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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN BÍNH C C TÍNH TỐN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU - XEKAMAN R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2020 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 L T DU Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN ĐÌNH CHUNG Đà Nẵng – Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Văn Bính C C DU R L T ii TÍNH TỐN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU - XEKAMAN Học viên: Phạm Văn Bính Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khoá: K37.KTĐ-KT (2018-2020) Trƣờng Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Tây Nguyên nằm vùng có mật độ sét cao, đƣờng dây tải điện không (ĐDK) đa số đƣợc xây dựng khu vực địa hình có cao độ lớn, đồi núi, khô hạn, đất cằn cỗi, điện trở suất đất lớn dẫn đến hệ thống nối đất ĐDK lớn tốn Do vậy, tần suất cố sét (suất cắt) xảy ĐDK địa bàn Tây Ngun cao Cơng trình ĐDK 220kV Pleiku Xekaman nằm địa bàn Tây Nguyên đƣợc xây dựng nối liền từ Nhà máy Thủy điện Xekaman bên Lào đến Trạm 500kV Pleiku với tổng chiều dài tuyến 190,26 km, nhằm truyền tải hết công suất Nhà máy thủy điện Xekaman Xekaman San-xay từ Lào Việt Nam Phần đƣờng dây lãnh thổ Việt Nam, cột điện thiết kế đa số cột có cao trình lớn, nằm khu vực mật độ sét cao, có nhiều cung đoạn qua địa hình đồi núi, 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 Đảm bảo chất lƣợng nguồn cung cấp cho phụ tải ngày phát triển Việt Nam; liên kết lƣới điện góp phần đảm bảo phát triển lƣợng bền vững điều kiện hội nhập quốc tế, hợp tác liên kết khu vực; tạo điều kiện để khai thác, vận hành tối ƣu hệ thống điện Việt Nam Từ khóa: Tây Nguyên, mật độ sét, đƣờng dây tải điện không, suất cắt, 220kV Pleiku Xekaman C C R L T DU CALCULATE, PROPOSE SOLUTIONS TO REDUCE THE LIGHTNING TRIPPING RATE FOR TRANSMISSION LINE 220kV PLEIKU – XEKAMAN Abstract: The Highlands is located in a region of high lightning density, nowadays, most of overhead power transmission lines are built on high terrain, hilly, arid, barren land, soil is large resistivity so earthing system of overhead power transmission lines is large and costly Therefore, the frequency of incidents caused by lightning (the lightning tripping rate) occurring on the overhead power transmission lines in the Highlands region is quite high The 220kV Pleiku - Xekaman overhead power transmission line Construction located in the Highlands region which is built to connect from Xekaman Hydroelectric Plant on the side of Laos to 500kV Pleiku Station with a total length of 190.26 km, to transmit the full power of Xekaman and Xekaman San-xay hydroelectric plants from Laos to Vietnam The part of transmission line on the territory of Vietnam, most electric tower are designed with high elevation, tower position in the area of high lightning density, there are many sections going through mountainous terrain, many tower positions are located on the top of the hill so it is easy to attract the lightning Derived from the above, the title: “CALCULATE, PROPOSE SOLUTIONS TO REDUCE THE LIGHTNING TRIPPING RATE FOR TRANSMISSION LINE 220kV PLEIKU – XEKAMAN 1” is necessary, to ensure uninterrupted power supply of the transmission line Ensuring the quality of supplies for the