Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Điện - Điện tử - Viễn thông ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN KHƠNG NON NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐỜNG DÂY 220KV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI Chuyên Ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 60520202 T M TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐI N Đà Nẵng – Năm 2018 Công trình được hoàn thành tại TRỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Trung Hiếu Phản biện 1: TS. Lưu Ngọc An Phản biện 2: TS. Lê Hữu Hùng. Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Điện kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 tháng 06 năm 2018. Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa Thư viện Khoa điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Trước yêu cầu về việc cung cấp điện liên tục, đảm bảo chất lượng cho phụ tải như hiện nay thì việc giông sét thường xuyên đánh vào đường dây gây sự cố là điều đòi hỏi người làm công tác kỹ thuật, quản lý lưới điện phải thường xuyên quan tâm, nghiên cứu tìm tòi các giải pháp hiệu quả nhất để nâng cao khả năng chịu sét cho đường dây tải điện. Để giải quyết được vấn đề trên người ta thường đưa treo dây chống sét; đặt chống sét van chống sét van, bổ sung tiếp địa cột, tăng góc b ảo vệ chống sét... Tuy nhiên do tính chất phức tạp của hoạt động giông sét đặc biệt là ở Miền trung của ở nước ta nơi có mật độ giông sét cao, địa hình, địa chất phức tạp cần thiết phải có những giải pháp cụ thể phù hợp với điều kiện thực tế, đảm bảo chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật cao để áp dụng những biện pháp thích hợp nhất có thể nhằm giảm suất cắt do giông sét gây ra cho đường dây nói riêng và hệ thống điện truyền tải điện nói chung. 2. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu bảo vệ chống sét cho đƣờ ng dây: 2.1. Giới thiệu chung về đường dây: Truyền tải điện Quảng Ngãi quản lý tổng cộng 91km đường dây 500kV Pleiku – Dốc Sỏi và Dốc Sỏi – Đà Nẵng; 136km đường dây 220kV (Gồm: đường dây 220kV Tam Kỳ - Dốc Sỏi; đường dây 220kV Dốc Sỏi – Dung Quất; đường dây 220kV Dốc Sỏi - Quảng Ngãi và đường dây 220kV Sơn Hà – Dốc Sỏi) cũng nằm trong vùng thường xuyên có giông sét đặc biệt là đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi với chiều dài gần 60km gồm 178 vị trí đi qua 05 huyện (gồm huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Nghĩa Hành và Mộ Đức của Tỉnh Quảng Ngãi); Về địa hình thì đường dây hầu như các vị trí đều đi qua vùng đồi núi cao, chỉ một số ít vi trí nằm ở đồng bằng. 2 Theo thống kê trong những năm gần đây số lần sự cố do sét đánh đều vượt suất chỉ tiêu do Tổng Công ty giao. Do vậy, hàng năm việc tính toán để giảm thiểu sự cố do sét đánh vào các đường dây là một vấn đề cấp bách đòi hỏi đơn vị quản lý vận hành phải đưa ra nhiều giải pháp thích hợp để hạn chế thấp nhất suất sự cố do sét đánh vào đường dây. 2.2. Mục đích, nhiệm vụ chính: - Phân tích một số nguyên nhân gây sự cố thoáng qua do sét đánh vào đường dây 220kV. - Nghiên cứu một số giải pháp nhằm giảm suất cắt cho đường dây 220kV. - Trên cơ sở các chỉ tiêu về Kinh – Kỹ thuật đã phân tích đánh giá, lựa chọn và đề xuất một số giải pháp phù hợp với tình hình thực tế, mang lại hiệu quả cao và có thể áp dụng cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. 3. Đối tƣợng và phạm vị nghiên cứu: 3.1. Đối tượng nghiên cứu: - Đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu các nguyên nhân gây sự cố lưới điện do sét đánh và hiện tượng quá điện áp khí quyển. - Tính toán tần suất cắt điện của 220kV do giông sét gây ra theo các số liệu cụ thể hiện tại trên đường dây. - Phân tích một số giải pháp có thể giảm suất cắt cho đườ ng dây. 4. Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn: 4.1. Cơ sở lý luận: - Nội dung của luận văn được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện cao áp. - Các tài liệu nghiên cứu về kỹ thuật điện cao áp. 3 - Các quy trình, quy phạm trang bị điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - Thông số kỹ thuật, quá trình vận hành thực tế của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. 4.2. Phương pháp nghiên cứu: - Chủ yếu là phương pháp phân tích trên cơ sở lý thuyết đã có. Tính toán, so sánh, đánh giá các số liệu trên cơ sở tính toán để lựa chọn giải pháp tối ưu áp dụng các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài: 5.1. Ý nghĩa khoa học: - Tính toán cụ thể các trường hợp suất cắt điện của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi, nghiên cứu, tìm các giải pháp nhằm giảm suất cắt tối thiểu cho đường dây trong quá trình vận hành thực tế. - Sau khi đưa ra các giải pháp tiếp tục so sánh, lựa chọn các giải pháp phù hợp để hạn chế suất cắt trên đường dây. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn: - Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét phù hợp, tối ưu nhất nhằm đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, đảm bảo suất cắt cho đường dây theo yêu cầu đề ra. 6. Cấu trúc của luận văn (Gồm 03 chƣơng): Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1. Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượng giông sét. 1.2. Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành. 1.3. Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây. 4 Chƣơng 2 - PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐỜNG DÂY 220kV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI 2.1. Giới thiệu đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. 2.2. Các thông số, dữ liệu của đường dây trên toàn tuyến, địa hình. 2.3. Giá trị điện trở suất, điện trở nối đất của từng vị trí cột đường dây. 2.4. Thống kê số lần sự cố trong thời gian gần đây. 2.5. Tính toán suất cắt cho một số trường hợp cụ thể đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi. Chƣơng 3 - CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐỜNG DÂY 220kV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI 3.1. Các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây: 3.1.1. Lắp đặt chống sét van. 3.1.2. Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ. 3.1.3. Giảm góc bảo vệ. 3.1.4. Thay đổi điện trở nối đất của cột. 3.1.4.1. Giải pháp kỹ thuật khi chôn bổ sung dây tiếp địa đường dây: 3.1.4.2. Tính toán kinh tế khi bổ sung dây tiếp địa trong các trường hợp trên: 3.2. Lựa chọn giải pháp tối ưu cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi: 3.2.1. Lắp đặt chống sét van: 3.2.2. Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ: 3.2.3. Giảm góc bảo vệ: 3.2.4. Thay đổi điện trở nối đất của cột. 3.3. Kết luận: 5 Chƣơng 01 - TỔNG QUAN VỀ HI N TỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐI N 1.1. Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượ ng giông sét xuất hiện trong tự nhiên. 1.1.1. Cực tính của dòng điện sét. 1.1.2. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện dòng điện sét. 1.1.3. Biên độ dòng sét và sự xuất hiện của sét: 1.1.4. Cường độ hoạt động của sét và mật độ sét: 1.2. Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành. Khi sét đánh vào đường dây tải điện trên không xuất hiện quá điện áp đặt lên cách điện và lan truyền dưới dạng sóng quá điện áp khí quyển có thể làm hư hỏng cách điện đường dây, phát sinh hồ quang duy trì dẫn đến sự cố ngắn mạch hay lan truyền vào Trạm biến áp làm hư hỏng cách điện và các thiết bị trong trạm, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng cho phụ tải khu vực. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự cố do sét của đườ ng dây truyền tải như mức cách điện của đường dây, điện trở tiếp địa, cấu hình cột, hoạt động thời tiết, đặc điểm địa hình, khí h ậu mà đường dây đi qua... Trong đó, yếu tố địa hình có ảnh hưởng khá lớn tới sự cố do sét của đường dây. Các tham số địa hình được xét đến ở đây bao gồm: - Mật độ giông sét khu vực đường dây đi qua. - Độ cao chân cột và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển. - Loại địa chất nơi đường dây đi qua. Sau đây ta sẽ xét đến ảnh hưởng của từng tham s ố tới sự cố do sét đánh của đường dây truyền tải. 1.2.1. Mật độ giông sét tại khu vực đường dây đi qua. Mật độ sét là đại lượng đặc trưng cho cường độ hoạt động 6 giông sét của từng khu vực. Giá trị của mật độ giông sét được xác định bằng trung bình của tổng số lần sét dánh vào mặt đất trên 1km2năm. Trị số này khác nhau theo từng khu vực, phụ th uộc vào đặc điểm địa hình khí hậu và thời tiết tại khu vực đó. 1.2.2. Độ cao của cột so với mực nước biển. Đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắp lãnh th ổ từ Bắc vào Nam, đường dây đi qua vùng đồng bằng hoặc vùng đồ i núi cao. Những vùng đường dây đi qua khác nhau có độ cao so với mực nước biển cũng khác nhau. Vì vậy, thông số về độ cao chân cộ t và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển cũng khác nhau. Nhìn chung , thì tại các vị trí càng cao thì mật độ sét đánh thẳng vào đường dây càng lớn... Hoạt động giông sét mạnh thường xuất hiện ở nhữ ng vùng núi cao, những cột nằm ở vị trí này thường dễ bị sự cố nhất. 1.2.3. Suất sự cố theo địa chất tại khu vực xung quanh chân cột. Do đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắ p lãnh thổ mà mỗi vùng miền thì có những đặc điểm về địa chất khác nhau nên điện trở suất trong đất tại khu vực xung quanh chân c ột cũng khác nhau. Đối với những vùng có điện trở suất đất cao thì dòng điệ n sét tản trong đất khó khăn hơn và suất sự cố cao hơn và sự cố đường dây cũng thường tập trung váo khu vực này. 1.3. Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây. 1.3.1. Treo dây chống sét. Dây chống sét làm nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳ ng cho dây dẫn (dây pha) nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối m à vẫn còn khả năng sét đánh vào dây dẫn. 7 1.3.2. Giảm góc bảo vệ α. Hiện nay trên thế giới đang sử dụng phương pháp giảm suất cắt do sét bằng cách tạo góc bảo vệ âm để bảo vệ đường dây bằng cách treo chuỗi cách điện trên cột điện theo kiểu hình chữ V như sau: Hình 1.3 – Góc bảo vệ âm 1.3.3. Tăng chiều dài chuỗi cách điện của đường dây. Với mục đích của giải pháp này là: Tăng chiều dài chuỗi sứ là tăng đường rò, kéo dài khoảng cách mỏ phóng, tăng dòng điện ngưỡng xảy ra phóng điện đối với cả sét đánh vào đườ ng dây chống sét và dây dẫn. Biện pháp thực hiện: Bổ sung thêm từ 1 đến 3 bát s ứ cùng chủng loại vào chuỗi sứ hiện hữu trên đường dây. Trường hợp khi có phóng điện xảy ra tr ên chuỗi cách điện của đường dây máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện h ồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ quang η phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây đó. Có thể xá c định η theo bảng sau: 8 Elv Ulv(kVm) lcs 50 30 20 10 η 0,6 0,45 0,25 0,1 Bảng 1.1: Xác suất hình thành hồ quang Trong đó: Ulv – điện áp pha lcs – chiều dài chuỗi sứ - Tuy nhiên trong quá trình khảo sát lập phương án, thiết kế phải chú ý đảm bảo khoảng cách an toàn tránh hiện t ượng phóng điện trong không khí gây sự cố cho đường dây. 1.3.4. Đặt chống sét van đường dây. Chống sét van đường dây dùng để bảo vệ đường dây có nguyên lý