trạng thái đóng Ở trạng thái mở Ở trạng thái đóng Ở trạng thái mở Kiểu tụ điện Kiểu khác Dao cách ly Sứ xuyên Căn vào sơ đồ đầy đủ với chiều dài đoạn dây, góp biết phân tích sơ tìm trạng thái vận hành bất lợi nhất, thường trạng thái mà thiết bị bảo vệ xa chống sét van, q trình truyền sóng đường dây qua nút có điện dung tập trung có nhiều đường dây rẽ nhánh - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: nút gần điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lượng tính tốn Các điện dung tập trung không nằm vị trí cần xác định điện áp nút nút rẽ nhánh đường truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mômen, nghĩa điện dung chia thành phần chuyển hai nút gần với với trị số tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút Sóng truyền từ đường dây 110 kV vào trạm sóng xiên góc biên độ điện áp cách điện U50% đường dây, độ dốc đầu sóng a=300 kA/μs Thanh góp dây nối trạm thay nhiều chuỗi phần tử dạng Π, điện cảm điện dung Π lấy theo trị số tổng trở sóng Trong tính tốn thường lấy gần tổng trở sóng Z=400 Ω cho đường dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300m/μs Điện cảm đơn vị dài góp: L= Z 400 = = 1,33 µH / m v 300 Điện dung đơn vị dài góp: Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 108 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp C= 1 = = 8,33( pF / m) Zv 400 ⋅ 300 Sơ đồ đẳng trị trạm đơn giản hóa theo nguyên tắc sau: Chọn theo điều kiện tính tốn nguy hiểm nhất, nặng nề cách điện trạm Ví dụ trạm có nối với đường dây giả thiết sóng vào đường dây cịn đường dây hở mạch Tập trung điện dung vào điểm nút cần xét điểm đặt dao cách ly đường dây, góp, điểm đặt máy biến áp, chống sét van v.v… Điện dung phân bố điểm gần theo định luật mômem tức phân làm hai phần tỷ lệ nghịch với khoảng cách tới nút gần Trạm mà ta cần tính tốn bảo vệ chống sóng truyền vào từ đường dây có sơ đồ ngun lý sau (hình vẽ 4-7): CL CL CL CL ĐD MC AT1 MC CSV CL BU CL CL CL CL ĐD AT2 MC MC Hình vẽ 4-7 Sơ đồ nguyên lý trạm Trạng thái vận hành nguy hiểm trạng thái mà trạm vận hành với máy biến áp AT1 đường dây đường dây 2, 3, hở mạch máy biến áp AT2 nghỉ Vì theo ngun tắc sóng đẳng trị có nhiều đường dây nối vào có sóng qúa điện áp truyền vào trạm từ đường dây biên độ độ dốc sóng đẳng trị giảm không nguy hiểm trường hợp đường dây khác hở mạch sóng truyền vào từ đường dây Ta có sơ đồ thay đầy đủ sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm sau: (h×nh 4-8, h×nh 4-9) + Sơ đồ thay đầy đủ: Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 109 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp MC CL CL 12 15,5 D1 60 500 MC CL 6,5 6,5 60 60 500 850 34 1500 60 BU CL 6,5 MBA1 CL 15,5 12 6,5 60 300 CSV D2 CL 15,5 60 MC 12 CL 500 MC CL 6,5 6,5 60 60 MBA2 CL 15,5 12 500 34 1500 60 Hình vẽ 4-8 Sơ đồ thay đầy đủ + Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm: MC CL CL 12 15,5 D1 60 500 6,5 60 MC CL 6,5 12 15,5 500 60 CL MBA1 34 1500 60 850 BU CL 6,5 6,5 60 300 CSV Hình vẽ 4-9 Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm Tiến hành tính điện dung điểm sơ đồ rút gọn sơ đồ điểm sau: + Điểm điểm đặt dao cách ly đường dây có sóng sét truyền qua + Điểm điểm đặt góp 110 kV trạm biến áp Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 110 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Điểm điểm đặt chống sét van + Điểm điểm đặt máy biến áp có sóng sét truyền đến Điện dung góp là: CTG = C0 ⋅ LTG = 8,33 ⋅19 = 158,27 (pF) Do tính điện dung góp góp ta gộp góp vào điểm: 17 34 161 343 CSV 1774 68 1672 Hình vẽ 4-10 Sơ đồ rút gọn Khoảng cách dữa điểm sau: + Điểm 1-2 L1-2 = 34 m + Điểm 2-3 L1-2 = 17 m + Điểm 2-4 L1-2 = 68 m Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: lb lA C CA CB Hình vẽ 4-11 Quy tắc mômen lực C1 = C CL + = C3 = 60 + C MC ⋅ 18,5 C CL ⋅ 6,5 + 34 34 500 ⋅ 18,5 60 ⋅ 6,5 + = 343 34 34 (pF) C BU ⋅ 6,5 C CL ⋅ 13 + 17 17 = 300 ⋅ 6,5 60 ⋅13 + = 161 17 17 (pF) Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 111 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp C = CMBA + CMC ⋅ 18,5 CCL ⋅ 6,5 CCL ⋅ 34 + + 68 68 68 = 1500 + 500 ⋅ 18,5 60 ⋅ 6,5 60 ⋅ 34 + + = 1672 68 68 68 (pF) C = C TG + C CL ⋅ + C MC ⋅ + C BU + C MBA − C1 − C − C = 157,27 + 60 ⋅ + 500 ⋅ + 300 +1500 − 343 −1672 −161 = 1081,27 (pF) II.