ever-growing loads in Vietnam Grid connections contribute to ensuring sustainable energy development in the context of international integration, cooperation and regional integration; and creating conditions for optimal exploitation and operation of Vietnam's electricity system Key words: Highlands, lightning density, overhead power transmission lines, tripping rate, 220kV Pleiku - Xekaman iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đặt tên đề tài Cấu trúc luận văn C C R L T CHƢƠNG 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 giông sét địa bàn tỉnh Gia Lai, Kontum khu vực đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman qua 1.2 Tổng quan tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman 1.2.1 Quy mô đƣờng dây 1.2.2 Các thơng số kỹ thuật đƣờng dây 12 1.2.3 Bảng số liệu thông số kỹ thuật đƣờng dây 220kV Pleiku Xekaman 1: 14 1.3 Các biện pháp bảo vệ chống sét áp dụng đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 14 1.3.1 Thiết địa 14 1.3.2 Các giải pháp quản lý vận hành Truyền tải điện Gia Lai: 15 1.4 Tình hình cố sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman 15 1.4.1 Các cố sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman (Phần lãnh thổ Việt Nam) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 15 1.4.2 Các cố sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman (Tuyến xét từ G0 đến G30 dài 92,744 km) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 17 DU iv 1.5 Kết luận 18 CHƢƠNG SUẤT CẮT TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU – XEKAMAN 19 2.1 Lý thuyết tính suất cắt/ số lần cố đƣờng dây: 19 2.1.1 Phƣơng pháp tính suất cắt/ số lần cố theo cột điển hình (cổ điển) 19 2.1.2 Tính tốn thơng số 22 2.1.3 Suất cắt điện đƣờng dây sét đánh vòng 24 2.1.4 Suất cắt điện đƣờng dây sét đánh vào dây chống sét khoảng vƣợt 26 2.1.5 Suất cắt điện đƣờng dây sét đánh vào đỉnh cột (kể số lần sét đánh vào dây chống sét gần đỉnh cột) 28 2.2 Phƣơng pháp tính theo vị trí cột 33 2.3 Tính toán suất cắt đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 34 2.3.1 Số liệu trạng đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman 1: 34 2.3.2 Tính tốn suất cắt/ số lần cố đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman theo phƣơng pháp vị trí cột: 34 2.4 Kết luận 36 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT 37 3.1 Các giải pháp giảm suất cắt thƣờng đƣợc sử dụng 37 3.1.1 Giảm điện trở nối đất 37 3.1.2 Giải pháp bổ sung cách điện 40 3.1.3 Lắp đặt chống sét van song song với chuỗi sứ 44 3.1.4 Giải pháp hỗn hợp (Kết hợp giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van) 46 3.2 So Sánh kinh tế phƣơng án 56 3.3 Kết luận 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 C C R L T DU TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Bảng tổng hợp phân loại chuỗi cách điện 13 1.2: Bảng tổng hợp phân loại kiểu tiếp địa 13 1.3 Tổng vụ cố sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 15 2.1: Xác suất hình thành hồ quang trì 20 2.2: Giá trị hệ số hiệu chỉnh theo cấp điện áp 22 2.3 Kết tính suất cắt/ số lần cố đƣờng dây 35 3.1a: Bảng vị trí áp dụng trị số điện trở sau áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất 40 3.1b: Kết tính suất cắt/ số lần cố đƣờng dây sau giảm điện trở nối đất 40 3.1c: Hiệu giảm suất cắt vị trí cột sau áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất 40 3.2: Kết tính suất cắt/ số lần cố đƣờng dây sau tăng chiều dài chuỗi sứ 44 3.3a: Vị trí cột ƣu tiên lắp CSV 45 3.3b: Kết tính suất cắt/số lần cố sau đặt chống sét van 46 3.4: Vị trí cột cần cải tạo áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van dây dẫn: Nhƣ phụ lục đính kèm 51 3.5: Bảng tổng hợp kinh phí cải tạo hệ thống nối đất phƣơng pháp sử dụng bột GEM 52 3.6: Bảng tổng hợp chi phí đầu tƣ 56 C C R L T DU vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1: Các giai đoạn phóng điện sét biến thiên dòng điện sét theo thời gian 1.2a: Sơ đồ mặt tuyến vị trí góc lái từ G0 đến G13 1.2b: Sơ đồ mặt tuyến vị trí góc lái từ G14 đến G19 1.2c: Sơ đồ mặt tuyến vị trí góc lái từ G20 đến G25 10 1.2d: Sơ đồ mặt tuyến vị trí góc lái từ G26 đến G30 10 2.1: Đồ thị tính tốn quan hệ η Elv 20 2.2: Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột chƣa có sóng phản xạ trở 30 2.3: Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột chƣa có sóng phản xạ trở 32 2.4: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí cột đƣờng dây 35 3.1a: Sơ đồ thuật toán giảm điện trở nối đất 39 3.1b: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đƣờng dây trƣớc sau giảm điện trở nối đất 40 3.2a: Sơ đồ thuật toán tăng chiều dài chuỗi sứ 43 3.2b: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đƣờng dây trƣớc sau cải tạo tăng chiều dài chuỗi cách điện 43 3.3a: Sơ đồ thuật toán lắp đặt chống sét van dây dẫn 45 3.3b: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đƣờng dây trƣớc sau cải tạo lắp đặt chống sét van 46 3.4: Thuật toán cho giải pháp hỗn hợp: (a) Thuật tốn chính; 49 3.5: Đồ thị biểu diễn số lần cố vị trí đƣờng dây trƣớc sau giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van 51 3.6: Nối đất kiểu tia cọc có bột GEM xung quanh tia để tăng tiết diện 54 C C R L T DU MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Địa bàn Tây Nguyên nằm vùng có mật độ sét cao Hơn nữa, để hạn chế ảnh hƣởng đƣờng dây không (ĐDK) cao áp đến quy hoạch phát triển sở hạ tầng, nhà cửa, cơng trình kiến trúc, giảm thiểu đền bù …, ĐDK đa số đƣợc thiết kế, xây dựng địa hình có cao độ lớn (đồi núi, khu vực đất đai canh tác hiệu quả…) Khi tuyến ĐDK qua khu vực này, thƣờng khu vực khơ hạn nƣớc, khu vực đất cằn cỗi, điện trở suất đất lớn dẫn đến hệ thống nối đất ĐDK lớn tốn Do vậy, tần suất cố sét xảy đƣờng dây không địa bàn Tây Nguyên thƣờng cao Trong tuyến đƣờng dây truyền tải qua địa phận tỉnh Gia Lai, Cơng trình đƣờng dây 220kV Pleiku - Xekaman đƣợc xây dựng nối liền từ Nhà máy Thủy điện Xekaman bên đất bạn Lào đến Trạm 500kV Pleiku với tổng chiều dài tuyến 190,26 km, nhằm truyền tải hết công suất Nhà máy thủy điện Xekaman Xekaman San-xay từ Lào Việt Nam Đƣờng dây 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 toán, 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 Đảm bảo chất lƣợng nguồn cung cấp cho phụ tải ngày phát triển Việt Nam; liên kết lƣới điện góp phần đảm bảo phát triển lƣợng bền vững điều kiện hội nhập quốc tế, hợp tác liên kết khu vực; tạo điều kiện để khai thác, vận hành tối ƣu hệ thống điện Việt Nam C C R L T DU Mục đích nghiên cứu đề tài - Hạn chế suất cắt điện sét gây tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman nhằm đảm bảo đƣờng dây vận hành an toàn, cung