Nghiên ứu sử dụng lắp đặt hống sét van đường dây trên lưới điện 110kv ủa tổng ông ty điện lự miền bắ

Nghiờn cứu sự ảnh hưởng của đi n ỏp tần số cụng nghiệp tớệ i hi n ệtượng phúng điện ngược trờn cỏch điện 63 Chương 4: ĐỀ XUẤT CÁC GI I PHÁP H N CH SỰ CỐ ẢẠẾ DO SẫT 68 4.1.. Do ầ ớ ờ ạđú,

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

1.2.2 Nguy hiểm của quá điện áp khí quyển 18 1.2.3 S c ự ố do sét gây ra đối với các đ ng dây tải điện cao áp trên ườ

không

19

1.3 Tình hình sự ố đối với lướ c i đi n của Công ty Lưới điện cao thếệ

1.3.2 Thống kê về ự c s ố và sự ố do sét đối với lưới điệ c n 110 kV c a ủ

Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc 22 1.3.3 Các giải pháp áp dụng để giảm thiểu số ần cắt điện và thiệt hại l

1.4 Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài 26

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN KHI BỊ SÉT ĐÁNH

27

2.1 Phương pháp tính toán quá điện áp do sét 272.1.1 Phương pháp tính suất cắt do sét của Liên xô 27 2.1.2 Ph¬ng ph¸p tÝnh suÊt qu¸ ®iÖn ¸p vµ x¸c suÊt phãng ®iÖn cña

T©y u©

31

2.2 Mô phỏng quá điện áp khi sét đánh vào đường dây b ng ph n ằ ầ

ĐƯỜNG DÂY 110 KV UÔNG BÍ HOÀNH B- Ồ

3.3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của đi n áp tần số công nghiệp tớệ i hi n ệ

tượng phóng điện ngược trên cách điện

63

Chương 4: ĐỀ XUẤ T CÁC GI I PHÁP H N CH SỰ CỐ Ả Ạ Ế DO SÉT 68 4.1 Giải ph gi m i n tr n i t c t i n áp ả đ ệ ở ố đấ ộ đ ệ 68 4.2 Giải ph táp ăng cường c h i n ác đ ệ 70 4.3 Giải ph t áp đặ chống s van ét đường dây 72 4.3.1 Kh qu lái át ịch sử ử ụ s d ng CSV đường dây 72 4.3.2 C ấu tạo của chống sét van đường dây 73 4.3.3 Nguyên lý làm việc của chống sét van đường dây 75 4.3.4 Phân loại chống sét van đường dây 77 4.3.5 Cách lắp đặt chống sét van đường dây 78

4 3 6 Các thông tin về chống sét van lắp đặt trên lưới 110 kV c a NPCủ 794.3.7 Mô phỏng quá điện áp khi sử ụng chống sét van đường dây d 79

5.1 K t lu n và h ng nghiêế ậ ướ n cứu củ đềa tài 92

3

5.1.2 H ng nghiê ướ n cứu c a tài ủ đề 93

Phụ ụ l c 1: S LỐ ƯỢNG CSV ĐÃ LẮP ĐẶT TRÊN LƯỚI ĐIỆN 110 kV

CỦA NPC QUA TỪNG GIAI ĐOẠN

96

Phụ ụ l c 2: TH NG KÊ S C Ố Ự Ố QUA CÁC NĂM CỦA M T S Ộ Ố

ĐƯỜNG DÂY 110 kV ĐIỂN HÌNH

100

4

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi, các k t qu tính toán trong ế ả

luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ ận văn nào lu

Hà nội, ngày 29 tháng 3 năm 2011

Tác giả ận văn lu

Phan Thế Hu n ấ

5

DANH MỤC CÁC KÝ HI U VÀ T VI T T T Ệ Ừ Ế Ắ

ATP Alternative Transient Program

EMTP ElectroMagnetic Transient Program

TLSA Transmission Line Surge Arrester

DCG Development Coordination Group

EPRI Electric Power Research Institute

BIL Basic Impulse Level

CSV Chống sét van

COV Continuous Operating Voltage

IEC International Electrotechnical Commission

MCOV Maximum Continuous Operating Voltage

NEMP Nuclear Electromagnetic Pulses

NNEMP Non-Nuclear Electromagnetic Pulses

TOV Temporary OverVoltage

TACS Transient Analysis of Control Systems

TBA Trạm biến áp

NPC Northern Power Corporation (T ng Côổ ng ty Đ ệ ựi n l c

mi n B c) ề ắCĐXL Ch xác l p ế độ ậ

HT Đ H th ng i n ệ ố đ ệ

SCA Siêu cao áp

6

DANH MỤC CÁC B NG BI U Ả Ể

Bảng 1 1: Tình hình tăng trưởng đường dây và MBA truyền tải điện

-của Việt Nam qua các năm

15

Bảng 1 2: Công suất vận hành lớn nhất của HTĐ qua các năm (MW)- 16 Bảng 1-3: Điện năng truyề ả ớn t i l n nh t c a HTĐ qua các năm (triệu kWh) ấ ủ 16

Bảng 1 : Tổng hợp số ệu sự ố đườ-4 li c ng dây 110 kV giai đoạn 2004 -

2010 do Công ty ướ đ ệ cao thếL i i n mi n B c ề ắ quản lý

22

B ng 2-ả 1: Các thông số ch ính c a o n ủ đ ạ đường dây dùng mô ph ng để ỏ 41

B ng 2-2ả : Trị số điện áp cực đại trên cách điện các cột lân c n cột 0ậ

(b ị sét đánh đỉnh cột) đối với Pha A, B và C, trường hợp bỏ qua ảnh

hưởng c a ngu n t n s công nghi p ủ ồ ầ ố ệ

48

B ng 3-ả 1: Hiện tr ng tình hình l p t ạ ắ đặ chống s ét van tr n đườê ng dây

110 kV U ng Bô í - Hoành Bồ

51

B nả g 3 2: Thố- ng kê tình hình s c ự ố do sét c a ủ đường dây 110 kV

Uông Bí - Hoành B ồ trong 3 năm gầ đân y

Bảng 3-5: Kết qu mô ph ng khi sét đánh vào đỉnh cột 28 tại các thờả ỏ i đi mể

khác nhau của một chu kỳ điện áp tần số công nghi p, khi Imax = 47 kAệ

66

Bảng 4 1: Sự thay đổ ủ QĐA cự- i c a c đ trên cách điệại n c a c t bủ ộ ị sét

đánh ph thu c vào tr s ụ ộ ị ố điện tr n i đ t chân c t ở ố ấ ộ

68

Bảng 4 2: Trị ố ực tiểu của dòng điện sét gây ra phóng điện ngược- s c

trên cách điện cột 28 khi thay đổ ố lượng cách điệi s n trong chu i ỗ

71

B ng 4-3: Th ng kê s l ng ả ố ố ượ chống s van ét đường dây do hãng

Siemens đã cung cấp cho mộ ố ướt s n c trên thế ớ gi i

73

B ng 4-4: Tr s ả ị ố QĐA cực đại trên cách điện của cột có lắp CSV, bị

sét đánh trực tiếp và có điện tr n i đở ố ất thay đổi

85

7

DANH MỤ C CÁC HÌNH V , Đ TH Ẽ Ồ Ị

Hình 1-1: Mộ ốt s hình ảnh minh họa v phóng i n s ề đ ệ ét 18 Hình 1-2: Biểu đồ ăng trưở t ng v ề đường dây 110 kV do C ng ty Lưới ô

đ ệi n cao th mi n B c qu n lý ế ề ắ ả

21

Hình 2-1: Sét đánh vào đường dây tải điện trên không 27 Hình 2-2: Điện áp tác dụng lên cách điện khi sét đánh vào đỉnh c t ộ 30

Hình 2-3: Đường cong thông s nguy hiố ểm 30

Hình 2-4: Sét đánh trong khoảng vượt 31

Hình 2 5: S- ơ đồ tính toán su t c t theo ph ng pháp c a Tây Âuấ ắ ươ ủ 32

Hình 2 12: Sóng sét d- ạng xiên góc, biên độ 80 kA, thời gian đầu sóng 1,2 µs 42

Hình 2-13: Q A trên Đ dây d n phaẫ t i c c t ạ ác ộ khi sét đán đỉh nh c t ộ 0

(có x n nh h ng c a i n t n s côét đế ả ưở ủ đ ệ áp ầ ố ng nghiệp)