hoạt động khác so với hầu hết các kiểu chống sét khác. Đối với chống sét van đường dây,thì dòng điện sét được dẫn trên dây dẫn. Đối với các trường hợp chống sét khác, dòng điện sét được cách ly khỏi dây d ẫn. Trường hợp này chủ yếu là giảm dòng điện sét khi sét đánh vòng qua dây dẫn. Hình 1.4: Đặt chống sét van đường dây 9 1.3.5. Thay đổi điện trở của cột (bổ sung dây nối đất). Việc giảm điện trở cột để cải thiện sóng quá điện áp xuất hiện trên cột là một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để giảm xác suất phóng điện cho đường dây. Giải pháp này được thực hiện như sau: - Bổ sung các cọc, thanh tiếp địa vào hệ thống tiếp địa hiện hữu để giảm điện trở Rc của cột. - Bổ sung thêm nhiều dây tiếp địa vào hệ thống tiếp địa củ của đường dây đang vận hành để giảm điện trở Rc của cột. 1.4. Kết luận. Như vậy, qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các nguyên nhân gây sự cố do sét đánh vào đường dây, nội dung của luận văn cũng đưa ra một số giải pháp để hạn chế thấp nhất suất cắt cho các đường dây cao áp đang vận hành. Việc lựa chọn, áp dụng giải pháp thích hợp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố về khí hậu vùng miền, địa hình, địa chất… nơi đường dây đi qua. Ngoài ra, hi ện nay trên thế giới một số nước thiết kế đường dây dẫn điện trên không lựa chọn hướng tuyến để tránh vùng có mật độ sét hàng năm cao. Dựa trên bản đồ phân bố sét, kết quả quan trắc thu thập sét, tùy theo tình hình đường dây đi qua là vùng đồng bằng, thung lũng, đồi dốc…để lựa chọn hướng tuyến phù hợp. Trường hợp này người ta ưu tiên lựa chọn tuyến đường dây đi qua vùng đồng bằng, dưới thu...
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN KHƢƠNG NON NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI Chuyên Ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 60520202 T M TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐI N Đà Nẵng – Năm 2018 Công trình được hoàn thành tại TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Trịnh Trung Hiếu Phản biện 1: TS Lưu Ngọc An Phản biện 2: TS Lê Hữu Hùng Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Điện kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 tháng 06 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa Thư viện Khoa điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 I MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài: Trước yêu cầu về việc cung cấp điện liên tục, đảm bảo chất lượng cho phụ tải như hiện nay thì việc giông sét thường xuyên đánh vào đường dây gây sự cố là điều đòi hỏi người làm công tác kỹ thuật, quản lý lưới điện phải thường xuyên quan tâm, nghiên cứu tìm tòi các giải pháp hiệu quả nhất để nâng cao khả năng chịu sét cho đường dây tải điện Để giải quyết được vấn đề trên người ta thường đưa treo dây chống sét; đặt chống sét van chống sét van, bổ sung tiếp địa cột, tăng góc bảo vệ chống sét Tuy nhiên do tính chất phức tạp của hoạt động giông sét đặc biệt là ở Miền trung của ở nước ta nơi có mật độ giông sét cao, địa hình, địa chất phức tạp cần thiết phải có những giải pháp cụ thể phù hợp với điều kiện thực tế, đảm bảo chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật cao để áp dụng những biện pháp thích hợp nhất có thể nhằm giảm suất cắt do giông sét gây ra cho đường dây nói riêng và hệ thống điện truyền tải điện nói chung 2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu bảo vệ chống sét cho đƣờng dây: 2.1 Giới thiệu chung về đường dây: Truyền tải điện Quảng Ngãi quản lý tổng cộng 91km đường dây 500kV Pleiku – Dốc Sỏi và Dốc Sỏi – Đà Nẵng; 136km đường dây 220kV (Gồm: đường dây 220kV Tam Kỳ - Dốc Sỏi; đường dây 220kV Dốc Sỏi – Dung Quất; đường dây 220kV Dốc Sỏi - Quảng Ngãi