cấp điện liên tục - 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 Các kết bƣớc đầu cho phép tiến hành biện pháp đƣờng dây tƣơng tự Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc Gia Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman - Phạm vi nghiên cứu: Suất cắt điện sét tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman Phƣơng pháp nghiên cứu - Phân tích cố sét cung đoạn tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku – Xekaman năm vận hành theo thông số đƣờng dây, mật độ sét, số vụ cố sét gây ra, địa hình, tính chất mơi trƣờng khu vực có đƣờng dây qua - Trên sở lý thuyết tính suất cắt số liệu thực tế lấy từ bình đồ đƣờng dây, số lần cố sét gây thực tế đƣợc theo dõi cơng tác quản lý vận hành 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, nhằm giảm suất cắt đƣờng dây xuống thấp giá trị yêu cầu cần đạt đƣợc - 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 cho khu vực Tây Nguyên truyền tải tối đa công suất từ nhà máy phát điện lên lƣới điện Quốc Gia Đặt tên đề tài Căn vào mục tiêu nhiệm vụ nêu đề tài đƣợc đặt tên: “Tính tốn, đề C C R L T DU 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 phụ lục Bố cục nội dung luận văn gồm phần sau: Lời cam đoan Trang tóm tắt Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài (Tính cấp thiết đề tài) Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Máy 2, kỹ thuật viên cuốc 1, thuyền phó Máy 2, kỹ thuật viên cuốc 1, thuyền phó Kỹ thuật viên cuốc Tàu hút 150m3/h đến 300m3/h (Theo Phụ lục 2: Thông tƣ 01/2015/TT-BXD ngày 20/3/2015) 1,0 4,090 7.771.000 298.885 2,0 4,300 8.170.000 314.231 Tàu hút 300m3/h, tàu cuốc dƣới 300m3/h (Theo Phụ lục 2: Thông tƣ 01/2015/TT-BXD ngày 20/3/2015) 1,0 4,680 2,0 4,920 R L T 2,0 9.348.000 359.538 DU 3,170 6.023.000 231.654 3,500 6.650.000 255.769 Tàu hút 150m3/h đến 300m3/h (Theo Phụ lục 2: Thông tƣ 01/2015/TT-BXD ngày 20/3/2015) 1,0 2,0 Kỹ thuật viên cuốc 342.000 Tàu hút dƣới 150m3/h (Theo Phụ lục 2: Thông tƣ 01/2015/TT-BXD ngày 20/3/2015) 1,0 Kỹ thuật viên cuốc C C 8.892.000 3,730 7.087.000 272.577 3,910 7.429.000 285.731 Tàu hút 300m3/h, tàu cuốc dƣới 300m3/h (Theo Phụ lục 2: Thông tƣ 01/2015/TT-BXD ngày 20/3/2015) 1,0 4,370 8.303.000 319.346 2,0 4,680 8.892.000 342.000 PHỤ LỤC PHÂN TÍCH ĐƠN GIÁ VẬT LIỆU, NHÂN CÔNG VÀ MÁY THI CÔNG BẢNG TỔNG HỢP GIÁ TRỊ DỰ TỐN CHI PHÍ LẮP ĐẶT BỔ SUNG 12 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 2.868.553,00 1.1 Vật liệu VL 2.418.000,00 1.2 Chi phí nhân cơng NC 450.553,00 1.3 Chi phí máy thi cơng MTC C C 0,00 Chi phí chung 65% * NC 292.859,00 Thu nhập chịu thuế tính trƣớc 6% x (1+2) 189.685,00 Chi phí xây dựng trƣớc thuế VAT (10%) T U R L D (1+2+3) Chi phí xây dựng sau thuế (Gxd) 3.351.097,00 335.110,00 3.686.207,00 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 77.141.283,00 1.1 Vật liệu VL 75.000.000,00 1.2 Chi phí nhân cơng NC 2.141.283,00 1.3 Chi phí máy thi cơng MTC 0,00 Chi phí chung 65% * NC 1.391.834,00 Thu nhập chịu thuế tính trƣớc 6% x (1+2) 4.711.987,00 Chi phí xây dựng trƣớc thuế (1+2+3) 83.245.104,00 VAT (10%) Chi phí xây dựng sau thuế (Gxd) 8.324.510,00 91.569.614,00 BẢNG PHÂN TÍCH VẬT LIỆU TT Mã ĐM Nội dung công việc ĐVT Khối lƣợng Vị trí Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) ĐM 4970 Lắp 03 chống sét van cột có chiều cao lắp D3.3224/42 đặt