Nghiên cứu phương thức bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 110 KV Sơn La

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN HỮU THỨC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP

KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

THÁI NGUYÊN, 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN HỮU THỨC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP

KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Nguyễn Đức Tường

THÁI NGUYÊN, 2020

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Hữu Thức

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Tường

Đề tài luận văn: “nghiên cứu phương thức bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm

biến áp 110kv Sơn La ”.

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8520201

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác

giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 10/10/2020 với

các nội dung sau:

- Đã sửa một số lỗi chính tả, lỗi chế bản trong luận văn.

- Đã chỉnh sửa một số nội dung theo ý kiến của Hội đồng bào vệ.

Thái Nguyên, ngày 26 tháng 10 năm 2020

Người hướng dẫn khoa học

TS. Nguyễn Đức Tường

Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Thức

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Đỗ Trung Hải

ii

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Nguyễn Hữu Thức

Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học

Thái Nguyên.

Nơi công tác: Công ty Điện lực Sơn La

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu phương thức bảo vệ quá điện áp

khí quyển cho trạm biến áp 110 kV Sơn La.”.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những

nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Đức Tường và

sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại

học Thái Nguyên. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn

gốc.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 9 năm 2020

Học viên thực hiện

Nguyễn Hữu Thức

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự

hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Đức Tường, người trực tiếp hướng dẫn

luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại

học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có

thể hòan thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng

góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện

đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát

tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn.

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp

và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình

học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 9 năm 2020

Học viên

Nguyễn Hữu Thức

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... iii

MỤC LỤC.................................................................................................................iv

DANH MỤC VIẾT TẮT ........................................................................................vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH..................................................................................... viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................x

PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................1

I. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1

II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................2

III. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................................2

IV. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài...........................................................................2

V. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................2

VI. Kết cấu của luận văn...........................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH DÔNG SÉT VÀ PHƯƠNG THỨC

BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP 2 CHO TRẠM BIẾN ÁP........................................4

I. Cơ chế hình thành và phát triển dông sét. .............................................................4

II. Quá trình hình thành phóng điện sét. ...................................................................6

1. Giai đoạn phóng điện tiên đạo bước ...................................................................6

2. Phóng điện ngược ...............................................................................................7

III. Tham số của phóng điện sét ảnh hưởng tới hệ thống điện .................................9

1. Khoảng cách sét đánh .........................................................................................9

2. Dòng điện sét ....................................................................................................10

3. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét .........................................................................11

4. Cường độ hoạt động của sét..............................................................................11

5. Mật độ sét phóng điện xuống đất......................................................................13

IV. Phương thức bảo vệ chống sét cho trạm biến áp ..............................................14

1. Phương pháp thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp .....................................16

2. Bảo vệ chống sét cấp 2 cho trạm biến áp..........................................................18

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..........................................................................................20

v

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA .....................21

I. Tổng quan về trạm biến áp 110kV Sơn La..........................................................21

1. Vai trò của trạm biến áp 110kV Sơn La ...........................................................21

2. Thông số máy biến áp.......................................................................................22

3. Thông số máy biến áp T2: ................................................................................25

II. Hiện trạng của hệ thống bảo vệ chống sét cấp 2 của trạm 110kV Sơn La.........27

III. Tình hình sự cố lưới điện tỉnh sơn la và trạm biến áp 110kV Sơn La..............28

IV. Khảo sát tình hình dông sét trên địa bàn Tỉnh Sơn La .....................................29

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..........................................................................................30

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA BẰNG CHƯƠNG

TRÌNH ATPDRAW................................................................................................31

I. Chương trình ATP-EMTP ...................................................................................31

II. Phân hệ chương trình ATPDraw........................................................................32

1. Phần tử đo lường:..............................................................................................32

2. Nh¸nh (Branches) .............................................................................................33

3. Đường dây và cáp (Lines/Cables).....................................................................34

4. Chuyển mạch (Switches). .................................................................................35

5. Nguồn (Sources). ..............................................................................................36

6. Máy biến áp điện lực (Transformers). ..............................................................37

III. Mô phỏng Trạm biến áp 110 kV Sơn La bằng chương trình ATPDraw ..........38

1. Giới thiệu ..........................................................................................................38

2. Mô hình trạm biến áp 110 kV Sơn La trong chương trình ATPDraw..............38

3. Mô hình các phần tử trong sơ đồ ......................................................................40

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..........................................................................................53

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ TIN CẬY

CỦA BẢO VỆ CẤP 2 CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA........................54

I. Giới thiệu chung về chống sét van ......................................................................54

2. Đặc tính phi tuyến của chống sét van. ..............................................................58