42

Hình 2-14: Q A trên Đ dây d n phaẫ t i c c t ạ ác ộ khi sét đán đỉh nh c t ộ 0

(b qua nh h ng c a i n t n s côỏ ả ưở ủ đ ệ áp ầ ố ng nghiệp)

44

Hình 2-15: Q A trên chu i c h i n t i c c t Đ ỗ ác đ ệ ạ ác ộ khi sét đán đỉh nh c t ộ

0 (có x n nh h ng c a i n t n s côét đế ả ưở ủ đ ệ áp ầ ố ng nghiệp)

45

Hình 2-16: Q A trên chu i c h i n t i c c t Đ ỗ ác đ ệ ạ ác ộ khi sét đán đỉh nh c t ộ

0 (bỏ qua nh h ng c a i n tả ưở ủ đ ệ áp n s côầ ố ng nghiệp)

46

Hình 2-17: Biểu đồ ị ố điện áp cự tr s c đ trên cách điệại n các c t lân c n ộ ậ

cột bị sét đánh trực tiếp

48

Hình 3 1: S- ơ đồ đoạ n đ ng dây ườ

dùng đểtính toán khi sétđánh vào kho ng v t ả ượ

52

Hình 3-4: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 29, ộ

không xảy ra phóng điện

54

Hình 3-5: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 30, ộ

không xảy ra phóng điện

55

Hình 3-6: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 31, ộ

không xảy ra phóng điện

55

Hình 3-7: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 25, ộ

không xảy ra phóng điện

56

Hình 3-8: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 26, ộ

không xảy ra phóng điện

56

Hình 3-9: Đồ ị điệ th n áp theo thời gian trên cách điện ba pha c t 27, ộ

không xảy ra phóng điện

Hình 3-12: Đồ ị điện áp trên cách điện 3 pha c t 28 th ộ cú sét biên độ

40kA - không xảy ra phóng điện ngược

59

Hình 3-13: đồ ị điện áp trên cách điện 3 pha c t 28 th ộ cú sét biên độ

50kA - phóng điện xảy ra trên cách điện pha B

59

Hình 3-14: Đồ ị điện áp trên cách điện 3 pha c t 28 th ộ cú sét biên độ

50kA - phóng điện xảy ra trên cách điện pha A và pha C

60

Hình 3-15: Đồ ị điện áp trên cách điện 3 pha c t 28 cú sét th ộ biên độ

40kA, d ng sóng 0,8/50µs không xạ - ảy ra phóng điện ngược

61

Hình 3-16: Đồ th ị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

40kA, d ng sóng 3/50µs ạ - phóng điện xảy ra pha Bở

61

9

Hình 3-17: Đồ ị điện áp trên cách điện 3 pha c t 28 cú sét th ộ biên độ

40kA, d ng sóng 10/50µsạ - phóng điện xảy ra ở pha B

62

Hình 3-18: Đồ th ị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

40kA, d ng sóng 20/50µs không xạ - ảy ra phóng điện

62

Hình 3-19: Điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ 40 kA,

dạng sóng 1,2/50µs; phóng điện trên pha C

63

Hình 3-20: Điện áp đặt lên chu i sỗ ứ ủ c a pha C (bị phóng điện) c a ủ

cột 28 và các cột đi n lân cận góc l ch pha cệ ệ ủa pha A là α = 0 độ; cú

sét biên độ 40kA, d ng sóng 1,2/50µs ạ

64

Hình 3-21: Điện áp đặt lên cách điện 3 pha c a cộủ t 28 ng v i các ứ ớ

thời điểm sét đánh khác nhau

65

Hình 4 1: Bi- ểu đồ độ tăng điện áp trên cách điệ n c a cộ ị sét đánh ủ t b

khi thay đổi tr s ị ố điện tr n i đ t chân c t ở ố ấ ộ

Hình 4-6: C h lác ắ đặ chốp t ng s ét van trên đường dây 79

Hình 4 Mô hình ch-7 ống sét van đề ngh b i Pinceti ị ở 79

Hình 4-8: Đặc tính tĩnh của điện tr phi tuy n (ở ế điện áp tính theo đơn

Hình 4-15: Biểu đồ độ tăng điện áp trên cách điệ n của cột có l p ắ CSV

khi thay đổi tr s ị ố điện tr n i đ t chân c t ở ố ấ ộ

85

Hình 4-16: Điện áp trên cách điện 3 pha của c t b sét đánh tr c tiộ ị ự ếp

và không được bảo vệ ằ b ng CSV (cột 28)

86

Hình 4-17: Điện áp trên cách điện 3 pha của c t cộ ách vị trí sét đánh

m t c t và có ộ ộ đã CSV phía tr c (cướ ột 26)

87

Hình 4-18: Điện áp trên cách điện 3 pha của c t cộ ách vị trí sét đánh

m t c t và khôộ ộ ng c CSV phó ía tr c (cướ ột 30)

87

Hình 4-19: Điện áp trên pha C của các cột lân cận c t bộ ị sét đánh (cột 28) 88

Hình 4-20: Điện áp trên 3 pha ủc a c t khôộ ng lắpCSV và b sét ị đánh

của một khu vực, ột quốc gia Do đó, hệ m thống điện cũng ngày càng phát triển cả

v ề qui mô lẫn công nghệ

Ngày nay đã hình thành nhiều h thệ ống điệ ớn l n trong ph m vi qu c gia ho c ạ ố ặliên qu c gia, xu t hi n nhiố ấ ệ ều đường dây truy n tề ải điện áp cao và siêu cao làm nhiệm vụ iên lạc và truyền tải công su t Trong nh l ấ ững năm qua, hệ ống điệ th n Việt Nam phát tri n nhanh vể ới các đường dây truy n t i 110 kV, 220 kV và 500ề ả kV đểliên k t các khu v c nhế ự ằm đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của phụ ả t i

Độ tin c y làm vi c c a các đườậ ệ ủ ng dây truy n t i là m t ch tiêu quan trọng ề ả ộ ỉtrong bài toán kinh tế - k thuỹ ật khi thi t k và v n hành hế ế ậ ệ ống điệ th n, bởi vì mọi

s c ự ố trên đường dây đều gây ảnh hưởng đến khả năng cung cấp điện của hệ thống,

có thể ẫn đế d n ng ng cung cừ ấp điện cho một số ph t i ho c cảụ ả ặ một khu vực rộng

lớn, cũng có thể làm tan rã c h th ng, gâả ệ ố y thiệ ạ ớ đố ớ ền kinh tế và đời t h i l n i v i n

sống xã hội

Sét đánh vào đường dây là m t trong nh ng nguyên nhân ch y u gây s c ộ ữ ủ ế ự ố

và ng ng cung cừ ấp điện của các đường dây truy n tề ải Sét đánh là hiện tư ng ợthường xuyên và ng u nhiên ph thu c vào nhi u y u t khác nhau Các s c do ẫ ụ ộ ề ế ố ự ốsét đánh không những làm gián đoạn cung cấp điện, gây hư hỏng ho c làm giặ ảm

tuổi thọ các thiết bị trên lưới đi n mà còn làm m t nhi u công sệ ấ ề ức cho công tác điều tra và x lý sử ự ố c

Ngày nay, cùng v i s phát tri n c a công nghớ ự ể ủ ệ ện đạ hi i, ngoài việc sử ụ d ng

những phương pháp truy n th ng ề ố như treo dây chống sét, cải thiện tiếp địa cột, tăng cường cách điện người ta dùng thêm một số giải pháp công nghệ mới để gi m ảthiểu sự ố do sét gây ra trên đường dây truy n t c ề ải điện Trong đó, giải pháp lắp

