Nghiên cứu sử dụng lắp đặt chống sét van đường dây trên lưới điện 110kV của Tổng công ty Điện lực miền Bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THẾ HUẤN

Nghiên cứu sử dụng và lắp đặt chống sét van đường dây cho lưới điện 110
kV của Tổng Công ty Điện lực miền Bắc.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THẾ HUẤN

Nghiên cứu sử dụng và lắp đặt chống sét van đường dây cho lưới điện 110 kV của
Tổng Công ty Điện lực miền Bắc.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN VĂN TỚP

Hà Nội, 2011

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Trang phụ bìa

3

Lời cam đoan

4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

5

Danh mục các bảng

6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

7

MỞ ĐẦU

11

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY

14

1.1.

Khái quát về lưới truyền tải điện của Việt Nam

14

1.2.

Sét và vấn đề bảo vệ chống sét đường dây

17

1.2.1. Quá điện áp khí quyển

17

1.2.2. Nguy hiểm của quá điện áp khí quyển

18

1.2.3. Sự cố do sét gây ra đối với các đường dây tải điện cao áp trên
khơng

19

Tình hình sự cố đối với lưới điện của Công ty Lưới điện cao thế
miền Bắc

20

1.3.

1.3.1. Lưới điện cao thế miền Bắc

20

1.3.2. Thống kê về sự cố và sự cố do sét đối với lưới điện 110 kV của
Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc

22

1.3.3. Các giải pháp áp dụng để giảm thiểu số lần cắt điện và thiệt hại
do sét gây nên

24

1.3.4. Phân tích đánh giá các giải pháp

25

1.4.

Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài

Chương 2: MƠ PHỎNG Q ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VỚI

26

27

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN KHI BỊ SÉT ĐÁNH
2.1.

Phương pháp tính tốn q điện áp do sét

27

2.1.1. Phương pháp tính suất cắt do sột ca Liờn xụ

27

2.1.2. Phương pháp tính suất quá điện áp và xác suất phóng điện của
Tây âu

31

Mụ phng quỏ điện áp khi sét đánh vào đường dây bằng phần
mềm ATP/EMTP

33

2.2.


2.2.1. Giới thiệu về phần mềm ATP/EMTP

33

2.2.2. Sử dụng ATP/EMTP mô phỏng QĐA khi sét đánh vào đường dây

36

2.3.

40

Một số kết quả mô phỏng

2.3.1. QĐA trên cách điện của các cột trên tuyến khi có sét

41

2.3.2. Sự suy giảm QĐA sét khi lan truyền trên đường dây

47

Chương 3: ÁP DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ĐỐI VỚI
ĐƯỜNG DÂY 110 KV UÔNG BÍ - HỒNH BỒ

50

3.1.

Số liệu hiện trạng của đường dây và chọn một số vị trí điển hình
để mơ phỏng

50

3.1.1. Số liệu hiện trạng của đường dây

50

3.1.2. Lựa chọn đoạn đường dây điển hình để tính tốn mơ phỏng

51

3.2.

Q điện áp khi sét đánh vào dây chống sét

51

3.3.

Quá điện áp khi sét đánh vào đỉnh cột

58

3.3.1. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ dốc đầu sóng và biên độ dịng
điện sét

58

3.3.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điện áp tần số cơng nghiệp tới hiện
tượng phóng điện ngược trên cách điện

63

Chương 4: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ SỰ CỐ DO SÉT

68

4.1.

Giải pháp giảm điện trở nối đất cột điện

68

4.2.

Giải pháp tăng cường cách điện

70

4.3.

Giải pháp đặt chống sét van đường dây

72

4.3.1. Khái quát lịch sử sử dụng CSV đường dây

72

4.3.2. Cấu tạo của chống sét van đường dây

73

4.3.3. Nguyên lý làm việc của chống sét van đường dây

75

4.3.4. Phân loại chống sét van đường dây

77

4.3.5. Cách lắp đặt chống sét van đường dây

78

4.3.6. Các thông tin về chống sét van lắp đặt trên lưới 110 kV của NPC

79

4.3.7. Mô phỏng quá điện áp khi sử dụng chống sét van đường dây

79

Chương 5: KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT

92

5.1.

Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài

5.1.1. Kết luận

92
92

2


5.1.2. Hướng nghiên cứu của đề tài

93

5.2.

93

Một số ý kiến kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

95

Phụ lục 1: SỐ LƯỢNG CSV ĐÃ LẮP ĐẶT TRÊN LƯỚI ĐIỆN 110 kV
CỦA NPC QUA TỪNG GIAI ĐOẠN

96

Phụ lục 2: THỐNG KÊ SỰ CỐ QUA CÁC NĂM CỦA MỘT SỐ
ĐƯỜNG DÂY 110 kV ĐIỂN HÌNH

100

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tơi, các kết quả tính tốn trong
luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào.

