ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TÓM TẮT ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ Học viên thực hiện : Võ Quang Hòa - Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Trong quá trình vận hành đường dây nà

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU

Đà Nẵng, Năm 2018

Tôi xin cam đoan Đề tài “ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ” là công trình nghiên cứu của riêng

cá nhân tôi

Các kết quả tính toán, số liệu trong luận văn thực tế, đảm bảo theo yêu cầu của

đề tài và chưa từng được ai nghiên cứu, công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trên lưới truyền tải điện

Người thực hiện

Võ Quang Hòa

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu bảo vệ chống sét cho đường dây 1

3 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu 2

4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu của luận văn 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài 3

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 4

1.1 Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượng giông sét xuất hiện trong tự nhiên 4

1.1.1 Cực tính của dòng điện sét 6

1.1.2 Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện dòng điện sét: 6

1.1.3 Biên độ dòng sét và sự xuất hiện của sét 7

1.1.4 Cường độ hoạt động của sét và mật độ sét 7

1.2 Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành 8

1.2.1 Mật độ giông sét tại khu vực đường dây đi qua 8

1.2.2 Độ cao của cột so với mực nước biển 9

1.2.3 Suất sự cố theo địa chất tại khu vực xung quanh chân cột 9

1.3 Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây 9

1.3.1 Treo dây chống sét 9

1.3.2 Giảm góc bảo vệ α 10

1.3.3 Tăng chiều dài chuỗi cách điện của đường dây 11

1.3.4 Đặt chống sét van đường dây 11

1.3.5 Thay đổi điện trở của cột 12

1.3.6 Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dưới dây dẫn: 12

1.4 Kết luận 14

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ 15

2.2 Các thông số, dữ liệu của đường dây trên toàn tuyến, địa hình, giá trị điện trở suất,

điện trở nối đất của từng vị trí cột đường dây: 15

2.3 Thống kê trị số tiếp địa của các vị trí trên tuyến đường dây: 17

2.4 Tổng hợp số lần sự cố đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà 18

2.5 Tính toán suất cắt cho một số trường hợp cụ thể trên đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà: 18

2.5.1 Mục đích, cơ sở của việc tính toán suất cắt cho đường dây: 18

2.5.2 Các thông số, số liệu của đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà để tính toán suất cắt cho đường dây: 20

2.5.3 Suất cắt đường dây do sét đánh vòng vào dây dẫn (không đánh vào dây chống sét): 22

2.5.3.1 Lý thuyết mô hình điện hình học: 22

2.5.3.2 Số lần sét đánh vòng vào dây dẫn: 23

2.5.3.3 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng V pđ vào dây dẫn là: 24

2.5.3.4 Suất cắt đường dây do sét đánh vòng vào dây dẫn là: 24

2.5.4 Suất cắt đường dây do sét đánh trực tiếp vào dây chống sét ở khoảng vượt: 25

2.5.4.1 Số lần sét đánh vào khoảng vượt: 25

2.5.4.2 Xác suất phóng điện trên cách điện của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt: 25

2.5.4.3 Suất cắt đường dây khi sét đánh tại khoảng vượt của dây chống sét: 33

2.5.5 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào khu vực đỉnh cột: 33

2.5.5.1 Số lần sét đánh vào đỉnh cột: 34

2.5.5.2 Xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột: 34

2.5.5.3 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột: 46

2.5.6 Tổng suất cắt của đường dây 220kV tính toán trong 03 trường hợp là: 46

2.6 Kết luận 46

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 220kV

ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ 47

3.1 Các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây: 47

3.1.1 Lắp đặt chống sét van: 47

3.1.2 Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ: 47

3.1.2.1 Suất cắt đường dây khi sét đánh vòng qua dây dẫn: 48

3.1.2.2 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào giữa khoảng vượt: 48

3.1.2.3 Suất cắt đường dây khi sét đánh vào khu vực đỉnh cột: 48

3.1.3 Giảm góc bảo vệ: 49

3.1.4 Thay đổi điện trở nối đất của cột (bổ sung dây nối đất): 49

3.1.5 Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dưới dây dẫn: 54

3.2 Tính toán kinh tế khi thực hiện các giải pháp giảm suất cắt: 54

3.2.1 Lắp đặt chống sét van: 54

3.2.2 Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ: 54

3.2.3 Giảm góc bảo vệ: 54

3.2.4 Thay đổi điện trở nối đất của cột (bổ sung dây nối đất): 55

3.2.5 Treo bổ sung dây chống sét 58

3.2.6 Chi phí thiệt hại một lần sự cố đường dây do giông sét 58

3.3 Lựa chọn giải pháp tối ưu cho đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà: 58

3.3.1 Lắp đặt chống sét van: 58

3.3.2 Tăng bát cách điện trên chuỗi sứ: 58

3.3.3 Giảm góc bảo vệ: 59

3.3.4 Treo bổ sung dây chống sét: 59

3.3.5 Thay đổi điện trở nối đất của cột ( thay đổi Rc ): 60

3.4 Kết luận 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TÓM TẮT ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT

CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ

Học viên thực hiện : Võ Quang Hòa - Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Trong quá trình vận hành đường dây này đã nhiều lần sự cố thoáng qua do sét đánh và không đảm bảo suất cắt được giao chỉ tiêu bởi Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia Do vậy, trong luận văn em đã đi tính toán suất cắt của đường dây trong các trường hợp sét đánh thẳng vào các phần tử của đường dây cụ thể đánh vào các vị trí: Khoảng vượt, đỉnh cột và đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Sau khi nghiên cứu, tính toán suất cắt của đường dây 220kV Đồng Hới - Đông

Hà trong các trường hợp sét đánh Nội dung luận văn đề xuất một số giải pháp nhằm giảm suất cắt đường dây về mức nhỏ nhất Nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, mang lại lợi ích về kinh tế, đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên tục, an toàn cho phụ tải khu vực trong thời gian lâu dài Giải pháp được lựa chọn tối ưu nhất để áp dụng cho đường dây là bổ sung 04 dây tiếp địa/01 cột cho toàn bộ hệ thống đường dây đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà có trị số điện trở cột lớn hơn 9 Ω

Abstract:

The thesis mainly studied the effect of thunderstorm on operation of 220kV transmission line Đong Hoi - Đong Ha and proposed the most specificand effectivemeasuresin accordance with the actual situation in order to reduce the line cutting rate

During operating, there have been many times occurred transient shut-downdue

to lightning strike and no ensuring the cutting rate given by National Power Transmission Corporation.Therefore, in which the thesis we had to calculate the cutting power of the line in the case oflightning directly at the elements of line, specifically at overcoming, top of column and rounding lightning rods into conductor After study, calculation the cutting power rate of the 220kV transmission line Đong Hoi - Đong Ha in case of lightning strike The thesis propose the measure to reduce the cutting rate down minimum rate In order to ensure safety operation, economic benefits, supply power continuously, safety for area sub-loading of in long time, the most optimal option of the solution to apply for the transmission line that is doing additional 04 earthing wire/ 01 column for the all system of 220kV transmission line Đong Hoi- Đong Ha with column resistance > 9 Ω

Số hiệu Tên bảng Trang

2.3 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng vào dây dẫn pha B 30

2.4 Thông số đường cong nguy hiểm khi sét đánh vòng vào dây

2.5 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng qua dây chống sét

2.6 Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha B 35 2.7 Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha A 36 2.8 Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha B 37 2.9 Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha A 38 2.10 Thành phần hỗ cảm giữa dây dẫn và khe sét 39

2.12 Thông số đường cong nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột theo

2.13 Thông số đường cong nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột theo

3.1 Thiệt hại một lần sự cố đường dây do giông sét 58

Số

1.1 Các hình ảnh của phóng điện sét trong tự nhiên 5

1.3 Giảm góc bảo vệ bằng cách treo chuỗi cách điện kiểu hình chữ V 10

1.5

Tổng trở sóng tương hỗ giữa dây dẫn và dây chống sét, minh họa

cho trường hợp đường dây có 2 dây chống sét (Z1 và Z2) với 1

2.5 Sét đánh vào dây chống sét tại khoảng vượt 25

2.6 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt

2.10 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột pha A 45

3.2 Biểu đồ so sánh chi phí lắp đặt của các giải pháp 61

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong hệ thống lưới điện truyền tải thì đường dây là phần tử dài nhất, đi qua nhiều khu vực địa hình phức tạp nhất, ở nước ta với tần suất giông sét hàng năm khá cao do vậy khả năng bị sét đánh trực tiếp vào đường dây gây sự cố ngắn mạch là điều khó tránh khỏi Theo thống kê trong những năm qua tổng số vụ sự cố thoáng qua trên đường dây do sét chiếm 50% - 80% số vụ sự cố đường dây truyền tải điện và suất sự

cố đều vượt suất chỉ tiêu do Công ty Truyền tải điện 2 giao

Việc nghiên cứu, đề xuất các giải pháp để bảo vệ chống sét đường dây truyền tải điện đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành lưới điện truyền tải

và phân phối điện năng đến phụ tải khi các hộ tiêu thụ đòi hỏi về chất lượng điện năng,

độ tin cậy trong cung cấp điện ngày càng cao

Trong quá trình vận hành hệ thống lưới điện truyền tải, giông sét đánh vào đường dây làm xuất hiện quá điện áp đặt lên cách điện và lan truyền dưới dạng sóng quá điện áp có thể làm hư hỏng cách điện đường dây, phát sinh hồ quang duy trì dẫn đến sự cố ngắn mạch hoặc lan truyền vào Trạm biến áp làm hư hỏng cách điện và các thiết bị trong trạm, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng cho phụ tải khu vực, gây thiệt hại về kinh tế và các hoạt động xã hội

Trước yêu cầu về việc cung cấp điện liên tục, đảm bảo chất lượng cho phụ tải như hiện nay thì việc giông sét thường xuyên đánh vào đường dây gây sự cố là điều đòi hỏi người làm công tác kỹ thuật, quản lý lưới điện phải thường xuyên quan tâm, nghiên cứu tìm tòi các giải pháp hiệu quả nhất để nâng cao khả năng chịu sét cho đường dây tải điện

Để giải quyết được vấn đề do giông sét gây ra khi chúng đánh vào đường dây tải điện trên không, người ta thường treo dây chống sét (kết hợp nối đất thân cột) nhằm giảm xác suất sét đánh thẳng vào dây dẫn, đặt chống sét van tại một số vị trí dọc đường dây, giảm điện trở suất trong đất, bổ sung tiếp địa cột, giảm góc bảo vệ chống sét Tuy nhiên do tính chất phức tạp của hoạt động giông sét, đặc biệt là ở Miền trung của ở nước ta nơi có mật độ giông sét cao, địa hình, địa chất phức tạp cần thiết phải có những giải pháp cụ thể phù hợp với điều kiện thực tế, đảm bảo chỉ tiêu Kinh tế - Kỹ thuật cao để áp dụng những biện pháp thích hợp nhất có thể nhằm giảm suất cắt do giông sét gây ra cho đường dây nói riêng và hệ thống điện truyền tải điện nói chung

2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu bảo vệ chống sét cho đường dây:

2.1 Giới thiệu chung về đường dây

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đất nước, nhu cầu điện điện năng ngày càng tăng cao, lưới điện truyền tải cũng không ngừng cải tạo, từng bước nâng cao chất lượng để đảm bảo vận hành an toàn, liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu về chất lượng điện năng cho phụ tải Hiện tại, Truyền tải điện Quảng Bình quản lý 125,5 km ÐZ 500kV Đà Nẵng - Vũng Áng (từ vị trí 955 - 1253); 124,4 km ĐZ 500kV Đà Nẵng - Hà

Tĩnh (từ VT 5005-7201); 65 km ÐZ 220kV mạch kép Vũng Áng - Ba Đồn - Đồng Hới (từ vị trí 056 - 230); 58km ĐZ 220kV Đồng Hới - Đông Hà (từ vị trí 02-169) cùng nằm trong vùng thường xuyên có giông sét, trong đó có đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà với chiều dài gần 104,3 km, gồm 291 vị trí đi qua 06 huyện, thành phố (gồm TP.Đồng Hới, huyện Quảng Ninh, Lệ Thủy tỉnh Quảng Bình; huyện Vĩnh Linh, Do Linh, TP.Đông Hà tỉnh Quảng Trị); Về địa hình thì hầu hết các vị trí đường dây đều đi qua vùng đồi núi cao, chỉ một số ít vị trí nằm ở khu vực đồng bằng

Theo thống kê trong những năm gần đây số lần sự cố do sét đánh đều vượt suất chỉ tiêu do Công ty Truyền tải điện 2 giao Do vậy, việc tính toán để giảm thiểu sự cố

do sét đánh vào các đường dây là một vấn đề cấp bách đòi hỏi đơn vị quản lý vận hành phải đưa ra nhiều giải pháp thích hợp để hạn chế thấp nhất suất sự cố do sét đánh vào đường dây

- Trên cơ sở các chỉ tiêu về Kinh tế - Kỹ thuật đã phân tích đánh giá, lựa chọn và

đề xuất một số giải pháp phù hợp với tình hình thực tế, mang lại hiệu quả cao và có thể

áp dụng cho đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Trong nội dung luận văn nghiên cứu chủ yếu phân tích các giải pháp nâng cao khả năng chịu sét cho đường dây đồng thời nghiên cứu, đề xuất giải pháp nhằm giảm suất cắt cho đường dây cụ thể như sau:

- Nghiên cứu các nguyên nhân gây sự cố lưới điện do sét đánh và hiện tượng quá điện áp khí quyển

- Tính toán tần suất cắt điện của 220kV Đồng Hới - Đông Hà do giông sét gây ra theo các số liệu cụ thể hiện tại trên đường dây

- Phân tích một số giải pháp có thể giảm suất cắt cho đường dây

- Nghiên cứu và đề xuất giải pháp bổ sung tiếp địa cho đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà để giảm suất cắt cho đường dây này

4 Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu của luận văn:

4.1 Cơ sở lý luận

- Nội dung của luận văn được nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện cao

áp

- Các tài liệu nghiên cứu về kỹ thuật điện cao áp

- Các quy trình Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc Gia; quy phạm trang bị điện của Bộ Công Thương

- Thông số kỹ thuật, quá trình vận hành thực tế của đường dây 220kV Đồng Hới

- Đông Hà

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Chủ yếu là phương pháp phân tích trên cơ sở lý thuyết đã có Tính toán, so sánh, đánh giá các số liệu trên cơ sở tính toán để lựa chọn giải pháp tối ưu áp dụng các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

- Tham khảo, cập nhật các thông số vận hành, số lần sét đánh vào đường dây trong quá trình vận hành đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà trong thời gian gần đây (2010 - 2017) để có được số liệu thực tế và so sánh với số liệu đã phân tích

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiển của đề tài:

5.1 Ý nghĩa khoa học:

- Tính toán cụ thể các trường hợp suất cắt điện của đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà, nghiên cứu, tìm các giải pháp nhằm giảm suất cắt tối thiểu cho đường dây trong quá trình vận hành thực tế

- Sau khi đưa ra các giải pháp tiếp tục so sánh, lựa chọn các giải pháp phù hợp, hiệu quả nhất để hạn chế suất cắt trên đường dây

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

- Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét phù hợp, tối ưu nhất nhằm đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật, đảm bảo suất cắt cho đường dây theo yêu cầu

đề ra

6 Cấu trúc của luận văn (Gồm 03 chương):

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Chương 2 - PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ

Chương 3 - CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 220KV ĐÔNG HỚI - ĐÔNG HÀ

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM

SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

1.1 Giới thiệu tổng quan về sét và hiện tượng giông sét xuất hiện trong tự nhiên

Sét là sự phóng điện tự nhiên trong khí quyển giữa các đám mây mang điện tích trái dấu hay là giữa các đám mây với đất, đi kèm theo giông sét là tiếng sấm, chớp Các đám mây mang điện tích là do kết quả của sự tương tác của các điện tích âm, điện tích dương tập trung trong đám mây

Phần dưới của các đám mây thường mang điện tích âm, giữa đám mây và đất hình thành các tụ điện: Mây - đất, ở phần đám mây thường mang điện tích dương Vùng điện tích âm chính nằm ở khu vực có độ cao 6 km, vùng điện tích dương ở phần trên đám mây ở độ cao 8-12 km và một khối điện tích dương nhỏ phía dưới chân mây Cường độ điện trường của tụ điện mây – đất tăng dần lên và nếu tại chổ nào đó cường độ điện trường đạt tới giới hạn 25 – 30kV/cm thì không khí bị ion hóa và trở nên dẫn điện Trong loại sét đánh xuống đất người ta phân chúng ra làm hai loại: sét

âm và sét dương; Sét âm (90%) chủ yếu xuất hiện từ phần dưới đám mây đánh xuống đất Sét dương (10%) thường xuất hiện từ trên đỉnh đám mây đánh xuống Loại sét dương này xuất hiện khá bất ngờ và rất nguy hiểm vì trời vẫn quang sáng và phần dưới của đám mây chưa có mưa

Hình 1.1: Các hình ảnh của phóng điện sét trong tự nhiên

Sự phóng điện của sét được chia làm ba giai đoạn:

Phóng điện giữa đám mây và đầu tiên bắt đầu bằng sự xuất hiện của một dòng sáng phát triển xuống mặt đất và phát triển thành từng đợt với tốc độ 100 - 1.000km/s dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây tạo nên ở đầu cực của nó một điện thế rất cao hàng triệu vôn Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo

Khi dòng điện tiên đạo bắt đầu hình thành và phát triển xuống đất hay là các vật dẫn điện nối với đất thì giai đoạn thứ hai của sự phóng điện sét cũng được bắt đầu Đây là giai đoạn chủ yếu phóng điện của sét Trong giai đoạn này thì các điện tích dương của đất di chuyển mạnh và di chuyển có hướng theo dòng tiên đạo với tốc độ cao và trung hòa với các điện tích âm của dòng tiên đạo

Sự phóng điện được đặc trưng bởi dòng điện lớn qua chổ sét đánh gọi là dòng điện sét Không khí tại khu vực phóng điện sét được nung nóng rất cao khoảng 10.0000C đồng thời giản nở rất phức tạp và tạo thành tiếng nổ lớn

Dòng điện sét sẽ kết thúc sự di chuyển các điện tích của đám mây mà ngay tại

đó nó bắt đầu phóng điện, và sự lóe sáng của các tia chớp cũng bắt đầu biến mất ở giai đoạn thứ ba

Theo nghiên cứu thì dòng điện sét được ghi trên máy hiện sóng cực nhanh có dạng như hình vẽ sau:

Hình 1.2 Dạng sóng của dòng điện sét

Các tham số chủ yếu của dòng điện sét là Độ dốc đầu sóng a và biên độ sét Is

amax = dI/dt

Dòng điện sét có biên độ rất cao nhưng thường không vượt quá 200 - 300kA

Độ dốc cực đại của dòng điện sét không vượt quá 50kA/μgγ

Biên độ dòng điện sét càng lớn thì độ dốc của của dòng điện sét cũng lớn dần theo dòng điện sét

1.1.1 Cực tính của dòng điện sét

Người ta tính cường độ hoạt động trung bình của sét là số ngày có giông sét trung bình hoặc tổng số giờ có giông sét trung bình trong một năm ở mỗi khu vực lãnh thổ và mật độ trung bình của sét trong khu vực đó, nghĩa là số lần sét đánh vào một đơn vị diện tích mặt đất (1km2) trong một ngày sét

1.1.2 Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện dòng điện sét:

Muốn xác định độ dốc dòng điện sét, người ta thường dùng một khung bằng dây dẫn treo cạnh cột thu sét Các đầu dây của khung nối vào một hoa điện kế để đo biên

độ của điện áp

Độ dốc đầu sóng dòng điện sét cũng thay đổi trong một phạm vi rộng

Ở các vùng đồng bằng được xác định theo công thức:

Trong đó υa là xác suất xuất hiện dòng điện sét có độ dốc đầu sóng dòng điện sét

- Ở những vùng núi cao, xác suất xuất hiện dòng điện sét có cùng độ dốc đầu sóng thường thấp hơn và có thể xác định theo công thức:

7,82 18

10

a a

1.1.3 Biên độ dòng sét và sự xuất hiện của sét

Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc xuất hiện sự phóng điện chủ yếu lên đến trung tâm điện tích của đám mây Nếu nơi bị sét đánh có nối đất tốt, điện trở nối đất không đáng kể, thì trị số lớn nhất của dòng điện sét, như đã trình bày ở trên, bằng dòng điện is = σ.υ Còn nếu điện trở nối đất của vật bị sét đánh có một trị số R nào đó thì

dòng điện sét qua vật đó sẽ giảm theo quan hệ

0 s

0

z R với z0 là tổng trở sóng

của khe sét, có trị số trong khoảng 200÷500 Ω

Như vậy, nếu điện trở nối đất R thay đổi từ 0 ÷ 30Ω thì dòng điện qua vật bị sét đánh chỉ giảm khoảng 10% Điện trở nối đất của cột và dây thu sét trong hệ thống điện thường ít khi quá 20 ÷ 30Ω, nên trong tính toán có thể lấy gần đúng trị số cực đại của dòng điện sét is = σ.υ

Kết quả đo đạt trong nhiều năm ở nhiều nơi cho thấy biên độ dòng điện sét biến thiên trong phạm vi rất rộng, từ vài kA đến vài trăm kA, nhưng phần lớn thường dưới 50kA và rất hiếm khi vượt quá 100kA

Trong tính toán chống sét có thể dùng quy luật phân bố xác suất biên độ chống sét gần đúng sau, cho vùng đồng bằng:

s i

1.1.4 Cường độ hoạt động của sét và mật độ sét

Cường độ hoạt động của sét được thể hiện qua số ngày trung bình có dòng điện sét hàng năm hoặc tổng số giờ trung bình có giông sét hằng năm

Cường độ hoạt động của sét không theo quy luật nhất định và rất khác nhau ở các vùng có thời tiết không đồng nhất Thông thường cường độ hoạt động của sét tăng dần

từ nơi có độ ẩm không khí và nhiệt độ cao hơn, tạo điều kiện để dễ dàng cho sự hình thành mây giông sét

Theo kết quả khảo sát thì trên tất cả bề mặt trái đất trong mỗi giây xảy ra khoảng

100 lần phóng điện do giông sét tạo nên, nghĩa là mỗi ngày có khoảng 8÷9 triệu lần sét đánh xuống bề mặt trái đất

Trên thực tế ngay trong cùng một một điều kiện khí hậu thì cường độ hoạt động của giông sét cũng có thể khác nhau nhiều, do các điều kiện khí tượng thuỷ văn địa chất của từng khu vực khí hậu thay đổi phức tạp

1.2 Ảnh hưởng của giông sét đối với lưới điện Truyền tải đang vận hành

Khi sét đánh vào đường dây tải điện trên không, xuất hiện quá điện áp đặt lên cách điện và lan truyền dưới dạng sóng quá điện áp khí quyển có thể làm hư hỏng cách điện đường dây, phát sinh hồ quang duy trì dẫn đến sự cố ngắn mạch hay lan truyền vào Trạm biến áp làm hư hỏng cách điện và các thiết bị trong trạm, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng cho phụ tải khu vực

Quá điện áp khí quyển: Quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào đường dây hoặc sét đánh gần công trình đường dây gây cảm ứng lên đường dây, thiết bị đang mang điện vận hành Do dòng điện sét rất lớn nên quá điện áp do dòng điện sét là nguy hiểm nhất Đặc điểm quá điện áp khí quyển là tính chất ngắn hạn, tức thời của nó, thời gian phóng điện sét kéo dài trong vài chục micro giây đồng thời điện

áp tăng cao có đặc tính xung

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự cố do sét của đường dây truyền tải như mức cách điện của đường dây, điện trở tiếp địa, cấu hình cột, hoạt động thời tiết, đặc điểm địa hình, khí hậu mà đường dây đi qua

Trong đó, yếu tố địa hình có ảnh hưởng khá lớn tới sự cố do sét của đường dây Các tham số địa hình được xét đến ở đây bao gồm:

- Mật độ giông sét khu vực đường dây đi qua

- Độ cao chân cột và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển

- Loại địa chất nơi đường dây đi qua

Sau đây ta sẽ xét đến ảnh hưởng của từng tham số tới sự cố do sét đánh của đường dây truyền tải

1.2.1 Mật độ giông sét tại khu vực đường dây đi qua

Mật độ sét là đại lượng đặc trưng cho cường độ hoạt động giông sét của từng khu vực Giá trị của mật độ giông sét được xác định bằng trung bình của tổng số lần sét đánh vào mặt đất trên 1km2/năm Trị số này khác nhau theo từng khu vực, phụ thuộc vào đặc điểm địa hình khí hậu và thời tiết tại khu vực đó

1.2.2 Độ cao của cột so với mực nước biển

Đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắp lãnh thổ từ Bắc vào Nam, đường dây đi qua vùng đồng bằng hoặc vùng đồi núi cao Những vùng đường dây đi qua khác nhau có độ cao so với mực nước biển cũng khác nhau Vì vậy, thông số về

độ cao chân cột và độ cao đỉnh cột so với mực nước biển cũng khác nhau Nhìn chung,

thì tại các vị trí càng cao thì mật độ sét đánh thẳng vào đường dây càng lớn Hoạt động giông sét mạnh thường xuất hiện ở những vùng núi cao, những cột nằm ở vị trí này thường dễ bị sự cố nhất

1.2.3 Suất sự cố theo địa chất tại khu vực xung quanh chân cột

Như đã nói ở trên, do đặc điểm của đường dây truyền tải là trải dài trên khắp lãnh thổ mà mỗi vùng miền thì có những đặc điểm về địa chất khác nhau nên điện trở suất trong đất tại khu vực xung quanh chân cột cũng khác nhau Đối với những vùng có điện trở suất đất cao thì dòng điện sét tản trong đất khó khăn hơn và suất sự cố cao hơn

và sự cố đường dây cũng thường tập trung vào khu vực này

1.3 Các giải pháp nhằm giảm suất cắt điện của đường dây

Đường dây là phần tử dài nhất trong lưới điện nên thường bị sét đánh và chịu tác

dụng của quá điện áp khí quyển Do vậy khi khảo sát, xây dựng đường dây tải điện thì

đi đôi với việc giải quyết vấn đề bảo vệ cho đường dây hay giảm suất cắt cho đường

dây khi có sét đánh trực tiếp vào đường dây

Xuất phát từ thực tế của dòng điện sét đánh vào đường dây hàng năm và từ việc tính toán suất cắt do sét người ta đưa ra các giải pháp giảm suất cắt cho đường dây được sử dụng trong khu vực và trên thế giới bao gồm các phương pháp chính như sau:

- Treo dây chống sét

- Giảm góc bảo vệ

- Đặt chống sét van đường dây

- Tăng cường cách điện đường dây

- Bổ sung dây nối đất

- Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dưới dây dẫn

1.3.1 Treo dây chống sét

Dây chống sét làm nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳng cho dây dẫn (dây pha)

nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn còn khả năng sét đánh vào dây dẫn

Ngay từ những năm 1910 người ta đã xác nhận hiệu quả của hệ thống dây nối đất trong việc làm giảm quá điện áp khí quyển Hiệu quả của dây nối đất thể hiện trong 2

cách sau:

- Thu hút các phóng điện sét về phía mình, ngăn chặn sét đánh trực tiếp dây dẫn

- Tản một phần dòng sét vào dây nối đất, làm giảm phần dòng điện sét tản vào đất

nhờ vào dây nối đất có điện trở nhỏ

Giải pháp này là một lựa chọn tương đối khả thi trong trường hợp cần cải thiện suất cắt của đường dây đang vận hành Giải pháp áp dụng thích hợp nhất cho đường

dây tải điện ở các khu vực có điện trở suất của đất lớn hoặc những nơi thường xảy ra

phóng điện trên cách điện đường dây

1.3.2 Giảm góc bảo vệ α

Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/3 độ treo cao của dây chống sét nên có thể không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà hiển thị bằng góc bảo

vệ α là góc giữa đường thẳng đứng với đường thẳng nối liền dây thu sét và dây dẫn

Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc bảo vệ là 31o(tg α =0,6) và thực

tế thường lấy khoảng 20÷25o

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng phương pháp giảm suất cắt do sét bằng cách tạo góc bảo vệ âm

- Giảm góc bảo vệ α sẽ dẫn đến giảm khả năng hay xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

- Trên thực tế luôn tồn tại góc đánh của sét nào đó khác không cho nên cần thực hiện góc bảo vệ âm

Hiện nay vẫn đang sử dụng phương pháp giảm góc bảo vệ bằng cách treo chuỗi cách điện trên cột điện theo kiểu hình chữ V như sau:

Hình 1.3 Giảm góc bảo vệ bằng cách treo chuỗi cách điện kiểu hình chữ V

Theo Quy phạm Trang bị điện thì: Đối với đường dây 220kV, khoảng cách hai dây luôn luôn phải lớn hơn hoặc bằng 5m, khoảng cách giữa dây dẫn và phần không mang điện phải lớn hơn 1,8 m

Với việc treo cách điện theo kiểu hình chữ V có độ lệch gần bằng 0, có thể tính toán cụ thể nếu khả thi với từng loại kết cấu đường dây và cấp điện áp khác nhau

1.3.3 Tăng chiều dài chuỗi cách điện của đường dây

Với mục đích của giải pháp này là: Tăng chiều dài chuỗi sứ là tăng đường rò, kéo dài khoảng cách mỏ phóng, tăng dòng điện ngưỡng xảy ra phóng điện đối với

cả sét đánh vào đường dây chống sét và dây dẫn

Biện pháp thực hiện: Bổ sung thêm từ 1 đến 3 bát sứ cùng chủng loại vào chuỗi sứ hiện hữu trên đường dây

Quá trình tăng chiều dài chuỗi cách điện đường dây dẫn đến giảm xác suất hình thành hồ quang duy trì trên cách điện được thực hiện bằng cách giảm cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện trên chuỗi sứ Với trường hợp này thì nó xuất hiện điện áp làm việc có thể giảm tới khoảng 0,1÷0,2 kV/m và xác suất hình thành hồ quang còn 10÷20% so với trước

Trường hợp khi có phóng điện xảy ra trên chuỗi cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện Xác suất hình thành hồ quang η phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường dây đó Có thể xác định η theo bảng sau:

Bảng 1.1 Xác suất hình thành hồ quang

Trong đó: Ulv – điện áp pha

lcs – chiều dài chuỗi sứ

- Tuy nhiên trong quá trình khảo sát lập phương án, thiết kế phải chú ý đảm bảo khoảng cách an toàn tránh hiện tượng phóng điện trong không khí gây sự cố cho đường dây

1.3.4 Đặt chống sét van đường dây

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, Gần đây trên lưới truyền tải người ta triển khai lắp đặt các thiết bị chống sét van tại một số vị trí trên đường dây với mục đích là giảm rủi ro chọc thủng cách điện do quá điện áp khí quyển và do quá điện áp thao tác

Chống sét van đường dây dùng để bảo vệ đường dây có nguyên lý hoạt động khác so với hầu hết các kiểu chống sét khác Đối với chống sét van đường dây, thì dòng điện sét được dẫn trên dây dẫn Đối với các trường hợp chống sét khác, dòng điện sét được cách ly khỏi dây dẫn Trường hợp này chủ yếu là giảm dòng điện sét khi sét đánh vòng qua dây dẫn Phương pháp lắp đặt được thể hiện qua hình vẽ sau:

(kV/m)l

3

UE

Ch?ng sét van

Hình 1.4 Đặt chống sét van đường dây

1.3.5 Thay đổi điện trở của cột (bổ sung dây nối đất)

Hiện tại đa phần đường dây cao áp và siêu cao áp đều đi qua vùng núi cao có điện trở suất của đất tương đối cao và không đồng đều, nhiều khu vực có mật độ giông sét hàng năm cao Việc giảm điện trở cột để cải thiện sóng quá điện áp xuất hiện trên cột là một trong những biện pháp hữu hiệu nhất để giảm xác suất phóng điện cho đường dây Giải pháp này được thực hiện như sau:

- Bổ sung các cọc, thanh tiếp địa vào hệ thống tiếp địa hiện hữu để giảm điện trở

Rc của cột

- Bổ sung thêm nhiều dây tiếp địa vào hệ thống tiếp địa củ của đường dây đang vận hành để giảm điện trở Rc của cột

1.3.6 Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dưới dây dẫn:

Hình 1.5 Tổng trở sóng tương hỗ giữa dây dẫn và dây chống sét, minh họa cho trường hợp đường dây có 2 dây chống sét (Z1 và Z2) với 1 dây dẫn (ZC)

- Khi sét đánh vào dây chống sét, dòng điện sét sẽ đi trên dây chống sét và tản xuống hệ thống nối đất

Lấy một ví dụ đơn giản như một đường dây gồm 2 dây chống sét có tổng trở sóng lần lượt là Z1 và Z2 như trên hình 1.5 và một dây dẫn phía dưới có tổng trở sóng ZC

Các trị số của Z1, Z2 và ZC đều được tính bởi công thức: Z = 60 ln(2h/r) Với h là chiều cao của dây chống sét hoặc dây dẫn tương ứng với các chỉ số 1, 2 hay C

