Nghiên cứu, đánh giá đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220KV Thái Nguyên

Trạm nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, tại tỉnh Thái Nguyên bình quân hàng năm có gần 100 ngày xuất hiện dông sét, để ổn định việc cung cấp điện liên tục thì việc nghiên cứu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO

TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Người thực hiện: PHÍ HỒNG HẢI

Cán bộ hướng dẫn: TS NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG

Thái Nguyên – 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHÍ HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO TRẠM

BIẾN ÁP 220Kv THÁI NGUYÊN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TS Nguyễn Đức Tường

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2016

1

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Phí Hồng Hải

Sinh ngày: 07 tháng 10 năm 1978

Học viên lớp cao học khoá 16 – Kỹ thuật điện - trường đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Phí Hồng Hải

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo phòng đào tạo và bộ phận quản lý đào tạo sau đại học - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, cùng các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đã quan tâm tổ chức chỉ đạo

và trực tiếp giảng dạy khóa học cao học của chúng tôi Đặc biệt, tôi xin gửi lời

cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Đức Tường người đã tận

tình chỉ bảo và góp ý về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những người đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách thức, chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC BẢNG ……… 6

Mục tiêu của luận văn 5

2 Mục tiêu của nghiên cứu 6

3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 7

4 Dự kiến kết quả đạt được 7

5 Phương pháp và phương pháp luận 7

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 9

Chương 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 10

1 Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên 10

1.1 Tình hình dông sét ở Việt Nam 10

1.2 Hoạt động của dông sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 14

2 Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện 16

2.1 Sét đánh (lightning) 16

2.2 Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện 17

2.1.1 Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp 17

2.1.2 Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường 18

Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN 20

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN 21

2.1 Tình hình sự cố lưới điện 21

2.2 Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên 23

Kết luận chương 2 30

CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP 31

Chương 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 32

3.1 Khảo sát quá điện áp khí quyển bằng chương trình ATP-EMTP 32

3.2 Những ứng dụng của chương trình ATP 33

1 Nh÷ng ch-¬ng tr×nh t-¬ng hç víi ATP 34

2 Nh÷ng m«®un m« pháng tæng hîp trong ATP 35

3.3 Chương trình mô phỏng ATPDraw 37

3.3.1 PhÇn tö ®o l-êng (Probes & 3-phase): 38

3.3.2 Nh¸nh (Branches) 38

3.3.3 §-êng d©y trªn kh«ng/c¸p (Lines/Cables) 39

3.3.4 ChuyÓn m¹ch (Switches) 40

3.3.5 Nguån (Sources) 41

3.3.6 M¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc (Transformers) 42

3.3.7 PhÇn tö tÇn sè (Frequency compornent) 42

3.4 GTPPlot 43

3.5 PlotXY 43

Kết luận chương 3 45

CHƯƠNG 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 46

Chương 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 47

VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV 47

4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP BẰNG 47

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV 47

1 Simulation 50

2 Output 51

3 Switch/UM 51

4 Format 52

5 Điện áp Hệ thống 52

6 Khoảng cột đoạn đường dây đầu trạm 53

7 Mô hình nguồn sét 58

8 Mô hình đường dây trong trạm 59

9 Mô hình chống sét van 60

4.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT 61

4.3.1 Những ảnh hưởng do quá áp khí quyển tới trạm biến áp 61

4.3.2 Khảo sát quá điện áp khi chưa đặt chống sét van 63

4.3.3 Đánh giá hiện trạng bảo vệ bằng chống sét van của trạm 67

Kết luận chương 4 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC HèNH VẼ

Hỡnh 1 1 Bản đồ phõn vựng mật độ sột Việt Nam 14

Hỡnh 2.1 Sơ đồ nhất thứ trạm 220KV Thỏi Nguyờn (Hỡnh 2-1) 23

Hình 3-1: Phần mềm t-ơng hỗ với ATP 34

Hình 3-2: Các tiện ích trong ATP 35

Hỡnh 3 3 Cỏc mụ hỡnh trong ATPDraw 38

Hỡnh 3 4 Màn hỡnh thực thi modul GTPPlot 43

Hỡnh 3 5 Giao diện PlotXY 44

Hỡnh 4.1 Sơ đồ nguyờn lý trạm biến ỏp 220 kV 49

Hình 4-2: Cài đặt thông số cho hệ thống ch-ơng trình ATPDraw 50

Hỡnh 4.4 kết cấu cột điện và mụ hỡnh cột trong ATPDraw 53

Hỡnh 4.5 Mụ hỡnh chuỗi sứ 55

Hình 4-7: Tham số Model của nhánh đ-ờng dây LCC 55

Hình 4-8: Thông số của Open Probe 58

Hỡnh 4.9 Mụ hỡnh nguồn sột 58

Hỡnh 4 11 Mụ hỡnh đường dõy trong trạm 60

Hỡnh 4 12 Mụ hỡnh chống sột van 61

Hỡnh 4.13 Đặc tớnh V-A của chống sột van 61

Hỡnh 4.14 Biểu đồ điện ỏp trờn mỏy biến ỏp AT2 63

Hỡnh 4.15 Biểu đồ điện ỏp trờn TU274 64

Hỡnh 4.16 Biểu đồ điện ỏp trờn TU_C22 64 Hỡnh 4.17 Mụ hỡnh trạm biến ỏp cú xột tới xuất tuyến Thỏi Nguyờn-Hà Giang 1 65

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong cả nước12

Bảng 1-2 Mật độ sét ứng với số ngày giông trong các khu vực chính ở Việt Nam 12

B¶ng 2-1 T×nh h×nh sù cè l-íi ®iÖn 110-220kV 21

B¶ng 2-2.Tæng hîp sù cè do sÐt cña ®-êng d©y 220kV tõ n¨m 1998-2003 PTC-I 22

B¶ng 2-3 Tæng hîp sù cè do sÐt tõ n¨m 2000-2003 PTC-II 22

Bảng: 2-4 25

Bảng 2-5 Máy biến áp 27

Bảng 2-6 Tụ bù 27

Bảng 2-7 Điện kháng 28

B¶ng 3.2 38

B¶ng 3.3 39

B¶ng 3.5 39

B¶ng 3.6 40

B¶ng 3.7 40

B¶ng 3.8 41

B¶ng 3.9 42

B¶ng 3.10 42

B¶ng 3.11 43

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Program

chương trình nghiên cứu quá

độ điện từ

Systems

chương trình phân tích quá

độ của hệ thống điều khiển

MỞ ĐẦU

Ngày nay điện năng giữ một vai trò chủ lực trong nền kinh tế xã hội toàn cầu nói chung và nước ta nói riêng Nhu cầu sử dụng điện năng của con người không ngừng gia tăng và trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết Chính vì thế, hệ thống cung cấp điện không những phải làm việc liên tục ổn định để đáp ứng kịp thời nhu cầu

sử dụng mà còn phải đảm bảo tính an toàn và chất lượng Một trong những nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống chính là các hiện tượng quá độ như quá độ điện áp, dòng điện, tần số, sóng hài luôn xảy ra trên hệ thống trong quá trình vận hành

Quá độ có nguồn gốc từ thiên nhiên như hiện tượng sét đánh vào đường dây, trạm cảm ứng công suất lớn Mặc dù thời gian tác động là rất ngắn nhưng chúng

có năng lượng rất lớn nên rất dễ xảy ra sự cố làm hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến công tác vận hành hệ thống

Mục tiêu của luận văn

Dựa trên cơ sở lý thuyết được học tập trên lớp và từ sách vở để nghiên cứu, nhận dạng và phân tích các hiện tượng quá độ xảy ra trên hệ thống, từ đó đề ra các giải pháp nhằm khắc phục, hạn chế tối đa các sự cố và bảo vệ thiết bị, đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn và tin cậy

Ứng dụng phần mềm ATP để mô phỏng và phân tích dự đoán chính xác cường

độ và năng lượng của quá độ để lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý nhất

Chương trình ATP có các chức năng:

- Thiết kế mô hình tạo sự cố bằng Module APT DRAW

- Hiển thị và phân tích dạng sóng, xung quá độ bằng Module ATP PLOTXY

- Và còn nhiều Module quan trọng nữa sẽ được giới thiệu chi tiết trong bài luận

Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự

cố có thể xảy ra Trong việc truyền tải điện với điện áp cao thì độ tin cậy cách điện

ở điện áp làm việc và khi xuất hiện quá điện áp có ý nghĩa rất lớn, đặc biệt là khi xuất hiện quá điện áp

Dông sét là hiện tượng thiên nhiên rất ly kỳ và nguy hiểm Trên thế giới có trung bình 1000 cơn giông mỗi ngày Theo thống kê của nước Pháp hàng năm dông sét gây ra 10% hỏa hoạn, trên 40 người và 20.000 động vật bị chết, 50.000 lần cắt đường dây điện và điện thoại, các đường dây tải điện trên không Tình hình dông sét tại Việt nam đã được thống kê trong một năm số lượng ngày dông sét ở miền Bắc từ 70 đến 100 ngày Hiện tượng thiên nhiên sét có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện nó có thể gây ra: ngừng cung cấp điện, phá hoại các thiết

bị, công trình xây dựng và nguy hại đến tính mạng con người

Trạm biến áp là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện Đối với trạm 220 KV thì các thiết bị đặt ngoài trời Nên khi có sét đánh vào trạm sẽ gây hậu quả nặng nề không chỉ làm hư hỏng các thiết bị trong trạm mà còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho các ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện Vì thế trạm biến áp đòi hỏi yêu cầu bảo vệ rất cao

Trạm biến áp 220KV Thái Nguyên thuộc Công ty truyền tải điện 1 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Trạm có tổng công suất

626 MVA có 2 MBA 250MVA-220/110/22KV; 2 MBA 63 MVA -110/35/22KV;

7 ngăn lộ 220KV, 16 ngăn lộ 110KV; 9 ngăn lộ 35KV; 10 ngăn lộ 22KV; Tụ bù gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ

bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ chính của Trạm là cung cấp điện cho Khu Công nghiệp Gang thép Thái nguyên, khu CN Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Bắc Kạn, Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang Trạm nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, tại tỉnh Thái Nguyên bình quân hàng năm có gần 100 ngày xuất hiện dông sét, để ổn định việc cung cấp điện liên tục thì việc nghiên cứu và đưa ra giải pháp về bảo vệ quá điện

áp khí quyển ngăn ngừa các sự cố cho TBA là rất cần thiết

Chính vì vậy mà trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu về ổn định điện

áp, phương pháp nghiên cứu và đặc biệt là phân tích các kết quả mô phỏng, các kinh nghiệm nhằm đưa ra biện pháp ngăn chặn ảnh hưởng của quá điện áp khí quyển đối với Tram biến áp

Trong luận văn này, tôi sử dụng các mô phỏng đưa ra các thông số ảnh hưởng Từ đó đưa ra rút ra những kinh nghiệm để đưa ra những phương pháp nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển trong hệ thống điện

2 Mục tiêu của nghiên cứu

Mục tiêu chung:

Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu, đánh giá đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220KV Thái Nguyên

Mục tiêu cụ thể:

+ Giới thiệu trạm 220 kV Thái Nguyên, hiện trạng lưới điện 220kV Thái Nguyên

+ Sử dụng phần mềm ATP – EMPT mô phỏng các thông số cơ bản

+ Đưa ra một số biện pháp bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220

kV Thái Nguyên

- Vận dụng kiến thức đã được học kết hợp với nghiên cứu tài liệu để phân tích tìm hiểu nguyên nhân xảy ra các hiện tượng quá độ trên hệ thống

- Dùng phần mềm ATP để mô phỏng, nhận dạng và phân tích quá độ

- Thiết kế chương trình giới thiệu sử dụng phần mềm ATP

3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

4 Dự kiến kết quả đạt được

- Mô phỏng dựa trên phần mềm ATP –EMTP

- Đưa ra các phương án, giải pháp bảo vệ hiệu quả quá điện áp khí quyển

5 Phương pháp và phương pháp luận

Trong phạm vi đề tài, để đạt được mục tiêu tác giả sử dung các phương pháp sau:

- Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng kết quả hệ thống bằng phần mềm ATP –EMTP đánh giá sự ảnh hưởng của quá điện áp khí quyển đối với TBA

Luận văn bao gồm các phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan về quá điện áp khí quyển

Chương 2: Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên

Chương 3: Giới thiệu chương rình phần mềm mô phỏng ATP-EMTP

Chương 4: Khảo sát quá điện áp khí quyển và giải pháp bảo vệ cho TBA 220KV-Thái Nguyên

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

1 Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên

1.1 Tình hình dông sét ở Việt Nam

Qua việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các công trình, thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời Ngày nay người ta đã tìm ra được những biện pháp, những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét một cách hữu hiệu và an toàn Tuy nhiên dông sét là hiện tượng tự nhiên Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình

Ở những vùng địa lý khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật khác nhau nên các đặc điểm về dông sét gây ra những tác hại khác nhau Tuỳ theo từng vùng mà có những biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu quả

Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lượng trong một năm số ngày giông trên miền bắc nước ta thường dao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số lần giông từ 150 đến 300 lần/năm, như vậy vào mùa mưa trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 đến 3 cơn giông

Vùng giông nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; tại đây hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8 có tới

25 ngày/ tháng

Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa đồng bằng số lần giông trong một năm cũng nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm, tập trung khoảng 90 đến 100 ngày trong năm

Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông Xét

về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nói chung ở Bắc Bộ mùa mưa bão tập chung khoảng từ tháng 5 đến tháng 9 Ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ đầu tháng 4 đến tháng 8 Ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình

Vùng duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8 Số ngày giông tập trung

xấp xỉ 10 ngày/tháng Tháng nhiều giông nhất (tháng 5) quan sát được 12 đến 15 ngày Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) mỗi tháng chỉ gặp từ 2 đến 5 lần giông Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là khu vực ít giông nhất thường chỉ có tháng 5 số ngày giông chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn

10 ngày (Tuy Hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa đông mỗi tháng chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông

Các tỉnh miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát được từ 40 đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi Khu vực nhiều giông nhất

là vùng đồng bằng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến

140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên (cũ) 129 ngày)

Ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến tháng 11, trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày giông trung bình là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng 10 mỗi tháng quan sát trung bình gặp trên 20 ngày giông (Tp HCM 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày)

Tây Nguyên mùa giông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông đạt tới 10 đến 15 ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày giông Ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (Plây-ku 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giông

Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình dông sét trên ba miền khác nhau, những vùng lân cận lại có mật độ dông sét tương đối giống nhau

Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông toàn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực Các thông số cho ghi trên Bảng 1.1

Bảng 1 1 Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong

cả nước

Vùng

Ngày giông trung bình (ngày/năm)

Giờ giông trung bình (giờ/năm)

Mật độ sét trung bình (lần/km2/năm)

Tháng giông cực đại

1.Đồng bằng ven biển miền

2.Miền núi trung du miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7

Bắc Bộ

2,43- 4,86 4,86-7,2

9,72

7,29-12,15

9,72-14,58 Miền núi, trung du Bắc

12,6 Cao nguyên miền

10,5-Trung 1,2-2,4 2,4-3,6 3,6-4,8 4,8-6,0 6,0-7,2

Ven biển miền Trung

1,22-2,44

3,65

2,44-4,87

3,65-6,09

4,87-7,31

6,30-2,52 3,78 5,04 6,30 7,56

Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều và mật

độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lưới điện và các công trình trên mặt đất ở Việt Nam

Hoạt động của dông sét ở Việt Nam do ảnh hưởng của các yếu tố địa hình, có thể thấy mức hoạt động của dông sét giảm dần theo vĩ độ Ta thấy trên bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam

Hình 1 1 Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam

Miền Bắc là khu vực có cường độ dông sét mạnh nhất, miền Trung yếu dần sau đó lại tăng dần ở miền Nam Về thời gian bắt đầu mùa giông có thể thấy mức hoạt động dông sét tăng dần từ vĩ độ cao xuống thấp Vào tháng 2 chủ yếu là dông sét phía Bắc, tháng 11 chủ yếu dông sét phía Nam

Về ảnh hưởng của yếu tố địa hình từ vùng cao xuống vùng thấp theo kinh độ (mức hoạt động của dông sét giảm dần theo chiều tăng của kinh độ ở mọi khu vực)

Về mức hoạt động của dông sét ở các khu vực miền Bắc thường cực đại vào tháng 8 sau đó chuyển dần vào tháng 7, tháng 6 theo chiều giảm của vĩ độ, đến miền trung thường có 2 điểm cực đại, nhiều khu vực ở miền Nam có tới 3 điểm cực đại

1.2 Hoạt động của dông sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

Thái Nguyên có mật độ sét rất cao vào khoảng 7-8,5 lần /km2/năm đó là do

vị trí địa lý và đặc điểm khoáng sản:

Là một tỉnh trung du và miền núi, có nhiều nguồn khoáng sản, theo số liệu thăm dò địa chất, tỉnh Thái Nguyên đã phát hiện được 76 mỏ và điểm quặng được thăm dò, đánh giá nhóm khoáng sản kim loại có trữ lượng lớn đây là một yếu tố làm cho mật độ sét tại Thái Nguyên rất cao

Các khu vực Đồng Hỷ, Phú Bình, Đại Từ, Phú Lương, Thành phố v.v có mật độ sét rất cao do khu vực này có nhiều mỏ như sắt Trại Cau, quặng Đại Từ, kẽm Đồng Hỷ… nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp như khu Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công được coi là những vùng tập trung dông sét Đây là lý do ngành điện đã đặt tại Thái Nguyên một Trạm nghiên cứu sét duy nhất của ngành

Hoạt động dông sét tại Thái Nguyên diễn ra khá mạnh và tập trung:

+ Ngày dông trung bình năm: 87 ngày

+ Giờ dông trung bình năm: 329 giờ

+ Thời gian kéo dài dông trung bình ngày: 3,5 giờ

+ Các ngày dông được tập trung vào các tháng từ tháng 7 –tháng 8 hàng năm với trung bình số ngày dông là 10 ngày/ tháng

+ Mật độ sét từ 7-8,5 lần/km2

Theo số liệu thống kê của toàn quốc và của tỉnh thì Thái Nguyên được xếp vào nhóm những khu vực có sét hoạt động mạnh Số ngày dông khá cao so với khu vực có ngày giông cao nhất là Trà Mi-Quảng Nam 131 ngày, mật độ sét rất cao và tập trung chủ yếu vào các tháng 7-9 hàng năm, số ngày giông trong các tháng này cao nhất cả nước 10 ngày/tháng

Hoạt động sét tập trung chủ yếu tại các khu vực có nhiều mỏ quặng kim loại các đường dây đi qua các khu vực này thường xuyên phải chịu ảnh hưởng của sét gây thiệt hại không nhỏ

Hiện trạng hệ thống chống sét trên lưới điện ở Thái Nguyên như sau:

+ Đối với các trạm biến áp trung gian (35/10 kV và 35/6 kV) đã lắp đặt hệ thống dây chống sét cho đoạn đường dây 35 kV vào trạm (tính từ trạm biến áp trung gian trở ra đường dây thì dây chống sét dài từ 1,5 đến 2 km); Trong khu vực trạm biến áp đã có kim thu lôi và chống sét van Các trạm biến áp phân phối giảm

áp thì hầu hết được trang bị chống quá điện áp khí quyển bằng một bộ chống sét van

+ Với các đường dây cao áp có cấp điện áp trên 110kV đều được treo dây chống sét trên toàn tuyến, những khu vực hay xảy ra sét đánh, gần các trạm biến áp đều treo hai dây chống sét để tăng cường đảm bảo an toàn cho đường dây và trạm biến áp

Với hệ thống chống sét như trên thì về cơ bản đã hạn chế được những tác hại của sét Song đối với một số vùng có mật và cường độ sét lớn, thì sóng sét vẫn lan truyền vào trạm biến áp, gây cháy hỏng các máy biến áp phân phối, do vậy việc phải tăng cường chống sét cho các máy biến áp là cần thiết

2 Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ

thống diện

2.1 Sét đánh (lightning)

Theo tính toán của các nhà khoa học, vào một thời điểm bất kỳ, trên trái đất chúng ta đang sống có khoảng 2000 cơn dông hoạt động Mỗi cơn dông trung bình thường kéo dài từ 2 đến 4 giờ đồng hồ và có thể tạo ra 1000, 2000 cú phóng điện xuống mặt đất

Năng lượng trung bình trong mỗi cơn dông như một nhà máy điện có công suất khoảng vài trăm MW với điện thế lên tới hàng tỷ Volt, nguồn điện của một tia sét xuất hiện trong cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vòng

3 tháng Với cường độ mạnh như vậy, dông sét là một trong số những hiểm họa thiên tai vô cùng nguy hiểm đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất Năm 2001, ngành điện Việt Nam có khoảng 400 sự cố, 50% trong số đó là do sét gây ra Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt

220 KV của Nhà máy Thuỷ điện Hòa Bình Sự cố đã khiến lưới điện miền Bắc bị

rã mạch, nhiều nhà máy điện bị tách ra khỏi hệ thống Nhiều tỉnh thành khác bị mất điện trên diện rộng

Việc phân tích hiện tượng quá độ do sét đánh nhằm đánh giá hiệu quả bảo

vệ của chống sét van trung áp và sự cần thiết phải trang bị chống sét van hạ áp nhằm bảo vệ thiết bị điện hạ áp khi sét lan truyền từ phía trung áp sang phía hạ áp của máy biến áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp Mô hình xung sét được xây dựng trong môi trường ATP sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu quá độ của hệ thống điện Sét lan truyền trên các đường dây trên không trung áp gây ra quá áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích và cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và gây ra sự

cố cắt mạch điện Do vậy, phải cần trang bị các thiết bị chống sét van ở ngõ vào trạm biến áp Các nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét van trung áp, đánh giá hiệu quả bảo vệ, cũng như xác định vị trí lắp đặt các thiết bị này để đạt hiệu quả bảo vệ cao nhất đã được nghiên cứu Đối với sét cảm ứng lan truyền trên đường nguồn hạ áp, hiệu quả bảo vệ bảo vệ của chống sét van cũng được đề cập thông qua việc xây dựng mô hình và mô phỏng với nhiều cấu hình bảo vệ khác nhau

Tuy nhiên, việc xây mô hình xung sét đánh trực tiếp dạng sóng 10/350^s với mức độ tương thích cao so với dạng sóng qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế và

việc đánh giá nguy hiểm cho các thiết bị hạ áp do sét đánh trực tiếp tới đường dây trung áp trên không lan truyền qua phía hạ áp của máy biến áp phân phối và đi vào mạng phân phối hạ áp chưa được đề cập và phân tích một cách đầy đủ Các mô hình thiết bị và mô phỏng hệ thống phân phối điện liên quan đến vấn đề nghiên cứu được xây dựng và thực hiện trong môi trường ATP

2.2 Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một thể thống nhất Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp

Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây

Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm

2.1.1 Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp

Hệ thống điện là loại đối tượng chịu rất nhiều tác hại từ dông sét Các đường dây tải điện, phần lớn là các đường dây trên không có chiều dài rất lớn đi qua nhiều vùng khác nhau nên xác suất bị sét đánh là tương đối cao Khi sét đánh vào đường dây tải điện, có thể gây phóng điện trên cách điện của đường dây và gây sự

cố cắt điện Trên đường dây dài, chỉ một nơi bị sét đánh cũng có thể gây ra sự cố ngắn mạch làm máy cắt tác động dẫn đến ngừng cung cấp điện và có thể gây tổn thất nghiêm trọng Có thể nói rằng các sự cố trong hệ thống điện do sét gây nên chủ yếu là xảy ra trên đường dây Trường hợp sét đánh trực tiếp luôn là mối nguy hiểm bởi đường dây phải hứng chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét

Đối với trạm biến áp, nếu sét đánh trực tiếp vào phần dẫn điện của trạm được nối với nhiều đường dây bên ngoài, dòng điện sét có thể truyền ra phía ngoài

trạm Khi đó trên thanh cái trạm biến áp cũng xuất hiện quá điện áp Điện áp này

có thể gây phóng điện và dẫn đến sự cố trong trạm Nếu có khe hở phóng điện hoặc chống sét van, chúng có thể bảo vệ các thiết bị đầu tiên trong trạm

Nếu sét đánh vào phần làm việc của trạm cách ly với lưới điện bên ngoài, quá điện áp trên phần tử bị sét đánh có độ dốc và biên độ lớn, khoảng khe hở khí

có thời gian phóng điện lớn nên cả chống sét van và khe hở không thể bảo vệ được các thiết bị

2.1.2 Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây hỏng sẽ gây nên ngắn mạch các pha, ngắn mạch pha đứt, buộc các thiết bị đầu đường dây phải làm việc Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể dễ gây nên mất ổn định trong hệ thống Nếu hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc không nhanh có thể tan rã lưới

Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác khi có sóng sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn cho hệ thống điện

Đối với nhà máy điện và trạm biến áp ngoài trời việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào thiết bị điện còn phải chú ý bảo vệ các công trình khác như:

+ Đoạn thanh dẫn nối từ máy phát điện vào máy biến áp

+ Gian máy của các loại nhà máy kiểu hở, các thùng đựng hydrô, các thiết bị thu đựng khí ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện ngoài trời

+ Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không những bảo vệ sét đánh trực tiếp mà còn sự phát sinh do điện áp gây nên Vì vậy, khi tiến hành thiết kế bảo vệ đối với phần này phải nghiên cứu thêm quy trình chống cháy nổ

Kết luận chương 1

aQua việc nghiên cứu hoạt động của dông sét và những ảnh hưởng của nó tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét là vô cùng cần thiết và không thể thiếu trong hệ thống điện

Vì vậy ta cần thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho các phần tử và trang thiết bị trong hệ thống điện (nhà máy điện và trạm biến áp, các đường dây trên không …) sao cho phù hợp để hạn chế tối đa những ảnh hưởng của sét tới các thiết

bị điện, đảm bảo sự làm việc bình thường của các thiết bị trong hệ thống điện Trong hệ thống bảo vệ chống sét người ta sử dụng dây chống sét, cột thu sét, chống sét van, các khe hở phóng điện và hệ thống nối đất tương ứng để nhanh chóng tản dòng điện sét vào trong đất cũng như giảm điện áp giáng trên các phần

tử bảo vệ ở mức thấp nhất có thể, phù hợp với điều kiện và yêu cầu của từng loại, tránh phóng điện ngược tới các thiết bị lân cận

Tại chương 1 này tác giả đã giải quyết được một số vấn đề sau:

Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên, từ những thông số nghiên cứu về sét và dữ liệu ghi lại trong quá trình nghiên cứu để

từ đó hiểu thêm về mức độ nguy hiểm của sét trong cuộc sống cũng như trong ngành điện

Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện, phân tích kĩ những tác động của hiện tượng quá điện áp nói chung và quá điện áp do khí quyển nói riêng Một số cách khắc phục đang sử dụng trong các trạm biến áp, từ đó tìm hướng nghiên cứu cách khắc phục tại chương tiếp theo bằng phương pháp ATP-EMTP

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN

ở Việt Nam từ năm 1987 - 1992 song song với việc đo lường các thông số dòng điện sét trên các đường dây trên không ĐZK 220kV cũng đã tiến hành thống

kê và phân tích tình hình sự cố nói chung và sự cố do sét đánh nói riêng của lưới điện cao áp Kết quả cho thấy:

- Đối với đường dây 110kV ở khu vực Thái Nguyên suất cắt điện do sét là 1,86lần/năm

- Đối với đường dây trên không Phả Lại- Hà Đông suất cắt do sét là 1,63lần/.Năm

- Đối với đường dây siêu cao áp 500kV từ khi đưa vào vận hành (tháng 4/1994) đến cuối năm 1996 sự cố cắt điện đường dây tương đối nhiều Trên cơ sở

số liệu cỉa năm 1995-1996 và các số liệu khí tượng của 23 TBA dọc đường dây siêu cao áp 500kV đã tiến hành phân tích xử lý và thấy rằng tổng số lần sự cố nhiều nhưng số lần xảy ra khi có dông trong mỗi năm không nhiều Trong hai năm 1995-1996 có 21 lần và như vậy suất cắt điện khi có dông sét là 0,73lần/năm

- Đối với lưới điện 110-220kV trong hai năm 1996-1997 tuy không xử lý và phân tích cụ thể số lần cắt điện do sét nhưng lại phân bố sự cố vĩnh cửu theo các tháng trong năm của lưới điện miền Bắc đã được tổng hợp để xem xét, với số liệu ghi trong bảng sau:

T×nh h×nh sù cè l-íi ®iÖn 110-220kV B¶ng 2-1

Từ số liệu bảng trên cho thấy từ tháng 4 đến tháng 9 là những tháng có mùa mưa dông, tổng sự cố trong những tháng này chiếm tỉ lệ từ 72-79% so với tổng sự

cố vĩnh cửu trong cả năm Nhờ có tiến bộ vượt bậc của khoa học công nghệ, ngày nay các thiết bị điện cũng như các thiết bị bảo vệ chống sét ngày càng có chất lượng cao cả về mặt công nghệ chế tạo cũng như đặc tính bảo vệ Nhưng suất sự cố

do sét trên các lưới truyền tải điện của Việt Nam hiện tại vẫn ở mức cao Số liệu từ các báo cáo của Công ty Tryền tải điện trong hội thao “Sét và chống sét trên lưới truyền tải điện Việt Nam” trong các bảng sau thể hiện rõ điều đó:

Tổng hợp sự cố do sét của đường dây 220kV từ năm 1998-2003 PTC-I

Để phân tích nguyên nhân sự cố trên trong phụ lục của hồ sơ thẩm định Đề án thiết kế cải tạo, nâng cấp bảo vệ chống sét cho các trạm 500kV do GS Võ Viết Đạn nghiên cứu và đề suất công ty tư vấn I thực hiện, Viện năng lượng đã chỉ ra rằng: Nếu đưa các thành phần khác như thanh cái, CSV vào xem xét cùng với máy biến

áp, dây chống sét, dây dẫn thì với các dòng sét 2,25kA; đầu sứ 220kV của pha C vẫn nằm trong vùng được bảo vệ Như vậy không loại trừ khả năng sóng quá điện

áp truyền từ đường dây vào làm cháy máy biến áp

2.2 Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên

Trạm có 27 nhân viên: 02 nhân viên quản lý, 12 nhân viên vận hành (07 kỹ

sư, 3 trung cấp, 2 công nhân kỹ thuật), 3 nhân viên sửa chữa, 2 nhân viên vệ sinh công nghiệp và 8 nhân viên bảo vệ trong đó phần lớn là bộ đội chuyển ngành và vận hành chuyển sang

Trạm làm việc liên tục 3 ca/ngày Như vậy, số nhân viên của trạm là tương đối ít và mỗi nhân viên phải làm việc với cường độ cao nhất là những khi xảy ra sự

cố hay khi có những yêu cầu đặc biệt về tải

Dưới đây là sơ đồ nhất thứ trạm 220KV Thái Nguyên (Hình 2-1)

-2 -1

-25 -15 -2 -

-38 -38

172 E6.8

171 E6.8

171 A60 CAO NG¹N

175 E1.19 sãc s¬n

-9 - 75 -76 - - 35 -38 -

75 -76 -96 - - - 75 -76

-15 -25

-9 - 35 -38 -98 -9

- 75 -76 -96

- 25 -15

- 25 -15 - - 25 -15 - - 25 -15 -25 - - 15 -25 - -

38 -98 - 35

-1

TU273 TU274 TU275

-35 -35 -38

XI M¡NG TN

TU178 TU177 TU171 TU172 TU173 TU174

B¾C GIANG hµ giang 2 tuy£n quang

171 A40 Th¸c Bµ

c32

T4 T3

26

272-7 74

-24

at1 at2

CS2AT2

TUC21

96 -76 -75 -

75 -76 - -9 -35 -38 - - -76 -75 - -9 - 76 -75 -9

-25 -15 - - -25 - -

-25 - - -25 - - -25 - - -25 - - -25 - -

-2 -25 -15

- -2 -25 -15

- -2 -25 -15

- -2 -25 -15 - -2

-14 -1

Trạm 220kV Thái Nguyên nhận điện từ nguồn với cấp điện áp 220kV sau đó thông qua các máy biến áp, đưa điện áp xuống các cấp thấp hơn như 110kV, 35kV, 22kV,…Do đó trạm yêu cầu phải có các thiết bị phù hợp với từng cấp điện áp tương ứng Dưới đây là sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên:

Trên sơ đồ, cấp điện áp thể hiện qua màu sắc Màu xanh thể hiện cấp 220kV, màu đỏ cấp 110kV, vàng 35kV, vàng nhạt thể hiện 22kV

Trạm nhận điện 220 kV từ 2 nguồn: nguồn 220kV từ phía Tuyên Quang và nguồn điện mua từ nước bạn Trung Quốc Như trên sơ đồ nhất thứ, có thể thấy nguồn 220 kV phía Trung Quốc được đưa về theo đường Hà Giang 1, qua AT, với một loạt các thiết bị đo lường, bảo vệ cũng như cụm bù dọc (TBD202) Ngoài ra, còn có các nguồn đưa về từ Tuyên Quang, Sóc Sơn, Bắc Giang Hai thanh cái C22

và C21 (hoạt động độc lập do lệch về điện áp) làm nhiệm vụ tập trung các nguồn

để tiện cho việc cấp cho các tải phía sau Trên sơ đồ, đường dây chẵn nối vào thanh cái chắn, đường dây thứ tự lẻ nối vào thanh cái lẻ Đây là 2 thanh cái làm việc độc lập, không sử dụng máy cắt liên lạc Điện từ 2 thanh cái này được đưa tới máy biến áp AT1 và AT2, tại đây nguồn điện được chuyển thành các cấp 110 kV (đưa tới thanh cái C11, C12) và cấp 22kV (đưa tới khu vực bù SVC)

Về phía 110kV, hiện tại, nguồn này được cấp trực tiếp cho các lộ: Sóc Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, hai đường lên nhà máy xi măng Phía Cao Bằng chỉ nhận điện

từ nguồn Trung Quốc

Đồng thời, nguồn còn cấp tới các máy biến áp T3, T4 cấp cho tỉnh Thái Nguyên qua phụ tải 35kV và 22kV 2 biến áp T3 và T4 làm nhiệm vụ cấp điện cho khu vực thành phố Thái Nguyên, các khu công nghiệp như Gang Thép, Làng Cẩm, một phần cho điện tự dùng của trạm và cho các thiết bị đo lường, bảo vệ Riêng khu vực các khu công nghiệp là đối tượng tải quan trọng nên được cấp điện bởi cả 2 máy biến áp T3 và T4 thông qua 2 thanh cái C31, C32 với máy cắt liên lạc 312 nối liền 2 thanh cái Do có bộ phận tải là các lò luyện thép cao tần nên lượng sóng điều hòa mà bộ phận tải này phát lên lưới rất lớn, yêu cầu có hệ thống lọc sóng hài cũng như bù công suất phản kháng của toàn bộ hệ thống Ở đây ta đưa

ra hệ thống bù tĩnh SVC như ở góc phải của sơ đồ

Như vậy có thể nói, trạm 220kV Thái Nguyên không những là trạm phân phối điện mà còn thực hiện bù công suất phản kháng và lọc các thành phần bậc cao nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng của lưới điện Sơ đồ cấp điện ở Thái Nguyên hiện tại được nhận xét là khá phức tạp so với các địa phương khác

THỐNG KÊ DÒNG ĐỊNH MỨC CÁC ĐZ, THANH CÁI TRẠM 220KV THÁI NGUYÊN

Bảng: 2-4

(mm2)

Dòng định mức (A)

2 272: Thái Nguyên - Hà Giang 1

ASCR 400: 51,9km

810 ASCR 2x300:251,8km

3 273: Thái Nguyên - Bắc Giang ASCR 400:62,2km 810

4 274: Thái Nguyên - Hà Giang 2

ASCR 400:41,9km

810 ASCR 2x300:189,8km

5 275: Thái Nguyên - TĐ T.Quang ASCR 2x300:134km 810

6 171: Thái Nguyên - Gò Đẩm ASCR 400: 21.2km 800

7 172: Thái Nguyên - An Khánh ASCR 400: 5.6km 800

8 173: Thái Nguyên - Quán Triều AC 185:7,6km 510

9 174: Thái Nguyên - Bắc Kạn AC 185:82,2km 510

10 175: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x240 714

11 176: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x241 714

12 177: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

13 178: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

14 372: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610

15 373: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610

23 474: Thái Nguyên - Phú Lương Cáp đồng M 1x150 375

Các thiết bị nhất thứ sử dụng trong trạm

Thiết bị nhất thứ trong trạm bao gồm các máy biến áp, máy cắt, dao cách ly,

TU, TI,…

Máy biến áp

Hai biến áp AT1 và AT2 là những biến áp chính, T3,T4 là biến áp phân phối còn TD41 và TD44 là các máy biến áp tự dùng Các máy biến áp này được làm mát cường bức bằng quạt gió và dầu hệ thống làm mát được điều khiển tự động tùy theo mức độ làm việc của máy biến áp họa có thể trực tiếp điều khiển thủ công

Vị trí đặt

Lưu ý trong vận hành

Việt Nam 2009 Ngoài

TD 41 Vina-

Takaoka

22/0,4KV 250/250KVA

Vị trí đặt

Lưu ý trong vận hành

220KV-tụ C=60,6F Un=6,125KV In=116,7A)

NOKIAN Phần Lan

Điện kháng Bảng 2-7

Ngoài ra còn có các thiết bị đo lường bảo vệ như TU, TI, máy cắt, dao cách ly

và chống sét van Mỗi loại thiết bị được phân loại theo cấp điện áp, đặt tên theo máy biến áp, thanh cái mà nó đo lường, bảo vệ

Năm đưa vào vận hành

Vị trí đặt

Lưu ý trong vận hành

KH401 KH401

26,45KV-1645A

Ngoài trời KH403 KH403 23KV-725A TQ

KH405 KH405 23KV-580A TQ

KH407 KH407 23KV-445A TQ

KH202 KH202 220KV-700A TQ

Chống sét van

Với yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, nhằm giảm thiểu các

vụ sự cố do quá điện áp khí quyển gây nên, từ những năm đầu thập niên 90 thì

chống sét van đường dây với giá cả hợp lý và trọng lượng nhẹ đã được lắp đặt trên đường dây truyền tải điện

Chống sét van được lắp đặt trên dây dẫn của đường điện cáo áp trên không, nhằm giảm rủi ro chọc thủng cách điện do quá điện áp khí quyển (phóng điện sét)

và do quá điện áp thao tác

Các vị trí lắp đặt chống sét van

Việc xác định vị trí lắp đặt chống sét van nhằm khai thác hiệu quả số chống sét van hiện có và đạt được một suất sự cố trong giới hạn cho phép không phải là đơn giản Thực tế, nếu trên một đường dây không có dây chống sét và không lắp đặt chống sét van, thì khả năng chọc thủng cách điện khi bị sét đánh trực tiếp vào dây pha là 100% Mặt khác, nếu trên đường dây có dây chống sét và có lắp chống sét van trên tất cả các dây pha của tất cả các vị trí cột thì khả năng xảy ra chọc thủng cách điện khi sét đánh trực tiếp vào dây pha là 0% Bất kỳ kiểu lắp CSV nào khác nằm giữa 2 kiểu trên đều làm giảm khả năng xảy ra chọc thủng cách điện Tuy nhiên, nếu không có nghiên cứu về việc hạn chế dòng sét thì khả năng bị phóng điện chọc thủng là một ẩn số Hầu hết các nhà sản xuất CSV đường dây đều

có thể tính được khả năng phóng điện hồ quang nếu họ được cung cấp một số đặc tính (thông số) của hệ thống

Số lượng chống sét van trên đường dây và đầu TBA

Trên lộ 220KV Thái Nguyên- Hà Giang 2 ( mạch vòng) là 893 bộ CSV/311

vị trí

Trên lộ 220KV Thái Nguyên- Hà Giang 1 (mạch vòng) là 826 bộ CSV/298

vị trí

Trên lộ 220KV Thái Nguyên- Tuyên Quang là 212 bộ CSV/116 vị trí

Trên lộ 220KV Thái Nguyên- Bắc Giang là 208 bộ CSV/96 vị trí

Trên lộ 220KV Thái Nguyên- Phú Bình là 92 bộ CSV/34 vị trí

Kết luận chương 2

Từ các số liệu đo ghi về hoạt động và các ảnh hưởng của sét tới đường dây và trạm biến áp như đánh trực tiếp vào đường dây, trạm biến áp gây ra các sự cố nghiêm trọng gây sự cố vĩnh cửu, gián đoạn cung cấp điện, hư hỏng thiết bị Các

sự cố đã được xác định tập trung nhiều vào tháng 4 đến tháng 9 là những tháng có mùa mưa dông, tổng sự cố trong những tháng này chiếm tỉ lệ từ 72-79%