12

chống sét van đường dây đang được áp d ng nhi u Vi t Nam Vào những năm ụ ề ở ệcuối th k XX, các nước tiên tiế ỷ ở ến như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Cộng hoà Séc, Đức…người ta đã nghiên cứ ứu, ng d ng gi i pháp công nghụ ả ệ ới này đạ m t

hiệu quả cao và công nghệ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn

Ở Vi t Nam, vi c áp d ng các công ngh tiên ti n trong l nh v c b o v ệ ệ ụ ệ ế ĩ ự ả ệ

chống s cho c ét ác đường dây 110 kV, 220 kV và 500 kV vẫn còn khiêm t n, viố ệc

lắp đặt chống sét van trên các đường dây 110 kV, 220 kV vẫn còn mang tính thử nghiệm Mặt khác, hệ thống các quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành dùng cho thi t kế ế và vận hành hệ thống điện có nhiều điểm không còn phù h p v i yêu ợ ớcầu mới, tiêu chí về độ tin cậy cung cấp điện cũng chưa xứng t m v i th i đ i Do ầ ớ ờ ạ

đó, cần có nh ng nghiên cữ ứu để áp dụng các công ngh tiên ti n trên thệ ế ế ớ gi i nhằm từng bước giải quyết những vấn đề tồn tại, yếu kém của về độ tin cậy cung cấp điện

của hệ ống điện hiện nay th

Xuất phát từ nhu cầu thực tế nêu trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu sử ụng và dlắp đặt chống sét van đường dây cho lưới đi n 110 kV của Tổng Công ty Điệ ựệ n l c

miền Bắc

2 Mục đích, phạ vi, đố ượng nghiên cứm i t u c a tài ủ đề

Đề t tài p trung nghi n cậ ê ứu b c u vềướ đầ hi u qu và cách s d ng, lắp t ệ ả ử ụ đặchống sét van đường dây trên lưới điện 110 kV do Tổng Công ty i n l c mi n B c Đ ệ ự ề ắ

qu n lý b ng cả ằ ách mô ph ng trêỏ n phần mềm ATP/EMTP

3 Ph ương pháp nghi n cứê u

Lu n vậ ăn sử d ng phụ ương ph p má ô ph ng trêỏ n phần mềm m tính áy để

nghiên cứu s nh h ng c a s i v i ự ả ưở ủ ét đố ớ đường dây 110 kV, ảnh hưởng củ đ ệa i n tr ở

n i t ố đấ đối vớ ác ự ố do sét và hi u qu i c s c ệ ả khi lắ đặ chốp t ng s van ét đường dây trong các tr ng h p kh nhau ườ ợ ác

Lu n vậ ăn bao gồ 5 chươm ng:

Chương 1 Tổng quan về ảo vệ chố b ng s ét đường dây

Chương 2 Mô ph ng quá i n khí quyỏ đ ệ áp ển đối v i ớ đường dây tải đ ệi n khi

đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡtrong quá trình hoàn thành luận văn này.

Do khả ă n ng của b n thâả n và thời gian còn h n ạ chế nên luận văn này chắc

chắn không tr h khỏán i có nh ng thi u sótữ ế Tác ả ấ mong nhậ đượ gi r t n c ý ki n ế đónggóp c a c thủ ác ầy cô gi và c b n ng nghi p lu n v n áo ác ạ đồ ệ để ậ ă được ho thi n hàn ệ ơn

T gi ác ả mong muốn r ngằ , sau luận văn này, sẽ ế ụ ti p t c có nh ng nghiêữ n cứu cụ ể th

hơn về đề ài chố t ng s van ét đường dây để áp ụ d ng trên lướ đ ệ 110 kV củi i n a T ng ổ

công ty Đ ệ ựi n l c mi n B c nói riêề ắ ng và h th ng Vi t ệ ố ệ Nam nói chung

14

1.1 Khái quát về ướ truyền tả l i i đi n của Việt Nam ệ

Cùng v i s phát triớ ự ển của nền kinh tế, hệ thống điện Việt Nam nói chung và

lưới điện truyền tải nói riêng cũng không ngừng phát triển

Ban đầu, do nhu cầu của phụ tải cũng như trình độ ề xây dựng, quản lý vận v hành lưới điện còn th p nên lấ ưới điện được chia tách thành từng vùng miền và chưa

có m t hộ ệ ống điệ th n liên kết thống nhất trên phạm vi c nả ước

Trước đòi hỏi thực tế, năm 1992 Chính phủ đã cho khởi công xây dựng tuyến đường dây 500 kV B c - Nam m ch 1 và đắ ạ ược hoàn thành đóng điện năm 1994, chính thức ra đời hệ ống điệ th n siêu cao áp (SCA) Việt Nam Công trình này là một

mốc lịch sử đánh dấu một giai đoạn phát triển mới của ngành Điện lực Việt Nam

Sau khi đóng điện vận hành an toàn tuyến đ ng dây 500 kV B c - Nam m ch ườ ắ ạ

1, các tuyến đường dây 500 kV tiếp theo cũng đã ti p t c đ c tri n khai xây d ng ế ụ ượ ể ựTính đến h t năm 2010, chúng ta đã có ế 3.890 km đường dây 500 kV [12] Để truyền

tải đi n đ n tấ ảệ ế t c các đ a phương trên c n c, các đường dây 220 kV và 110 kV ị ả ướcũng liên t c ụ được xây d ng và phát triự ển Tính đ n hết năế m 2010, lưới đi n truyền ệ

tải đã có 10.015 km đường dây 220 kV và 13.141 km đường dây 110 kV [12]

Không chỉ có các đường dây được phát triển mà các trạm biến áp truyền tải cũng không ngừng gia tăng Tính đến hết năm 2010, trên toàn hệ ố th ng, có 23 MBA

500 kV v i t ng dung l ng là 10 650 MVA, 135 MBA 220 kV v i t ng dung ớ ổ ượ ớ ổ

lượng là 22 004 MVA, 746 MBA 110 kV với tổng dung lượng là 2 908 MVA 7.[12] Trong bảng 1 1 cho ta số ệu cụ ể ề tình hình tăng trưởng củ- li th v a đ ng dây ườ

và tr m bi n áp truy n tạ ế ề ải trong 10 năm trở ại đây l

Để minh ch ng cho t m quan tr ng và s phát triển không ngừng của lưới ứ ầ ọ ựđiện truy n t i Vi t Nam, chúng ta cùng nhìn l i nh ng kề ả ệ ạ ữ ỷ ụ l c vận hành về công

15

suất và sản lượng điện năng ầ ượ ghi trong bảng 1l n l t -2 và b ng 1-3 [12] ả

Để đáp ứng nhu c u phát tri n kinh tầ ể ế, xã hội của đất n c trong nhướ ững năm tiếp theo, ngày 18 tháng 7 năm 2007, Thủ ướ t ng Chính ph ủ đã ký Quy t đ nh s ế ị ố110/2007/QĐ-TTg Phê duy t Quy ho ch phát triệ ạ ển điệ ựn l c quốc gia giai đoạn 2006

- 2015 có xét đến năm 2025 Theo đó, trong vòng 5 năm tới (giai đoạn 2011-2015),

lưới điện truyền tải sẽ có thêm 13.200 MVA dung lượng MBA 500 kV, 1.705 km đường dây 500 kV; 30.889 MVA dung lượng MBA 220 kV, 3.844 km đường dây

220 kV

Bảng 1 1: Tình hình tăng trưở- ng đ ng dây và MBA ườ truyền tải đi n của ệ

Việt Nam qua các năm [12]

16

Bảng 1 2: Công suất vận hành lớn nhất của HTĐ qua các năm (MW)- [12]

Năm miHTĐ ền Bắc miền TrungHTĐ miền NamHTĐ quHTĐ ốc gia

Bảng 1-3: Điện năng truyề ả ớn t i l n nh t của HTĐ qua các năm (triệu kWh) [12] ấ

Năm miHTĐ ền Bắc miền TrungHTĐ miền NamHTĐ quHTĐ ốc gia

17

1.2 Sét và vấ n đ ề bảo vệ chống sét đường dây

1.2.1 Quá điện áp í kh quyển:

Quá i n khí quyđ ệ áp ển là hi n t ng quá i n ệ ượ đ ệ áp do sét gây nên

S là hi n t ng phóng i n ét ệ ượ đ ệ trong khí quyển giữa đám m y gi ng mang â ô

đ ệi n tích v i t ho c gi a c ớ đấ ặ ữ ác đám m y gi ng mang â ô đ ệi n tích trái d u nhau i n ấ Đ ệ