Gọi tổng trở tương hỗ giữa dây chống sét 1 và dây dẫn là Z1C và được xác định bởi công thức: Z1C = 60 ln(D1C / d1C)

Với D1C là khoảng cách giữa dây dẫn C và ảnh của dây chống sét 1 qua mặt đất, còn d1C là khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét 1

Nếu có dòng điện chạy trên dây chống sét là Ics, thì điện áp trên dây chống sét sẽ

là Vcs

Dòng điện này sẽ sinh ra điện từ trường xung quanh nó và cảm ứng lên dây dẫn một điện áp có trị số Vcư = K.Vcs, với K là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét

Như vậy, khi có dòng điện sét chạy trên dây chống sét thì hiệu điện thế đặt lên cách điện chính được tính theo công thức: Ucđ = Vcs - Vcư = Vcs (1-K)

Khả năng phóng điện trên cách điện sẽ giảm nếu Ucđ giảm, hay nói cách khác trị

số Ucđ càng giảm nếu trị số K càng tăng

Điều này đồng nghĩa với việc ta có thể nâng cao khả năng chống sét của đường dây bằng cách tăng hệ số ngẫu hợp

Hệ số ngẫu hợp K được xác định như sau: K = Zthtb / Zcstđ

Với Zthtb là tổng trở sóng tương hỗ trung bình, Zcstđ là tổng trở sóng tương đương của dây chống sét

Các giá trị của Zthtb và Zcstđ phụ thuộc vào số lượng dây chống sét và khoảng cách giữa chúng đến dây pha Đối với Zthtb thì khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét càng giảm thì Zthtb càng tăng

Tuy nhiên trị số này bị giới hạn bởi khoảng cách tối thiểu giữa dây dẫn và dây chống sét theo quy phạm

Vì các dây chống sét nối chung với nhau và nối với hệ thống nối đất của chân cột nên số dây chống sét càng nhiều thì trị số Zcstđ càng giảm, đồng nghĩa với việc hệ

sét phía dưới của dây dẫn, các dây này vẫn nối với cột và hệ thống nối đất như dây chống sét bình thường nhưng mục đích của nó không phải để thu hút sét mà là để tăng

hệ số ngẫu hợp

Đồng nghĩa với việc điện áp đặt lên cách điện giảm xuống và khả năng chống sét của đường dây được tăng lên

- Lắp bổ sung 2 dây chống sét dưới dây dẫn tại khoảng cột tiêu biểu hình 1.6

Hình 1.6 Sơ đồ bổ sung dây chống sét trên khoảng cột tiêu biểu đường dây 220kV

1.4 Kết luận

Như vậy, qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các nguyên nhân gây sự cố do sét đánh vào đường dây, nội dung trong chương 01 của luận văn cũng đưa ra một số giải pháp để hạn chế thấp nhất suất cắt cho các đường dây cao áp đang vận hành Việc lựa chọn, áp dụng giải pháp thích hợp còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố về khí hậu vùng miền, địa hình, địa chất… nơi đường dây đi qua

Ngoài ra, hiện nay trên thế giới một số nước thiết kế đường dây dẫn điện trên không lựa chọn hướng tuyến để tránh vùng có mật độ sét hàng năm cao Dựa trên bản

đồ phân bố sét, kết quả quan trắc thu thập sét, tùy theo tình hình đường dây đi qua là vùng đồng bằng, thung lũng, đồi dốc…để lựa chọn hướng tuyến phù hợp Trường hợp này người ta ưu tiên lựa chọn tuyến đường dây đi qua vùng đồng bằng, dưới thung lũng, sườn dốc Hạn chế lựa chọn tuyến đường dây đi qua địa hình đồi dốc, vượt thung lũng, trên đỉnh đồi cao

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV

ĐỒNG HỚI - ĐÔNG HÀ

2.1 Giới thiệu đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

Công trình đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà được xây dựng nhằm liên kết lưới điện, tăng khả năng truyền tải trên đường dây và tăng độ tin cậy an toàn cung cấp điện liên tục cho khu vực tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị và các khu vực lân cận Ngoài

ra việc xây dựng công trình này để tiếp nhận nguồn điện năng từ Nhà máy thủy điện A Lưới, Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng, nhà máy nhiệt điện Formosa nhằm trung chuyển điện năng của các nhà máy vào lưới điện Quốc gia, góp phần nâng cao chất lượng điện năng, tạo liên kết lưới điện 220kV trong khu vực tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị và khu vực Bắc miền Trung tăng độ tin cậy ổn định cho hệ thống điện, điều độ công suất trong hệ thống được linh động và an toàn

Địa hình tuyến đường dây đi qua tương đối phức tạp chủ yếu vượt qua đồi núi cao, địa hình bị phân cắt bởi thung lũng, cao độ địa hình thay đổi lớn Theo khảo sát thì đoạn tuyến đi qua các khu vực này có mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu > 4m Điện trở suất của đất tùy thuộc vào từng vùng đất tuyến đường dây đi qua có trị

số dao động từ Chủ yếu là đất sét, đất sỏi sạn, đá góc phong hóa mạnh

Từ khi đưa vào vận hành đến nay thì có nhiều sự cố do sét xảy với tổng số sự cố những năm gần đây lên tới 7 lần, tương đương với suất sự cố là 01 lần/ 100km.năm, trong khi yêu cầu của Công ty Truyền tải điện 2 đối với đường dây 220kV là suất sự

cố (cả thoáng qua và kéo dài) là 0,66 lần/100km.năm Nghĩa là suất sự cố trong vận hành cao hơn so với quy định

2.2 Các thông số, dữ liệu của đường dây trên toàn tuyến, địa hình, giá trị điện trở suất, điện trở nối đất của từng vị trí cột đường dây:

* Giới thiệu các thông số vận hành đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà: Đơn vị quản lý: Truyền tải điện Quảng Bình (từ xà poctích TBA 220kV Đồng Hới đến VT169), Truyền tải điện Quảng Trị (từ VT 169 đến từ xà poctích TBA 220kV Đông Hà)

Tên đường dây: Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

Ngày đưa vào vận hành: Đường dây được phê duyệt thiết kế ngày 04/5/2004, xây dựng và đưa vào vận ngày 06/4/2010

Số mạch :

- Thiết kế: 01

- Số lượng dây chống sét: 02 (từ xà poctích trạm 220kV Đồng Hới đến xà poctích trạm 220kV Quảng Trị)

Hình 2.1 Sơ đồ tuyến đường dây 200-500kV đi qua địa phận tỉnh Quảng Bình

- Mã hiệu dây: GW-70 + Nước sản xuất: Việt Nam

- Tiết diện nhôm/thép ( mm2): 0/72

Mã hiệu các loại chuỗi cách điện néo dây chống sét: NCS-1S

Mã hiệu các loại chuỗi cách điện đỡ dây chống sét: CĐS-1S

Mã hiệu các loại chuỗi cách điện néo dây cáp quang: Không

Mã hiệu các loại chuỗi cách điện đỡ dây cáp quang: Không

Mã hiệu các loại cột đỡ:

Đ220-1S, Đ220-1S+5, Đ220 - 3S, Đ220-3S+5, Đ220-3S-5

Mã hiệu các loại cột néo:

N220-1S, N220-1S+5, N220-1S+9, N220-1S+14, N220-3S+5, N220-3S+9, N220-3S+14

Mã hiệu các loại cột đảo pha: Nđp220-3S+5

Mã hiệu các loại cột đỡ vượt: ĐV220-3S+11,5, ĐV220-3S+15,5

Số lượng kè móng: 12 vị trí ( 043, 044, 055, 060, 065, 066, 076, 086, 132, 152,

153, 162)

Số lượng mương thoát nước: không

Loại tiếp địa: TĐ4x60-16, TĐ4x60, TĐ4x45, TĐ4x20

Số lần giao chéo đường quốc lộ: 04 lần (023-024, 107-108 giao chéo với đường Hồ Chí Minh, 264-265: Đường Xuyên Á; 280-281: QLộ 9D)

Số lần giao chéo đường huyện, xã lộ: 41 lần

Số lần giao chéo đường sắt: Không

Số lần giao chéo đường dây trung áp, hạ áp: 32 lần

(10 ĐZ 22kV; 03 ĐZ 15kV; 19 lần đường dây 0,4kV)

Số lần giao chéo đường dây 110kV: 02 lần

Khoảng cột 010 - 011 giao chéo với Đường dây 110kV mạch kép Đồng Hới - Đông Hà

Khoảng cột 025 - 026 giao chéo với Đường dây 110kV mạch kép Đồng Hới - Đông Hà

Số lần giao chéo đường dây 220kV (tên đường dây): Không

Số lần giao chéo đường dây 500kV: Không

Số lần giao chéo đường dây thông tin:

* Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 5Ω đến 10Ω là: 116 vị trí

* Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 10Ω đến 15Ω là: 73 vị trí

* Số vị trí có trị số tiếp địa cột lớn hơn 15Ω đến 20Ω là: 11 vị trí

(Xem phụ lục 2.1)

2.4 Tổng hợp số lần sự cố đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

6 Ngày 11/6/2015 01 Pha C Tìm không ra điểm sự cố,

Thời tiết có giông sét

7 Ngày 15/4/2016 01 Pha B Tìm không ra điểm sự cố,

Thời tiết có giông sét

8 Ngày 30/05/2016 01 Pha C Tìm không ra điểm sự cố,

Thời tiết có giông sét

Hình 2.2 Biểu đồ số lần sự cố do sét đánh hàng năm

2.5 Tính toán suất cắt cho một số trường hợp cụ thể trên đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà:

2.5.1 Mục đích, cơ sở của việc tính toán suất cắt cho đường dây:

Do quá điện áp khí quyển có giá trị rất lớn nên không thể chọn mức cách điện đường dây đáp ứng được yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ chọn một cách tương đối, chủ yếu là chọn các biện pháp bảo vệ thiết bị đường dây để giảm sự cố tới giới hạn hợp lý có thể, đảm bảo với suất cắt sự cố hàng năm đề ra

Năm 2011

Năm 2012

Năm 2013

Năm 2014

Năm 2015

Năm 2016

Năm 2017

Với mục đích và nội dung của luận văn thì trong chương này tập trung vào cách tính toán số lần cắt điện do sét, trên cơ sở đó xác định giải pháp phù hợp đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật để áp dụng nhằm giảm số lần cắt điện của đường dây

Hình 2.3 Cấu tạo cột đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà

Từ số liệu thực tế có được qua khảo sát tại hiện trường kết hợp với các phương pháp, công thức tính toán theo thực nghiệm và số lần có phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1km2 ứng với một ngày sét là 0,1÷0,15 có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm như sau:

- : (0,1 ÷ 0,15) [lần/km2/ngày]

- : Độ cao trung bình của dây chống sét (m)

- L : Chiều dài đường dây (km)

- : Số ngày có sét trong một năm (ngày/năm)

Trường hợp xét cụ thể cho 100 km đường dây thì số lần sét đánh lên 100 km đường dây trong một năm được xác định như sau:

dt có nhiều trị số khác nhau tùy theo từng đợt sét, nên không phải tất cả các lần

có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện và gây sự cố cho đường dây Do vậy khả năng này được biểu thị bởi xác suất phóng điện (v d

+ Giảm xác suất phóng điện:

+ Hoặc giảm xác suất hình thành hồ quang: η

Giải pháp để giảm xác suất phóng điện trên cách điện được thực hiện bằng cách treo dây chống sét dọc theo đường dây và tăng cường cách điện trên tất cả chuỗi sứ của đường dây Treo dây chống sét là biện pháp hiệu quả nhất và đã được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay để giảm số lần cắt điện đường dây

Riêng giải pháp để giảm xác suất hình thành hố quang η được thực hiện bằng cách giảm cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện, như dùng cột, xà gỗ để tăng chiều dài của đường phóng điện …Trong trường hợp này điện áp làm việc có thể giảm tới khoảng 0,1 ÷ 0,2 kV/m và xác suất hình thành hồ quang chỉ còn 10 ÷ 20%

Ngoài ra dùng cách điện bằng gỗ còn có tác dụng làm tăng mức cách điện xung kích của đường dây nên xác suất phóng điện (v ) cũng được giảm thấp Song giải pháp này người ta ít hoặc không sử dụng do cột gỗ yếu, tuổi thọ thấp, giá thành chi phí cao không áp dụng được với các đường dây có cấp điện áp cao từ 110kV trở lên

2.5.2 Các thông số, số liệu của đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà để tính toán suất cắt cho đường dây:

- Đường dây có cấp điện áp U = 220 kV

- Độ võng trung bình dây dẫn

- Độ võng trung bình dây chống sét

- Giá trị điện trở nối đất đo được hàng năm trung bình của phần lớn cột điện trên đường dây đo được

- Chiều dài trung bình của khoảng vượt

- Điện áp phóng điện xung kích 50% của chuỗi sứ U50% = 1404 kV

- Chiều cao trung bình của cột điện:

- Khoảng cách giữa hai dây chống sét là:

- Số ngày có sét hàng năm là (số liệu theo khảo sát thiết kế)

- Chuỗi cách điện gồm 18 bát sứ U70BS, chiều cao mỗi bát sứ là 0,127 m, phụ kiện 0,51 m chiều dài tổng cộng của chuỗi sứ là:

- Đường dây dùng dây dẫn ACSR - 400/51 có đường kính là: bán kính đường dây là: ( ) ( )

- Trên đường dây sử dụng dây chống sét GSW-70 có đường kính là

- Ta tính các tổng trở sóng của đường khi chưa xét đến sự ảnh hưởng của vầng quang trên 1 dây chống sét là:

Với: hdcs - ( )

hddB - ( ) Chiều cao trung bình của dây dẫn pha B

Với ( ) ( ) Chiều cao dây dẫn pha B tại điểm treo vào phụ kiện

: Độ võng của dây dẫn pha

: Bán kính dây dẫn

Số lần sét đánh lên 100 km chiều dài đường dây hàng năm:

( )

( )

* Góc bảo vệ của dây dẫn các pha: αA = αc = 10,230; αB = 18,310

2.5.3 Suất cắt đường dây do sét đánh vòng vào dây dẫn (không đánh vào dây chống sét):

2.5.3.1 Lý thuyết mô hình điện hình học:

Hình 2.4 Khoảng cách phóng điện

Sử dụng lý thuyết mô hình điện hình học [Hình 2.4] để xác định đường dây có cắt điện do sét đánh vòng hay không Dựa vào công thức tính góc bảo vệ tối ưu được cho bởi [1], áp dụng các thông số thực của đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà ta tính được góc bảo vệ tối ưu như sau:

h c s

Δ h

r s o

β DCS

DD N

B B

Sinα

8 , 0 50 2 72 , 6

2 1

đ

cs

Z U

h h

[2.2]

769,379

1404.272,6

2

296,935

)39,7(72,6

352,30

Sinα

29,33

352,30

1 ↔ Sinα 1 0 , 91 ↔ Sinα 0,09 ; α 5,060

Hiện tại góc α thực tế lớn hơn tính toán do đó vẫn có suất cắt do sét đánh vòng

vì vậy trong trường hợp này luận văn vẫn tính toán cho trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Biểu thức trên dẫn đến quan hệ α (hcs) được minh họa như hình vẽ trên Đáng chú ý là khi cột rất cao có thể lấy giá trị âm Lúc này dây chống sét được treo phía bên ngoài khoảng không gian của các dây dẫn

2.5.3.2 Số lần sét đánh vòng vào dây dẫn:

Thực tế đường dây đã treo dây chống sét để bảo vệ cho dây dẫn và thiết bị khỏi

bị sét đánh nhưng trên thực tế vẫn xuất hiện sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn gây sự cố cho đường dây mặc dù xác suất là không cao Người ta tính được số lần sét đánh vào dây dẫn theo công thức sau:

(2.3)

Vậy xác suất sét đánh có thể đánh vòng vào dây dẫn là:

= 10-2.75

Do vậy, số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn là:

( ) (2.4)

2.5.3.3 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng V pđ vào dây dẫn là:

Theo tính toán thì góc bảo vệ 18,210

< 200 nên V pd được xác định theo công thức sau:

Suất cắt đường dây do sét đánh vòng vào dây dẫn là:

Ta áp dụng công thức:

Hình 2.5 Sét đánh vào dây chống sét tại khoảng vượt 2.5.4.1 Số lần sét đánh vào khoảng vượt:

Số lần sét đánh vào khoảng vượt được tính toán theo biểu thức như sau:

khi chưa có sóng phản xạ thì điện áp đặt lên dây chống sét là:

: là biên độ của dòng điện sét

(Ω)

Khi dòng điện sét truyền trên đường dây thì dây dẫn sẽ xuất hiện một điện áp là:

Trong đó là hệ số tương hỗ giữa dây dẫn, dây chống sét xuất hiện khi sét đánh vào dây chống sét

- Lúc này điện áp đặt lên cách điện giữa dây dẫn và dây chống sét:

( đ ) ( )

Trong đó: S là khoảng cách từ dây dẫn đến dây chống sét

- Xác suất phóng điện theo công thức sau: đ

Theo cách tính từ công thức tính xác suất phóng điện này thì và đ tỷ lệ thuận với nhau hay nói cách khác càng lớn thì đ càng lớn Để tính chọn hệ số

ta phải tiến hành tính hệ số của cho với cả pha A, B (pha C giống pha A)

Trong đó

√

√( ) ( ) 69,04 (m)

√ ( ) 68,74 (m) √ ( ) √ Với: ( );

√( = 7,68 (m)

√ ( )

√ Với ( ) √ ( ) = 76,1 (m)

√ ( )

√ Với (m)

( ) √

( )

( )

( ) ( )

Vậy khi có sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất phóng điện qua không khí giữa dây chống sét và dây dẫn pha B là:

( ) √

( )

( )

( ) ( )

Lúc này xác suất phóng điện giữa dây chống sét và dây dẫn pha A là:

Từ các kết quả tính được ta chọn giá trị 0,00000045 để là giá trị tính toán

do xác suất phóng điện này lớn hơn nhiều so với

* Xác suất phóng điện qua cách điện trên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt của dây chống sét

- Sóng quá điện áp lan truyền đến các vị trí cột liền kề, với điện trở nối đất trung bình rất nhỏ so với tổng trở sóng của dây chống sét khi sét đánh vào đường dây là 257,368 do vậy khi dòng điện ( ) truyền đến với giá trị ( ) đặt lên điện trở nối đất và điện cảm của cột, lúc đó dòng điện này tạo nên điện áp đặt trên cách điện chống sét là:

( ) ( ) ( )

- Dòng điện cảm ứng lên dây dẫn có điện áp: ( ) ( )

- Đồng thời lúc này điện áp đặt lên cách điện là:

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) (2.8) Trong đó :

( )

- Tương ứng với với mỗi giá trị khác nhau ta có biên độ dòng điện sét tại thời điểm ta có:

Kiểm tra đặc tính V-S của chuỗi sứ trên cơ sở tra bảng và xác định bởi biểu thức trong thời gian , và người ta có thể tính toán được thông số , của dòng điện sét

Khi sét đánh xác suất phóng điện được tính như sau:

Bảng 2.3 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng vào dây dẫn pha B

Dựa vào cặp thông số (ai; Ii) ta xây dựng đường cong tham số nguy hiểm như sau:

Hình 2.6 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt pha B

* Tính cho pha A:

Bảng 2.4 Thông số đường cong nguy hiểm khi sét đánh vòng vào dây dẫn pha A

Các thông số , của dòng điện sét nằm trong vùng có nguy cơ sét đánh cao thì đó chính là xác suất phóng điện

Đặt ( ) ( )

0 20,000

Ta có: ∑

Với

Khi sét đánh thì xác suất phóng điện tại khoảng vượt được tính như sau:

Bảng 2.5 Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Dựa vào cặp thông số (ai; Ii) ta xây dựng đường cong tham số nguy hiểm như sau:

Hình 2.7 Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt pha A

Ai

(kA

/µs)