Nghiên cứu quá điện áp trong trang trại điện gió khi xảy ra sét đánh

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SEVEN

NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ
KHI XẢY RA SÉT ĐÁNH
Phùng Văn Hào (1), Dương Ngọc An (2), Hoàng Thị Tiến (2), Khương Thị Trang (3)
(1) Sinh viên lớp ĐH Điện 7- K12 – Khoa điện - ĐHCNHN
(2) Sinh viên lớp ĐH Điện 3 – K13 – Khoa điện – ĐHCNHN
(3) Sinh viên lớp ĐH Điện 1 – K12 – Khoa điện – ĐHCNHN
Tác giả:
Giáo viên hướng dẫn: TS. Ninh Văn Nam

TĨM TẮT
Điện gió là một trong những nguồn năng

do sét gây ra vẫn còn cao. Bài báo này trình

lượng tái tạo ngày càng phát triển mạnh

bày kết quả nghiên cứu sự lan truyền quá

mẽ. Bên cạnh những ưu điểm thì điện gió

điện áp trong một trang trại điện gió (WF-

cũng nhiều nhược điểm, một trong những

Wind Farm) khi sét đánh vào một trong

yếu điểm lớn nhất là các Tua bin gió (WT-

những WT và khi xảy ra sét đánh từ đường

Wind Turbine) hay bị sét đánh hoặc sét

dây trên không nối lưới vào WF. Kết quả mô

đánh gây sự cố hư hỏng thiết bị làm gián

phỏng được thực hiện bằng chương trình

đoạn phát điện. Mặc dù, các WT đã có các

quá độ điện từ EMTP/ATP và kết hợp phần

biện pháp bảo vệ chống sét nhưng sự cố

mềm MATLAB.

Từ khóa: Tua bin gió, chống sét van, phần mềm EMTP

1.GIỚI THIỆU
Theo nghiên cứu của ngân hàng thế giới [1]

Theo [3,4] sự cố do sét gây ra thường xuyên

chỉ ra rằng, Việt Nam (VN) là nước có tiềm

xảy ra trong mạch điện áp thấp, điều khiển và

năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu

thông tin liên lạc chiếm hơn 50%. Sự cố này

vực. Với hơn 39% tổng diện tích của VN được

khơng chỉ do sét đánh trực tiếp vào WT đó

ước tính có tốc độ gió trung bình hàng năm

mà do sét đánh từ đường dây trên không nối

lớn hơn 6 m/s ở độ cao 65m tương đương với

lưới lan truyền vào trong WF. Hiện nay, trong

tổng công suất 512 GW. VN nằm trong khu

các WT luôn được trang bị các thiết bị chống

vực có mật độ giơng sét khá cao , mật độ sét

sét, trên cánh của WT lắp đặt các đầu kim thu

từ 1.4-14.9 lần/km2/năm nên số lần sét đánh

sét, cịn phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp

vào các WT rất lớn, theo số lần sét đánh vào

được lắp đặt các chống sét van (CSV) để hạn

WT có thể tới 30 lần/năm.

chế quá điện áp.

[2]

[3]

144 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SEVEN

Khi sét đánh vào WT (hoặc đường dây trên

đường dây trên không nối với WF để đánh

không nối lưới từ WF lên lưới) có thể xuất

giá mức độ nguy hiểm của quá điện áp (QĐA)

hiện QĐA sét nguy hiểm trong WF. Sét đánh

do sét gây ra để làm cơ sở đề xuất và nghiên

sẽ gây hỏng WT dẫn đến dừng vận hành máy

cứu biện pháp giảm thiểu. Trong bài báo này,

phát điện gây sự cố nghiêm trọng. Do đó, bài

các thành phần của WT, máy biến áp (MBA)

báo này sẽ trình bày kết quả nghiên cứu quá

và CSV, hệ thống nối đất sử dụng mơ hình đã

điện áp khi sét đánh vào WT và sét đánh từ

được đề xuất trong [3,4,5] để mơ phỏng.

2. MƠ TẢ MƠ HÌNH

10mm, chơn sâu trong đất 0.8m. Tổng

Mô phỏng cho một WF gồm hai WT giống

trở sóng của cột là 122 Ω và cánh là 500

nhau mơ tả trên hình 1. Cơng suất mỗi WT

Ω xác định theo thực nghiệm được mô

là 1 MW, cột WT cao 60m, cánh WT bán

tả trong [4].

kính 3m, WF nối với hệ thống lưới điện
bằng đường dây trên không dài 15km.
Mỗi WT sử dụng một hệ thống nối đất

được thay bởi điện trở một chiều có trị số
10 Ω và hệ thống nối đất của 2 WT được
nối với nhau bởi thanh dẫn có bán kính

