Luận văn Ứng dụng logic mờ để xác định vị trí chống sét van (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ứng dụng logic mờ để xác định vị trí chống sét van (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 NGUYỄN MẠNH HÙNG ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CHỐNG SÉT VAN S K C 0 0 3 92 5 95 NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 2 6 7 Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 - 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MẠNH HÙNG ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CHỐNG SÉT VAN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS-TS QUYỀN HUY ÁNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2011
3. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 LÝ L ỊCH KHOA H ỌC I. LÝ L ỊCH S Ơ L ƯỢC Họ & tên: Nguy ễn M ạnh Hùng Gi ới tính: Nam Ngày, tháng, n ăm sinh: 22/04/1986 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: Hịa Th ắng – Phú Hịa – Phú Yên Dân t ộc: Kinh Ch ức v ụ, đơ n v ị cơng tác tr ước khi h ọc t ập, nghiên c ứu: L ớp tr ưởng l ớp Điện – Điện t ử 041011, Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh Ch ỗ ở riêng ho ặc địa ch ỉ liên l ạc: 8 Tr ịnh Hồi Đức P Hi ệp Phú, Q.9, Thành ph ố Hồ Chí Minh Email: nguyen_hung_spkt@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO T ẠO 1. Đại h ọc Hệ đào t ạo: Chính quy Th ời gian đào t ạo t ừ 9/2004 đến 3/2009 Nơi h ọc (tr ường, thành ph ố): Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh Ngành h ọc: K ỹ thu ật Điện- Điện t ử Tên đồ án, lu ận án ho ặc mơn thi t ốt nghi ệp: Ứng d ụng b ộ điều khi ển PID để điều khi ển lị nhi ệt b ằng ph ần m ền LabVIEW. Ngày & n ơi b ảo v ệ đồ án, lu ận án ho ặc thi t ốt nghi ệp: Ngày 19 tháng 03 n ăm 2009, t ại Đại h ọc Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh . Ng ười h ướng d ẫn: Th ầy Nguy ễn Ng ọc Anh. 2. Th ạc s ĩ Hệ đào t ạo: Chính quy t ập trung Th ời gian đào t ạo t ừ 10/2008 đến 10/2010 Nơi h ọc (tr ường, thành ph ố): Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh. Ngành h ọc: Thi ết b ị, M ạng và Nhà Máy Điện Tên lu ận v ăn: Ứng d ụng logic m ờ để xác định v ị trí ch ống sét van GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh i HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
4. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Ngày & n ơi b ảo v ệ lu ận v ăn: tháng 10/2011, Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh. Ng ười h ướng d ẫn: PGS.TS Quy ền Huy Ánh 3. Trình độ ngo ại ng ữ: Ti ếng Anh, IELTS 5.5 4. H ọc v ị, h ọc hàm, ch ức v ụ kỹ thu ật được chính th ức cấp: s ố bằng Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành ph ố Hồ Chí Minh III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN K Ể TỪ KHI T ỐT NGHI ỆP ĐẠI HỌC Th ời gian Nơi cơng tác Cơng vi ệc đả m nhi ệm 3/5/2010-10/2011 Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Gi ảng viên Thành ph ố H ồ Chí Minh Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01/10/2011 Ng ười khai ký tên Nguy ễn M ạnh Hùng GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh ii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
5. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên c ứu c ủa tơi. Các s ố li ệu, k ết qu ả nêu trong lu ận v ăn là trung th ực và ch ưa t ừng được ai cơng bố trong b ất k ỳ cơng trình nào khác. Tp. H ồ Chí Minh, ngày 01/10/2011 Nguy ễn M ạnh Hùng GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh iii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
6. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Lời cảm ơn Trước hết,Tôi xin chân thành cảm ơn Cha Mẹ sinh thành và tất cả những người Thầy đã dạy tôi nên người. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu,các thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử, Khoa Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tham gia giảng dạy,trang bị kiến thức cho tôi trong toàn khoá học. Đặc biệt,tôi xin cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS.Quyền Huy Aùnh, người đã tận tình hướng dẫn,giúp tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp bậc cao học này. Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy Cô trong Hội đồng chấm bảo vệ luận văn Thạc Sĩ ngành Thiết Bị Mạng và Nhà Máy Điện khóa 07 - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh. Sau cùng,cảm ơn tất cả những người thân,bạn bè và đồng nghiệp đã hết lòng hỗ trợ,giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. TP.Hồ Chí Minh,ngày 01/10/2011 Nguyễn Mạnh Hùng GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh iv HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
7. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 TĨM T ẮT Để bảo v ệ sét đánh lan truy ền vào tr ạm bi ến áp phân ph ối, phía cao th ế của tr ạm th ường s ử dụng ch ống sét van. Trong l ắp đặt thi ết bị ch ống sét van, kho ảng cách gi ữa thi ết b ị ch ống sét van và đầu c ực cao th ế của máy bi ến áp là h ết s ức quan tr ọng. N ếu ch ống sét van đặt t ại đầu c ực máy bi ến áp thì máy bi ến áp được b ảo v ệ an tồn nh ất, nh ưng ch ống sét van cịn ph ải b ảo v ệ cho tồn b ộ cách điện c ủa tr ạm, cho nên trong tr ường h ợp t ổng quát gi ữa ch ống sét van và đầu c ực máy bi ến áp c ần cĩ m ột kho ảng cách phân cách . Vì v ậy, việc xác định kho ảng cách phân cách h ợp lý nh ằm b ảo v ệ hi ệu qu ả máy bi ến áp và các thi ết b ị đĩng c ắt trong tr ạm là r ất c ần thi ết. Lu ận v ăn này đã đề xu ất: - Ph ươ ng pháp m ới để tính kho ảng phân cách gi ữa ch ống sét van và máy bi ến áp ở các tr ạm cĩ c ấu hình khác nhau (nh ư tr ạm cĩ m ột máy và tr ạm cĩ hai máy bi ến áp) d ựa trên đánh giá r ủi ro h ư h ỏng t ại các v ị trí quan tr ọng trong tr ạm k ết h ợp với k ỹ thu ật logic m ờ bằng nhi ều tiêu chí ( tiêu chí r ủi ro trung bình chung th ấp nh ất và tiêu chí r ủi ro h ư h ỏng cho phép). Các đặc tính ng ẫu nhiên nh ư độ dốc đầu sĩng và biên độ đỉnh sĩng của xung sét được s ử dụng để tính tốn r ủi h ư h ỏng c ủa m ạng điện. - Chươ ng trình FUPOSA được xây d ựng giúp ng ười s ử dụng d ễ dàng xác định v ị trí l ắp đặt h ợp lý ch ống sét van v ới các c ấu hình tr ạm điện cĩ s ẵn. Kết qu ả nghiên c ứu c ủa lu ận v ăn s ẽ giúp cho các cơng ty t ư v ấn thi ết k ế điện, các cơng ty điện l ực xác định v ị trí l ắp đặt ch ống sét van h ợp lý khi thi ết k ế tr ạm bi ến áp m ới dựa trên đánh giá r ủi ro h ư h ỏng c ủa thi ết b ị khi cĩ xem xét đến m ật độ sét khu vực và các y ếu t ố ảnh h ưởng. GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh v HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
8. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 ABSTRACT To protect the distribution substation from lightning overvoltage, arresters are installed at the high voltage side of transformers. In installation of surge arresters, the separation length between the arresters and the high voltage terminals of transformers is very importance. If the lightning arrester is installed at the terminals of transformers, the transformer will be protected safety. However, lightning arresters must to protect for all insulation of the substation’s components, so that, in general cases between lightning arrester and the terminals transformer are needed a separation distance. Thus, the determination of a reasonable distance between the lightning arresters and terminals of transformer to protect efficiency the transformer and switching devices of the substation is very necessary. The thesis has presented: - A new menthode to dertermine separated distances between arresters and transformers with various configurations of substations (such as a substation with one or two transformers) base on estimating the risk of failure at important positions in subtation and using fuzzy logic. Random characterictis of lighting impulses such as the peak value of the return stroke current and the slope of the wave front are considered to canculate the risk of failure. - The FUPOSA program is developed to help the users easily determine the appropriate installed position of lightning arrester with existing configurations. The research results of the thesis will help the electrical consultancy and design companies, the power company determine the appropriate installed position of lightning arrester when installing a new substation base on evaluating the risk of failure that incluses traffic density in areas and other effects . GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh vi HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
9. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 MỤC L ỤC Trang Quy ết định giao đề tài Lý l ịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời c ảm t ạ iv Tĩm t ắt v Mục l ục vii Danh m ục các ký hi ệu, ch ữ cái vi ết t ắt ti ếng Anh x Danh m ục các hình v ẽ, đồ th ị xi Danh mục các b ảng xiv CH ƯƠ NG I: T ỔNG QUAN 1 1.1 Lý do ch ọn đề tài 1 1.2 Các ph ươ ng pháp ch ọn v ị trí ch ống sét van 4 1.2.1 Ph ươ ng pháp xác định v ị trí ch ống sét van d ựa trên mơ hình Petersen 4 1.2.2 Ph ươ ng pháp D.Fulchiron 4 1.2.3 Ph ươ ng pháp Benoỵt de Metz-Noblat 5 1.2.4 Ph ươ ng pháp ABB 9 1.2.4.1 Tr ạm bi ến áp k ết n ối v ới đường dây trên khơng 9 1.2.4.2 Tr ạm bi ến áp k ết n ối v ới cáp ng ầm 11 1.3 Các nghiên c ứu v ị trí l ắp đặt ch ống sét van 14 1.3.1 Các nghiên c ứu trong n ước 14 1.3.2 Các nghiên c ứu qu ốc t ế 15 1.4 Mục tiêu lu ận v ăn 17 1.5 Điểm m ới c ủa đề tài 17 1.6 Nội dung lu ận v ăn 17 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh vii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
10. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 CH ƯƠ NG II: C Ơ S Ở TÍNH TỐN 18 2.1 R ủi ro h ư h ỏng 18 2.2 Logic m ờ 23 2.3 Mơ ph ỏng b ằng simpowersystem 25 CH ƯƠ NG III: C ẤU HÌNH M ẠNG ĐIỆN 27 3.1 C ấu hình tr ạm bi ến áp 27 3.1.1 C ấu hình tr ạm m ột máy bi ến áp 27 3.1.2 C ấu hình tr ạm hai máy bi ến áp 28 3.2 Mơ hình các ph ần t ử của m ạng 28 3.2.1 Mơ hình đường dây 28 3.2.1.1 Mơ hình hình pi 28 3.2.1.2 Mơ hình t ổng tr ở đặc tính 30 3.2.2 Mơ hình ch ống sét van 31 3.2.3 Mơ hình ngu ồn xung 33 3.3 Mơ hình m ạng điện c ần mơ ph ỏng 34 CH ƯƠ NG IV: CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH TỐN 37 4.1 Đặc tính ng ẫu nhiên c ủa xung sét 37 4.2 Tiêu chí b ảo v ệ 38 4.2.1 B ảo v ệ dựa trên ch ỉ số rủi ro trung bình bé nh ất 38 4.2.2 B ảo v ệ dựa trên tiêu chí r ủi ro h ư h ỏng cho phép 39 4.3 S ơ đồ kh ối ch ươ ng trình 40 4.3.1 Ch ươ ng trình tính tốn theo ch ỉ tiêu r ủi ro trung bình th ấp nh ất 40 4.3.2 Ch ươ ng trình tính tốn theo r ủi ro cho phép 44 4.3.2.1 C ấu trúc ch ươ ng trình 44 4.3.2.2 Ch ươ ng trình logic m ờ xác định v ị trí ch ống sét van 47 4.4 Ch ươ ng trình tính tốn h ỗ tr ợ 49 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh viii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
11. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 4.4.1 Giao di ện ch ươ ng trình 49 4.4.2 K ết qu ả tính tốn 52 4.4.2.1 K ết qu ả tính tốn cho c ấu hình tr ạm m ột máy bi ến áp 52 4.4.2.2 Kết qu ả tính tốn cho c ấu h ỉnh tr ạm hai máy bi ến áp. 53 CH ƯƠ NG V: K ẾT LU ẬN 56 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 57 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh ix HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
12. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 KÝ T Ự VI ẾT T ẮT BIL: Basic Insulation Level MOV: Metal Oxide Varistor AI: Artificial Intelligence FDCL: Fuzzy Dependency and Command Language MIQ: Machine Intelligence quotient GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh x HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
13. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 DANH M ỤC HÌNH V Ẽ Trang Hình 1.1 Sơ đồ bảo v ệ tr ạm để xét dịng qua ch ống sét van 4 Hình 1.2 Sơ đồ bảo v ệ tr ạm để xét đến kho ảng cách phân cách 5 Hình 1.3 Sơ đồ mạch ( đường dây và tr ạm bi ến áp) dùng trong nghiên c ứu truy ền sĩng quá điện áp sét 6 Hình 1.4 Sĩng t ới và sĩng ph ản x ạ khi tr ạm bi ến áp cĩ ch ống sét van 7 Hình 1.5 Điện áp trên trên đường dây được b ảo v ệ bởi ch ống sét van theo th ời gian (tr ường h ợp 1 và 2 ở Bảng 2.1). 8 Hình 1.6 Quá áp c ực đại t ại đầu c ực máy bi ến áp (B) theo th ời gian τ (tr ường hợp 2 ở Bảng 1.1) 9 Hình 1.7 Quá điện áp ở cu ối đường dây 10 Hình 1.8 Tr ạm bi ến áp được k ết n ối v ới cáp ng ầm 13 Hình 1.9 Xác định v ị trí ch ống sét van d ựa trên đánh giá th ời gian gi ữa hai l ần hư h ỏng 15 Hình 1.10 : L ưu đồ gi ải thu ật t ối ưu hĩa v ị trí ch ống sét van 16 Hình 2.1 : D ạng sĩng hàm m ật độ xác su ất xu ất hi ện quá áp, hàm xác su ất phĩng điện đánh th ủng và r ủi ro h ư h ỏng 18 Hình 2.2 : L ưu đồ tính tốn r ủi ro h ư h ỏng 20 Hình 2.3 Đặc tuy ến gi ữa h ệ số ph ối h ợp th ống kê và r ủi ro h ư h ỏng 21 Hình 2.4 : Đặc tuy ến c ủa hàm xác su ất phĩng điện đánh th ủng P(V) theo s ố lượng các l ớp cách điện đồng tâm. 22 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh xi HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
14. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Hình 2.5 : L ưu đồ tính tốn r ủi ro h ư h ỏng bằng ph ươ ng pháp tra b ảng 22 Hình 3.1: Cấu hình tr ạm m ột máy bi ến áp 27 Hình 3.2 : C ấu hình tr ạm hai máy bi ến áp 28 Hình 3.3 : Mơ hình hình pi cho đường dây. 29 Hình 3.4 : Các tham s ố cĩ th ể lựa ch ọn c ủa m ột mơ hình hình pi 30 Hình 3.5 : Mơ hình t ổng tr ở đặc tính 30 Hình 3.6 : Mơ hình t ổng tr ở đặc tính đơ n gi ản 31 Hình 3.7 : Đặc tuy ến V-I c ủa ch ống sét van 32 Hình 3.8 : Các thơng s ố cĩ th ể lựa ch ọn c ủa ch ống sét van 32 Hình 3.9: Dạng xung sét tiêu chu ẩn 33 Hình 3.10: Thơng s ố của mơ hình ngu ồn phát xung sét 34 Hình 3.11 . Mơ hình cho tr ạm m ột máy bi ến áp 34 Hình 3.12 Mơ hình tr ạm hai máy bi ến áp khi ch ống sét van n ằm trên nh ững đoạn cáp ng ầm khác nhau 35 Hình 3.13 Mơ hình tr ạm hai máy bi ến áp khi s ử dụng hai ch ống sét van. 36 Hình 4.1 : Xác su ất xu ất hi ện m ột xung sét cĩ đại l ượng ng ẫu nhiên l ớn h ơn một giá tr ị xác định 38 Hình 4.2 : Phân ph ối giá tr ị các bi ến ng ẫu nhiên 38 Hình 4.3 : L ưu đồ tính tốn b ảo v ệ theo r ủi ro trung bình cho c ấu hinh m ột máy bi ến áp 41 Hình 4.4 : L ưu đồ sử dụng m ột ch ống sét van để bảo v ệ cho tr ạm hai máy bi ến áp 43 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh xii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
15. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Hình 4.5 : L ưu đồ sử dụng hai ch ống sét van để bảo v ệ cho tr ạm hai máy bi ến áp 44 Hình 4.6 Sơ đồ kh ối ch ươ ng trình máy tính xác định v ị trí l ắp đặt ch ống sét van s ử dụng logic m ờ theo tiêu chu ẩn r ủi ro cho phép 45 Hình 4.7 Lưu đồ ch ươ ng trình tính tốn 46 Hình 4.8 :C ấu t ạo b ộ quy ết định m ờ xác định v ị trí ch ống sét van 47 Hình 4.9 : Các bi ến ngơn ng ữ của ngõ vào sai s ố rủi ro h ư h ỏng ở lần l ặp th ứ (k) 48 Hình 4.10 : Các bi ến ngơn ng ữ của ngõ vào độ dịch chuy ển c ủa ch ống sét van ở lần l ặp th ứ (k) 48 Hình 4.11 Các bi ến ngơn ng ữ của ngõ ra độ dịch chuy ển c ủa ch ống sét van ở lần l ặp th ứ (k+1) 49 Hình 4.12 : Giao di ện chính ch ươ ng trình tính tốn v ị trí l ắp đặt ch ống sét van 49 Hình 4.13 Ch ươ ng trình tính tốn b ảo v ệ cho tr ạm m ột ch ống sét van 50 Hình 4.14 Giao di ện ch ươ ng trình tính tốn v ị trí ch ống sét van cho c ấu hình tr ạm hai máy bi ến áp 51 Hình 4.15 Rủi ro h ư h ỏng t ại máy bi ến áp và t ại điểm n ối gi ữa đường dây trên khơng và cáp ng ầm 52 Hình 4.16 Rủi ro h ư h ỏng t ại các v ị trí khi s ử dụng m ột ch ống sét van b ảo v ệ tr ạm hai máy bi ến áp 54 Hình 4.17 Rủi ro h ư h ỏng t ại các v ị trí khi s ử dụng hai ch ống sét van b ảo v ệ tr ạm hai máy bi ến áp 54 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh xiii HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
16. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 DANH M ỤC B ẢNG BI ỂU Trang Bảng 1.1 Điện áp c ực đại trên máy bi ến áp được b ảo v ệ bằng ch ống sét van 7 Bảng 1.2 Mức cách điện c ơ b ản (BIL) và m ức điện áp b ảo v ệ của ch ống sét van (U p) hi ện đại v ới U p = 4.pu 11 Bảng 1.3 Độ dốc và giá tr ị điện áp phĩng điện c ủa cách điện đường dây trên khơng 11 Bảng 1.4 Chi ều dài cho phép l ớn nh ất D k của đoạn cáp v ới m ột bên b ảo v ệ thi ết b ị ch ống sét. 12 Bảng 1.5 Kho ảng cách phân cách t ối đa cho phép ch ống sét gi ữa cáp và máy bi ến áp ở Hình 2.8 v ới b = 0. Hai ch ống sét van n ối hai đầu cáp, tại MBA khơng cĩ ch ống sét van 13 Bảng 3.1 : Các d ạng sĩng tiêu chu ẩn 33 Bảng 4.3 : Lu ật m ờ của b ộ ra quy ết định m ờ xác định vị trí l ắp đặt ch ống sét van 48 GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh xiv HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
17. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Ch ươ ng 1 TỔNG QUAN 1.1.Lý do ch ọn đề tài Sự ổn định và ch ất l ượng c ủa h ệ th ống điện là điều ki ện tiên quy ết cho s ự phát tri ển c ủa n ền kinh t ế và ch ất lượng cu ộc s ống c ủa ng ười dân. Trong h ệ th ống điện, mọi thi ết b ị điện khi l ắp đặt đều được d ự ki ến đư a vào v ận hành lâu dài ở một c ấp điện áp xác định và th ường được l ựa ch ọn d ựa trên điện áp định m ức c ủa l ưới điện mà thi ết b ị đĩ được đấu n ối vào. Tuy nhiên, trong th ực t ế vận hành, đơi lúc l ại x ảy ra quá điện áp t ạm th ời do nhi ều nguyên nhân gây ra, cĩ th ể là do các s ự cố ch ạm đất, do thao tác, do sét v.v. Trong đĩ, quá điện áp do sét là nguy hi ểm nh ất, b ởi vì quá điện áp này r ất l ớn gây phĩng điện đánh th ủng cách điện và phá h ủy thi ết b ị. Cĩ ba y ếu t ố quan tr ọng nh ư nhau cĩ liên quan đến vi ệc b ảo v ệ quá áp: thi ết k ế tổng quan l ưới điện, c ấp độ cách điện xung c ơ b ản (BIL) c ủa thi ết b ị (máy bi ến áp, bộ điều áp, dàn t ụ bù,.v.v.) trên l ưới, thi ết b ị bảo v ệ (ch ống sét van, dây ch ống sét). Kh ả năng cách điện c ủa h ệ th ống c ơ b ản được xác định b ởi đặc tính k ỹ thu ật của các b ộ ph ận s ử dụng (c ực cách điện, dây d ẫn, v.v ) c ộng v ới c ấu trúc, kho ảng cách và t ất c ả các h ệ số khác bao g ồm trong vi ệc thi ết k ế hệ th ống. Cách điện c ủa một h ệ th ống ph ải ch ịu được điện áp ở tần s ố ngu ồn liên t ục trong nhi ều n ăm v ới nhi ều điều ki ện khí quy ển. Để đảm b ảo tính h ợp nh ất dài h ạn c ủa h ệ th ống, ph ải thi ết k ế cho l ưới điện ch ịu được điện áp cao h ơn m ức bình th ường. Tuy nhiên, v ề mặt kinh t ế cũng khĩ th ực hi ện được l ưới điện cĩ kh ả năng ch ịu được điện áp cao nh ư khi cĩ quá áp quá độ. Tươ ng t ự cấp cách điện c ủa thi ết b ị phân ph ối được thi ết k ế để ch ịu được điện áp cao h ơn bình th ường. Ph ươ ng pháp này cĩ hi ệu qu ả đến m ột m ức nào đĩ, nh ưng sẽ nhanh chĩng đến m ột giai đoạn mà khơng th ể thêm chi phí để tạo c ấp cách điện BIL cao h ơn được n ữa vì khơng kh ả thi v ề kinh t ế. GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh 1 HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
18. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Cấp b ảo v ệ quá áp c ần ph ải b ổ sung b ằng cách l ắp đặt thi ết b ị bảo v ệ để gi ới hạn l ượng điện áp mà m ột thi ết b ị (hay đoạn đường dây) ph ải ch ịu. Ph ươ ng pháp này cịn cho phép gi ảm c ấp độ cách điện c ủa thi ết b ị, vì cĩ th ể dựa vào kh ả năng quá áp nh ỏ hơn, và nĩi chung t ạo ra m ột s ơ đồ bảo v ệ quá áp ti ết ki ệm h ơn. Các cơng ty Điện l ực đươ ng nhiên c ũng áp d ụng các th ực t ế khác nhau nh ưng đều ph ải tính đến ba y ếu t ố cơ b ản: ph ục v ụ khách hàng, kh ả năng ch ịu đựng điện áp ( đặc bi ệt là quá áp do sét) và y ếu t ố kinh t ế. Khơng th ể thi ết k ế một l ưới điện cĩ th ể đáp ứng được yêu c ầu là m ọi quá điện áp ph ải d ưới m ức ch ịu đựng c ủa cách điện c ủa các thi ết b ị, b ởi vì nh ư th ế sẽ làm cho chi phí v ượt quá m ức. Do v ậy, khi thi ết k ế một l ưới điện, c ũng nh ư tính ch ọn thi ết b ị lắp đặt trên l ưới là h ạn ch ế tối thi ểu các tác h ại c ủa quá áp, quy trình này dựa trên c ơ s ở ph ối h ợp các quá áp d ự ki ến và kh ả năng ch ịu đựng quá áp c ủa các thi ết b ị. Mu ốn đạt được điều này ph ải đáp ứng hai b ước sau đây : - Thi ết k ế lưới điện thích h ợp để ki ểm sốt và h ạn ch ế tối thi ểu các quá áp. - Sử dụng các thi ết b ị bảo v ệ quá áp. Tổng h ợp hai b ước trên được g ọi là b ảo v ệ quá áp hay ph ối h ợp cách điện. Khi quá áp l ớn quá m ức s ẽ dẫn đến phĩng điện đánh th ủng cách điện c ủa thi ết bị, do v ậy b ảo v ệ quá áp bao g ồm: thi ết k ế được ph ối h ợp l ưới điện và vi ệc l ắp đặt thích h ợp các thi ết b ị bảo v ệ tại các v ị trí chi ến l ược nh ằm m ục đích h ạn ch ế quá áp và tránh ho ặc gi ảm thi ểu các h ư h ỏng cách điện. Thi ết k ế được ph ối h ợp bao g ồm: - Hệ th ống n ối đất ph ải đảm b ảo hi ệu qu ả. - Dùng dây, kim thu sét. - Điều khi ển gĩc thao tác các máy c ắt. - Sử dụng các t ụ điện xung. Các thi ết b ị bảo v ệ bao g ồm : GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh 2 HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
19. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 - Khe h ở phĩng điện. - Các lo ại van ch ống sét. Mục tiêu c ơ b ản c ủa các b ảo v ệ quá áp trong h ệ th ống điện là tránh các h ư hỏng cách điện, ng ừng làm vi ệc ho ặc h ư h ỏng c ủa thi ết b ị. Hi ện t ại, thơng th ường sử dụng ch ống sét van MOV khơng khe h ở để bảo v ệ quá áp do sét trên l ưới phân ph ối. Trong th ực t ế, ở lưới phân ph ối thì máy bi ến áp th ường được b ảo v ệ bằng thi ết bị ch ống sét van. Trong đĩ, kho ảng cách gi ữa thi ết b ị ch ống sét van và đầu c ực cao th ế của máy bi ến áp là h ết s ức quan tr ọng. B ởi vì ch ống sét van cịn ph ải b ảo v ệ cho tồn b ộ cách điện c ủa tr ạm, cho nên trong tr ường h ợp t ổng quát này gi ữa ch ống sét van và đầu c ực máy bi ến áp c ần cĩ m ột kho ảng cách phân cách. Vi ệc tính tốn l ắp đặt b ảo v ệ cần tính đến các y ếu t ố ng ẫu nhiên c ủa xung sét để đảm b ảo c ả tính kinh tế và k ỹ thu ật c ủa lu ận v ăn. Vì v ậy các gi ải pháp th ống kê cần được s ử dụng để xác định các thơng s ố ng ẫu nhiên c ủa xung sét nh ư độ dốc đầu sĩng và biên độ đỉnh sĩng. Để đánh giá tính hi ệu qu ả của b ảo v ệ, kho ảng th ời gian h ư h ỏng