Lu n văn đi sâu tậ ập trung nghiên cứu giải pháp cụ thể của việc lắp chống sét van trên đường dây với mục đích giảm tối đa nh hưả ởng từ quá điện áp khí quyể ến đ n đường dây truy n tề ả
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu giải pháp đảm bảo vận hành an toàn đường dây truyền tải điện TRẦN HỒNG CƯỜNG Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn : Viện: TS Nguyễn Việt Cường Điện Hà Nội, 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132021371000000 i Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến nhóm nghiên cứu khoa học Viên Điện thuộc trường đại học Bách Khoa Hà Nội nghiên cứu phát triển ý tưởng đưa để áp dụng hữu ích vào thực tế Những buổi họp, trao đổi hàng tuần mang lại hiệu lớn đến công việc tơi Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn với thầy Viện Điện bảo cho nhiều kiến thức chuyên môn hệ thống điện để tơi có góc nhìn rõ đề tài nghiên cứu tơi Từ đó, tơi tập trung nghiên cứu phân giải pháp đảm bảo vận hành an toàn đường dây truyền tải điện Đồng thời hồn thành chương trình đào tạo cao học trường đại học Bách Khoa Hà Nội Cuối quan trọng nhất, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng dạy giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Việt Cường giúp định hướng đề tài, hỗ trợ tối đa, giảng giải chi tiết để hoàn thành luận văn cách tốt Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức có hạn (một phần thời gian ảnh hưởng Covid-19 từ đầu 2020 đến nay) nên khơng thể tránh sai sót lúc thực luận văn Kính mong q thầy giúp đỡ dẫn thêm để tơi phát triển luận văn này, đưa vào áp dụng để mang lại nhiều đóng góp thực tế i Tóm tắt nội dung luận văn Định hướng: Cùng với phát triển khoa học công nghệ ngày cao, điện ngày đóng vai trị quan trọng tất ngành kinh tế tham gia vào lĩnh vực đời sống xã hội Do đó, đảm bảo hoạt động tin cậy cho đường dây truyền tải vấn đề quan trọng Sự cố đường dây truyền tải gây ảnh hưởng đến khả cung cấp điện hệ thống, dẫn đến ngừng cung cấp điện cho số phụ tải khu vực rộng lớn, tác động xấu đến đời sống kinh tế xã hội quốc gia Mục tiêu: Mục tiêu nghiên cứu giải pháp đảm bảo vận hành an toàn đường dây truyền tải điện, bao gồm giới thiệu chi tiết giải pháp áp dụng nhằm giảm thiểu hạn chế tối đa cố xảy đường dây 220kV 500kV làm gián đoạn việc cung cấp điện đến phụ tải, có nguy ảnh hưởng đến an ninh trị đất nước Luận văn sâu tập trung nghiên cứu giải pháp cụ thể việc lắp chống sét van đường dây với mục đích giảm tối đa ảnh hưởng từ điện áp khí đến đường dây truyền tải Phương pháp: Luận văn sử dụng phần mềm độ điện từ EMTP-ATP để mô sét đánh vào đường dây cao áp Đây phương pháp tương đối hiệu với phân tích chuyên sâu, kết mơ giúp nhận lợi ích việc sử dụng lắp chống sét van Kết nghiên cứu đưa vị trí cụ thể để tiến hành lắp chống sét van loại có khe hở khơng khí bên ngồi vị trí cột xung yếu nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng điện áp khí đến hoạt động vận hành bình thường đường dây truyền tải điện Hạn chế: Cần kiểm chứng áp dụng thực tế, từ đưa đánh giá, nhận xét hiệu lắp đặt chống sét van đường dây truyền tải điện Kết luận: Luận văn việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo vận hành