BÀI THU HOẠCH HÓA VÀ SỰ CỐ

Một nghiên cứu đã được tiến hành nhắm khảo sát các ảnh hưởng của điện trở đất, kháng của đất, trở quá áp của tháp, chiều cao của tháp số lượng dây bảo vệ quá áp, tỷ lệ phóng điện bề mặt

BÀI

THU

HOẠCH

KHẢO SÁT SỰ TÁC ĐỘNG CỦA SẤM SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 132KV KUALA KRAI–GUA MUSANG SVTH: Phạm Thành Hân

-21000916 Huỳnh Thế Bảo - 21000169

BÀI THU HOẠCH KHẢO SÁT SỰ TÁC ĐỘNG CỦA SẤM SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 132KV KUALA KRAI–GUA

MUSANG

Tổng quan: sấm sét là một trong những vấn đề quan trọng được quan

tâm, nghiên cứu trong nhiều hệ thống vì sấm sét luôn gây ra nhiều thiệt hại trong hệ thống truyền tải Một trong những thiệt hại xảy ra do sự gây

ra cao áp đột ngột và sự phóng điện trên bề mặt Một nghiên cứu đã được tiến hành nhắm khảo sát các ảnh hưởng của điện trở đất, kháng của đất, trở quá áp của tháp, chiều cao của tháp số lượng dây bảo vệ quá áp, tỷ lệ phóng điện bề mặt (BFR) và khả năng gây hại cho trạm biến áp Một ví dụ điển hình được thực hiện trên đường dây truyền tải ở bán đảo malaysia 132KV kuala Krai-gua musang, số liệu đường dây truyền tải đã được thu thập từ Tenaga Nasional Berhad (TNB) cho nghiên cứu phân tích hiện tượng phóng điện trên bề mặt Phần mền PSCAD (Power System Computer Aided Desgin) được sử dụng để xây dựng mô hình các thành phần thiết yếu của đường dây tải điện như: sứ cách điện, điện trở của tháp và chân tháp dùng để xây dựng và phân tích mô hình của hiện tượng phóng điện

bề mặt Việc tìm hiểu từ các dữ liệu phân tích chúng ta có thể nhận thấy các tác động của xấu của sấm sét Và có một sự lựa chọn đúng đắn để giảm các sự tác động của sét , cải thiện chất lượng hệ thống đường dây Việc nghiên cứu có thể hữu ích đối với hệ thống truyền tải điện và những

kế hoạch sau này của malaysia

I/ GIỚI THIỆU:

Về mặt căn bản, các vấn đề đối với sét trên trạm bao gồm sự cố của hệ thống bảo vệ và hiện tượng phóng điện qua bề mặt Vấn đề được quan tâm nhiều hơn là hiện tượng phóng điện qua bề mặt, các sự kiện sét đánh trực tiếp trên các đường dây pha vì hỏng cách điện thường gây ít thiệt hại hơn Backflashover xảy ra khi có sét đánh lên tháp hoặc dây bảo vệ, và điện áp trên đỉnh tháp đủ lớn để phóng hồ quang qua lớp cách điện

Backflashover thường gây ra các điện áp rất là dốc, xảy ra nhanh chóng,

và thường là tiêu chí của các yêu cầu mô phỏng cho việc nghiên cứu Và chú ý nhận thấy rằng sét đánh trực tiếp lên các dây pha sẽ tạo ra các sóng có độ dốc ít hơn

Độ dốc và sự giảm điện áp nhanh chóng của đường dây sẽ phụ thuộc vào các thông số của đường dây Vầng quang cũng là một trong những nhân

tố quan trọng trong việc giảm độ dốc (steepness) của sự tăng đột ngột điện áp nhanh chóng

Mục đích bài viết này là khảo sát tác động của các thông số đường dây đến các giá trị áp của đầu đường dây, mức độ phóng điện qua bề mặt (backflashover rate) và mức độ thiệt hại của máy biến thế tại trạm truyền

tải 132KV Kuala Krai-Gua Musang Thống số của các đường dây là:

1 Điện kháng đất

2 Điện trở của đất

3 Chiều cao của tháp

4 Trở kháng quá áp của tháp

5 Số lượng dây bảo vệ

Phân tích và mô phỏng sự phóng điện bề mặt, bao gồm các mô hình chính xác của sự không chắc chắn và thông số có thể ước lượng trong các

trường hợp đặc biệt Bài nghiên cứu này có ý nghĩa trong nền kiến thức nhân loại, cũng như đưa ra các phương hướng thiết kế cho hệ thống

truyền tải Góp phần cải thiện và điều chỉnh thiết kế để làm giảm thiệt hại

do tác động của BFR và thiệt hại tại trạm biến thế

II/ CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ TẢ CỦA HỆ THỐNG ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KUALA KRAI-GUA MUSANG.

BẢNG 1 – Thống số truyền tải

Thông số Chi tiết

Mật độ trung bình phóng điện

2/ năm BFR ( tỷ lệ phóng điện qua bề mặt) 4.19 lần/ 100Km/ năm

III/ MÔ HÌNH HÓA BACKFLASHOVER ĐỂ PHÂN TÍCH:

Việc mô hình hóa backflashover để phân tích bao gồm các mô hình của đường dây truyền tải và mô hình của sấm sét PSCAD được sử dụng để phát triển các mô hình dựa trên sự linh hoạt của nó trong xây dựng mô hình tùy chỉnh, hoặc bằng cách lắp ráp chúng bằng cách sử dụng mô hình

đồ họa hiện có, hoặc bằng cách sử dụng một thiết kế trực quan Design Editor [4]

Bảng 2 liệt kê các thông số quan trọng được sử dụng trong mô hình 132kV Kuala Krai-Gua Musang Chi tiết giải thích trên mô hình cho mỗi thành phần được giải thích trong [5]

Bảng 2:

Những thông số chính sửa dụng trong mô hình hóa mức độ của hiện tượng phóng điện trên bề mặt cho đường dây truyền tải

132KV Kuala Krai-Gua Musang

Mô hình Các thành phần Chi tiết/ tham khảo

theo hàm mũ với các biến thay đổi theo thời gian dựa theo dòng cực đại Các đường dây trên không Đường dây bảo vệ 2 dây bảo vệ, 12.95mm

đường kính (ACSR shunk),

và 30.54m chiều cao Mô phỏng đường dây với tần

số phụ thuộc sóng lan truyền trên đường dây Dây bảo vệ có cực tại trạm biến áp với giá trị là 10

ohm.

Đường dây pha Với một dây đơn pha,

24.16mm đường kính, mô hình với tần số phụ thuộc vào đường dây Máy biến thế được mô hình như là một tụ điện với giá trị là

1485.13pF Tháp ( Trụ điện) Phần thân tháp Tháp cao 30.54m trở

kháng của tháp ( có tầm

từ 128.144 ohm đến 161.838 ohm) Sóng truyền theo phương dọc với tốc độ ánh sáng được mô hình bằng mô hình Bergeron Phần chân tháp Mô hình với nguồn dòng

độc lập cùng với trở ở dưới chân tháp Điện trở đất có tầm (47.83ohm đến 557.55ohm) với trở kháng của đất 3000 Ω.m Phối với với gông Mô hình với Leader

Progression Model Sứ cách điện có khoảng cách

2.044m

IV/ CHI TIẾT VỂ MÔ PHỎNG

Sét đánh với dòng khoảng (0-200KA) đánh vào tháp số 290 như trên hình

2 và giá trị điện áp trên đỉnh, dòng và BFR với nhiều hiện tượng trên đường dây truyền tải được thu thập

Bảng 3 chi tiết về các thông số dây dẫn các biến và giá trị

Trường

hợp Điện trở đất (Ω)Ω)) kháng Điện

của đất (Ω)Ω).m)

Chiều cao của tháp dùng cho mọi tháp

Điện kháng của tháp

Số lượng dây bảo vệ

A Khoảng

(10-557) Khoảng

(100-3000)

Chính xác

là 30.54 Chính xác:158.59 Chính xác(2)

(47.83) Chính xác(3000) (30.54 ->Khoảng

48.86)

Chính xác (158.59) Chính xác(2)

(47.83) Chính xác(3000) Chính xáclà 30.54 Biến thiên(100-500) Chính xác(2)

(47.83) Chính xác(3000) Chính xáclà 30.54 Chính xác(158.59) Khoảng (1&2)

Lưu ý: các thông số này được thiết lập tại tháp 290 ngoại trừ trường hợp

chiều cao của các tháp khác được thay đổi

Critical current là dòng nhỏ nhất mà sét đánh vào gây ra hiện tượng

phóng điện trên bề mặt của đường dây, vận dụng các thống số về critical current, BFR có thể giúp ta định dạng được các phương pháp và công thức [6]

Nhằm ước lượng các thiệt hại của máy biến áp, điện áp lớn nhất của trạm biến áp cho mỗi lần sét đánh đều được đo lường và ghi lại Và các số liệu này được đưa vào trong Matlab để vẽ các đường đặc tính của áp Theo như [7], về cơ bản sứ cách điện (BIL) cấp 132KV là 550KV Các giá trị được lấy

để tham chiếu, khả năng mà trạm biến áp vượt quá BIL hoặc khả năng thiệt hại của máy biến áp điều được xác định

V/ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY:

Bên trong mục này, mô trỏng sự ảnh hưởng tác động của đường dây được chia ra bốn trường hợp Trường hợp A mô tả về ảnh hưởng của điện trở và điện kháng của đất, trường hợp B khảo sát về sự ảnh hưởng chiều cao của tháp Trường hợp C và D dùng để phân tích ảnh hưởng của điện trở kháng của tháp và những đường dây hệ thống bảo vệ Kết quả mô phỏng được thực hiện dựa trên IEEE [1, 8] và GIGRE [6] để xác nhận của các mô hình phát triển

A/ Điện trở và điện kháng của đất:

Từ hình 3->6 cho thấy điện áp tai tháp 290 cùng với các giá trị điện trở và điện kháng của đất Từ hình 3, nhận thấy không có sự khác biệt nhiều với các giá trị khác nhau tại tháp số 290 khi điện trở đất thay đổi từ giá trị 10Ω, 100Ω và 500Ω khi mà điện kháng của đất được giữ một giá trị cố đinh là (100Ω.m) Giá trị đỉnh của điện áp nằm trong khoảng 850KV Tuy

nhiên khi điện kháng của đất thay đổi với một giá trị lớn hơn 3000Ω).m,

thì có sự khác biệt giữa các giá trị đỉnh đo được tại tháp 290 Và sự tăng vọt gần tới 300KV khi mà điện trở đất có giá trị khoảng từ 10Ω đến 500Ω như trên hình 4

Nhưng một điều ngược lại, không có sự khác biệt nhiều tại các điện áp đỉnh của tháp 290 khi khảo sát với các giá tri khác nhau khi mà điện trở đất được cố định tại giá trị 10Ω và được thể hiện ở hình số 5 Giá trị đỉnh

nằm trong khoảng 850KV Tuy nhiên khi giá trị điện trở của đất được thiết

lập ở một mức cao hơn khoảng 500Ω, thì giá trị điện áp đỉnh tại tháp 290

tăng gần đến 200KV khi mà trở kháng của đất dao động từ 100Ω).m đến 3000Ω) thể hiện chi tiết tại hình số 6

Những kết quả này cho thấy không có sự khác biệt tại các giá trị đỉnh của tháp 290 khi mà điện trở và điện kháng của đất được giữ tại các mức chuẩn Nhưng ngược lại, khi mà các thông số này tăng lên, thì giá tri điện

áp đỉnh của tháp cũng tăng theo Theo như CIGRE [6],cùng với những phương

pháp gần đúng dòng sét i(t) tăng tuyến tính trước khi đạt giá trị cực đại tại thời gian Tf và sau

đó trôi vô hạn, giá trị điện áp đỉnh tại VTT có thể được xác nhận bởi công thức (1) đến (3):

Trong đó:

Ri: là trở ngay tại chân tháp.

Zg: là điện kháng của dây bảo vệ

Zt: là điện kháng của tháp

Tt: là thời gian truyền

Tf: thời gian truyên

I: giá trị dòng đỉnh

Từ công thức (1) đến (3) cho thấy sự ảnh hưởng của điện trở của chân tháp lên giá trị điện áp đỉnh của tháp và được xác định bởi các giá trị của nó, đó là sự tăng dòng đột ngột và các cấu trúc phụ thuộc vào cả hai thông số (điện trở và điện kháng của đất) Điện trở các thành phần ở dưới chân tháp có nhiều ảnh hưởng tiêu cực hơn những phần ở phía trên tháp, và giúp giảm giá trị điện các cực đại ở phía trên của tháp

