Nghiên cứu quá điện áp sét và bảo vệ chống sét cho tua bin gió có kết nối lưới điện (TT)

MỞ ĐẦU
Trong các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời, gió, sinh khối,
sóng biển, thủy triều, thủy điện nhỏ, địa nhiệt thì năng lượng gió
được đánh giá là nguồn triển vọng nhất vì giầu tiềm năng, dễ khai
thác trên quy mô lớn, thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng
xấu về mặt xã hội. Do đó nguồn năng lượng này đã, đang và sẽ được
nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm phát triển, trong đó có Việt
Nam.
Tuy vậy, các tua bin điện gió (WT) là công trình cao, thường được
lắp đặt ở địa hình trổng trải nên chúng rất bị sét đánh. Thực tế vận
hành điện gió tại nhiều quốc gia trên thế giới cho thấy, hàng năm có
rất nhiều WT phải chịu ảnh hưởng của quá điện áp (QĐA) do sét
đánh trực tiếp hoặc sét cảm ứng và lan truyền gây ra những sự cố
nghiêm trọng, thiệt hại lớn về kinh tế và ảnh hưởng không nhỏ đến
độ tin cậy hệ thống. Vì thế vấn đề nghiên cứu bảo vệ chống sét đối
với các WT gió đã được nhiều tổ chức và cá nhân quốc tế quan tâm
nghiên cứu những năm gần đây. Tuy nhiên đây là vấn đề phức tạp,
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như mật độ sét, thông số dòng điện
sét, vị trí sét đánh, địa hình lắp đặt - vận hành WT, đặc điểm của WT,
phương thức kết nối các WT, đặc điểm của lưới điện, phương thức
nối đất, phương pháp mô hình các phần tử, phương pháp tính toán
mô phỏng quá trình quá độ điện từ.
Các lý do trên đây cho thấy việc “Nghiên cứu quá điện áp sét và
bảo vệ chống sét cho tua bin gió có kết nối lưới điện” là một yêu
cầu cấp thiết trên cả phương diện lý luận và thực tiễn. Đặc biệt với
Việt Nam, quốc gia đang thúc đẩy phát triển mạnh mẽ nguồn năng
lượng gió, nhu cầu làm chủ các kỹ thuật chống sét cho các WT cũng
như việc đào tạo chuyên gia trong lĩnh vực này.
Mục đích của luận án nhằm i) Tìm hiểu các đặc trưng cơ bản của
WT và các phương pháp tính toán chống sét cho các WT; ii) Xác
định số lần sét đánh trực tiếp vào WT phù hợp với công trình động

(đầu thu sét gắn trên cánh quay trong gió khi làm việc); iii) Nghiên
cứu QĐA sét cảm ứng trong hệ thống điện và hệ thống điều khiển
(HTĐ&ĐK) của WT, nghiên cứu QĐA sét lan truyền trong trang trại
gió (WF); từ đó iv) Đề xuất các biện pháp phối hợp cách điện để hạn
chế QĐA sét đối với WT và trong WF.
1


-

Luận án được trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT
Chương 3: Phân tích QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT
Chương 4: Phân tích QĐA sét lan truyền trong lưới điện WF

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình phát triển điện gió thế giới và Việt Nam
Tính đến năm 2012, có khoảng 100 quốc gia trên thế giới đã đưa
vào vận hành hệ thống điện gió với tổng công suất 282.275MW. Tốc
độ tăng trưởng tích lũy công suất điện gió thế giới bình quân trong
hơn chục năm gần đây luôn đạt 19,2%/năm. Với tốc độ tăng trưởng
này, Hiệp hội năng lượng gió thế giới (WWEA) dự báo công suất
điện gió toàn cầu đến cuối năm 2020 có thể đạt 1500GW.
Việt Nam được xem là quốc gia có tiềm điện năng gió lớn nhất
khu vực Đông Nam Á với tổng tiềm năng lý thuyết ước đạt khoảng
513.360MW. Tính đến năm 2013, đã có trên 50 dự án điện gió đã
được đăng ký tập trung tại 13 tỉnh thành từ Bắc vào Nam với tổng
công suất trên 5.000MW, trong đó 3 dự án điện gió Tuy Phong
20WT x 1,5MW (giai đoạn I), Bạc Liêu 10WT x 1,6MW (giai đoạn

I) và Phú Quý 3WT x 2MW đã đưa vào vận hành.
Để tiếp tục thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo,
đặc biệt là năng lượng gió, ngày 21 tháng 7 năm 2011, Chính phủ đã
chính thức phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai
đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (Quy hoạch điện VII). Theo đó,
tổng công suất điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên mốc
1.000MW vào năm 2020 và mức 6.200MW vào năm 2030.
1.2. Công nghệ điện gió
Những năm gần đây công nghệ điện gió thế giới liên tục phát triển
liên tục cả về công suất lẫn chiều cao. Tính đến cuối những năm
1980 đầu những năm 1990 các nhà sản xuất WT hàng đầu thế
giới mới chỉ chế tạo được WT thương mại công suất đến 55kW
với chiều cao (gồm cánh và cột trụ) chưa đến 40m, nhưng vài năm trở
lại đây họ đã có thể sản xuất được WT công suất lớn đến 10MW với
chiều cao xấp xỉ 200m.
Các WT có nhiều hình dáng khác nhau, tuy nhiên nếu phân loại
theo cấu hình trục quay của cánh thì chỉ gồm 2 loại WT cơ bản là:
trục đứng và trục ngang. Hiện 90% các WT thương mại công suất lớn
2


đang sử dụng trên thế giới có thiết kế dạng trục ngang 3 cánh đối
xứng cách đều trong không gian một góc 2π/3, vì sự sắp xếp của các
cánh theo thiết kế này cho
phép tua bin luôn luôn tương
tác đầy đủ với gió, ít gây tiếng
ồn khi làm việc, cải thiện
được hiệu suất hơn nhiều so
với loại trục đứng. Vì thế, từ
đây trở về sau thuật ngữ

“WT” trong phạm vi luận án
này dùng để chỉ loại WT trục
ngang công suất lớn (Hình
1.11).
Mỗi WT có một bộ MPĐ MBA làm nhiệm vụ nâng điện
áp thấp (0,69kV) lên cấp
trung áp (22kV) kết nối chung
với các WT khác tạo thành
một WF tập trung cấp điện
cho lưới điện địa phương hoặc
lưới điện hệ thống.
Hình 1.11. Cấu tạo của WT trục ngang
1.3. Tình hình nghiên cứu bảo vệ chống sét cho WT
Giai đoạn trước năm 1990, việc nghiên cứu bảo vệ chống sét cho
WT chưa thực sự được quan tâm là bởi các WT có công suất nhỏ chiều cao thấp, tỷ lệ sét đánh và thiệt hại do sét không đáng kể. Tuy
nhiên sau thời điểm này, các nhà sản xuất điện gió hàng đầu thế giới
đã chế tạo được các WT công suất lớn đến hàng MW - chiều cao
trung bình trên 100m, khi đưa vào vận hành tại các dự án lớn rất
nhiều WT bị sét đánh gây thiệt hại không nhỏ về kinh tế và sự ổn
định hệ thống thì vấn đề nghiên cứu bảo vệ chống sét cho các WT
mới thực sự được quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu bảo vệ
chống sét cho WT có thể chia thành các nhóm chủ đề chính sau:
- Thống kê thông số dòng điện sét liên quan đến WT cho nghiên cứu
bảo vệ chống sét các WT phù hợp, hiệu quả.
- Xác định vị trí sét đánh vào WT để từ đó khuyến cáo vị trí lắp đặt
đầu thu sét cho WT hợp lý.
- Xác định số lần sét đánh trực tiếp vào WT để dự báo, đánh giá rủi
ro do sét đối với các phần tử, thiết bị của WT.
3

