Tính toán, đề xuất các giải pháp giảm suất cắt đường dây 110kv quy nhơn 220 an nhơn, tỉnh bình định

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH HÙNG TÍNH TỐN, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 110kV QUY NHƠN 220 - AN NHƠN, TỈNH BÌNH ĐỊNH Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN ANH TUẤN Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Hùng TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH TÍNH TOÁN, ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 110KV QUY NHƠN 220 - AN NHƠN, TỈNH BÌNH ĐỊNH Học viên: Nguyễn Thanh Hùng Mã số: Khoá: K34- ĐN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Đường dây truyền tải phần từ dài lưới điện truyền tải thường chịu tác dụng sét Để hạn chế ảnh hưởng sét lên đường dây, người ta thường treo dây chống sét đường dây Dù đường dây truyền tải thực treo dây chống sét nhằm hạn chế sét đánh trực tiếp vào dây dẫn số lần cố sét đường dây cao gây ảnh hưởng đến vận hành an tồn lưới điện Do đó, việc làm để giảm thiểu cố sét gây đường dây truyền tải vấn đề quan trọng đơn vị quản lý vận hành lưới điện Thực tế vận hành cho thấy đường dây 110kV từ trạm biến áp 220kV Quy Nhơn đến trạm biến áp 110kV An Nhơn dù treo dây chống sét số lần cố sét cao Vì vậy, mục tiêu luận văn xác định vị trí cột có số lần cố sét lớn đường dây 110kV từ trạm biến áp Quy Nhơn 220 - An Nhơn đề xuất giải pháp cải tạo vị trí cột phù hợp để giảm số lần cố/suất cắt cho toàn đường dây Để đạt mục tiêu này, tác giả nghiên cứu phương pháp tính số lần cố sét vị trí cột xây dựng chương trình tính tốn số lần cố/suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn theo vị trí cột phần mềm Matlab Kết tính chương trình cho thấy số lần cố sét tính theo phương pháp vị trí cột phương pháp cổ điển tương đương Từ đó, tác giả sử dụng chương trình để tính tốn số lần cố vị trí cột đề xuất giải pháp nhằm cải tạo số vị trí cột đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn Ba giải pháp gồm tăng chiều dài chuỗi sứ, đặt chống sét van giải pháp kết hợp đặt chống sét van với tăng chiều dài chuỗi sứ Các giải pháp đạt mặt kỹ thuật đem so sánh kinh tế Kết so sánh cho thấy giải pháp tăng bát sứ chuỗi sứ 37 vị trí cột lắp chống sét van cho vị trí cột kinh tế Đó giải pháp đề xuất cho đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn để suất cắt đường dây đạt yêu cầu đặt Từ khóa: Giảm cố suất cắt đường dây 110kV, Quy Nhơn 220 - An Nhơn, tỉnh Bình Định CALCULATING AND PROPOSING SOLUTIONS TO REDUCE THE CUTTING CAPACITY OF QUY NHON 110KV LINE - AN NHON, BINH DINH PROVINCE Abstract: Transmission lines are the longest component of the transmission grid and are often affected by lightning (lightning strikes directly or nearby the line) To limit the effect of lightning on the line, shielding wires are often hanged on the top of towers Although the transmission line has protected by the shielding wires, the number of fault caused by lightning on the line is still quite high and this affects the safety operation of the power grid Therefore, the reduction of the fault number caused by lightning on transmission lines is one of the most important issues of the grid operators Actual operation shows that 110kV line from Quy Nhon 220kV substation to An Nhon substation despite hanging lightning protection wire but the lightning-caused fault number is still quite high Therefore, the objective of this thesis is to determine the tower positions on the 110kV line from Quy Nhon 220 - An Nhon with high lightning-caused fault number and propose suitale solutions to improve them so that the lightning tripping rate satisfies the requirement To achieve this goal, the author has studied the method of calculating the lightning - caused fault number at each tower position and developed a Matlab program to calculate the number of incidents / tripping rate caused by lightning of 110kV line Quy Nhon 220 - An Nhon The calculation results by this program shown that the lightning - caused fault number when we using the method of the lightning caused fault number at each tower position and that by the classical method are similar Therefore, the author used this program to calculate the lightning - caused fault number of each tower position and proposed three solutions to improve some tower positions on the 110kV line Quy Nhon 220 - An Nhon These three solutions include increasing the length of the porcelain string, installing the line arrester, and combination of line arrester with increase in the porcelain string length Some of these solutions which satisfy the technical requirement are compared in term of the investerment cost The comparison results show that the solution of increasing porcelain units at 37 tower positions and installing line arrester for tower positions is the cheapest That is also the proposed solution for Quy Nhon 220 - An Nhon 110kV line to obtain the required lightning tripping rate Từ khóa: Reduce the problem of cutting 110kV and Quy Nhon 220 - An Nhon, Binh Dinh province MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đặt tên đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sét tượng điện áp khí 1.1.1 Sét - Nguồn gốc điện áp khí 1.1.2 Sự nguy hiểm điện áp khí 1.1.3 Tình hình giơng sét Việt Nam địa bàn tỉnh Bình Định 1.2 Tổng quan lưới điện 110kV 1.2.1 Quy mô quản lý 1.2.2 Thơng số kỹ thuật đường dây 1.2.3 Các biện pháp bảo vệ chống sét áp dụng đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 1.3 Tình hình cố giông sét tuyến đường dây 110kV CGC nói chung Chi nhánh Điện cao Bình Định nói riêng 1.3.1 Các cố đường dây 110kV giơng sét tính từ năm 2012 đến hết tháng 12/2017 CGC 1.3.2 Các cố đường dây 110kV sét địa bàn tỉnh Bình Định 10 1.3.3 Các cố đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 10 CHƯƠNG SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 110KV QUY NHƠN 220 - AN NHƠN 13 2.1 Lý thuyết tính suất cắt/số lần cố đường dây 13 2.1.1 Phương pháp tính suất cắt/số lần cố theo cột điển hình (cổ điển) 13 2.1.2 Phương pháp tính suất cắt/ số lần cố theo vị trí cột 29 2.2 Tính tốn suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 30 2.2.1 Số liệu trạng đường dây110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 30 2.2.2 Tính tốn suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn theo cột điển hình 35 2.2.3 Tính tốn suất cắt/số lần cố đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn theo phương pháp vị trí cột 37 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT .40 3.1 Các giải pháp giảm suất cắt thường sử dụng 40 3.1.1 Giải pháp bổ sung cách điện 40 3.1.2 Lắp đặt chống sét van dây dẫn 44 3.1.3 Kết hợp bổ sung cách điện lắp đặt chống sét van dây dẫn 48 3.2 So Sánh kinh tế phương án 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CGC Công ty Lưới điện cao miền Trung CSV Chống sét van DCS Dây chống sét TBA Trạm biến áp VT Vị trí DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số vụ cố đường dây 110kV sét lưới điện 110kV CGC quản lý từ năm 2012 đến hết tháng 12/2017 Bảng 1.2 Số vụ cố đường dây 110kV sét địa bàn Bình Định từ năm 2012 đến hết tháng 12/2017 10 Bảng 1.3 Các cố xảy đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 10 Bảng 2.1 Xác suất hình thành hồ quang trì 14 Bảng 2.2 Giá trị hệ số hiệu chỉnh theo cấp điện áp 16 Bảng 2.3 Bảng thu thập số liệu đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 31 Bảng 2.4 Bảng giá trị trung bình đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 36 Bảng 2.5 Bảng giá trị cột điển hình đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn36 Bảng 2.6 Kết tính suất cắt/số lần cố theo cột điển hình 37 Bảng 2.7 Kết số lần cố vị trí cột 37 Bảng 2.8 Kết tính suất cắt/số lần cố đường dây 38 Bảng 3.1 Vị trí tăng chiều dài chuỗi sứ số bát sứ cần tăng vị trí 43 Bảng 3.2 Kết số lần cố vị trí cột sau tăng chiều dài chuỗi sứ 43 Bảng 3.3.Kết tính suất cắt/số lần cố đường dây sau tăng chiều dài chuỗi sứ 44 Bảng 3.4 Vị trí chọn để lắp đặt chống sét van đường dây 46 Bảng 3.5 Kết số lần cố vị trí cột sau lắp đặt chống sét van 47 Bảng 3.6 Kết tính suất cắt/số lần cố sau đặt chống sét van 48 Bảng 3.7 Số vị trí bổ sung 02 bát cách điện/ chuỗi lắp đặt CSV 51 Bảng 3.8 Kết số lần cố vị trí cột sau áp dụng giải pháp bổ sung 02 bát cách điện/ chuỗi lắp đặt chống sét van 51 Bảng 3.9 Kết tính suất cắt/số lần cố sau kết hợp đặt CSV bổ sung cách điện 52 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp chi phí đầu tư 53 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn phóng điện sét biến thiên dịng điện sét theo thời gian Hình 1.2 Loại cột điện sử dụng đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn Hình 2.1 Đồ thị tính toán quan hệ η Elv 14 Hình 2.2 Tính hệ số ngẫu hợp dây dẫn dây chống sét có kể đến vầng quang 17 Hình 2.3 Tính góc bảo vệ dây chống sét pha 18 Hình 2.4 Phân bố dịng điện sét đánh vào dây dẫn 19 Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột chưa có sóng phản xạ trở 25 Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột chưa có sóng phản xạ trở 27 Hình 2.7 Sơ đồ mơ tả phương pháp theo cách tính chia nhỏ đường dây thành m đường dây nhỏ 29 Hình 2.8 Đồ thị biểu diễn số lần cố vị `trí cột đường dây .38 Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán tăng chiều dài chuỗi sứ .42 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đường dây trước sau cải tạo tăng chiều dài chuỗi cách điện .44 Hình 3.3 Sơ đồ thuật tốn lựa chọn vị trí lắp đặt chống sét van 45 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đường dây trước sau cải tạo lắp đặt chống sét van 48 Hình 3.5 Sơ đồ thuật tốn phương án lắp đặt bổ sung cách điện kết hợp lắp đặt CSV 50 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đường dây trước sau cải tạo bổ sung 02 bát cách điện/ chuỗi kết hợp lắp đặt CSV .52 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đường dây phần từ dài lưới điện truyền tải nên thường bị sét đánh gây phóng điện đường dây cao Ngồi ra, nước ta có khí hậu nhiệt đới, có nhiều mỏ quặng, khí hậu khắc nghiệt, nhiều giơng sét, đồng thời đa phần đường dây truyền tải điện thường vùng đồi núi có độ cao lớn để giảm chi phí đầu tư ban đầu, rừng rậm, vượt thung lũng, vùng có điện trở suất lớn có tần suất sét nhiều nên thường xảy cố sét Sét đánh vào đường dây khơng gây phóng điện cách điện đường dây mà cịn sóng truyền vào trạm biến áp gây cố phá hoại cách điện trạm Theo thống kê Công ty Lưới điện cao miền Trung năm 2012 có 46/72 cố sét, chiếm tỷ lệ 64%; năm 2013 có 42/61 cố sét, chiếm tỷ lệ 69%; năm 2014 có 39/56 cố sét, chiếm tỷ lệ 70%; năm 2015 có 31/56 cố sét, chiếm tỷ lệ 55%; năm 2016 có 24/43 cố sét, chiếm tỷ lệ 56%; năm 2017 có 29/47 cố sét, chiếm tỷ lệ 62% Trong đó, đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn, tỉnh Bình Định có số vụ cố sét trung bình năm (tính từ năm 2008-2017) là: 0,8 lần/năm Suất cắt thực tế đường dây là: 6,390 lần/100km/năm Theo yêu cầu Tập đoàn Điện lực Việt Nam phải giảm tỷ lệ cố sét xuống 50% Do để bảo vệ đường dây truyền tải điện nhằm làm giảm suất cố phóng điện sét đánh vào đường dây ngồi giải pháp bảo vệ phương pháp treo dây chống sét cần nghiên cứu thêm phương pháp khác để giảm suất cố phóng điện đường dây nhằm tăng đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên tục, tin cậy ngày cao phụ tải Trong việc áp dụng giải pháp làm giảm suất cắt đường dây mang tính rời rạc, đơn lẻ, chưa có tính tốn cụ thể mà chủ yếu dựa vào số liệu đo đạc mang tính chủ quan chủ đầu tư Chính lý đề trên, đề tài vừa mang tính khoa học thực tiển cao Mục đích nghiên cứu đề tài Đề tài tìm hiểu, tính tốn số lần cố sét đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn, tỉnh Bình Định từ tìm vị trí có số lần cố lớn cần cải tạo để đề xuất giải pháp tối ưu để làm giảm số lần cố nhằm làm giảm suất cắt sét cho đường dây Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn, tỉnh Bình Định - Phạm vi nghiên cứu: Suất cắt đường dây 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu tính số lần cố/suất cắt đường dây theo phương pháp tính số lần cố vị trí cột cho đường dây, từ xây dựng chương trình tính tốn phần mềm Matlab Tác giả so sánh kết tính số lần cố/suất cắt sét gây cho đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn chương trình với kết tính theo phương pháp tính truyền thống Chương trình cho kết tính tốn tương đương kết tính tốn sử dụng phương pháp truyền thống Từ đó, tác giả đề xuất sử dụng chương trình để tính tốn xem xét giải pháp làm giảm suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn đến 50% số lần cố/suất cắt Ba giải pháp gồm tăng chiều dài chuỗi sứ, lắp đặt chống sét van, kết hợp đặt chống sét van với tăng chiều dài chuỗi sứ Mỗi giải pháp trên, tác giả xây dựng thuật tốn chương trình để xác định vị trí cột cần thực giải pháp Kết tính tốn cho thấy có giải pháp đạt yêu cầu giải pháp lắp đặt chống sét van giải pháp kết hợp đặt chống sét van với tăng chiều dài chuỗi sứ Dựa vào kết so sánh kinh tế giải pháp, tác giả chọn giải pháp kết hợp đặt chống sét van với tăng chiều dài chuỗi sứ Như giải pháp đề xuất để giảm suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn đến 50% số lần cố/suất cắt lắp đặt chống sét van vị trí cột gồm 11, 14 18 đồng thời tăng bát cách điện chuỗi 37 vị trí cột gồm 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 50 51 Kiến nghị - Để giảm suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn xuống 50% suất cắt cần phải thực đồng thời: Đặt chống sét van vị trí cột gồm: 11, 14 18 Tăng bát cách điện chuỗi 37 vị trí cột gồm: 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 50 51 - Các đơn vị quản lý vận hành thực cải tạo cung đoạn đường dây khác lưới điện 110kV, phương pháp tính thuật tốn đưa chương trình nên sử dụng 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] HoàngViệt (2007), Kỹ thuật điện cao áp - Tập2: Quá điện áp hệ thống điện, NXB Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh [2] Viện Hàn lâm khoa học Công nghệ Việt Nam (2011), Vài nét hoạt động giông sét nghiên cứu định vị sét Việt Nam [3] Chi nhánh Điện cao Bình Định, Hồ sơ thống kê cố quản lý kỹ thuật đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn [4] Công ty Lưới điện cao miền Trung, Báo cáo tình hình cố sét đường dây 110kV [5] Nguyễn Minh Chước (2002), Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, HàNội [6] Võ Viết Đạn (1972), Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Khoa Đại học chức Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – Quá điện áp bảo vệ chống điện áp", NXB Khoa học Kỹ thuật PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHÂN TÍCH ĐƠN GIÁ VẬT LIỆU, NHÂN CƠNG VÀ MÁY THI CƠNG BẢNG TỔNG HỢP GIÁ TRỊ DỰ TỐN CHI PHÍ LẮP ĐẶT BỔ SUNG 06 BÁT SỨ TRÊN VỊ TRÍ CẢI TẠO Đơn vị tính: VNĐ TT KHOẢN MỤC CHI PHÍ Chi phí trực tiếp CÁCH TÍNH THÀNH TIỀN VL+NC+MTC 2,329,082 1.1 Vật liệu VL 1,230,000 1.2 Chi phí nhân cơng NC 1,099,082 1.3 Chi phí máy thi cơng MTC Chi phí chung 65%*NC 714,403 Thu nhập chịu thuế tính trước 6%x (1+2) 182,609 Chi phí xây dựng trước thuế (1+2+3) VAT (10%) 3,226,094 322,609 Chi phí xây dựng sau thuế (Gxd) 3,548,703 BẢNG TỔNG HỢP GIÁ TRỊ DỰ TỐN CHI PHÍ LẮP ĐẶT 03 CHỐNG SÉT VAN TRÊN VỊ TRÍ CẢI TẠO Đơn vị tính: VNĐ TT KHOẢN MỤC CHI PHÍ Chi phí trực tiếp CÁCH TÍNH THÀNH TIỀN VL+NC+MTC 76,623,710 1.1 Vật liệu VL 75,000,000 1.2 Chi phí nhân cơng NC 1,623,710 1.3 Chi phí máy thi cơng MTC Chi phí chung 65%*NC 1,055,412 Thu nhập chịu thuế tính trước 6%x (1+2) 4,660,747 Chi phí xây dựng trước thuế (1+2+3) 82,339,869 VAT (10%) Chi phí xây dựng sau thuế (Gxd) 8,233,987 90,573,856 BẢNG PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TT Mã ĐM Nội dung công việc ĐVT Khối lượng Lắp chống sét van cột có chiều cao Lắp đặt ≥20m vị trí Đơn giá Thành tiền ĐM 4970 D3.3221 Vật liệu Chống sét van 75,000,000 25,000,000 75,000,000 Nhân công Nhân công: 4/7 1,600,385 công 7.5 213,385 Vận chuyển thủ công 1,600,385 23,326 D1.106.3 Vận chuyển dụng cụ thi công 0.05 419,323 20,966 D1.106.3 Vận chuyển chống sét van 0.005 471,898 2,359 Thay chuỗi đ đơn dây dẫn 11 bát vị trí ĐM 228 03.04.204 Vật liệu - Bát cách điện đỡ dây dẫn 1,230,000 Bát 200,000 1,200,000 - Giẻ lau Kg 0.09 50,000 4,500 - Cồn công nghiệp Kg 0.510 50,000 25,500 Nhân công - Nhân công: 4,0/7 1,037,049 công 4.86 213,385 Vận chuyển thủ công 1,037,049 62,032 Vận chuyển thủ công dụng cụ thi công 0.1 419,323 41,932 Vận chuyển thủ công cách điện 0.03 670,001 20,100 ... để đề xuất giải pháp cải tạo đường dây nhằm làm giảm suất cắt đường dây 40 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT 3.1 Các giải pháp giảm suất cắt thường sử dụng Giải pháp giảm góc bảo vệ dây. .. 2.2 Tính tốn suất cắt đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 2.2.1 Số liệu trạng đường dây1 10kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn 31 Bảng 2.3 Bảng thu thập số liệu đường dây 110kV Quy Nhơn 220 - An Nhơn. .. phải đề xuất giải pháp giảm suất cắt sét gây nên cho đường dây 13 CHƯƠNG SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 110KV QUY NHƠN 220 - AN NHƠN 2.1 Lý thuyết tính suất cắt/ số lần cố đường dây[ 5], [6] 2.1.1 Phương pháp