Mô phỏng cũng cho thấy sự ảnh hưởng của điện trở và điện kháng của đất lên backflahover

(hiện tượng phóng điện trên bề mặt) for đường dây 132KV Kuala Krai–Gua Musang BFR

với sự ảnh hưởng điện trở và điện kháng của đất được thể hiện trong bảng 4:

Bảng 4:

BFR với sự anh hưởng của điện trở và điện kháng của đất (Ω)hiên

tượng phóng điện 100Km/năm)

Điện trở của

đất

Ω)

Điện kháng của đất (Ω)Ω).m)

Cũng tương tự trong trường hợp khảo sát các giá trị của BFR, điện trở và trở kháng của đất được cố định ở các mức chuẩn, không có sự khác biệt các giá trị BFR với các giá trị thấp (nhỏ hơn 1 flashover/100km/ years) được tính Nhưng khi mà điện trở và điện kháng của đất được tăng lên điều đó sẽ dẫn đến một sự ảnh hưởng lớn xuất hiện trên điện trở ở phía chân tháp như trong trường hợp BFR Với các tháp có điện trở cao sẽ dẫn đến giá trị Ic thấp hơn được mô tả chi tiết với phương trinh (4) và (5), và dẫn đến sư tăng BFR [1,6] Những kết quả này đều phù hợp với [30]

U 50NS: Chuẩn điện áp phóng điện trên bề mặt.

U PF: Điện áp tần số lưới điện

Ri: trở hạn hòng của chân tháp.

Zg: điện kháng của dây bảo vệ.

C: yếu tố khớp nối.

B: CHIỀU CAO CỦA THÁP:

Hình 7 cho thấy tháp 290 được ghi nhận lại với các giá trị độ cao khác nhau Giá trị đỉnh tăng lên theo độ cao Điện áp cao nhất tăng gần như tới 100KV, 200KV và 300KV khi tăng chiều cao của tháp lên 20%, 40% và 60%, tương ứng với các chiều cao thực tế của nó Thời gian đạt tới giá trị cũng tăng theo với chiều cao của tháp Trong trường hợp này ta nhận thấy lợi ích của tháp có chiều cao thấp ( nhưng cũng phải tính đên ảnh hưởng của mặt bằng xung quanh) trong việc ngăn ngừa các tác động của sét đánh và các ảnh hưởng xấu của nó

Sự ảnh hưởng của chiều cao của tháp tác động đến giá trị điện áp cao

nhất, Icvà BFR cho đường dây truyền tải 132KV Kuala Krai–Gua Musang được

thể hiện chi tiết trong bảng 5

Bảng 5: Dòng sự cố (Critical current), BFR, xác xuất vượt quá điện áp của các BIL (sứ cách điện) với sự ảnh hưởng của chiều cao của tháp

Ic(KA) BER Xác xuất vựa quá điện áp

BIL

H=h+0.6h 67 8.5 59.4

Khi chiều cao của tháp tăng lên, điện kháng của dây dẫn và nhân tố khớp nối và theo cách đó giảm BFR Mối quan hệ này được thể hiện chi tiết trong phương trình số (4) Trường hợp này dẫn đến giảm xác xuất vượt quá điện áp của các sứ cách điện Tuy nhiên, kết quả nhận thấy rằng có một sự giảm nhẹ của dòng Ic (critical current) khi tăng chiều cao của tháp điều này dẫn đến làm tăng BFR được tính toán [1] Điều này còn phụ thuộc vào các điện áp thành phần và số lần sét đánh vào đường dây, khi

mà chiều cao của tháp tăng Hai nhân tố được bàn luận nhiều nhất trong [6] các tác giả kết luận đối với đường dây đơn, và sự gia tăng của các yếu

tố khớp nối chiếm ưu thế Tuy nhiên đối với các dòng điện kép, hai hiệu ứng này tương đương nhau Vì những lý do trên, không có sự khác biệt lớn khi mà giá trị của BFR và xác suất tăng điện áp của các sứ cách điện khi

mà chiều cao của tháp tăng lên

C: ĐIỆN KHÁNG CỦA THÁP CHỐNG SÉT

Hình số 8 minh họa cho tháp số 290 với ảnh hưởng của điện kháng của tháp chống sét lên điện áp đỉnh, Zt Hình sau mình hoạt cho điện áp của tháp về sự tăng vọt điện áp khi mà giá trị điện kháng của tháp tăng Khi

mà Zt được cố định ở giá trị 100Ω, giá trị điện áp đỉnh được mô phỏng khoảng 700KV Điện áp cực đại của tháp khảo sát dường như tăng 14.3% khi mà Zt được thiết lập ở 500Ω Điều này còn phụ thuộc vào cường độ của Zt, Điều này sẽ làm tăng truyền hệ số của quá áp và theo cách đó sự tăng điện áp của tháp được mô tả như phương trình (1) đến (3)

