Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp giảm sự cố do sét trên đường dây 500kv pleiku – di linh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN CẢNH TOÀN NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƢỜNG DÂY 500KV PLEIKU - DI LINH C C R L T U D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN CẢNH TOÀN NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƢỜNG DÂY 500KV PLEIKU - DI LINH C C R L T U D Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐOÀN ANH TUẤN Đà Nẵng - Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Cảnh Toàn C C U D R L T ii NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƢỜNG DÂY 500KV PLEIKU – DI LINH Học viên: Mã số: Nguyễn Cảnh Tồn 8520201 Khóa: K37 Chun ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng tượng điện áp khí đến đường dây tải điện khơng tính tốn suất cắt cho đường dây 500kV Pleiku – Di Linh Trong đó, luận văn tính tốn suất cắt đường dây trường hợp sét đánh vào đỉnh cột, khoảng vượt sét đánh vòng dây chống sét vào dây dẫn Từ kết tính tốn suất cắt đường dây 500kV Pleiku – Di Linh, luận văn đưa giải pháp nhằm giảm suất cắt đường dây sau: + Giảm điện trở nối đất phương pháp bổ sung nối đất đường dây Hiệu kinh tế - kỹ thuật áp dụng giải pháp + Lắp chống sét van đường dây chi phí lắp đặt cho vị trí + Giảm góc bảo vệ đường dây phương pháp bổ sung chuỗi sứ V chi phí cho vị trí C C + Tăng hệ số ngẫu hợp phương pháp lắp bổ sung dây chống sét chi phí cho khoảng cột So sánh hiệu kinh tế mang lại giải pháp lắp chống sét van, bổ sung chuỗi sứ V bổ sung dây chống sét thời gian 10 năm R L T U D RESEARCH AND PROPOSAL OF THE MEASURES FOR REDUCING SHUT-DOWN BY LIGHTNING ON 500KV PLEIKU- DI LINH Abstract: The thesis studied the effect of atmospheric overvoltage on the overhead transmission line and calculated the cutting power for 500kV Pleiku – Di Linh In which the thesis has to calculate the rate of line disconnecting in the case of lightning at the top of the tower, line span and lightning strike rounding ground wires to conductor From the calculation results of 500kV Pleiku – Di Linh, the thesis proposes measures to reduce the rate of line disconnecting as follows: + To reduce earthing resistance by implementing earthing system Economic and technical efficiency when applying this measure + To install lightning arrester valve on the line and calculate the cost for one position + To reduce the line protection angle by adding V – shape insulator string and calculate cost for one tower + To increase coefficient factor of coupling by adding grounding wires and calculate cost for one line span Comparision of economic efficiency of the solution of installing lightning arresters valve, adding ground wires in 10 years iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Bố cục luận văn C C R L T CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SÉT, HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TÍNH SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY 1.1 Tổng quan sét 1.1.1 Nguồn gốc sét 1.1.2 Các giai đoạn phát triển sét: 1.1.3 Mật độ sét giới Việt Nam 1.1.4 Ảnh hưởng giông sét đến HTĐ Việt Nam 1.2 Hiện tượng điện áp khí 1.3 Các phương pháp tính suất cắt ĐD tải điện cao áp: .10 1.3.1 Phương pháp cổ điển 10 1.3.2 Phương pháp CIGRE tính suất cắt dựa mơ hình điện hình học: 19 U D CHƢƠNG ỨNG DỤNG TÍNH TỐN SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY 500KV PLEIKU – DI LINH .21 2.1 Tính suất cắt ĐD 500kV Pleiku – Di Linh .21 2.1.1 Giới thiệu chung ĐD 500kV Pleiku – Di Linh 21 2.1.2 Sơ đồ khối tính tốn suất cắt ĐD: 23 2.1.3 Kết tính tốn 23 2.2 Nhận xét: .24 CHƢƠNG CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY 500KV PLEIKU – DI LINH .25 3.1 Khái qt tính tốn tiêu CS ĐD tải điện .25 iv 3.2 Giải pháp giảm điện trở nối đất 25 3.2.1 Khái quát nối đất hệ thống điện 25 3.2.2 Điện trở nối đất .27 3.2.3 Thực nối đất 28 3.2.4 ĐTS đất nhân tố ảnh hưởng 28 3.2.5 Các phương pháp thường sử dụng để giảm ĐTNĐ .30 3.2.6 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật thiết kế HTNĐ 30 3.2.7 Tính tốn ĐTNĐ: 31 3.2.8 Nối đất chống sét 35 3.2.9 Giảm ĐTNĐ đường dây .41 3.2.10 Áp dụng thực việc tính tốn 42 3.2.11 Kiểm tra lại kết tính tổng suất cắt: (Với điện trở nối đất cột là: 4,75 ) 43 C C 3.3 Phân tích hiệu kinh tế giải pháp giảm điện trở nối đất .43 3.3.1 Thực tính tốn .43 3.3.2 Nhận xét: .45 3.4 Lắp chống sét van đường dây 45 3.4.1 Khái quát lắp CSV ĐD tải điện không 45 3.4.2 Tính tốn chi phí lắp CSV 46 3.5 Giảm góc bảo vệ đường dây 48 3.5.1 Khái quát chung 48 3.5.2 Góc bảo vệ cụ thể cột tiêu biểu đường dây 500kV: 49 3.5.3 Tính tốn chi phí lắp chuỗi sứ V cho 01 vị trí 51 3.6 Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dây dẫn 53 3.6.1 Khái quát chung 53 3.6.2 Tính tốn chi phí lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột: 55 3.7 So sánh tính kinh tế giải pháp lắp chuỗi sứ V, DCS CSV: 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .58 R L T U D DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVCS CSV DCS ĐD ĐTNĐ ĐTS HTĐ HTNĐ MBA NĐCS PTC3 PVBV QĐA TBA XT Bảo vệ chống sét Chống sét van Dây chống sét Đường dây Điện trở nối đất Điện trở suất Hệ thống điện Hệ thống nối đất Máy biến áp Nối đất chống sét Công ty Truyền tải điện Phạm vi bảo vệ Quá điện áp Trạm biến áp Xuất tuyến U D R L T C C vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Cường độ hoạt động giông sét khu vực 1.2: Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực 2.1: Các thông số riêng ĐD tính tốn suất cắt 21 2.2: Tổng hợp kết tính suất cắt ĐD theo ĐTNĐ 24 3.1: Quy định ĐTNĐ ĐD không theo 11TCN-19-2006 26 3.2: Hệ số mùa 29 3.3: Quy định kích thước tối thiểu loại ÐCNÐ 31 3.4: Biểu thức tính ĐTNĐ cọc thẳng đứng 32 3.5: Giới hạn chiều dài điện cực nối đất phân bố dài 41 3.6: Kinh nghiệm sử dụng CSV nước 46 3.7: Chi phí lắp CSV cho 01 vị trí 3.8: Chi tiết vật liệu lắp bổ sung chuỗi sứ V cho 01 vị trí 51 3.9: Chi phí đầu tư lắp bổ sung chuỗi sứ V cho 01 vị trí 52 3.10: Chi tiết vật