Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp thep tiêu chuẩn IEEE 802013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng (Đề tài NCKH)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.94 MB, 80 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
CHO TRẠM BIẾN ÁP
THEO TIÊU CHUẨN IEEE 80-2013
CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
Mã số: T2020-33 TĐ
C
T
: PGS TS
vê
H
: T S Lý Ngọc M
T S Trầ Na
TP HCM⿏
Á
g 11
2020
A
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
CHO TRẠM BIẾN ÁP
THEO TIÊU CHUẨN IEEE 80-2013
CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
Mã số: T2020-33 TĐ
C
T
: PGS TS
vê
H
: T S Lý Ngọc M
T S Trầ Na
TP HCM⿏
Á
g 11
2020
A
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
1. Chủ nhiệm đề tài:
PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM.
2. Đơn vị phối hợp:
ThS. Lý Ngọc Minh, Trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao
ThS. Trần Nam Anh, Trường Cao đẳng nghề Lý Tự Trọng..
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
1
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 2
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................... 4
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................ 5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... 6
BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH…...….7
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................. 8
TÓM TẮT .................................................................................................................... 12
Chương 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 14
1.1.Tổng quan .............................................................................................................. 14
1.1.1.Tổng quan về hướng nghiên cứu ................................................................... 14
1.1.2.Các nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................. 15
1.2.Tính cấp thiết ......................................................................................................... 19
1.3.Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................ 19
1.4.Giới hạn đề tài ....................................................................................................... 19
1.5.Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 20
1.6.Điểm mới của đề tài ............................................................................................... 20
1.7.Giá trị thực tiễn của đề tài .................................................................................... 20
1.8.Nội dung của đề tài ................................................................................................ 20
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI NỐI ĐẤT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ............... 21
2.1. Tổng quan về lưới nối đất trạm biến áp ............................................................. 21
2.1.1. Các yêu cầu của lưới nối đất trạm biến áp .......................................................... 21
2.1.2. Tiêu chuẩn áp dụng ............................................................................................. 22
2.1.3. Cấu hình của lưới nối đất trạm biến áp ............................................................... 22
2.2. Các loại hóa chất giảm điện trở nối đất ............................................................. 22
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
2
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
2.2.1. Hóa chất giảm điện trở nối đất .......................................................................... 22
2.2.2. Tính điện trở với hóa chất giảm điện trở nối đất ................................................. 23
Chương 3
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN IEEE Std. 80-2013 ...................... 27
3.1. Tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 ............................................................................ 27
3.2. Ý nghĩa các ký hiệu trong tính tốn nối đất ...................................................... 27
3.3. Giải thuật tính tốn nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std 80-2013 ...................... 29
3.4. Các bước tính tốn thiết kế lưới nối đất ............................................................ 30
Chương 4
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN LƯỚI NỐI ĐẤT THEO TIÊU
CHUẨN IEEE Std 80-2013 ........................................................................................ 39
4.1. Chương trình tính tốn lưới nối đất SGDS-1 (Safety Grounding Design
Software-1) ................................................................................................................... 39
4.2. Chương trình tính tốn lưới nối đất SGDS-2 (Safety Grounding Design
Software-2) ................................................................................................................... 41
Chương 5
TÍNH TỐN LƯỚI NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV LONG THÀNH ....
5.1. Thông tin trạm biến áp 220kV Long Thành ...................................................... 44
5.2. Thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 220kV/110kV 250MVA ........ 44
5.3. Thiết kế lưới nối đất an toàn cho trạm biến áp 110kV/22kV 40MVA ............ 48
Chương 6
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ...................................... 53
6.1. Kết luận ................................................................................................................. 53
6.2. Hướng nghiên cứu phát triển .............................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 54
Phụ lục 1: ..................................................................................................................... 56
Phụ lục 2: ..................................................................................................................... 66
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
3
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 3.1. Các ký hiệu và ý nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 ...................... 27
Bảng 3.2. Đặc tính vật liệu của dây nối đất .................................................................. 31
Bảng 3.3. Hệ số vật liệu của dây nối đất ....................................................................... 32
Bảng 3.4. Hệ số quy đổi của dây nối đất....................................................................... 32
Bảng 3.5. Hệ số suy giảm Df ......................................................................................... 35
Bảng 5.1. Kết quả tính tốn lưới nối đất cho trạm biến áp 220kV/110kV ................... 48
Bảng 5.2. Kết quả tính tốn lưới nối đất cho trạm biến áp 115kV/23kV .................... 52
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
4
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình
Trang
Hình 2.1. Điện cực đơn nằm ngang với hóa chất giảm điện trở đất ............................. 23
Hình 2.2. Hai điện cực đơn nằm ngang song song với hóa chất giảm điện trở đất ...... 24
Hình 2.3. Hai điện cực đơn nằm ngang hình chữ L với hóa chất giảm điện trở đất ..... 24
Hình 2.4. Điện cực nối đất hình chữ thập ..................................................................... 25
Hình 2.5. Điện cực nối đất dạng chu vi......................................................................... 25
Hình 2.6. Số liệu nhà sản xuất hóa chất giảm điện trở đất............................................ 26
Hình 2.7. Cơng cụ Cftool trong Matlab ........................................................................ 27
Hình 3.1. Lưu đồ tính tốn nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std.80-2013 ........................ 29
Hình 3.2. Đồ thị quan hệ Cs – k .................................................................................... 33
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
5
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
IEEE - The Institute of Electrical and Electronics Engineers.
