Tính toán, đề xuất giải pháp giảm suất cắt do sét cho đường dây 220kv pleiku 2 – xekaman 1 (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN BÍNH TÍNH TỐN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU - XEKAMAN C C R UT.L D Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2020 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS PHAN ĐÌNH CHUNG Phản biện 1: TS Lƣu Ngọc An Phản biện 2: TS Lê Kỷ C C R UT.L D Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật điện họp trƣờng Đại học Bách khoa vào ngày 18 tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm học liệu truyền thông Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng  Thƣ viện Khoa Điện, Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong tuyến đƣờng dây truyền tải qua địa phận tỉnh Gia Lai, Cơng trình đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman trải dài lãnh thổ hai nƣớc Lào Việt Nam, cột điện thiết kế đa số cột có chiều cao 50m, cao trình lớn, nằm khu vực mật độ sét cao, có nhiều cung đoạn qua địa hình đồi núi cao, nhiều vị trí cột đƣợc đặt đỉnh đồi nên dễ thu hút tia sét Xuất phát từ vấn đề trên, đề tài “Tính tốn, đề xuất giải pháp giảm suất cắt sét cho đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman 1” cần thiết nhằm đảm bảo việc cung cấp điện liên tục đƣờng dây C C R UT.L Mục đích nghiên cứu đề tài - Hạn chế suất cắt điện sét gây tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman - Để có sở lý thuyết để tiến hành biện pháp cải thiện suất cắt đƣờng dây từ tiến hành biện pháp thực tế để kiểm nghiệm đƣờng dây D Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman Phƣơng pháp nghiên cứu - Phân tích cố sét cung đoạn tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman năm vận hành - Trên sở lý thuyết tính suất cắt số liệu thực tế để tính tốn số lần cố vị trí cột đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman - Trên sở số lần cố vị trí cột đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman đƣợc tính tốn, tác giả đề xuất giải pháp nhằm hạn chế số lần cố gây vị trí cột có số lần cố cao nhằm giảm suất cắt đƣờng dây Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Tính tốn, đề xuất giải pháp nhằm hạn chế số lần cố gây vị trí cột đƣờng dây - Làm sở để giúp đơn vị quản lý vận hành hạn chế tối đa điện sét đến đƣờng dây truyền tải 220kV, góp phần nâng cao đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục Đặt tên đề tài Căn vào mục tiêu nhiệm vụ nêu đề tài đƣợc đặt tên: “Tính tốn, đề xuất giải pháp giảm suất cắt sét cho tuyến đường dây 220kV Pleiku – Xekaman 1” Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn đƣợc biên chế thành: Ngoài phần Mở đầu Kết luận có chƣơng: CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU – XEKAMAN CHƢƠNG - SUẤT CẮT TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU – XEKAMAN CHƢƠNG - ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT C C R UT.L D CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU – XEKAMAN 1.1 Tổng quan sét tƣợng điện áp khí 1.1.1 Tổng quan sét điện áp khí 1.1.2 Tình hình giơng sét địa bàn tỉnh Gia Lai, Kontum khu vực đường dây 220kV Pleiku – Xekaman qua Theo nghiên cứu Viện Vật lý địa cầu, Việt Nam nằm tâm dông sét châu Á, ba tâm dông giới có hoạt động dơng sét mạnh Mùa dơng Việt Nam tƣơng đối dài tháng kết thúc vào tháng 10 Số ngày dơng trung bình khoảng 100 ngày/ năm số dơng trung bình 250 giờ/ năm Hai Tỉnh Gia Lai Kontum địa bàn có mật độ giông sét cao nƣớc Theo số liệu mật độ sét Viện Vật lý Địa cầu cung cấp: mật độ sét khu vực nơi có đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman qua trung bình 8,2 cú sét đánh/ km2/ năm 1.2 Tổng quan tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman 1: 1.2.1 Quy mô đường dây 1.2.2 Các thơng số kỹ thuật đường dây Điểm đầu : điểm G0 gần biên giới Việt Nam – Lào Điểm cuối : G30 (vị trí bắt đầu