intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST
Báo xấu
38
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải" nghiên cứu sâu về một phương pháp quấn dây có hiệu quả rất lớn trong việc tăng khả năng chống chịu với điện áp cao của cuộn dây máy biến áp. Bằng cách mô phỏng bài toán một cách trực quan, kết quả trả về chính xác, luận văn đã đưa ra một hướng mới trong việc tính toán thiết kế bối dây, và kiểm nghiệm lại khả năng chịu điện áp cao của các bối dây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải

  1. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải” là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của ai. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các cuốn sách, tạp phẩm, tạp chí và các website theo danh mục tài liệu của luận văn. Tác giả luận văn Ngô Văn Sơn HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 1 HVTH: Ngô Văn Sơn
  2. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................1 MỤC LỤC ..........................................................................................................2 DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................4 MỞ ĐẦU ............................................................................................................6  Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................6  Ý nghĩa khoa học – thực tiễn ..................................................................7  Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..........................................8  Những thuận lợi và khó khăn..................................................................8  Nội dung luận văn ...................................................................................9  Lời cảm ơn ..............................................................................................9 Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .....................................................10 1.1. Các dạng quá điện áp trong máy biến áp ..........................................10 1.1.1. Quá điện áp khí quyển .................................................................10 1.1.2. Quá điện áp nội bộ .......................................................................13 1.1.2.1. Quá điện áp xoay chiều.........................................................15 1.1.2.2. Cộng hưởng điện áp ..............................................................17 1.2. Phóng điện trong dầu máy biến áp ....................................................17 1.2.1. Định nghĩa ....................................................................................17 1.2.2. Cơ chế phóng điện .......................................................................18 1.2.3. Phóng điện trong dầu máy biến áp ...............................................18 1.3. Một số phương pháp chống quá điện áp ...........................................19 1.3.1. Sử dụng chấu phóng điện .............................................................19 1.3.2. Sử dụng chống sét van .................................................................20 1.3.3. Sử dụng vành điện dung...............................................................22 Kết luận: .......................................................................................................24 Chương 2 – XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY QUẤN ĐAN XEN .....................25 2.1. Phân bố điện áp ban đầu ....................................................................25 HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 2 HVTH: Ngô Văn Sơn
  3. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học 2.2. Mô hình dây quấn đan xen ................................................................30 2.3. Các thông số cơ bản để tính toán phân bố điện áp ban đầu ..............33 2.3.1. Điện dung song song (điện dung đối với đất) ..............................33 2.3.2. Điện dung nối tiếp trong dây quấn xoắn ốc liên tục ....................35 2.3.3. Điện dung nối tiếp trong dây quấn đan xen .................................38 2.3.4. Điện cảm ......................................................................................39 Kết luận: .......................................................................................................43 Chương 3 – TÍNH TOÁN PHÂN BỐ ĐIỆN ÁP TRONG BỐI DÂY QUẤN ĐAN XEN .......................................................................................................44 3.1. Mô hình mạch điện tương đương ......................................................44 