và đường dây 220kV Sơn Hà – Dốc Sỏi) cũng nằm trong vùng thường xuyên có giông sét đặc biệt là đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi với chiều dài gần 60km gồm 178 vị trí đi qua 05 huyện (gồm huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Nghĩa Hành và Mộ Đức của Tỉnh Quảng Ngãi); Về địa hình thì đường dây hầu như các vị trí đều đi qua vùng đồi núi cao, chỉ một số ít vi trí nằm ở đồng bằng 2 Theo thống kê trong những năm gần đây số lần sự cố do sét đánh đều vượt suất chỉ tiêu do Tổng Công ty giao Do vậy, hàng năm việc tính toán để giảm thiểu sự cố do sét đánh vào các đường dây là một vấn đề cấp bách đòi hỏi đơn vị quản lý vận hành phải đưa ra nhiều giải pháp thích hợp để hạn chế thấp nhất suất sự cố do sét đánh vào đường dây 2.2 Mục đích, nhiệm vụ chính: - Phân tích một số nguyên nhân gây sự cố thoáng qua do sét đánh vào đường dây 220kV - Nghiên cứu một số giải pháp nhằm giảm suất cắt cho đường dây 220kV - Trên cơ sở các chỉ tiêu về Kinh – Kỹ thuật đã phân tích đánh giá, lựa chọn và đề xuất một số giải pháp phù hợp với tình hình thực tế, mang lại hiệu quả cao và có thể áp dụng cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 3 Đối tƣợng và phạm vị nghiên cứu: 3.1 Đối tượng nghiên cứu: - Đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 3.2 Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu các nguyên nhân gây sự cố lưới điện do sét đánh và hiện tượng quá điện áp khí quyển - Tính toán tần suất cắt điện của 220kV do giông sét gây ra theo các số liệu cụ thể hiện tại trên đường dây - Phân tích một số giải pháp có thể giảm suất cắt cho đường dây 4 Cơ sở lý luận và phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn: 4.1 Cơ sở lý luận: - Nội dung của luận văn được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện cao áp - Các tài liệu nghiên cứu về kỹ thuật điện cao áp 3 - Các quy trình, quy phạm trang bị điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam - Thông số kỹ thuật, quá trình vận hành thực tế của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 4.2 Phương pháp nghiên cứu: - Chủ yếu là phương pháp phân tích trên cơ sở lý thuyết đã có Tính toán, so sánh, đánh giá các số liệu trên cơ sở tính toán để lựa chọn giải pháp tối ưu áp dụng các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài: 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Tính toán cụ thể các trường hợp suất cắt điện của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi, nghiên cứu, tìm các giải pháp nhằm giảm suất cắt tối thiểu cho đường dây trong quá trình vận hành thực tế - Sau khi đưa ra các giải pháp tiếp tục so sánh, lựa chọn các giải pháp phù hợp để hạn chế suất cắt trên đường dây 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét phù hợp, tối ưu nhất nhằm đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, đảm bảo suất cắt cho đường dây theo yêu cầu đề ra 6 Cấu trúc của luận văn (Gồm 03 chƣơng): Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượng giông sét 1.2 Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành 1.3 Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây 4 Chƣơng 2 - PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY 220kV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI 2.1 Giới thiệu đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 2.2 Các thông số, dữ liệu của đường dây trên toàn tuyến, địa hình 2.3 Giá trị điện trở suất, điện trở nối đất của từng vị trí cột đường dây 2.4 Thống kê số lần sự cố trong thời gian gần đây 2.5 Tính toán suất cắt cho một số trường hợp cụ thể đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi Chƣơng 3 - CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY 220kV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI 3.1 Các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây: 3.1.1 Lắp đặt chống sét van 3.1.2 Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ 3.1.3 Giảm góc bảo vệ 3.1.4 Thay đổi điện trở nối đất của cột 3.1.4.1 Giải pháp kỹ thuật khi chôn bổ sung dây tiếp địa đường dây: 3.1.4.2 Tính toán kinh tế khi bổ sung dây tiếp địa trong các trường hợp trên: 3.2 Lựa chọn giải pháp tối ưu cho đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi: 3.2.1 Lắp đặt chống sét van: 3.2.2 Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ: 3.2.3 Giảm góc bảo vệ: 3.2.4 Thay đổi điện trở nối đất của cột 3.3 Kết luận: 5 Chƣơng 01 - TỔNG QUAN VỀ HI N TƢỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐI N 1.1 Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượng giông sét xuất hiện trong tự nhiên 1.1.1 Cực tính của dòng điện sét 1.1.2 Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện dòng điện sét 1.1.3 Biên độ dòng sét và sự xuất hiện của sét: 1.1.4 Cường độ hoạt động của sét và mật độ sét: 1.2 Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành Khi sét đánh vào đường dây tải điện trên không xuất hiện quá điện áp đặt lên cách điện và lan truyền dưới dạng sóng quá điện áp khí quyển có thể làm hư hỏng cách điện đường dây, phát sinh hồ quang duy trì dẫn đến sự cố ngắn mạch hay lan truyền vào Trạm biến áp làm hư hỏng cách điện và các thiết bị trong trạm, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng cho phụ tải khu vực Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự cố do sét của đường dây truyền tải như mức cách điện của đường dây, điện trở tiếp địa, cấu hình cột, hoạt động thời tiết, đặc điểm địa hình, khí hậu mà đường dây đi qua Trong đó, yếu tố địa hình có ảnh hưởng khá lớn tới sự cố do sét của đường dây Các tham số địa hình được xét đến ở đây bao gồm: - Mật độ giông sét khu vực đường dây đi qua - Độ cao chân cột và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển - Loại địa chất nơi đường dây đi qua Sau đây ta sẽ xét đến ảnh hưởng của từng tham số tới sự cố do sét đánh của đường dây truyền tải 1.2.1 Mật độ giông sét tại khu vực đường dây đi qua Mật độ sét là đại lượng đặc trưng cho cường độ hoạt động 6 giông sét của từng khu vực Giá trị của mật độ giông sét được xác định bằng trung bình của tổng số lần sét dánh vào mặt đất trên 1km2/năm Trị số này khác nhau theo từng khu vực, phụ thuộc vào đặc điểm địa hình khí hậu và thời tiết tại khu vực đó 1.2.2 Độ cao của cột so với mực nước biển Đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắp lãnh thổ từ Bắc vào Nam, đường dây đi qua vùng đồng bằng hoặc vùng đồi núi cao Những vùng đường dây đi qua khác nhau có độ cao so với mực nước biển cũng khác nhau Vì vậy, thông số về độ cao chân cột và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển cũng khác nhau Nhìn chung, thì tại các vị trí càng cao thì mật độ sét đánh thẳng vào đường dây càng lớn Hoạt động giông sét mạnh thường xuất hiện ở những vùng núi cao, những cột nằm ở vị trí này thường dễ bị sự cố nhất 1.2.3 Suất sự cố theo địa chất tại khu vực xung quanh chân cột Do đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắp lãnh thổ mà mỗi vùng miền thì có những đặc điểm về địa chất khác nhau nên điện trở suất trong đất tại khu vực xung quanh chân cột cũng khác nhau Đối với những vùng có điện trở suất đất cao thì dòng điện sét tản trong đất khó khăn hơn và suất sự cố cao hơn và sự cố đường dây cũng thường tập trung váo khu vực này 1.3 Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây 1.3.1 Treo dây chống sét Dây chống sét làm nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳng cho dây dẫn (dây