Tại Page observation points trong phần mềm LIOV, ta chọn các vị trí để xác định giá trị điện áp cảm ứng như: ở cuối đường dây, tại 1 điểm, 2 điểm, 3 điểm, 4 điểm và 5 điểm để mơ phỏng.
39
2.3.2 Mơ hình LIOV:
Mã LIOV bao gồm 2 chương trình con: MTLF (Modified-Transmission Line Fields) và MTLV (Modified-Transmission Line Voltages). [15]
- MTLF: Tính tốn trường điện từ gây ra bởi sét thơng qua dịng điện cơ sở kênh sét và vận tốc của sét.
- MTLV: Tính tốn q điện áp gây ra dọc theo đường dây trên không bắt đầu từ trường điện từ được tính tốn tại một số điểm dọc theo đường dây bằng MTLF ở trên.
Hình 2. 6: Mặt phẳng hình học của phần mềm LIOV
Xét mặt phẳng hình học của LIOV, gồm trục tọa độ (x, y, z) được xem là mặt phẳng chiếu trong khơng gian của các tham số. Mặt phẳng hình học LIOV còn thể hiện phương D1 và D2 tương ứng với phương hướng của dòng sét đánh gần đường dây. Bên cạnh đó, OL được xem như một mặt phẳng của đất để xác định ảnh hưởng của điện trở đất cũng ảnh hưởng trong phần mềm LIOV.
Các thông số đầu vào và công thức được sử dụng trong phần mềm LIOV được trình bày cụ thể như sau:
Dòng điện cơ sở kênh sét được biểu thị bằng tổng hai hàm Heidler: - Cú phóng sét đầu tiên:
40
(0, ) = (( ) ) (2.11)
Trong đó: I01 – Dịng sét đỉnh của cú phóng sét đầu tiên (kA) – Thời gian dòng sét tăng lên 90% dòng sét đỉnh (s) – Thời gian dòng sét giảm xuống 50% dòng sét đỉnh (s) n1 – hệ số độ dốc
= ( )( ) - hằng số chính xác của biên độ dịng sét - Cú phóng sét kế tiếp:
(0, ) = (( ) ) (2.12)
Trong đó: I02 – Dịng sét đỉnh của cú phóng sét đầu tiên (kA) – Thời gian dòng sét tăng lên 90% dòng sét đỉnh (s) – Thời gian dòng sét giảm xuống 50% dòng sét đỉnh (s) n2 – hệ số độ dốc
= ( )( ) - hằng số chính xác của biên độ dịng sét - Dòng điện cơ sở kênh sét:
(0, ) = (0, ) + (0, ) (2.13)
Mơ hình TL, xung dịng điện cơ sở kênh lan truyền mà khơng có sự suy giảm:
(0, ) = (0, − ) z≤vt (2.14)
(0, ) = 0 z>vt
Trong thực thế, ta xét đến mơ hình MTL, xung sét di chuyển từ kênh sét cơ sở có sự suy giảm:
41
(0, ) = 0 z>vt
Bằng cách giả định mặt đất như một vật dẫn điện hoàn hảo từ đó suy ra phương trình cho điện trường thẳng đứng và điện trường ngang dọc theo kênh sét bằng phương trình Maxwell, các phương trình được điều chỉnh cho phìu hợp với tia sét quay trở lại MTL:
Ε ( , , ) = ( ) . exp ∫ (0, − − ) +
exp ( ) (0, − − ) − exp ( ) ( , (2.15)
( , , ) = . exp ∫ (0, − − ) +
exp ( ) (0, − − ) + exp ( ) ( , (2.16)
Tổng vecto điện áp đường cảm ứng đường dây:
[ ( , )] = −[ ]. [ ( , )] + [ℎ . ( , 0, )] (2.17)
2.4 Tổng quan về hướng tuyến và sự cố do cảm ứng sét đối với tuyến dây Phú Thuận - Củ Chi Thuận - Củ Chi
2.4.1 Tuyến dây Phú Thuận – Củ Chi
Tuyến dây 22kV Phú Thuận là phát tuyến thuộc trạm trung gian 110/22kV Bàu Đưng – 1x40MV, thuộc quản lý của Công ty Điện Lực Củ Chi. Tuyến dây Phú Thuận có lộ trình: từ trạm trung gian Bàu Đưng đi theo đường An Nhơn Tây đến đường Nguyễn Thị Rành và đi dọc theo Tỉnh lộ 15. Phạm vi cung cấp điện: một phần khu vực các xã An Nhơn Tây, xã An Phú và xã Phú Mỹ Hưng, huyện Củ Chi.