an toàn đường dây truyền tải điện áp dụng cho đường dây 220kV 500kV vận hành đầu tư xây dựng mới, góp phần nâng cao tính hiệu kinh tế việc truyền tải điện hạn chế việc ngừng cung cấp điện HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên ii MỤC LỤC Danh mục viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ vii MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục đích Đối tượng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG Đường dây truyền tải điện giải pháp đảm bảo vận hành an toàn 1.1 Khái niệm đường dây truyền tải điện 1.2 Sự cố lưới điện truyền tải 1.3 Các giải pháp đảm bảo vận hành an toàn lưới điện truyền tải 1.3.1 Giải pháp phần trạm biến áp 1.3.2 Giải pháp phần đường dây 1.3.3 Giải pháp chống sét cho đường dây 1.3.4 Giải pháp sử dụng chống sét van để bảo vệ đường dây truyền tải 1.4 Phần mềm tính tốn chế độ độ điện từ lưới điện 12 1.4.1 Mơ hình phần tử tính tốn nghiên cứu sét EMTP-ATP 12 1.4.2 Phương pháp tính tốn 18 1.4.3 Tính tốn suất cắt 21 CHƯƠNG Tổng quan hệ thống điện truyền tải Việt Nam 24 2.1 Quy mô khối lượng lưới điện truyền tải 24 2.2 Tình hình cố lưới điện truyền tải 25 2.2.1 Tổng hợp cố đường dây truyền tải từ năm 2010 - 2019 26 2.2.2 Phân tích số lượng cố sét giai đoạn 2010 - 2019 27 2.3 Giải pháp giảm thiểu cố, nâng cao độ an toàn vận hành lưới điện 29 2.4 Đối tượng nghiên cứu: 35 2.4.1 Giới thiệu đường dây 220kV Việt Trì - Yên Bái 35 2.4.2 Thống kê cố đường dây 220kV Việt Trì - Yên Bái 36 CHƯƠNG Áp dụng tính tốn giải pháp giảm thiểu cố đường dây 220kV Việt Trì - Yên Bái 38 3.1 Phân tích giải pháp áp dụng 38 3.2 Áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van 40 3.2.1 Tính tốn xác định vị trí lắp đặt chống sét van 40 iii 3.3.2 Lựa chọn loại chống sét van cho đường dây 44 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 48 Phụ lục 1: Kết tính tốn dịng điện sét lớn đánh vào dây dẫn 48 Phụ lục 2: Kết mô dòng điện phần mềm EMTP-ATP 49 Phụ lục 3: Kết tính tốn suất cắt đường dây sét 52 Phụ lục 4: Kết tính tốn dịng điện qua chống sét van vị trí cột 56 Phụ lục 5: Thống kê loại cột đường dây 220kV Việt Trì – Yên Bái 58 Phụ lục 6: Thống kê loại cách điện đường dây 220kV Việt Trì – Yên Bái 59 Phụ lục 7: Thống kê loại phụ kiện đường dây 220kV Việt Trì – Yên Bái 59 Phụ lục 8: Thống kê loại móng đường dây 220kV Việt Trì – n Bái 60 Phụ lục 9: Thông số kỹ thuật đường dây 220 kV Việt Trì – Yên Bái 61 Phụ lục 10: Thống cố sét đường dây 220 kV Việt Trì – Yên Bái 65 Phụ lục 11: Chi tiết danh sách cột theo nhóm ưu tiên lắp đặt CSV 67 Phụ lục 12: Tổng hợp theo dõi tiếp địa cột đường dây Việt Trì – Yên Bái 72 Phụ lục 13: Tổng hợp suất cắt lắp CSV cho nhóm ưu tiên đường dây Việt Trì – Yên Bái 78 Phụ lục 14: Bảng thông số điện trở, điện cảm tầng mơ hình cột nhiều tầng cho 12 loại cột tuyến Việt trì –Yên bái 84 iv Danh mục viết tắt Ký hiệu CSV DD EMTP HTĐ NPT PT PTC PTC1 QĐA SCS SSC TBA VT Tên tiếng Anh Lightning protection valve Line Electro Magnetic Transient Program Power system National Power Transimission Corporation Pooctich substation Power Transmission Company Power Transmission Company Overvoltage Lightning rods Incident rate Substation Location Tên tiếng Việt Chống