Nghiên Cứu Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Cho Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

• Tác giả: Trần Thị Lan Hương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tường
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu, Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Cho Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ
• 1.1. Nguyên nhân phát sinh quá điện áp trong hệ thống
• 1.2. Quá điện áp phát sinh do đóng đường dây không tải
• 1.3. Quá điện áp do cắt bộ tụ điện
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP
• 2.1. Vai trò của trạm biến áp 220 KV Thái Nguyên
• 2.2. Sơ đồ nối điện tự dùng của trạm
• 2.3. Sơ đồ nối điện tự dùng một chiều
• 2.4. Một số thiết bị bảo vệ quá điện áp
• 2.5. Khe hở phóng điện
• 2.6. Chống sét van có khe hở SiC
• 2.7. Chống sét van không khe ở ZnO
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP
• 3.1. Các modul của chương trình ATP và khả năng ứng dụng
• 3.2. Tổ hợp các modul trong ATP
• 3.3. Những modul mô phỏng của ATP
• 3.4. Chương trình ATPDraw
• 3.5. Phần tử đo lường (Probes & 3-phase)
• 3.6. Đường dây trên không/cáp (Lines/Cables)
• 3.7. Phần tử tần số (Frequency component)
• 4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ QUÁ ÁP
• 4.1. Mô phỏng sơ đồ nguyên lý trạm biến áp bằng ATPDraw
• 4.2. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 Kv
• 4.3. Mô hình trạm biến áp 220 kV trong ATPDraw
• 4.4. Cài đặt chương trình ATPDraw
• 4.5. Kết quả nghiên cứu
• 4.6. Đánh giá vai trò của chống sét van đặt trong trạm
• 4.7. Nhập thông số chống sét van. Kết quả phân tích
• 4.8. Các biện pháp khác hạn chế quá điện áp nội bộ. Giới thiệu chung
• 4.9. Hạn chế quá điện áp nội bộ bằng việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên

Hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị và ổn định hệ thống điện. Việc đánh giá hiệu quả của hệ thống này không chỉ giúp phát hiện sớm các sự cố mà còn bảo vệ các thiết bị khỏi hư hỏng do quá điện áp. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các nguyên nhân gây ra quá điện áp và tầm quan trọng của hệ thống bảo vệ.

1.1. Nguyên Nhân Gây Ra Quá Điện Áp Nội Bộ

Quá điện áp nội bộ thường phát sinh từ các thao tác đóng cắt điện, sự cố ngắn mạch, hoặc do các yếu tố bên ngoài như sét đánh. Những nguyên nhân này có thể gây ra sự dao động điện áp lớn, ảnh hưởng đến hoạt động của trạm biến áp.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Hệ Thống Bảo Vệ

Hệ thống bảo vệ quá điện áp giúp phát hiện và cách ly các sự cố nhanh chóng, từ đó bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp khỏi hư hỏng. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho thiết bị mà còn duy trì sự ổn định của hệ thống điện.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp

Mặc dù hệ thống bảo vệ quá điện áp đã được triển khai, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các sự cố do quá điện áp có thể xảy ra bất ngờ và gây thiệt hại lớn. Việc đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ là cần thiết để cải thiện độ tin cậy và an toàn cho trạm biến áp.

2.1. Các Sự Cố Thường Gặp

Các sự cố do quá điện áp thường xảy ra khi có sự thay đổi đột ngột trong hệ thống điện, như đóng cắt đường dây không tải hoặc cắt tụ điện. Những sự cố này có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị.

2.2. Đánh Giá Hiệu Quả Hệ Thống Bảo Vệ

Đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ quá điện áp là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp và công nghệ hiện đại để theo dõi và phân tích tình trạng hoạt động của hệ thống.