42
Hình 2. 7: Tuyến dây Phú Thuận trên đường Tỉnh lộ 15 – Củ Chi
Các thông số thiết bị được lắp đặt theo quy cách kỹ thuật vật tư thiết bị do Tổng Công ty Điện lực TP.HCM quy định. Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện do hiện tượng cảm ứng sét, tuyến dây Phú Thuận có lắp đặt hệ thống chống sét van tại các vị trí trụ trung thế có thiết bị hoặc trụ trung thế có cáp ngầm trung thế đấu nối. Bên cạnh đó, có hệ thống nối đất trụ trung thế và thiết bị đảm bảo theo quy phạm kỹ thuật.
2.4.2 Một số sự cố do cảm ứng sét ảnh hưởng đến tuyến dây Phú Thuận trong năm 2021 trong năm 2021
Quá điện áp khí quyển do cảm ứng sét đa số nguy hiểm với cách điện của đường dây 35kV trở xuống. Sóng quá điện áp xuất hiện trên đường dây tác động đến các thiết bị bảo vệ đường dây gây ra một số hiện tượng như: phóng điện, phá vỡ lớp cách điện, đứt dây, chảy chì FCO trạm,….
43
Trong năm 2021, sự cố do cảm ứng sét ảnh hưởng đối với tuyến dây Phú Thuận-Củ Chi tương đối nhiều. Cụ thể như:
Ngày 03/04/2021, do ảnh hưởng sét lan truyền khi đánh gần đường dây gây ra sự cố cảm ứng ứng đã tác động thoáng qua đối với Recloser Phú Lợi.
Ngày 17/05/2021, do ảnh hưởng sét lan truyền khi đánh gần đường dây gây ra sự cố do cảm ứng sét kết hợp với sự cố ngắn mạch làm đứt dây chì pha nhánh rẽ An Phú 14
Ngày 16/06/2021, do ảnh hưởng sét lan truyền khi đánh gần đường dây gây ra sự cố do cảm ứng sét kết hợp với sự cố ngắn mạch làm đứt dây chì pha nhánh rẽ An Phú 13
Ngày 04/09/2021, do ảnh hưởng sét lan truyền khi đánh gần đường dây gây ra sự cố cảm ứng sét tác động đến bộ chống sét van của Trạm Hương Trung.
Hiện tượng cảm ứng sét có thể gây ra sự cố tạm thời đối với đường dây phân phối. Nếu sự cố được loại bỏ bởi MCCB trạm hoặc Recloser, mạch được nối lại thành công. Trước đây, sự cố trên được xem như sự cố thống qua và có thể chấp nhận được. Nhưng hiện nay, sự gia tăng các sự cố trên ngày càng nhiều nên Tổng công ty Điện lực TP.HCM đã đóng chức năng tự đóng lại của Recloser để đảm bảo an tồn trong q trình thao tác.
Khi xảy ra sự cố cảm ứng sét sẽ ảnh hướng đến tính liên tục và gây hư hỏng thiết bị trên đường dây phân phối. Cách khắc phục đối với những sự cố trên là xác định phạm vi ảnh hưởng, xác định vị trí xảy ra sự cố, cô lập nguồn điện đầu nhánh sau khi cơ lập thì trả nguồn lại cho các phần tử trên hệ thống điện không xảy ra sự cố đồng thời đưa ra biện pháp khắc phục cụ thể trong từng trường hợp. Trong trường hợp phóng điện thiết bị Chống sét van, tiến hành thay chống sét van cho vị trí sự cố hay đứt chảy chì nhánh rẽ thì tiến hành thay chì cho nhánh rẽ đó,… để đảm bảo thời gian xảy ra sự cố là ngắn nhất.
44
Một số hình ảnh ghi nhận về sự cố cảm ứng sét trên tuyến dây Phú Thuận trên hệ thống giám sát Online của Công ty Điện lực Củ Chi:
Hình 2. 8: Hình ảnh sự cố đứt chì tại Nhánh rẽ An Phú 14
45
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG VÀ MƠ PHỎNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG SÉT CỦA TUYẾN DÂY PHÚ THUẬN
3.1 Tính tốn q điện áp cảm ứng của tuyến dây Phú Thuận. 3.1.1 Đối với trường hợp bỏ qua điện trợ suất của đất:
Xét một hệ thống lưới điện phân phối có các thơng số tham khảo như sau:
Dòng điện sét I0 = 31kA
Vận tốc lan truyền sóng = 1× 108 (m/s) → = ⁄ =
Chiều cao đường dây phân phối h = 10m
Khoảng cách tối thiểu để có xét đánh cảm ứng được tính theo cơng thức (2.3):
ymin = (10 , ) − (9 , − ℎ)
= (10 × 31 , ) − (9 × 31 , − 10) = 56,81 m
Xác định khoảng cách Ymin để có thể chọn khoảng cách vị trí sét đến đường dây cho phù hợp với việc tính tốn điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối, cụ thể với những thơng số tham khảo của lưới phân phối trên thì khoảng cách tối thiểu để xảy ra hiện tượng cảm ứng sét là 55m.