SGDS-1 - Safety Grounding Design Software-1
SGDS-2 - Safety Grounding Design Soft
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
6
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH
CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM
1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn
IEEE 80-2013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng
2. Mã số đề tài: T2020-33TĐ
3. Họ và tên, học vị, chức danh khoa học của chủ nhiệm:PGS.TS.Quyền Huy Ánh
4. Đơn vị công tác: Khoa Điện-Điện tử
5. Giải trình chỉnh sửa báo cáo tổng kết đề tài:
TT Nội dung góp ý của Hội đồng
(1)
1.
(2)
Kết quả chỉnh sửa, bổ
sung
Ghi chú
(3)
(4)
Hội đồng không yêu cầu chỉnh
Không phải chỉnh sửa nội
sửa nội dung báo cáo tổng kết
dung báo cáo tổng kết đề tài
đề tài
Ghi chú:
(2): Liệt kê tóm tắt các ý kiến đóng góp của Hội đồng.
(3): Ghi rõ các nội dung chỉnh sửa và ghi rõ trang đã được chỉnh sửa.
(4): Giải trình các nội dung khơng chỉnh sửa và các ý kiến khác với ý kiến của Hội đồng
(nếu có).
Tp. HCM, ngày 27 tháng 05 năm 2021
Chủ nhiệm đề tài
(Ký và họ tên)
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
7
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA ĐIỆN-ĐIỆNTỬ
Tp. HCM, ngày 25 tháng 03 năm 2021
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. THÔNG TIN CHUNG
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp theo tiêu
chuẩn IEEE 80-2013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng.
Mã số: T2020-33 TĐ
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: từ tháng 3/2020 đến tháng 3/2021.
2. MỤC TIÊU
Áp dụng tiêu chuẩn IEEE Std.80-2013, tính tốn thiết kế hệ thống nối đất trạm
biến áp khi không sử dụng hóa chất cải tạo đất trong trường hợp chỉ sử dụng lưới
nối đất và trường hợp kết hợp sử dụng lưới nối đất và cọc nối đất;
Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống nối đất trạm biến áp khi sử dụng hóa chất
cải tạo đất trong trường hợp điện trở suất của đất có giá trị cao và hạn chế về diện
tích triển khai hệ thống nối đất;
Xây dựng chương trình tính tốn, thiết kế tự động lưới nối đất an toàn trong trạm
biến áp thỏa yêu cầu kỹ thuật, đồng thời xác định hàm chi phí tính tốn hàng năm
cho phương án nối đất được lựa chọn trong cả hai trường hợp có và khơng có sử
dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
8
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
3. TÍNH MỚI VÀ SÁNG TẠO
Xây dựng chương trình thiết kế tự động hệ thống nối đất trên cơ sở các bước tính
tốn đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 trong trường hợp kết hợp sử dụng
lưới nối đất và cọc nối đất;
Xây dựng chương trình thiết kế tự động hệ thống nối đất trên cơ sở các bước tính
tốn đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 trong trường hợp có sử dụng hóa
chất giảm điện trở nối đất.