Hà nội, ngày 29 tháng 3 năm 2011
Tác giả luận văn

Phan Thế Huấn

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
ATP

Alternative Transient Program

EMTP

ElectroMagnetic Transient Program

TLSA

Transmission Line Surge Arrester

DCG

Development Coordination Group

EPRI

Electric Power Research Institute

BIL

Basic Impulse Level

CSV

Chống sét van

COV

Continuous Operating Voltage

IEC

International Electrotechnical Commission

MCOV

Maximum Continuous Operating Voltage

NEMP

Nuclear Electromagnetic Pulses

NNEMP

Non-Nuclear Electromagnetic Pulses

TOV

Temporary OverVoltage

TACS

Transient Analysis of Control Systems

DCS

Dây chống sét

TBA

Trạm biến áp

MBA

Máy biến áp

QĐA

Quá điện áp

NPC

Northern Power Corporation (Tổng Công ty Điện lực
miền Bắc)

CĐXL

Chế độ xác lập

HTĐ

Hệ thống điện

SCA

Siêu cao áp

5


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Tình hình tăng trưởng đường dây và MBA truyền tải điện

15

của Việt Nam qua các năm
Bảng 1-2: Công suất vận hành lớn nhất của HTĐ qua các năm (MW)

16

Bảng 1-3: Điện năng truyền tải lớn nhất của HTĐ qua các năm (triệu kWh)

16

Bảng 1-4: Tổng hợp số liệu sự cố đường dây 110 kV giai đoạn 2004 -

22

2010 do Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc quản lý
Bảng 2-1: Các thơng số chính của đoạn đường dây dùng để mô phỏng

41

Bảng 2-2: Trị số điện áp cực đại trên cách điện các cột lân cận cột 0

48

(bị sét đánh đỉnh cột) đối với Pha A, B và C, trường hợp bỏ qua ảnh
hưởng của nguồn tần số cơng nghiệp
Bảng 3-1: Hiện trạng tình hình lắp đặt chống sét van trên đường dây

51

110 kV ng Bí - Hồnh Bồ
Bảng 3-2: Thống kê tình hình sự cố do sét của đường dây 110 kV

51

ng Bí - Hoành Bồ trong 3 năm gần đây
Bảng 3-3: Thống số của đoạn đường dây dùng để tính tốn

52

Bảng 3-4: Kết quả mô phỏng khi sét đánh vào đỉnh cột 28 tại các thời điểm

65

khác nhau của một chu kỳ điện áp tần số công nghiệp, khi Imax = 38 kA
Bảng 3-5: Kết quả mô phỏng khi sét đánh vào đỉnh cột 28 tại các thời điểm

66

khác nhau của một chu kỳ điện áp tần số công nghiệp, khi Imax = 47 kA
Bảng 4-1: Sự thay đổi của QĐA cực đại trên cách điện của cột bị sét

68

đánh phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất chân cột
Bảng 4-2: Trị số cực tiểu của dòng điện sét gây ra phóng điện ngược

71

trên cách điện cột 28 khi thay đổi số lượng cách điện trong chuỗi
Bảng 4-3: Thống kê số lượng chống sét van đường dây do hãng

73

Siemens đã cung cấp cho một số nước trên thế giới
Bảng 4-4: Trị số QĐA cực đại trên cách điện của cột có lắp CSV, bị
sét đánh trực tiếp và có điện trở nối đất thay đổi

6

85


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1: Một số hình ảnh minh họa về phóng điện sét

18

Hình 1-2: Biểu đồ tăng trưởng về đường dây 110 kV do Công ty Lưới

21

điện cao thế miền Bắc quản lý
Hình 2-1: Sét đánh vào đường dây tải điện trên khơng

27

Hình 2-2: Điện áp tác dụng lên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột

30

Hình 2-3: Đường cong thơng số nguy hiểm

30

Hình 2-4: Sét đánh trong khoảng vượt

31

Hình 2-5: Sơ đồ tính tốn suất cắt theo phương pháp của Tây Âu

32

Hình 2-6: Mơ hình cột điện

36

Hình 2-7: Mơ hình thay thế chuỗi cách điện

38

Hình 2-8: Sóng sét dạng xiên góc

39

Hình 2-9: Dạng dịng điện sét Heidler dùng trong q trình mơ phỏng

39

Hình 2-10: Sơ đồ mơ phỏng của cột điện cùng khoảng vượt

40

Hình 2-11: Sơ đồ đoạn đường dây dùng để mơ phỏng

41

Hình 2-12: Sóng sét dạng xiên góc, biên độ 80 kA, thời gian đầu sóng 1,2 µs

42

Hình 2-13: QĐA trên dây dẫn pha tại các cột khi sét đánh đỉnh cột 0

42

(có xét đến ảnh hưởng của điện áp tần số cơng nghiệp)
Hình 2-14: QĐA trên dây dẫn pha tại các cột khi sét đánh đỉnh cột 0

44

(bỏ qua ảnh hưởng của điện áp tần số cơng nghiệp)
Hình 2-15: QĐA trên chuỗi cách điện tại các cột khi sét đánh đỉnh cột

45

0 (có xét đến ảnh hưởng của điện áp tần số cơng nghiệp)
Hình 2-16: QĐA trên chuỗi cách điện tại các cột khi sét đánh đỉnh cột