Ta có giá trị ymin=55m nên ta tính giá trị điện áp cảm ứng khi khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 60 m:
Umax = . (1 + ( ) ) = × × × (1 +
( ) ) = 192,593 kV
Dựa vào cơng thức IEEE – 1410 ta tính được giá trị điện áp cảm ứng trên đường dây là 192,593 kV khi khoảng cách từ sét đến đường dây là 60m
Tương tự, ta tính cho các khoảng cách khác nhau để so sánh: - Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 65 m
46 = × × × (1 +
( ) ) = 177,778 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 70 m Umax = . (1 + ( ) )
= × × × (1 +
( ) ) = 165,079 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 75 m Umax = . (1 + ( ) )
= × × × (1 +
( ) ) = 155,074 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 80 m Umax = . (1 + ( ) )
= × × × (1 +
( ) ) = 144,445 kV
3.1.2 Đối với trường hợp có xét điện trợ suất của đất:
Xét một hệ thống lưới điện phân phối có các thơng số tham khảo như sau: - Dịng điện sét I0 = 31kA
- Vận tốc lan truyền sóng = 1× 108 (m/s) → = ⁄ = - Chiều cao đường dây phân phối h = 10m
- Khoảng cách tối thiểu để có xét đánh cảm ứng ymin = 55m - Chọn = 300 Ωm
Ta có giá trị ymin=55m nên ta tính giá trị điện áp cảm ứng khi khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 60 m
Umax = kc( ,h)[ √3( ) / . . + . . (1 + . )]
= 0.85× [√3 × ( ) / × 31 × + × × × (1 + ×
47 = 234,464 kV
Dựa vào cơng thức của Paulino có xét đến điện trở suất của đất, ta tính được giá trị điện áp cảm ứng trên đường dây là 234,464 kV khi khoảng cách từ sét đến đường dây là 60m
Tương tự, ta tính cho các khoảng cách khác nhau để so sánh: - Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 65m
Umax = kc( ,h)[ √3( ) / . . + . . (1 + . )]
= 0.85× [√3 × ( ) / × 31 × + × × × (1 + ×
( ) )] = 219,095 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 70m Umax = kc( ,h)[ √3( ) / . . + . . (1 + . )]
= 0.85× [√3 × ( ) / × 31 × + × × × (1 + ×
( ) )] = 205,828 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 75m Umax = kc( ,h)[ √3( ) / . . + . . (1 + . )]
= 0.85× [√3 × ( ) / × 31 × + × × × (1 + ×
( ) )] = 194,253 kV
- Trường hợp khoảng cách sét đánh cách đường dây là y = 70m Umax = kc( ,h)[ √3( ) / . . + . . (1 + . )]
= 0.85× [√3 × ( ) / × 31 × + × × × (1 + ×
48 = 184,057 kV
3.1.3 Kết quả tính tốn ghi nhận:
Ta có có bảng kết quả ở 2 trường hợp trên như sau:
Bảng 3. 1: Kết quả tính tốn q điện áp cảm ứng sét cho đường dây h=10m
I0 (kA) y(m) ( = 0 Ωm) U (kV) ( = 300 Ωm) U (kV) 31 60 192,593 234,464 65 177,778 219,095 70 165,079 205,828 75 154,075 194,253 80 144,445 184,057 105 110,053 147,034 110 105,050 141,552
3.2 Mô phỏng hiện tượng cảm ứng sét của tuyến Phú Thuận bằng phần mềm LIOV
Mô phỏng hiện tượng quá điện áp cảm ứng sét trên đường dây phân phối 22kV dựa vào phần mềm LIOV với các thông số kỹ thuật của trụ đỡ, sứ đứng, dây dẫn trung thế, chống sét van và sứ treo đối với tuyến dây Phú Thuận tại Củ Chi.
