Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp MỤC LỤC BIỂU BẢNG BIỂU HÌNH LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV CHƢƠNG I HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hiện tƣợng dông sét Tình hình dông sét Việt Nam 10 Ảnh hƣởng dông sét đến hệ thống điện 12 Vấn đề chống sét 13 CHƢƠNG II BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220kV 15 Khái niệm chung 15 Các yêu cầu kỹ thuật tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 15 Lý thuyết để tính toán 16 3.1 Tính toán chiều cao cột thu sét 16 3.2 Phạm vi bảo vệ cột thu sét 16 3.3 Phạm vi bảo vệ hai hay nhiều cột thu sét 17 3.4 Phạm vi bảo vệ dây chống sét 19 Tính toán phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 20 4.1 Phƣơng án 20 4.2 Phƣơng án 25 4.3 Phƣơng án 33 Chọn phƣơng án tối ƣu 38 CHƢƠNG III TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 39 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Khái niệm chung 39 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống nối đất 39 Hệ số mùa 40 Tính toán nối đất 40 a Tính toán nối đất tự nhiên 41 b Tính toán nối đất nhân tạo 41 c Tính toán nối đất chống sét 43 d Tính toán nối đất bổ sung 47 CHƢƠNG IV BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 55 Khái niệm chung 55 Lý thuyết tính toán 55 2.1 Góc bảo vệ dây chống sét 55 2.2 Số lần sét đánh vào đƣờng dây 56 2.3 Số lần phóng điện sét đánh vào đƣờng dây 56 2.4 Số lần cắt điện sét đánh vào đường dây 57 2.5 Số lần cắt điện điện áp cảm ứng 57 Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây 58 3.1 Mô tả đƣờng dây cần bảo vệ 58 3.2 Tính số liệu đƣờng dây dây chống sét 58 3.3 Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây 65 3.4 Tính suất cắt đường dây sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 65 3.5 Tính suất cắt đường dây sét đánh vào khoảng vượt 66 3.6 Tính suất cắt đường dây sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 72 3.7 Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây tải điện 86 PHẦN II CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO TRẠM BIẾN ÁP 87 A Khái niệm chung 88 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Quy tắc Petersen 89 Quy tắc sóng đẳng trị 90 Xác định điện áp dòng điện chống sét van 91 B Trình tự tính toán 94 Sơ đồ tính toán trình truyền sóng trạm biến áp 94 Tính sóng truyền trạm biến áp 97 Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ 101 Kiểm tra an toàn thiết bị trạm 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp BIỂU BẢNG Bảng 1.1: Thông số dông sét số vùng 10 Bảng 1.2: Số ngày dông sét tháng số vùng 11 Bảng 1.3: Tình hình cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-2009 13 Bảng 2.1: Phạm vi bảo vệ cặp cột phƣơng án Đơn vị (m) 24 Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 220kV phƣơng án 26 Bảng 2.3: Chiều cao hiệu dụng nhóm cột phía 110kV phƣơng án 27 Bảng 2.4: Phạm vi bảo vệ cặp cột phƣơng án Đơn vị (m) 29 Bảng 2.5: Phạm vi bảo vệ cặp cột phƣơng án sau nâng cột Đơn vị (m) 32 Bảng 2.6: Phạm vi bảo vệ cặp cột đỡ DCS Đơn vị (m) 37 Bảng 2.7: Bảng so sánh phƣơng án sau 38 Bảng 3.1: Bảng hệ số km 40 Bảng 3.2: Bảng hệ số km 42 TdsK Bảng 3.3: Bảng kết chuỗi e 46 k Bảng 3.4: Hệ số sử dụng cọc nối cọc theo mạch vòng 49 TdsK Bảng 3.5: bảng kết chuỗi e 50 k Bảng 3.6: Hệ số sử dụng nối cọc theo dãy 51 Bảng 3.7: Kết tính toán giá trị BK 54 f (E lv ) 57 Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang Bảng 