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu phương pháp tính tốn nối đất an toàn trạm biến áp của tiêu chuẩn
IEEE Std 80-2013, với cấu hình hệ thống nối đất sử dụng lưới nối đất kết hợp với
cọc nối đất;
Cung cấp hai công cụ thiết kế tự động hệ thống nối đất cho trạm biến áp trên cơ
sở các bước tính toán đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 khi kết hợp sử
dụng lưới nối đất và cọc nối đất trong trường hợp khơng sử dụng hóa chất giảm
điện trở nối đất và có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất cho các công ty Điện
lực, các công ty Tư vấn Thiết kế điện,... tại Việt Nam.
5. SẢN PHẨM
5.1 Sản phẩm khoa học: Công bố 1 bài báo trên tạp chí International Journal of
Advanced Engineering, Management and Science (IJAEMS), ISSN: 2454-1311,
Vol-7, Issue-2; Feb, 2021.
5.2 Sản phẩm đào tạo: Đào tạo một ThS Ngành Kỹ thuật điện, Lý Ngọc Minh,
MSHV: 1920614 đã bảo vệ luận văn tháng 04/2020.
5.3 Sản phẩm ứng dụng: Phần mềm SGDS-1-Tính tốn nối đất trạm biến áp khơng
sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất và Phần mềm SGDS-2-Tính tốn nối đất
trạm biến áp có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
9
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng
Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí chuyên ngành nước ngoài và được sử
dụng làm tài liệu học tập và tham khảo cho các công ty Điện lực, các viên nghiên cứu,
các học viên cao học ngành Kỹ thuật điện.
Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công
nghệ Kỹ thuật điện-điện tử và học viên cao học, nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện.
Trưởng Đơn vị
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
Chủ nhiệm đề tà
10
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA ĐIỆN-ĐIỆNTỬ
Tp. HCM, ngày 25 tháng 03 năm 2021
RESEARCH RESULT INFORMATION
1. GENERAL INFORMATION
Research name: Reseach and design grounding system for substation,
according to IEEE 80-2013 and considering the affected factors.
Code number: T2020-33TD
Coordinator: Associate Professor Quyen Huy Anh
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh city
Duration: from March, 2020 to Mar, 2021.
2. OBJECTIVE
Applying IEEE Std.80-2013 standard, calculating and designing the grounding
system of substations when not using chemical material in case of using only
ground grids and combined using ground grids and ground rods;
Calculate and design of grounding system of substation when using chemical
material in case the value of soil resistivity is high and the area of the grounding
system is limited;
Develop a program of automatic calculation and design of safety grounding system
for substations that meet technical requirements, and at the same time determine a
calculated annual cost function for the selected grounding plan in both cases. with
and without the use of chemical material to reduce ground resistance.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
9
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
3. CREATIVENESS AND INNOVATIVENESS
Develop a program to automatically design the grounding system based on the
calculation steps proposed by the IEEE Std 80-2013 standard. in the case of a
combination of an earth ground grid and ground rods;
Develop a program to automatically design the grounding system based on the
calculation steps proposed by the IEEE Std 80-2013 standard. in the case of using
chemicals to reduce ground resistance.
4. RESEARCH RESULT
Study the calculating method for the grounding system of substations, according to
the IEEE Std 80-2013 standard, with the configuration using the ground grid
combined with the ground rods;
Provides two tools for automatic design the grounding system of substation based
on calculation steps proposed by IEEE Std. 80-2013 when combining the use of
ground grids and ground rods in the absence of using chemical material to reduce
ground resistance and using chemical material to reduce ground resistance for
Electricity companies, Electrical Design Consulting companies in Vietnam.
5. PRODUCTS
5.1. Science Product: 01 paper on International Journal of Advanced Engineering,
Management and Science (IJAEMS), ISSN: 2454-1311, Vol-7, Issue-2; Feb,
2021.
5.2. Training Product: Training one Master of electrical engineering: Mr. Ly Ngoc
Minh been defended the grassroots level in April 2020.
5.3. Application Product: SGDS-1 software- Design the grounding system in the
absence of the Earth Resistance Lowering Compound; SGDS-2 software- Design
the grounding system in the case of using the Earth Resistance Lowering
Compound.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
10
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
6. EFFECTS, TRANSFER ALTERNATIVES OF RESEARCH RESULTS AND
APPLICABILITY
The study results were published in professional journals abroad and are used as
learning materials and reference for the Electricity Corporation, the research institutes,
graduate students in Electrical Engineering.
The research results are used as a reference for students of electrical engineering
technology and electronics, graduate student and post-graduate in electrical engineering.
