BÀI THU HOẠCH HÓA VÀ SỰ CỐ

KHẢO SÁT SỰ TÁC ĐỘNG CỦA
SẤM SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI 132KV KUALA
KRAI–GUA MUSANG
SVTH: Phạm Thành Hân 21000916
Huỳnh Thế Bảo - 21000169

BÀI
THU
HOẠCH

Mô hình hóa và sự cố

Page 1


BÀI THU HOẠCH

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

Tổng quan: sấm sét là một trong những vấn đề quan trọng được quan
tâm, nghiên cứu trong nhiều hệ thống vì sấm sét luôn gây ra nhiều thiệt
hại trong hệ thống truyền tải. Một trong những thiệt hại xảy ra do sự gây
ra cao áp đột ngột và sự phóng điện trên bề mặt. Một nghiên cứu đã được
tiến hành nhắm khảo sát các ảnh hưởng của điện trở đất, kháng của đất,
trở quá áp của tháp, chiều cao của tháp số lượng dây bảo vệ quá áp, tỷ lệ
phóng điện bề mặt (BFR) và khả năng gây hại cho trạm biến áp. Một ví dụ
điển hình được thực hiện trên đường dây truyền tải ở bán đảo malaysia
132KV kuala Krai-gua musang, số liệu đường dây truyền tải đã được thu

thập từ Tenaga Nasional Berhad (TNB) cho nghiên cứu phân tích hiện
tượng phóng điện trên bề mặt. Phần mền PSCAD (Power System Computer
Aided Desgin) được sử dụng để xây dựng mô hình các thành phần thiết
yếu của đường dây tải điện như: sứ cách điện, điện trở của tháp và chân
tháp dùng để xây dựng và phân tích mô hình của hiện tượng phóng điện
bề mặt. Việc tìm hiểu từ các dữ liệu phân tích chúng ta có thể nhận thấy
các tác động của xấu của sấm sét. Và có một sự lựa chọn đúng đắn để
giảm các sự tác động của sét , cải thiện chất lượng hệ thống đường dây.
Việc nghiên cứu có thể hữu ích đối với hệ thống truyền tải điện và những
kế hoạch sau này của malaysia.

I/ GIỚI THIỆU:
Về mặt căn bản, các vấn đề đối với sét trên trạm bao gồm sự cố của hệ
thống bảo vệ và hiện tượng phóng điện qua bề mặt. Vấn đề được quan
tâm nhiều hơn là hiện tượng phóng điện qua bề mặt, các sự kiện sét đánh
trực tiếp trên các đường dây pha vì hỏng cách điện thường gây ít thiệt hại
hơn. Backflashover xảy ra khi có sét đánh lên tháp hoặc dây bảo vệ, và
điện áp trên đỉnh tháp đủ lớn để phóng hồ quang qua lớp cách điện.
Backflashover thường gây ra các điện áp rất là dốc, xảy ra nhanh chóng,
và thường là tiêu chí của các yêu cầu mô phỏng cho việc nghiên cứu. Và
chú ý nhận thấy rằng sét đánh trực tiếp lên các dây pha sẽ tạo ra các
sóng có độ dốc ít hơn.

Mô hình hóa và sự cố

Page 2


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

quan trọng trong việc giảm độ dốc (steepness) của sự tăng đột ngột điện
áp nhanh chóng.
Mục đích bài viết này là khảo sát tác động của các thông số đường dây
đến các giá trị áp của đầu đường dây, mức độ phóng điện qua bề mặt
(backflashover rate) và mức độ thiệt hại của máy biến thế tại trạm truyền
tải 132KV Kuala Krai-Gua Musang. Thống số của các đường dây là:
1.
2.
3.
4.
5.

Điện kháng đất
Điện trở của đất
Chiều cao của tháp
Trở kháng quá áp của tháp
Số lượng dây bảo vệ

Phân tích và mô phỏng sự phóng điện bề mặt, bao gồm các mô hình chính
xác của sự không chắc chắn và thông số có thể ước lượng trong các
trường hợp đặc biệt. Bài nghiên cứu này có ý nghĩa trong nền kiến thức
nhân loại, cũng như đưa ra các phương hướng thiết kế cho hệ thống
truyền tải. Góp phần cải thiện và điều chỉnh thiết kế để làm giảm thiệt hại
do tác động của BFR và thiệt hại tại trạm biến thế.
II/ CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ TẢ CỦA HỆ THỐNG ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI KUALA KRAI-GUA MUSANG.
BẢNG 1 – Thống số truyền tải
Thông số
Trạm bắt đầu truyền tải
Trạm kết thúc

Mức độ điện áp (KV)
Số trụ điện (tháp)
Độ dài dây
Sứ cách điện
Đường đây
Khoảng cách dây (tối đa)
Mật độ trung bình phóng điện
xuống đất
BFR ( tỷ lệ phóng điện qua bề mặt)
Điện trở đất (ohm)
Điện kháng đất

Mô hình hóa và sự cố

Chi tiết
Kuala Krai
Gua Musang
132
295
112.81
14 đĩa x 146 mm
1 x 300 mm2 Batang
8.89m
4 lần/ Km2/ năm
4.19 lần/ 100Km/ năm
2-558
200-300

Page 3

III/

MÔ HÌNH HÓA BACKFLASHOVER ĐỂ PHÂN TÍCH:

Việc mô hình hóa backflashover để phân tích bao gồm các mô hình của
đường dây truyền tải và mô hình của sấm sét. PSCAD được sử dụng để
phát triển các mô hình dựa trên sự linh hoạt của nó trong xây dựng mô
hình tùy chỉnh, hoặc bằng cách lắp ráp chúng bằng cách sử dụng mô hình
đồ họa hiện có, hoặc bằng cách sử dụng một thiết kế trực quan Design
Editor [4].
Bảng 2 liệt kê các thông số quan trọng được sử dụng trong mô hình 132kV
Kuala Krai-Gua Musang. Chi tiết giải thích trên mô hình cho mỗi thành
phần được giải thích trong [5].
Bảng 2:
Những thông số chính sửa dụng trong mô hình hóa mức độ của
hiện tượng phóng điện trên bề mặt cho đường dây truyền tải
132KV Kuala Krai-Gua Musang
Mô hình
Sét tấn công

Các thành phần
-NIL

Các đường dây trên không

Đường dây bảo vệ

Mô hình hóa và sự cố

Page 4

Chi tiết/ tham khảo
Tăng gấp đôi nguồn dòng
theo hàm mũ với các biến
thay đổi theo thời gian dựa
theo dòng cực đại
2 dây bảo vệ, 12.95mm
đường kính (ACSR shunk),
và 30.54m chiều cao. Mô
phỏng đường dây với tần
số phụ thuộc sóng lan
truyền trên đường dây.
Dây bảo vệ có cực tại trạm
biến áp với giá trị là 10
ohm.


Đường dây pha

Tháp ( Trụ điện)

Phần thân tháp

Phần chân tháp

Phối với với gông

Với một dây đơn pha,
24.16mm đường kính, mô

hình với tần số phụ thuộc
vào đường dây. Máy biến
thế được mô hình như là
một tụ điện với giá trị là
1485.13pF
Tháp cao 30.54m. trở
kháng của tháp ( có tầm
từ 128.144 ohm đến
161.838 ohm). Sóng truyền
theo phương dọc với tốc độ
ánh sáng được mô hình
bằng mô hình Bergeron
Mô hình với nguồn dòng
độc lập cùng với trở ở dưới
chân tháp. Điện trở đất có
tầm (47.83ohm đến
557.55ohm) với trở kháng
của đất 3000 Ω.m
Mô hình với Leader
Progression Model . Sứ
cách điện có khoảng cách
2.044m

IV/ CHI TIẾT VỂ MÔ PHỎNG
Sét đánh với dòng khoảng (0-200KA) đánh vào tháp số 290 như trên hình
2 và giá trị điện áp trên đỉnh, dòng và BFR với nhiều hiện tượng trên
đường dây truyền tải được thu thập.
Bảng 3 chi tiết về các thông số dây dẫn các biến và giá trị.

Trường

hợp

Điện trở
đất (Ω)

Mô hình hóa và sự cố

Điện
kháng
của đất
(Ω.m)

Chiều
cao của
tháp
dùng cho
mọi tháp
Page 5

Điện
kháng
của tháp

Số lượng
dây bảo
vệ


A

Khoảng
(10-557)

B

Chính xác
(47.83)

Khoảng
(1003000)
Chính xác
(3000)

C

Chính xác
(47.83)
Chính xác
(47.83)

Chính xác
(3000)
Chính xác
(3000)

D

Chính xác
là 30.54

Chính xác:
158.59

Chính xác
(2)

Khoảng
(30.54 ->
48.86)
Chính xác
là 30.54
Chính xác
là 30.54

Chính xác
(158.59)

Chính xác
(2)

Biến thiên
(100-500)
Chính xác
(158.59)

Chính xác
(2)
Khoảng (1
&2)

Lưu ý: các thông số này được thiết lập tại tháp 290 ngoại trừ trường hợp
chiều cao của các tháp khác được thay đổi.
Critical current là dòng nhỏ nhất mà sét đánh vào gây ra hiện tượng
phóng điện trên bề mặt của đường dây, vận dụng các thống số về critical
current, BFR có thể giúp ta định dạng được các phương pháp và công thức
[6].
Nhằm ước lượng các thiệt hại của máy biến áp, điện áp lớn nhất của trạm
biến áp cho mỗi lần sét đánh đều được đo lường và ghi lại. Và các số liệu
này được đưa vào trong Matlab để vẽ các đường đặc tính của áp. Theo như
[7], về cơ bản sứ cách điện (BIL) cấp 132KV là 550KV. Các giá trị được lấy
để tham chiếu, khả năng mà trạm biến áp vượt quá BIL hoặc khả năng
thiệt hại của máy biến áp điều được xác định.
V/ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY:
Bên trong mục này, mô trỏng sự ảnh hưởng tác động của đường dây được
chia ra bốn trường hợp. Trường hợp A mô tả về ảnh hưởng của điện trở và
điện kháng của đất, trường hợp B khảo sát về sự ảnh hưởng chiều cao của
tháp. Trường hợp C và D dùng để phân tích ảnh hưởng của điện trở kháng
của tháp và những đường dây hệ thống bảo vệ. Kết quả mô phỏng được
thực hiện dựa trên IEEE [1, 8] và GIGRE [6] để xác nhận của các mô hình
phát triển.
A/ Điện trở và điện kháng của đất:
Từ hình 3->6 cho thấy điện áp tai tháp 290 cùng với các giá trị điện trở và
điện kháng của đất. Từ hình 3, nhận thấy không có sự khác biệt nhiều với
các giá trị khác nhau tại tháp số 290 khi điện trở đất thay đổi từ giá trị
10Ω, 100Ω và 500Ω khi mà điện kháng của đất được giữ một giá trị cố
đinh là (100Ω.m). Giá trị đỉnh của điện áp nằm trong khoảng 850KV. Tuy
nhiên khi điện kháng của đất thay đổi với một giá trị lớn hơn 3000Ω.m,
thì có sự khác biệt giữa các giá trị đỉnh đo được tại tháp 290. Và sự tăng
vọt gần tới 300KV khi mà điện trở đất có giá trị khoảng từ 10Ω đến 500Ω
như trên hình 4.

Mô hình hóa và sự cố

Page 6


Nhưng một điều ngược lại, không có sự khác biệt nhiều tại các điện áp
đỉnh của tháp 290 khi khảo sát với các giá tri khác nhau khi mà điện trở
đất được cố định tại giá trị 10Ω và được thể hiện ở hình số 5. Giá trị đỉnh
nằm trong khoảng 850KV. Tuy nhiên khi giá trị điện trở của đất được thiết
lập ở một mức cao hơn khoảng 500Ω, thì giá trị điện áp đỉnh tại tháp 290
tăng gần đến 200KV khi mà trở kháng của đất dao động từ 100Ω.m đến
3000Ω thể hiện chi tiết tại hình số 6

Mô hình hóa và sự cố

Page 7


Mô hình hóa và sự cố

Page 8


Những kết quả này cho thấy không có sự khác biệt tại các giá trị đỉnh của
tháp 290 khi mà điện trở và điện kháng của đất được giữ tại các mức
chuẩn. Nhưng ngược lại, khi mà các thông số này tăng lên, thì giá tri điện
áp đỉnh của tháp cũng tăng theo. Theo như CIGRE [6],cùng với những
phương pháp gần đúng dòng sét i(t) tăng tuyến tính trước khi đạt giá trị
cực đại tại thời gian Tf và sau đó trôi vô hạn, giá trị điện áp đỉnh tại VTT

có thể được xác nhận bởi công thức (1) đến (3):

Trong đó:
Ri: là trở ngay tại chân tháp.
Mô hình hóa và sự cố

Page 9


Zg: là điện kháng của dây bảo vệ
Zt: là điện kháng của tháp
Tt: là thời gian truyền
Tf: thời gian truyên
I: giá trị dòng đỉnh.
Từ công thức (1) đến (3) cho thấy sự ảnh hưởng của điện trở của chân
tháp lên giá trị điện áp đỉnh của tháp và được xác định bởi các giá trị của
nó, đó là sự tăng dòng đột ngột và các cấu trúc phụ thuộc vào cả hai
thông số (điện trở và điện kháng của đất). Điện trở các thành phần ở dưới
chân tháp có nhiều ảnh hưởng tiêu cực hơn những phần ở phía trên tháp,
và giúp giảm giá trị điện các cực đại ở phía trên của tháp.
Mô phỏng cũng cho thấy sự ảnh hưởng của điện trở và điện kháng của đất
lên backflahover (hiện tượng phóng điện trên bề mặt) for đường dây
132KV Kuala Krai–Gua Musang. BFR với sự ảnh hưởng điện trở và điện
kháng của đất được thể hiện trong bảng 4:
Bảng 4:
BFR với sự anh hưởng của điện trở và điện kháng của đất (hiên
tượng phóng điện 100Km/năm)
Điện trở của Điện kháng của đất (Ω.m)
đất
100

500
1000
3000
Ω
10
No
0.556
0.606
0.664
48
0.458
1.441
2.957
6.246
100
0.464
1.633
4.017
12.181
300
0.471
1.742
4.669
17.726
557
0.471
1.742
4.669
18.502
Cũng tương tự trong trường hợp khảo sát các giá trị của BFR, điện trở và

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

Mô hình hóa và sự cố

Page 10


U50NS: Chuẩn điện áp phóng điện trên bề mặt.
UPF: Điện áp tần số lưới điện.
Ri: trở hạn hòng của chân tháp.
Zg: điện kháng của dây bảo vệ.
C: yếu tố khớp nối.

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

Mô hình hóa và sự cố

Page 11


Sự ảnh hưởng của chiều cao của tháp tác động đến giá trị điện áp cao
nhất, Icvà BFR cho đường dây truyền tải 132KV Kuala Krai–Gua Musang
được thể hiện chi tiết trong bảng 5
Bảng 5: Dòng sự cố (Critical current), BFR, xác xuất vượt quá điện áp của
các BIL (sứ cách điện) với sự ảnh hưởng của chiều cao của tháp

h (thức sự)
H=h+0.2h
H=h+0.4h
H=h+0.6h

Ic(KA)

BER

69
69
68
67

6.0
6.7
7.6
8.5

Xác xuất vựa quá điện áp

BIL
67.5
64.4
60.4
59.4

Khi chiều cao của tháp tăng lên, điện kháng của dây dẫn và nhân tố khớp
nối và theo cách đó giảm BFR. Mối quan hệ này được thể hiện chi tiết
trong phương trình số (4). Trường hợp này dẫn đến giảm xác xuất vượt
quá điện áp của các sứ cách điện. Tuy nhiên, kết quả nhận thấy rằng có
một sự giảm nhẹ của dòng Ic (critical current) khi tăng chiều cao của tháp
điều này dẫn đến làm tăng BFR được tính toán [1]. Điều này còn phụ
thuộc vào các điện áp thành phần và số lần sét đánh vào đường dây, khi
mà chiều cao của tháp tăng. Hai nhân tố được bàn luận nhiều nhất trong
[6] các tác giả kết luận đối với đường dây đơn, và sự gia tăng của các yếu
tố khớp nối chiếm ưu thế. Tuy nhiên đối với các dòng điện kép, hai hiệu
ứng này tương đương nhau. Vì những lý do trên, không có sự khác biệt lớn
khi mà giá trị của BFR và xác suất tăng điện áp của các sứ cách điện khi
mà chiều cao của tháp tăng lên.
C: ĐIỆN KHÁNG CỦA THÁP CHỐNG SÉT
Hình số 8 minh họa cho tháp số 290 với ảnh hưởng của điện kháng của
tháp chống sét lên điện áp đỉnh, Zt. Hình sau mình hoạt cho điện áp của
tháp về sự tăng vọt điện áp khi mà giá trị điện kháng của tháp tăng. Khi
mà Zt được cố định ở giá trị 100Ω, giá trị điện áp đỉnh được mô phỏng
khoảng 700KV. Điện áp cực đại của tháp khảo sát dường như tăng 14.3%
khi mà Zt được thiết lập ở 500Ω. Điều này còn phụ thuộc vào cường độ
của Zt, Điều này sẽ làm tăng truyền hệ số của quá áp và theo cách đó sự
tăng điện áp của tháp được mô tả như phương trình (1) đến (3)

Mô hình hóa và sự cố

Page 12


Bảng 6 mô tả khi điện kháng của tháp tăng, BFR và xác suất tăng vượt
quá điện áp của sứ cách điện cũng tăng. Điều này cũng có nghĩa là tăng
giá trị điện kháng của tháp, giá trị điện áp càng đễ đạt tới giá trị lớn nhất.
Trong trường hợp này có thể làm giảm hệ số truyền tải của sự quá điện áp
đột ngột từ những vùng trên không từ đó có thể làm giảm Ic. Theo cách đó
BFR và khả năng vượt quá điện áp BIL được khảo sát.

D. SỐ LƯỢNG DÂY BẢO VỆ SÉT
Phân tích này được thực hiện để chứng minh sự hiệu quả khi có nhiều dây
bào vệ chống sét đặc biệt trong khu vực có nhiều mật độ sấm sét. Dựa
theo bảng 7, dòng sự cố được khảo sát cao hơn tại tháp có hai dây bảo vệ
chống sét từ đó giảm BFR. Công dụng của một dây chống sét sẽ được so
sánh với hai dây chống sét. Như đã giải thích phía trước, sự tăng gấp đôi
số dây bảo vệ sẽ làm giảm tổng giá trị điện kháng của dây, tăng nhân tố
khớp nối và giảm BFR như đã giải thích ở phương trình số [4].
Khả năng vượt quá điện áp của BIL cũng được giảm khi có hai dây bảo vệ
được thiết lập trên đường dây truyền tải. Hơn thế nữa, đường dây với hai
Mô hình hóa và sự cố

Page 13


dây bảo vệ có khả năng chịu được cao hơn và bảo vệ tốt hơn so với một lá
chắn [7]. Việc sử dụng hai dây bảo vệ chống sét còn làm giảm thiệt hại tại
trạm biến áp. Điều này cực kỳ quan trọng trong việc giải quyết với các vấn
đề quá áp đột ngột của trạm biến áp khi có sự ảnh hưởng của

backflahover (hiện tượng phóng điện trên bề mặt).

VI/ KẾT LUẬN
Các phân tích được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng các tham số của
các đường dây truyền tải đối với tác động của sấm sét. Và cùng với các
hiện tượng BFR, xác xuất vượt quá điện áp của các sứ cách điện phát hiện
ra rằng khi mà điện trở và điện kháng của đất cao dẫn đến điện áp ở đầu
tháp cao, BFR và xác suất thiệt hại ở trạm biến áp cũng theo đó giảm
trong khi với điện trở và điện kháng thấp có nhiều ảnh hưởng tiêu cực
được tạo ra từ phần chân tháp cho đên đỉnh của tháp, theo cách đó giúp
giảm giá trị điện điện áp cực đại phía trên đỉnh tháp. Sự tăng chiều cao
của tháp sẽ làm tăng thời gian dịch chuyển từ đỉnh tháp xuống phần bệ
của tháp, thời gian trễ tăng lên có thể gây ra các ảnh hưởng tiêu cực trên
đỉnh tháp.
Bên cạnh đó khả năng biến áp bị thiệt hại giảm khi chiều cao tăng lên.
Tuy nhiên khi chiều cao của tháp tăng, điện áp của các thành phần và số
lần sét đánh trên đường dây cũng tăng lên, có xu hướng làm tăng BFR. Gia
tăng điện kháng của tháp cũng dẫn đến làm tăng giá trị điện áp đỉnh được
ghi nhận trên đỉnh tháp. Với giá trị dòng nhỏ thấp hơn cần thiết vì một số
nguyên nhân về backflahover theo cách đó làm tăng BFR và khả năng
thiệt hại của biến áp trên hệ thống đường dây. Và cuối cùng, sử dụng hai
dây bảo vệ chống sét sẽ làm giảm BFR đi một nửa so với trường hợp sử
dụng một dây chống sét. Những phân tích này rất quan trọng trong phối
hợp với cánh điện và bộ phận khác của truyền tải, và đặt biệt trong các
thiết kế của hệ thống truyền tải.

Mô hình hóa và sự cố

Page 14