- QĐA cảm ứng và lan truyền trong HTĐ&ĐK của WT và lưới điện
WF để từ đó khuyến cáo các biện pháp phối hợp cách điện đảm bảo
an toàn cho các phần tử, thiết bị trong hệ thống điện gió.
Sau khi tổng hợp, đánh giá các
nghiên cứu liên quan, Ủy ban kỹ
thuật điện quốc tế (IEC) đã đưa ra
báo cáo kỹ thuật IEC/TR 6140024 (2002) và sau này là tiêu chuẩn
IEC 61400-24 (2010) khuyến cáo
thực hiện các biện pháp bảo vệ
chống sét cho WT cụ thể như sau:
- Hệ thống chống sét đánh trực
tiếp gồm đầu thu sét gắn trên đầu
các cánh, đường dẫn dòng sét qua
vật dẫn trong cánh, vành trượt chổi than, cột trụ và điện cực nối
đất (Hình 1.23).
- Vị trí lắp đặt CSV chống QĐA
sét cho các phần tử, thiết bị trong
HTĐ&ĐK của WT 1,5 ÷ 2MW
được trình bày trên hình 1.25.

Hình 1.23. Đường dẫn dòng điện
sét của WT xuống hệ thống nối đất

Hình 1.25. Vị trí lắp đặt CSV bảo vệ chống QĐA sét cho các phần tử, thiết
bị trong HTĐ&ĐK của WT 1,5 ÷ 2MW hay được sử dụng ở Việt Nam

4

Trong quá trình tìm hiểu, tác giả nhận thấy:
- Nhìn chung các nghiên cứu liên quan đến việc xác định số lần sét
đánh trực tiếp vào WT thường coi đối tượng là công trình tĩnh, trong
khi thực tế là công trình động (đầu thu sét được gắn trên cánh luôn
chuyển động) hoặc có xét đến đặc điểm này nhưng đối tượng nghiên
cứu là WT công suất nhỏ và chưa xét đến địa hình lắp đặt WT.
- Việc nghiên cứu QĐA sét trong hệ thống điện gió thì mỗi nghiên
cứu sử dụng mỗi đối tượng WT khác nhau do đó kích thước cột
trụ, cáp điện, cáp điều khiển cũng khác. Chưa rõ ràng về mục đích
phối hợp cách điện hay chọn CSV phù hợp với QĐA sét, do đó
dạng sóng dòng điện sét trong các nghiên cứu chưa thống nhất
(10/350μs, 8/20μs hoặc 2/70μs), trong khi dạng sóng cơ bản để
phối hợp cách điện 1,2/50μs không được đề cập. Chưa làm rõ sự
ảnh hưởng của vị trí lắp đặt MBA, TĐK, các đường cáp (điện và
cáp điều khiển), của điện trở nối đất đến trị số QĐA cảm ứng trong
HTĐ&ĐK của WT. Chưa xét đến ảnh hưởng của vị trí sét đánh
(các WT khác nhau hoặc đường dây trung áp trên không nối lưới
hệ thống hoặc lưới điện địa phương với WF), của phương thức kết
nối các WT và hệ thống nối đất đến trị số QĐA sét lan truyền trong
lưới điện WF. Lưới điện trung áp Việt Nam sử dụng cấp điện áp
22kV, trong khi các tham số của CSV, MBA, cách điện, chiều cao
cột điện của các nghiên cứu trước đây thường là ở cấp điện áp
6,6kV.
Với các lý do trên đây, luận án sẽ đánh giá đề xuất phương pháp
số lần sét đánh trực tiếp vào WT - công trình động, đồng thời đi
sâu làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến QĐA sét trong HTĐ&ĐK của
WT và QĐA sét lan truyền trong lưới điện WF. Các nội dung
nghiên cứu này của luận án được tác giả ứng dụng xem xét trên đối
tượng là các WT (WF) điển hình đang được lắp đặt tại Việt Nam.
1.5. Kết luận

Chương này, tác giả đã thực hiện được một số công việc sau:
1) Tổng hợp tình hình phát triển điện gió thế giới và Việt Nam cũng
như tình hình phát triển công nghệ điện gió những năm gần đây.
2) Tổng hợp, đánh giá các nghiên cứu bảo vệ chống sét cho WT liên
quan đến đề tài. Từ đó chỉ ra những nội dung mà luận án cần tiếp
tục giải quyết.
5


Chương 2. XÁC ĐỊNH SỐ LẦN SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
VÀO TUA BIN GIÓ
Chương này, tác giả sẽ trình bày khái quát về lý thuyết mô hình
điện hình học (EGM), phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp
WT theo đề xuất của IEC (Phương pháp IEC) và Dolan (Phương
pháp EGM). Sau đó tác giả sử dụng phương pháp EGM xác định số
lần sét đánh trực tiếp vào WT có kích thước khác nhau lắp đặt tại các
dự án điện gió Việt Nam. Trên cơ sở so sánh kết quả tính toán, tác
giả đề xuất sử dụng phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp
WT phù hợp.
2.2. Mô hình điện hình học (EGM)
Mô hình điện hình
học dùng để đánh giá
số lần sét đánh vào
công trình có chiều
cao h (Hình 2.1).
Mô hình điện hình
học có thể được tóm
Hình 2.1. Mô hình điện hình học
tắt như sau:
- Khi tiên đạo sét xuất hiện trong vùng BC thì sẽ phóng điện vào cột

thu sét; còn khi tiên đạo sét xuất hiện trong vùng AB hoặc CD sẽ
phóng điện sét xuống đất.
- Khoảng cách phóng điện sét vào công trình S (m) phụ thuộc vào
biên độ dòng điện sét I (kA) theo công thức:
S = 10.I0,65
- Diện tích thu hút sét tương đương của cột thu sét trên mặt đất là
một hình tròn tâm O (tâm cột thu sét trên mặt đất) có bán kính r
phụ thuộc vào chiều cao cột thu sét h và biên độ dòng điện sét theo
các công thức sau:
+ Khi h ≥ βS (hay I ≤ IC): r = S = 10.I0,65
+ Khi h < βS (hay I > IC): r  2  Sh  h 2  S 2 (1  β 2 )
Với IC là dòng điện sét giới hạn xác định theo công thức:
 ln  h/10 β  
I C  exp 