Hình 1. Một WF gồm 2 WT

3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN

WT sẽ ảnh hưởng rất lớn tới trị số QĐA các

3.1 Trường hợp sét đánh vào một WT

pha. Kết quả mô phỏng QĐA pha A phía sơ

Giả thiết sét đánh vào cánh WT1, kết quả

sấp MBA1 khi sét đánh WT1 với các trị số

mơ phỏng sóng điện áp của một pha (pha

Rtđ trên hình 3. Từ kết quả cho thấy để hạn

A) phía sơ cấp của MBA1 khi sét đánh vào

chế QĐA thì thực hiện nối đất sao cho Rtđ

WT1 với dịng điện sét 51 kA (1.2/50µs)

của các WT có trị số nhỏ nhất có thể.

trình bày trên hình 2. Kết quả mơ phỏng
cho thấy phía sơ cấp của MBA 1 có điện áp
rất lớn gần 35 kV gấp 4 lần mức BIL (cấp
0,6 kV điện áp xung BILlớn nhất =8 kV),
nếu khơng có biện pháp hạn chế sẽ gây hư
hỏng cho các thiết bị.
Ảnh hưởng của trị số điện trở tiếp địa từng

Hình 2. Điện áp pha A phía sơ cấp MBA1

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 145


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SEVEN

Kết qủa mô phỏng cho thấy khi sét đánh
vào đỉnh cột hoặc DCS và vào dây pha
của đường dây trên không điện áp trên
dây pha phía sơ cấp của MBA1 và MBA2
khơng đáng kể, cịn phía thứ cấp có trị
số cao, do vậy để giảm QĐA có thể sử
Hình 3. Trị số điện áp pha A phía sơ cấp
MBA1 theo Rtđ

dụng biện pháp đặt CSV phía thứ cấp và
sơ cấp của MBA3.

4. KẾT LUẬN
Khi sét đánh vào một WT hiện tượng QĐA
xuất hiện trong WF mặc dù đã được lắp

CSV. Với cường độ dòng điện sét 51 kA,
điện trở nối đất WT là 10 Ω biên độ điện áp
pha phía sơ cấp MBA1 và MBA2 rất lớn gây
Hình 4. Điện áp pha A phía sơ cấp MBA1
khi sét đánh đỉnh cột đường dây trên
không

QĐA nên cần kết hợp các biện pháp bảo
vệ trong đó biện pháp giảm Rtđ các WT.
Khi sét đánh vào đường dây trên không
đã treo DCS điện áp các pha trong WF

Trường hợp sét đánh vào dây pha, dòng

mặc dù đều thấp hơn mức BIL, nhưng để

điện sét có trị số 6 kA (1,2/50µs) điện áp

đảm bảo an tồn hơn với những cú sét có

phía sơ cấp MBA1 trên hình 5

cường độ lớn nên lắp CSV cuối đoạn cáp
nối với đường dây trên khơng.
Ngồi ra, để dễ thực phối hợp bảo vệ,
đảm bảo an toàn cho các phần tử, thiết bị
trong WF nên thực hiện nối đất tại mỗi WT
có trị số nhỏ nhất có thể, đồng thời nên sử

Hình 5. Điện áp pha A phía sơ cấp

MBA1 khi sét đánh dây pha A đường
dây trên không

dụng hệ thống nối đất chung.

146 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SEVEN

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Viện năng lượng, Bổ sung quy hoạch phát triển điện lực
quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm 2030, 2015
[2] Bộ xây dựng, Quy chuẩn xây dựng Việt Nam số liệu điều

[4] M. Abd_Elhady, Overvoltage Investigation of Wind Farm
under Lightning Strokes, IET Conference on Renewable
Power Generation, 2011
[5] Ninh Văn Nam, Nghiên cứu một số giải pháp giảm sự cố

kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, 2008
[3] Nguyễn Quang Thuấn, Nghiên cứu quá điện áp do sét

do sét cho đường dây truyền tải điện trên không luận án



TS, ĐHBKHN, 2020

trong lưới điện có các nguồn năng lượng tái tạo, luận án

TS, ĐHBKHN, 2015

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Phùng Văn Hào sinh năm 1997 là sinh viên

Thầy Ninh Văn Nam tốt nghiệp đại học và

lớp Công nghệ kỹ thuật Điện 7-K12, khoa

nhận bằng Thạc sĩ tại Trường Đại học Bách

Điện, Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội.

khoa Hà Nội vào các năm 2001 và 2005.

Khương Thị Trang sinh năm 1999 là sinh

Năm 2020 bảo vệ thành công luận án Tiến

viên lớp Công nghệ kỹ thuật Điện 1-K12,

sĩ ngành kỹ thuật điện tại Trường Đại học

khoa Điện, Trường Đại học Công Nghiệp

Bách khoa Hà Nội. Hiện nay đang công tác

Hà Nội.

tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội.

Dương Ngọc An sinh năm 2000 là sinh viên

Hướng nghiên cứu chính: quá độ điện từ

lớp Công nghệ kỹ thuật Điện 3-K13, khoa

trên lưới truyền tải điện, phối hợp cách

Điện, Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội.

điện, hệ thống nối đất, quá điện áp và bảo

Hồng Thị Tiến sinh năm 1999 là sinh viên
lớp Cơng nghệ kỹ thuật Điện 3-K13, khoa

vệ chống quá điện áp cho hệ thống điện,
năng lượng gió, điện mặt trời.

Điện, Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội.

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 147