46

0 (bỏ qua ảnh hưởng của điện áp tần số cơng nghiệp)
Hình 2-17: Biểu đồ trị số điện áp cực đại trên cách điện các cột lân cận

48

cột bị sét đánh trực tiếp
Hình 3-1: Sơ đồ đoạn đường dây

52

dùng để tính tốn khi sét đánh vào khoảng vượt

7


Hình 3-2: Đồ thị dịng điện sét theo thời gian và hai thành phần đi

53

trên DCS về phía cột 28 và cột 29
Hình 3-3: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện 3 pha cột 28,

54

phóng điện xảy ra ở pha C
Hình 3-4: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 29,

54

không xảy ra phóng điện
Hình 3-5: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 30,

55

không xảy ra phóng điện
Hình 3-6: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 31,

55

khơng xảy ra phóng điện
Hình 3-7: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 25,

56

khơng xảy ra phóng điện
Hình 3-8: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 26,

56

khơng xảy ra phóng điện
Hình 3-9: Đồ thị điện áp theo thời gian trên cách điện ba pha cột 27,

57

khơng xảy ra phóng điện
Hình 3-10: Sơ đồ đoạn đường dây dùng để tính tốn khi sét đánh vào

58

đỉnh cột
Hình 3-11: Dạng sóng sét 1,2/50µs

58

Hình 3-12: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

59

40kA - khơng xảy ra phóng điện ngược

Hình 3-13: đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

59

50kA - phóng điện xảy ra trên cách điện pha B
Hình 3-14: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

60

50kA - phóng điện xảy ra trên cách điện pha A và pha C
Hình 3-15: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

61

40kA, dạng sóng 0,8/50µs - khơng xảy ra phóng điện ngược
Hình 3-16: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ
40kA, dạng sóng 3/50µs - phóng điện xảy ra ở pha B

8

61


Hình 3-17: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

62

40kA, dạng sóng 10/50µs - phóng điện xảy ra ở pha B
Hình 3-18: Đồ thị điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ

62

40kA, dạng sóng 20/50µs - khơng xảy ra phóng điện
Hình 3-19: Điện áp trên cách điện 3 pha cột 28 cú sét biên độ 40 kA,

63

dạng sóng 1,2/50µs; phóng điện trên pha C
Hình 3-20: Điện áp đặt lên chuỗi sứ của pha C (bị phóng điện) của

64

cột 28 và các cột điện lân cận. góc lệch pha của pha A là α = 0 độ; cú
sét biên độ 40kA, dạng sóng 1,2/50µs
Hình 3-21: Điện áp đặt lên cách điện 3 pha của cột 28 ứng với các

65

thời điểm sét đánh khác nhau
Hình 4-1: Biểu đồ độ tăng điện áp trên cách điện của cột bị sét đánh

68

khi thay đổi trị số điện trở nối đất chân cột
Hình 4-2: Đặc tính Vơn - giây của chuỗi cách điện khi được bổ sung

70

1, 2, 3 bát cách điện
Hình 4-3: Cấu tạo bên trong của chống sét van đường dây

74

Hình 4-4: Phóng điện sét trên cách điện từ dây dẫn vào hệ thống nối đất

76

Hình: 4-5: Hiện tượng phóng điện ngược trên cách điện khi sét đánh

76

T
8
3

T
8
3

T
8
3

vào dây chống sét và điện trở nối đất của cột lớn
Hình 4-6: Cách lắp đặt chống sét van trên đường dây

79

Hình 4-7. Mơ hình chống sét van đề nghị bởi Pinceti

79

Hình 4-8: Đặc tính tĩnh của điện trở phi tuyến (điện áp tính theo đơn

80

vị tương đối)
Hình 4-9: Điện áp trên cách điện 3 pha tại cột đặt CSV và sét đánh ở

81

đỉnh cột (cột 28)
Hình 4-10: Điện áp trên cách điện 3 pha của cột liền kề với cột bị sét

82

đánh (cột 29)
Hình 4-11: Điện áp trên cách điện 3 pha của cột cách cột bị sét đánh
một cột (cột 30)

9

82


Hình 4-12: Điện áp trên cách điện pha A các cột lân cận cột bị sét

83

đánh (cột 29, 30, 31)

Hình 4-13: Điện áp trên cách điện pha B các cột lân cận cột bị sét

83

đánh (cột 29, 30, 31)
Hình 4-14: Điện áp trên cách điện pha C các cột lân cận cột bị sét

84

đánh (cột 29, 30, 31)
Hình 4-15: Biểu đồ độ tăng điện áp trên cách điện của cột có lắp CSV

85

khi thay đổi trị số điện trở nối đất chân cột
Hình 4-16: Điện áp trên cách điện 3 pha của cột bị sét đánh trực tiếp

86

và không được bảo vệ bằng CSV (cột 28)
Hình 4-17: Điện áp trên cách điện 3 pha của cột cách vị trí sét đánh