III. Phương Pháp Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp

Để đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ quá điện áp, cần áp dụng các phương pháp mô phỏng và phân tích dữ liệu. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ATP-EMTP giúp xác định các thông số quan trọng và dự đoán hành vi của hệ thống trong các tình huống khác nhau.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng ATP EMTP

Phần mềm ATP-EMTP cho phép mô phỏng các quá trình quá điện áp trong hệ thống điện. Việc sử dụng phần mềm này giúp đánh giá chính xác các thông số và hiệu quả của hệ thống bảo vệ.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Từ Các Cuộc Thí Nghiệm

Phân tích dữ liệu từ các cuộc thí nghiệm thực tế giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống bảo vệ. Những dữ liệu này có thể được sử dụng để cải thiện thiết kế và vận hành hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp

Hệ thống bảo vệ quá điện áp không chỉ có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị mà còn giúp duy trì sự ổn định của hệ thống điện. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này sẽ được trình bày để minh chứng cho hiệu quả của hệ thống.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên

Nghiên cứu tại trạm biến áp 220kV Thái Nguyên cho thấy hệ thống bảo vệ đã hoạt động hiệu quả trong việc phát hiện và xử lý các sự cố do quá điện áp. Kết quả này chứng minh tính khả thi của hệ thống trong thực tế.

4.2. Các Giải Pháp Cải Tiến Hệ Thống

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các giải pháp cải tiến hệ thống bảo vệ quá điện áp sẽ được đề xuất. Những giải pháp này nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống trong tương lai.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Việc nghiên cứu và đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp cải thiện hiệu quả của hệ thống mà còn mở ra hướng phát triển mới cho các hệ thống bảo vệ trong tương lai.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống bảo vệ quá điện áp hoạt động hiệu quả trong việc bảo vệ thiết bị và duy trì sự ổn định của hệ thống điện. Những phát hiện này có giá trị lớn cho việc cải tiến hệ thống.

5.2. Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình đánh giá hệ thống bảo vệ. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng, nhu cầu tiêu thụ điện tại Việt Nam tăng trưởng liên tục, đặc biệt trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Hệ thống điện quốc gia, trong đó có trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện ổn định cho khu vực miền Bắc, phục vụ các khu công nghiệp lớn như Gang Thép Thái Nguyên, Sông Công và các tỉnh lân cận. Trạm biến áp này có tổng công suất 626 MVA, với nhiều thiết bị và ngăn lộ điện áp cao, trung và thấp, đặt tại khu vực miền núi có mật độ sét cao và hệ thống đường dây phân phối dài, cũ kỹ, dẫn đến suất sự cố lớn.

Quá điện áp nội bộ là một trong những nguyên nhân chính gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống điện, xuất hiện do các thao tác đóng cắt, tự động đóng lại đường dây, cắt tụ điện hoặc do sự cố hồ quang. Việc nghiên cứu, đánh giá và bảo vệ hệ thống khỏi quá điện áp nội bộ là cần thiết để đảm bảo vận hành an toàn, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, mô phỏng và đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, sử dụng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP, trong phạm vi thời gian nghiên cứu năm 2017.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế quá điện áp, giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu quả vận hành trạm biến áp, góp phần ổn định hệ thống điện miền Bắc và đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các khu công nghiệp trọng điểm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết quá điện áp nội bộ: Quá điện áp nội bộ phát sinh do các thao tác đóng cắt, tự động đóng lại đường dây, cắt tụ điện, gây ra dao động điện áp quá độ trong hệ thống điện. Quá điện áp này bao gồm thành phần cưỡng bức và thành phần dao động tự do với tần số cao hơn tần số nguồn, ảnh hưởng đến cách điện và thiết bị.

• Mô hình mạch dao động RLC: Hệ thống điện được mô phỏng như mạch dao động gồm các phần tử điện trở (R), điện cảm (L) và điện dung (C), tạo thành các dao động năng lượng điện từ gây ra quá điện áp.