4.2: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ 69 Bảng 4.3: Đặc tính V-S chuỗi sứ 69 Bảng 4.4: Các cặp thông số (ai,Ii) 70 Bảng 4.5: Giá trị υpđ sét đánh vào khoảng vƣợt 71 Bảng4.6: Kết tính giá trị Ucđ(a,t) sét đánh vào đỉnh cột 84 Bảng 4.7: Các cặp thông số (ai,Ii) 85 Bảng 4.8: Kết tính toán xác suất phóng điện pdi 86 Bảng 5.1: Giá trị điện dung phần tử thay 94 Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian 101 Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp 102 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp BIỂU HÌNH Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cho cột thu sét 16 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao 17 Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ cột thu sét có độ cao khác 18 Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ nhóm cột thu sét có độ cao 19 Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ dây chống sét 19 Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ hai dây chống sét treo độ cao 20 Hình 2.7: Sơ đồ bố trí cột thu sét phƣơng án 21 Hình 2.8: Phạm vi bảo vệ cột thu sét phƣơng án 25 Hình 2.9: Sơ đồ bố trí cột thu sét phƣơng án 25 Hình 2.10: Phạm vi bảo vệ cột thu sét phƣơng án 30 Hình 2.11: Phạm vi bảo vệ cột thu sét phƣơng án sau nâng cột 32 Hình 2.12: Sơ đồ bố trí dây chống sét phƣơng án 33 Hình 2.13: Phạm vi bảo vệ của phƣơng án dùng DCS 37 Hình 3.1: Sơ đồ nối đất nhân tạo TBA 42 Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất 43 Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn 44 Hình 3.4: Sơ đồ đóng cọc bổ sung 47 Hình 3.5: Sơ đồ nối đất bổ sung 51 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ηT = f(n) 52 Hình 3.7: Đồ thị xác định nghiệm phƣơng trình: tan XK = -0,068.XK 53 Hình 4.1: Góc bảo vệ dây thu sét 55 Hình 4.2: Kết cấu cột điện……………………………………… 58 Hình 4.3: Dây dẫn ảnh qua mặt đất 63 Hình 4.4: Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét 67 Hình 4.5: Đồ thị Ucđ(a,t) 70 Hình 4.6: Đƣờng cong nguy hiểm sét đánh vào khoảng vƣợt 71 Hình 4.7: Sét đánh vào đỉnh cột lân cận đỉnh cột 72 Hình 4.8: Sơ đồ thay mạch chƣa có sóng phản xạ 74 Hình 4.9: Sơ đồ thay mạch có sóng phản xạ 75 Hình 4.10: Đồ thị Ucđ(a,t) 85 Hình 4.11: Đƣờng cong nguy hiểm 85 Hình 5.1: Sơ đồ truyền sóng hai nút 89 Hình 5.2: Sơ đồ thay Petersen 89 Hình 5.3: Sơ đồ nút có nhiều đƣờng dây nối vào 90 Hình 5.4: Sơ đồ thay Petsersen xác định điện áp điện dung 91 Hình 5.5: Đặc tính V-A chống sét van 92 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Hình 5.6: Sơ đồ thay Petersen cho chống sét van 92 Hình 5.7: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A 93 Hình 5.8: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ 95 Hình 5.9: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm 95 Hình 5.10: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm 95 Hình 5.11: Quy tắc phân bố lực 96 Hình 5.12: Sơ đồ Petersen nút 97 Hình 5.14: Sơ đồ Petersen nút 100 Hình 5.15: Sơ đồ Petersen nút 101 Hình 5.16: Đồ thị điện áp chịu đựng máy biến áp 102 Hình 5.17: Đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV 102 Hình 5.18: Đồ thị đặc tính V-S góp 103 Hình 5.19: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy biến áp 103 Hình 5.20: Dòng điện qua chống sét van 104 Hình 5.21: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV 104 Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp LỜI NÓI ĐẦU Đất nƣớc ta bƣớc vào thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa,ngành điện giữ vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế đất nƣớc Trong sống đại, điện cần cho sống sinh hoạt phục vụ sản suất Nền kinh tế phát triển nhu cầu điện tăng lên Nhiệm vụ đặt cho ngành điện phải đáp ứng nhu cầu ngày tăng Vì việc xây dựng mở rộng thêm nhà máy điện, trạm biến áp đƣờng dây tải điện thiếu với quốc gia Để đảm bảo cho việc cung cấp điện thƣờng xuyên liên tục cho phụ tải điện ta phải tìm biện pháp, phƣơng pháp hữu hiệu để bảo vệ cho đƣờng dây tải điện thiết bị trạm điện v.v Trong đó, việc tính toán bảo vệ chống sét cho nhà máy điện, trạm điện đƣờng dây tải điện việc làm cần thiết sét tƣợng đặc biệt thiên nhiên gây nguy hiểm tới tính mạng ngƣời thiệt hại sét gây cho ngành điện lớn Xuất phát từ nhu cầu thực tế, với kiến thức chuyên ngành đƣợc học, em đƣợc giao thực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp với nhiệm vụ: “Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV” Đồ án tốt nghiệp gồm có hai phần: Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây 110kV vào trạm Trong thời gian thực đồ án, với nỗ lực thân đƣợc giúp đỡ tận tình thầy cô giáo, đặc biệt cô giáo TS Đặng Thu Huyền em hoàn thành đồ án Em mong nhận đƣợc đánh giá nhận xét thầy cô giúp em ngày tiến đƣờng học tập công việc sau Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Anh Đức Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp PHẦN I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp CHƢƠNG I HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện phận hệ thống lƣợng bao gồm nhà máy điện, đƣờng dây, trạm biến áp hộ tiêu thụ điện Trong trạm biến áp, đƣờng dây phần tử có số lƣợng lớn quan trọng Trong trình vận hành phần tử chịu ảnh hƣởng nhiều tác động thiên nhiên nhƣ: mƣa, gió, bão đặc biệt nguy hiểm bị ảnh hƣởng sét Khi có cố sét đánh vào trạm biến áp đƣờng dây gây hƣ hỏng cho thiết bị trạm dẫn tới việc gián đoạn cung cấp điện gây thiệt hại lớn tới kinh tế Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu chi phí thiệt hại nâng cao độ an toàn vận hành phải tính toán bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện Hiện tƣợng dông sét Dông tƣợng thời tiết tự nhiên kèm theo sấm, chớp xảy Cơn dông đƣợc hình thành có khối khí nóng ẩm chuyển động thẳng Cơn dông kéo dài từ 30 phút đến 12 tiếng trải rộng từ vài chục đến vài trăm km Trong giai đoạn đầu phát triển dông, khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng đứng đám mây Sự phân bố điện tích mây dông phức tạp Khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông thƣờng mây dông có kết cấu nhƣ sau: vùng điện tích âm nằm khu vực độ cao km, vùng điện tích dƣơng phần đám mây độ cao 812km khối điện tích dƣơng nhỏ phía dƣới chân mây Khi vùng điện tích đủ mạnh xảy phóng điện sét Quá trình phóng điện sét phóng điện đám mây với đám mây với đất, tƣợng phóng điện từ đám mây mang điện tích âm sang đám mây mang điện tích dƣơng Quá trình phóng điện sét mây – mây dừng hai đám mây trung hòa hết điện tích Khoảng 80% số trƣờng hợp phóng điện sét mây – đất đám mây tích điện âm Khi đám mây đƣợc tích điện với mật độ điện tích lớn, tạo cƣờng độ điện trƣờng lớn hình thành dòng phát triển phía mặt đất Giai đoạn giai đoạn phóng điện tiên đạo Tia tiên đạo môi trƣờng Plasma có điện tích lớn Tốc độ di chuyển trung bình tia tiên đạo lần phóng khoảng 1,5.107 cm/s Ở lần phóng điện nhanh đạt tới 20.108 cm/s, trung bình đợt sét có khoảng lần phóng điện liên tiếp đám mây hình thành nhiều trung tâm điện tích