Dean of faculty
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
Coordinator
11
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn ieee
80-2013 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng” đi sâu nghiên cứu các bước tính toán hệ thống
nối đất cho trạm biến áp theo đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 với cấu hình lưới
nối đất kết hợp với cọc nối đất.
Hai công cụ tính tốn, thiết kế tự động lưới nối đất an tồn trong trường hợp
có/khơng có sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất được xây dựng trong môi trường
Malab:
Công cụ SGDS-1 thiết kế tự động hệ thống nối đất an tồn trong trường hợp
khơng sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất, phù hợp với tiêu chuẩn IEEE Std.
80-2013.
Công cụ SGDS-2 thiết kế tự động hệ thống nối đất an tồn trong trường hợp có
sử dụng hóa chất giảm điện trở nối đất, phù hợp với tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013.
Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các
cán bộ kỹ thuật của các công ty Điện lực, các NCS, các học viên cao học ngành Kỹ thuật
điện khi nghiên cứu bài tốn tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho trạm biến
áp.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
12
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
ABSTRACT
The research “ Reseach and design grounding system for substation, according to
IEEE 80-2013 and considering the affected factors" study the steps of calculating the
grounding system for substation as proposed by IEEE Std standard 80-2013 with
configuration combined grounding grid and ground rods.
Two automatic calculation and design tools for safety grounding grid in case of to
use or not to use the Earth Resistance Lowering Compound built in Malab environment:
The SGDS-1 tool automatically designs a safe grounding system in the absence of
the Earth Resistance Lowering Compound, according to the IEEE Std standard 80-2013.
The SGDS-2 tool automatically designs a safe grounding system in the case of
using the Earth Resistance Lowering Compound, according to the IEEE Std standard 802013.
The research results of the thesis can be used as a reference for technical staff of
Electricity companies, postgraduate students, graduate students in Electrical Engineering
when studying and designing safety grounding system for substations
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
13
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan
1.1.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu
Tác dụng của việc nối đất trong trạm biến áp là tạo điều kiện thuận lợi cho các dòng
điện sự cố (dòng rò qua cách điện, dòng chạm đất, dòng ngắn mạch hoặc dòng điện sét)
tản nhanh vào đất nhằm hạn chế được các tác hại tại chỗ cũng như tránh được các sự lan
truyền không mong muốn của chúng sang các phần tử khác của hệ thống, đồng thời giữ
cho điện thế trên các phần tử nối đất luôn ở các mức giá trị thấp chấp nhận được.
Trong thiết kế và lắp đặt hệ thống nối đất, giá trị điện trở nối đất đóng vai trị quan
trọng, giá trị này phải nhỏ hơn giá trị cho phép, qui định bởi các tiêu chuẩn hiện hành.
Nhưng trong thực tế ở những vùng có điện trở suất của đất cao hay hạn chế về diện tích
triển khai hệ thống nối đất thì việc thực hiện các hệ thống nối đất có giá trị thấp thường
rất khó khăn.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một số loại hóa chất làm giảm điện trở đất
rất hiệu quả, bền vững với thời gian, không bị rửa trơi, an tồn với mơi trường..
Hiện nay, các nghiên cứu tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp trước
đây vẫn còn một số hạn chế như sau:
Tính tốn, thiết kế nối đất cho trạm biến áp theo hướng dẫn của tiêu chuẩn IEEE
Std. 80-2000, mặc dù năm 2013 tiêu chuẩn này đã ra phiên bản mới;
Chưa xem xét việc sử dụng phương án kết hợp giữa lưới nối đất và cọc nối đất
trong thiết kế và tính tốn hệ thống nối đất;
Chưa xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị điện trở nối đất, đặc biệt là trường
hợp sử dụng các loại hóa chất giảm điện trở nối đất khác nhau có ở thị trường Việt Nam
khi tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất đặt ở vùng có điện trở nối đất cao và diện tích thi
cơng bị hạn chế;
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
14
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Chưa xem xét, so sánh về kinh tế giữa phương án có/khơng sử dụng hóa chất
giảm điện trở nối đất.
Để giải quyết các vấn đề tồn tại nêu trên, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống
nối đất cho trạm biến áp theo tiêu chuẩn IEEE 80-2013 có xét đến các yếu tố ảnh
hưởng” tiến hành nghiên cứu và đề xuất các bước tính tốn và lựa chọn giải pháp nối
đất an tồn cho trạm biến áp nói chung và trạm biến áp Long Thành nói riêng theo hướng
dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 có xem xét phương án sử dụng lưới nối đất kết
hợp với cọc nối đất.