• Mô hình bảo vệ quá điện áp: Bao gồm các thiết bị như khe hở phóng điện, chống sét van SiC và ZnO, với đặc tính điện trở phi tuyến và khả năng dập hồ quang khác nhau, được lựa chọn phù hợp với cấp điện áp và đặc điểm vận hành của trạm biến áp.

• Phần mềm mô phỏng ATP-EMTP: Sử dụng chương trình mô phỏng quá độ điện từ ATP-EMTP để phân tích các hiện tượng quá điện áp nội bộ, mô phỏng các thao tác đóng cắt, tự động đóng lại, và đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ.

Các khái niệm chính bao gồm: quá điện áp nội bộ, dao động quá độ, điện trở phi tuyến, khe hở phóng điện, chống sét van, tự động đóng lại đường dây, và mô phỏng quá độ điện từ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật và vận hành thực tế của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, bao gồm thông số máy biến áp, đường dây, thiết bị bảo vệ, và các sự cố quá điện áp ghi nhận trong quá trình vận hành.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng quá trình quá điện áp nội bộ bằng phần mềm ATP-EMTP, xây dựng mô hình trạm biến áp và các thiết bị liên quan trong môi trường mô phỏng ATPDraw. Phân tích các kịch bản đóng cắt, tự động đóng lại, cắt tụ điện và đánh giá điện áp quá độ tại các vị trí khác nhau trong trạm.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình nghiên cứu tập trung vào trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên với các thiết bị chính và đường dây liên quan, lựa chọn các tình huống vận hành điển hình để mô phỏng và đánh giá.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2017, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Phương pháp luận kết hợp giữa phân tích lý thuyết, mô phỏng số và đánh giá thực nghiệm nhằm đảm bảo tính chính xác và khả thi của các giải pháp bảo vệ quá điện áp nội bộ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Quá điện áp do đóng đường dây không tải: Mô phỏng cho thấy điện áp tại cuối đường dây hở mạch có thể vượt quá 3 lần điện áp nguồn, với thành phần dao động tự do có tần số cao hơn tần số nguồn. Điện áp quá độ này phụ thuộc vào thời điểm đóng máy cắt, cấu trúc mạch dao động và đặc tính đường dây.

2. Quá điện áp do cắt bộ tụ điện: Khi cắt tụ điện, điện áp trên tụ có thể đạt tới 5 lần điện áp nguồn do hiện tượng hồ quang cháy lại nhiều lần, gây dao động điện áp lớn và kéo dài. Điều này làm tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị và giảm tuổi thọ cách điện.

3. Ảnh hưởng của tự động đóng lại đường dây (TĐL): Khoảng 80-90% sự cố do hồ quang thoáng qua có thể được khắc phục bằng TĐL, tuy nhiên quá trình này cũng tạo ra các dao động điện áp lớn, với điện áp quá độ có thể tăng cao do hiệu ứng điện dung và dao động cộng hưởng.

4. Hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá điện áp: Chống sét van ZnO với đặc tính điện trở phi tuyến thấp (hệ số van α = 0,02-0,03) cho phép nối trực tiếp với điện áp pha, có khả năng dập tắt hồ quang hiệu quả và dòng điện rò qua nhỏ hơn 10 mA, phù hợp bảo vệ cho trạm biến áp và đường dây cao áp. Trong khi đó, chống sét van SiC có hạn chế về dòng điện kế tục và cần chuỗi khe hở để cách ly, ít phù hợp cho bảo vệ đường dây tải điện.

Các kết quả mô phỏng được minh họa qua các biểu đồ điện áp tại các cuộn dây máy biến áp (220 kV, 110 kV, 22 kV), đường cong đặc tính U-I của chống sét van, và đồ thị dao động điện áp quá độ theo thời gian.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của quá điện áp nội bộ là do các thao tác đóng cắt và sự cố hồ quang trong hệ thống điện, gây ra dao động điện áp quá độ với biên độ lớn và tần số cao. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng tại trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên phù hợp với các đặc điểm kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế, đồng thời làm rõ vai trò quan trọng của thời điểm đóng cắt và đặc tính thiết bị trong việc kiểm soát quá điện áp.