sét van Đường dây Chương trình độ điện từ Hệ thống điện Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia Pooctich trạm biến áp Công ty Truyền tải điện Công ty Truyền tải điện Quá điện áp Dây chống sét Suất cố Trạm biến áp Vị trí v Danh mục bảng Bảng 2.1 Khối lượng lưới truyền tải điện giai đoạn 2010-2019 23 Bảng 2.2 Tỉ lệ tăng trưởng khối lượng đường dây theo năm 23 Bảng 2.3 Phân loại nguyên nhân cố đường dây giai đoạn 2010-2019 25 Bảng 2.4 Thống kê cố nguyên nhân sét đường dây giai đoạn 2010-2019 25 Bảng 2.5 Phân bố số lượng cố sét đường dây theo Đơn vị 26 Bảng 2.6 Phân bố cố sét đường dây theo tháng 27 Bảng 2.7 Tổng hợp cố sét đường dây Tuyên Quang – Thái Nguyên 32 Bảng 2.8 Mật độ giông sét khu vực tuyến qua 35 Bảng 2.9 Thống kê số lượng cố sét theo năm 35 Bảng 3.1 Tổng hợp vị trí cải tạo tiếp địa 38 Bảng 3.2 Các mức đánh giá khả dễ bị cố sét cột đường dây 40 Bảng 3.3 Kết phân tích cột bị cố khứ 40 Bảng 3.4 Tiêu chí đánh giá mức độ ưu tiên lắp đặt chống sét van 41 Bảng 3.5 Áp dụng tiêu chí đánh giá mức độ ưu tiên cho đường dây Việt Trì – Yên Bái 41 Bảng 3.6 Tổng hợp kết phân nhóm ưu tiên lắp đặt chống sét van 41 Bảng 3.7 Tổng hợp kết tính tốn lắp đặt chống sét van 43 vi Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Áp dụng chống sét van khơng có khe hở đường dây 10 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo chống sét van loại EGLA 11 Hình 1.3 Chống sét van loại EGLA bị hỏng trang bị thiết bị cách ly tự rơi 12 Hình 1.4 Các thông số dây dẫn dây chống sét nhập mơ 13 Hình 1.5 Mơ hình cột mạch mơ tương đương EMTP 13 Hình 1.6 Phân đoạn theo tầng tổng trở sóng 14 Hình 1.7 Mơ hình dùng EMTP để mơ mỏ phóng 15 Hình 1.8 Mơ nguồn sét theo Isurge1 16 Hình 1.9 Mơ hình chống sét van theo IEEE 16 Hình 1.10 Mơ hình chống sét van EMTP 17 Hình 1.11 Đặc tính V-I chống sét van 17 Hình 1.12 Mơ hình điện hình học xác định diện tích thu hút sét đánh vào dây dẫn 18 Hình 1.13 Mơ hình điện hình học sét đánh vào dây dẫn 19 Hình 1.14 Xác suất tích lũy biên độ dòng điện sét theo thống kê 19 Hình 1.15 Xác định dịng sét đánh vào dây dẫn lớn theo mơ hình điện hình học 20 Hình 2.1 Khối lượng đường dây 220kV-500 kV từ năm 2010-2019 24 Hình 2.2 Biểu đồ số lượng vụ cố cố sét theo năm 26 Hình 2.3 Biểu đồ phân bổ cố sét Đơn vị theo năm 27 Hình 2.4 Biểu đồ cố sét trung bình theo tháng 27 Hình 2.5 Một số hình ảnh lắp chống sét đa tia đường dây 31 Hình 2.6 Một số hình ảnh xử lý hệ thống tiếp địa 32 Hình 2.7 Bản đồ mật độ giơng sét Việt Nam 36 Hình 3.1 Dịng ngưỡng sét đánh vào đỉnh cột đường dây Việt Trì – Yên Bái 40 Hình 3.2 Phân bố chiều cao cột tuyến đường dây Việt Trì – Yên Bái 42 vii MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Cùng với phát triển khoa học công nghệ ngày cao, điện ngày đóng vai trị quan trọng tất ngành kinh tế tham gia vào lĩnh vực đời sống xã hội Việc đảm bảo làm việc tin cậy cho đường dây truyền tải vấn đề quan trọng Mọi cố đường dây truyền tải gây ảnh hưởng đến khả cung cấp điện hệ thống, dẫn đến ngừng cung cấp điện cho số phụ tải khu vực rộng lớn, tác động xấu đến phát triển kinh tế đời sống trị xã hội Ngày việc sản xuất, truyền tải phân phối điện chuyển sang hoạt động theo chế thị