3.2. Tính toán phân bố điện áp theo phương pháp biến trạng thái ...........48 3.2.1. Ma trận điện dung .....................................................................50 3.2.2. Ma trận điện dẫn G.......................................................................51 3.2.3. Ma trận điện cảm nút nghịch đảo  .............................................52 3.2.4. Mô hình biến trạng thái ................................................................53 3.2.5. Sử dụng Matlab và Simulink để giải mô hình biến trạng thái .....54 3.2.5.1. Tính toán các ma trận ...........................................................54 3.2.5.2. Xây dựng sơ đồ khối điện áp đầu vào ...................................58 3.2.5.3. Xây dựng sơ đồ khối không gian trạng thái ..........................59 3.2.5.4. Kết quả mô phỏng .................................................................60 Kết luận: .......................................................................................................75 KẾT LUẬN .......................................................................................................76 Tài liệu tham khảo ............................................................................................78 HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 3 HVTH: Ngô Văn Sơn
  4. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô phỏng dòng và áp của sét ...................................................................11 Hình 1.2: Dạng sóng sét ...........................................................................................13 Hình 1.3: Tăng điện áp điện dung ............................................................................16 Hình 1.4: Chấu phóng điện .......................................................................................19 Hình 1.5: Phương pháp xác định đặc tính của chấu phóng điện ..............................19 Hình 1.6: Sơ đồ chống sét van..................................................................................21 Hình 1.7: Bố trí 1 vành điện dung trong bối dây ......................................................23 Hình 1.8: Bố trí 2 vành điện dung trong cuộn dây ...................................................23 Hình 2.1: Phân bố điện áp trong bối dây ..................................................................25 Hình 2.2: Mô hình nghiên cứu phân bố điện áp ban đầu .........................................26 Hình 2.3: Phân bố dòng điện dung của dây quấn một lớp .......................................27 Hình 2.4: Sơ đồ thay thế điện dung ..........................................................................28 Hình 2.5: Phân bố điện áp ban đầu ...........................................................................29 Hình 2.6: Một cặp gallet dây quấn kiểu xoắn ốc ......................................................31 Hình 2.7: Mặt cắt dọc trục dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục ......................................31 Hình 2.8: Một cặp gallet dây quấn kiểu đan xen ......................................................32 Hình 2.9: Mặt cắt dọc trục dây quấn kiểu đan xen ...................................................32 Hình 2.10: Mặt cắt dọc trục dây quấn đan xen 2 sợi chập .......................................33 Hình 2.11: Mặt cắt bối dây trong cùng và lõi thép ...................................................34 Hình 2.12: Điện dung giữa hai bánh dây..................................................................36 Hình 2.13: Một cặp bánh dây kiểu quấn xoắn ốc liên tục, Cv. ................................37 Hình 2.14: Mặt cắt hai vòng dây đồng trục ..............................................................40 Hình 2.15: Mặt cắt và sơ đồ điện cảm cuộn dây xoắn ốc 3 vòng dây ......................41 Hình 2.16: Mặt cắt cuộn dây xoắn ốc liên tục gồm 3 bánh dây ...............................42 mỗi bánh dây 3 vòng .................................................................................................42 Hình 3.1: Mô hình mạch máy biến áp 3 cuộn dây ...................................................44 Hình 3.2: Mạch điện tương đương của cuộn dây máy biến áp ................................45 Hình 3.3: Kích thước hình học của bánh dây ...........................................................46 Hình 3.4: Một nút bất kỳ trong mạch điện tương đương .........................................48 Hình 3.5: Sơ đồ khối tạo điện áp xung sét ...............................................................59 Hình 3.6: Dạng điện áp đầu ra của khối Xung sét ....................................................59 Hình 3.7: Khối không gian trạng thái trong Simulink ..............................................59 Hình 3.7: Thiết lập thông số cho khối State-Space ..................................................60 Hình 3.8: Sơ đồ khối tổng ........................................................................................61 Hình 3.9: Điện áp nút 1 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ..............................62 Hình 3.10: Điện áp nút 2 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................62 Hình 3.11: Điện áp nút 3 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................63 Hình 3.12: Điện áp nút 4 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................63 Hình 3.13: Điện áp nút 5 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................64 HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 4 HVTH: Ngô Văn Sơn Hình 3.14: Điện áp nút 6 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................64
  5. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học Hình 3.15: Điện áp nút 7 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................65 Hình 3.16: Điện áp nút 8 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................65 Hình 3.17: Điện áp nút 9 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ............................66 Hình 3.18: Điện áp nút 10 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ..........................66 Hình 3.19: Điện áp nút 11 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ..........................67 Hình 3.20: Điện áp nút 12 – dây quấn đan xen – mô phỏng  ..........................67 Hình 3.21: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn đan xen .....................................68 Hình 3.22: Điện áp nút 2 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................69 Hình 3.23: Điện áp nút 3 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................69 Hình 3.24: Điện áp nút 4 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................70 Hình 3.25: Điện áp nút 5 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................70 Hình 3.26: Điện áp nút 6 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................71 Hình 3.27: Điện áp nút 7 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................71 Hình 3.28: Điện áp nút 8 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................72 Hình 3.29: Điện áp nút 9 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ............................72 Hình 3.30: Điện áp nút 10 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ..........................73 Hình 3.31: Điện áp nút 11 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ..........................73 Hình 3.32: Điện áp nút 12 – dây quấn xoắn ốc – mô phỏng  ..........................74 Hình 3.33: Điện áp tại 1 tại các nút - dây quấn xoắn ốc .....................................75 HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 5 HVTH: Ngô Văn Sơn
  6. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài Trong 60 năm qua, ngành Điện lực Việt Nam đã phát triển vượt bậc, từ chỗ chỉ có 31,5 MW công suất năm 1954, đến nay tổng công suất lắp đặt của hệ thống điện Quốc gia khoảng 34.000 MW, gấp hơn 1.000 lần! Từ một hệ thống điện nhỏ bé, lạc hậu và manh mún, sau 60 năm, hệ thống điện Việt Nam đã trở thành hệ thống điện đứng thứ 31 thế giới và thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á, với đa dạng các nguồn điện và hệ thống lưới điện siêu cao áp 220kV, 500 kV trải dài đất nước. Chỉ trong 20 năm trở lại đây, ngành Điện đã đưa vào vận hành tổng công suất 10.416 MW nguồn điện, tổng công suất của toàn hệ thống điện tới cuối năm 2014 đạt 34.000 MW, có khả năng sản xuất cung cấp cho đất nước tới 160 tỷ kWh/năm và niềm mong ước của nhiều thế hệ ngành Điện là hệ thống điện có dự phòng công suất đã trở thành hiện thực với mức dự phòng trên 20% từ năm 2013. Hệ thống lưới điện quốc gia đã là một thể thống nhất, vươn tới mọi miền của đất nước với trên 6.000 km đường dây 500 kV, 30.000 km đường dây từ 110 kV-220 kV, hơn 430.000 km lưới phân phối từ 0,4 kV tới 35 kV và hàng trăm nghìn trạm biến áp truyền tải - phân phối. Năm 2005, đường dây 500 kV Bắc-Nam mạch 2 hoàn thành và năm 2013, đường dây 500kV mạch 3 hoàn thành đã tạo nên trục truyền tải siêu cao áp 500 kV Bắc-Nam hoàn thiện gồm 3 mạch với tổng chiều dài gần 4.000 km, kết nối vững chắc hệ thống điện toàn quốc đáp ứng yêu cầu về độ an toàn và tin cậy. Lưới điện của Việt Nam cũng đã kết nối với lưới điện các nước láng giềng Trung Quốc, Lào, Campuchia ở các cấp điện áp từ 22 kV tới 220 kV. Trong hệ thống điện lớn mạnh như vậy, máy biến áp là những mắt xích quan trọng nhất. Người ta nói rằng, nếu coi đường dây là mạch máu thì máy biến áp giống như trái tim! Hoặc theo cách phân loại tài sản, máy biến áp lực là một trong những đầu tư lớn nhất của ngành điện. Những sự cố của máy biến áp, đặc biệt là sự cố các máy biến áp truyền tải ảnh hưởng đến vận hành của hệ thống điện và việc HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 6 HVTH: Ngô Văn Sơn