liệu lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột 55 3.11: Chi phí đầu tư lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột 56 3.12: So sánh chi phí đầu tư lợi nhuận lắp bổ sung chuỗi sứ V, DCS, CSV 57 R L UT D C C 46 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1: 1.2: 1.3: 1.4: Tên hình Trang Hiện tượng dơng sét Các giai đoạn phóng điện sét biến thiên dịng điện sét theo thời gian Bản đồ toàn cầu sét Hệ thống khai thác thông tin thời tiết Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc Gia Truy xuất thông tin sét khu vực Trạm biến áp 500kV 1.5: Pleiku đường dây Truyền tải điện lân cận khu vực bán kính 10km C C R L 1.6: Sét đánh gần đường dây tải điện không 1.7: Các trường hợp sét đánh vào đường dây 10 1.8: Dạng dòng điện sét theo thời gian 11 1.9: Dòng điện sét sét đánh vào dây dẫn 12 1.10: Sét đánh đỉnh cột ĐD có dây chống sét bảo vệ 13 1.11: 1.12: T U D Sơ đồ tương đương mạch dẫn dịng sét chưa có sóng phản xạ tới Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện có sóng phản xạ tới 14 15 1.13: Khi sét đánh vào khoảng vượt 17 1.14: Đường cong nguy hiểm 18 1.15: Sét đánh vào dây chống sét khoảng vượt 18 1.16: Sơ đồ tính tốn suất cắt theo phương pháp CIGRE 19 2.1: Sơ đồ cột điện tiêu biểu tính suất cắt ĐD 500kV 22 2.2: Sơ đồ khối tính tốn suất cắt ĐD 500kV 23 3.1: Khi sét đánh vào đường dây 26 3.2: Sơ đồ thay mạng nối đất 27 3.3: Xác định điện trở điện cực bán hình cầu 31 viii Số hiệu hình Tên hình Trang 3.4: Ảnh hưởng điện cực cạnh 33 3.5: Sơ đồ thay hệ thống nối đất phân phối dài 38 3.6: Nhập liệu tính tốn bổ sung hệ thống tiếp địa 42 3.7: Kết tính tốn bổ sung hệ thống tiếp địa 42 3.8: Kết tính tốn bổ sung hệ thống tiếp địa (tiếp) 43 3.9: Quan hệ góc bảo vệ với biên độ dịng điện sét 48 3.10: Giảm góc bảo vệ cách điện kiểu V 48 3.11: Góc bảo vệ cột tiêu biểu ĐD 500kV Pleiku – Di Linh 49 3.12: Góc bảo vệ α giảm sau lắp sứ V 50 C C Tổng trở sóng tương hỗ dây dẫn dây chống sét, minh 3.13: họa cho trường hợp đường dây có dây chống sét (Z1 Z2) R L T với dây dẫn (ZC) 3.14: Sơ đồ lắp bổ sung DCS khoảng cột tiêu biểu ĐD 500kV U D 53 55 56 Khối lƣợng (kg) Mã hiệu Kích thƣớc (mm) 15 Bu lơng M16x50 50 153 5.085 778.005 16 Bu lông M20x60 60 48 9.436 452.928 1.050 42.000 44.100.000 837.000 3.348.000 TT Tên vật tƣ II Phụ kiện néo DCS+DCS Dây chống sét Phlox 116 Chuỗi néo dây chống sét Phlox 116 Số lƣợng Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) 01 khoảng néo 500m (2 cột) AACSR 116 NS1, NS2 Tổng cộng 88.066.533 C C - Chi phí đầu tư lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột 500m ước tính hiệu kinh tế mang lại sau 10 năm bảng 3.11 R L T ĐVT Khối lƣợng Đơn giá (đồng) T.bộ 88.066.533 88.066.533 T.bộ 10.000.000 10.000.000 Công 60 213.385 12.803.100 Tấn 344.158 1.720.790 T.bộ T.bộ 1 5.000.000 5.000.000 5.000.000 5.000.000 Bảng 3.11: Chi phí đầu tư lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột U D TT Nội dung cơng việc A Chi phí đầu tƣ, lắp đặt Chi phí đầu tư, lắp đặt chống sét