Việc sử dụng phần mềm ATP-EMTP cho phép mô phỏng chi tiết các hiện tượng quá độ, giúp đánh giá chính xác mức độ quá điện áp và hiệu quả của các thiết bị bảo vệ. Kết quả cho thấy chống sét van ZnO là lựa chọn ưu việt hơn so với SiC trong việc bảo vệ quá điện áp nội bộ, nhờ đặc tính điện trở phi tuyến thấp và khả năng chịu dòng cao.

Ngoài ra, việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật như lựa chọn thời điểm đóng máy cắt, sử dụng thiết bị tự động đóng lại hợp lý, và phối hợp các thiết bị bảo vệ giúp giảm thiểu nguy cơ quá điện áp, nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị trong trạm biến áp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thời điểm đóng cắt máy cắt: Áp dụng các thuật toán điều khiển để lựa chọn thời điểm đóng cắt phù hợp, giảm thiểu biên độ quá điện áp nội bộ, đặc biệt trong các thao tác đóng đường dây không tải và cắt tụ điện. Thời gian thực hiện trong vòng 6 tháng, do phòng kỹ thuật trạm phối hợp với đơn vị vận hành.

2. Lắp đặt và nâng cấp chống sét van ZnO: Thay thế hoặc bổ sung chống sét van ZnO cho các vị trí trọng yếu trong trạm biến áp và trên đường dây, nhằm tăng khả năng dập hồ quang và giảm dòng điện rò. Thời gian triển khai 12 tháng, do công ty truyền tải điện và nhà thầu thiết bị thực hiện.

3. Áp dụng hệ thống tự động đóng lại (TĐL) thông minh: Cải tiến hệ thống TĐL với khả năng nhận diện sự cố thoáng qua và điều chỉnh thời gian đóng lại phù hợp, hạn chế dao động điện áp quá độ. Thời gian thực hiện 9 tháng, do phòng điều khiển và công ty điện lực phối hợp.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì hệ thống bảo vệ quá điện áp cho cán bộ kỹ thuật và vận hành trạm, nâng cao khả năng phát hiện và xử lý sự cố kịp thời. Thời gian liên tục, do trường đại học kỹ thuật công nghiệp và công ty điện lực phối hợp.

Các giải pháp trên nhằm giảm suất sự cố do quá điện áp nội bộ, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và kéo dài tuổi thọ thiết bị, góp phần ổn định hệ thống điện miền Bắc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì trạm biến áp: Nắm bắt kiến thức về quá điện áp nội bộ và các thiết bị bảo vệ, áp dụng các giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sự cố.

2. Chuyên gia thiết kế hệ thống điện: Tham khảo các mô hình và phương pháp mô phỏng quá độ điện từ, lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp cho các trạm biến áp và đường dây tải điện.

3. Nhà quản lý ngành điện lực: Hiểu rõ tầm quan trọng của bảo vệ quá điện áp nội bộ trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cung cấp điện, từ đó hoạch định chính sách đầu tư và phát triển hệ thống.

4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết quá điện áp, mô phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP và các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện cao áp.

Mỗi nhóm đối tượng có thể ứng dụng kiến thức và kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả công việc, từ vận hành, thiết kế đến quản lý và đào tạo trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Quá điện áp nội bộ là gì và tại sao nó nguy hiểm?
   Quá điện áp nội bộ là hiện tượng điện áp tăng cao đột ngột trong hệ thống điện do các thao tác đóng cắt hoặc sự cố hồ quang. Nó gây hư hỏng cách điện, thiết bị và làm mất ổn định hệ thống, ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.

2. Phần mềm ATP-EMTP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   ATP-EMTP mô phỏng quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện, giúp phân tích các hiện tượng quá điện áp nội bộ, đánh giá hiệu quả thiết bị bảo vệ và đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp.