  7. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học cung cấp điện năng cho một vùng rộng tiêu thụ rộng lớn, gây thiệt hại không nhỏ về mặt kinh tế. Điều này dẫn đến việc quản lý tình trạng thiết bị và khả năng chống chịu sự cố luôn được ưu tiên. Trong các dạng sự cố máy biến áp, sự cố sinh ra do quá điện áp là dạng sự cố nặng nề và khó khắc phục, sữa chữa nhất. Chính vì vậy việc bảo vệ quá áp cho máy biến áp trở thành một vấn đề cấp thiết nhất, và cũng là đòi hỏi hàng đầu của khách hàng đối với các kỹ sư thiết kế và các nhà cung cấp hiện nay. Do đó, tôi chọn đề tài “Một số giải pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải” nhằm nghiên cứu sâu hơn về một số giải pháp đang sử dụng hiện nay, và đưa ra các giải pháp mới trong việc bảo vệ quá áp cho máy biến áp. Đề tài đi sâu vào nghiên cứu giải pháp sử dụng cách quấn dây đan xen để phân bố lại điện áp ban đầu trên bối dây, từ đó chống quá điện áp nội bộ trong máy biến áp. Phương pháp quấn dây đan xen (the interleaved disk-type winding) được công bố trong hai bài báo bởi Chadwick, Ferguson, Ryder, và Stearn vào năm 1950. Họ chỉ ra rằng việc đan xen các vòng dây đã làm tăng điện dung nối tiếp giữa các bánh dây, từ đó phân bố đều điện áp giữa các bánh dây và làm tăng khả năng chịu quá áp. Phương pháp quấn dây đan xen đã trở thành phương pháp thiết yếu và sử dụng cho hầu hết các bối dây cao áp (110kV trở lên) trong các máy biến áp truyền tải. Tại Tổng công ty thiết bị điện Đông Anh, phương pháp này được đưa vào nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên vào năm 2011 do kỹ sư Hoàng Anh, sau đó được kế thừa và phát triển trở thành một phương pháp quấn dây đặc biệt quan trọng, và đã góp mang lại thành công cho EEMC trong việc giành được chứng chỉ “Thử nghiệm ngắn mạch”.  Ý nghĩa khoa học – thực tiễn Luận văn đã nghiên cứu sâu về một phương pháp quấn dây có hiệu quả rất lớn trong việc tăng khả năng chống chịu với điện áp cao của cuộn dây máy biến áp. Bằng cách mô phỏng bài toán một cách trực quan, kết quả trả về chính xác, luận văn đã đưa ra một hướng mới trong việc tính toán thiết kế bối dây, và kiểm nghiệm lại khả năng chịu điện áp cao của các bối dây. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 7 HVTH: Ngô Văn Sơn
  8. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học  Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Mục đích: Xác định điện áp trên từng vị trí của bối dây khi chịu xung sét tác động vào đầu cực máy biến áp. Xác định được phân bố điện áp trên cuộn dây tại một thời điểm bất kỳ, cụ thể là thời điểm xung sét có giá trị cực đại, từ đó kết luận về tính hiện quả của phương pháp quấn dây đan xen.  Đối tượng: Cuộn dây máy biến áp sử dụng phương pháp quấn dây đan xen và quấn dây xoắn ốc liên tục.  Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về quá điện áp và một số phương pháp chống quá điện áp trong máy biến áp truyền tải. Nghiên cứu về mô hình dây quấn đan xen, mạch điện tương đương và các tham số của mạch điện. Nghiên cứu về cách tính toán phân bố điện áp sử dụng phương pháp biến trạng thái, và mô phỏng quá trình tính toán bằng phần mềm Matlab&Simulink.  Những thuận lợi và khó khăn  Thuận lợi: - Về lý thuyết, thừa kế kho tài liệu về MBA là các tài liệu chuyên sâu, đề cập một cách chi tiết và có hệ thống những vấn đề cơ bản về lý thuyết, công nghệ chế tạo, kinh nghiệm vận hành, bảo dưỡng và thử nghiệm máy biến áp. - Về thực tiễn, được tiếp xúc trực tiếp với các phương pháp quấn dây trong máy biến áp, cụ thể là phương pháp quấn dây đan xen tại Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh.  Khó khăn: - Ở nước ta, số lượng các nhà máy chế tạo máy biến áp truyền tải không nhiều, vì vậy phương pháp quấn dây này còn khá mới mẻ, ít có các tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về riêng phương pháp này. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 8 HVTH: Ngô Văn Sơn