bổ sung Chi phí khảo sát Chi phí nhân công để xây lắp, Nhân công: 4,0/7, 60 công (Bảng lương A1 N6 Nhóm III) Chi phí vận chuyển thủ công vật tư, thiết bị, dụng cụ thi công Chi phí đền bù thi cơng Chi phí dự phịng B Chi phí bảo trì, bảo dƣỡng Chi phí thực bảo trì, bảo dưỡng 10 năm Chi phí thiệt hại cắt điện gây Chi phí đóng điện trở lại Chi phí nhân cơng sửa chữa C Thành tiền (đồng) 122.590.423 20.000.000 T.bộ 10 2.000.000 20.000.000 689.547.383 T.bộ 4.500.000 4.500.000 Công 30 213.385 6.401.550 57 TT D - - E Nội dung cơng việc Chi phí thay cách điện Chi phí thay vịng bảo vệ Chi phí điện 01 lần (03 giờ) So sánh tính kinh tế lắp đặt chống sét bổ sung /01 khoảng cột 500m Chi phí bị thiệt hại cắt điện gây 01 khoảng cột 500m 10 năm Tổng chi phí đầu tư, bảo trì, bảo dưỡng 10 năm (A+B) Lợi nhuận mang lại 10 năm sau lắp đặt ĐVT Khối lƣợng Đơn giá (đồng) Chuỗi 10.000.000 10.000.000 Cái 5.000.000 5.000.000 Lần 663.645.833 663.645.833 Năm 10 689.547.383 6.895.473.833 T.bộ C C 142.590.423 R L T U D Thành tiền (đồng) 6.752.883.410 3.7 So sánh tính kinh tế giải pháp lắp chuỗi sứ V, DCS CSV: - So sánh chi phí đầu tư lợi nhuận mang lại sau 10 năm bảng 3.12 Bảng 3.12: So sánh chi phí đầu tư lợi nhuận lắp bổ sung chuỗi sứ V, DCS, CSV TT Nội dung 01 Lắp chuỗi sứ V 01 vị trí 02 03 Tổng chi phí đầu tƣ, bảo trì, bảo dƣỡng 10 năm Lợi nhuận mang lại 10 năm sau lắp đặt 37.350.058 6.944.108.275 Lắp DCS bổ sung cho 01 khoảng cột 142.590.423 6.752.883.410 Lắp đặt chống sét van cho 01 vị trí 592.170.537 6.303.303.297 - Nhận xét: Từ kết cho thấy việc đầu tư lắp bổ sung chuỗi sứ V tiết kiệm lắp bổ sung dây chống sét việc lắp chống sét van mang lại kinh tế 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận văn nghiên cứu giải pháp giảm suất cắt đường dây 500kV Pleiku – Di Linh tượng dông sét gây giảm ĐTNĐ, lắp đặt chống sét van, lắp bổ sung chuỗi sứ V để giảm góc bảo vệ, lắp thêm dây chống sét để tăng hệ số ngẫu hợp Kết cho thấy: - Đối với đường dây qua khu vực đồi núi cao, mật độ giông sét lớn, thực lắp đặt chống sét van (Thực tế tuyến đường dây 500kV chưa thực việc này) - Giải pháp giảm suất cắt hiệu giảm điện trở cột cách thực nối đất bổ sung vào hệ thống nối đất có; Giải pháp Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia thống chủ trương PTC3 thực cho nhiều đường dây, có số tuyến đường dây 500kV - Giải pháp giảm góc bảo vệ cách bổ sung chuỗi sứ V với chi phí thấp giải pháp nên xem xét đặc biệt đường dây vào vận hành khó cải tạo phần kết cấu, mang điện - Giải pháp bổ sung dây chống sét ngẫu hợp áp dụng cho khu vực nhiều giông sét, điện trở suất đất cao khó xử lý giảm điện trở nối đất chân cột khu vực đỉnh đồi cao, vượt thung lũng xem xét lựa chọn số khoảng cột, lắp bổ sung 02 DCS từ cột sang cột khác nằm vị trí thấp dây pha DCS ngẫu hợp có tác dụng làm cho chuỗi cách điện chịu đựng điện áp thấp nên khơng vượt q giá trị U50% chia dịng điện sét qua cột lân cận, làm giảm dòng điện sét vị trí cột bị sét đánh trực tiếp, giảm điện áp ngược tác động chuỗi