1.1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
a. Nghiên cứu trong nước
[1] Hồ Ninh Thuận, Sử dụng chất cải tạo đất trong tính tốn nối đất an tồn theo
tiêu chuẩn IEEE STD. 80-2013, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TPHCM, 2016.
Đề tài tính tốn nối đất và tối ưu hóa hệ thống nối đất khi có sử dụng chất cải tạo
đất GEM theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013.
[2] Phạm Tấn Hưng, Nối đất trạm biến áp cao thế có tính đến hóa chất cải tạo đất,
Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, 2015.
Đề tài nghiên cứu phương pháp thực nghiệm đo điện trở đất trạm biến áp cao thế
có tính đến hóa chất cải tạo đất GEM theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2000.
[3] Nguyễn Thanh Tùng, Tính tốn điện trở nối đất của các hình thức đơn giản có
tính đến thành phần cải tạo đất, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TPHCM, 2012.
Đề tài nghiên cứu phương pháp tính tốn điện trở nối đất trạm biến áp bằng các
hình thức đơn giản có thành phần cải tạo điện trở nối đất.
[4] Nguyễn Trung Phương, Nghiên cứu các phương pháp tính tốn và giải pháp
giảm điện trở các vùng có điện trở suất cao, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, 2012.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
15
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Đề tài nghiên cứu so sánh 2 phương pháp: phương pháp tính tốn của Nga, phương
pháp tính tốn của Schwarz để tính trị số điện trở nối đất của trạm biến áp theo tiêu
chuẩn ANSI/IEEE80.
[5] Trần Nam Anh, Nghiên cứu và tính tốn nối đất trạm biến áp trong vùng có
điện trở suất của đất cao, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật, 2019.
Nhìn chung các nghiên cứu nêu trên còn một số hạn chế như sau:
Các bước tính tốn sử dụng cơng thức tính tốn phức tạp, gây khó khăn cho người
sử dụng;
Tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2000 đã hết hiệu
lực thi hành; Chưa xem xét việc sử dụng phương án kết hợp giữa lưới và cọc nối đất
trong trường hợp điện trở suất của đất có giá trị cao và hạn chế về diện tích triển khai hệ
thống nối đất.
b. Nghiên cứu ngoài nước
[6] Akshay Patil, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSRJEEE), Substation Earthing Design, Volume 12, Issue 1 Ver. II , Jan. – Feb. 2017.
Bài báo nghiên cứu về thiết kế nối đất trạm biến áp.
[7] Hachimenum Nyebuchi Amadi, Design of grounding system for A.C.
substations with critical consideration of the mesh, touch and step potentials, European
Journal of Engineering and Technology, Vol. 5 No. 4, 2017.
Bài báo nghiên cứu về thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp xoay chiều xem
xét tầm quan trọng về điện áp tiếp xúc và điện áp bước trong trạm biến áp.
[8] Vijay Shinol, S. M. Takalkar, Feasibility Study of Adequacy of Existing
Earthing Grid to the Extended Gas Insulated Substation, International Journal of Science
and Research and Development, (IJERD) ISSN: 2278-067X Recent trends in Electrical
and Electronics & Communication Engineering (Page 51-56) (RTEECE 08th – 09th
April 2016).
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
16
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Bài báo này nghiên cứu tính khả thi phù hợp của lưới nối đất hiện tại với trạm biến
áp cách điện sử dụng khí (SF6).
[9] Dwarka Prasad , Dr.H.C Sharma, Designing an Earthing and Bonding System
for High Voltage Substation, International Journal of Engineering Research and General
Science Volume 3, Issue 2, March-April, 2015.
Bài báo nghiên cứu về thiết kế hệ thống nối đất và hệ thống bao bọc chống nhiễu
cho trạm biến áp cao áp.
[10] M.Nassereddine, J.Rizk, M.Nagrial, A. Hellany, HV substation earth grid
commissioning using current injection test (CIT) method: Worst case scenario
determination, International Journal of Energy and Environment, Volume 6, Issue 4,
2015.
Bài báo nghiên cứu về vận hành thử lưới nối đất trạm biến áp cao áp bằng cách sử
dụng phương pháp thử nghiệm bơm dịng (CIT) nhằm xác định tình huống xấu nhất.