  9. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học - Quá trình mô phỏng bằng phần mềm gặp khó khăn do việc xác định các điều kiện biên.  Nội dung luận văn: Gồm 3 chương  Chương 1: Tổng quan nghiên cứu  Chương 2: Xây dựng mô hình dây quấn đan xen  Chương 3: Tính toán phân bố điện áp trong bối dây quấn đan xen  Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Bình, các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – Điện tử, các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng toàn bộ các đồng nghiệp tại Tổng công ty thiết bị điện Đông Anh đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 9 HVTH: Ngô Văn Sơn
  10. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1. Các dạng quá điện áp trong máy biến áp 1.1.1. Quá điện áp khí quyển Có rất nhiều định nghĩa về quá điện áp khí quyển, tuy nhiên theo các nghiên cứu khoa học được đăng tải trên các cuốn sách và tạp chí gần đây ( [1] trang 307- 308, [7] trang 7-25) các tác giả nhận định rằng quá điện áp khí quyển, hay còn gọi là sét, thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3÷5 km, phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây giông. Quá trình phóng điện của sét tương tự như quá trình phóng điện tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. Đặc điểm của quá điện áp khí quyển là xảy ra trong khoảng thời gian ngắn (10-6 đến 10-4s), có độ dốc rất lớn (1010 đến 1012 V/s), vì vậy ở cùng một thời điểm ở những vị trí chỉ cách nhau vài mét trên đường dây sự quá áp đã khác nhau nhiều. Căn cứ theo vị trí, quá điện áp khí quyển có thể chia làm ba loại: + Sét đánh từ xa: Sét đánh từ xa không xảy ra ngay lập tức tại vùng lân cận của thiết bị đóng cắt. Sét đánh từ xa gây ra một sóng lan truyền mà được mô phỏng bởi 1 điện áp xung sét với thời gian đầu sóng là 1,2 µs và thời gian chiều dài sóng là 50 µs. Các sóng lan truyền tới thiết bị đóng cắt, và nó được cho rằng giá trị biên độ thấp hơn điện áp phóng điện của cách điện của đường dây trên không. Vì thế, sét đánh từ xa không dẫn đến bất cứ một phóng điện nào ở cách điện đường dây ngay lập tức gần nơi thiết bị đóng cắt. Biên độ của các sét này (90% giá trị điện áp chịu đựng) được tính toán từ 50% giá trị điện áp phóng điện của cách điện, lấy giá trị độ lệch chuẩn  = 0,03 đối với các điện áp xung sét. U90 = U50 *(1+1,3.) (1) Ví dụ mô phỏng của việc sét đánh từ xa với biên độ là 1600kV đối với hệ thống 230kV được minh họa trong hình 1.1a. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 10 HVTH: Ngô Văn Sơn
  11. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học + Sét đánh vào các cột: Khi sét đánh trực tiếp vào cột làm gia tăng điện thế của cột và phụ thuộc vào mức điện trở bước và mức cách điện của đường dây trên không, dẫn đến phóng điện ngược lại từ cột tới đường dây. Những phóng điện ngược này là do các sóng lan truyền dọc qua các dây dẫn tới thiết bị đóng cắt. Mô phỏng của sét đánh này có dạng sóng lõm trong khi tăng với thời gian tới giá trị nữa xấp xĩ 100 µs. Đối với biên độ của dòng sét, giá trị lớn nhất là 200kA khi sét đánh vào mức đất sẽ được cho là trường hợp tệ nhất. Hình 1.1b mô tả dòng sét với giá trị là 200kA. Hình 1.1: Mô phỏng dòng và áp của sét + Xung quanh khu vực sét đánh vào các vật dẫn của đường dây trên không: Biên độ dòng của sét mà đánh vào vật dẫn trên đường dây bị ảnh hưởng lớn của hình dạng của cột và ảnh hưởng của dây chống sét trên không. Các cột cao cộng với khoảng cách vật dẫn rộng và góc bảo vệ từ dây chống sét trên không sẽ dẫn tới các dòng sét đánh trực tiếp lên dây dẫn sẽ cao hơn. Do đó, biên độ của dòng điện sét cũng được tính như là một hàm của hình dạng cột đối với các đường dây trên không. Thông thường, dòng điện sét dao động trong khoảng từ 10kA đến 60kA. Tương tự như sét đánh vào cột, dạng sóng lõm cũng xảy ra trong khi tăng, với thời HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 11 HVTH: Ngô Văn Sơn
  12. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học gian tới giá trị nữa xấp xĩ là 100 µs. Một ví dụ của dạng sóng có cường độ dòng là 30kA được mô tả như hình 1.1c. Căn cứ theo đối tượng chịu quá điện áp, có thể phân làm hai loại: quá điện áp của pha – đất và quá điện áp của pha – pha. Quá điện áp pha – đất có thể xảy ra ở một, hai hoặc cả ba pha. Sự quá áp giữa hai hoặc ba dây dẫn gây nên mất đối xứng điện áp so với đất (ví dụ dọc dây dẫn thứ nhất có sóng dương, dọc dây dẫn thứ hai – cùng dạng nhưng sóng âm). Các dạng khác nhau của sóng sét có ảnh hưởng khác nhau đến dây quấn của máy biến áp. Cũng như bất cứ một kích động điện từ nào vào hệ thống điện (các quá trình đóng cắt bình thường, các trường hợp ngắn