87

một cột và đã có CSV phía trước (cột 26)
Hình 4-18: Điện áp trên cách điện 3 pha của cột cách vị trí sét đánh

87

một cột và khơng có CSV phía trước (cột 30)

Hình 4-19: Điện áp trên pha C của các cột lân cận cột bị sét đánh (cột 28)

88

Hình 4-20: Điện áp trên 3 pha của cột khơng lắp CSV và bị sét đánh

89

trực tiếp (cột 28), CSV được lắp cách cách vị trí sét đánh 2 khoảng
cột (cột 26)
Hình 4-21: Điện áp trên 3 pha cột khơng lắp CSV (cột 30) và cách vị

89

trí sét đánh 2 khoảng cột
Hình 4-22: Điện áp trên 3 pha của cột có lắp CSV (cột 26) và cách vị

90

trí sét đánh 2 khoảng cột
Hình 4-23: Điện áp trên pha C các cột lân cận cột bị sét đánh (cột 28)

10

90


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng

ngày càng đóng vai trị 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. Trong những năm qua, hệ thống điện Việt
Nam phát triển nhanh với các đường dây truyền tải 110 kV, 220 kV và 500 kV để
liên kết các khu vực nhằm đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của phụ tải.
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, cũng có thể làm tan rã cả hệ thống, gây thiệt hại lớn đối với nền kinh tế và đời
sống xã hội.
Sét đánh vào đường dây là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây sự cố
và ngừng cung cấp điện của các đường dây truyền tải. Sét đánh là hiện tượng
thường xuyên và ngẫu nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Các sự cố do
sét đánh không những làm gián đoạn cung cấp điện, gây hư hỏng hoặc làm giảm
tuổi thọ các thiết bị trên lưới điện mà còn làm mất nhiều công sức cho công tác điều
tra và xử lý sự cố.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của cơng nghệ hiện đại, ngồi việc sử dụng
những phương pháp truyền thống như treo dây chống sét, cải thiện tiếp địa cột, tăng
cường cách điện... người ta dùng thêm một số giải pháp công nghệ mới để giảm
thiểu sự cố do sét gây ra trên đường dây truyền tải điện. Trong đó, giải pháp lắp

11


chống sét van đường dây đang được áp dụng nhiều ở Việt Nam. Vào những năm

cuối thế kỷ XX, ở các nước tiên tiến như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Cộng
hoà Séc, Đức…người ta đã nghiên cứu, ứng dụng giải pháp công nghệ mới này đạt
hiệu quả cao và công nghệ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn.
Ở Việt Nam, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực bảo vệ
chống sét cho các đường dây 110 kV, 220 kV và 500 kV vẫn còn khiêm tốn, việc
lắp đặt chống sét van trên các đường dây 110 kV, 220 kV vẫn cịn mang tính thử
nghiệm. Mặt khác, hệ thống các quy trình, quy phạm và tiêu chuẩn hiện hành dùng
cho thiết kế và vận hành hệ thống điện có nhiều điểm khơng cịn phù hợp với yêu
cầu mới, tiêu chí về độ tin cậy cung cấp điện cũng chưa xứng tầm với thời đại. Do
đó, cần có những nghiên cứu để áp dụng các cơng nghệ tiên tiến trên thế giới nhằm
từng bước giải quyết những vấn đề tồn tại, yếu kém của về độ tin cậy cung cấp điện
của hệ thống điện hiện nay.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế nêu trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu sử dụng và
lắp đặt chống sét van đường dây cho lưới điện 110 kV của Tổng Cơng ty Điện lực
miền Bắc.
2. Mục đích, phạm vi, đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu bước đầu về hiệu quả và cách sử dụng, lắp đặt
chống sét van đường dây trên lưới điện 110 kV do Tổng Công ty Điện lực miền Bắc
quản lý bằng cách mô phỏng trên phần mềm ATP/EMTP.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng trên phần mềm máy tính để
nghiên cứu sự ảnh hưởng của sét đối với đường dây 110 kV, ảnh hưởng của điện trở
nối đất đối với các sự cố do sét và hiệu quả khi lắp đặt chống sét van đường dây
trong các trường hợp khác nhau.
4. Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm 5 chương:
Chương 1. Tổng quan về bảo vệ chống sét đường dây.
Chương 2. Mô phỏng quá điện áp khí quyển đối với đường dây tải điện khi

12

bị sét đánh.
Chương 3. Áp dụng phần mềm mô phỏng để tính tốn với đường dây 110 kV
ng Bí - Phả Lại.
Chương 4. Đề xuất các giải pháp hạn chế sự cố do sét.
Chương 5. Kết luận và kiến nghị.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Trần Văn Tớp, các thầy cô
trong bộ môn Hệ thống điện của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và các bạn bè,
đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ trong q trình hồn thành luận văn này.
Do khả năng của bản thân và thời gian còn hạn chế nên luận văn này chắc
chắn khơng tránh khỏi có những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng
góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả mong muốn rằng, sau luận văn này, sẽ tiếp tục có những nghiên cứu cụ thể
hơn về đề tài chống sét van đường dây để áp dụng trên lưới điện 110 kV của Tổng
cơng ty Điện lực miền Bắc nói riêng và hệ thống Việt Nam nói chung.

