Đề tài Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp

-------- Luận văn Đề tài: Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 1 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn MỤC LỤC Trang MỤC LỤC............................................................................................................. 1 CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... 4 DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................... 6 MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 9 A. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 9 B. Đối tượng và phạm vi nguyên cứu ................................................................. 10 C. Mục tiêu .......................................................................................................... 10 D. Bố cục đề tài ................................................................................................... 10 Chương I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP .............................................. 11 1.1. Hệ thống điện và lưới điện .......................................................................... 11 1.1.1. Khái niệm........................................................................................... 11 1.1.2. Lưới hệ thống ..................................................................................... 11 1.1.3. Lưới điện truyền tải ............................................................................ 11 1.1.4. Lưới điện trung áp phân phối ............................................................. 12 1.2. Tổng quan về lưới điện phân phối .............................................................. 13 1.2.1. Khái quát về lưới điệ n phân phối trong hệ thống điện ....................... 13 1.2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối ...................................................... 14 1.2.3. Các loại sơ đồ lưới trung áp phân phối ............................................... 15 1.3. Thực tế lưới điện trung áp phân phối hiện nay ..................................... 22 1.3.1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp nông thôn ........................................... 22 1.3.2. Sơ đồ lưới phân phối trung áp thành phố, xí nghiệp .......................... 23 1.4. Khả năng mang tải của lưới điện trung áp phân phối ........................... 24 Chương II: CÁC GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦACHÚNG ................................................................ 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 2.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 28 2.1.1. Khái niệm điểm trung tính .................................................................. 28 2.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển các chế độ trung tính ............................ 29 2.1.3. Tạo điểm trung tính ............................................................................. 29 2.2. Tình trạng làm việc của từng phương thức ............................................... 31 2.2.1. Mạng 3 pha trung tính cách điện đối với đất .................................... 31 2.2.2. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang.......................................................................................... 36 2.2.3. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp .................................... 42 2.2.4. Hệ thống nối đất hiệu quả ................................................................. 43 Chương III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT LƯỚI TRUNG ÁP ................................................................ 48 3.1. Những vấn đề về nối đất điểm trung tính của HT ....................................... 48 3.1.1. Ngắn mạch 1 pha trong HT trung tính trục tiếp nối đất ..................... 48 3.1.2. Chạm đất 1 pha trong HT điểm trung tính không nối đất ................... 50 3.2. So sánh chế độ làm việc của trung tính mạng điện trong lưới điện trung áp phân phối ................................................................ 51 3.2.1. Kết cấu mạch điện............................................................................... 51 3.2.2. Chế độ vận hành .................................................................................. 52 3.2.3. Hậu quả của từng loại ......................................................................... 52 3.3. Các chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn phương thức nối đất lưới trung áp ............................................................................................. 53 3.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật ............................................................................ 53 3.3.1.1. Chỉ tiêu cách điện ........................................................................ 53 3.3.1.2. Chỉ tiêu về chế độ làm việc ......................................................... 