3. Chống sét van ZnO có ưu điểm gì so với loại SiC?
   Chống sét van ZnO có đặc tính điện trở phi tuyến thấp, cho phép nối trực tiếp với điện áp pha, dòng điện rò nhỏ hơn 10 mA, khả năng dập hồ quang tốt và trọng lượng nhẹ hơn, phù hợp bảo vệ trạm biến áp và đường dây cao áp.

4. Tự động đóng lại đường dây (TĐL) hoạt động ra sao?
   TĐL tự động đóng lại đường dây sau khi sự cố thoáng qua được loại bỏ, giúp nhanh chóng khôi phục cung cấp điện. Tuy nhiên, quá trình này có thể tạo ra dao động điện áp lớn nếu không được điều khiển hợp lý.

5. Làm thế nào để giảm thiểu quá điện áp nội bộ trong trạm biến áp?
   Có thể giảm thiểu bằng cách tối ưu thời điểm đóng cắt máy cắt, sử dụng thiết bị bảo vệ phù hợp như chống sét van ZnO, áp dụng hệ thống TĐL thông minh và nâng cao năng lực vận hành, bảo trì thiết bị.

Kết luận

• Quá điện áp nội bộ là nguyên nhân chính gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống điện tại trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên.
• Mô phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP cho phép phân tích chi tiết các hiện tượng quá độ và đánh giá hiệu quả thiết bị bảo vệ.
• Chống sét van ZnO được xác định là thiết bị bảo vệ ưu việt, phù hợp với đặc điểm vận hành và yêu cầu kỹ thuật của trạm.
• Các giải pháp kỹ thuật như tối ưu đóng cắt, nâng cấp thiết bị bảo vệ và hệ thống tự động đóng lại góp phần giảm thiểu quá điện áp và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
• Nghiên cứu mở hướng phát triển các công nghệ bảo vệ quá điện áp nội bộ tiên tiến, đồng thời đề xuất đào tạo nâng cao năng lực vận hành cho cán bộ kỹ thuật.

Để tiếp tục, cần triển khai các giải pháp đề xuất, theo dõi hiệu quả thực tế và cập nhật công nghệ mới nhằm đảm bảo vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện. Mời các chuyên gia và nhà quản lý ngành điện lực tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu này trong thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ LAN HƢƠNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN ĐỨC TƢỜNG Thái Nguyên, năm 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV THÁI NGUYÊN HỌC VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Trần Thị Lan Hƣơng TS. Nguyễn Đức Tƣờng TRƯỞNG KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO TS .Đỗ Trung Hải TS.Đặng Danh Hoằng Thái Nguyên, năm 2017 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] i LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Trần Thị Lan Hƣơng Học viên: Lớp cao học K16- KTĐ, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên. Nơi công tác: Điện lực Phú Lương - Công ty Điện lực Thái Nguyên.

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu, đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220 KV Thái Nguyên”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. Mã số: Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu, đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220 KV Thái Nguyên”. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo TS.

Nguyễn Đức Tƣờng và sự nỗ lực của bản thân, luận văn đã được hoàn thành. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 16 tháng 06 năm 2017 Học viên thực hiện Trần Thị Lan Hƣơng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, em đã nhận được sự truyền đạt về kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong trường.

Sự quan tâm rất lớn của nhà trường, khoa Điện, các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy TS. Nguyễn Đức Tƣờng và tập thể cán bộ giảng viên bộ môn Hệ thống điện.

Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ khóa K16 – KTĐ đã cho những chỉ dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã cố gắng, xong do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong muốn sẽ nhận được những chỉ dẫn từ các thầy, cô giáo và các bạn học để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa hơn trong thực tiễn. Xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Thị Lan Hƣơng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ.

DANH MỤC VIẾT TẮT. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ. Nguyên nhân phát sinh quá điện áp trong hệ thống. Quá điện áp phát sinh do đóng đường dây không tải.