áp gi a ữ đám m y gi ng v đấâ ô à t có th t t i hàng ể đạ ớ chục, th m í hàng trăm triệu ậ ch

vôn Chiều dài trung bình c a ủ khe sét kho ng t ả ừ 3 đến 5 km

Quá trình phóng điện c a sét gi ng nh quá trình x y ra trong tr ng không ủ ố ư ả ườ

đồng nh t Khi các lấ ớp mây được tích điện t i m c đ có th t o nên cớ ứ ộ ể ạ ường độ

trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạ này gọi là giai n đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo

Tia tiên đạo là môi trường plasma có điện d n r t l n Đ u tia n i v i m t ẫ ấ ớ ầ ố ớ ộtrong các trung tâm điện tích c a lủ ớp mây điện nên m t ph n điện tích của trung ộ ầtâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân b ốcó thể xem như ầ g n đ u dọc theo chiềề u dài tia Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có s tự ập trung điện tích khác d u trên mấ ặ ất đ t mà địa đi m t p k t tùy thu c vào tình hình dẫn điện củể ậ ế ộ a đ t ấ

Nếu vùng đất có điện dẫn đ ng nhấ thì địồ t a đi m này nằm ngay ở phía dướ ầể i đ u tia tiên đạo Tr ng h p mườ ợ ặt đất có nhi u nề ơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất

s tẽ ập trung về ơi có điện dẫn cao ví dụ n các ao hồ, sông, lạch ở vùng đất đá

N u ế ở phía mặt đất điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi để ạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ đỉnh các cộ t t điện đường dây cao áp) thì có thể đồng th i xu t hiờ ấ ện tia tiên đạ ừo t phía mặt đất phát tri n ng c chi u ể ượ ề

với tia tiên đạo từ ớp mây điệ l n

Khi tia tiên đạo phát tri n g n t i mể ầ ớ ặt đất thì tr ng trong kho ng không gian ườ ả

giữa các đi n cực sẽ có trị ố ất lớn và bắt đầu có quá trình ion hóa mãnh liệt dẫn ệ s r

đến s hình thành dòng plasma vự ới mậ ột đ ion lớn h n nhiơ ều so với của tia tiên đạo

Do có điện d n b n thân r t cao ẫ ả ấ nên đầu dòng s ẽ có điện th mế ặt đất và nh v y ư ậ

18

toàn bộ hi u số điệệ n thế gi a đữ ầu tia tiên đạo v i mớ ặt đất đ c t p trung vào khu ượ ậvực giữa nó với đầu tia tiên đạo, trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hóa mãnh liệt, dòng plasma được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện ngượ Trong giai đoạn này, điệc n tích của lớp mây điện s theo dòng plasma chuy n v phía m t đấ ạo nên dòng điệ ở ơi sét đánh.ẽ ể ề ặ t t n n

Hình 1-1: M t s hình ộ ố ảnh minh họa v phóng i n s ề đ ệ ét1.2.2 Nguy hiểm củ qu điệa á n áp khí quyển

Khi xảy ra quá điện áp khí quy n, tể ức là xảy ra phóng điện sét thì to b àn ộ

năng lượng c a dòng i n s s thoủ đ ệ ét ẽ át vào trong đấ qua vật t b s ị ét đánh trực ti pế Quá i n khí quyđ ệ áp ển có th là ể do sét đánh trực ti p lêế n vậ ần bảo vệt c ho c ặ do sétđánh xu ng m t t g n , gâố ặ đấ ầ đó y n n quê á đ ệi n cáp ả ứm ng lên v t c n b o v Trong ậ ầ ả ệ

đó, tr ng h p b s ườ ợ ị ét đánh tr c ti p là nguy hi m nh t vì n ng l ng c a dòng i n ự ế ể ấ ă ượ ủ đ ệ

s r t l nét ấ ớ , sẽ m ph là á hu v nhi t i v i c ỷ ề ệ đố ớ ác chi tiế , bộ pht ận của v t cậ ần bảo vệ Ngoài ra, khi sét đánh, đ ệ áp éti n s là r t ấ cao, có th ể chọc th ng củ ách đ ệ i n c a c ủ ácthi t bế ị, g y thiệ ạ ớn về kinh tếâ t h i l

Đối v i c thiớ ác ết b i nị đ ệ , quá đ ệi n khí quyáp ển th ng l n h n i n thí ườ ớ ơ đ ệ ápnghi m ệ xung của c h i nác đ ệ , dẫ đến chọn c th ng c h i nủ ác đ ệ , phá h ng cỏ ác thi t b ế ịquan trọng nh t bù d cư ụ ọ , kháng bù ngang, m y biá ến ,… áp

c bi t là i c ng dâ i i n s ng d n

Đặ ệ đối vớ ác đườ y tả đ ệ , khi bị ét đánh thườ ẫ đến

1.2.3 S c ự ố do sét đố ớ i v i các đường dây tả đ ệi i n cao áp trên kh ngô :

Thông thường các tr m biạ ến áp được b o v tin c y chả ệ ậ ống sét đánh trực ti p ếcũng như chống sóng quá điện áp lan truyền S c ự ố do sét đánh trực ti p ho c do ế ặsóng truy n vào trề ạm thường rất nhỏ Trong khi đó, các đường dây tải đ ệ cao ápi n

hầu hết là đường dây tr n kh ng, cê ô ó chi u dàề i lớn và đi qua nhiều vùng kh nhau ácnên x su t bác ấ ị s ét đánh ấ ớ r t l n Khi bị sét áđ nh, có thể gây phóng i n trêđ ệ n cách

đ ệ đười n ng dây và dẫ đến n s c c t i n Đ i v i ự ố ắ đ ệ ố ớ đường dây, chỉ ần mộ đ ểm bị c t i

Để ả gi m b t s c ớ ự ố do sét gây ra, ng i ườ ta dùng ác c biện ph áp ch ng s trên ố étđường dây, a ph n nh ng l n sđ ầ ữ ầ ét đánh lên đường dây đượ đưa xuốc ng t đấ an toàn

Ch có m t s ít tr ng h p dòng i n s quá l n gâỉ ộ ố ườ ợ đ ệ ét ớ y phóng i n trêđ ệ n bề ặ ác m t c h

đ ệi n Do , đ h n ch s l n s c đó ể ạ ế ố ầ ự ố do sét cho đường dây, có thể ă t ng c ng c h ườ ác

đ ệ đười n ng dây ho c gi m tr s i n tr n i t c a b ph n ch ng s ặ ả ị ố đ ệ ở ố đấ ủ ộ ậ ố ét

Vì sé à m t hi n t ng t nhiêt l ộ ệ ượ ự n diễn biến rất ph c t p và có tính ứ ạ chất ng u ẫnhiên, n n việê c bảo vệ đường dây tuyệ đốt i không bị ự ố do sét đánh s c là không thể

th c hi n ự ệ đượ Ngoài ra, nếu thực c hi n ệ mong muố đón thì đòi ỏ ố đầu tư h i v n là quá

l n Do ớ đó, phương hướng đúng đắ n là vi c tệ ính toán ứ độ ảo vệ chố m c b ng s c a ét ủđường dây ph i xu t ph tả ấ át ừ ch tiêu kinh t , ngh a là m t m t làỉ ế ĩ ộ ặ m cho số ần cắ l t

Công ty Lưới điện cao th mi n B c (ti n thân là Xí nghiế ề ắ ề ệp Điện cao thế

miền Bắc) là một đơn vị ực thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Bắc, được thành tr

lập ngày 26/10/2005 Ngày 14/4/2010, Xí nghiệp Điện cao thế được chuyển đổi mô

hình thành Công ty Lưới đi n cao thếệ miền Bắc Nhiệm vụ ọng tâm ủ tr c a Công ty

L i i n ướ đ ệ cao thế mi n B c ề ắ là qu n lý vả ận hành, sửa chữa l i iướ đ ện 110 kV ủa c