0,65




β là hệ số xác định theo công thức: β = 0,36 + 0,17ln(43-h)
Khi h > 40m thì lấy h = 40m. Các WT công suất lớn chiều
cao tổng thể đều lớn hơn 40m, nên tính được β = 0,547.
6


2.3. Phương pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp WT
2.3.1. Phương pháp IEC
Diện tích thu hút sét tương đương của WT trên mặt đất là một

hình tròn với tâm chính là vị trí lắp đặt WT (Hình 2.2).
Số lần sét đánh trực tiếp WT
của phương pháp này xác định
theo công thức:
N = Ng.Cd.Ae.10-6 (lần/năm)
Ng là mật độ sét, Ae là diện tích thu
hút sét tương đương của WT trên
mặt đất: Ae = πr2 = 9πh2 (m2), và
Cd là hệ số địa hình lắp đặt WT
(bằng phẳng Cd = 1, đồi núi Cd = 2 Hình 2.2. Diện tích thu hút sét tương
đương của WT trên mặt đất theo
và ngoài biển Cd = 3 ÷ 5).
phương pháp IEC

2.3.2. Phương pháp EGM
Khi đầu thu sét gắn trên cánh
chuyển động, nó tạo thành một
cung tròn vì thế chiều cao của nó
luôn thay đổi phụ thuộc vào vị trí
của đầu thu sét trên cung tròn.
Phương pháp này xét đến đồng
thời sự thay đổi đầu thu sét và
chiều cao của WT nên diện tích
thu hút sét tương đương của WT
trên mặt đất không phải chỉ có
hình tròn mà còn có thêm phần
diện tích hình chữ nhật (Hình 2.3).

Hình 2.3. Diện tích thu sét tương
đương của WT trên mặt đất theo

phương pháp EGM

Số lần sét đánh trực tiếp WT
của phương pháp EGM xác định
theo công thức:
2  I ( )


    r
C

N  N g C d . 10

6

0



A

1

2



 2 r1 w ( A ) f  I dI 

300

  r

I C ( A )

3

2
2


 2 r2 w ( A ) f  I dI  f ( A ) d  A




Trong đó:
θA là góc lệch cánh so với trục hoành: 0 ≤ θA ≤ 2π
Chiều rộng hình chữ nhật thu sét: w(θA) = Hb[cosθA- cos(θA+2π/3)]
Chiều cao thu sét của WT:
h(θA) = Ht + HbsinθA
7


Dòng điện sét giới hạn xác định theo công thức:
 ln h  A  / 10   
I C ( A )  exp 

0 , 65




Bán kính hai nửa hình tròn thu sét theo dòng điện sét giới hạn:
+ Khi I ≤ IC: r  r1  10I 0,65
+ Khi I > IC: r  r2  20  h ( A ) I 0 , 65  h 2 ( A )  (10 I 0 , 65 ) 2 (1   2 )
Hàm mật độ phân bố dòng điện sét f(I) và hàm mật độ phân bố góc
lệch của cánh so với trục hoành f(θA) xác định theo công thức:
f(I )

 2 ,6   I 

 .

 31   31 

1 ,6

2 ,6

 I  
 
1  
 31  


f ( A ) 

2

1

2

Như vậy khác với phương pháp IEC, diện tích thu hút sét tương
đương của WT trên mặt đất theo phương pháp EGM xét đến đồng
thời sự biến thiên của dòng điện sét và chiều cao của WT.
2.4. Xác định số lần sét đánh WT theo phương pháp EGM
Kết quả xác định số lần sét đánh WT có công suất và kích thước
khác nhau theo mật độ sét Việt Nam (với các giả thiết kích thước WT
như trong bảng 2.3 và hệ số địa hình Cd = 1) thể hiện trên hình 2.7.
Bảng 2.3. WT có công suất và
kích thước khác nhau

V29-0,225MW

Ht
(m)
30

Hb
(m)
14,5

2

V47-0,66MW

40

23,5

3

V52-0,85MW

49

26

4

V66-1,5MW

65

33

5

V80-1,5÷2MW

67

39

6

V90-2÷2,5MW

80

45

7

V112-3MW

94

56

TT

Loại WT

1

Hình 2.7. Số lần sét đánh WT chiều
cao khác nhau theo mật độ sét Việt Nam

Hình 2.7 cho thấy, số lần sét đánh phụ thuộc vào mật độ sét khu
vực lắp đặt WT và kích thước của WT (chiều cao cột trụ Ht và chiều
dài cánh Hb). Trong đó, kích thước của WT là yếu tố có ảnh hưởng
rất lớn đến số lần sét đánh trực tiếp WT trung bình hàng năm. Kết
8


quả so sánh giữa sự gia tăng kích thước của các WT và sự gia tăng số
lần sét đánh trực tiếp vào các WT (so với V29) được tổng hợp trong
hai cột được tô đậm của bảng 2.4 cho thấy rõ điều này (giả thiết nơi
lắp đặt WT cùng mật độ sét Ng = 5,7 lần/km2/năm).

Bảng 2.4. So sánh giữa sự gia tăng kích thước của các WT và sự gia tăng số
lần sét đánh vào các WT (so với V29)
Kích thước của WT
Tăng so
với V29
(lần)

Số lần sét
đánh
(lần/năm)

Số lần sét
đánh tăng so
với V29 (lần)

T
T

Loại WT

Ht
(m)

Hb
(m)

h
(m)

1

V29 (0,225MW)

30

14,5

44,5

-

0,3

-

2

V47 (0,66MW)

40

23,5

63,5

1,4

0,7

2,3

3

V52 (0,85MW)

49

26

75

1,7

1,2

4,0

4

V66 (1,5MW)

65

33

98

2,2

3,0

10,0

5

V80 (1,5÷2MW)

67

39

106

2,4

3,5

11,7

6

V90 (2÷2,5MW)

80

45

125

2,8

6,2

20,7

7

V112 (3MW)

94

56

150

3,4

11,9

39,7

Hình 2.7 cũng cho biết, số lần sét đánh trực tiếp WT trung bình
hàng năm ở Việt Nam là rất cao. Với WT điển hình có công suất 1,5
÷ 2MW (tương đương WT loại V80) nếu được lắp đặt tại Ninh
Thuận có mật độ sét thấp nhất trong số các tỉnh thành (Ng = 1,4 ÷ 3,4
lần/km2/năm) thì số lần sét đánh WT trung bình cũng từ 1,2 ÷ 2,3
lần/năm; còn nếu lắp đặt tại Tiền Giang và Cà Mau - nơi có mật độ
sét lớn nhất nước (Ng = 13,7 lần/km2/năm) thì số lần sét đánh WT
trung bình lên đến 8,7 lần/năm.
2.5. Nhận xét

Kết quả tính toán so sánh số
lần sét đánh trực tiếp WT giữa
phương pháp IEC và EGM
trên hình 2.8 cho thấy: Với các
WT có chiều cao thấp dưới
110m số lần sét đánh giữa hai
phương pháp cho kết quả gần
giống nhau, nhưng khi WT có
chiều cao lớn từ 110m trở lên Hình 2.8. So sánh So sánh số lần sét
số lần sét đánh giữa hai đánh trực tiếp WT theo phương pháp
phương pháp sai khác nhau rất IEC và EGM (ứng với kích thước WT
và mật độ sét khác nhau)
nhiều.
9


Điều này là dễ hiểu vì khi WT công suất nhỏ - cánh ngắn, phần
diện tích thu hút sét hình chữ nhật của WT trên mặt đất nhỏ nên kết
quả tính toán số lần sét đánh WT giữa 2 phương pháp gần như giống
nhau. Tuy nhiên, khi WT công suất lớn - cánh dài, phần diện tích
hình chữ nhật thu hút sét của WT trên mặt đất lớn nên số lần sét đánh
WT giữa hai phương pháp sai khác nhau rất nhiều.
So với phương pháp IEC, phương pháp EGM kể đến đồng thời
hai yếu tố sát với thực tế luôn biến thiên là dòng điện sét và chiều cao
tổng thể của WT (luôn chuyển động phụ thuộc vào chiều dài cánh)
do đó chắc chắn sẽ cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt với các WT
có kích thước cao trên 110m.
2.6. Kết Luận
Trong chương 2, tác giả đã thực hiện được một số vấn đề sau:
1) Giới thiệu lý thuyết mô hình điện hình học (EGM) và các phương

pháp xác định số lần sét đánh trực tiếp WT.
2) Áp dụng mô hình điện hình học trong tính toán số lần sét đánh
vào tua bin gió.
3) Xây dựng các đường đặc tính xác định số lần sét đánh đối với các
tua bin gió điển hình lắp đặt trong điều kiện Việt Nam. Kết quả
tính toán có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các dự
án điện gió tương lai tại Việt Nam.
Chương 3. PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT CẢM ỨNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
CỦA TUA BIN GIÓ
Khi sét đánh vào cánh WT, dòng điện sét sẽ được dẫn qua: vật
dẫn đặt trong cánh, vành trượt - chổi than, cột trụ thép rỗng rồi xuống
hệ thống nối đất. Do đường cáp điện và cáp điều khiển đường lắp đặt
bên trong cột trụ thép nên khi dòng điện sét chạy qua cột trụ xuống
đất sẽ phát sinh QĐA sét cảm ứng trên các đường cáp này có thể gây
nguy hiểm cho cách điện của các thiết bị điện và thiết bị điều khiển
trong HTĐ&ĐK của WT.
Chương này sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng trên phần mềm
ATP/EMTP để nghiên cứu QĐA sét trong HTĐ&ĐK của WT điển
hình của Việt Nam. Từ đó khuyến cáo các biện pháp phối hợp cách
điện, góp phần đảm bảo an toàn cho các phần tử, thiết bị trong
HTĐ&ĐK của WT.
10


3.2. Mô hình các phần tử cho nghiên cứu QĐA cảm ứng trong
HTĐ&ĐK của WT
Để nghiên cứu QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT nhất
thiết phải mô hình hóa được các phần tử liên quan.
- Vật dẫn trong cánh WT

được mô hình bằng tổng trở
sóng với tốc độ truyền
sóng.
- Vành trượt - chổi than có
kích thước nhỏ nên được
mô hình bằng điện trở
không đổi.
- Đường dẫn dòng điện sét
qua cột trụ, trong đó lắp đặt
các đường cáp được chia
đều thành 10 đoạn bằng
nhau và mô hình bằng một
mạch tương đương với
thông số R, L, C rải đều
trên mỗi đoạn (từ đỉnh
xuống chân cột trụ) như
Hình 3.5. Mô hình mạch tương đương
trên
đường dẫn dòng sét qua cột trụ WT
trên hình 3.5.
- Nguồn điện sét được mô hình bằng một nguồn dòng lý tưởng i(t) là
hàm Heidler nối song song với tổng trở sóng của kênh sét Zs.
- Các CSV được sử dụng để hạn chế QĐA sét trong HTĐ&ĐK của
WT mô hình bằng điện trở phi tuyến V-A.
3.3. Chọn WT và tính toán thông số mô hình các phần tử
Đối tượng WT được lựa chọn cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng
trong chương này là loại điển hình đã, đang và sẽ lắp đặt tại các dự
án điện gió của Việt Nam với các thông sô kỹ thuật cơ bản:
- Máy phát điện công suất 1,5MW đặt trong thùng, MBA 2MVA0,69/22kV đặt dưới chân cột trụ.
- Cánh dài 39m, vật dẫn trong cánh bằng nhôm tiết diện 25mm2.

- Cột trụ thép cao 67m; đường kính kính đỉnh, giữa và chân cột trụ
lần lượt là: 2,5m, 3,4m và 4,3m.
- Cáp điện 690V (Cu-XLPE-600mm2) và cáp điều khiển (RG58A/U)
lắp đặt song song và cách thành trong của cột trụ 200mm.
11


- Tổng trở sóng của cánh, các thông số R, L, C trong mạch điện
tương đương được tính toán phù hợp với đối tượng nghiên cứu là
WT đã lựa chọn cùng các thông số mô hình liên quan cho nghiên
cứu QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT được lựa chọn
tổng hợp ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả tính toán các thông số

3.4. Kết quả mô phỏng
mô hình phần tử liên quan cho nghiên cứu
và phân tích
QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT
Mô phỏng đầu tiên tác
giả xem xét sự phân bố
điện thế và QĐA trên
cách điện của cáp điện và
cáp điều khiển với giả
thiết: Sét đánh vào cánh
WT với dòng sét 30kA
(1,2/50μs); cột trụ và lớp
kim loại bảo vệ nối đất
chung 5Ω; CSV lắp đặt
tại hai đầu các đường cáp
(phía đỉnh và chân cột

trụ).
Kết quả mô phỏng cho
thấy, điện thế cũng như
QĐA trên cách điện tại
các điểm trên các đường
cáp giảm dần từ điểm đầu
(phía đỉnh cột trụ) xuống
điểm cuối (phía chân cột
trụ) do các điện dung
thành phần giữa cột trụ
với đất, giữa cáp với cột
trụ có trị số tăng dần từ đỉnh xuống chân cột trụ và do tổn hao trên
các điện trở thành phần. QĐA cảm ứng lớn nhất trên cách điện của
đường cáp điện phía chân so với phía đỉnh cột trụ giảm khoảng 2 lần
(368kV so với 181kV), còn QĐA sét cảm ứng trên cách điện đường
cáp điều khiển phía chân giảm khoảng 3,4 lần so với phía đỉnh cột trụ
(591kV so với 176kV). Điều này gợi ý, nên hạn chế bố trí tối đa việc
lắp đặt các TBĐ&ĐK tại phía đỉnh cột trụ ngay từ khâu thiết kế.
12


Dòng điện qua CSV lắp đặt tại cuối đường cáp (phía chân cột trụ)
là 2,2kA giảm trung bình 1,3 lần so với CSV lắp đặt tại đầu đường
cáp (phía đỉnh cột trụ). Do vậy, nên sử dụng các CSV có mức hấp thụ
năng lượng thấp hơn để lắp đặt bảo vệ cho các phần tử, TBĐ&TBĐK
lắp đặt phía dưới chân cột trụ so với phía đỉnh cột trụ.
Các mô phỏng tiếp theo tác giả sẽ xem xét sự ảnh hưởng của: trị
số điện trở nối đất, thông số dòng điện sét, khoảng cách lắp đặt
đường cáp so với cột trụ đến QĐA trên cách điện đầu và cuối các
đường cáp - đây cũng chính là QĐA trên cách điện của TBĐ&TBĐK

lắp đặt phía đỉnh và chân cột trụ.
- Ảnh hưởng của trị số điện trở nối đất: Khi sét đánh vào cánh WT
với dòng sét 30kA (1,2/50μs), biên độ QĐA trên cách điện của các
đường cáp phía đỉnh và chân cột trụ theo trị số điện trở nối đất số
khác nhau: 1, 2, 3, 5 và 10Ω được so sánh trên hình 3.23 và 3.24.

Hình 3.24. Biên độ QĐA cảm ứng
trên cách điện cáp phía chân cột
trụ theo trị số điện trở nối đất

Hình 3.23. Biên độ QĐA cảm ứng
trên cách điện cáp phía đỉnh cột
trụ theo trị số điện trở nối đất

Ta nhận thấy, trị số điện trở nối đất càng nhỏ thì mức QĐA trên
cách điện hai đầu đường cáp càng nhỏ. Tuy nhiên, khi trị số điện trở
nối đất lớn hơn hoặc bằng 3Ω thì sự gia tăng QĐA trên cách điện
đường cáp rất lớn. Do đó, để dễ hạn chế QĐA sét trong HTĐ&ĐK
của WT nên nối đất với trị số điện trở thấp hơn hoặc bằng 3Ω.
- Ảnh hưởng của thông số dòng điện sét:
+ Biên độ dòng điện sét: QĐA trên cách điện của các đường cáp phía
đỉnh và chân cột trụ theo biên độ dòng sét 10, 20, 30, 50 và 100kA
(cùng dạng xung 1,2/50μs) được so sánh trên hình 3.25 và 3.26.
Kết quả mô phỏng cho thấy, QĐA sét cảm ứng trên cách điện của
TBĐ&TBĐK phía đỉnh và chân cột trụ tăng tỷ lệ thuận theo biên độ
dòng điện sét. Tuy nhiên, với dòng điện sét nhỏ 10kA thì QĐA này
phía chân cột trụ là cũng là 60,1kV - lớn hơn 7 lần mức điện áp xung
quy định trong tiêu chuẩn IEC-60364-1 (BIL = 2,5 ÷ 8kV) đối với
13

thiết bị hạ áp. Vì thế, để đảm bảo an toàn cho các TBĐ&TBĐK của
WT nhất thiết phải nghiên cứu biện pháp tăng cường nhằm hạn chế
QĐA nguy hiểm với bất cứ phóng điện sét nào vào WT.

Hình 3.25. Biên độ QĐA trên cách
điện đầu các đường cáp theo biên
độ dòng điện sét

Hình 3.26. Biên độ QĐA trên cách
điện cuối các đường cáp theo biên
độ dòng điện sét

+ Thời gian đầu sóng: QĐA
trên cách điện hai đầu các
đường cáp theo thời gian đầu
sóng là 1,2μs, 2μs, 5μs, 8μs
và 10μs được so sánh trên
hình 3.27 (cùng biên độ
30kA). Kết quả cho thấy, khi
thời gian này nhỏ hơn hoặc
Hình 3.27. Biên độ QĐA trên cách
bằng 5μs, sự gia tăng QĐA
điện
đầu và cuối các đường cáp theo
sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK
thời gian đầu sóng dòng điện sét
của WT là rất lớn, nhưng khi
lớn hơn 5μs ảnh hưởng là khá nhỏ. Điều đó cho thấy ảnh hưởng của
thành phần điện cảm trong cáp chỉ đáng kể đối với sóng sét có độ dốc

lớn, với thời gian đầu sóng lớn hơn 5μs thì thành phần điện dung
trong các cáp quyết định trị số QĐA sét cảm ứng trên cách điện các
cáp (cũng là cách điện của TBĐ&TBĐK tại hai đầu các đường cáp).
- Khoảng cách giữa đường cáp so với cột trụ: Các mô phỏng tính
toán QĐA theo khoảng cách này cho thấy:
+ Khoảng cách lắp đặt các đường cáp so với cột trụ càng lớn thì trị số
QĐA trong HTĐ&ĐK của WT càng nhỏ.
+ QĐA lớn nhất phía đầu các đường cáp (phía đỉnh cột trụ) ngoài
phụ thuộc khoảng cách lắp đặt đường cáp so với cột trụ thì còn phụ
thuộc vào biên độ và thời gian đầu sóng của dòng điện sét.
Bằng các mô phỏng tính toán (dựa vào xác suất xuất hiện biên độ
và thời gian đầu sóng của dòng điện sét và điện trường giới hạn gây
14


phóng điện), tác giả tính được khoảng cánh an toàn lắp đặt cáp so với
cột trụ là 479mm sẽ đảm bảo 50% số lần sét đánh WT không gây
phóng điện làm hư hỏng cách điện, còn để đảm bảo an toàn đến 95%
thì khoảng cách này là 775mm.
3.5. Kết luận
Trong chương 3, tác giả đã thực hiện được một số vấn đề sau:
1) Trình bày phương pháp mô hình các phần tử trên đường dẫn dòng
điện sét của WT cũng như các phần tử liên quan khác như nguồn
điện sét, CSV đã được tác giá đánh giá, lựa chọn.
2) Các thông số mô hình được tác giả tính toán xác định phù hợp với
đối tượng nghiên cứu với loại WT 1,5MW điển hình của Việt Nam.
3) Các mô phỏng, tính toán QĐA cảm ứng trong HTĐ&ĐK của một
WT điển hình đang sử dụng tại Việt Nam cho thấy:
- Nên sử dụng các CSV lắp đặt tại cuối đường cáp có mức hấp thụ
năng lượng thấp hơn so với tại đầu đường cáp.

- Nên thực hiện nối đất với trị số điện trở nhỏ hơn hoặc bằng 3Ω để
dễ dàng giảm mức QĐA xuống trị số an toàn cho TBĐ&ĐK của WT.
- Thông số dòng điện sét (biên độ và thời gian đầu sóng) nơi dự kiến
lắp đặt các WT nên được nghiên cứu đo lường sẽ giúp việc xác định
QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT chính xác hơn. Từ đó có
biện pháp bảo vệ chống QĐA sét trong hệ thống này phù hợp.
- Nên lắp đặt các đường cáp xa cột trụ nhất có thể để giảm mức QĐA
sét cảm ứng trên cách điện của các phần tử, thiết bị trong HTĐ&ĐK
của WT.
Chương 4. PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT LAN TRUYỀN
TRONG LƯỚI ĐIỆN TRANG TRẠI GIÓ
Nguyên nhân phát sinh QĐA sét lan truyền trong WF có thể do
sét đánh vào WT hoặc sét đánh vào đường dây trên không trung áp
nối WF với lưới điện hệ thống (hoặc lưới điện địa phương).
- Khi sét đánh vào WT bất kỳ trong WF, dòng điện sét được dẫn
xuống hệ thống nối đất, một phần dòng điện sét sẽ “xông ngược” qua
các CSV và các điện dung ký sinh giữa các cuộn dây của MBA so
với đất gây nên QĐA nguy hiểm trong lưới điện WF.
- Sét đánh vào đường dây trung áp trên không nối với lưới điện cũng
có thể gây nên QĐA nguy hiểm lan truyền vào trong lưới điện WF.
15


Chương này sẽ nghiên cứu QĐA sét lan truyền trong lưới điện
WF điển hình của Việt Nam theo các nguyên nhân kể trên bằng việc
sử dụng phần mềm phân tích quá trình quá độ điện từ ATP/EMTP.
4.2. Mô hình các phần tử cho nghiên cứu quá điện áp sét lan
truyền trong lưới điện trang trại gió
Mô hình các phần tử như cánh, vành trượt - chổi than, CSV và
nguồn điện sét đã được trình bày trong mục 3.2 (chương 3). Trong

mục này tác giả đã lựa chọn mô hình các phần tử liên quan khác cho
nghiên cứu QĐA sét lan truyền trong lưới điện WF, cụ thể như sau:
- Cột trụ mô hình bằng tổng trở sóng với tốc độ truyền sóng c=
3.108m/s.
- MBA WT sử dụng mô hình phụ thuộc tần số. Trong đó, các trị số
điện dung giữa: cuộn hạ với đất, cuộn cao với đất và cuộn cao với
cuộn hạ nhà sản xuất cho hoặc đo lường trực tiếp.
- Đường cáp 690V sử dụng mô hình hình PI. Đường cáp 22kV của
WF sử mô hình Bergeron, còn đường dây trên không 22kV nối WF
với lưới hệ thống (từ WF đến TBA trung gian 110kV) sử dụng mô
hình J Marti.
- Nối đất tại mỗi WT được mô hình bằng điện trở không đổi. Thanh
ngang nối đất chung giữa các WT kề nhau trong WF sử dụng mô
hình mạch điện hình PI với thông rải đều trên mỗi đoạn dài 10m.
4.3. Lựa chọn trang trại gió và xác định xác định các thông số mô
hình cho nghiên cứu quá điện áp sét lan truyền
- Đối tượng được lựa
chọn nghiên cứu là WF
tỉnh Ninh Thuận gồm
10WT (được đánh số từ 1
đến 10) chia thành hai
hàng giống nhau, mỗi
hàng 5WT cùng các số
liệu khác thể hiện trên
hình 4.4.
- Kết quả tính toán và lựa
chọn thông số mô hình
các phần tử liên quan cho
nghiên cứu QĐA sét lan
truyền trong WF được

tổng hợp trong bảng 4.2.
Hình 4.4. Mô hình WF tỉnh Ninh Thuận
16


4.4. Phân tích quá điện
Bảng 4.2. Mô hình và kết quả tính toán
các thông số mô hình các phần tử
áp sét lan truyền trong
lưới điện trang trại gió
4.4.1. Sét đánh vào WT
Mô phỏng đầu tiên, giả
thiết sét đánh vào cánh
WT1 với dòng sét 30kA
(1,2/50μs) và điện trở nối
đất mỗi WT là 5Ω. Kết quả
mô phỏng cho dạng sóng
QĐA phía cao áp và hạ áp
của MBA WT1 đến WT5
trên hình 4.8 và 4.9.
Hình 4.9 cho thấy, biên
độ QĐA tại phía hạ áp của
MBA WT1 lớn nhất đạt
35kV và giảm dần từ 3kV
với WT2 (gần WT1 nhất) đến 1kV với WT5 (xa WT1 nhất). Do đó,
phía hạ áp các MBA WT cần có biện pháp bảo vệ chống QĐA tránh
gây phóng điện nguy hiểm.

Hình 4.8. Sóng QĐA (pha A) phía
cao áp của các MBA WT1 đến WT5

Hình 4.9. Sóng QĐA (pha A) phía
hạ áp của các MBA WT1 đến WT5

Các mô phỏng tiếp theo, tác xem xét sự ảnh hưởng của thời gian
đầu sóng dòng điện sét, hệ thống nối đất và vị trí sét đánh WT đến
QĐA sét lan truyền trong lưới điện WF.
a) Ảnh hưởng của thời gian đầu sóng dòng điện sét
Khi sét đánh WT1 có thời gian đầu sóng dòng điện sét khác nhau
1,2μs, 5μs và 10μs (cùng biên độ 30kA) thì sóng QĐA sét tại pha A
phía cao áp và phía hạ áp của WT này như trên hình 4.10 và 4.11
(WF sử dụng nối đất độc lập tại mỗi WT có trị số điện trở 5Ω).
17


Hình 4.10. Sóng QĐA phía cao áp
của MBA WT1 theo thời gian đầu
sóng dòng sét 1,2μs, 5μs và 10μs

Hình 4.11. Sóng QĐA phía hạ áp
của MBA WT1 theo thời gian đầu
sóng dòng sét 1,2μs, 5μs và 10μs

Khi thời gian đầu sóng nhỏ, QĐA lớn và dao động mạnh trước khi
tắt hẳn do sóng phản xạ từ các WT lân cận xếp chồng với đỉnh dòng
điện sét gây ra. Còn thời gian đầu sóng lớn, sự cộng hưởng do sự xếp
chồng này là không đáng kể làm giảm mạnh trị số QĐA lan truyền.
b) Ảnh hưởng của hệ thống nối đất
- Hình 4.14 cho thấy, nếu nối đất tại mỗi WT là 10Ω thì biên độ
QĐA phía cao áp và hạ áp của MBA WT1 lần lượt là 180,3kV và

56,4kV, còn nếu nối đất là 1Ω thì chỉ là 20,1kV và 3,6kV.
Như vậy, nếu trị số điện
trở nối đất giảm 10 lần thì
QĐA phía cao áp của MBA
WT1 giảm 9 lần, còn phía hạ
áp của MBA WT1 giảm đi
15,7 lần. Do đó giảm điện trở
nối đất là biện pháp đơn giản
nhất để hạn chế mức QĐA sét
nguy hiểm trên cách điện của Hình 4.14. Biên độ QĐA phía cao và hạ
áp MBA WT1 theo trị số điện trở nối đất
thiết bị hạ áp của WT.

Hình 4.15. Sóng QĐA phía cao áp
MBA WT1 theo hình thức nối đất
độc lập (1) và nối đất chung (2)

Hình 4.17. Sóng QĐA phía hạ áp
MBA WT1 theo hình thức nối đất
độc lập (1) và nối đất chung (2)

18


- Kết quả mô phỏng so sánh dạng sóng QĐA phía cao áp và hạ áp
của MBA WT1 theo hình thức nối đất độc lập và nối đất chung thể
hiện trên hình 4.15 và 4.17.
Như vậy, nếu WF sử dụng hình thức nối đất chung thì biên độ
QĐA tại WT bị sét đánh giảm trên 3 lần (cả phía áp cao và hạ áp của
MBA WT) so với hình thức nối đất độc lập.

c) Ảnh hưởng của vị trí sét đánh WT
Mô phỏng được thực hiện với giả thiết, dòng điện sét 30kA
(1,2/50μs), hình thức nối đất WF độc lập tại mỗi WT là 5Ω. Khi sét
đánh vào WT1 đến WT5, kết quả cho dạng sóng QĐA phía cao áp và
phía hạ áp của các MBA WT này được so sánh lần lượt trên hình
4.19 và 4.20.

Hình 4.20. Sóng QĐA phía hạ
áp MBA WT1 đến WT5 khi sét
vào các WT này

Hình 4.19. Sóng QĐA phía cao
áp MBA WT1 đến WT5 khi sét
vào các WT này

Ta thấy, nhóm thứ nhất gồm các WT gần lưới hệ thống nhất (WT1
và WT2) có biên độ QĐA lớn gần gấp 2 lần nhóm thứ hai gồm các
WT ở xa lưới hệ thống hơn (WT3, WT4 và WT5). Điều này là do sự
phản xạ từ lưới và các WT tại hàng thứ 2 (WT6 đến WT10) đến
muộn hơn so với hàng thứ nhất (WT1 đến WT5).
Hình 4.21 cho thấy dòng
phóng điện qua các CSV của
nhóm thứ nhất (WT1 và WT2)
lớn trên hai lần so với nhóm
thứ hai (WT3, WT4 và WT5).
Vì vậy, có thể sử dụng CSV có
mức hấp thụ năng lượng thấp
Hình 4.21. Dòng phóng điện qua các
hơn đối với các WT của nhóm
CSV phía cao áp của MBA WT1 đến

thứ hai (xa lưới hệ thống)
WT5 khi sét đánh vào các WT này
19


4.4.2. Sét đánh vào đường dây trên không gây QĐA trong WF
a) Đường dây trên không không có DCS, sét đánh vào dây pha. Vị
trí sét đánh gần hay xa WF ảnh hưởng không nhiều đến QĐA sét
truyền vào WF. Khi dòng sét là 30kA (1,2/50μs), WF nối đất độc lập
tại mỗi WT là 5Ω thì QĐA lớn nhất tại phía cao áp và hạ áp của
WT1 dao động lần lượt trên dưới 100kV và 20kV ứng với hai cấp
điện áp kể trên của WT1. Điều này được lý giải QĐA chỉ bị hạn chế
bởi tổn thất tự nhiên trong quá trình truyền sóng trên đường dây.
b) Đường dây trên không có DCS, sét đánh vào dây DCS với giả
thiết: Dòng sét 30kA (1,2/50μs), WF nối đất độc lập tại mỗi WT là
5Ω, sét đánh vào tại vị trí cách WF lần lượt là (1) 60m, (2) 300m, và
(3) 600m. Kết quả mô phỏng cho thấy:
- Biên độ QĐA sét tại phía cao áp và hạ áp của MBA WT1 (gần
đường dây trên không nhất) được tổng hợp so sánh trên hình 4.29.
Sét đánh vào dây DCS ở vị trí càng xa WF thì QĐA truyền vào WF
càng giảm do một phần lớn năng lượng sét được hấp thụ trực tiếp
xuống hệ thống nối đất tại các cột điện.
- Trong trường hợp sét đánh vào
DCS ở vị trí (1) gần WF nhất,
DCS có tác dụng giảm mức
QĐA phía cao áp của WT1
xuống dưới mức điện áp xung
(BIL = 110÷150kV). Tuy nhiên,
QĐA phía hạ áp của WT1 mặc
dù cũng giảm nhưng vẫn lớn

hơn mức BIL = 2,5÷8kV của Hình 4.29. Biên độ QĐA (pha A) phía
thiết bị hạ áp. Vì thế để hạn chế hạ áp và cao áp của MBA WT1 theo vị
trí sét đánh đường dây (1), (2) và (3)
QĐA phía hạ áp của WT xuống
dưới trị số BIL, tác giả đề xuất sử dụng thêm CSV tại điểm nối
đường dây trên không và đường cáp ngầm trung áp (22kV) của WF.
- Kết quả so sánh mức hạn chế QĐA cả phía cao áp và hạ áp của
WT1 theo hai biện pháp đường dây trên không: (i) treo DCS và (ii)
treo DCS kết hợp lắp đặt CSV tại vị trí đấu nối đường dây này với
đường cáp của WF so với khi đường dây không treo DCS được trình
bày trên hình 4.31 và 4.32.
Khi thực hiện biện pháp (ii), QĐA phía hạ áp của WT1 giảm còn
1,5kV - dưới mức BIL yêu cầu, đồng thời QĐA phía cao áp của WT1
cũng giảm được 1,5 lần so với chỉ sử dụng DCS (41kV so với 60kV).
20


Hình 4.31. So sánh sóng QĐA
(pha A) phía cao áp của MBA WT1
trong trường hợp đường dây trên
không không DCS, có DCS (i) và
có DCS kết hợp CSV (ii)

Hình 4.32. So sánh sóng QĐA (pha
A) phía hạ áp của MBA WT1 trong
trường hợp đường dây trên không
không DCS, có DCS (i) và có DCS
kết hợp CSV (ii)

4.4.3. QĐA sét lan truyền trong WF có cấu hình khác nhau

Mục này sẽ so sánh QĐA trong WF
có cấu hình khác nhau khi sét đánh các
WT và đường dây trên không 22kV
nối WF với lưới điện. Giả thiết rằng:
- 5WT nối với nhau theo 4 cấu hình
WF khác nhau A, B, C và D (Hình
4.33 đến 4.36).

Hình 4.33. Cấu hình A

Hình 4.36. Cấu hình D

Hình 4.34. Cấu hình B

Hình 4.35. Cấu hình C

- Nối đất của WF độc lập tại mỗi WT là 10Ω.
21


- Đường cáp 22kV nối giữa các WT với nhau cùng 0,3km, đường dây
trên không 22kV nối WF với TBA 110kV dài 10km có treo DCS.
- Dòng điện sét 30kA (1,2/50μs).
a) Khi sét đánh vào WT1 đến WT5
Kết quả so sánh QĐA phía cao áp và hạ áp của WT1 đến WT5 khi
sét đánh vào các WT này theo các cấu hình WF khác nhau được trình
bày trên hình 4.42.

b)

a)

Hình 4.42. Biên độ QĐA phía cao áp (a) và phía hạ áp (b) của WT1 đến
WT5 khi sét đánh vào các WT này theo các cấu hình khác nhau

b) Sét đánh vào đường dây trên không 22kV
Kết quả so sánh QĐA phía cao áp và hạ áp của WT1 đến WT5 khi
sét đánh vào đường dây trên không trên hình 4.43.

b)

a)

Hình 4.43. Biên độ QĐA phía cao áp (a) và phía hạ áp (b) của WT1 đến
WT5 khi sét đánh vào đường dây trên không 22kV
theo các cấu hình khác nhau

Các kết quả so sánh trên hình 4.42 và 4.43 cho thấy, xét dưới góc
độ nguy hiểm do QĐA sét thì cấu hình B là nguy hiểm nhất vì có
nhiều WT phải chịu mức QĐA lớn hơn so với các cấu hình khác.
4.5. Kết luận
Trong chương 4, tác giả đã thực hiện được một số vấn đề sau:
1) Trình bày nguyên nhân phát sinh QĐA sét trong lưới điện WF.
22


2) Trình bày phương pháp mô hình các phần tử, thiết bị liên quan cho
nghiên cứu QĐA lan truyền trong lưới điện WF.
3) Lựa chọn WF điển hình của Việt Nam và tính toán, lựa chọn thông
số mô hình các phần tử, thiết bị liên quan cho nghiên cứu QĐA sét.

4) Nghiên cứu, xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến QĐA lan truyền
trong lưới điện WF đã lựa chọn như vị trí sét đánh, thông số dòng
điện sét, hệ thống nối đất, cấu hình WF. Từ đó đưa ra khuyến cáo các
biện pháp bảo vệ chống QĐA sét nhằm hạn chế sự nguy hiểm cho
cho các phần tử, thiết bị của WF.
KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu và đóng góp mới của luận án được thể hiện ở
những điểm sau đây:
1) Tổng hợp cơ sở lý luận, đánh giá các công trình nghiên cứu liên
quan, xác định nội dung luận án cần đi sâu giải quyết.
2) Đánh giá, đề xuất sử dụng phương pháp xác định số lần sét đánh
trực tiếp WT trung bình hàng năm trên cơ sở lý thuyết mô hình
điện hình học (EGM). Phương pháp EGM xem xét đến đặc điểm
khác biệt của WT (có các cánh luôn quay trong gió) so với các
công trình tĩnh như trạm biến áp, đường dây tải điện. Phương
pháp EGM cũng đã được tác giả ứng dụng tính toán số lần sét
đánh cho WT có dải chiều cao (ứng với công suất phát) khác
nhau được lắp đặt, vận hành tại các vùng có mật độ sét khác nhau
ở Việt Nam. Kết quả tính toán số lần sét đánh trực tiếp đối với
các WT có kích thước khác nhau được lặp đặt ở những vùng có
mật độ sét khác nhau tại Việt Nam có thể dùng làm tài liệu tra
cứu, tham khảo cho các chủ đầu tư cũng như các nhà tư vấn, thiết
kế, xây dựng các dự án điện gió ở Việt Nam.
3) Khi các WT bị sét đánh, trên đường dẫn dòng sét qua cột trụ thép
rỗng (trong đó có lắp đặt các đường cáp điện và điều khiển), do
sự thay đổi từ trường của dòng điện sét và điện trường trên các
điện dung ký sinh giữa cột trụ với đất, cột trụ với các đường cáp
sẽ xuất hiện QĐA sét cảm ứng gây nguy hiểm cho các phần tử,
thiết bị trong HTĐ&ĐK của WT. Mô hình mạch điện tương
đương với các thông số rải đều trên mỗi đoạn dài của đường dẫn

dòng điện sét qua cột trụ của luận án cho phép tính toán trị số
QĐA sét cảm ứng trên các thiết bị điện và thiết bị điều khiển của
WT điển hình tại Việt Nam. Bằng việc sử dụng phần mềm
ATP/EMTP, tác giả đã tiến hành nghiên cứu, mô phỏng, xem xét
23


sự ảnh hưởng của: CSV, trị số điện trở nối đất cột trụ, thông số
dòng điện sét, khoảng cách lắp đặt đường cáp điện (điều khiển)
đến QĐA sét cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT. Từ đó, tác giả
phân tích, đánh giá để rút ra các kết luận nhằm giảm QĐA sét
cảm ứng trong HTĐ&ĐK của WT, góp phần nâng cao độ tin cậy
và vận hành an toàn cho các phần tử - thiết bị của WT.
4) Khi một WT nào đó trong WF bị sét đánh, ngoài các phần tử của
chính WT đó bị nguy hiểm, thì các thiết bị khác trong lưới điện
WF cũng có thể bị nguy hiểm do QĐA sét lan truyền. Hai
nguyên nhân cơ bản gây nên QĐA sét lan truyền trong lưới điện
WF là do: i) Sét đánh trực tiếp vào WT, khi dòng điện sét lớn tản
xuống hệ thống nối đất sẽ xuất hiện hiện tượng dòng điện sét
“xông ngược” từ đất hệ thống nối đất (của WT bị sét đánh) qua
các CSV, các điện dung ký sinh giữa các cuộn dây của MBA so
với đất, và ii) Sét đánh vào đường dây trung áp trên không kết
nối với WF đã được đề xuất nghiên cứu trong luận án. Phương
pháp mô hình các phần tử liên quan cho nghiên cứu QĐA sét lan
truyền trong lưới điện WF cũng được tổng hợp giới thiệu trong
luận án. Các thông số trong mô hình các phần tử - thiết bị liên
quan đã được tính toán áp dụng để nghiên cứu, phân tích, đánh
giá QĐA sét lan truyền (do hai nguyên nhân kể trên) trong WF
điển hình tại Việt Nam bằng phần mềm ATP/EMTP.
5) Tổng hợp các mô hình mô phỏng EMTP của các thành phần

trong WF cho nghiên cứu quá điện áp sét cảm ứng và lan truyền,
làm cơ sở hữu ích cho các nghiên cứu sau này liên quan đến quá
điện áp sét trong WF. Trên cơ sở phần mềm ATP/EMTP, luận án
đã làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến trị số quá điện áp lan truyền
trong một WF như thông số dòng điện sét (biên độ và thời gian
đầu sóng), khoảng cách giữa các WT trong một WF, vị trí sét
đánh, phương thức nối đất và trị số điện trở nối đất, DCS và
CSV, hình thức kết nối các WT trong WF. Từ đó đề xuất các
biện pháp nhằm giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của quá điện áp
sét đến cách điện của thiết bị ở cả phía cao áp và hạ áp của MBA
tăng áp của tua bin gió. Đây có thể coi là các gợi ý quan trọng
giúp các nhà tư vấn, thiết kế và lắp đặt các dự án điện gió thực
hiện các biện pháp bảo vệ chống sét hiệu quả nhằm nâng cao độ
tin cậy và an toàn cho các phần tử, thiết bị của WT (WF) đã,
đang và sẽ được xây dựng ở Việt Nam.
24