pha) nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn còn khả năng sét đánh vào dây dẫn 7 1.3.2 Giảm góc bảo vệ α Hiện nay trên thế giới đang sử dụng phương pháp giảm suất cắt do sét bằng cách tạo góc bảo vệ âm để bảo vệ đường dây bằng cách treo chuỗi cách điện trên cột điện theo kiểu hình chữ V như sau: Hình 1.3 – Góc bảo vệ âm 1.3.3 Tăng chiều dài chuỗi cách điện của đường dây Với mục đích của giải pháp này là: Tăng chiều dài chuỗi sứ là tăng đường rò, kéo dài khoảng cách mỏ phóng, tăng dòng điện ngưỡng xảy ra phóng điện đối với cả sét đánh vào đường dây chống sét và dây dẫn Biện pháp thực hiện: Bổ sung thêm từ 1 đến 3 bát sứ cùng chủng loại vào chuỗi sứ hiện hữu trên đường dây Trường hợp khi có phóng điện xảy ra trên chuỗi cách điện của đường dây máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện Xác suất hình thành hồ quang η phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây đó Có thể xác định η theo bảng sau: 8 Elv Ulv(kV/m) 50 30 20 10 lcs η 0,6 0,45 0,25 0,1 Bảng 1.1: Xác suất hình thành hồ quang Trong đó: Ulv – điện áp pha lcs – chiều dài chuỗi sứ - Tuy nhiên trong quá trình khảo sát lập phương án, thiết kế phải chú ý đảm bảo khoảng cách an toàn tránh hiện tượng phóng điện trong không khí gây sự cố cho đường dây 1.3.4 Đặt chống sét van đường dây Chống sét van đường dây dùng để bảo vệ đường dây có nguyên lý hoạt động khác so với hầu hết các kiểu chống sét khác Đối với chống sét van đường dây,thì dòng điện sét được dẫn trên dây dẫn Đối với các trường hợp chống sét khác, dòng điện sét được cách ly khỏi dây dẫn Trường hợp này chủ yếu là giảm dòng điện sét khi sét đánh vòng qua dây dẫn Hình 1.4: Đặt chống sét van đường dây 10 Chƣơng 02 - PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV DỐC SỎI – QUẢNG NGÃI 2.1.Giới thiệu đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi: Công trình đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi được xây dựng nhằm hoàn thiện lưới điện, tăng khả năng truyền tải trên đường dây và tăng độ tin cậy an toàn cung cấp điện liên tục cho khu vực tỉnh Quảng Ngãi và các khu vực lân cận Ngoài ra việc xây dựng công trình này để tiếp nhận nguồn điện năng từ Nhà máy thủy điện Thượng nguồn Kon Tum nhằm trung chuyển điện năng của nhà máy vào lưới điện Quốc gia, góp phần nâng cao chất lượng điện năng, tạo liên kết lưới điện 220kV trong khu vực tỉnh Quảng Nam, Bình Định và khu vực Tây Nguyên tăng độ tin cậy ổn định cho hệ thống điện, điều độ hỗ trợ công suất cung cấp điện trong hệ thống được linh động và an toàn hơn 2.2 Các thông số, dữ liệu của đường dây trên toàn tuyến, địa hình, giá trị điện trở suất, điện trở nối đất của từng vị trí cột đường dây: 2.3 Thống kê trị số tiếp địa của các vị trí trên tuyến đường dây: * Số vị trí có trị số tiếp địa cột nhỏ hơn 10Ω là: 59 VT * Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 10Ω đến 15Ω là: 18 VT * Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 15Ω đến 20Ω là: 48 VT * Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 20Ω đến 25Ω là: 53VT 2.4 Tổng hợp số lần sự cố đường dây 220kV Dốc Sỏi - Quảng Ngãi: TT Thời gian sự cố Số lần Pha sự cố Nguyên nhân sự cố Pha A (vị Do sét đánh 1 Ngày 15/10/2013 01 trí 38) 2 Ngày 17/10/2013 01 Pha A Tìm không ra nguyên nhân 11 3 Ngày 24/05/2014 01 Pha B(vị Do sét đánh trí 38) 4 Ngày 15/09/2015 01 Pha A(vị Do sét đánh trí 135) 5 Ngày 10/07/2016 01 Pha A Tìm không ra nguyên nhân 6 Ngày 18/08/2016 01 Pha B Tìm không ra nguyên nhân 7 Ngày 08/09/2017 01 Pha C(vị Do sét đánh trí 69) 2.1: Bảng tổng hợp số lần sự cố ĐZ 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi Hình 2.2: Biểu đồ số lần sự cố do sét đánh hàng năm 2.5 Tính toán suất cắt cho một số trường hợp cụ thể trên đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi: 2.5.1 Mục đích, cơ sở của việc tính toán suất cắt cho đường dây: 12 Với mục đích và nội dung của luận văn thì trong chương này luận văn tập trung vào cách tính toán số lần cắt điện do sét, trên cơ sở đó xác định giải pháp phù hợp đảm bảo yêu cầu Kinh tế - kỹ thuật để áp dụng nhằm giảm số lần cắt điện của đường dây Hình 2.3: Ảnh cấu tạo cột đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi 2.5.2 Các thông số, số liệu của đường dây 220kV để tính toán suất cắt cho đường dây: Số lần sét đánh lên 100km chiều dài đường dây hàng năm: * Góc bảo vệ của dây dẫn các pha: αA = αB = αc = 0 13 2.5.3 Suất cắt đường dây do sét đánh vòng vào dây dẫn (không đánh vào dây chống sét): 2.5.3.1 Lý thuyết mô hình điện hình học: (I01 ) M (I>I01 ) I i / rso B B DC β β /C D / Δ h DD C D N hcs hdd α rsi H Hình 2.4: Khoảng cách phóng điện 14 Sử dụng lý thuyết mô hình điện hình học [Hình 2.4] để xác định đường dây có cắt điện do sét đánh vòng hay không Dựa vào công thức tính góc bảo vệ tối ưu, áp dụng các thông số thực của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi ta tính được góc bảo vệ tối ưu như sau: Sử dụng lý thuyết mô hình điện hình học [Hình 2.3] để xác định đường dây có cắt điện do sét đánh vòng hay không Dựa vào công thức tính góc bảo vệ tối ưu được cho bởi [1], áp dụng các thông số thực của đường dây 220kV Dốc Sỏi – Quảng Ngãi ta tính được góc bảo vệ tối ưu như sau: α -230 Hiện tại góc α thực tế = 0 lớn hơn tính toán do đó vẫn có suất cắt do sét đánh vòng do đó trong trường hợp này luận văn vẫn tính toán cho trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 2.5.3.2 Số lần sét đánh vòng vào dây dẫn: (lần/100km/năm) 2.5.4 Suất cắt đường dây do sét đánh trực tiếp vào dây chống sét ở khoảng vượt Hình 2.5: Ảnh sét đánh vào dây chống sét tại khoảng vượt 15 2.5.4.1 Số lần sét đánh vào khoảng vượt: Số lần sét đánh vào khoảng vượt được tính toán theo biểu thức như sau: 2.5.4.2 Xác suất phóng điện trên cách điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt: Khi có sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất phóng điện qua không khí giữa dây chống sét và dây dẫn pha A là: Kiểm tra đặc tính V-S của chuỗi sứ trên cơ sở tra bảng và xác định bởi biểu thức trong thời gian , và người ta có thể tính toán được thông số , của dòng điện sét Hình 2.6: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt pha A * Tính cho pha C: 16 Kiểm tra đặc tính V-S của chuỗi sứ trên cơ sở tra bảng và xác định bởi biểu thức trong thời gian , và người ta có thể tính toán được thông số , của dòng điện sét Dựa vào cặp thông số (ai; Ii) ta xây dựng đường cong tham số nguy hiểm như sau: Hình 2.7 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt pha C 2.5.4.3 Suất cắt đường dây khi sét đánh tại khoảng vượt của dây chống sét: Trong trường hợp này thì suất cắt đường dây là: {lần/100km/năm} 17 2.5.5 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào khu vực đỉnh cột: Hình 2.8: Ảnh sét đánh vào đỉnh cột 2.5.5.1 Số lần sét đánh vào đỉnh cột: Số lần sét đánh vào vào đỉnh cột được tính theo biểu thức sau: 2.5.5.2 Xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột: * Đối với pha A ta có: Dựa vào cặp thông số (ai; Ii) ta xây dựng đường cong tham số nguy hiểm như sau: : 18 Hình 2.9: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột theo pha A * Đối với pha C ta có: Dựa vào cặp thông số (ai; Ii) ta xây dựng đường cong tham số nguy hiểm như sau: Hình 2.10: Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột pha C 2.5.5.3 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: Theo kết quả tính toán ta có suất cắt đường dây trường hợp này là: