Đánh giá phạm vi sét đánh trên đường dây tải điện cao thế với mô hình điện hình học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chun ngành:Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Mã số ngành: 60.52.50 ĐỀ TÀI : ĐÁNH GIÁ PHẠM VI SÉT ĐÁNH TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN CAO THẾ VỚI MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC GVHD : Ts HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG HVTH : TRẦN ĐỨC HÂN MSHV : 01804482 TP.HCM THÁNG 06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: ™ Họ Tên: Ts Hồ Văn Nhật Chương ™ Chữ ký : ……………………… Cán chấm nhận xét 1: ™ Họ Tên:………………………… ™ Chữ ký : ……………………… Cán chấm nhận xét 2: ™ Họ Tên:………………………… ™ Chữ ký : ……………………… Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày……tháng……năm 2006 Luận Văn Thạc Sĩ 30/06/2006 TRUỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2006 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Đức Hân Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/03/1980 Nơi sinh: Hà Nam Ninh Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện MSHV: 01804482 I- TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá phạm vi sét đánh đường dây tải điện cao với mơ hình điện hình học II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu vấn đề nguồn gốc sét, thơng số phóng điện sét Nghiên cứu mơ hình tốn học dịng phóng điện sét Nghiên cứu lý thuyết mơ hình điện hình học Nghiên cứu phân bố tĩnh dịng phóng điện sét Đề nghị biểu thức tốn học tính tốn xấp xỉ phân bố dịng phóng điện sét mặt đất Xây dựng mơ hình tốn học cho vùng thu sét đường dây tải điện cao Ứng dụng tính tốn phân bố khả xẩy phóng điện sét tháp dọc theo chiều dài khoảng vượt cấu trúc đường dây tải điện cụ thể Một số biên pháp kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/02/2006 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2006 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ts HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT Ts HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH GVHD: Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đánh giá chung: Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2006 Giáo viên hướng dẫn Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận Văn Cao Học 30/06/2006 HVTH : Trần Đức Hân GVHD: Ts Hồ Văn Nhật Chương NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Đánh giá chung : Tp.HCM, ngày Luận Văn Cao Học tháng năm 2006 30/06/2006 HVTH : Trần Đức Hân GVHD: Ts Hồ Văn Nhật Chương NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Đánh giá chung : Tp.HCM, ngày Luận Văn Cao Học tháng năm 2006 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân MỞ ĐẦU Là kiện đặc biệt tự nhiên, sét gây nhiều tác hại người, cơng trình xây dựng, đường dây tải điện, hệ thống thông tin liên lạc trang thiết bị khác, v.v… Chính địi hỏi phải có hệ thống bảo vệ chống sét nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại sét gây Hệ thống phải tính tốn chi tiết phải qua trình kiểm định thực nghiệm đảm bảo tiêu chuẩn nghiêm ngặt khả vận hành an tồn tính tin cậy chúng Hiện hầu hết phương pháp đánh giá mức độ tác động sét kết cấu cơng trình dựa phân bố tĩnh dịng phóng điện sét mặt đất sở lý thuyết mơ hình “Điện hình học” (Electrogeometric Theory) Tuy nhiên, ngày phân bố tĩnh thơng số dịng phóng điện sét dùng phân tích tính tốn sử dụng trực tiếp liệu kinh nghiệm thu từ trình đo đạt tháp thu sét [29]-[33], số lại dùng kết kinh nghiệm thu từ đo đạt đường dây truyền tải [11] Chính cần thiết phải tính tốn xử lý thông số phân bố kinh nghiệm nhằm đánh giá lại thơng số lần nữa, từ rút phân bố tĩnh dịng phóng điện sét mặt đất nhằm đáp ứng nhu cầu đánh giá xác mức độ tác động sét kết cấu cơng trình đặc biệt đường dây truyền tải Trong phần lớn khảo sát đánh giá tác động sét đường dây tải điện cao nhà nghiên cứu mơ hình hố đường dây tải điện với cấu trúc nằm ngang, hầu hết lại không xét đến tồn tháp, độ võng dây dẫn yêu tố kết cấu khác, kết thu chưa thể đạt mức độ xác cần thiết Vì lý đó, cần phải có mơ hình dùng để tính tốn phân tích đánh giá tác động sét đường dây tải điện Trong đó, mơ hình phải xem xét đến tồn tháp, độ võng dây dẫn ứng dụng khác biệt khoảng cách phóng điện sét đối tượng khác mặt đất xét đến khác khoảng cách phóng điện sét tháp, dây dẫn mặt đất Với mục đích giải vài khía cạnh vấn đề trên, đề án nghiên cứu trình bày chi tiết phạm vi 06 chương mục, nội dung chương mục chủ yếu xoáy vào khía cạnh sau: Chương 1: Trình bày khái qt sét thơng số phóng điện sét Một số tác hại gây phóng điện sét Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân Chương 2: Trình bày số mơ hình phóng điện sét biện pháp mơ kênh phóng điện sét dùng đo đạt nghiên cứu sét thực tế Chương 3: Trình bày sơ lý thuyết mơ hình điện hình học Chương 4: Trình bày phân bố kinh nghiệm thơng số dịng phóng điện sét Phương pháp tính tốn phân bố tĩnh dịng phóng điện sét mặt đất Đề xuất hàm tốn học mơ tả phân bố tĩnh giá trị biên độ dịng phóng điện sét mặt đất Chương 5: Bằng lý thuyết mơ hình điện hình học, xây dựng mơ hình đánh giá tác động sét đường dây tải điện cao Ứng dụng phân bố tĩnh dịng phóng điện sét mặt đất mơ hình tốn học vừa xây dựng cho đường dây tải điện cao thế, tiến hành đánh giá phân bố sét tháp dọc theo chiều dài khoảng vượt cấu trúc đường dây truyền tải cụ thể Chương 6: Kết luận kiến nghị Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân MỤC LỤC Chương 1: Tổng quát sét tác hại gây phóng điện sét Trang 1.1 Tổng quát sét Trang 1.1.1 Sơ lược hình thành phóng điện sét Trang 1.1.2 Các giai đoạn phát triển phóng điện sét Trang 1.1.3 Các tham số chủ yếu sét Trang 1.2 Tác hại phóng điện sét Trang 15 1.2.1 Tác hại sét đánh trực tiếp Trang 15 1.2.2 Tác hại điện áp sét cảm ứng Trang 17 Chương 2: Tổng quan mơ hình sét Trang 19 2.1 Giới thiệu Trang 19 2.2 Các mơ hình sét Trang 20 2.2.1 Mơ hình Bruce - Golde Trang 20 2.2.2 Mơ hình đường dây truyền tải (TL: Trans Line) Trang 21 2.2.3 Mơ hình Lin -Uman-Standler (LUS) Trang 22 2.2.4 Mơ hình Nguồn dịng dịch chuyển Hiedler Trang 24 2.2.5 Mơ hình đường dây truyền tải cải tiến Trang 25 2.2.6 Mơ hình Diendorfer - Uman (DU) Trang 25 2.2.7 Mơ hình Nguồn dịng dịch chuyển G.Diendorfer Trang 27 2.2.8 Mơ hình dịng điện ngược Trang 28 2.2.9 Mô hình Pan - Liew (PL) Trang 29 2.3 Các biện pháp khảo sát dòng phóng điện sét Trang 32 Chương 3: Lý thuyết mơ hình điện hình học Trang 36 3.1 Khái qt thuyết mơ hình điện hình học Trang 36 3.2 Điểm tiến mơ hình điện hình học Trang 39 3.3 Mơ tả tiến mơ hình điện hình học Trang 39 3.4 Phân tích mơ hình điện hình học Trang 40 Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân 3.5 Một số mơ hình mơ hình điện hình học cải tiến Trang 44 Chương 4: Tính tốn phân bố tĩnh thơng số dịng điện sét mặt đất Trang 46 4.1 Giới thiệu chung Trang 46 4.2 Phân bố kinh nghiệm Trang 47 4.3 Tính tốn phân bố dịng phóng điện sét Trang 49 4.3.1 Khái qt phân bố dịng phóng điện sét Trang 49 4.3.2 Phương pháp Monte Carlo Trang 50 4.3.3 Phương pháp Pettersson Trang 53 4.3.4 Phương pháp phân tích xác Trang 57 4.3.5 Hàm xấp xỉ phân bố sét mặt đất Trang 63 Chương 5: Xây dựng mơ hình tốn học cho vùng thu sét đường dây tải điện cao Trang 68 5.1 Tổng quát Trang 68 5.2 Phân tích mơ hình Trang 69 5.2.1 Khái quát Trang 69 5.2.2 Phân tích khu vực thu hút sét phân đoạn dây dẫn Trang 71 5.2.3 Phân tích trường hợp có xét đến ảnh hưởng tháp Trang 79 5.2.4 Khu vực thu hút sét phân đoạn tháp Trang 111 5.3 