QUÁ ĐIỆN ÁP DO CẮT BỘ TỤ ĐIỆN .Quá điện áp do tự động đóng lại đường dây. ERROR! B CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP. VAI TRÒ CỦA TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN. Sơ đồ nối điện tự dùng của trạm.

Sơ đồ nối điện tự dùng một chiều .Một số thiết bị bảo vệ quá điện áp .Khe hở phóng điện .Chống sét van có khe hở SiC .Chống sét van không khe ở ZnO. 30 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH ATP-EMTP. - Các modul của chương trình atp và khả năng ứng dụng. Tổ hợp các modul trong ATP.

Những modul mô phỏng của ATP. 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. - Chương trình atpdraw. Phần tử đo lường (Probes & 3-phase).

Đường dây trên không/cáp (Lines/Cables). Phần tử tần số (Frequency compornent). 43 CHƢƠNG 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ QUÁ ÁP. - Mô phỏng sơ đồ nguyên lý trạm biến áp bằng atpdraw .Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 Kv .Mô hình trạm biến áp 220 kV trong ATPDraw .Cài đặt chương trình ATPDraw.

- Kết quả nghiên cứu. - Đánh giá vai trò của chống sét van đặt trong trạM .Nhập thông số chống sét van.Kết quả phân tích. - Các biện pháp khác hạn chế quá điện áp nội bộ.Giới thiệu chung. Hạn chế quá điện áp nội bộ bằng việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt.