c ủa thi ết b ị th ường được sử dụng để đánh giá hi ệu qu ả bảo v ệ. Tuy nhiên trong các ngiên c ứu gần đây, thơng s ố rủi ro h ư h ỏng th ường được s ử dụng để đánh giá hi ệu qu ả bảo v ệ. Để tính tốn được r ủi ro h ư h ỏng, phân ph ối th ống kê c ủa điện áp c ực đại xu ất hi ện tại các v ị trí quan tr ọng c ần được tính đến. Tuy nhiên hi ện t ại vẫn ch ưa cĩ m ột ph ươ ng trình nào mơ t ả chính xác quá trình quá độ xảy ra trong m ạng điện nên các ph ươ ng pháp trí tu ệ nhân t ạo s ẽ phù h ợp cho bài tốn thi ết k ế. Xu ất phát t ừ nh ững th ực t ế trên, đề tài “ Ứng d ụng logic m ờ để xác định v ị trí ch ống sét van ” đi sâu vào nghiên c ứu tính tốn và xây d ựng ch ươ ng trình để xác định v ị trí đặt ch ống sét van c ấp trung th ế dạng MOV cho nhi ều lo ại c ấu hình tr ạm bi ến áp khác nhau. GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh 3 HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
20. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 1.2 Các ph ươ ng pháp l ựa ch ọn v ị trí ch ống sét van 1.2.1 Ph ươ ng pháp xác định v ị trí ch ống sét van d ựa trên mơ hình Petersen Ph ươ ng pháp này gi ả thi ết ch ống sét van đặt t ại đầu c ực máy bi ến áp c ần b ảo vệ (Hình 1.1). Vì v ậy khơng quan tâm đến sĩng ph ản x ạ. Transformer Ut Z Arrester Up Hình 1.1 Sơ đồ bảo v ệ tr ạm để xét dịng qua ch ống sét van Tr ường h ợp này dịng định m ức ch ống sét van được ch ọn theo điều ki ện: 2.U− U I ≥ t p (1.1) CSV Z Ở đây: U t là biên độ sĩng quá áp truy ền đến tr ạm, kV; Z là t ổng sĩng đường dây, Ω; U p là m ức b ảo v ệ của ch ống sét van, kV. Trong đĩ: U t lấy b ằng v ới m ức cách điện xung c ủa cách điện đường dây, ph ụ thu ộc vào lo ại c ột (c ột g ỗ, c ột thép ho ặc c ột bê tơng c ốt thép). Kết lu ận: Ưu điểm: Ph ươ ng pháp này đơ n gi ản. Nh ược điểm: Khơng s ử dụng được khi ch ống sét van khơng đặt t ại đầu c ực thi ết bị cần b ảo v ệ. 1.2.2 Ph ươ ng pháp D.Fulchiron GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh 4 HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng
21. Lu ận v ăn th ạc s ỹ 2011 Xét c ấu hình tr ạm bi ến áp m ột máy bi ến áp k ết n ối v ới đường dây trên khơng (Hình 2.2). Transformer SJ D,C J Arrester Up Hình 1.2 Sơ đồ bảo v ệ tr ạm để xét đến kho ảng cách phân cách Ph ươ ng pháp này dựa trên s ự chênh l ệch m ức cách điện xung c ơ b ản c ủa máy bi ến áp và m ức b ảo v ệ của ch ống sét van để xác định được kho ảng cách phân cách tối đa D cho phép: ≤C − BIL  D U p  (1.2) S 2  Ở đây: BIL là m ức cách điện xung c ơ b ản c ủa máy bi ến áp, kV; S là độ dốc đầu sĩng, kV; C là t ốc độ truy ền sĩng trên đường dây, C = 300 m/ µs. Kết lu ận: Ph ươ ng pháp này cĩ ưu điểm là cĩ xét đến kho ảng cách phân cách cho phép gi ữa ch ống sét van và đầu c ực máy bi ến áp. Tuy nhiên v ẫn ch ưa tính đến th ời gian đầu sĩng và sĩng ph ản x ạ. 1.2.3 Ph ươ ng pháp Benoỵt de Metz-Noblat Ph ươ ng pháp này cĩ xét đến độ dốc đầu sĩng (T), sĩng ph ản x ạ trong các tr ường h ợp khác nhau. Sét xung quá điện áp lan truy ền theo đường dây đi vào tr ạm bi ến áp được b ảo v ệ bằng ch ống sét van (Hình 1.3) GVHD: PGS-TS Quy ền Huy Ánh 5 HVTH: Nguy ễn M ạnh Hùng