Bảng 6 mô tả khi điện kháng của tháp tăng, BFR và xác suất tăng vượt quá điện áp của sứ cách điện cũng tăng Điều này cũng có nghĩa là tăng giá trị điện kháng của tháp, giá trị điện áp càng đễ đạt tới giá trị lớn nhất Trong trường hợp này có thể làm giảm hệ số truyền tải của sự quá điện áp

đột ngột từ những vùng trên không từ đó có thể làm giảm Ic Theo cách đó BFR và khả năng vượt quá điện áp BIL được khảo sát

D SỐ LƯỢNG DÂY BẢO VỆ SÉT

Phân tích này được thực hiện để chứng minh sự hiệu quả khi có nhiều dây bào vệ chống sét đặc biệt trong khu vực có nhiều mật độ sấm sét Dựa theo bảng 7, dòng sự cố được khảo sát cao hơn tại tháp có hai dây bảo vệ chống sét từ đó giảm BFR Công dụng của một dây chống sét sẽ được so sánh với hai dây chống sét Như đã giải thích phía trước, sự tăng gấp đôi

số dây bảo vệ sẽ làm giảm tổng giá trị điện kháng của dây, tăng nhân tố khớp nối và giảm BFR như đã giải thích ở phương trình số [4]

Khả năng vượt quá điện áp của BIL cũng được giảm khi có hai dây bảo vệ được thiết lập trên đường dây truyền tải Hơn thế nữa, đường dây với hai dây bảo vệ có khả năng chịu được cao hơn và bảo vệ tốt hơn so với một lá chắn [7] Việc sử dụng hai dây bảo vệ chống sét còn làm giảm thiệt hại tại trạm biến áp Điều này cực kỳ quan trọng trong việc giải quyết với các vấn

đề quá áp đột ngột của trạm biến áp khi có sự ảnh hưởng của

backflahover (hiện tượng phóng điện trên bề mặt)

VI/ KẾT LUẬN

Các phân tích được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng các tham số của các đường dây truyền tải đối với tác động của sấm sét Và cùng với các hiện tượng BFR, xác xuất vượt quá điện áp của các sứ cách điện phát hiện

ra rằng khi mà điện trở và điện kháng của đất cao dẫn đến điện áp ở đầu tháp cao, BFR và xác suất thiệt hại ở trạm biến áp cũng theo đó giảm trong khi với điện trở và điện kháng thấp có nhiều ảnh hưởng tiêu cực được tạo ra từ phần chân tháp cho đên đỉnh của tháp, theo cách đó giúp giảm giá trị điện điện áp cực đại phía trên đỉnh tháp Sự tăng chiều cao của tháp sẽ làm tăng thời gian dịch chuyển từ đỉnh tháp xuống phần bệ của tháp, thời gian trễ tăng lên có thể gây ra các ảnh hưởng tiêu cực trên đỉnh tháp

Bên cạnh đó khả năng biến áp bị thiệt hại giảm khi chiều cao tăng lên Tuy nhiên khi chiều cao của tháp tăng, điện áp của các thành phần và số lần sét đánh trên đường dây cũng tăng lên, có xu hướng làm tăng BFR Gia tăng điện kháng của tháp cũng dẫn đến làm tăng giá trị điện áp đỉnh được ghi nhận trên đỉnh tháp Với giá trị dòng nhỏ thấp hơn cần thiết vì một số nguyên nhân về backflahover theo cách đó làm tăng BFR và khả năng thiệt hại của biến áp trên hệ thống đường dây Và cuối cùng, sử dụng hai dây bảo vệ chống sét sẽ làm giảm BFR đi một nửa so với trường hợp sử dụng một dây chống sét Những phân tích này rất quan trọng trong phối hợp với cánh điện và bộ phận khác của truyền tải, và đặt biệt trong các thiết kế của hệ thống truyền tải