Tổng công ty Điện lực miền Bắ c

Ngay sau khi thành l pậ , Xí nghi p i n ệ Đ ệ cao thế mi n B c ti n hành ti p ề ắ đã ế ế

nh n l i i n ậ ướ đ ệ 110 kV từ ác Đ ệ c i n l c t nh tr c thu c ự ỉ ự ộ Công ty Điện lực 1 (nay là

Tổng Công ty Điện lực miền Bắc) Đến cuố ăm 2006, toàn ộ ướ đ ệ 110 kV ởi n b l i i n

c i n l c t nh ác Đ ệ ự ỉ đã được b àn giao cho Xí nghi p i n ệ Đ ệ cao thế miền Bắc v i 4464,3 ớ

km đường dây và 91 tr m bi n ạ ế áp

K t ể ừ đó đến nay, hàng n m ă trung bình, khố ượi l ng l i i n ướ đ ệ 110 kV pháttriển mới kho ng ả 10 trạm biến áp và 200 km đường dây

Do sự thay đổi v mô hình t ề ổ chức c a ngành i n và i u ủ Đ ệ đ ề chỉnh a gi i đị ớhành ính c a th Hà N i, nch ủ ủ đô ộ ăm 2007, Công ty đã bàn giao lưới điện 110 kV khu vực Hải Dương cho Công ty TNHH MTV Đ ệi n l c Hự ải Dương và năm 2008 bàn giao lưới đi n 110 ệ kV khu vực Hà Tây cho Công ty Điện lực Hà Nội Tính đến tháng 2/2011, Công ty Lưới điện cao thế miền B c quắ ản lý l i i n 110 ướ đ ệ kV trên

ph m vi ạ 24 tỉnh phía B c v i ắ ớ 5276 km đường dây

Hiện nay, lưới điện 110 kV miền Bắc có 5 đầu mối nhận điện từ nguồn Trung Quốc, cụ thể như sau:

- Nguồn Tân Kiều (220 kV): ừ Xin Qiao cấp điện sang trạT m đ u mối ầ

220kV Lào Cai (E20.3) và c tr m ác ạ 220 kV Yên Bái (E12.3): , Việt Trì (E4.4), Vĩnh Yên (E25.2) Từ c trác ạm 220 kV này, cấp đ ệi n cho các tr m ạ 110 kV thuộc khu vực

21

Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Sơn La, Điện Biên, Yên Bái

- Nguồn Hà Khẩu - Lào Cai (110 kV) ừ Hà Khẩu cấp điện sang trạm : T 110kV Lào Cai (E20.2) và c tr m ác ạ 110 kV: Tằng Lo ng (E20.1), Phong Thỏ ổ (E29.1), Than Uyên (E29.2)

- Nguồn Thẩm Câu Móng Cái (110 kV) ừ Thâm Câu cấp điện cho các - : T

trạm 110 kV Móng Cái (E5.7), Tiên Yên (E5.6) :

- Nguồn Mamatiao - Hà Giang (110 kV) Đường dây mạch kép từ :Maomaotia cấp điện cho các trạm 110 kV Hà Giang (E22.1), Bắc Quang (E22.2), : Yên Bái (E12.1), Chiêm Hoá (E14.2) và Tuyên Quang (E14.1)

- Nguồn Mã Quan (220kV): Từ MaGuan cấp điện sang trạm đầu mối 220kV

Hà Giang (E22.4) và trạm 220 kV Thái Nguyên (E6.2) Từ đó cấp điện cho khu , vực Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng và một phần khu vực Bắc Giang

Tình hình tăng trưởng v ề đường dây 110 kV do Công ty L i i n ướ đ ệ cao thế

mi n B c quề ắ ản lý qua các năm được th hi n ể ệ trong biểu đồ sau [11]:

Hình 1-2: Biểu đồ ăng trưở t ng v ề đường dây 110 kV

do C ng ty ô L i i n ướ đ ệ cao thế mi n B c qu n lý ề ắ ả

22

H thệ ống đường dây 110 kV của Công ty nằm trên ấ ả áct t c c lo i a hình: ạ đị

rừng núi, trung du, đồng bằ , ven biểng n và có nhi u ề đường dây đã ậ v n hành l u â

n mă Trong đó:

- 310 km đi qua vùng nhiễm mặn

- 226,7 km đi qua vùng nhiễm hoá chất

- 390 km đã vận hành trên 25 năm

- 298 km tiết diện nhỏ (dây dẫn AC 120)

Do nh ng c i m v i u ki n a lýữ đặ đ ể ề đ ề ệ đị , thờ ế , m i trười ti t ô ng xung quanh ủa c

t nừ g vùng đã làm ảnh hưởng rất lớn đến tình hình v n hành cậ ủa lướ điệi n

Một số đường dây đi qua khu vực đồi núi cao, đặc biệt là các tỉnh miền núi phía Bắc thường xuyên phải đối m t vặ ới nguy cơ sự ố ạ ở do mưa bão như c s t l đường dây Thác Bà - T ng Loằ ỏng, đường dây Lào Cai Phong Th - ổ, Hòa Bình -

Mộc Châu, Điện Biên - Tuần Giáo

Nhiều đường dây đi qua địa hình đồi núi, điện trở suất của đ t lớấ n nên điện

tr n i t c a c c t i n ở ố đấ ủ ác ộ đ ệ thường rất cao như các khu vực Qu ng Ninh, Hà Giang, ảTuyên Quang, Yên Bái, Thái Nguyên, Bên cạnh đó, một số đường dây được thi

công không đúng ớ v i thi t k (tiế ế ếp địa không rải ra mà cuốn quanh móng cột), đi n ểhình như đường dây 172 Thái Nguyên - Sóc Sơn; đường dây 175, 176 Hoành Bồ -Mông Dương…

Với 15 đường dây đã vận hành trên 25 năm chất lượng dây dẫn và các phụ,

kiện đã xuống cấ như đường dây Thác Bà Thái Nguyên, đường dây Ninh Bình - p, -

Bỉm Sơn ồ ạT n t i ph bi n c a c ổ ế ủ ác đường dây này là cột, xà, hệ ống thoát sét bị thhan gỉ nhiều dẫn đến ti p xúc không tế ốt

1.3.2 Thống kê v s c và s c ề ự ố ự ố do sét đối v i ớ đường dây 110 kV của

Công ty Lướ đ ệ cao thếi i n mi n B c ề ắ

Bảng 1 : Tổng hợp số ệu sự ố đườ-4 li c ng dây 110 kV giai đoạn 2004 - 2010

do Công ty L i i n ướ đ ệ cao thế mi n B c qu n lý [11] ề ắ ả

t 70% ừ đến 80% tổng số ụ ự ố đường dây của năm Trong đó các vụ ự ố có v s c , s c nguyên nhân sét đánh chiếm t i 90%, c th v sớ ụ ể ề ự c ố do sét đánh trong các năm

2008 - 2010 nh sau: ư

- S c ự ố vĩnh cửu:

+ Năm 2008: 03 vụ hư hỏng cách điện do sét đánh

+ Năm 2009: 10 vụ hư hỏng cách điện, trong đó có 05 vụ do sét đánh gây phóng điện xuyên ty trên cách điện

+ Năm 2010: 11 vụ hư h ng cách ỏ điện trong đó có 06 vụ do sét đánh

Việc sự ố ảy ra trên l c x ưới điện 110 kV gây gián đoạn cấp điện cho các hộ

- Tăng cường c h i nác đ ệ : biện ph n áp ày đượ áp ục d ng cho những v trí c t có ị ộ

đ ệi n tr n i t cao, i n tr su t c a t l n, a hình trêở ố đấ đ ệ ở ấ ủ đấ ớ đị n đồi núi cao, i u ki n thi đ ề ệ

công để ả gi m tr s i n tr n i t là khó kh n S b c h i n ị ố đ ệ ở ố đấ ă ố át ác đ ệ đượ ăng cườc t ng thêm l 01 bátà /chu i ỗ

- H tr s i n tr n i tạ ị ố đ ệ ở ố đấ : biện ph n áp ày đượ áp ục d ng th ng xuyêườ n nhằm

t o kh nạ ả ăng thông tho t t nh t át ố ấ cho dòng i n s tđ ệ ét ản v o trong đấ Cácà t ph ng ươ