trường, thiệt hại điện gây ngành điện phải bồi thường Vấn đề độ tin cậy cung cấp điện đặc biệt quan tâm Sét đánh vào đường dây yếu tố chủ yếu gây cố ngừng cung cấp điện đường dây Sét đánh vào đường dây truyền tải thường gây phóng điện chuỗi cách điện, gây ngắn mạch pha phóng điện pha gây ngắn mạch pha-pha, khiến cho bảo vệ đường dây tác động làm gián đoạn cấp điện Trường hợp cách điện bị phá huỷ gây ngắn mạch trì, máy cắt khơng tự đóng lại thành cơng khiến cho cung cấp điện bị ngưng trệ thời gian dài gây tổn thất lớn kinh tế Ngay cách điện khơng bị phá huỷ hồn tồn, lần gặp cố phóng điện bề mặt sét đánh, bát cách điện thường bị bong rộp, không đảm bảo độ tin cậy vận hành cần thay Việc thay bát cách điện đòi hỏi phải cắt điện đường dây thời gian định Thêm vào đó, vị trí khó đến đỉnh đồi, núi cao, cơng tác sữa chữa gặp nhiều khó khăn tốn Ở Việt Nam đường dây truyền tải 220kV-500kV trải dài dọc từ Bắc đến Nam, qua nhiều khu vực địa hình từ núi cao đến đầm lầy Việt Nam nằm nhiều vùng khu vực khí hậu khắc nghiệt, thường xun có nhiều giơng sét xảy với mật độ cao cường độ lớn, đặc biệt vùng núi đá cao, vùng chuyển tiếp đồi núi với đồng Mục đích Để giảm thiểu cố có nguyên nhân sét cần “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo vận hành an toàn đường dây truyền tải điện”, qua đánh giá lại giải pháp thực giảm số lượng cố sét đường dây Luận văn nghiên cứu kỹ giải pháp cụ thể: tính tốn lắp đặt chống sét van Thông qua việc thu thập, tính tốn mơ phỏng, áp dụng kết tính toán đường dây 220kV vận hành với mục tiêu giảm thiểu cố có nguyên nhân sét đường dây Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn đường dây 220kV 500kV hệ thống truyền tải điện Đặc biệt, đối tượng nghiên cứu để tính tốn mô áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van 220kV loại có khe hở ngồi đường dây 220kV Việt Trì - Yên Bái - đường dây quan trọng cấp điện cho tỉnh miền núi phía Tây Bắc miền Bắc Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Luận văn tổng kết mặt lý thuyết thực tế giải pháp đảm bảo an toàn vận hành hệ thống truyền tải điện nói chung đường dây truyền tải điện nói riêng, đặc biệt áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van để giảm ảnh hưởng điện áp khí đến tiêu suất cố đường dây 220kV 500kV hệ thống điện Việt Nam Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu dựa sở lý thuyết nâng cao kỹ thuật điện cao áp, phối hợp cách điện, phóng điện mơi trường khơng khí bề mặt cách điện - Khảo sát số liệu thông số kỹ thuật đường dây số liệu cố, tính tốn mơ tác động điện áp khí lên thành phần đường dây áp dụng giải pháp bảo vệ đường dây - Luận văn sử dụng phần mềm tính tốn q độ điện từ EMTP-ATP mơ ngưỡng chịu sét đánh vào đỉnh cột, dây chống sét dây dẫn, từ lựa chọn vị trí phù hợp để lắp chống sét van Đồng thời, sau lắp chống sét van, tiến hành tính tốn lại suất cắt đường dây để đánh giá tính hiệu giải pháp Các tính tốn áp dụng luận văn bao gồm: - Tính tốn mơ q trình phóng điện sét phần mềm q độ điện từ EMTP-ATP - Nghiên cứu giải pháp thiết kế lắp chống sét van đường dây - Kiểm nghiệm kết tính tốn theo lý thuyết với thông số thực tế đường dây, kiến nghị lựa chọn lắp đặt chống sét van phù hợp thực tế