53 3.3.2. Chỉ tiêu về chế độ quản lý vận hành ................................................... 55 3.3.2.1. Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp ......................... 55 3.3.2.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang ...................................................................................................... 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 3 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 3.3.2.3. Đối với mạng trung tính nối đất trực tiếp ................................. 56 3.3.3. Chỉ tiêu về kinh tế .............................................................................. 57 3.3.3.1. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp .................................. 57 3.3.3.2. Mạng trung tính nối đất trực tiếp ............................................. 57 3.3.4. Tổng kết về các chế độ nối đất trung tính lưới điện trung áp phân phối .............................................................................................. 58 Chương IV: ẢNH HƯỞNG CỦA NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH ĐẾN BẢO VỆ AN TOÀN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP.................................... 61 4.1. Đối với mạng có trung tính cách đất hoặc trung tính không nối đất trực tiếp .............................................................................. 61 4.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang .......................... 64 4.3. Mạng có trung tính nối đất trực tiếp .......................................................... 64 Chương V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI BÌNH ĐỊNH ................................................. 65 5.1. Tính toán dòng điện chạm đất 1 pha trong lưới trung áp phân phối 35kV tỉnh Bình Định .................................................... 65 5.1.1. Phương thức vận hành 1: Phương thức vận hành cơ bản ................ 67 5.1.2. Phương thức vận hành 2: Nguồn 35kV E 21 cấp đến E Phù Cát (nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành) ...................... 74 5.1.3. Phương thức vận hành 3: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E19 (nguồn 35kV E 19 không vận hành) ............................ 76 5.1.4. Phương thức vận hành 4: Nguồn 35kV E Phù Cát cấp đến E 18 (nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành) .................... 78 5.1.5. Phương thức vận hành 5: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E Phù Mỹ (nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành) ................ 80 5.2. Bảo vệ con người khỏi bị điện giật trong trường hợp đứt dây ở mạng điện 35Kv......................................................................... 83 Chương VI: MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 4 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn KHU VỰC TỈNH BÌNH ĐỊNH. ........................................................................... 88 6.1. Các nguyên lý của bảo vệ chạm đất .......................................................... 88 6.1.1. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện NM ................................ 88 6.1.2. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo điện áp ............................................ 88 6.1.3. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện TTK ............................... 89 6.1.4. Bảo vệ chạm đất theo nguyên lý dòng điện T TK có hướng........................................................................................ 90 6.1.5. Bảo vệ chạm đất 1 pha, phản ứng theo dòng NM 2 pha chạm đất ................................................................................... 90 6.1.6. Đặt bảo vệ theo dòng và áp TTK ..................................................... 92 6.1.7. Thiết kế và lắp đặt rơle công suất có hướng (RCĐ) bảo vệ cắt chọn lọc khi có chạm đất 1 pha ..................................... 94 6.2. Chỉnh định bảo vệ chạm đất 1 pha .............................................................. 96 6.2.1. Dòng điện tác động của rơle .......................................................... 96 6.2.2. Độ nhạy của bảo vệ ........................................................................ 97 6.2.3. Chọn thời gian của bảo vệ.............................................................. 97 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 101 CÁC CHỮ VIẾT TẮT: CA : Cao áp. CCĐ : Cung cấp điện. CSV : Chống sét van. DCL : Dao cách ly. DZ : Đường dây. HA : Hạ áp. HT : Hệ thống. HTĐ : Hệ thống điện. LĐPP : Lưới điện phân phối. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 5 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn PĐ : Phân đoạn. PTVH : Phương thức vận hành. PTVHCB: Phương thức vận hành cơ bản. MBA : Máy biến áp. MC : Máy cắt. MĐ : Mạng điện. NM : Ngắn mạch. RCĐ : rơle công suất có hướng. TA : Trung áp. TĐD : Tự động đóng nguồn dự trữ. TĐL : Tự động đóng lặp lại. TG : Thanh góp. TTG : Trạm trung gian. TTK : Thứ tự không. TTN : Thứ tự nghịch. TTT : Thứ tự thuận. XT : Xuất tuyến. DANH MỤC CÁC BẢNG: Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Khả năng tải của đường dây trên không 35kV the o tổn thất điện áp. 25 1.2 Khả năng tải của đường dây cáp 35kV theo tổn thất điện áp. 25 1.3 Khả năng tải theo phát nóng (MW) của các đường dây. 26 5.1 Giá trị dòng điện dung theo quy phạm Quản lý kỹ thuật. 