13


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY

1.1.

Khái quát về lưới truyền tải điện của Việt Nam

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện Việt Nam nói chung và
lưới điện truyền tải nói riêng cũng không ngừng phát triển.
Ban đầu, do nhu cầu của phụ tải cũng như trình độ về xây dựng, quản lý vận

hành lưới điện còn thấp nên lưới điện được chia tách thành từng vùng miền và chưa
có một hệ thống điện liên kết thống nhất trên phạm vi cả nước.
Trước địi hỏi thực tế, năm 1992 Chính phủ đã cho khởi công xây dựng tuyến
đường dây 500 kV Bắc - Nam mạch 1 và được hồn thành đóng điện năm 1994,
chính thức ra đời hệ thống điện siêu cao áp (SCA) Việt Nam. Cơng trình này là một
mốc lịch sử đánh dấu một giai đoạn phát triển mới của ngành Điện lực Việt Nam.
Sau khi đóng điện vận hành an toàn tuyến đường dây 500 kV Bắc - Nam mạch
1, các tuyến đường dây 500 kV tiếp theo cũng đã tiếp tục được triển khai xây dựng.
Tính đến hết năm 2010, chúng ta đã có 3.890 km đường dây 500 kV [12]. Để truyền
tải điện đến tất cả các địa phương trên cả nước, các đường dây 220 kV và 110 kV
cũng liên tục được xây dựng và phát triển. Tính đến hết năm 2010, lưới điện truyền
tải đã có 10.015 km đường dây 220 kV và 13.141 km đường dây 110 kV [12].
Khơng chỉ có các đường dây được phát triển mà các trạm biến áp truyền tải
cũng khơng ngừng gia tăng. Tính đến hết năm 2010, trên tồn hệ thống, có 23 MBA
500 kV với tổng dung lượng là 10.650 MVA, 135 MBA 220 kV với tổng dung
lượng là 22.004 MVA, 746 MBA 110 kV với tổng dung lượng là 27.908 MVA
[12]. Trong bảng 1-1 cho ta số liệu cụ thể về tình hình tăng trưởng của đường dây
và trạm biến áp truyền tải trong 10 năm trở lại đây.
Để minh chứng cho tầm quan trọng và sự phát triển không ngừng của lưới
điện truyền tải Việt Nam, chúng ta cùng nhìn lại những kỷ lục vận hành về công

14


suất và sản lượng điện năng lần lượt ghi trong bảng 1-2 và bảng 1-3 [12].
Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước trong những năm
tiếp theo, ngày 18 tháng 7 năm 2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số
110/2007/QĐ-TTg Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006
- 2015 có xét đến năm 2025. Theo đó, trong vòng 5 năm tới (giai đoạn 2011-2015),
lưới điện truyền tải sẽ có thêm 13.200 MVA dung lượng MBA 500 kV, 1.705 km

đường dây 500 kV; 30.889 MVA dung lượng MBA 220 kV, 3.844 km đường dây
220 kV.
Bảng 1-1: Tình hình tăng trưởng đường dây và MBA truyền tải điện của
Việt Nam qua các năm [12]
Đối
tượng

Đường
dây

MBA

Năm

Cấp điện áp

500 kV

220 kV

110 kV

2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007

2008
2009
2010
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010

1528
1528
1528
1528
2023
3265
3286
3286
3286
3438
3890
2700
2700
3150
4050

4050
6150
6600
7050
7050
7050
10650

2380
3606
4266
4671
4798
5230
5650
6487
7101
8497
10015
6036
7910
9161
10752
12390
14890
15923
17513
18639
19094
22004

7134
7522
8123
8591
9339
10874
11053
11409
11751
12145
13141
7737
9427
11621
13740
16572
18459
20656
22238
23834
25862
27908

15


Bảng 1-2: Công suất vận hành lớn nhất của HTĐ qua các năm (MW) [12]
Năm
1995

1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010

HTĐ
miền Bắc
1415
1592
1729
1821
1960
2194
2461
2880
3221
3494
3886
4233

4480
5066
6207
6547

HTĐ
miền Trung
296
349
377
413
477
544
613
684
773
853
979
1056
1167
1259
1482
1648

HTĐ
miền Nam
1178
1537
1587
1737

1979
2246
2656
3112
3529
4073
4539
5007
5794
6258
7001
7566

HTĐ
quốc gia
2796
3177
3595
3875
4329
4893
5655
6552
7048
8283
9255
10187
11286
12636
13867

15416

Bảng 1-3: Điện năng truyền tải lớn nhất của HTĐ qua các năm (triệu kWh) [12]
Năm
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010

HTĐ
miền Bắc
22,8
25,2
28,4
32,7
34,1
37,5
43,6

47,1
54,5
64,5
70,1
78,9
89,3
97,0
115,3
141,3

HTĐ
miền Trung
4,1
5,0
5,8
6,9
7,7
8,7
10,1
11,7
13,0
14,8
18,2
18,2
22,5
22,8
27,7
31,0

16

HTĐ
miền Nam
20,4
24,2
28,3
31,9
35,9
41,5
50,1
59,1
66,5
75,8
88,1
97,8
112,4
123,3
139,2
153,5

HTĐ
quốc gia
46,3
53,1
60,3
70,8
76,1
83,8
99,0
112,0

131,6
149,1
169,8
188,5
217,2
244,4
275,9
326,3


1.2.

Sét và vấn đề bảo vệ chống sét đường dây

1.2.1. Quá điện áp khí quyển:
Quá điện áp khí quyển là hiện tượng quá điện áp do sét gây nên.
Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa đám mây giơng mang
điện tích với đất hoặc giữa các đám mây giơng mang điện tích trái dấu nhau. Điện
áp giữa đám mây giơng và đất có thể đạt tới hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu
vơn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng từ 3 đến 5 km.
Q trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường khơng
đồng nhất. Khi các lớp mây được tích điện tới mức độ có thể tạo nên cường độ
trường lớn sẽ hình thành dịng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai
đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo.
Tia tiên đạo là mơi trường plasma có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một
trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung
tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều
dài tia. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích
khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất.
Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia

tiên đạo. Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất
sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao ví dụ các ao hồ, sơng, lạch ở vùng đất đá.
Nếu ở phía mặt đất điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện
thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ đỉnh các cột điện đường dây cao
áp) thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều
với tia tiên đạo từ lớp mây điện.
Khi tia tiên đạo phát triển gần tới mặt đất thì trường trong khoảng khơng gian
giữa các điện cực sẽ có trị số rất lớn và bắt đầu có q trình ion hóa mãnh liệt dẫn
đến sự hình thành dịng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo.
Do có điện dẫn bản thân rất cao nên đầu dịng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy

17


toàn bộ hiệu số điện thế giữa đầu tia tiên đạo với mặt đất được tập trung vào khu
vực giữa nó với đầu tia tiên đạo, trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hóa
mãnh liệt, dịng plasma được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên. Giai đoạn
này gọi là giai đoạn phóng điện ngược. Trong giai đoạn này, điện tích của lớp mây
điện sẽ theo dịng plasma chuyển về phía mặt đất tạo nên dịng điện ở nơi sét đánh.

Hình 1-1: Một số hình ảnh minh họa về phóng điện sét
1.2.2. Nguy hiểm của quá điện áp khí quyển
Khi xảy ra quá điện áp khí quyển, tức là xảy ra phóng điện sét thì tồn bộ
năng lượng của dịng điện sét sẽ thốt vào trong đất qua vật bị sét đánh trực tiếp.
Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh trực tiếp lên vật cần bảo vệ hoặc do sét
đánh xuống mặt đất gần đó, gây nên quá điện áp cảm ứng lên vật cần bảo vệ. Trong
đó, trường hợp bị sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất vì năng lượng của dòng điện
sét rất lớn, sẽ làm phá huỷ về nhiệt đối với các chi tiết, bộ phận của vật cần bảo vệ.
Ngoài ra, khi sét đánh, điện áp sét là rất cao, có thể chọc thủng cách điện của các
thiết bị, gây thiệt hại lớn về kinh tế.

Đối với các thiết bị điện, quá điện áp khí quyển thường lớn hơn điện áp thí
nghiệm xung của cách điện, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hỏng các thiết bị
quan trọng như tụ bù dọc, kháng bù ngang, máy biến áp,…
Đặc biệt là đối với các đường dây tải điện, khi bị sét đánh thường dẫn đến

18


khả năng gián đoạn cung cấp điện cho phụ tải do sự cố. Khi xã hội càng phát triển
thì các hoạt động của đời sống xã hội càng cần nhiều đến điện. Khi bị ngừng cung
cấp điện thì thiệt hại về kinh tế là rất lớn. Ngồi ra cịn ảnh hưởng đến an ninh, quốc
phòng và sinh hoạt của nhân dân.
1.2.3. Sự cố do sét đối với các đường dây tải điện cao áp trên không:
Thông thường các trạm biến áp được bảo vệ tin cậy chống sét đánh trực tiếp
cũng như chống sóng quá điện áp lan truyền. Sự cố do sét đánh trực tiếp hoặc do
sóng truyền vào trạm thường rất nhỏ. Trong khi đó, các đường dây tải điện cao áp
hầu hết là đường dây trên không, có chiều dài lớn và đi qua nhiều vùng khác nhau
nên xác suất bị sét đánh rất lớn. Khi bị sét đánh, có thể gây phóng điện trên cách
điện đường dây và dẫn đến sự cố cắt điện. Đối với đường dây, chỉ cần một điểm bị
sét đánh cũng có thể gây nên sự cố ngắn mạch và dẫn đến ngừng cung cấp điện.
Thực tế cho thấy, các sự cố trong hệ thống điện do sét gây nên chủ yếu là xảy ra
trên đường dây [9].
Quá điện áp khí quyển xuất hiện do sét đánh trực tiếp vào đường dây hoặc đánh
xuống đất gần đường dây gây cảm ứng. Trường hợp sét đánh trực tiếp luôn là mối
nguy hiểm nhất bởi đường dây phải hứng chịu hoàn toàn năng lượng của phóng điện
sét. Do vậy, trường hợp này thường được chọn để tính tốn bảo vệ cho đường dây.
Để giảm bớt sự cố do sét gây ra, người ta dùng các biện pháp chống sét trên
đường dây, đa phần những lần sét đánh lên đường dây được đưa xuống đất an tồn.
Chỉ có một số ít trường hợp dịng điện sét quá lớn gây phóng điện trên bề mặt cách
điện. Do đó, để hạn chế số lần sự cố do sét cho đường dây, có thể tăng cường cách