Dựa vào số liệu thực tế đã tính tốn theo tiêu chuẩn IEEE-1410 ở mục 3.1, ta áp dụng nhưng thông số lưới điện trên vào phần mềm LIOV. Cụ thể:
- Tại giao diện Page 1/2 ta nhập thơng số của mã con MTLF, trong đó:
(108 m/s): Vân tốc lan truyền sóng → Chọn v = 1×108 m/s
49 I = I01 + I02 + IDE
Trong đó: I01 và I02 là hai hàm heidler theo công thức (3.1) IDE = ID((1- ) − (1 − ))
Để đảm bảo cường độ dòng sét đỉnh đạt 31kA như yêu cầu, ta chọn:
→ I01 = 31kA; I02 = 0kA; ID = 0kA
N1: hệ số điều chỉnh cho dòng điện đỉnh I01 → Chọn N1 = 1
T11/T12: Cặp tham số thời gian của dòng điện I01
→ Chọn T11/T12 = 1,4/97 , â đầ ê
+ Các tham số còn lại, ta giữ nguyên như Data Sample, cụ thể: H: Chiều cao kênh xét → H = 10 km
Các thông số N2, T21/T22 khơng ảnh hưởng đến kết quả vì I02 = 0 Tương tự thông số α, β cũng không ảnh hưởng đến kết quả vì ID = 0
50
Hình 3. 1: Thơng số đầu vào của Page 1/2 phần mềm LIOV
Tại giao diện Page 2/2 ta nhập thơng số mã con MTLV, trong đó:
Chọn tính theo mơ hình TL (mơ hình bỏ qua sự suy giảm trong q trình lan truyền sóng từ điểm sét đánh đến đường dây) để thu được giá trị điện áp cảm ứng lớn nhất.
- L: Chiều dài đoạn dây phân phối đang xét → Chọn L = 1km - h: Chiều cao đường dây phân phối → Chọn h = 10m
- D1/D2: thơng số vị trí sét đánh
→ Chọn D1 = 50m; nếu sét đánh cách đường dây 50m
51
Hình 3. 2: Mặt phẳng tọa độ sét theo phần mềm LIOV
- (Tmin;Tmax): Khoảng thời gian biểu thị dạng sóng điện áp cảm ứng ở output. Một xung điện áp cảm ứng thực tế có thể kéo dài lên đến vài trăm micro giây. Ở phần mềm LIOV chỉ cho phép hiển thi tối đa Tmax = 89 ( ).
→ Chọn khoảng (Tmin;Tmax) = (2;80)
52
Hình 3. 3: Thơng số đầu vào của Page 2/2 phần mềm LIOV
Tại “Page observation points”, ta chọn vị trí tính điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối
LIOV cho phép người dùng được chọn tối đa 5 điểm trên đường dây. Để tính được giá trị điện áp lớn, ta chọn vị trí tính điện áp cảm ứng gần với vị trí sét đánh nhất có thể.
53
Hình 3. 4: Lựa chọn vị trí tính điện áp cảm ứng trên đường dây tại Page observation points – phần mêm LIOV
Hình 3. 5: Mặt phẳng tọa độ vị trí tính điện áp cảm ứng trên đường dây phân phối theo phần mềm LIOV
54
Hình 3. 6: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 60m
Hình 3. 7: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 65m
55
Hình 3. 8: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 70m
Hình 3. 9: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 75m
56
Hình 3. 10: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 80m
Hình 3. 11: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 105m
57
Hình 3. 12: Điện áp sét cảm ứng khi khoảng cách từ vị trí sét đánh cách đường dây y = 110m
3.4 Kết quả mô phỏng phần mềm LIOV
Dựa trên đồ thị điện áp cảm ứng LIOV mô phỏng trên đường dây phân phối. Ta có bảng tổng hợp kết quả như sau:
60m 65m 70m 75 m 80m 105m 110m 31kA 233,125 kV 219,235 kV 206,233 kV 196,422 kV 186,455 kV 150,124 kV 145,122 kV
3.5 Nhận xét kết quả tính tốn IEEE-1410 và kết quả mơ phỏng phần mềm LIOV
Kết quả tính tốn điện áp cảm ứng và mơ phonge LIOV được tổng hợp theo bảng sau:
Khoảng cách
58
Khoảng cách
Kết quả tính theo IEEE-1410 (bỏ qua
điện trở suất của đất) Kết quả tính Umax tính điện trở suất của đất Kết quả mô phỏng LIOV
Io (kA) Y (m) Umax(kV) Umax(kV) Umax(kV)
31 60 192,593 234,464 233,125 65 177,778 219,095 219,235 70 165,079 205,828 206,233 75 154,075 194,253 196,422 80 144,445 184,057 184,455 105 110,053 147,034 150,124 110 105,050 141,552 145,122
Dựa trên kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn và kết quả mơ phỏng có độ chênh lệch về kết quả không lớn.
Sai số so với kết quả mơ phỏng với kết quả tính tốn theo tiêu chuẩn: % sai số = − 1 100 = ,, − 1 100 ≈ 2,017%
Sai số so với kết quả tính tốn khá nhỏ (< 5%). Do đó, mơ hình được mơ phỏng cùng với lời giải theo phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn IEEE 14010 là phù hợp với kết quả mô phỏng theo thông số thực tế.