Từ sô liệu, sơ đồ thực tế của trạm tác giả đã mô tả cách thiết bị chính trong trạm biến áp nhằm phục vụ cho thực hiện mô phỏng và đánh giá quá điện áp trong chương 4

Tại chương 2 đã tìm hiểu cụ thể các vấn đề:

Tìm hiểu về sơ đồ bố trí cột thu sét hiện có trên các đường dây

Tìm hiểu về cách bó trí các loại tụ bù trong trạm

Tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật của các loại chống sét van đang dùng

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP

Chương 3 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

3.1 Khảo sát quá điện áp khí quyển bằng chương trình ATP-EMTP

* Giới thiệu chung

Hiện nay chương trình ATP-EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) chương trình nghiên cứu quá độ điện từ, đã được công nhận là một trong những công cụ phổ biến để mô phỏng các hiện tượng về điện - cơ cũng như các hiện tượng về điện từ trong hệ thống điện, do đó EMTP đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong các lĩnh vực tính toán thiết kế cũng như vận hành cho các loại thiết bị khác trong hệ thống điện EMTP là một trong những dụng cụ phân tích hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả Trong nhiều trường hợp nó có khả năng thay thế

mô hình vật lý với những thiết bị rất đắt tiền

Với sự tài trợ của Công ty điện lực Mỹ BPA (Bonnerille Power Adminitration) chương trình EMTP đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi từ đầu những năm

1970 EMTP được chính thức thương mại hoá từ năm 1984 Tại châu Âu, câu lạc

bộ EMTP đã ra đời và đóng trụ sở tại Bỉ

Khi mới phát triển, EMTP chỉ bao gồm những mô đun đơn giản chủ yếu dùng

để tính toán quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Theo thời gian, EMTP đã phát triển nhanh chóng với sự đóng góp của nhiều nhà khoa học trên thế giới Ngày nay EMTP cho phép tính toán các quá trình quá độ điện cơ cùng với những mô đun tính toán xác lập, tương đương hoá hệ thống và các phần tử phi tuyến khác nhau EMTP được ứng dụng khá rộng rãi trong phân tích hệ thống điện vì đó là một dụng cụ linh hoạt và có hiệu quả EMTP cho phép tính toán các thông số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở miền thời gian Các bài toán sau đây thường được giải quyết nhờ chương trình EMTP:

- Hành vi các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện

- Đóng cắt điện kháng, máy biến áp và tụ điện

- Đóng và tự đóng lại đường dây

- Đóng cắt máy cắt đồng thời hoặc không đồng thời

- Đóng điện dung

- ổn định quá độ

- Sa thải phụ tải

- Phân tích sóng hài, cộng hưởng lõi từ, dao động sắt từ

- Chống sét

- Quá điện áp thao tác, quá điện áp khí quyển, quá điện áp phục hồi

- Nghiên cứu quá điện áp bằng xác suất thống kê

- Kiểm tra các thiết bị rơle bảo vệ

- Quá trình quá độ thao tác và ngắn mạch

- Mô phỏng máy điện, khởi động động cơ

- Mô phỏng các thiết bị FACTS như : SVC, STATCOM, TCSC

- ứng dụng điện tử công suất mô phỏng hệ thống điều khiển,…

Ngoài ra EMTP còn có khả năng chuyển các kết quả ở miền thời gian về miền tần số và phân tích hệ thống nhiều pha ở chế độ xác lập

3.2 Những ứng dụng của chương trình ATP

Chương trình ATP nghiên cứu sự biến thiên của các thông số trong hệ thống điện theo thời gian, đặc biệt là trong các quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Dựa trên quy tắc tích phân hình thang, các phương trình vi phân của hệ thống được giải trong một khoảng thời gian Điều kiện ban đầu có thể xác định tự động bằng cách giải bài toán ở chế độ xác lập hoặc được đưa vào bởi người sử dụng đối với các phần tử đơn giản

ATP có nhiều mô hình mô phỏng bao gồm máy điện quay, máy biến áp, chống sét van, đường dây và cáp truyền tải Chuơng trình này có khả năng kết nối với chương trình phân tích quá độ của hệ thống điều khiển - Transients Analysis of Control Systems (TACS) và ngôn ngữ mô phỏng MODELS cho phép mô phỏng

hệ thống điều khiển của các phần tử

Chương trình cho phép mô phỏng các chế độ vận hành và chế độ sự cố đối xứng và không đối xứng như ngắn mạch, phóng điện sét và các loại thao tác đóng cắt gây nên quá điện áp nội bộ

Trong thư viện của ATP bao gồm những thành phần sau đây:

- Mạch đơn hay kép tuyến tính được thay bằng những thông số tập trung R, L,

C

- Đường dây tải điện trên không và cáp có thông số phân bổ rải

- Điện trở và điện cảm tuyến tính

- Những phần tử phi tuyến: Máy biến áp có kể tới hiện tượng bão hoà và từ trễ, chống sét van (có hoặc không có khe hở)

- Thiết bị đóng cắt (máy cắt) phụ thuộc thời gian hay điện áp, đóng cắt thống

kê

- Van (Diot, Thyristors, Triacs) điều khiển đóng cắt

- Nguồn: Bước, dốc, hình sin, hàm số mũ (quá áp khí quyển), mô hình TACS

- Máy điện quay: máy đồng bộ 3 pha

- Những phần tử do người dùng định nghĩa bao gồm MODELS tương tác

1 Những chương trình tương hỗ với ATP

ATP là phần mềm kết hợp kèm theo, nó là nhiều mô đun và các chương trình hỗ trợ như:

+ ATP control center : phần mềm trung tâm điều khiển các thành phần

+ ATPdraw : chương trình chạy trên nền Windows với giao diện đồ hoạ trực quan, dễ sử dụng, là phần mềm để tạo mạch mô phỏng quá độ Trong đó có rất nhiều mô phỏng sẵn có về các phần tử trong hệ thống điện Ngoài ra người sử dụng còn có thể tạo ra được các mô phỏng mới nhờ ngôn ngữ MODELS của chương trình

Hình 3-1: Phần mềm tương hỗ với ATP.