III. Độ dự trữ cách điện...........................................................................................60

1. Hệ số bảo vệ......................................................................................................60

vi

2. Hệ số dự trữ cách điện ......................................................................................62

3. Hệ số dự trữ cách điện của các thiết bị điện trong trạm biến áp.......................63

III. Nghiên cứu ảnh hưởng của tham số dòng điện sét ...........................................63

1. Ảnh hưởng độ lớn đỉnh xung dòng điện sét. ....................................................63

2. Ảnh hưởng độ dốc đầu sóng dòng điện sét.......................................................65

IV. Ảnh hưởng phương thức bảo vệ các xuất tuyến ...............................................66

1. Ảnh hưởng của điện trở chân cột tới quá điện áp.............................................67

2. Ảnh hưởng của vị trí sét đánh...........................................................................69

V. Ảnh hưởng của số lượng và vị trí chống sét van ...............................................71

1. Không lắp đặt chống sét van.............................................................................71

2. Bổ sung thêm chống sét van .............................................................................72

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4........................................................................................74

PHỤ LỤC.................................................................................................................76

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................84

vii

DANH MỤC VIẾT TẮT

ATP￾EMTP

Alternative Transients Program- Electromagnetic Transients

Program

Chương trình nghiên cứu quá độ điện từ

BIL Basic insulation level- Mức cách điện xung cơ bản

BSL basic surge withstand lever- Cường độ cách điện xung đóng cắt

CĐ Cách điện

CSV Chống sét van

CWW chopped wave withstand- Cường độ cách điện đỉnh xung sét

FACTS Flexible Alternating Current Transmission System

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

FOW front of wave- Điện áp phóng điện thời gian đầu sóng

IEC International Electrotechnical Commission

Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers￾Viện kỹ nghệ điện và điện tử

LPL Lightning impulse Protective Level- Mức bảo vệ xung sét

MOCV Maximum Fundamental Frequency Continuous Operating Voltage

Applied to Arrester

Điện áp làm việc liên tục lớn nhất ở tần số 50Hz đặt lên chống sét

SPL switching surge protective (sparkover) level- Mức bảo vệ xung đóng

cắt

STATCO

M

Static Synchronous Compensator- Tụ bù đồng bộ kiểu tĩn

SVC Static VAR compensator

Thiết bị bù công suất phản kháng kiểu tĩnh

TACS Transients Analysis Control System- hệ thống kiểm soát phân tích

quá độ

TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor

tụ điện được nối song song với một điện cảm

điều khiển bằng cách thay đổi góc mở của thyristor

TOV Temporary fundamental frequency overvoltages to which the

arrester may be exposed-Điện áp quá áp tạm thời ở tần số 50Hz mà

chống sét có thể phải chịu đựng

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1. Quá trình hình thành đám mây dông..........................................................4

Hình 1. 2. Sự phân bố điện tích trong đám mây .........................................................5

Hình 1. 3. Các giai đoạn phóng điện sét từ đám mây xuống đất ................................7

Hình 1. 4. Quá trình hình thành của sét được ghi lại bằng camera tốc độ cao ...........8

Hình 1. 5. Phương thức bảo vệ chống sét cấp 2 cho trạm biến áp............................18

Hình 2. 1. Sơ đồ nguyên lý 1 sợi trạm biến áp 110 kV Sơn La ................................21

Hình 2. 2.Tần suất xuất hiện sét theo tháng .............................................................29

Hình 2. 2.Tần suất xuất hiện sét theo giờ trong ngày ..............................................29

Hình 3. 1. Mô hình trạm biến áp 110 kV Sơn La trong chương trình ATPDraw.....40

Hình 3. 2. Mô hình và thông số nguồn hệ thống.......................................................40

Hình 3. 3. Mô hình 1 khoảng cột của xuất tuyến 172/173........................................42

Hình 3. 4. Mô hình cột điện ......................................................................................44

Hình 3. 5. Mô hình và thông số chuỗi cách điện ......................................................46

Hình 3. 6. Mô hình và thông số nguồn sét ................................................................46

Hình 3. 7. Mô hình và thông số dây dẫn trong trạm .................................................47

Hình 3. 8. Mô hình và thông số máy biến áp kiểu tụ................................................48

Hình 3. 9. Đặc tính V-A của chống sét van ..............................................................50

Hình 3. 10. Cài đặt thông số chương trình ATPDraw ..............................................50

Hình 4. 1. Cấu tạo chống sét van trên cơ sở SiC.......................................................55

Hình 4. 2. Đặc tính làm việc của chống sét van........................................................55

Hình 4. 3. Cấu tạo của CSV không khe hở ZnO.......................................................56

Hình 4. 4. Chống sét van ZnO có khe hở song song điện trở ...................................57

Hình 4. 5. Chống sét van ZnO có khe hở song song tụ điện.....................................58

Hình 4. 6. Đặc tính phi tuyến (V-A) của tấm điện trở ZnO......................................59

Hình 4. 7. Hệ số dự trữ các điện................................................................................62