[11] Zhang Jinsong, Qian Feng, Guo Bing, Yexu Li, and Farid Dawalibi,
Grounding of Urban GIS Substation Connected to Commercial Buildings and Metallic
Infrastructures, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing,
Vol.3, No.3, August 2015.
Bài báo nghiên cứu về nối đất của trạm biến áp GIS ở vùng ngoại ô được kết nối
với các trung tâm thương mại và hạ tầng (nhà xưởng) kim loại khác.
[12] Muhammad Usman Cheema, MBilal Cheema, Adnan Bashir, M Usman
Aslam, A comparison of ground grid mesh design and optimization for 500kv substation
using IEEE 80-2000 and finite element methods, Electrical and Electronics Engineering:
An International Journal (ELELIJ) Vol 4, No 1, February 2015.
Bài báo so sánh thiết kế lưới điện nối đất và tối ưu hóa cho trạm biến áp 500kV sử
dụng tiêu chuẩn IEEE 80-2000 và phương pháp phần tử hữu hạn.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
17
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
[13] Swapnil. G.Shah and Nitin. R.Bhasme, Design of Earthing System for 400 kV
AC Substation: A Case Study; International Journal of Electrical Engineering.ISSN
0974-2158 Volume 7, Number 2 (2014), pp. 227-239.
Bài báo này trình bày thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp 400kV.
[14] Carlos L. B. Silva, Calculation of Grounding Grids Parameter at Arbitrary
Geometry, Vol 2, No 2 (2017).
Bài báo nghiên cứu về tính tốn tham số lưới nối đất có cấu hình tùy ý.
[15] Revision of IEEE Std 80-2000/ Incorporates IEEE Std 80-2013/Cor 1-2015,
IEEE Std 80™-2013.
Sửa đổi của IEEE Std 80-2000 / Kết hợp với IEEE Std 80-2013 / Cor 1-2015, IEEE
Std 80 ™ -2013.
[16] Joe Gravelle, P.E. Eduardo Ramirez-Bettoni, P.E., Substation Grounding
Tutorial, Minnesota Power Systems Conference Thursday, Nov. 9, 2017.
Bài báo hướng dẫn tính tốn nối đất trạm biến áp.
[17] Ehsan Azordegan, Evaluation of Ground Grid Performance: Testing and
Maintenance, June 2017.
Bài báo nghiên cứu về đánh giá hiệu suất lưới nối đất: Kiểm tra và bảo trì.
Các nghiên cứu nêu trên có ưu điểm là nghiên cứu và phân tích chi tiết các bước
tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp. Tuy nhiên, vẫn có một số hạn chế
như sau:
Tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2000 đã hết hiệu
lực thi hành.
Chưa xem xét, so sánh về kinh tế giữa phương án có/khơng sử dụng hóa chất giảm
điện trở nối đất.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
18
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Chưa xem xét việc sử dụng phương án kết hợp giữa lưới nối đất và cọc nối đất
trong trường hợp điện trở suất của đất có giá trị cao và hạn chế về diện tích triển khai hệ
thống nối đất.
1.2. Tính cấp thiết
Đề tài nghiên cứu và tính tốn thiết kế hệ thống nối đất trạm biến áp theo hướng
dẫn của tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 trong trường hợp có sử dụng hóa chất làm giảm
điện trở nối đất và kết hợp sử dụng lưới nối đất và cọc nối đất. Điều này, không những
mang lại hiệu quả về kỹ thuật của hệ thống nối đất mà nó cịn mang lại hiệu quả kinh tế
trong việc tối ưu chi phí thi cơng hệ thống nối đất.
1.3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Áp dụng tiêu chuẩn IEEE Std.80-2013, tính tốn thiết kế hệ thống nối đất trạm
biến áp khi khơng sử dụng hóa chất cải tạo đất trong trường hợp chỉ sử dụng lưới nối đất
và trường hợp kết hợp sử dụng lưới nối đất và cọc nối đất;
Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống nối đất trạm biến áp khi sử dụng hóa chất
cải tạo đất trong trường hợp điện trở suất của đất có giá trị cao và hạn chế về diện tích
triển khai hệ thống nối đất;
Xây dựng chương trình tính tốn, thiết kế tự động lưới nối đất an toàn trong trạm
biến áp thỏa yêu cầu kỹ thuật, đồng thời xác định hàm chi phí tính tốn hàng năm cho
phương án nối đất được lựa chọn trong cả hai trường hợp có và khơng có sử dụng hóa
chất giảm điện trở nối đất.