cách điện Đây đề tài giúp đơn vị vận hành có sở để giảm suất cắt đường dây cao áp mang lại hiệu cao kinh tế, giảm thiệt hại suất cắt điện gây C C R L T U D Kiến nghị: - Cần nghiên cứu thêm tính tốn suất cắt đưa giá trị điện trở cột đường dây giai đoạn thiết kế - Để nâng cao tính xác cần phải tính cụ thể cho giá trị điện trở cột khác nhau, điện trở suất đất vùng đường dây qua khác - Vì tầm quan trọng đường dây 500kV, Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia cần nâng cấp phiên Ứng dụng đồ sét để thực thống kê mật độ sét rà soát khoảng cột đường dây 500kV qua vùng sét với cường độ mật độ sét cao để có giải pháp giảm suất cắt cụ thể cho vị trí 59 Hƣớng phát triển đề tài: - Trên sở liệu sét (cường độ, mật độ sét) hướng tuyến theo địa qua rừng đặc dụng, di sản văn hóa,… phải giới hạn hành lang tuyến tính tốn cụ thể để bổ sung chuỗi sứ V - Khu vực nhiều giông sét, cột vượt, khó xử lý giảm điện trở nối đất … tính tốn bổ sung dây chống sét thấp dây pha - Cần nghiên cứu thêm tính tốn suất cắt đưa giá trị điện trở cột đường dây giai đoạn thiết kế C C U D R L T DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Công nghiệp, Quy phạm trang bị điện, Hà Nội, 2006 [2] Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Hà Nội, 1972 [3] Võ Viết Đạn, Một số vấn đề kỹ thuật cao áp siêu cao áp, Hà Nội, 1993 [4] TCXDVN 46 : 2007, Chống sét cho cơng trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra bảo trì hệ thống [5] Trần Vinh Tịnh, Nguyễn Lương Mính, “Tính chọn điện cực nối đất giải pháp giảm điện trở trang bị nối đất” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng – Số 6(29), 2008 [6] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp – Quá điện áp bảo vệ điện áp, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 [7] Trần Văn Tớp, Một số vấn đề kỹ thuật điện cao áp siêu cao áp, Hà Nội, 2007 [8] Hoàng Việt, Kỹ thuật điện cao áp, T1, Kỹ thuật cách điện, NXB Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh, 2003 [9] Hồng Việt, Kỹ thuật điện cao áp, T1, Quá điện áp hệ thống điện, NXB Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh, 2007 C C R L T U D Tiếng Anh [10] “Line Arrester Application on a 110 kV High Alpine Overhead Line to reduce Lightning-Caused Outages”, T JUDENDORFER, S PACK, M MUHR, Graz University of Technology, Inffeldgasse 18, 8010 Graz, AUSTRIA, Cavtat 2008 C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... vi nghiên cứu: - Nghiên anh hưởng tượng điện áp khí đường dây dẫn điện khơng - Tính tốn suất cắt điện đường dây 500kV Pleiku – Di Linh - Đề xuất giải pháp giảm suất cắt điện đường dây 500kV Pleiku. .. quan sét, tượng điện áp khí tính suất cắt đường dây Chương - Ứng dụng tính suất cắt đường dây 500kV Pleiku ? ?Di Linh Chương - Các giải pháp nhằm giảm suất cắt đường dây 500kV Pleiku – Di Linh. .. suất cắt điện đường dây, đường dây 500kV Pleiku – Di Linh đưa giải pháp giảm suất cắt phù hợp cho đường dây thực tế - So sánh giải pháp bảo vệ chống sét để giảm suất cắt đường dây cao áp 5.2