mạch, sự cố...) phóng điện sét gây nên sóng điện từ, tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tương đương với tốc độ ánh sáng. Trường hợp sét đánh trực tiếp vào dây dẫn của đường dây, thì trị số của quá điện áp tùy thuộc vào biên độ của dòng sét có thể lên đến hàng triệu, thậm chí hàng chục triệu Volt. Trường hợp sét đánh gần đường dây, gây nên quá điện áp cảm ứng, có biên độ tương đối bé, cao nhất khoảng vài trăm nghìn Volt. Sóng quá điện áp xuất hiện trên đường dây truyền đến trạm biến áp sẽ tác dụng lên cách điện của các thiết bị trong trạm. Sóng sét trên đường dây bao giờ cũng có suy giảm, chủ yếu là vầng quang, tổn hao phát nhiệt trên dây dẫn, trên đất và vật liệu cách điện nằm trên đường truyền sóng. Suy giảm làm giảm chiều cao đỉnh của sóng sét, giảm độ dốc đầu sóng. Với khoảng cách 1,5km từ nơi bị sét đánh độ dốc phần lớn giảm còn lại không vượt quá 500kV/µs. Để bảo vệ đường dây và máy biến áp người ta thường dùng chống sét kiểu chấu phóng điện, chúng được đặt ở các khoảng cách 0,5 ÷ 1,5 km dọc đường dây. Dòng điện của sét như Hình 1.2 có dạng một sóng xung. Trung bình trong khoảng vài ba micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống chầm chậm trong khoảng 20 ÷ 100µs, tạo nên phần đuôi sóng. Dạng sóng sét xác định qua các thông số: giá trị đỉnh U, thời gian đầu sóng Tc HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 12 HVTH: Ngô Văn Sơn
  13. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học (thời gian từ thời điểm xuất hiện tới khi sóng sét đạt cực đại), thời gian thân sóng T g (thời gian cho đến khi biên độ sóng giảm còn 1/2 biên độ). u /U 100 g sãn Th ©n § Çu sã n g 50 t Tc Tg Hình 1.2: Dạng sóng sét Sóng tiêu chuẩn theo IEC được xác định ứng với Tc = 1,2 µs, Tg = 50 µs, thường ký hiệu là 1,2/50, sóng tiêu chuẩn này TCVN6306-3: 1997 và IEC76-3: 1980 cho phép dung sai dưới dạng 1,2±30%/50±20% µs. Cũng có một số nước chọn dạng sóng tiêu chuẩn khác, ví dụ sóng 1/50 dùng ở Trung và Tây Âu, sóng 1,5/40 dùng ở Nga, Mỹ...Sóng 1,2/50 được biểu diễn gần đúng dưới dạng đại số:         Sóng 1/50 được biểu diễn gần đúng như sau:         1.1.2. Quá điện áp nội bộ Quá điện áp nội bộ xảy ra khi có sự thay đổi chế độ làm việc trong hệ thống điện. Sự chuyển từ một chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác gắn liền với sự phân bố lại năng lượng điện trường và từ trường tích lũy trong các điện dung và điện cảm của mạch, kèm theo quá trình dao động quá độ và gây nên quá điện áp. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 13 HVTH: Ngô Văn Sơn
  14. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học Nguyên nhân trức tiếp làm phát sinh quá điện áp nội bộ có thể là những thao tác đóng cắt các phần tử của hệ thống trong chế độ làm việc bình thường (như đóng cắt một đường dây không tải, cắt một máy biến áp không tải), nhưng cũng có thể là do bản thân của những tình trạng sự cố khác nhau trong hệ thống điện như chạm đất, ngắn mạch, đứt dây,... Nhóm I: Quá điện áp thao tác Xảy ra khi đóng cắt các phần tử của hệ thống điện trong chế độ làm việc bình thường và sau sự cố cũng như khi xảy ra chạm đất bằng hồ quang. Thuộc nhóm I có: - Quá điện áp khi cắt phụ tải điện dung như cắt đường dây dài không tải, cắt bộ tụ điện bù. - Quá điện áp khi đóng đường dây dài, đặc biệt ở các máy cắt có bộ phận tự đóng lại. - Quá điện áp khi cắt những dòng điện điện điện cảm bé, đặc biệt là khi cắt máy biến áp không tải, động cơ không đồng bộ và máy bù. - Quá điện áp khi chạm đất bằng hồ quang không ổn định trong lưới có trung tính cách điện và có trung tính nối đất cộng hưởng. Nhóm II: Quá điện áp cộng hưởng Gây nên bởi những dao động cộng hưởng trong hệ thống - Quá điện áp cộng hưởng ở tần số làm việc (cộng hưởng điều hòa) - Quá điện áp cộng hưởng ở tần số cao. - Quá điện áp cộng hưởng ở tần số thấp hơn tần số nguồn. - Quá điện áp cộng hưởng tham số, xảy ra do sự thay đổi chu kỳ tham số của mạch. Quá điện áp nội bộ được đặc trưng bởi các tham số sau: HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 14 HVTH: Ngô Văn Sơn
