Nghiên cứu quá điện áp trong trạm biến áp 500 - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN

Mục lục

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1. MỞ ĐẦU

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.1.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế

1.2. MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.2.1. Mục tiêu tổng quan

1.2.2. Mục tiêu cụ thể

1.2.3. Đối tượng nghiên cứu

1.2.4. Phương pháp nghiên cứu

1.3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.3.1. Ý nghĩa thực tiễn

1.3.2. Ý nghĩa khoa học

2. QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM BIẾN ÁP

2.1. QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

2.1.1. Sét – nguồn gốc của quá điện áp khí quyển

2.1.2. Các tham số chủ yếu của sét

2.1.3. Biên độ dòng sét

2.1.4. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét

2.1.5. Cực tính của sét

2.2. QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ

2.2.1. Phân loại quá điện áp nội bộ

2.2.2. Điện áp quá độ phục hồi (Transient Recovery Voltage), tốc độ tăng điện áp phục hồi (Rate-of-rise of recovery voltage) của máy cắt

2.2.3. Tính toán các điện áp phục hồi quá độ cho các sự cố trên đường dây ngắn dựa vào các đặt tính định mức

2.2.4. Quá trình truyền sóng và biến dạng sóng trên hệ thống nhiều dây dẫn

2.2.4.1. Trường hợp tổng quát

2.2.4.2. Các dây dẫn cùng được nối vào một nguồn phát sóng

2.2.4.3. Một dây dẫn nối với nguồn sóng, một dây dẫn nối với đất

2.2.4.4. Một dây dẫn nối với nguồn sóng, một dây dẫn đặt cách điện với đất

2.2.4.5. Sóng truyền theo hai dây dẫn, dây thứ ba đặt cách điện

2.2.4.6. Biến dạng và tắt dần của sóng do tổn hao vầng quang xung trên đường xung trên đường dây

3. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM BIẾN ÁP

3.1. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

3.1.1. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa chống sét van và thiết bị được bảo vệ đến điện áp tác dụng lên cách điện

3.1.2. Ảnh hưởng của dòng điện xung qua chống sét van đến trị số điện áp dư của nó

3.1.3. Điện áp trên cách điện của trạm

3.2. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ

3.2.1. Mục đích tính toán

3.2.2. Phương pháp tính toán

3.2.2.1. Chế độ vận hành hệ thống

3.2.2.2. Loại ngắn mạch mô phỏng

3.2.2.3. Mô hình máy cắt

3.2.2.4. Vị trí sự cố

3.2.3. Đánh giá kết quả và đề xuất lựa chọn máy cắt

3.2.4. Giải pháp khắc phục

4. TRẠM BIẾN ÁP 500KV ĐỨC HÒA VÀ TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM EMTP-RV

4.1. TRẠM BIẾN ÁP 500KV ĐỨC HÒA

4.1.1. Đặc điểm công trình

4.1.2. Quy mô phần trạm biến áp (phía sân 500kV)

4.1.3. Yêu cầu chung về hệ thống điện áp dụng tại trạm biến áp 500kV Đức Hòa

4.2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM EMTP-RV

4.2.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của phần mềm EMTP-RV

4.2.2. Các ứng dụng và lợi ích của phần mềm EMTP-RV

4.2.3. Mô hình cơ bản của các phần tử hệ thống điện sử dụng trong luận văn

4.2.3.1. Máy biến áp nối tam giác

4.2.3.2. Mô hình đường dây

4.2.3.3. Mô hình điện trở nối đất của cột

4.2.3.4. Mô hình chống sét van

4.2.3.5. Dây dẫn trong trạm

4.2.3.6. Điện dung thay thế của các thiết bị chính trong trạm

5. TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP CHO TRẠM 500KV ĐỨC HÒA

5.1. TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

5.1.1. Kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình sử dụng trong luận văn

5.1.1.1. Các mô hình chính sử dụng trong bài báo

5.1.1.2. So sánh kết quả mô phỏng

5.1.2. Tính toán quá điện áp đối với TBA 500kV Đức Hòa – Trường hợp có 1 đường dây 500kV đấu vào trạm

5.1.2.1. Trường hợp chưa đặt CVS tại đầu đường dây vào trạm và MBA

5.1.2.2. Trường hợp đặt CSV tại đầu đường dây và MBA

5.1.3. Tính toán quá điện áp đối với TBA 500kV Đức Hòa – Trường hợp có 2 đường dây 500kV đấu vào trạm

5.1.3.1. Trường hợp chưa đặt CSV đầu đường dây vào trạm và MBA

5.1.3.2. Trường hợp đặt CSV đầu đường dây và MBA

5.1.4. Tính toán quá điện áp đối với TBA 500kV Đức Hòa – Trường hợp có 4 đường dây 500kV đấu vào trạm

5.1.4.1. Trường hợp chưa đặt CVS đầu đường dây và MBA

5.1.4.2. Trường hợp đặt CSV đầu đường dây và MBA

5.1.5. Xác định quá điện áp lan truyền đối với các dạng dòng sét và vị trí sét đánh trên đường dây truyền tải đấu vào trạm

5.1.6. Xác định vị trí lắp đặt chống sét van đường dây để hạn chế biên độ sóng truyền vào trạm

5.2. TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ (TRV, RRRV)

5.2.1. Kết quả tính toán TRV, RRRV khi ngắn mạch

5.2.1.1. Ngắn mạch trên đường dây Đức Hòa – Cầu Bông

5.2.1.2. Ngắn mạch trên đường dây Đức Hòa – Phú Lâm

5.2.1.3. Ngắn mạch trên đường dây Đức Hòa – Mỹ Tho

5.2.1.4. Ngắn mạch trên đường dây Đức Hòa – Sông Hậu

6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục I: Ứng dụng phần mềm EMTP-RV