trùng với đƣờng dây 220kV Sêsan – Pleiku có) Số mạch : 02 mạch Loại cột : Cột thép hình mạch (Loại cột néo TP.222 cột đỡ SP.222, ngồi cịn số cột có ký hiệu khác số vị trí đặc biệt) Loại cách điện: Cách điện composite Bố trí DCS: 02 DCS treo đỉnh cột, sử dụng 01 dây cáp thép GSW-70 01 dây chống sét kết hợp cáp quang OPGW-70 Loại tiếp địa: Kiểu cọc - tia kết hợp Bố trí dây dẫn: Dây dẫn bố trí dọc từ xuống dƣới Loại dây dẫn: dây nhôm lõi thép phân pha 2xACSR-400/51 Tổng chiều dài đƣờng dây (mạch kép): 92,744 km C C R UT.L D 1.2.3 Bảng số liệu thông số kỹ thuật đường dây 220kV Pleiku – Xekaman 1: Bảng 1.3: Bảng số liệu thông số kỹ thuật đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 1.3 Các biện pháp bảo vệ chống sét áp dụng đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 1.3.1 Thiết địa Đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman đƣợc thiết kế treo dây chống sét đỉnh cột 02 phía Hệ thống tiếp địa hữu đƣợc thiết kế theo kiểu tia - cọc kết hợp, số lƣợng cọc tiếp địa sử dụng vị trí từ đến 12 cọc 1.3.2 Các giải pháp quản lý vận hành Truyền tải điện Gia Lai Giá trị điện trở hệ thống tiếp địa đƣợc đơn vị đo kiểm tra định kỳ năm lần nhằm kịp thời phát khiếm khuyết, hƣ hỏng hệ thống tiếp địa để sửa chữa nhƣ bổ sung thay hệ thống tiếp địa C C R UT.L 1.4 Tình hình cố sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman 1.4.1 Các cố sét tuyến đường dây 220kV Pleiku – Xekaman (Phần lãnh thổ Việt Nam) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 1.4.2 Các cố sét tuyến đường dây 220kV Pleiku – Xekaman (Tuyến xét từ G0 đến G30 dài 92,744 km) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 Từ số liệu nêu trên, ta thấy cung đoạn đƣờng dây xét có 11 lần cố xảy sét (2,75 lần cố/ năm) Với tình hình cố giông sét nhƣ trên, tác giả luận văn D nhận thấy cần thiết phải đề xuất giải pháp giảm suất cắt sét gây nên cho đƣờng dây Kết luận Chƣơng 1: Hiện trƣợng điện áp khí xuất đƣờng dây tải điện khơng nguy hiểm, sóng q điện áp khơng gây nên phóng điện cách điện đƣờng dây, đƣa đến cắt điện mà cịn truyền theo đƣờng dây vào trạm gây nguy hiểm cho điện thiết bị trạm, sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây dẫn đến khả gián đoạn cấp điện cho phụ tải cố cắt điện gây thiệt hại ảnh hƣởng lớn Kinh tế - Xã hội – An ninh – Quốc phòng Đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman từ Nhà máy Thủy điện Xekaman bên Lào đến Trạm 500kV Pleiku 2, truyền tải công suất Nhà máy thủy điện Xekaman Xekaman San-xay từ Lào Việt Nam Vì cần phải nhiên cứu giảm suất cắt gây điện áp khí quyển, đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho đƣờng dây C C R UT.L CHƢƠNG 2: SUẤT CẮT TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU – XEKAMAN 2.1 Lý thuyết tính suất cắt/ số lần cố đƣờng dây: 2.1.1 Phương pháp tính suất cắt/ số lần cố theo cột điển hình (cổ điển) 2.1.2 Tính tốn thông số 2.1.3 Suất cắt điện đường dây sét đánh vòng 2.1.4 Suất cắt điện đường dây sét đánh vào dây chống sét khoảng vượt 2.1.5 Suất cắt điện đường dây sét đánh vào đỉnh cột (kể số lần sét đánh vào dây chống sét gần đỉnh cột) D 2.2 Phƣơng pháp tính theo vị trí cột Cơ sở việc tính số lần cố vị trí cột đƣờng dây ta xem đƣờng dây gồm có m đƣờng dây nhỏ nối nối tiếp nhau, nhƣ hình sau, đƣờng dây nhỏ có cột Nhƣ vậy, đƣờng dây thứ i có chiều dài Li, chiều cao cột Hci, chiều dài chuỗi sứ lcsi tƣơng ứng với thông số cột thứ i Chú ý, chiều dài đƣờng dây thứ Li chiều dài trung bình khoảng vƣợt phía cột thứ i Nhƣ vậy, ta tính số lần cố cột thứ i Nhƣ số lần cố tồn đƣờng dây có chiều dài L đƣợc tính: C C R UT.L ∑ D Suất cắt đƣờng dây đƣợc tính nhƣ sau: Từ (2.1) đến (2.89) ta xây dựng chƣơng trình tính số lần cố/ suất cắt đƣờng dây 2.3 Tính tốn suất cắt đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 2.3.1 Số liệu trạng đường dây 220kV Pleiku - Xekaman 1: 2.3.2 Tính tốn suất