điện đường dây hoặc giảm trị số điện trở nối đất của bộ phận chống sét.
Vì sét là một hiện tượng tự nhiên diễn biến rất phức tạp và có tính chất ngẫu
nhiên, nên việc bảo vệ đường dây tuyệt đối không bị sự cố do sét đánh là không thể
thực hiện được. Ngồi ra, nếu thực hiện mong muốn đó thì địi hỏi vốn đầu tư là q
lớn. Do đó, phương hướng đúng đắn là việc tính tốn mức độ bảo vệ chống sét của
đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế, nghĩa là một mặt làm cho số lần cắt

19


điện đường dây do sét gây ra giảm đến mức thấp nhất có thể, một mặt đảm bảo tính
chất kinh tế của biện pháp chống sét.
1.3.

Tình hình sự cố lưới điện của Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc

1.3.1. Lưới điện cao thế miền Bắc:
Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc (tiền thân là Xí nghiệp Điện cao thế
miền Bắc) là một đơn vị trực thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Bắc, được thành
lập ngày 26/10/2005. Ngày 14/4/2010, Xí nghiệp Điện cao thế được chuyển đổi mơ
hình thành Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc. Nhiệm vụ trọng tâm của Công ty
Lưới điện cao thế miền Bắc là quản lý vận hành, sửa chữa lưới điện 110 kV của
Tổng công ty Điện lực miền Bắc.
Ngay sau khi thành lập, Xí nghiệp Điện cao thế miền Bắc đã tiến hành tiếp
nhận lưới điện 110 kV từ các Điện lực tỉnh trực thuộc Công ty Điện lực 1 (nay là
Tổng Công ty Điện lực miền Bắc). Đến cuối năm 2006, toàn bộ lưới điện 110 kV ở
các Điện lực tỉnh đã được bàn giao cho Xí nghiệp Điện cao thế miền Bắc với 4464,3
km đường dây và 91 trạm biến áp.
Kể từ đó đến nay, hàng năm trung bình, khối lượng lưới điện 110 kV phát
triển mới khoảng 10 trạm biến áp và 200 km đường dây.

Do sự thay đổi về mơ hình tổ chức của ngành Điện và điều chỉnh địa giới
hành chính của thủ đơ Hà Nội, năm 2007, Công ty đã bàn giao lưới điện 110 kV
khu vực Hải Dương cho Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương và năm 2008
bàn giao lưới điện 110 kV khu vực Hà Tây cho Công ty Điện lực Hà Nội. Tính đến
tháng 2/2011, Cơng ty Lưới điện cao thế miền Bắc quản lý lưới điện 110 kV trên
phạm vi 24 tỉnh phía Bắc với 5276 km đường dây.
Hiện nay, lưới điện 110 kV miền Bắc có 5 đầu mối nhận điện từ nguồn
Trung Quốc, cụ thể như sau:
- Nguồn Tân Kiều (220 kV): Từ Xin Qiao cấp điện sang trạm đầu mối
220kV Lào Cai (E20.3) và các trạm 220 kV: Yên Bái (E12.3), Việt Trì (E4.4), Vĩnh
Yên (E25.2). Từ các trạm 220 kV này, cấp điện cho các trạm 110 kV thuộc khu vực

20


Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Sơn La, Điện Biên, Yên Bái.
- Nguồn Hà Khẩu - Lào Cai (110 kV): Từ Hà Khẩu cấp điện sang trạm
110kV Lào Cai (E20.2) và các trạm 110 kV: Tằng Loỏng (E20.1), Phong Thổ
(E29.1), Than Uyên (E29.2).
- Nguồn Thẩm Câu - Móng Cái (110 kV): Từ Thâm Câu cấp điện cho các
trạm 110 kV: Móng Cái (E5.7), Tiên Yên (E5.6).
- Nguồn Mamatiao - Hà Giang (110 kV):

Đường dây mạch kép từ

Maomaotia cấp điện cho các trạm 110 kV: Hà Giang (E22.1), Bắc Quang (E22.2),
Yên Bái (E12.1), Chiêm Hoá (E14.2) và Tuyên Quang (E14.1).
- Nguồn Mã Quan (220kV): Từ MaGuan cấp điện sang trạm đầu mối 220kV
Hà Giang (E22.4) và trạm 220 kV Thái Nguyên (E6.2). Từ đó, cấp điện cho khu
vực Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng và một phần khu vực Bắc Giang.

Tình hình tăng trưởng về đường dây 110 kV do Công ty Lưới điện cao thế
miền Bắc quản lý qua các năm được thể hiện trong biểu đồ sau [11]:

Hình 1-2: Biểu đồ tăng trưởng về đường dây 110 kV
do Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc quản lý

21


Hệ thống đường dây 110 kV của Công ty nằm trên tất cả các loại địa hình:
rừng núi, trung du, đồng bằng, ven biển và có nhiều đường dây đã vận hành lâu
năm. Trong đó:
- 310 km đi qua vùng nhiễm mặn.
- 226,7 km đi qua vùng nhiễm hoá chất.
- 390 km đã vận hành trên 25 năm.
- 298 km tiết diện nhỏ (dây dẫn AC 120).
Do những đặc điểm về điều kiện địa lý, thời tiết, môi trường xung quanh của
từng vùng đã làm ảnh hưởng rất lớn đến tình hình vận hành của lưới điện.
Một số đường dây đi qua khu vực đồi núi cao, đặc biệt là các tỉnh miền núi
phía Bắc thường xuyên phải đối mặt với nguy cơ sự cố sạt lở do mưa bão như
đường dây Thác Bà - Tằng Loỏng, đường dây Lào Cai - Phong Thổ, Hịa Bình Mộc Châu, Điện Biên - Tuần Giáo.
Nhiều đường dây đi qua địa hình đồi núi, điện trở suất của đất lớn nên điện
trở nối đất của các cột điện thường rất cao như các khu vực Quảng Ninh, Hà Giang,
Tuyên Quang, Yên Bái, Thái Ngun,... Bên cạnh đó, một số đường dây được thi
cơng không đúng với thiết kế (tiếp địa không rải ra mà cuốn quanh móng cột), điển
hình như đường dây 172 Thái Ngun - Sóc Sơn; đường dây 175, 176 Hồnh Bồ Mông Dương…
Với 15 đường dây đã vận hành trên 25 năm, chất lượng dây dẫn và các phụ
kiện đã xuống cấp, như đường dây Thác Bà - Thái Nguyên, đường dây Ninh Bình Bỉm Sơn... Tồn tại phổ biến của các đường dây này là cột, xà, hệ thống thốt sét bị
han gỉ nhiều dẫn đến tiếp xúc khơng tốt.
1.3.2. Thống kê về sự cố và sự cố do sét đối với đường dây 110 kV của

Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc
Bảng 1-4: Tổng hợp số liệu sự cố đường dây 110 kV giai đoạn 2004 - 2010
do Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc quản lý [11]
22


Sự cố

Năm
2004

Năm
2005

Năm
2006

Năm
2007

Năm
2008

Năm
2009

Năm
2010

Vĩnh cửu

24

25

18

19

24

29

22

Thống qua

183

233

228

211

205

181

206

Kết quả thống kê về tình tình sự cố đường dây 110 kV trong các năm qua
cho thấy, sự cố xảy ra trên đường dây tập trung chủ yếu vào các tháng mùa mưa sét
(tháng 6, 7, 8). Trung bình hàng năm, số vụ sự cố trong các tháng mùa mưa chiếm
từ 70% đến 80% tổng số vụ sự cố đường dây của năm. Trong đó, các vụ sự cố có
nguyên nhân sét đánh chiếm tới 90%, cụ thể về sự cố do sét đánh trong các năm
2008 - 2010 như sau:
- Sự cố vĩnh cửu:
+ Năm 2008: 03 vụ hư hỏng cách điện do sét đánh.
+ Năm 2009: 10 vụ hư hỏng cách điện, trong đó có 05 vụ do sét đánh gây
phóng điện xuyên ty trên cách điện.
+ Năm 2010: 11 vụ hư hỏng cách điện trong đó có 06 vụ do sét đánh.
- Sự cố thoáng qua:
+ Năm 2008: Tổng số vụ sự cố trong các tháng mùa mưa là 175 vụ chiếm
88,2%, trong đó số vụ sự cố do sét đánh vào đường dây là 145 vụ chiếm 73,6%.
+ Năm 2009: Tổng số vụ sự cố trong các tháng mùa mưa là 214 vụ chiếm
89,9%, trong đó số vụ sự cố do sét đánh vào đường dây là 167 vụ chiếm 70%.
+ Năm 2010: Tổng số vụ sự cố trong các tháng mùa mưa là 196 vụ chiếm
89,9%, trong đó số vụ sự cố do sét đánh vào đường dây là 135 vụ chiếm 61,6%.
- Thống kê sự cố cũng cho thấy, sự cố tập trung tại những khu vực có mật độ
sét lớn và điện trở suất của đất cao như Quảng Ninh, Thái Nguyên, Bắc Kạn, Hà
Giang, Yên Bái [11].
Việc sự cố xảy ra trên lưới điện 110 kV gây gián đoạn cấp điện cho các hộ

23