1.4. Giới hạn đề tài
Nghiên cứu giải pháp tính tốn nối đất trạm biến áp trong trường hợp điện trở
suất của đất có giá trị cao và hạn chế về diện tích triển khai hệ thống nối đất theo tiêu
chuẩn IEEE Std 80-2013,
Tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho trạm biến áp 220kV/110kV Long
Thành.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
19
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập, nghiên cứu tài liệu;
Phân tích, tổng hợp;
Lập trình trong phần mềm Matlab.
1.6. Điểm mới của đề tài
Xây dựng chương trình thiết kế tự động hệ thống nối đất trên cơ sở các bước tính
tốn đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 trong trường hợp kết hợp sử dụng lưới
nối đất và cọc nối đất;
Xây dựng chương trình thiết kế tự động hệ thống nối đất trên cơ sở các bước
tính tốn đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 trong trường hợp có sử dụng hóa
chất giảm điện trở nối đất.
1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài
Đề tài cung cấp công cụ thiết kế tự động hệ thống nối đất cho trạm biến áp trên
cơ sở các bước tính tốn đề xuất bởi tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013 khi kết hợp sử dụng
lưới nối đất và cọc nối đất trong trường hợp có/khơng có sử dụng hóa chất giảm điện trở
nối đất cho các công ty Điện lực, các công ty Tư vấn Thiết kế điện,... tại Việt Nam;
Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ
thuật của các công ty Điện lực, các NCS, các học viên cao học ngành Kỹ thuật điện khi
nghiên cứu bài tốn tính tốn, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp cao áp.
1.8. Nội dung của đề tài
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Tổng quan về lưới nối đất và hóa chất giảm điện trở đất.
Chương 3: Tính tốn và thiết kế nối đất theo tiêu chuẩn IEEE Std. 80-2013.
Chương 4: Xây dựng chương trình tính tốn lưới nối đất.
Chương 5: Tính tốn và thiết kế lưới nối đất an tồn cho trạm biến áp
220kV/110kV Long Thành.
Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
20
Đề tài nghiên cứu khoa học T2020-33TĐ
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI NỐI ĐẤT VÀ
CÁC YỀU TỐ ẢNH HƯỞNG
2.1. Tổng quan về lưới nối đất trạm biến áp
2.1.1. Các yêu cầu của lưới nối đất trạm biến áp
1. Phần nối đất trạm biến áp
Các phần tử của hệ thống nối đất trong trạm biến áp như: thanh nối đất, cọc nối đất
được kết nối với nhau và phải đảm bảo về tuổi thọ thiết kế;
Đảm bảo sự dẫn điện và không tạo ra sự chênh lệch về điện áp giữa các kết cấu
được nối đất trong trạm biến áp;
Vật liệu thực hiện hệ thống nối đất phải đảm bảo về nhiệt độ nóng chảy và độ
bền về cơ khí khi có dịng sự cố;
Các liên kết phải chắc chắn, làm việc tin cậy, độ bền cơ khí cao;
Dễ dàng bảo trì và thay thế.
2. Các yếu tố ảnh hưởng liên quan đến giá trị điện trở nối đất
a. Dòng chạm đất: được sử dụng để lựa chọn đặc tính kỹ thuật của dây/cáp nối đất,
phải lấy là trị số lớn nhất của dòng ổn định chạm đất 1 pha trong hệ thống điện và phải
tính đến sự phân bố dịng chạm đất giữa các điểm trung tính nối đất của hệ thống;
b. Thời gian cắt dòng chạm đất được lấy bằng tổng thời gian tác động của rơ le bảo
vệ và thời gian cắt toàn phần của máy cắt.
c. Điện trở suất của đất: xác định bằng máy đo theo phương pháp đo 4 cọc tại hiện
trường; Trường hợp đo vào mùa mưa thì giá trị điện trở suất của đất tính tốn phải nhân
với hệ số mùa.
d. Hóa chất giảm điện trở nối đất: trong trường hợp diện tích triển khai hệ thống
nối đất bị hạn chế hay vùng đặt trạm biến áp có điện trở suất của đất cao thì có thể sử
dụng hóa chất giảm điện trở nối đất.
PGS.TS.Quyền Huy Ánh
21
