Luận văn Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH MINH SANG PHÂN BỐ DÒNG QUA MÁY BIẾN ÁP KHI SÉT ĐÁNH BẤT KỲ MỘT ĐIỂM TRÊN ĐƯỜNG DÂY S K C 0 0 0 2 8 1 NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 S K C 0 0 3 7 8 6 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH MINH SANG PHÂN BỐ DÒNG QUA MÁY BIẾN ÁP KHI SÉT ĐÁNH BẤT KỲ MỘT ĐIỂM TRÊN ĐƯỜNG DÂY NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH MINH SANG PHÂN BỐ DÒNG QUA MÁY BIẾN ÁP KHI SÉT ĐÁNH BẤT KỲ MỘT ĐIỂM TRÊN ĐƯỜNG DÂY NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 Hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trịnh Minh Sang Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1986 Nơi sinh: Sóc Trăng Quê quán: Châu Thành, tỉnh Sóc Trăng Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 82, huyện Châu Thành, tỉnh Sóc Trăng Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0913.711.099 Fax: E-mail: trinhminhsang181@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2004 đến 2008 Nơi học: Trường Đại học Cần Thơ Ngành học: Kỹ Thuật Điện 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2011 đến 2013 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Tên luận văn: Phân bố dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 21/11/2012 - Hội đồng trường ĐHSPKT-TP.HCM Người hướng dẫn: TS. Hồ Văn Nhật Chương 3. Trình độ ngoại ngữ: tiếng Anh – cấp độ B1 4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Văn bằng Kỹ sư Điện, số hiệu 0211482, cấp ngày 10 tháng 10 năm 2008 Nơi cấp Trường Đại học Cần Thơ i
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 25/12/2008 Công ty TNHH MTV Cán Bộ Kỹ Thuật đến nay Công Trình Đô Thị tỉnh Sóc Trăng XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 10 tháng 10 năm 2012 Ngƣời khai ký tên Trịnh Minh Sang ii
6. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Ký tên Trịnh Minh Sang HVTH: Trịnh Minh Sang iii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
7. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Hồ Văn Nhật Chương đã tận tình, nhiệt tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn! Và xin cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy, truyền thụ kiến thức trong suốt khóa học! Và xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, trưởng, phó phòng Kỹ Thuật và các cô, chú, anh, chị, em trong Công ty TNHH MTV Công trình Đô thị tỉnh Sóc Trăng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi được tham gia khóa học! Và tình thương của gia đình và sự giúp đỡ của bạn bè đã là động lực thúc đẩy tôi trong suốt quá trình học tập cũng như khoảng thời gian tâm lý không ổn định! Xin chân thành cảm ơn tất cả! Cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Ký tên Trịnh Minh Sang HVTH: Trịnh Minh Sang iv GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
8. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây TÓM TẮT Biên độ điện áp và xây dựng mạng lưới nối đất thì giải quyết được dòng điện truyền vào hệ thống nối đất trạm biếp áp cao thế. Vì vậy, dòng điện qua hệ thống nối đất trạm biến áp thì luôn luôn được sự quan tâm của người thiết kế. [8] - [9] giới thiệu một phương pháp mới tính dòng điện qua hệ thống nối đất trạm biến áp cao thế khi sét đánh trên đường dây chống sét tại một điểm bất kỳ có ảnh hưởng của các thông số. Đề tài này nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số của hệ thống nối đất và từ đó xác định vùng nguy hiểm nhất của trạm biến áp và một vài kết quả khác nhận được. ABSTRACT The voltage amplitude and its distribution along the grounding grid are decided by current injecting a grounding system of high voltage substation. Therefore, the short circuit current passing this