Phụ lục II: Thông số mô hình đường dây

Phụ lục III: Tính toán mô hình cột điện

Phụ lục IV: Thông số chống sét van phía 500kV

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu về quá điện áp trong trạm biến áp 500kV

Quá điện áp trong trạm biến áp 500kV Đức Hòa là một hiện tượng quan trọng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng. Hiện tượng này có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân, trong đó đáng chú ý nhất là sự tác động của sét và các thao tác đóng mở máy cắt. Quá điện áp khí quyển thường xảy ra khi có sét đánh vào các thiết bị hoặc đường dây truyền tải điện, dẫn đến điện áp cao hơn mức cho phép. Điều này có thể gây ra hư hại cho các thiết bị trong trạm. Sử dụng phần mềm EMTP-RV, luận văn này sẽ phân tích các yếu tố liên quan đến quá điện áp, từ đó đưa ra giải pháp bảo vệ các thiết bị trong trạm. Theo nghiên cứu, vào ngày 13/7/2020, đã xảy ra một sự cố quá điện áp do sét đánh với biên độ dòng sét lên đến 196kA, cho thấy mức độ nguy hiểm của hiện tượng này.

1.1. Nguyên nhân gây ra quá điện áp

Nguyên nhân chính gây ra quá điện áp trong trạm biến áp có thể được phân loại thành hai nhóm chính: quá điện áp khí quyển và quá điện áp nội bộ. Quá điện áp khí quyển thường xảy ra do các hiện tượng thời tiết như sét, trong khi quá điện áp nội bộ thường do các thao tác vận hành như đóng cắt máy cắt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, để giảm thiểu nguy cơ xảy ra quá điện áp, cần phải có các biện pháp bảo vệ hiệu quả như lắp đặt chống sét van và thực hiện các quy trình vận hành an toàn. Việc sử dụng phần mềm EMTP-RV giúp mô phỏng và phân tích các kịch bản khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp cụ thể nhằm giảm thiểu rủi ro cho trạm biến áp.

II. Phân tích quá điện áp khí quyển

Quá điện áp khí quyển trong trạm biến áp 500kV Đức Hòa chủ yếu xảy ra do sét đánh. Sét là một hiện tượng tự nhiên với biên độ dòng điện rất lớn, có thể gây ra quá điện áp đáng kể khi lan truyền vào trạm. Các nghiên cứu cho thấy, biên độ dòng sét có thể lên đến hàng trăm kA, dẫn đến áp lực lớn lên các thiết bị điện. Đặc biệt, khi sét đánh vào dây dẫn hoặc thiết bị bảo vệ, điện áp quá độ phục hồi (TRV) có thể xuất hiện, gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho hệ thống điện. Để đánh giá chính xác tác động của sét, việc sử dụng mô hình EMTP-RV cho phép mô phỏng các kịch bản khác nhau và phân tích được các tham số như biên độ dòng sét, độ dốc đầu sóng, và cực tính của sét. Từ đó, có thể thiết lập các biện pháp bảo vệ hiệu quả hơn cho trạm biến áp.

2.1. Tác động của sét đến trạm biến áp

Tác động của sét đến trạm biến áp 500kV Đức Hòa không chỉ đơn thuần là gây ra quá điện áp khí quyển, mà còn có thể dẫn đến hư hỏng các thiết bị điện tử và giảm hiệu suất hoạt động của toàn bộ hệ thống. Khi sét đánh vào trạm, dòng điện lớn sẽ tạo ra điện áp cao vượt quá giới hạn cho phép, có thể gây ra các sự cố nghiêm trọng. Theo báo cáo từ sự cố vào tháng 7/2020, dòng sét đã gây ra quá điện áp làm hỏng thiết bị chống sét van, cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp bảo vệ. Việc lắp đặt các thiết bị bảo vệ như chống sét van và thực hiện các quy trình vận hành an toàn là cần thiết để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp.

III. Phân tích quá điện áp nội bộ

Quá điện áp nội bộ trong trạm biến áp 500kV Đức Hòa chủ yếu xảy ra trong quá trình vận hành, đặc biệt là trong các thao tác đóng cắt máy cắt. Điện áp quá độ phục hồi (TRV) và tốc độ gia tăng điện áp quá độ phục hồi (RRRV) là hai yếu tố quan trọng cần được xem xét. Những yếu tố này có thể gây ra quá điện áp trong nội bộ hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của thiết bị. Việc tính toán và mô phỏng TRV và RRRV là cần thiết để xác định mức cách điện xung đóng-cắt phù hợp cho trạm. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc lựa chọn thông số cho máy cắt điện không chỉ giúp giảm chi phí thiết bị mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Bằng cách sử dụng phần mềm EMTP-RV, các kịch bản khác nhau có thể được mô phỏng để đưa ra các giải pháp cụ thể nhằm giảm thiểu rủi ro cho trạm.

3.1. Tính toán TRV và RRRV

Tính toán TRV và RRRV là một phần quan trọng trong việc thiết kế và vận hành trạm biến áp. TRV được định nghĩa là điện áp phục hồi sau khi máy cắt mở, trong khi RRRV là tốc độ gia tăng của điện áp này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tính toán chính xác TRV và RRRV giúp xác định mức cách điện cần thiết cho các thiết bị trong trạm. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của trạm. Sử dụng phần mềm EMTP-RV cho phép mô phỏng các kịch bản khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp cụ thể nhằm giảm thiểu rủi ro cho trạm biến áp và nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện.

Luận văn thạc sĩ về nghiên cứu quá điện áp trong trạm biến áp 500