  15. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học - Trị số cực đại, được đặc trưng bởi bội số của biên độ và điện áp pha định mức - Thời gian duy trì của quá điện áp (thay đổi trong một phạm vi rộng từ một vài trăm micro giấy (quá điện áp thao tác) đến vài trăm giây, thậm chí hàng phút (quá điện áp cộng hưởng) - Tính lặp lại và mức độ lan truyền: cục bộ trong phần tử sự cố hay lan truyền toàn hệ thống. Nói chung quá điện áp nội bộ có thể duy trì tương đối lâu nên đối với cách điện của trang thiết bị điện nó cũng không kém nguy hiểm so với các xung quá điện áp khí quyển trong thời gian rất ngắn, đặc biệt đối với cách điện của các hệ thống siêu cao áp (330÷750kV) mà ở đó mức cách điện chỉ vào khoảng 2÷2,5  Quá điện áp nội bộ là những điều kiện mà sự xuất hiện và diễn biến của nó chịu sự chi phối của nhiều yếu tố ngẫu nhiên, nên các thông số của nó mang tính chất thống kê. Phương thức làm việc của điểm trung tính của hệ thống ảnh hưởng đến trị số của quá điện áp nội bộ. Trong lưới có trung tính cách điện, chạm đất một pha trong phần lớn các trường hợp không phá hoại sự làm việc của hệ thống, nhưng điện áp của hai pha không chạm đất tăng lên điện áp dây. Quá điện áp nội bộ, do đó, có hệ số bội cao hơn so với trường hợp lưới có trung tính trực tiếp nối đất. Quá điện áp nội bộ có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa chọn mức cách điện đường dây, của trang thiết bị, và cụ thể hơn là của các trạm phân phối. Tiếp đây chúng ta sẽ đi sâu hơn vào hai dạng quá điện áp nội bộ cụ thể. 1.1.2.1. Quá điện áp xoay chiều Tăng điện áp lưới điện trong thời gian lâu dài cho phép từ 10 đến 20%. Tăng do dao động điện áp (trong vài giây) có thể 30 đến 35% xảy ra trong trường hợp đặc HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 15 HVTH: Ngô Văn Sơn
  16. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học biệt (ví dụ đóng tải đầu cuối đường dây dài cấp điện từ nhà máy thủy điện, hoặc xảy ra ở đường dây dài khi tăng vòng quay của tuabin). Trường hợp đường dây kính sẽ không xảy ra dao động này. Tăng điện áp lưới đôi khi không làm hỏng cách điện nhưng làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng cách điện. Chọn điện áp định mức của chống sét sao cho không để chống sét làm việc trong trường hợp này. Tăng điện áp do ảnh hưởng điện dung giữa các dây quấn không nối đất. Giả sử máy biến áp không tải, dây quấn 2 không nối đất đặt giữa dây quấn 1 và trụ, tạo thành điện dung chia điện áp giữa dây quấn này với đất (Hình 1.3a). a) b) Hình 1.3: Tăng điện áp điện dung a. Sơ đồ; b. Đồ thị vectơ. Điện áp trung bình đối với đất  và  của dây quấn này tương tự điện áp của trọng tâm tam giác điện áp dây so với đất, ta có:         Trong đó  gọi là tỉ số truyền tĩnh điện. Xét máy biến áp hai dây quấn có tổ nối dây . Nếu dây quấn có 1 điện áp định mức  nối sao có trung tính cách điện với đất, nếu có một pha chạm đất thì điện áp trọng tâm tam giác điện áp dây so với đất là   . Trọng tâm của tam giác điện áp dây quấn 2 có điện áp so với đất:      HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 16 HVTH: Ngô Văn Sơn
  17. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học  Nếu dây quấn 2 nối tam giác thì một cực có điện áp lớn hơn  lượng bằng  (Hình 1.3b) như vậy cách điện phải chịu được:         Thí dụ   ,   ,  , ta có   .   Điện áp ở dây quấn  khi có ngắn mạch một pha phía  bằng điện áp thí nghiệm . Khắc phục tình trạng nguy hiểm này có thể thực hiện được bằng cách tăng điện dung đầu dây quấn 2 với đất (tăng ), như có thể nối thêm tụ điện, nối cáp các đầu ra của dây quấn, nối đất bất kỳ điểm nào của dây quấn qua điện trở. 1.1.2.2. Cộng hưởng điện áp Cộng hưởng điện áp chỉ hay xảy ra ở đường dây siêu cao áp (275 ÷ 700kV). Trường hợp mạch có tần số riêng thấp, xảy ra ngắn mạch hoặc đứt dây đôi khi có cộng hưởng ngay ở tần số cơ bản. Những phần tử hay gây cộng hưởng là: cuộn kháng bão hòa, máy biến áp không tải (xuất hiện điều hòa bậc cao), điện dung nối tiếp trên đường dây (giảm tần số dao động riêng). Lưới dưới 200kV không có trung tính nối đất ít xảy ra cộng hưởng. 1.2. Phóng điện trong dầu máy biến áp 1.2.1. Định nghĩa Phóng điện là hiện tượng đánh thủng điện môi cục bộ của một bộ phận nhỏ trong hệ thống cách điện rắn hoặc lỏng dưới tác động của điện áp cao. Trong khi đó phóng điện vầng quang thường được phát hiện bởi sự phát sáng liên tục và tương đối ổn định hoặc phóng điện thoáng qua trong không khí, những hiện tượng phóng điện cục bộ trong một hệ thống cách điện có thể quan sát hoặc không quan sát được thường xuyên bằng mắt, và số lần phóng điện cục bộ trong hệ thống cách điện thường ít xảy ra hơn so với phóng điện vầng quang trong tự nhiên. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 17 HVTH: Ngô Văn Sơn