án thường được triển khai thực hi n là: ệ đóng ổ b sung hệ th ng ti p aố ế đị ; dùng ti p ế

đị ầa t ng sâu; c i thi n i n tr su t c a t khu vự đặ ệ ốả ệ đ ệ ở ấ ủ đấ ở c t h th ng ti p a ế đị

- X lý h th ng ử ệ ố đường tho s t dâát ét ừ y chống ét s xu ng âố ch n cộ : Để đảt m

bảo khả ăng thoát ét n s là t t nh tố ấ , ngoài việc bổ sung tiế đị để ạ ị ố đ ệp a h tr s i n tr ở

n i t thì Côố đấ ng ty Lướ đ ệ cao thếi i n mi n B c th c hi n x lý h th ng ề ắ đã ự ệ ử ệ ố đường tho s tát ét ừ dây chống s xu ng âét ố ch n cộ ụ ể : xử lý t C th là đảm bảo tiếp xúc t t t i ố ạ

c v trí ác ị đấu nố ; lắi p b ổ sung d y nố đấâ i t tr c tiự ếp từ dây chống s xu ng âét ố ch n cột

- Thay thế ác đ ệ c h i n thu ỷ tinh bằng c h i n ác đ ệ silicone: Giải pháp này đãđược dáp ụng đối v i các ớ đường dây đi qua khu vực ô nhi m, b i bễ ụ ẩn nhằm t ng ă

cường khả ăng chị đự n u ng c a c h i n ủ ác đ ệ khi có s ét

- L p t ắ đặ chống s van ét đường dâ m t gi i y: ộ ả pháp ớ chỉ đượ áp ụ m i c d ng trên

25

l i i n ướ đ ệ 110 kV của T ng Côổ ng ty Đ ệ ựi n l c mi n B c ề ắ 6 năm trở ạ đây Số chố l i ng

s van ét đường dây 110 kV đã đượ đầu tưc và lắp đặ đến thờ đ ểm hiệ ạt i i n t i là 1341 chi c v i t nế ớ ổ g vố đầu tư mua thiế ịn t b kho ng 1.600.000 USD ả

1.3.4 Phâ ích n t đánh giá các gi i áp ả ph

- Đối v i gi i ph tớ ả áp ăng cường cách đ ệ : Xét ềi n v lý thuy t thì t i v trí c t ế ạ ị ộnào đượ ăng cườc t ng c h i n ác đ ệ cho chuỗ ứ ẽ ạ chế đượi s s h n c s lố ần phóng i n do đ ệ

sét Nhưng thự ế ệc t hi n nay ang d ng thì s b c h i n tđ áp ụ ố át ác đ ệ ăng th m đềê u là 01

b /chu i át ỗ đối vớ ấ ả ác ại t t c c lo i thi t k (chu i ế ế ỗ 7 b , chuát ỗ 8 bát, chuỗ 9 bát) Mặi i t

khác, việ ăng cườc t ng cách đ ệi n cần phải thực hi n nh ng v trí c t nệ ở ữ ị ộ ào, pha nào

để mang l i hi u qu t t nh t mà v n không nh h ng xạ ệ ả ố ấ ẫ ả ưở ấu đến vi c b o v ch ng ệ ả ệ ố

s ét lan truyền vào tr m thì v n ạ ẫ chưa có nh ng nghiêữ n cứu c th làụ ể để m cơ ở Việ s c

tăng cường c h i n hi n ác đ ệ ệ nay vẫn có tính chấ ảm tt c ính

Bên cạnh đó việc tăng cường cách điện bằng cách tăng số ượ l ng bát sứ hay thay b ng chu i Silicon sằ ỗ ẽ ảnh h ng tưở ới độ võng tại các khoảng c t, kho ng cách ộ ảpha đất d n t i có thẫ ớ ể phải thay đổi k t cế ấu của cột để tránh các dạng sự c khác ố

nh ư vi phạm khoảng cách pha - pha, hoặc các phương tiện đi phía dưới đường dây

vi ph m khoạ ảng cách với pha d i cùng đi u này th c tếướ ề ự đã x y ra trong quá trình ả

vận hành

- Đố ới v i gi i ph giả áp ảm trị ố đ ệ s i n tr n i t và x lý h th ng ở ố đấ ử ệ ố đường tho át

s t dâét ừ y chống s xu ng âét ố ch n cộ Đây lt: à c gi i ph ác ả áp được th c hi n d a trêự ệ ự n

k t qu nghiêế ả n cứu lý thuy tế Khi khả ăng thoát ét ố n s t t thì s giẽ ảm r ệ ác ự ốõ r t c s c

do sét đánh Tuy nhiên, trong thự ếc t , có nh ng c t n m v ữ ộ ằ ở ị trí địa hình hi m tr , ể ởđiện tr su t c a đ t r t l n nh khu v c Hà Giang, Qu ng Ninh, Lào Cai, Thái ở ấ ủ ấ ấ ớ ư ự ảNguyên ; việc giảm trị ố điện trở ố ấ s n i đ t là rất khó khăn, đòi hỏi kinh phí đầu tư

lớn hoặc không thể kh thiả Vậy trong những trường h p này, vi c ph i h p th c ợ ệ ố ợ ự

hi n v i c gi i ph kh nh th n tho m bàệ ớ ác ả áp ác ư ế ào để ả ãn i toán kinh tế - k thu t c ng ỹ ậ ũ

c n ầ được nghiên cứu c th h n ụ ể ơ

- Đối v i gi i ph l p ớ ả áp ắ đặ chốt ng s van ét đường dây: Qua thực t l p t ế ắ đặ

1.4 K t lu n và hế ậ ướng nghi n cứê u c a tài ủ đề

Để gi m thi u s c ả ể ự ố trên lưới đi n 110 kV cần phải thực hiện nhi u biệ ề ện pháp kỹ thuật khác nhau, đối với các sự ố c có nguyên nhân do sét c n ch n lầ ọ ựa cách điện s d ng cho phù h p v i đi u kiử ụ ợ ớ ề ện môi trường c th và gi i quy t các vấn đề ụ ể ả ế

có liên quan đến h th ng thoát sét t i các vị trí cột ệ ố ạ

Mặc dù chưa có những nghiên cứu cụ th nhể ưng qua kết quả theo dõi, thống

kê v tình hình sề ự ố c do sét cho th y, sau khi áp dấ ụng các giải pháp nêu trên, đặc

biệt là giải pháp lắp đặt chống sét van đường dây đã mang lại hiệu quả nh t nh ấ đị

Tuy nhiên, để có c s triơ ở ển khai áp d ng r ng r giụ ộ ãi ải pháp l p t ắ đặ chống s étvan đường dây tr n lướ đ ệ 110 kV nê i i n ói riêng v ướ đ ệà l i i n truy n tề ải nói chung,

nh m ằ mang lại hi u quệ ả cao nhấ ớt v i cùng m t s ti n ộ ố ề đầu tư, cần phải có nh ng ữnghiên cứ , đánhu giá c th h n ụ ể ơ

Vì v yậ , đề i m tà à lu n vậ ăn này đề ậ c p là nghiên cứu b c u v hi u qu và ướ đầ ề ệ ả

cách lắ đặ chốp t ng s ét van đường d y tr n lướ đ ệ 110 kV.â ê i i n

27

Chương 2

V I Ớ ĐƯỜNG DÂY TẢI Đ Ệ KHI BỊ ÉT ĐÁNI N S H

2.1 Phương pháp tính toán quá điện áp do sét và xác suấ t phóng đi n ệ

Suấ ắt c t do sét là s l n s c ố ầ ự ố do sét gây nên trên đoạn đường dây dài 100 km trong 1 năm Đây là một ch tiêu nói lên phỉ ẩm chất ch ng sét cố ủa đường dây và mức

độ an toàn vận hành khi đường dây b ị sét đánh

Hiện nay có hai phương pháp tính suất cắt do sét đượ ử ục s d ng trên th giới ế

a) Các điều kiện giả thiết trong tính toán:

Khi tính toán quá điện áp sét gây ra đối v i đư ng dây tớ ờ ải điện, các trường hợp sét đánh đường dây được phân thành ba trường h p (hình 2-1): ợ

- Sét đánh vào đỉnh cột hoặc trên dây chống sét nơi lân cận đ nh cộỉ t;

- Sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt;

- Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫ n

b) Quá điện áp và suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:

28

Khi sét với dòng điện I đánh vào dây dẫn sẽ gây nên quá điện áp

4

IZdd (ZR dd R tổng trở sóng của dây dẫn) và phóng điện trên bề mặt chuỗi cách điện sẽ xảy ra khi trị số quá điện áp lớn hơn mức cách điện xung kích của chuỗi cách điện - (UR 50% R)

-50%

4

dd

IZ U

Từ đó sẽ xác định đợc xác suất phóng điện vR pđ1 R:

50%

4 26,1.

c

h

h k 1− ) bi u th s giể ị ự ảm sỳt tr s i n c m ng ị ố đ ệ ỏp ả ứ do cú treo

dõy chống s ột

di L dt

di ) t ( M dt

di L

c s dd c dd c

dd

c L h

(LR 0 R là điện cảm đơn vị dài của thân cột);

MR dd R(t) hỗ cảm giữa mạch khe sét với mạch dây dẫn;

+

h

H ln h

h H ) 1 (

H vt ln h , 0 t M

dd dd

ic dòng điện đi trong cột;

-R - điện trở nối đất của cột điện

cs c

t cu

đ cu lv

c

l 2

xuất hiện sóng phản xạ từ cột lân cận (t ≥

c l

2 )

Do dòng điện sét và độ dốc là những đại lợng ngẫu nhiên, nên trong tính toán xác định trị số điện áp ucđ(t) ứng với các giá trị khác nhau các độ dốc dòng điện

Hình 2-2: Điện áp tác dụng lên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột

Với giả thiết rằng, phóng điện trên cách điện đờng dây xảy ra khi dòng điện

đạt giá trị biên độ thì từ các thời gian phóng điện ti sẽ xác định đợc biên độ dòng

điện Ii = aiti Quan hệ Ii(ai) nh trên hình 2 a đợc gọi là đờng cong thông số nguy -3hiểm Đờng này sẽ chia không gian tọa độ (I,a) thành hai miền: miền nguy hiểm (miền có gạch chéo) và miền an toàn

Hình 2-3: Đờng cong thông số nguy hiểm

Xác suất phóng điện vpđ2 sẽ là xác suất để cặp thông số của dòng điện sét (a, I) rơi vào miền nguy hiểm và nh vậy sẽ có:

=

νpđ2 P (a, I) MNH vIdva (2.10)

31

d) Tính toán quá điện áp và suất cắt do sét đánh trong khoảng vợt:

Ở đây đã giả thiết rằng địa điểm sét đánh đúng vào giữa khoảng vợt và khi

bỏ qua các khoảng vợt lân cận sẽ đợc sơ đồ tính toán nh trên hình 2 -4

l

T

2 at

2 at

2 at

2 at c

Xác suất phóng điện đợc tính theo phơng pháp đã trình bày ở trên

a) Các điều kiện và giả thiết trong tính toán:

- Góc bảo vệ (α) của dây chống sét đã đợc chọn theo lý thuyết Mô hình điện hình học nên không tồn tại khả năng sét đánh vào dây dẫn

ỏ qua không xét các thành phần điện áp cảm ứng, điện áp làm việc và điện - Bcảm thân cột

b) Xác định xác suất phóng điện (vpđ):

Sơ đồ đầu cột và sơ đồ tính toán đợc biểu thị nh trên hình 2 -5

Hình 2-5: Sơ đồ tính toán suất cắt theo phơng pháp của Tây Âu

Để xác định hệ số ngẫu hợp sẽ viết hệ phơng trình Maxwell:

I Z + I Z + I Z + I Z + I Z

= U

= U

I Z + I Z + I Z + I Z + I Z

= U

= U

I Z + I Z + I Z + I Z + I Z

= U

I Z + I Z + I Z + I Z + I Z

= U

I Z + I Z + I Z + I Z + I Z

= U

5 55 4 54 3 53 2 52 1 51 T 5

5 45 4 44 3 43 2 42 1 41 T 4

5 35 4 34 3 33 2 32 1 31 3

5 25 4 24 3 23 2 22 1 21 2

5 15 4 14 3 13 2 12 1 11 1

(2.12)

Do I1 I= 2 I= 3 0 và tổng trở sóng riêng Z= 44 = Z55 nên có:

45 44

T 5

U I

15 14 T

1

Z Z

Z Z U

U k

UT = IT.R = (I - 4 I4) R (2.16)

R4+Z+Z

Z+ZI

=U

45 44

45 44

T (2.17)

33

Theo điều kiện phóng điện :

45 44

45 44

R4+Z+Z

Z+ZI

=

U (2.18)

Ngỡng dòng điện IC để xảy ra phóng điện trên cách điện đờng đây :

) Z Z ( k 1 ( R

R 4 Z Z U I

45 44

45 44

% 50

+ +

2.2 Mụ phỏ ng quỏ đi ện ỏp khi sột đỏnh vào đườ ng dõy bằng phần

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm ATP/EMTP

ATP (Alternative Transient Program) là một chương trỡnh mỏy tớnh được s ử

dụng rất phổ ến để mụ phỏng cỏc hiện tượng quỏ độ điện từ và điệ cơ của mạch bi n điện V i ATP, cú th mụ ph ng m ch l c và mớ ể ỏ ạ ự ạch điều khi n c a m t sơ đồ điệể ủ ộ n

cú c u trỳc bấ ất kỳ ớ v i nhiều mụ đun hỗ ợ tr tớnh toỏn và cụng c mụ ph ng vụ cựng ụ ỏlinh ho t và m nh mạ ạ ẽ

ATP/EMTP được viết vào năm 1984 bởi Tiến sĩ W Scott Meyer sau khi ụng

t ừ chối tham gia vào dự ỏn thương mại húa chương trỡnh tớnh toỏn quỏ trỡnh quỏ độEMTP c a DCG (the EMTP Development Coordination Group) và EPRI (Electric ủPower Research Institute), v n là s n ph m cố ả ẩ ủa ụng và cỏc c ng s theo m t h p ộ ự ộ ợ

đồng kớ k t v i BPA (Bonneville Power Administration) ATP/ế ớ EMTP được xõy dựng với mục tiờu phi thương mại húa T đú đ n nay, ATP EMTP liờn từ ế / ục được cải tiến và phỏt triển bở ộng đồng người c i dựng trờn toàn th giế ới dư i sự điều hành ớ

của của tiến sĩ Meyer và đồng chủ ịch Hội người dựng EMTP khu v c Canada/M t ự ỹ (Canadian/American EMTP User Group) Tiến sĩ Tsu-huei Liu

ATP/EMTP sử ụ d ng cỏc nguyờn lý tớnh toỏn sau đõy:

- S dử ụng quy tắc xấp xỉ hỡnh thang giải hệ phương trỡnh vi phõn mụ tả ệ h

thống trong miền thời gian;

Sơ kiện đầu cú thể được tớnh toỏn từ kết quả giải bài toỏn CĐXL của

34

ATP/EMTP hoặc nhập trực tiếp từ người dùng đối với các phần tử đơn giản

- Cho phép giao ti p vế ới các mô đun TACS (Transient Analysis of Control Systems) và MODELS (m t ngôn ngộ ữ ậ l p trình mô phỏng) để mô phỏng các hệ

thống điều khiển hoặc các phần tử phi tuyến như hồ quang, v ng quang; ầ

- Tính toán các nhiễu loạn đối xứng và không đố ứi x ng như : sự cố, sóng quá điện

áp sét, các thao tác đóng cắt trong lư i bao g m c các quá trình chuyểớ ồ ả n m ch van; ạ

- Nghiên cứu đáp ứng tần số ủa hệ c thống sử đụng mô đun FREQUENCY SCAN;

- Nghiên cứu các sóng hài sử ụng mô đun HARMONIC FREQUENCY dSCAN (phương pháp sử ụ d ng các ngu n dòng sóng hài); ồ