Kết tính tốn Trang 118 Chương 6: Tổng kết Trang 122 Phụ lục 1: Giải thuật tính tốn Phụ lục 2: Mã nguồn chương trình Phụ lục 3: Các hình ảnh tham khảo Phụ lục 4: Tài liệu tham khảo Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân Phụ lục CÁC HÌNH ẢNH THAM KHẢO Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ HVTH : Trần Đức Hân 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân Phụ lục TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân Ts Hoàng Việt, “Kỹ Thuật Điện Cao áp II - Quá Điện áp Trong Hệ Thống Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM năm 2005 Orrell J T, “Direct Stroke Lightning Protection”, Paper Presented at EEI Electrical System and Equipment Committee Meeting, Washington, D.C., 1988 (reproduced in annex G) M.A Uman, The Lightning Discharges: Academic Press, Inc.,1987 IEEE Standard 998-1996, “IEEE Guide For Direct Lightning Stroke” IEEE Standard 1410-2004, “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines” CIGRE Working Group 33.01 (Lightning), “Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines”, CIGRE Brochure 63, Paris, Oct 1991 V A Rakov and M A Uman, “Review and evaluation of lightning return stroke models including some aspects of their application”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol 40, pp 403-26, 1998 E Pan and Ah Choi Liew “Effect of Resistance on Lightning Return Stroke Current”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol 15, no 1, pp 0885-8977, 2000 Golde R H, “The Frequency of Occurrence and the Distribution of Lightning Flashes to Transmission Lines” AIEE Transactions, vol 64, pp 902-910, 982-984, 1945 10 AIEE Committee, “A method of estimating lightning performance of transmission lines”, AIEE Transactions, vol 69, no 2, pp 1187-1196, 1950 11 Anderson J G, “Monte Carlo computer calculation of transmission-line lightning performance”, AIEE Transactions, vol 80, pp 414-420, Aug 1961 12 Young, E S, Clayton, J M., and Hileman, A R, “Shielding of transmission lines”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol S82, pp 132-154, 1963 13 Whitehead, E R., “Mechanism of Lightning Flashover EEI Research Project RP 50”, Illinois Institute of Technology, Pub 72-900, Feb 1971 14 Gilman D W and Whitehead, E R., “The Mechanism of Lightning Flashover on High Voltage and Extra-High Voltage Transmission Lines”, Electra, no 27, pp 65-96, Mar 1973 Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân 15 Sargent, M A., “Monte Carlo simulation of the lightning performance of overhead shielding networks of high voltage stations”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-91, no 4, pp 1651-1656, 1972 16 Sargent, M A, “The frequency distribution of current magnitudes of lightning strokes to tall structures”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-91, no 5, pp 2224-2229, 1972 17 Mousa, A M., “Shielding of high-voltage and extra-high-voltage substations”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-95, no 4, pp 1303-1310, 1976 18 Eriksson, A J, “Lightning and Tall Structures”, Trans South African IEE, vol 69, no 8, pp 238-252, Aug 1978 Discussion and Closure published May 1979, vol 70, no 5, 12 pages 19 Anderson, R B., and Eriksson, A J, “Lightning Parameters for Engineering Application”, Electra, no 69, pp.65-102, Mar 1980 20 Mousa, A.M., and Srivastava, K D., “A Revised Electrogeometric Model for the Termination of Lightning Strokes on Ground Objects, Proceedings of International Aerospace and Ground Conference on Lightning and Static Electricity”, Oklahoma City, OK, pp 342-352, Apr 1988 21 Mousa, A.M., “A computer program for designing the lightning shielding systems of substations”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol 6, no 1, pp 143-152, 1991 22 Mousa, A.M., and Srivastava, K D., “The implications of the electrogeometric model regarding effect of height of structure on the median amplitudes of collected lightning strokes”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol 4, no 2, pp 1450-1460, 1989 23 Golde, R.H., “Radio-Active Lightning Conductors”, Lightning Protection, London: Edward Arnold Publishing Co., pp 37-40, 196-197, 1973 24 Whitehead, E R., “Protection of Transmission Lines”, Chapter 22 (49 pages) of Golde, R H (Ed.), Lightning, vol 2, London: Academic Press, 1977 25 IEEE Standard 1243-1997, Dec 1997, “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines” 26 A J Eriksson, “An improved electrogeometric model for transmission line shielding analysis”, IEEE Trans Power Delivery, vol PWRD-2, pp 871-886, July 1987 Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân 27 L Dellera and E Garbagnati, “Lightning stroke simulation by means of the leader progression model, Parts I and II”, IEEE Trans Power Delivery, vol 5, pp 2009-2029, Oct 1990 28 F A M Rizk, “Modeling of lightning incidence to tall structures”, Part I: Theory, Part II: Application, IEEE Trans Power Delivery, vol 9, pp 162-193, Jan 1994 29 F Popolansky, “Frequency distribution of amplitudes of lightning currents", Electra, no 22, 1972 30 K Berger, R B Anderson, and H Krninger, “Parameters of lightning flashes”, Electra, no 41, pp 2337, July 1975 31 J G Anderson, “Lightning performance of EHV-UHV lines, in Transmission Line Reference Book, 345 kV and Above” Palo Alto, CA: EPRI, 1982 32 G W Brown, “Joint frequency distribution of stroke current rates of rise and crest magnitude to transmission lines”, IEEE Trans Power App Syst., vol PAS-97, pp 5358, Jan./Feb 1978 33 Grant I.S and Anderson J.G, “A comparison of electrogeometric theory and the shadow method for determination of the incidence of lightning to a transmission line conductor”, CIGRE 33-85 (WG 01) IWD 21 34 P Pettersson, “A unified probabilistic theory of the incidence of direct and indirect lightning strikes", IEEE Trans Power Delivery, vol 6, pp 1301-1310, July 1991 35 H R Amstrong and E R Whitehead, “Field and analytical studies of transmission lines shielding", IEEE Trans Power App Syst., vol PAS87, pp 270-281, Jan 1968 36 Dương Thuỷ Vỹ, “Phương pháp tính”, NXB KHKT Hà Nội, năm 2001 37 Using MATLAB Version 38 Optimization Toolbox User’s Guide Version Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 GVHD : Ts Hồ Văn Nhật Chương HVTH : Trần Đức Hân LÝ LỊCH TRÍCH NGANG - Họ tên: Trần Đức Hân Phái: Nam - Ngày sinh: 20/03/1980 Tại: Hà Nam - Địa chỉ: Thôn - xã Bình Sơn - huyện Long Thành - tỉnh Đồng Nai QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ năm 1998 đến năm 2003 học đại học chuyên nghành Hệ thống điện Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh - Từ năm 2004 đến học Cao học chuyên ngành Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Khóa 15 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ năm 2003 đến cơng tác Điện Lực Biên Hòa Luận văn thạc sĩ 30/06/2006 ... tác động sét đường dây tải điện cao Ứng dụng phân bố tĩnh dịng phóng điện sét mặt đất mơ hình toán học vừa xây dựng cho đường dây tải điện cao thế, tiến hành đánh giá phân bố sét tháp dọc theo... phóng điện sét mặt đất nhằm đáp ứng nhu cầu đánh giá xác mức độ tác động sét kết cấu cơng trình đặc biệt đường dây truyền tải Trong phần lớn khảo sát đánh giá tác động sét đường dây tải điện cao. .. phóng điện sét mặt đất Đề xuất hàm tốn học mô tả phân bố tĩnh giá trị biên độ dịng phóng điện sét mặt đất Chương 5: Bằng lý thuyết mơ hình điện hình học, xây dựng mơ hình đánh giá tác động sét đường