Dƣới mặt đất hiệu ứng bề mặt mà tập trung nhiều điện tích dƣơng Nếu điện tích dƣới mặt đất đồng (điện trở suất điểm nhƣ nhau) tia tiên đạo phát triển theo hƣớng vuông góc với mặt đất Nếu điện trở suất vị trí khác điện tích dƣơng tập trung nơi có điện trở suất nhỏ mục tiêu tia tiên đạo, tính chọn lọc phóng điện sét Việt Nam nƣớc khí hậu nhiệt đới, có cƣờng độ dông sét mạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy miền đất nƣớc Việt Nam có đặc điểm mùa dông sét khác Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Tình hình dông sét Việt Nam Ở miền Bắc mùa dông sét tập trung khoảng từ tháng đến tháng 9, số ngày dông dao động từ 70 110 ngày năm số lần dông từ 150 300 lần, nhƣ trung bình ngày xảy từ dông Vùng dông sét nhiều miền Bắc Móng Cái Tại hàng năm có từ 250 300 lần dông tập trung khoảng 100 110 ngày Tháng nhiều dông sét tháng 7, tháng Một số vùng có địa hình thuận lợi thƣờng khu vực chuyển tiếp vùng núi vùng đồng bằng, số trƣờng hợp dông sét lên tới 200 lần, số ngày dông sét lên đến 100 ngày năm Các vùng lại có từ 150 200 dông năm, tập trung khoảng 90 100 ngày Vùng phía Bắc duyên hải Trung Bộ khu vực tƣơng đối nhiều dông sét tháng 4, từ tháng đến tháng số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông sét (tháng 5) quan sát đƣợc 12 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 10) dông sét ít, tháng gặp từ ngày dông sét Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) khu vực dông sét nhất, thƣờng có tháng 5, số ngày dông sét khoảng 10 ngày/tháng nhƣ Tuy Hoà 10 ngày/tháng, Nha Trang ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng Ở miền Nam, khu vực nhiều dông sét đồng Nam Bộ từ 120 140 ngày/năm, nhƣ thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm Mùa dông sét miền Nam dài mùa dông sét miền Bắc từ tháng đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông sét quan sát đƣợc trung bình có từ 15 20 ngày/tháng, tháng tháng nhiều dông sét nhấttrung bình gặp 20 ngày dông/tháng nhƣ thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày Ở khu vực Tây Nguyên, mùa dông sét ngắn số lần dông sét hơn, tháng nhiều dông sét tháng quan sát đƣợc khoảng 15 ngày dông Bắc Tây Nguyên, 10 12 ngày Nam Tây Nguyên, KonTum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plêiku 17 ngày Bảng 1.1: Thông số dông sét số vùng Vùng Miền núi trung du Bắc Bộ Số ngày dông Số dông Mật độ sét Tháng trung bình trung bình trung bình nhiều dông sét ( ngày/năm) ( giờ/năm) 61,6 219,1 6,33 Ven biển miền Trung 44 95,2 3,55 5; Cao nguyên miền Trung 47,6 126,21 3,31 5; Đồng ven biển Nam Bộ 81,1 215,6 6,47 Đồng miền Nam 60,1 89,32 5,17 5; Nguyễn Anh Đức Trang 10 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp U, kV α=0,2 K α=0 I, kA Hình 5.5: Đặc tính V-A chống sét van Hệ số phi tuyến chống sét van SiC biến thiên phạm vi 0,18÷0,24 hệ số phi tuyến chống sét van ZnO biến thiên phạm vi 0,02÷0,03 nhƣ Hình 5.5 +) Miền II ứng với miền làm việc chống sét van có dòng điện I ≥ 1kA Khi điện áp dƣ loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm ZnO thấp loại chống sét van có điện trở phi tuyến làm SiC Nhƣ sử dụng loại chống sét van dùng điện trở phi tuyến làm ZnO có độ an toàn cao (do điện áp dƣ thấp khả nguy hiểm đến thiết bị khác trạm giảm xuống) làm giảm thấp mức cách điện xung kích trạm +) Miền I ứng với điện áp, dòng điện rò điện trở ZnO bé so dòng rò điện trở SiC bé đến mức nối trực tiếp loại điện trở vào lƣới điện mà không cần dao cách ly khe hở nhƣ chống sét van cổ điển (dùng điện trở phi tuyến SiC) - Xác định điện áp dòng điện chống sét van Sơ đồ Petersen xác định điện áp chống sét van nhƣ sau: U2 U1 Zdt 2Udt ZCSV UCSV ZCSV Hình 5.6: Sơ đồ thay Petersen cho chống sét van Từ sơ đồ thay thế, ta có phƣơng trình: 2U dt Nguyễn Anh Đức Zdt i CSV K.i CSV (5.12) Trang 92 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Trong đó: K=295 =0,025 Mặt khác, ta biết đặc tính V-A chống sét van: U CSV f (i CSV ) K.i CSV nên ta vẽ đƣợc đồ thị sau Vì UCSV(t) ICSV(t) phụ thuộc hoàn toàn vào đặc tính V-S chống sét van nên ta có cách tính UCSV(t) ICSV(t) theo phƣơng pháp đồ thị nhƣ sau: - Phần bên phải vẽ đƣờng đặc tính V-A: UCSV = f(iCSV) điện áp giáng tổng trở Ztd U=Ztd.iCSV, sau xây dựng đƣờng cong UCSV +Ztd.iCSV phƣơng pháp cộng đồ thị tƣơng ứng với giá trị iCSV - Phần bên trái ta vẽ quan hệ 2Utd(t) Ứng với sóng ta xác định đƣợc điểm a đƣờng 2Utd (t), từ điểm a ta dóng sang bên phải song song với trục OI, gặp đƣờng cong UCSV+Ztd.iCSV điểm b, từ điểm b ta dóng xuống song song với trục OU, gặp đƣờng UCSV điểm c, từ điểm c ta dóng song song với trục Ot gặp đƣờng dóng thẳng từ điểm a xuống song song với OU d, d giá trị UCSV (t) ứng với giá trị 2Utd (t) điểm a Từ c ta tiếp tục dóng thẳng xuống trục OI cắt trục OI g, từ g ta chuyển sang toạ độ ICSV(t) ta có điểm h (với Oh=Og) Từ h ta dóng song song với Ot gặp đƣờng dóng thẳng từ a xuống e, e giá trị ICSV(t) ứng với giá trị 2Utd(t) điểm a Thay đổi nhiều giá trị a khác làm theo cách tƣơng tự ta có đƣờng cong đặc tính UCSV(t) ICSV(t) 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 5.7: Đồ thị xác định U(t), I(t) chống sét van từ đặc tính V-A Nguyễn Anh Đức Trang 93 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp B Trình tự tính toán Sơ đồ tính toán trình truyền sóng trạm biến áp Khi lập sơ đồ tính toán cần xác định chế độ vận hành nguy hiểm mặt bảo vệ sóng truyền vào trạm, điều đảm bảo số liệu tính toán cho khả xác định mức độ bảo vệ an toàn cao Sơ đồ xuất phát thƣờng phức tạp, để trình tính toán không phức tạp cần có đơn giản hóa hợp lý Có thể tiến hành theo trình tự sau: - Dựa vào sơ đồ nguyên lý lập sơ đồ thay trạm trạng thái sóng Trong sơ đồ thay đƣờng dây, góp đƣợc thay đoạn đƣờng dây dài với tổng trở sóng chúng Trong tính toán thƣờng lấy gần tổng trở sóng Z = 400 Ω cho đƣờng dây góp Tốc độ truyền sóng lấy v = 300 m/µs Các thiết bị khác đƣợc thay điện dung tập trung tƣơng đƣơng Có thể lấy trị số theo bảng sau: Bảng 5.1: Giá trị điện dung phần tử thay Loại thiết bị Máy biến áp điện lực Đặc tính thiết bị T.số giới hạn T số trung bình Công 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 100-200 150 Máy biến áp đo lƣờng Máy cắt điện Dao cách ly Sứ xuyên Điện dung,(pF) - Căn vào sơ đồ đầy đủ lập với chiều dài đoạn dây, góp biết, phân tích sơ bộ, tìm trạng thái vận hành bất lợi Thƣờng trạng thái mà thiết bị cần bảo vệ (máy biến áp, máy cắt…) xa chống sét van, trình lan truyền sóng đƣờng dây qua nút có điện dung tập trung nhiều đƣờng dây rẽ nhánh - Tiến hành đơn giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc sau: Các nút gần nhƣ điểm nối vào góp nhập chung thành nút nhằm làm giảm khối lƣợng tính toán Các điện dung tập trung không nằm vị trí cần xác định điện áp nút phân nhánh đƣờng truyền sóng di chuyển nút gần theo nguyên tắc mô men, nghĩa điện dung đƣợc chia làm hai phần di chuyển phía hai nút gần với trị số tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ đến nút Nguyễn Anh Đức Trang 94 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Hình 5.8: Sơ đồ thay trạng thái đầy đủ Từ sơ đồ ta thấy trạng thái vận hành nguy hiểm đƣờng dây D2 máy biến áp T2 bị cắt, đƣờng dây D1 máy biến áp T1 hoạt động Hình 5.9: Sơ đồ thay trạng thái nguy hiểm Rút gọn sơ đồ ta có sơ đồ sau: Hình 5.10: Sơ đồ thay rút gọn trạng thái nguy hiểm Nguyễn Anh Đức Trang 95 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Trong đó: Điểm điểm đặt dao cách ly đƣờng dây có sóng sét truyền qua Điểm điểm đặt góp trạm biến áp Điểm điểm đặt máy biến áp có sóng sét truyền đến Điểm điểm đặt chống sét van Do tính điện dung góp nên ta gộp góp vào điểm nên khoảng cách điểm nhƣ sau: Điểm 1-2: L1-2 = 27m Điểm 2-3: L2-3 = 44m Điểm 2-4: L2-4 = 19m Sóng truyền từ phía đƣờng dây 110 kV dạng sóng xiên góc, biên độ cực đại điện áp U50% cách điện đƣờng dây, U50% = 650kV Coi tổng trở sóng đoạn dây góp có giá trị Z = 400Ω Từ ta tính đƣợc giá trị điện dung đơn vị góp: 1 C0 8,33(pF / m) Z.v 300.400 Chiều dài góp LTG= 13m, từ ta tính đƣợc điện dung góp: CTG C0 LTG 8,33.13 108, 29(pF) Ta quy đổi điện dung điểm cần xét theo quy tắc momen lực: A B LA O LB CA CO CB Hình 5.11: Quy tắc phân bố lực CA C lB lA lB CB ; Do ta có: CMC 21 CCL 15 C1 CCL 27 27 C2 CTG CCL 12 27 108, 29 60 C3 CCL 30 44 60.30 1500 44 CT1 Nguyễn Anh Đức C lA lA 60 lB 500.21 60.15 27 27 26 14 13 44 44 19 12 27 26 14 13 44 44 19 CMC 500 27 27 482, 222(pF) 20 44 20 44 CBU 19 300 19 517,511(pF) CMC 24 CCL 18 44 44 500.24 60.18 1838,181(pF) 44 44 Trang 96 Trường Đại học Điện Lực C4 CBU 13 19 CCL 19 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp 300.13 19 60.6 19 224, 21(pF) Tính sóng truyền trạm biến áp a Tính thời gian sóng truyền nút Ta tiến hánh tính toán với sóng có độ dốc đầu sóng a = 300 kV/µs, thời gian đầu sóng là: U50% 650 2,167( s) ds a 300 Ta tính toán với sóng truyền vào trạm sóng xiên góc có phƣơng trình: a.t(t ds ) (kV) u U 50% (t ds ) Thời gian để sóng truyền từ nút đến nút là: l 27 t12 12 0,09( s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút là: l 44 t 23 23 0,147( s) v 300 Thời gian truyền sóng từ nút đến nút là: l24 19 t 24 0,063( s) v 300 Chọn gốc thời gian nút t=0 ( s) bƣớc thời gian tính t=0,01( s) b Tính điện áp nút Nút có đƣờng dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C1 = 482,222pF, ta có sơ đồ thay Petersen nhƣ sau: Ut Z Z Zdt 2Udt C1=482,222pF C1=482,222pF Hình 5.12: Sơ đồ Petersen nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Nguyễn Anh Đức Zdt Z 400 200( ) Trang 97 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Hệ số khúc xạ nút 1: 2.Zdt Z 2.200 400 2Udt m1 U'm1 U'01 U'21 m Trong đó: U’01 : Sóng từ đƣờng dây tới nút U’21 : Sóng tới từ nút truyền nút Do tổng trở tập trung tai nút điện dung C1 = 482,222 (pF), nên theo phƣơng pháp tiếp tuyến ta có thời gian nạp mạch: T1 Zdt C1 200.482, 222.10 t T1 U1 t 2.U dt T1 0,01 0,096 U1 (t) U1 (t t) 0,096( s) 0,104 0,104 2.U dt U1 (t) U1 U1 (t) Với: U1(0)=0 Biểu thức cho ta tính liên tiếp giá trị U1(t) ' - Khi t 2.t12 0,18( s) U 21' nên 2.U dt U 01 - Khi t 2.t12 0,18( s) U 21' nên 2.U dt ' U 01 U '21 Sóng phản xạ nút 1: U12 U1 U '21 U10 U1 U '01 c Tính điện áp nút Nút có đƣờng dây tới tổng trở sóng Z = 400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C2 = 517,511pF, ta có sơ đồ thay Petersen nhƣ sau: Z Ut Z Zdt Z C2=906,404pF 2Udt C2=906,404pF Hình 5.13: Sơ đồ Petersen nút Sau tính nút khoảng t < 2.t12 phải bắt đầu xét nút Tại Nguyễn Anh Đức Trang 98 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp nút có đƣờng dây nối với điện dung ta phải áp dụng phƣơng pháp tiếp tuyến, sơ đồ Peterson có: Z 400 Zdt 133,333( ) 3 2.Zdt 2.133,333 0,666 Z 400 2.Udt U'm2 ' 0,666.(U12 ' U32 U'42 ) m Trong công thức U’m2 sóng tới sóng phản xạ từ 1, truyền ' - Khi t < t12+2.t24=0,09+0,126=0,216(µs) U '42 , U32 Do 2.U dt - Khi t12+2.t24< t t12+t23 ta phải quan tâm tới nút 3,4 Ta tạm dừng tính nút tính nút 3,4 khoảng thời gian từ t=t12 đến t=t12+t23 Sau tính đƣợc điện áp nút 3,4 ta quay lại tính điện áp nút ' U32 U32 (t 0,147) Với U32 U'42 U '23 U3 U 42 (t 0,063) Với U 42 U '24 U4 Biết 2.U dt , Zdt C2 tính đƣợc điện áp nút theo phƣơng pháp tiếp tuyến Thời gian nạp mạch: T2 Zdt C2 133,333.517,511.10 t 0,01 0,069 T2 U2 U (t Sóng phản xạ nút 2: U2 U 21 U2 ' U12 U 23 U2 ' U 32 U 24 U2 U '42 0,069( s) 0,145 0,145 2.U dt t) U (t) U (t) Khi thời gian (tƣơng nút 2): t< 2.t24=0,126 µs t< 2.t23=0,294 µs ' U U32 U24 = U23 = U2 ' 42 Nguyễn Anh Đức Trang 99 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp d Tính điện áp nút Nút có đƣờng dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C3=1595,454 pF, ta có sơ đồ thay Peterson nhƣ sau: Hình 5.14: Sơ đồ Petersen nút Tổng trở sóng đẳng trị là: Zdt Z 400( ) Hệ số khúc xạ nút là: 2.Zdt 2.400 Z 400 ' 2.Udt 2.U '23 U 23 Với U '23 sóng tới nút sóng phản xạ từ nút truyền tới U '23 U 23 (t t 23 ) U 23 U2 Khi t ' U 32 2.t 23 0, 294 ' s U32 nên U '23 U2 Do tổng trở tập trung nút điện dung C3=1838,181 (pF) Nên theo phƣơng pháp tiếp tuyến ta có: Thời gian nạp mạch: T3 Zdt C3 400.1838,181.10 0,735( s) t T3 U3 U3 (t 0,01 0,735 0,013 0,013.(2.Udt t) U3 (t)) U3 U3 (t) Sóng phản xạ nút 3: U 32 U U '23 e Điện áp nút Nút có đƣờng dây tới tổng trở sóng Z=400Ω Nguyễn Anh Đức Trang 100 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Tổng trở tập trung nút tụ điện dung C4=224,21 pF mắc song song với chống sét van không khe hở ZnO, ta có sơ đồ thay Peterson nhƣ sau: Hình 5.15: Sơ đồ Petersen nút Ta dùng chống sét van khe hở nên chống sét van làm việc, tác dụng điện dung C4 không đáng kể Trong sơ đồ Peterson ta xét tổng trở chống sét van mà bỏ qua điện dung C4 2.Zdt 2.400 Hệ số khúc xạ nút là: Z 400 2.Udt Ucsv Icsv Zdt 2.U '24 với Zdt =400Ω U csv K.Icsv : K =295, α=0,025 Sóng phản xạ nút 4: U 42 U4 U '24 Khi t < t12+2.t24 =0,09+0,126=0,216 µs U '42 =0 U24=U2 Ta tính đƣợc U4 khoảng phƣơng pháp đồ thị (dựa vào Udt, Zdt đặc tính V-A chống sét van) Khi t > 2.t24 = 0,126 µs U '42 nhƣng tính đƣợc tiếp có U3 bƣớc trƣớc Quá trình tính toán đƣợc lặp lặp lại nút Các đặc tính cách điện nút cần bảo vệ a Đặc tính chịu đựng máy biến áp Ta có bảng đặc tính cách điện máy biến áp nhƣ sau: Tra giáo trình Kĩ thuật điện cao áp ta có đặc tính chịu áp máy biến áp 110 kV : Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng máy biến áp theo thời gian t(µs) 1,5 10 U/Umax 0,3 0,98 0,95 0,92 0,89 0,85 U(kV) 165 550 539 522,5 506 489,5 467,5 Nguyễn Anh Đức Trang 101 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Umba(kV) U(kV) 700 600 500 400 300 U(kV) 200 100 t(µs) 0 10 12 Hình 5.16: Đồ thị điện áp chịu đựng máy biến áp b Đặc tính V-A chống sét van U csv 0,025 295.Icsv Theo giáo trình “Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp tác giả Nguyễn Minh Chƣớc” trang 99 ta có đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV nhƣ hình vẽ sau: Hình 5.17: Đặc tính V-S đặc tính V-A