70 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN. 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 72 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] v DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ Số STT Ký hiệu Tên trang 1 Hình 1.1 Sơ đồ đóng đường dây không tải có chiều dài l 3 2 Hình 1.2 Sơ đồ thay thế của hình 1.3 Đường cong quá điện áp khi đóng đường dây không 5 4 Hình 1.4 Biến thiên của quá điện áp do đóng đường dây không tải 6 5 Hình 1.5 Tự đóng lặp lại đường dây 9 6 Hình 1.6 Quá trình quá độ do tự đóng lặp lại đường dây khi có kháng 10 7 Hình 2.1 Sơ đồ nhất thứ của trạm 13 8 Hình 2.2 Sơ đồ nối điện tự dùng của trạm 15 9 Hình 2.3 Sơ đồ nối điện tự dùng 1 chiều 16 10 Hình 2.4 Sơ đồ mắc khe hở hình sừng 21 11 Hình 2.5 Cấu tạo của CSV có khe hở SiC 22 12 Hình 2.6 Tấm điện trở phi tuyến SiC 23 13 Hình 2.7 Khe hở phóng điện 23 14 Hình 2.8 Chuỗi khe hở phóng điện 24 15 Hình 2.9 Điện trở phi tuyến của ZnO và SiC 27 16 Hình 3.1 Phần mềm tương hỗ với ATP 34 17 Hình 3.2 Phần mềm ATPDraw 35 18 Hình 3.3 Dữ liệu tạo bởi chương trình ATPDraw 35 19 Hình 4.1 Sơ đồ trạm biến áp 220 Kv 45 20 Hình 4.2 Mô hình mạch 45 21 Hình 4.3 Thông số nguồn điện áp 46 22 Hình 4.4 Nhánh đường dây 47 23 Hình 4.5 Thông số kỹ thuật đường dây trong mô hình ATPDraw 49 24 Hình 4.6 Thông số kỹ thuật đường dây trong mô hình ATPDraw 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vi 25 Hình 4.7 Máy cắt điện Statistic Swich và swich time 3 pha 50 26 Hình 4.8 Thông số cho Statistic Switch khi đóng không đồng 50 27 Hình 4.9 Thông số swich time 3 pha 51 28 Hình 4.10 Thông số của Open Probe 51 29 Hình 4.11 Điện áp trên phía cuộn dây cao áp (220 kV) 54 30 Hình 4.12 Điện áp trên cuộn dây trung áp (110 kV) 54 31 Hình 4.13 Điện áp trên cuộn dây hạ áp (22 kV) 55 32 Hình 4.14 Điện áp trên cuộn dây máy biến điện áp TU-273 55 33 Hình 4.15 Điện áp trên TU-273 56 34 Hình 4.16 Điện áp trên phía cuộn dây cao áp (220 kV) 56 35 Hình 4.17 Điện áp trên phía cuộn dây trung áp (110 kV) 57 36 Hình 4.18 Điện áp trên phía cuộn dây hạ áp (22 kV) 57 37 Hình 4.19 Điện áp trên TU-273 58 38 Hình 4.20 Điện áp trên cuộn cao áp của AT1 (220 kV) 58 39 Hình 4.21 Thông số chống sét van 60 40 Hình 4.22 Bảng thông số U-I (V-A) trong ATPDraw 61 41 Hình 4.23 Đườngđặc tính U-I (V-A) trong ATPPDraw 61 42 Hình 4.24 Sự biến thiên của quá điện áp 62 43 Hình 4.25 Sơ đồ lắp đặt điên trở Shunt 66 44 Hình 4.26 Biểu đồ 3 pha 67 45 Hình 4.27 Vị trí điện áp cực tiểu của các pha 67 46 Hình 4.28 Thông số máy cắt phía Thái Nguyên 68 47 Hình 4.29 Thông số máy cắt phía Bắc Giang 68 48 Hình 4.30 Kết quả khảo sát điện áp trên đầu cực máy biến áp phía 220 kV 68 49 Hình 4.31 Kết quả khảo sát điện áp trên đầu cực máy biến áp phía 110 kV 69 50 Hình 4.32 Kết quả khảo sát điện áp trên đầu cực máy biến áp phía 22 kV 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vii DANH MỤC BẢNG 1 Bảng 3.1 Khả năng mô phỏng của ATP 37 2 Bảng 3.2 Nhánh tuyến tính đơn R, L, C 1 pha và 3 pha 37 3 Bảng 3.3 Nhánh phi tuyến 38 4 Bảng 3.4 Thông số tập trung 38 5 Bảng 3.5 Thông số phân bố có tham số không phụ thuộc tần số 39 6 Bảng 3.6 Thông số phân bố có tham số không phụ thuộc tần số 39 7 Bảng 3.7 Chuyển mạch 40 8 Bảng 3.8 Nguồn điều khiển TACS 40 9 Bảng 3.9 Máy biến áp điện lực 41 10 Bảng 3.10 Phần tử tần số 42 11 Bảng 4.1 Điện áp lớn nhất tại các vị trí với xác xuất 2% 55 12 Bảng 4.2 Điện áp lớn nhất tại các vị trí với xác xuất 2% 57 13 Bảng 4.3 Điện áp lớn nhất tại các vị trí với xác xuất 2% 58 14 Bảng 4.4 Mức quá điện áp cho phép của các cấp điện áp khác nhau 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] viii DANH MỤC VIẾT TẮT Chú STT Chữ Viết Tắt Ý Nghĩa Thích 1 HTĐ Hệ thống điện 2 SVC Static Var Compensator 3 TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor 4 STATCOM Static Synchronous Compensator Flexible Alternating Current Transmission 5 FACTS Systems 6 MBA Máy Biến áp 7 EMTP Electro--Magnetic Transients Program 8 TĐL Tự động đóng lặp lại 9 MC Máy cắt LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm vừa qua,bên cạnh sự phát triển với tốc độ cao của nền kinh tế thì nhu cầu tiêu thụ điện của nước ta cũng tăng trưởng không ngừng. Đặc biệt trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, từng bước hội nhập nền kinh tế khu vực và thế giới.

Để đảm bảo cho việc cung cấp điện an toàn và ổn định điện áp đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của cả nước, HTĐ Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ. Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trực thuộc truyền tải điện Thái Nguyên – Công ty truyền tải điện I, đóng trên địa bàn phường Quan Triều – TP.Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên. Trạm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc.