BÁO CÁO ĐỀ TÀI "LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TREO DÂY CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN"

LỰA CHỌN SƠ ĐỒ TREO DÂY CHỐNG SÉT CHO
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
CHOICES OF THE DIAGRAM FOR INSTALLING THUNDER-RESISTANT
ELECTRIC WIRES
TÓM TẮT
Sét đánh là một trong những yếu tố chủ yếu gây sự cố trên đường dây và làm ngừng cung cấp
điện gây thiệt hại kinh tế cho hộ tiêu thụ. Bài báo trình bày phương pháp tính toán và xây dựng
chương trình tính toán lựa chọn phương án treo dây chống sét cho đường dây truyền tải điện
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế.
ABSTRACT
Thunder is one of the major causes leading to electric wire incidents and thus, to complete
blackout and economic damage for consuming households. This article presents calculation
methods and designs calculation choices of the diagram for installing thunder-resistant electric
wires to improve economic efficiency.
1 Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng
đóng vai trò quan trọng trong tất cả các ngành kinh tế, sự phát triển của nhu cầu tiêu thụ điện
năng đánh giá sự phát triển của xã hội và sự nâng cao đời sống của một khu vực, một quốc gia.
Do đó, hệ thống điện cũng ngày càng phát triển cả về qui mô lẫn công nghệ. Ngày nay đã hình
thành nhiều hệ thống điện lớn trong phạm vi quốc gia hoặc liên quốc gia, xuất hiện nhiều
đường dây truyền tải điện áp cao và siêu cao làm nhiệm vụ liên lạc và truyền tải công suất. Độ
tin cậy làm việc của các đường dây truyền tải là một chỉ tiêu quan trọng trong bài toán kinh tế -
kỹ thuật khi thiết kế và vận hành hệ thống điện, bởi vì mọi sự cố trên đường dây đều gây ảnh
hưởng đến khả năng cung cấp điện của hệ thống có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho một
số phụ tải hoặc cả một khu vực rộng lớn, tác động xấu đến sự phát triển của nền kinh tế và đời
sống xã hội. Ngày nay việc sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng chuyển sang hoạt động
theo cơ chế thị trường, mọi thiệt hại do mất điện gây ra ngành điện phải bồi thường, vấn đề độ
tin cậy cung cấp điện càng được đặc biệt quan tâm. Sét đánh vào đường dây là một trong những
yếu tố chủ yếu gây sự cố và ngừng cung cấp điện
của đường dây. Sét đánh là hiện tượng ngẫu nhiên
phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, cho nên

việc thực hiện bảo vệ chống sét cho các công trình
nói chung, đường dây tải điện nói riêng chỉ có thể
hạn chế sự cố đến một mức hợp lý chứ không thể
loại trừ hoàn toàn sự cố.
Trong những năm qua, hệ thống điện Việt
Nam phát triển nhanh với các đường dây truyền tải
110kV, 220kV và 500kV để liên kết các khu vực
nhằm đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của phụ tải. Đối
với các đường dây 220kV và 500kV đều có treo dây chống sét, riêng đối với đường dây 110kV
mạch kép (2 đường dây bố trí trên cùng một cột) đang tồn tại 2 dạng sơ đồ treo dây chống sét,
đó là:
- Dạng 1: Đường dây mạch kép bố trí một dây chống sét.
- Dạng 2: Đường dây mạch kép bố trí hai dây chống sét.
Tuy nhiên, trong tính toán thiết kế việc lựa chọn phương án một dây chống sét hoặc hai
dây chống sét còn mang tính chủ quan mà chưa xem xét so sánh các tiêu chí về độ tin cậy cung
cấp điện và chi phí đầu tư công trình. Do đó, cần có phương pháp tính toán một cách hợp lý có
cơ sở khoa học chặt chẽ, có xét đầy đủ các yếu tố kinh tế kỹ thuật. Bài báo trình bày việc
nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán lựa chọn phương án treo dây chống sét cho đường
dây truyền tải, nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và hiệu quả đầu tư dựa trên cơ sở các
thông tin đầu vào như: mật độ sét, mức độ quan trọng của phụ tải, chi phí bảo dưỡng thiết bị và
tổng chiều dài đường dây.
2 Cơ sở tính toán
2.1 Tính toán suất cắt đường dây
Suất cắt điện do sét đánh là số lần sự cố mất điện đường dây do sét gây nên trên đoạn
đường dây dài 100km trong một năm. Hiện nay, có 2 phương pháp tính toán suất cắt điện được
sử dụng phổ biến trên thế giới, phương pháp do GS. TS. D.V. Rezevik đề xuất và phương pháp
do Tây Âu đề xuất, đề tài sử dụng phương pháp của GS. TS. D.V. Rezevik [2][5].
a. Số lần cắt điện do sét đánh vòng vào dây dẫn n
v
:

Đối với các đường dây có treo dây chống sét vẫn xảy ra hiện tượng sét đánh vòng qua
dây chống sét vào dây dẫn, trong đó sẽ có một số lần sét đánh vòng gây ra cắt điện đường dây
với xác suất n
v
được tính như sau[2]:
α
η
VVNn
v
pdv
...
=
[lần/100km.năm] (1)
trong đó:
- N: Số lần sét đánh vào 100km đường dây trong một năm.
Đối với đường dây 1 dây chống sét: N = (0,6-0,9) h
dd
.n.m
Đối với đường dây 2 dây chống sét: N = [(0,6-0,9) h
dd
+ 0,1D
cs
].n.m
với:
D
cs
[m]: khoảng cách giữa 2 dây chống sét
h
dd
[m]: độ cao treo dây dẫn

m[lần/km
2
.ngày sét]: mật độ sét trung bình trong ngày có sét
n[ngày/năm]: Số ngày dông sét trung bình trong năm
-
60100
5,0
10
x
U
v
pd
V
−
=
: Xác suất phóng điện trên cách điện.
với: U
0,5
: Điện áp phóng điện xung kích bé nhất của cách điện
- η: Xác suất hình thành hồ quang ổn định.
- V
α
: Xác suất sét đánh vòng vào dây dẫn.
b. Số lần cắt điện do sét đánh đỉnh cột n
c
:
Khi sét đánh đỉnh cột hoặc vào dây chống sét trong phạm vi lân cận cột, tuỳ thuộc vào
biên độ và độ dốc dòng sét có thể gây nên phóng điện trên chuỗi cách điện và dẫn đến sự cố
đường dây. Số lần cắt điện do sét đánh đỉnh cột được xác định như sau: [2]
η

α
.
4
)1(
c
pd
c
c
V
l
h
VNn
−=
[lần/100km.năm] (2)
trong đó:
- V
cpd
: Xác suất phóng điện trên chuỗi sứ
- h
c
: độ treo cao dây chống sét
- l: chiều dài khoảng cột
c. Số lần cắt điện do sét đánh vào giữa khoảng vượt n
kv
:
Khi sét đánh vào giữa khoảng vượt, sự cố cắt điện có thể xảy ra do một trong hai trường
hợp: hoặc xảy ra phóng điện trong khoảng không khí MM' giữa dây chống sét và dây dẫn, hoặc
xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ khi sóng sét truyền về đến cột. Do đó, số lần cắt điện do sét
đánh vào khoảng vượt được xác định như sau: [2]
k

l
h
VN
c
kv
)
4
1)(1(
−−=
α
η
[lần/100km.năm] (3)
trong đó:
).,.(
'
'
ηη
cs
pdMM
MM
pd
VVMaxk
=
-
'MM
pd
V
: Xác suất phóng điện trong khoảng không khí MM'
-
'MM

η
: Xác suất hình thành hồ quang phóng điện trong khoảng MM'
-
cs
pd
V
: Xác suất phóng điện chuỗi sứ
- η : Xác suất hình thành hồ quang ổn định
Từ (1), (2) và (3) cho phép xác định được suất cắt điện đường dây do sét đánh vào
100km đường dây trong một năm :
n = n
v
+ n
c
+ n
kv
[lần/100km.năm] (4)
2.2 Xác định hàm chi phí tính toán
Hàm chi phí tính toán cho một công trình truyền tải điện kể từ khi đầu tư xây dựng, trải
qua quá trình vận hành cho đến khi kết thúc tuổi thọ dự án bao gồm rất nhiều hạng mục chi phí
như: chi phí đầu tư xây dựng, chi phí đào tạo công nhân vận hành, chi phí quản lý vận hành, chi
phí duy tu bảo dưỡng, chi phí đền bù thiệt hại do mất điện... Tuy nhiên, để so sánh kinh tế giữa
2 phương án treo dây chống sét ta có thể bỏ qua một số chi phí mà 2 phương án có giá trị như
nhau. Trong bài báo đưa ra công thức xác định chi phí tính toán như sau:
Z = C + H + G (5)
Trong đó:
• C: Chi phí xây dựng công trình: Căn cứ theo hồ sơ thiết kế, chủng loại vật tư thiết bị
và đơn giá của định mức chuyên ngành đang áp dụng để tính toán tổng vốn xây lắp
trung bình cho 1km đường dây. Từ đó có thể tính toán tổng vốn đầu tư cho cả chiều
dài L của đường dây.

• H: Chi phí đền bù thiệt hại cho khách hàng: Chi phí nầy phụ thuộc mức độ quan
trọng và tính chất của phụ tải, để tính toán đầy đủ thiệt hại do mất điện gây nên rất
khó khăn. Hiện nay Điện lực Việt Nam đang tính bồi thường cho khách hàng theo
giá trị điện năng bị ngừng cung cấp. Đối với khu vực nông thôn, miền núi giá bồi
thường bằng 10 lần giá bán điện, đối với thị xã, thành phố và khu kinh tế giá bồi
thường bằng 20 lần giá bán điện [3], [4]. Trên cơ sở đó chi phí bồi thường thiệt hại
cho khách hàng được tính như sau:
100/..)1(..
1
∑
=
−
+=
t
j
j
mdmd
LniHtPH
[triệu đồng] (6)
với:
 P[kW]: Công suất truyền tải trên đường dây
 t
mđ
[h]: Thời gian mất điện trung bình cho 1 lần sự cố do sét đánh
 H
mđ
[triệu đồng]: Giá đền bù thiệt hại cho 1 kWh
 i[%]: Giá chiết khấu bình quân để qui đổi giá trị về thời điểm hiện tại.
Nhập số liệu
L, n

1
, n
2
, t, g
bd
, h
mđ
, P
J = 0, CK = 0
CK = CK + (1 + i)
-j
j < t
H
1
= CK.P.t
mđ
.H
mđ
.n
1
.L/100
G
1
= CK..G
mđ
.n
1
.L/100
H
2

= CK.P.t
mđ
.H
mđ
.n
2
.L/100
G
2
= CK..G
mđ
.n
2
.L/100
Z
1
= C
1
+ H
1
+ G
1
Z
2
= C
2
+ H
2
+ G
2

Z
1
< Z
2
Chọn phương án
treo 1 dây chống sét
Chọn phương án
treo 2 dây chống sét
DỪNG
↓
↓
↓
↓
↓
↓
↓
j = j +1
Đ
S
Đ
S
Hình 1
 j: Năm khảo sát
 n[lần/100km.năm]: Suất cắt điện đường dây
 L[km]: Chiều dài đường dây
• G: Chi phí duy tu bảo dưỡng thiết bị đóng cắt: Đối với các thiết bị đóng cắt, sau một
số lần đóng cắt phải đưa vào bảo dưỡng, chi phí bảo dưỡng phụ thuộc số lần đóng
cắt và giá trị dòng điện đóng cắt. Thường qui đổi chi phí bảo dưỡng về một lần
đóng cắt, có thể tính chi phí duy tu bảo dưỡng như sau:

100/..)1(
1
∑
=
−
+=
t
j
j
bd
LnigG
[triệu đồng] (7)
với:
 i, n, L : như trên
 G
bd
[triệu đồng]: Chi phí bảo dưỡng
cho một lần đóng cắt.
2.3 Lựa chọn phương án đầu tư
Trên cơ sở xác định được suất cắt điện đường
dây do sét đánh, cho phép tính hàm chi phí tính toán
cho phương án treo một dây chống sét Z
1
và phương
án treo 2 dây chống sét Z
2
. Phương án lựa chọn đầu tư
sẽ là phương án có hàm chi phí tính toán Z bé.
3 Chương trình tính toán lựa chọn sơ đồ treo
dây chống sét

3.1 Sơ đồ thuật toán
Trên cơ sở kết
quả tính toán ở mục 2,
xây dựng được sơ đồ
thuật toán cho chương
trình chính như hình 1,
trong đó CK là giá trị
chiết khấu qui đổi chi
phí ở năm thứ j về thời
gian hiện tại. Sơ đồ
thuật toán tính suất cắt
điện đường dây do sét
đánh như hình 2.
3.2 Chương trình
tính toán lựa chọn sơ đồ treo dây chống sét
Từ sơ đồ thuật toán đề tài đã xây dựng được chương trình chọn dây chống sét cho phép
tính toán suất cắt điện đường dây và tính toán lựa chọn phương án treo dây chống sét [6]. Khởi
động chương trình ta có màn hình như hình 3, bấm ENTER để chuyển sang menu các tính năng
chương trình như hình 4. Trong đó, F1 Data: Chức năng nhập và sửa chữa số liệu, F2 Help:
Phần trợ giúp hướng dẫn sử dụng, F3 Calculator: Thực hiện tính toán, F4 Result: Xem kết quả
tính toán, F5 Author: Giới thiệu tác giả chương trình, F6 Exit: Thoát khỏi chương trình. Để tính
toán cho một công trình, đầu tiên thực hiện việc nhập số liệu vào tệp số liệu bằng chức năng F1
Nhập số liệu
↓
↓
↓
α
η
VVNn
V

pdv
...
=
η
α
.
4
)1(
C
pdC
V
l
h
VNn
−=
k
l
h
VNn
C
KV
)
4
1)(1(
−−=
α
KVCV
nnnn
++=
↓

↓
DỪNG
Hình 2
kết quả các tệp số liệu như trên hình 5a, 5b, sau đó bấm F3 để thực hiện tính toán và F4 để xem
kết quả, tệp kết quả như trên hình 6 [6].
4 Kết luận
Đề tài đã xây dựng được chương trình tính toán chọn dây chống sét cho phép lựa chọn
phương án treo dây chống sét cho đường dây truyền tải điện nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế
trong suốt đời sống dự án. Ngoài ra, chương trình còn cho phép xây dựng đường đặc tính biểu
diễn mối quan hệ của hàm Z theo một thông số nào đó, qua đó tìm được giá trị giới hạn giữa
các phương án treo dây theo thông số khảo sát.
Kết quả tính toán phụ thuộc vào các thông tin đầu vào, trong đó có một số thông tin rất
khó xác định chính xác như: mật độ dông sét, suất cắt điện do sét đánh, chi phí bồi thường thiệt
Hình 3 Hình 4
Hình 5a Hình 5b
Hình 6