chống sét van 110 kV c Đặc tính cách điện góp Đặc tính cách điện góp đặc tính cách điện chuỗi sứ Bảng 5.3: Đặc tính V-S góp t(µs) U(kV) 1020 960 Nguyễn Anh Đức 10 900 855 830 810 805 805 800 797 795 Trang 102 Trường Đại học Điện Lực 1200 Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Utg(kV) U(kV) 1000 800 600 Utg(kV) 400 200 t(µs) 10 15 Hình 5.18: Đồ thị đặc tính V-S góp Kiểm tra an toàn thiết bị trạm a Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ : U(kV) 700 600 500 UMBA 400 300 U3 200 100 0 10 12 t(µs) Hình 5.19: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy biến áp Trong đó: Umba: Đƣờng biểu thị đặc tính cách điện máy biến áp U3: Đƣờng biểu thị đặc tính điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng sét với độ dốc a=300(kV/μs) truyền vào trạm qua đƣờng dây 110kV b Kiểm tra dòng điện qua chống sét van Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ: Nguyễn Anh Đức Trang 103 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Icsv t(µs) 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 Icsv 1,500 1,000 0,500 0,000 -0,500 I(kA) Hình 5.20: Dòng điện qua chống sét van c Kiểm tra an toàn cách điện cho góp 110 kV Dựa vào kết tính sóng truyền ta có hình vẽ: U(kV) 1200 1000 800 UTG 600 400 U2 200 0 10 t(µs) Hình 5.21: Kiểm tra an toàn cách điện góp 110 kV Trong đó: Utg: Biểu thị đƣờng đặc tính cách điện góp U2: Biểu thị đƣờng đặc tính điện p xuất góp có sóng sét với độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm qua đƣờng dây 110kV Nhận xét: Sóng khúc xạ giảm số lƣợng đƣờng dây tăng lên ngƣợc lại Khi sóng lan truyền từ đƣờng dây vào trạm theo sơ đồ Petersen điện áp Nguyễn Anh Đức Trang 104 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp góp giảm (n-1) lần nhƣ có n lộ đƣờng dây nối vào góp Trong phần tính toán ta tính cho trƣờng hợp nguy hiểm trƣờng hợp vận hành với đƣờng dây máy biến áp Từ đồ thị ta thấy sóng có độ dốc a = 300(kV/μs) truyền vào trạm thì: +Điện áp xuất góp 110kV trạm có sóng sét truyền trạm vào nằm dƣới đăc tính phóng điện chuỗi sứ cách điện góp 110kV trạm đƣợc an toàn (Hình 5.21) +Dòng điện qua chống sét van nhỏ 10kA đảm bảo cho chống sét làm việc bình thƣờng (Hình 5.20) + Điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm bé điện áp chịu đựng máy biến áp máy biến áp đƣợc bảo vệ an toàn co sóng truyền vào trạm (Hình 5.19) Vậy đặt lại vị trí chống sét van vào gần với góp để giảm điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp có sóng truyền vào trạm Nguyễn Anh Đức Trang 105 Trường Đại học Điện Lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện – Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, điện áp bảo vệ chống điện áp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 Vũ Văn Tẩm-Ngô Hồng Quang, Giáo trình thiết kế cấp điện, Nhà xuất Giáo Dục Việt Nam Nguyễn Anh Đức Trang 106 ... Sinh viên Nguyễn Anh Đức Nguyễn Anh Đức Trang Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp PHẦN I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV Nguyễn Anh Đức Trang... Độ cao hiệu dụng cột thu sét là: D 36,5 8 Nguyễn Anh Đức = 36,055 (m) 4.506(m) Trang 21 Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp Độ cao cần bảo vệ phía 220kV hx=17m nên chiều cao... hệ thống chống sét có độ cao nhỏ 30m Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn 30m công thức cần Nguyễn Anh Đức Trang 17 Trường Đại học Điện lực Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp đƣợc hiệu chỉnh theo