- Mô phỏng các hệ ống động học nói chung (không phải sơ đồ ạch điệ th m n)

s dử ụng TACS và MODELS

Các ph n tầ ử cơ b n đưả ợc ATP EMTP h/ ỗ ợ tr bao g m: ồ

- Phần tử tương hỗ và không tương hỗ R, L, C, thông số rải, thông số tập trung;

- Đường dây trên không và cáp thông số ải, thông s r ố ph thu c tầụ ộ n số;

- Điện trở và điện kháng phi tuyến, hiện tượng từ ễ, điện trở có trị ố tr s thay

đổi theo thời gian, điện tr ở điều khi n b ng TACS/MODELS; ể ằ

- Các phần tử có đặc tính phi tuyế : MBA bão hòa, từ ễ, CSV (có khe hở và n trkhông khe h ), hở ồ quang điện;

- Máy cắt điều khiển theo t ời gian, điện áp, nghiên cứu đóng cắt thống kê h(phương pháp Monte-Carlo);

- Các van công suất (đi ốt, thyristor, triac), các van đóng cắt đi u khi n b ng ề ể ằTACS /MODELS;

- Các nguồ : bước nhảy, hình sin, hàm mũ và dạng bất kỳn ;

- Máy điện quay;

- Các phần tử khác định nghĩa bởi người dùng trong MODELS;

- Các mô đun mô phỏng tích hợp sẵn

MODELS là m t ngôn ngộ ữ mô t mả ục đích tổng quát được tích h p trong ợATP/EMTP cùng một loạt các công cụ mô phỏng khác để ỗ ợ h tr xây d ng mô hình ự

35

và mô phỏng các hệ ố th ng có tham số ế bi n thiên theo th i gian.ờ

TACS là mô đun hỗ ợ tr vi c nghiên c u mô ph ng các h thệ ứ ỏ ệ ống điều khi n ểtrong mi n th i gian TACS có thề ờ ể được sử ụng để d nghiên c u các bài toánứ :

- H thệ ống HVDC;

- H thệ ống kích từ ủa máy điện đồng bộ c ;

- Thiết bị điện tử công suất và động cơ điện;

- H ồ quang điện

ATP/EMTP cũng hỗ ợ ệc giao tiếp thông tin giữa mạch lực và mạch điều tr vikhiển của sơ đồ điện thông qua tín hiệu điện áp nút, dòng điện c t, tr ng thái máy ắ ạ

cắt, điện trở có thông số thay đổi theo thời gian, các ngu n áp và ngu n dòng.ồ ồ

- Các chương trình con hỗ ợ tính toán (supporting routines) tr

- Tính toán thông số các đường dây trên không và cáp : LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, LINE PARAMETERS

- Mô hình thông số đường dây phụ thu c tầộ n s (Semlyen, J Marti, Noda)ố ;

- Thông số MBA: XFORMER, BCTRAN

- Quy đổi đường cong từ ễ, bão hòa tr ;

- X ử lý dữ ệu (data modularization) li ;

 Nghiên cứu quá điện áp sét

 Quá trình quá độ do thao tác đóng cắt và sự cố

 Quá trình quá độ cực ngắn trong trạm kiểu kín (GIS) và hệ thống nối đất

 Mô hình máy điện quay

 Khởi động động cơ

 Ổn định động

 Đóng cắt MBA, tụ điện, cuộn kháng

 Cộng hưởng điện từ

 Các thiết bị điện tử công suất

 Quá trình làm việc của máy cắt

 Các thiết bị FACTS

 Nghiên cứu sóng hài, hiện tượng cộng hưởng của hệ thống

 Kiểm tra sự làm việc của thiết bị bảo vệ

36

2.2.2 Sử ụ d ng ATP/EMTP mô phỏng QĐA khi sét đánh vào đường dây

ATP/EMTP là chương trình chuyên dụng nghiên cứu các HTĐ trong chế độ quá độ trong nhiều tình huống vận hành khác nhau, trong đó có QĐA sét nên ở đây

sẽ xem xét ứng dụng mô phỏng QĐA khí quyển trên đường dây

Phương pháp nghiên cứu dựa trên mô phỏng bằng mô hình máy tính sẽ tiết kiệm được thời gian và vốn đầu tư cũng như hạn chế những hậu quả có thể có khi nghiên cứu về sét mà vẫn có khả năng đạt được những kết quả khả quan, nghiên cứu được những đặc trưng cơ bản của QĐA sét trên đường dây tải điện để từ đó có giải pháp thực hiện chống QĐA hiệu quả

Giới thiệu các phần tử cơ bản trong EMTP sẽ sử dụng để mô phỏng QĐA

trên đường dây tải điện, bao gồm:

Hình 2-6: Mô hình cột điện

Cột điện trong lưới điện truyền tải được thay thế ởi mô hình thông số b phân

b gố ồm bốn phầ [1, 3] như trên n hình 2-6, trong đó:

37

Zt1: điện trở sóng từ đỉnh cột tớ dây pha trên cùng =i điện tr sóng t dây pha ở ừ trên cùng t i dây pha ớ ở gi a = điệữ n tr sóng t ở ừ dây pha ở giữa tới dây pha dưới cùng;

Zt4: điện trở sóng từ dây pha dưới cùng tới chân cột

Theo Ametani [1], giá trị điện trở sóng đối với cột điện đường dây 110 kV là: Zt1 = 220 Ω, Zt4 = 150 Ω

Sóng QĐA lan truyền d c theo cọ ột điện v i v n t c b ng v n t c ánh sáng ớ ậ ố ằ ậ ốtrong chân không c0 = 300 m/μs Để mô ph ng s tắt dần và biến dạng trong quá ỏ ựtrình truy n sóng, ph n tề ầ ử RL mắc song song được thêm vào mỗi phần như trên hình 2-6 G iá trị ủ c a R và L được xác đ nh theo công th c sau:ị ứ

ln

t

Z R

h - chiều cao cột;

τ - thời gian truyền sóng trên cột điện,

0

h c

b) Mô hình dây dẫn:

Dây dẫn được thay thế ở b i phần tử LCC sử ụ d ng mô hình Jmarti g m 8 pha ồ(6 dây pha và 2 DCS) Mô hình có tính đế ảnh hưởn ng c a hi u ng b m t ủ ệ ứ ề ặChương trình yêu cầu nh p thông s hình hậ ố ọc và điện tr ở đơn vị ủa đườ c ng dây c n ầtính toán Thông số ủ c a đường dây được tính toán tự động bởi chương trình con LINE CONSTANTS/LINE PARAMETERS hỗ ợ tr cho EMTP

38

Chuỗi sứ cách điện được mô tả như chuỗi các điện dung ghép hỗn hợp (nối tiếp và song song theo b trí cố ủa chuỗi cách điện), trị ố điệ s n dung tiêu chu n cho ẩ

một bát sứ ấy bằng 80pF Mô hình mô phỏng như sau: l

Hình 2-7: Mô hình thay thế chu i cách đi n ỗ ệ

Mức cách đi n xung kích của chuỗi cách điện được mô tả ằng đườệ b ng đ c ặtính Vôn giây c a khe h- ủ ở phóng điện chuỗi cách điện (archorn), với phương trình

đặc tính ph thu c chi u dài khe h ụ ộ ề ở phóng điện L (m):

Trong đó: t - thời gian quá điện áp đặt lên chuỗi cách điện (µs);

L - chiều dài khe hở phóng điện của chuỗi cách điện (m)

Khi hiệu điện thế đặt lên chuỗi sứ vượt quá giá trị Vcs(t), xảy ra phóng điện trên khe hở của chuỗi sứ cách điện

d) Mô hình nguồn điện sét:

Có r t nhiấ ều các công trình đề xuất các mô hình sóng dòng điện sét sử ụ d ng trong mô phỏng QĐA áp khí quyển Ở đây ta sẽ ử ụ s d ng mô hình Heidler và mô hình sóng xiên góc mô phỏng phóng điện sét

Nguồn sóng sét dạng xiên góc đượ đặc c trưng bởi:

 Biên độ dòng điện sét Is

 Thời gian đầu sóng τđs

MODEL FLASHQ