grounding system of substation is always cared by the designers. [8] - [9] introduced a new method to calculate the current passing grounding system of high voltage substation when lightning strikes on the grounding wire of transmission line at any point regardless of the influential parameters. This paper studied clearly the influence of the parameters of “grounding wire-electric pole system” and from this, the dangerous zone of high voltage substation and some other interesting results were received. HVTH: Trịnh Minh Sang v GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
9. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vi Chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xxi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề 1 Mục đích của đề tài 1 Phương pháp nghiên cứu 1 Phạm vi ứng dụng 2 Nội dung luận văn 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu 3 1.2 Đánh giá, phân tích bài báo 3 1.2.1 Formulas for calculating physical grounding resistance of grounding wire – electric pole system of high voltage transmission line [8] 3 1.2.2 Ưu điểm của các bài báo 5 1.23 Hạn chế của các bài báo 5 1.3 Nhiệm vụ của đề tài 6 1.4 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài 6 HVTH: Trịnh Minh Sang vi GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
10. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây 1.4.1 Phạm vi nghiên cứu 6 1.4.2 Giới hạn đề tài 6 1.5 Điểm mới của luận văn 7 1.6 Kế hoạch thực hiện 7 Chƣơng 2. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TẦN SỐ VÀ CÁC VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT VÀ HỆ THỐNG DÂY CHỐNG SÉT 8 2.1 Phương pháp đặc tính tần số 8 2.2 Các vấn đề về hệ thống nối đất 11 2.2.1 Các dạng nối đất 11 2.2.2 Các vấn đề về thiết kế hệ thống nối đất 12 2.2.3 Hệ thống nối đất trạm biến áp 13 2.2.4 Bảo vệ chống sét cho các phần tử hệ thống điện 15 2.2.4.1 Bảo vệ chống sét đường dây tải điện 15 2.2.4.2 Sét đánh trực tiếp vào đường dây không có dây chống sét 15 2.2.4.3 Sét đánh trên đường dây có dây chống sét 16 2.2.4.4 Khi có hai dây chống sét 16 2.2.5 Bảo vệ chống sét trạm biến áp 16 2.2.6 Các yêu cầu kinh tế kỹ thuật kinh tế khi thiết kế hệ thống nối đất cho trạm và đường dây tải điện 18 Chƣơng 3. XÁC ĐỊNH TỔNG TRỞ THEVENIN CỦA ĐƢỜNG DÂY CHỐNG SÉT – CỘT ĐIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG SÉT 20 3.1 Thành lập công thức tính tổng trở hệ thống 20 3.1.1 Mô hình toán hệ truyền tải điện đơn một dây chống sét 20 3.1.1.1 Tính tổng trở Thevenin nhìn từ đầu đường dây với mô hình n mạch pi có các thông số Z s và Z p giống nhau 21 3.1.1.2 Tổng trở Thevenin có tính đến chiều dài của khoảng vượt 26 3.1.1.3 Tính tổng trở Thevenin khi cuối đường dây có mắc thêm một phần tử Z1 27 3.2 Phương pháp tính dòng sét đơn giản 29 HVTH: Trịnh Minh Sang vii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
11. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây 3.2.1 Tính toán trở kháng 30 3.2.2 Tính toán dòng điện 30 3.2.2.1 Trường hợp sét đánh tại cột cổng trạm biến áp 30 3.2.2.2 Trường hợp sét đánh tại cột thứ k trên đường dây 33 3.3. Đề xuất 36 Chƣơng 4. KHẢO SÁT DÒNG QUA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT MÁY BIẾN ÁP KHI SÉT ĐÁNH TRÊN ĐƢỜNG DÂY CHỐNG SÉT 38 4.1 Khảo sát dòng qua hệ thống nối đất máy biến áp khi sét đánh trên đường dây chống sét 38 4.1.1 Các trường hợp sự cố sét đánh 39 4.1.2 Các thông số của đường dây chống sét 41 4.1.3 Khảo sát phần trăm dòng điện qua hệ thống nối đất máy biến áp so với dòng sét 41 4.1.3.1 Trường hợp sét đánh tại cột cổng 41 4.1.3.2 Trường hợp sét đánh tại vị trí bất kỳ k 46 4.1.4 Khảo sát phần trăm điện áp tại hệ thống nối đất máy biến áp so với điện áp