cắt/ số lần cố đường dây 220kV Pleiku Xekaman theo phương pháp vị trí cột: Dữ liệu sử dụng để tính tốn vị trí cột theo bảng thơng số kỹ thuật đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman liệu sét địa bàn khu vực đƣờng dây qua: 8,2 (cú sét/ km2/ năm) Sử dụng chƣơng trình đƣợc xây dựng Matlab với liệu trên, ta có kết số lần cố suất cắt đƣờng dây nhƣ bảng kết tính đƣợc biểu diễn đồ thị nhƣ sau: Bảng 2.3 Kết tính suất cắt/ số lần cố đường dây Hạng mục tính tốn tồn đƣờng dây Số lần cố đƣờng dây Suất cắt đƣờng dây Kết 3,8483 (lần/ năm) 4,1494 (lần/100km/năm) Hình 2.5 Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí cột đường dây Nhận xét: Số liệu tính tốn theo phƣơng pháp có kết 3,8483 lần cố sét gây 01 năm so với thực tế thống kê đƣợc 2,75 lần cố/ năm Số liệu chƣa sát với thực tế số liệu đầu vào thu thập đƣợc chƣa hoàn tồn so với thực tế ví dụ cƣờng độ hoạt động sét, yếu tố môi trƣờng, … C C R UT.L D Kết luận Chƣơng 2: Trong chƣơng này, tác giả trình bày lý thuyết tính tốn suất cắt đƣờng dây, có nhiều phƣơng pháp tính nhƣ: tính tốn theo cột điển hình, tính tốn theo vị trí cột Tuy nhiên, việc tính tốn theo cột điển hình có tính xác khơng cao thực tế tuyến đƣờng dây khơng đồng với nhau, mà vị trí cột có đặc điểm kỹ thuật, mơi trƣờng, địa hình, …, yếu tố ảnh hƣởng đến suất cắt q điện áp khí Vì vậy, để thuận tiện cho việc xác định xác vị trí cột có số lần cố nhiều đƣờng dây từ đề xuất giải pháp để cải tạo đƣờng dây, tác giả đề xuất phƣơng pháp tính số lần cố vị trí cột đƣờng dây Kết tính tốn phƣơng pháp tính số lần cố vị trí cột đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman cho thấy số lần cố suất cắt điện áp khí gây đƣờng dây cịn lớn Từ tác giả xây dựng đề xuất giải pháp giảm suất cắt điện áp khí cho đƣờng dây chƣơng CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT Mục tiêu luận văn này, tác giả đề xuất giải pháp để giảm suất cắt đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman xuống 50% so với Nhƣ vậy, suất cắt yêu cầu cần phải đạt đƣợc sau áp dụng giải pháp là: nsc_yc 50% nsc_tt = 0,5 x 4,1494 = 2,0747 lần/100km/năm Hay số lần cố/ số lần cắt điện đƣờng dây phải đạt đƣợc: ncđ_yc C C R UT.L 50% ncđ_tt = 0,5 x 3,8483 = 1,92415 lần/năm D 3.1 Các giải pháp giảm suất cắt thƣờng đƣợc sử dụng: Tác giả xem xét giải pháp sau: Giải pháp giảm điện trở nối đất (ƣu tiên sử dụng bột GEM), giải pháp tăng chiều dài chuỗi cách điện, giải pháp lắp đặt chống sét van giải pháp kết hợp lắp đặt CSV, tăng chiều dài chuỗi sứ giảm điện trở nối đất để làm giảm suất cắt đƣờng dây 3.1.1 Giảm điện trở nối đất: - Nguyên tắc thực hiện: + Các cột có điện trở nối đất R > 20 Ohm, ta đề xuất giảm xuống nửa giá trị + Các cột có điện trở nối đất 10 < R < 20 Ohm, ta đề xuất giảm xuống 10 Ohm + Các cột có điện trở nối đất nhỏ R < 10 Ohm, khó để giảm 10 cột đặt vec tơ tạm chứa số lần cố giảm điện trở cột vị trí = Sau quay lại bƣớc 3.2 - Sơ đồ thuật tốn nhƣ sau: Thuật toán giải pháp giảm điện trở nối đất cột tính C C R UT.L D Hình 3.1a: Sơ đồ thuật tốn giảm điện trở nối đất Với thuật tốn nhƣ trên, ta có kết tính tốn thu đƣợc vị trí cột cần phải giảm điện trở nối đất Với giá trị điện trở này, số lần cố vị trí cột nhƣ nhƣ hình 3.1.1b Tổng số lần cố/ cắt điện suất cắt đƣờng dây sau giảm điện trở nối đất đƣờng dây nhƣ bảng 3.1.1b 11 Hình 3.1.1b: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đường dây trước sau giảm điện trở nối đất Bảng 3.1.1b: Kết tính suất cắt/ số lần cố đường dây sau giảm điện trở nối đất Hạng mục tính tốn tồn đƣờng dây Số lần cố đƣờng dây Suất cắt đƣờng dây Kết 3,4656 (lần/ năm) 3,7367 (lần/100km/năm) C C R UT.L Từ kết tính tốn ta thấy, việc giảm điện trở nối đất cột 210, 199, 74, 209, 153, 188, 151, 183, 148, 216, 215, 152, 203, 187, 182, 186 mang lại hiệu cao, số lần cố cột giảm đƣợc > 40% giá trị tại, nhƣng nhiều vị trí cột hiệu mang lại thấp