65 5.2 Kết lưới 35kV khu vực trạm E21 theo PTVHCB. 67 5.3 Kết lưới 35kV khu vực trạm E An Nhơn theo PTVHCB. 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 6 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 5.4 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Cát theo PTVHCB. 69 5.5 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Mỹ theo PTVHCB. 70 5.6 Kết lưới 35kV khu vực trạm E18 theo PTVHCB. 71 5.7 Kết lưới 35kV khu vực trạm E19 theo PTVHCB. 71 5.8 Phương thức vận hành 2. 774 5.9 Phương thức vận hành 3. 76 5.10 Phương thức vận hành 4. 78 5.11 Phương thức vận hành 5. 80 5.12 So sánh dòng chạm đất trong các PTVH. 82 5.13 Mối quan hệ dòng điện chạm đất, điện áp bước, điện áp dịch chuyển trung tính. 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Ba thành phần của hệ thống điện. 13 1.2 Sơ đồ hình tia. 15 1.3 Sơ đồ phân nhánh. 15 1.4 Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh có DZ dự phòng chung. 17 1.5 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh có DZ dự phòng riêng cho từng trạm biến áp. 18 1.6 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh nối hình vòng. 19 1.7 Sơ đồ CCĐ kiểu hình tia cung cấp bởi hai đường dây. 20 1.8 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh được cung cấp hai đường dây. 21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 7 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 1.9 Sơ đồ CCĐ kiểu dẫn sâu. 22 2.1 Tạo trung tính với dòng NM điều chỉnh được. 30 2.2 Mạng 3 pha trung tính cách điện. 31 2.3 Sơ đồ mạng điện đơn giản gồm một máy phát điện, đường dây, phụ tải. 32 2.4 Chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất. 33 2.5 Biểu diễn vectơ chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất . 34 2.6 Độ dịch chuyển trung tính. 35 2.7 Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang. 38-39 2.8 Phân tích hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang. 39-40 2.9 Hoán vị đường dây t rong các ứng dụng cuộn dập hồ quang. 42 2.10 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp. 42 2.11 Hệ thống nối đất qua điện trở. 43 2.12 Ví dụ mạng điện nối đất hiệu quả. 44 2.13 HT nối đất qua điện kháng. 45 5.1 Phương thức vận hành cơ bản lưới điện 35kV HT điện Bình Định. 73 5.2 Phương thức vận hành 2 (khi nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành). 75 5.3 Phương thức vận hành 3 (khi nguồn 35kV E19 không vận hành). 77 5.4 Phương thức vận hành 4 (khi nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành). 79 5.5 Phương thức vận hành 5 (khi nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành). 81 5.6 Đường biểu diễn điện thế và điện áp bước. 84 5.7 Sơ đồ thay thế mạng điện khi có 1 pha chạm đất. 85 6.1 Sơ đồ mạch đóng cắt máy cắt gây chạm đất. 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 8 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 6.2 Bảo vệ theo dòng và áp TTK. 92-93 6.3 Sơ đồ nguyên lý RCĐ. 94 6.4 Biểu đồ xung RCĐ. 95 6.5 Sơ đồ lắp ráp mạch nhị thứ của bảo vệ. 96 6.6 Sơ đồ bảo vệ. 98 6.7 Bảo vệ chạm đất với rơle cảm ứng, nguồn thao tác xoay chiều lấy điện từ máy biến dòng bão hòa nhanh. 98 6.8 Bảo vệ chạm đất được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha. 99 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 9 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn MỞ ĐẦU. A. Lý do chọn đề tài: Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện trong đó có lưới điện trung áp phân phối là một vấn đề có ý nghĩa lớn trong thiết kế, vận hành hệ thống, bở i nó có ảnh hưởng tới chế độ làm việc , các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, và công tác quản lý, vận hành hệ thống. Chế độ nối đất t rung tính của lưới điện trung áp phân phối được phân làm hai nhóm cơ bản là trung tính cách đất và trung tính nối đất. Hiện nay, lưới điện trung áp phân phối sử dụng cả hai chế độ nối đất trung tính: - Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 6kV, 10kV, 35kV có chế độ trung tính cách đất. - Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 15kV, 22kV có chế độ trung tính nối đất trực tiếp. Ưu điểm của hệ thống trung tính cách đất là khi có sự cố ngắn mạch một pha nối đất, do dòng ngắn mạch nhỏ nên lưới điện vẫn có thể làm việc tạm thời trong khoảng thời gian đủ để phát hiện ra điểm sự cố, điều này làm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải tiêu thụ điện. Tuy nhiên, do tốc độ phát triển nhanh chóng của phụ tải, nên lưới điện trung áp phân phối 6-35kV trở nên rất dài, phức tạp; do đó việc tìm và phát hiện điểm xảy ra sự cố ngắn mạch nối đất ngày càng khó khăn, đòi hỏi chi phí nhiều thời gian và công sức. Ngoài ra, đối với lưới điện hệ thống trung tính cách đất, khi có sự cố ngắn mạch một pha nối đất, thì sẽ gây hiện tượng quá điện áp nội bộ ở hai pha còn lại và hiện tượng quá áp này sẽ gây hư hỏng cách điện các thiết bị như: sứ, cáp, máy biến áp, các thiết bị đo lường…; đồng thời gây nguy hiểm cho người, súc vật khi đi vào vùng đất tản dòng chạm đất phải chịu điện thế bước rất nguy hiểm. Vì vậy tập trung nghiên cứu, đề xuất các chế độ nối đất của lưới điện trung áp phân phối sẽ man g hiệu quả cao trong công tác thiết kế, quy hoạch, quản lý, vận hành và góp phần đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Chính vì các lý do trên, nên em đã chọn đề tài Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp, và áp dụng vào để tính toán cho lưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 10 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn hiện nay, để có những đề xuất biện pháp phù hợp nhằm đảm bảo cho công tác quản lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị. B. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện trung áp phân phối có cấp điện áp từ 35kV trở xuống. Phạm vi nghiên cứu: Phân tích và đề xuất các biện pháp thích hợp để vận hành lưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định nhằm đảm bảo cho công tác quản lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị. C. Mục tiêu: Mục tiêu của đề tài là thấy được ý nghĩa của các chế độ nối đất trung tính lưới trung áp phân phối trong thiết kế, vận hành hệ thống điện. Ảnh hưởng của chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ an toàn cho con người và thiết bị. D. Bố cục đề tài: Ngoài phần mở đầu, đề tài được phân thành 6 chương với các nội dung như sau:  Chương 1. Tổng quan về lưới trung áp.  Chương 2. Các giải pháp nối đất trong hệ thống điện và đặc điểm của chúng .  Chương 3. Phân tích và lựa chọn các phương thức nối đất của lưới trung áp .  Chương 4. Ảnh hưởng của các chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ an toàn trong lưới trung áp.  Chương 5. Áp dụng tính toán bảo vệ an toàn cho lưới trung áp phân phối Bình Định.  Chương 6. Một số giải pháp để tăng cường bảo vệ an toàn cho lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất khu vực tỉnh Bình Định. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 11 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Chương I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP. 1.1. Hệ thống điện và lưới điện : 1.1.1. Khái niệm: Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, thiết bị bảo vệ, tụ bù …) được nối liền với nhau tạo thành hệ thống làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp gọi là lưới điện. Lưới điện dùng để truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ. Trong thực tế vận hành hệ thống điện Việt Nam, lướ i điện được chia làm hai phần: - Lưới hệ thống; - Lưới truyền tải (500kV, 220kV, 110kV); - Lưới phân phối trung áp (6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV) và phân phối hạ áp (0,4kV, 0,22kV). 1.1.2. Lưới hệ thống: Lưới hệ thống bao gồm phần lưới điện nối giữa các nhà máy điện với các trạm biến áp khu vực và giữa các trạm biến áp khu vực với nhau, trong đó trạm biến áp khu vực là trạm biến áp biến đổi cấp điện áp của hệ thống ( thường là từ 110kV – 500kV) xuống các cấp điện áp thấp hơn ( 35kV – 220kV) để cung cấp cho lưới truyền tải. 1.1.3. Lưới điện truyền tải : Lưới điện truyền tải bao gồm các đường dây tải điện nối liền các nhà máy điện với các trạm biến áp khu vực. Lưới điện truyề n tải có các đặc điểm chính sau : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 12 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn -Lưới điện truyền tải có cấu trúc dạng hình ti a hoặc có thể có nhiều mạch vòng kín. Trong thực tế vận hành, để thực hiện các công tác bảo dưỡng, giải quyết sự cố trên đường dây, các mạch vòng có thể bị cắt hở ra nhưng phải đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống mà không làm quá tải các đường dây tải điện . -Lưới điện truyền tải trong hệ thống điện quan trọng thường vận hành kín để đảm bảo cho các nhà máy phát hết công suất đồng thời đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, liên tục và tin cậy cho phụ tải các khu vực. -Tuỳ theo tiêu chuẩn và độ lớn của các hệ t hống điện trên thế giới, các cấp điện áp của lưới điện truyền tải thường từ được chọn từ cấp 110kV trở lên. -Lưới điện truyền tải chủ yếu được thực hiện bằng các đường dây trên không, một số trường hợp đặc biệt sử dụng đường dây cáp ngầm cao áp. Hằng năm lưới điện truyền tải đều phải thực hiện các công việc bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ. Sơ đồ sử dụng trong lưới điện truyền tải thường có độ tin cậy cao như sơ đồ 2 thanh cái hoặc hai thanh cái có thanh cái vòng, đường dây mạch kép hay sơ đồ cấp điện từ hai nguồn khác nhau. Lưới điện truyền tải thường có trung tính nối đất trực tiếp. 1.1.4. Lưới điện trung áp phân phối: Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm khu vực hoặc từ các thanh cái trung áp của