  18. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học 1.2.2. Cơ chế phóng điện Phóng điện thường xuất hiện ở những khoảng trống, những vết nứt bên trong điện môi rắn, tại bề mặt ranh giới giữa điện môi và vật dẫn điện trong điện môi rắn và lỏng, hoặc những bọt khí nằm trong điện môi lỏng. Hiện tượng phóng điện được giới hạn một phần của cách điện, nó chỉ cầu cục bộ khoảng cách của những điện cực. Phóng điện cục bộ cũng có thể xuất hiện dọc theo ranh giới giữa những vật liệu cách điện khác nhau. Tại những khoảng trống chứa đầy khí trong chất điện môi thường xảy ra hiện tượng phóng điện cục bộ, do ở những vị trí này độ bền điện môi yếu. Vì vậy cảm ứng điện xuất hiện ở những khoảng trống cao hơn so với các vị trí khác trong điện môi, nếu điện áp cảm ứng này cao hơn điện áp khởi đầu của vầng quang (CIV- Corona inception voltage) thì lúc đó phóng điện cục bộ bắt đầu xảy ra. Khi xảy ra phóng điện cục bộ nó sẽ phá hủy nhanh chóng vật liệu cách điện và cuối cùng dẫn đến phóng điện. Phóng điện cục bộ có thể ngăn ngừa thông qua việc thiết kế và lựa chọn vật liệu cách điện. Trong tiêu chuẩn thiết bị điện áp cao, chất lượng của cách điện được đánh giá khi sử dụng thiết bị phát hiện phóng điện trong suốt quá trình sản xuất cũng như kiểm tra định kỳ thiết bị điện. Sự phòng ngừa và phát hiện phóng điện là cần thiết nhằm mục đích đảm bảo thiết bị điện hoạt động lâu dài, an toàn và tin cậy trong hệ thống điện. 1.2.3. Phóng điện trong dầu máy biến áp Với dầu biến áp ở  theo Palmer và Sharply phóng điện phụ thuộc vào thể tích A ( )                Hai công thức trên cho ta tính toán điện áp đánh thủng với điện áp hiệu dụng và với điện áp xung. Dầu biến áp giả định có hằng số điện môi xấp xỉ 2,5. HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 18 HVTH: Ngô Văn Sơn
  19. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học 1.3. Một số phương pháp chống quá điện áp 1.3.1. Sử dụng chấu phóng điện Thiết bị đơn giản nhất có thể giảm độ lớn đỉnh sóng là chấu phóng điện (hình 1.4), được chế tạo bằng hai thanh dẫn tròn, một thanh gắn vào đầu dây ra và thanh còn lại gắn trên mặt máy. Sau khi có phóng điện qua chấu, dòng hồ quang không bị dập tắt mà tồn tại ngắn mạch với đất, làm máy cắt hoặc cầu chì làm việc. Loại bảo vệ này chỉ dùng cho phụ tải loại hai, cho phép ngừng cấp điện trong thời gian ngắn, được tự động đóng điện lặp lại. Điện áp bảo vệ máy biến áp xác định nhờ so sánh tương quan đặc tính phóng điện của chấu và mặt bằng đặc tính của máy biến áp. Hình 1.4: Chấu phóng điện Khái niệm về đặc tính phóng điện và phương pháp xác định được mô tả dưới Hình 1.5. Hình 1.5: Phương pháp xác định đặc tính của chấu phóng điện HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 19 HVTH: Ngô Văn Sơn
  20. Trường đại học bách khoa Hà Nội Luận văn cao học Tác giả Phạm Văn Bình ([1]) đã chỉ ra cách xác định đặc tính của chấu phóng điện. Lần lượt đặt lên điện cực của chấu phóng điện các xung điện áp a, b, c, d, e có cùng thời gian đầu sóng , thời gian thân sóng , nhưng chúng có điện áp đỉnh theo thứ tự giảm dần. Xung có độ dốc lớn nhất (a) bị ngắt ở phần đầu sóng,   , tiếp theo là xung bị ngắt (b) ngay ở thời điểm đạt giá trị đỉnh   , tiếp đến (c, d) là các xung bị cắt ở phần thân sóng với thời gian tồn tại là . Nếu tiếp tục giảm đỉnh sóng, khả năng có phóng điện không xác định: có thể có phóng điện nhưng rất chậm, hoặc không thể phóng điện, xung (e); tiếp tục giảm nữa, sự phóng điện không xảy ra. Như vậy giảm độ dốc đầu sóng là giảm điện áp đỉnh sẽ làm tăng thời gian trễ phóng điện . Đường    có dạng gần hyperbol gọi là đặc tính phóng điện. Giá trị  ứng với    gọi là mặt bằng của đặc tính phóng điện. Để xác định từng điểm của đặc tính, ứng với mỗi độ dốc của xung ta đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình thời gian trễ . Nếu lấy mặt bằng của đặc tính ứng với  , nghĩa là ứng với đỉnh  của xung đã cho có một nửa số lần thử có phóng điện. Trong thực tế người ta chọn mặt bằng bảo vệ là mặt bằng bảo vệ là mặt bằng đặc tính ứng với , nghĩa là giá trị đỉnh nhỏ nhất mà còn có hiện tượng phóng điện 100% số  lần thử. Đặc tính phóng điện không phải là một đường cong duy nhất mà tương ứng với một dải khá rộng. Độ rộng, hẹp của dải phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, độ ẩm không khí (sai số 10%) và ngoài ra còn phụ thuộc vào cực tính của xung (với xung âm miền này rộng hơn). 1.3.2. Sử dụng chống sét van Chống sét van được ghép bởi một số chấu phóng điện kết hợp với điện trở phi tuyến (hình 1.6). Để bảo vệ quá điện áp khí quyển, chống sét van được nối với cả ba pha và đất. Hoạt động của chống sét van có thể chia làm ba giai đoạn: 1. Giai đoạn điện áp tăng theo độ dốc của xung sét trên cực của chống sét (cuối cùng bắt đầu có phóng điện ở các chấu). HDKH: PGS.TS Phạm Văn Bình 20 HVTH: Ngô Văn Sơn
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
842 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2