Thạc Sĩ Nghiên cứu quá điện áp và lựa chọn chống sét van ở lưới điện trung áp

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . 3
CÁC TỪ VIẾT TẮT . 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU . 8
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP . 11
1.1. PHÂN LOẠI QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP . 11
1.2. CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP . 15
1.2.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất . 16
1.2.2 Mạng điện ba pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang . 22
1.2.3. Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện trở nhỏ . 25
1.2.4 Mạng điện ba pha trung tính nối đất qua điện kháng nhỏ . 26
1.2.5 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp . 27
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP DO CHẠM ĐẤT MỘT PHA TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP . 31
2.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔNG TRỞ THỨ TỰ KHÔNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN . 31
2.1.1. Khái niệm cơ bản về tổng trở trong hệ tọa độ pha ABC 31
2.1.2. Ma trận tổng trở ABC trong trường hợp có vật dẫn nối đất độc lập
đi kèm 35
2.1.3. Tính toán các phần tử của ma trận tổng trở ABC + N 37
2.1.4.Tính toán ma trận tổng trở thứ tự thuận nghịch không từ ma trận
tổng trở ZABC . 44
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO SỰ CỐ CHẠM ĐẤT MỘT PHA
TRONG LƯỚI TRUNG ÁP 47
2.2.1. Phương pháp các thành phần đối xứng . 47
2.2.2. Phương pháp số giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điện . 50
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP DO NGẮN MẠCH CHẠM ĐẤT MỘT PHA Ở LƯỚI TRUNG ÁP 57
3.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP . 57
3.2. MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ QUÁ ÁP CỦA MỘT XUẤT TUYẾN LƯỚI TRUNG ÁP
BẰNG ATP/EMTP . 61
CHƯƠNG 4: VẤN ĐỀ LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN 66
4.1. TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VỀ LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN . 66
4.1.1. Tổng quan 66
4.1.2. Lựa chọn CSV có khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC) . 71
4.1.3. Lựa chọn CSV không khe hở sử dụng oxit kim loại . 78
4.1.4. Ứng dụng của CSV 86
4.2. ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN IEC 60099-5 VÀO VIỆC LỰA CHỌN CHỐNG SÉT VAN CỦA
LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

MỞ ĐẦU
M.1.Lý do chọn đề tài
Lưới điện phân phối của Việt Nam hiện chưa được đầu tư vốn tương xứng với yêu cầu. Thông thường với các nước tiên tiến trên thế giới, nguồn vốn yêu cầu đầu tư cho lưới điện phân phối chiếm khoảng 50% tổng vốn đầu tư cho toàn ngành. Nước ta do điều kiện khó khăn về kinh tế, nền kinh tế nghèo nàn nhỏ lẻ, đi lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên nguồn vốn thường ưu tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện truyền tải.
Nguồn vốn đầu tư cho nguồn và lưới truyền tải của Việt Nam hiện chiếm khoảng 85% (60% cho nguồn và 25% cho lưới truyền tải), còn lại 15% là vốn đầu tư cho lưới phân phối. Vấn đề này hiện nay đã và đang đặt ra rất nhiều bất cập mà ngành điện cũng như các khách hàng của mình đang cùng phải đối mặt bao gồm: lưới điện xuống cấp, độ tin cậy không cao, chất lượng điện năng thấp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng lớn, khả năng tự động hóa kém .Một vấn đề rất quan trọng cũng chưa được quan tâm đúng mức đó là hiện tượng quá điện áp xảy ra trong lưới phân phối. Việc lựa chọn CSV trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản, ít xem xét vị trí lắp đặt, chế độ điểm trung tính (trung tính cách điện, trung tính nối đất hiệu quả, trung tính nối đất qua tổng trở), dẫn đến là CSV có thể bị quá áp khi có sự cố chạm đất một pha. Nội dung bản luận văn này sẽ tập trung đi sâu nghiên cứu mô phỏng hiện tượng QĐA trong lưới điện phân phối khi xảy ra ngắn mạch một pha và tìm cách đề xuất một phương thức lựa chọn CSV hợp lý.
M.2.Lịch sử nghiên cứu

1. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức nối đất trung tính đến việc lựa chọn cách điện trong lưới điện trung thế” - Nguyễn Thanh Hải – ĐHBK Hà Nội -2009.
Nội dung: nghiên cứu hệ số quá áp trong lưới điện trung áptrong các tình huống xảy ra quá áp do sự cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất, đứt dây chạm đất và quá điện áp cộng hưởng. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các vấn đề trên đến việc lựa chọn cách điện nói chung và chưa đề cập tới việc lựa chọn cụ thể của CSV.
2. Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng của nối đất trung tính qua tổng trở nhỏ để giải quyết bài toán nối đất của các trạm biến áp 110/22 (35)kV ở Việt Nam” - Nguyễn Lương Mính - ĐHBK Đà Nẵng.
Một trong những nội dung nghiên cứu của Luận văn là về biến thiên hệ số quá điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch chạm đất một pha trong lưới trung áp có các phương thức nối đất trung tính khác nhau, biến thiên của hệ số quá điện áp theo tỉ số X0/X1 tại điểm xảy ra sự cố dẫn tới làm thay đổi hiệu quả của nối đất trung tính (tại TBA), luận văn đề xuất ý tưởng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng để giải quyết bài toán lựa chọn CSV tại các điểm khác nhau trong lưới trung áp.
M.3.Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu quá điện áp trên một lưới điện trung áp 35 kV điển hình với các chế độ nối đất trung điểm khác nhau bằng mô phỏng trên phần mềm ATP/EMTP khi xảy ra sự cố chạm đất một pha và xem xét ứng dụng vào việc
lựa chọn CSV ở lưới điện trung áp.
M.4.Tóm tắt cơ bản các luận điểm và đóng góp mới của tác giả
- Nghiên cứu lý thuyết về các dạng quá điện áp có khả năng xuất hiện trong lưới điện trung áp (bao gồm QĐA khí quyển, QĐA thao tác)
- Tổng quan về vấn đề quá điện áp do sự cố chạm đất một pha trong lưới điện trung áp bao gồm dải biến thiên của hệ số quá áp cũng như các tham số chính ảnh hưởng tới biên độ QĐA
- Mô phỏng và tính toán quá điện áp do sự cố chạm đất một pha bằng phần mềm ATP/EMTP
- Xem xét quy trình lựa chọn CSV và ứng dụng vào lưới điện trung áp
M.5.Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu các nội dung lý thuyết liên quan tới vấn đề quá điện áp do sự cố ngắn mạch chạm đất một pha và sử dụng mô phỏng trên mô hình máy tính để kiểm chứng.
Cấu trúc luận văn: Luận văn bao gồm 4 chương trình bày trên trang, bao gồm:
Chương 1: Nghiên cứu lý thuyết về quá điện áp trong lưới điện trung áp
Chương 2: Tổng quan về vấn đề quá điện áp do chạm đất một pha trong lưới điện trung áp
Chương 3: Mô phỏng và tính toán quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một pha ở lưới điện trung áp
Chương 4: Vấn đề lựa chọn Chống sét van
Để hoàn thành luận văn này, trước hết tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia đình và em trai đã luôn hết sức động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả yên tâm tập trung nghiên cứu. Đồng thời tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành
và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS. Trần Văn Tớp, người đã luôn chu đáo, tận tình và có những nhận xét góp ý, chỉ đạo kịp thời về nội dung và tiến độ của luận văn. Cuối cùng, tác giả cũng không thể quên được những
nhận xét góp ý, tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ tận tình của Viện SĐH Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo của Bộ môn Hệ thống điện – Khoa Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và bạn bè đồng nghiệp trong quá trình
làm luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng song do thời gian và khả năng còn hạn chế, luận văn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự đánh giá, góp ý của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để hoàn chỉnh thêm nội dung
của luận văn.