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp nút sơ đồ rút gọn: A, Thời gian truyền sóng nút: - Thời gian truyền sóng nút – 2: t 12 = - (μs) Thời gian truyền sóng nút – 3: t 23 = - l12 34 = = 0,12 v 300 l 23 17 = = 0,06 v 300 (μs) Thời gian truyền sóng nút – 4: t 24 = l 24 68 = = 0,23 v 300 (μs) Chọn Δt = 0,03 (μs) gốc thời gian t = nút B, Tính điện áp nút 1: Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 343 pF, ta có sơ đồ thay peterson sau (hình vẽ 4-12): t Z Z Zdt C1= 343 pF 2Udt C1= 343 pF Hình vẽ 4-12 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = α= => Z 400 = = 200 (Ω) 2 2Zđt ⋅ 200 = =1 Z 400 2 U đt = ∑ α m1U'm1 = U'01 + U'21 m =1 Khi t < 2t12 = ⋅ 0,12 = 0.24 Nên: 2Uđt = U’01 (μs) U’12 = Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 112 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp (μs) U’12 ≠ Khi t > 2t12 = ⋅ 0,12 = 0.24 Nên: 2Uđt = U’01 + U’21 Để tính 2Uđt thời gian ta phải quan tâm tới nút Ta tạm dừng tính nút tính nút khoảng thời gian 2t 12 Sau tính điện áp nút ta quay trở lại tính điện áp nút U’21 = U21(t–0,12) Với U21 = U2 – U’12 Điên áp nút tính phương pháp tiếp tuyến: T1 = Zđt.C = 200 ⋅ 343 ⋅ 10 −6 = 0,0686 (μs) ∆t 0,03 = = 0,437 T1 0,0686 ΔU1 = 0,437(2Uđt – U1(t)) U1(t+Δt) = ΔU1 + U1(t) C, Tính điện áp nút 2: Nút có đường dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 1157,24 pF, ta có sơ đồ thay peterson sau: (h×nh 4-13) Z Ut Z Zdt C = 1774 pF Z 2Udt C 2= 1774 pF Hình vẽ 4-13 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = α= => Z 400 = = 133 (Ω) 3 Zđt ⋅133 = = 0,667 Z 400 2U đt = ∑ α m U'm = 0,667 ( U'12 + U'32 + U'42 ) m =1 Khi t < t12 +2t23 = 0,12 + ⋅ 0,06 = 0,24 U’42 = 0, U’32 = Nên: 2Uđt = 0,667U’12 Khi t12 +2t23 < t < t12 +2t24 = 0,12 + ⋅ 0,24 = 0,6 U’32 ≠ , U’42 = Nên: 2Uđt = 0,667(U’ 12 + U’32) Khi t > t12 + 2t24 = 0,12 + ⋅ 0,24 = 0,6 - Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc (μs) (μs) (μs) 113 Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U’42 ≠ , U’32 ≠ Nên: 2Uđt = 0,667(U’ 12 + U’32+ U’42) Để tính 2Uđt khoảng thời gian t > t 12 +2t24 ta phải qua tâm tới nút 3, Ta tạm dừng tính nút tính nút 3, khoảng thời gian từ t = t 12 đến t = t12 + t24 Sau tính điện áp nút 3, ta quay trở lại tính điện áp nút U’32 = U32(t–0,12) Với U32 = U3 – U’23 U’42 = U42(t–0,24) Với U42 = U4 – U’24 Điện áp nút tính phương pháp tiếp tuyến T2 = Zđt.C = 133 ⋅1774 ⋅10 −6 = 0,236 μs ∆t 0,03 = = 0,127 T2 0,236 ΔU2 = 0,127(2Uđt – U2(t)) U2(t+Δt) = ΔU2 + U2(t) D, Tính điện áp nút 3: Nút có đường dây tới với tổng trở sóng Z = 400Ω, tổng trở tập trung nút tụ điện dung C = 161 pF mắc song song với chống sét van, ta có sơ đồ thay peterson sau (hình vẽ 4-14): Ut Z C 3= 161 pF Zdt CSV 2Udt C3= 161 pF Hình vẽ 4-14 Sơ đồ tính điện áp nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zđt = 400 (Ω) => Zđt ⋅ 400 = =2 Z 400 U đt = U '23 Với U’23 = U23(t–0,12) U23 = U2 – U’32 α= Ta có phương trình ứng với sơ đồ peterson sau: 2Uđt = IZ + Ucsv = (Ic + Icsv)Z + Ucsv Ta nhận thấy chống sét van chưa phóng điện tác dụng tụ chủ yếu, chống sét van phóng điện điện áp chống sét van tụ ổn định, tác dụng tụ yếu tác dụng chống sét van chủ yếu Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 114 ... toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt trời quan trọng Ta đa phơng án bảo vệ trạm cách an toàn kinh tế, nhằm đảm bảo toàn thiết bị trạm đợc bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực. .. tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp * Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn phạm vi bảo vệ an toàn hệ thống bảo vệ * Đối với trạm phân... trực tiếp Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị trạm ta phải ý đến việc bảo vệ cho đoạn đờng dây gần trạm đoạn dây dẫn nối từ xà cuối trạm cột đờng dây Để bảo vệ chống sét đánh