sét 55 4.1.4.1 Trường hợp sét đánh tại cột cổng 55 4.1.4.2 Trường hợp sét đánh tại vị trí bất kỳ k 59 4.2 Nhận xét chung 68 Chƣơng 5. KHẢO SÁT DÒNG QUA CUỘN DÂY MÁY BIẾN ÁP KHI SÉT ĐÁNH TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 70 5.1 Khảo sát dòng qua cuộn dây máy biến áp khi sét đánh trên đường dây truyền tải 70 5.1.1 Các trường hợp sự cố sét đánh 73 5.1.2 Các thông số của đường dây truyền tải 73 5.1.3 Các thông số của máy biến áp 74 5.1.4 Khảo sát phần trăm dòng điện qua cuộn dây máy biến áp so với dòng sét 74 5.1.4.1 Trường hợp sét đánh tại đầu cực MBA 74 HVTH: Trịnh Minh Sang viii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
12. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây 5.1.4.2 Trường hợp sét đánh tại vị trí bất kỳ k 84 5.1.5 Khảo sát phần trăm điện áp qua cuộn dây máy biến áp so với dòng sét. 94 5.1.5.1 Trường hợp sét đánh tại đầu cực MBA 94 5.1.5.2 Trường hợp sét đánh tại vị trí bất kỳ k 104 5.2 Nhận xét chung 114 Chƣơng 6. Kết luận 115 6.1 Kết luận 115 6.2 Hướng phát triển của đề tài 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 PHỤ LỤC 120 PHỤ LỤC 1: Chứng minh các công thức 120 1 Chứng minh công thức 3.17 120 2 Chứng minh công thức 3.24 122 3 Tính toán thông số đường dây chống sét 123 4 Tính toán thông số đường dây truyền tải 123 5 Tính toán thông số tổng trở cuộn dây máy biến áp 124 PHỤ LỤC 2: Chƣơng trình mô phỏng 129 PHỤ LỤC 3: Bảng số liệu 139 HVTH: Trịnh Minh Sang ix GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
13. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây CHỮ VIẾT TẮT NMĐ : Nhà máy điện TBA : Trạm biến áp MBA : Máy biến áp TBNĐ : Trang bị nối đất EMTP : Electro Magnetic Transients Program Inf : Infinity (số vô cùng) NaN : Not a number (không phải là số)  : Tần số góc, rad/s  : Hằng số truyền sóng n : Khoảng vượt l : Chiều dài khoảng vượt Re : Điện trở đường dây trên một đơn vị chiều dài Le : Điện cảm đường dây trên một đơn vị chiều dài Ge : Điện dẫn đường dây trên một đơn vị chiều dài Ce : Điện dung đường dây trên một đơn vị chiều dài Zc : Đặc tính trở kháng Zs : Trở kháng nối tiếp Zp : Trở kháng song song Zth0 : Tổng trở Thevenin khi cuối đường dây hở mạch Zth : Tổng trở Thevenin khi cuối đường dây nối với hệ thống nối đất TBA HVTH: Trịnh Minh Sang x GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
14. Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mô hình đơn giản hệ thống dây chống sét – cột điện 3 Hình 1.2: Quan hệ tổng trở theo khoảng vượt Z f (n) 4 Hình 2.1: Mô tả nối đất TBA 14 Hình 2.2: Sơ đồ bảo vệ trạm biến áp 35 - 110kV không được bảo vệ bằng dây chống sét trên toàn tuyến [6] 17 Hình 3.1: Mô hình mạch điện hình thang 20 Hình 3.2: Mô hình mạch hình pi 21 Hình 3.3: Mô hình mạch hình T 21 Hình 3.4: Hình T thứ 1 21 Hình 3.5: Mô hình mạng 2 cửa tương đương n hình T nối tiếp nhau 23 Hình 3.6: Mạng hai cửa tương đương 24 Hình 3.7: Mạch điện hình T khi chuyển đổi 25 Hình 3.8: Mạch điện tương đương 25 Hình 3.9: Mô hình mạch điện thay thế cho dây chống sét có l 26 Hình 3.10: Mô hình mạch hình pi có thêm Z1 27 Hình 3.11: Mạch điện hình pi khi có thêm tổng trở Z1 sau khi biến đổi 27 Hình 3.12: Mạch điện hình 3.11 sau khi đơn giản hóa 28 Hình 3.13: Mô hình mạch điện đường dây chống sét 29 Hình 3.14: Mạch điện tương đương khi sét đánh tại cột cổng 30 Hình 3.15: Mô hình mạch điện tương đương khi sét đánh tại cột cổng 31 Hình 3.16: Mạch điện tương đương khi có Z2 31 Hình 3.17: Mô hình mạch điện tương đương khi sét đánh tại cột cổng có Z2 32 Hình 3.18: Mô hình mạch điện tương đương khi có sét đánh tại vị trí k trên đường dây chống sét 33 HVTH: Trịnh Minh Sang xi GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương