Nghiên cứu tính toán vị trí lắp đặt chống sét van đường dây nhằm giảm thiểu sự cố do sét trên đường dây 110KV 173 174 T500 Quảng Ninh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2 MB, 83 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------
NGUYỄN HẢI ĐĂNG
NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY NHẰM GIẢM
THIỂU SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY 110KV
173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP KHẨU
CỦA CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN BẮC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
Hà nội, 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------
NGUYỄN HẢI ĐĂNG
NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY NHẰM GIẢM
THIỂU SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY 110KV
173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP KHẨU
CỦA CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN BẮC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Ts. Trần Mạnh Hùng
Hà nội 2019
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Hải Đăng
Đề tài luận văn: Nghiên cứu tính tốn vị trí lắp đặt chống sét van đường
dây nhằm giảm thiểu sự cố do sét cho đường dây 110kV 173, 174 T500 Quảng
Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu của Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số SV: CB170153
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 25/4/2019 với
các nội dung sau:
- Đã rà soát sửa chữa tồn bộ lỗi chính tả, lỗi in ấn trong luận văn.
- Đã sửa tên đề tài trong bìa luận văn, điều chỉnh kết luận các chương và kết
luận của luận văn để phù hợp
Ngày
tháng
năm 2019
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
TS. Trần Mạnh Hùng
Nguyễn Hải Đăng
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TS. Nguyễn Xuân Tùng
i
LỜI CAM ĐOAN
Sau một thời gian dài tìm hiểu, nghiên cứu, được sự giúp đỡ của thầy giáo
hướng dẫn TS. Trần Mạnh Hùng cùng các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống
điện – viện Điện – trường Đại học Bách Khoa, cùng các bạn bè đồng nghiệp tôi đã
hồn thành luận văn nghiên cứu này. Tơi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu
của riêng cá nhân tôi, các số liệu thống kê, báo cáo, kết quả tính tốn trong luận văn
là trung thực và chưa được cơng bố trong bất kỳ một tài liệu nào. Có tham khảo một
số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tơi xin
chịu hồn tồn trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2019
Tác giả luận văn
Nguyễn Hải Đăng
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. vii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu luận văn ............................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu của luận văn ................................................................ 3
5. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ LƯỚI ĐIỆN MIỀN BẮC,
HIỆN TRẠNG ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP
KHẨU .........................................................................................................................5
1.
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN MIỀN BẮC [1] ............................................ 5
1.1.
Khối lượng quản lý vận hành ....................................................................5
1.2.
Tình hình sự cố lưới điện 110kV miền Bắc trong những năm gần đây ....6
2. TÌNH HÌNH SỰ CỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY 110KV KHU VỰC QUẢNG
NINH ..................................................................................................................... 11
3.
KẾT LUẬN CHƯƠNG I ............................................................................... 14
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP LUẬN TÍNH TỐN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CHỐNG
SÉT VAN TRÊN ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP
KHẨU .......................................................................................................................16
1.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................. 16
2. PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SUẤT SỰ CỐ ĐƯỜNG
DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP KHẨU .......................... 16
3.
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SUẤT SỰ CỐ CHO TỪNG CỘT ................ 19
4. ÁP DỤNG CÁC TIÊU CHÍ ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CSV CHO
ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP KHẨU ........... 19
5.
LỰA CHỌN VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CHỐNG SÉT VAN ................................... 31
5.1.
Nguyên lý làm việc của CSV ..................................................................31
iii
5.2.
Lựa chọn vị trí (dự kiến) lắp đặt CSV với đường dây 173, 174 T500
Quảng Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu: .................................................................32
6.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .............................................................................. 34
CHƯƠNG III: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC VÀ
PHẦN MỀM MƠ PHỎNG EMTP/ATP ĐỂ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN
CÁCH ĐIỆN ĐƯỜNG DÂY ....................................................................................35
1.
LÝ THUYẾT CHUNG [5] ............................................................................ 35
1.1.
Suất cắt do sét trên đường dây truyền tải phương pháp mơ hình điện hình
học của CIGREE ................................................................................................35
1.2.
Mơ hình hóa các phần tử trong EMTP ....................................................37
2. ÁP DỤNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ
TRÊN ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172 GIÁP KHẨU
42
2.1. Các thông số cột để mô phỏng tại đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh
– 171, 172 Giáp Khẩu ........................................................................................42
2.2. Mô phỏng các chế độ vận hành, sự cố của đường dây 173, 174 T500
Quảng Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu. ..................................................................45
3.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III ............................................................................ 55
KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................57
PHỤ LỤC I: THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171,
172 GIÁP KHẨU ......................................................................................................58
PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ SAU KHI SÀNG LỌC CÁC TIÊU CHÍ ..........................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................73
iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TBA
Trạm biến áp 110kV
ĐZ
Đường dây 11N0kV
CSV
Chống sét van
NPC
Tổng Công ty Điện lực miền Bắc
NGC
Cơng ty Lưới điện cao thế miền Bắc
EVN
Tập đồn Điện lực Việt Nam
BTLT
Cột bê tông ly tâm
DCS
Dây chống sét
VT...
Vị trí cột số...
DCL
Dao cách ly
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Sự cố đường dây 110kV lưới điện miền Bắc trong những năm gần đây. ............. 2
Bảng 1.2. Khối lượng quản lý vận hành lưới điện miền Bắc................................................. 5
Bảng 1.3. Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc trong những năm gần đây ............................ 6
Bảng 1.4. Nguyên nhân các vụ sự cố đường dây 110kV ....................................................... 7
Bảng 1.5. Suất sự cố do EVN giao cho lưới điện 110kV miền Bắc .................................... 11
Bảng 1.6. Số vụ sự cố do sét tại khu vực Quảng Ninh so với toàn miền Bắc ..................... 12
Bảng 2.1. Điện trở tiếp địa yêu cầu theo vùng địa hình quy định bởi quy phạm trang bị điện
BCN-2006 [4] ...................................................................................................... 18
Bảng 2.2. Thống kê sự cố năm 2016 ................................................................................... 22
Bảng 2.3. Thống kê sự cố năm 2017 ................................................................................... 22
Bảng 2.4. Thống kê sự cố năm 2018 ................................................................................... 22
Bảng 2.5. Suất sự cố tại các giá trị điện trở tiếp địa cột ...................................................... 23
Bảng 2.6. Suất sự cố đối với khoảng vượt lớn nhất ............................................................. 24
Bảng 2.7. Suất sự cố đối với khoảng vượt nhỏ nhất ............................................................ 25
Bảng 2.8. Suất sự cố đối với tỉ lệ kvmax/kvmin .................................................................. 26
Bảng 2.9. Suất sự cố đối với độ cao móng cột so với mặt nước biển .................................. 27
Bảng 2.10. Thống kê chênh lệch độ cao giữa 2 cột ............................................................. 29
Bảng 2.11. Thống kê vị trí pha bị sự cố ............................................................................... 30
Bảng 2.12. Vị trí dự kiến lắp đặt CSV đường dây 173 T500 – 171 Giáp Khẩu .................. 33
Bảng 2.13. Vị trí dự kiến lắp đặt CSV đường dây 174 T500 – 172 Giáp Khẩu .................. 33
Bảng 2.14. Vị trí dự kiến lắp đặt CSV đường dây 173, 174 T500 – NR Hà Tu .................. 33
Bảng 3.1. Thông số mô phỏng của chống sét van 110kV ................................................... 40
Bảng 3.2. Thông số mô phỏng cột loại Đ121-27C .............................................................. 43
Bảng 3.3. Thông số mô phỏng cột loại Đ122-38D .............................................................. 44
Bảng 3.4. Thông số mô phỏng cột loại Đ122-33B .............................................................. 44
Bảng 3.5. Thông số mô phỏng cột loại N122-29C .............................................................. 44
Bảng 3.6. Thông số mô phỏng cột loại N121-24B .............................................................. 45
Bảng 3.7. Vị trí lắp đặt CSV đường dây 173 T500 – 171 Giáp Khẩu ................................. 54
Bảng 3.8. Vị trí lắp đặt CSV đường dây 174 T500 – 172 Giáp Khẩu ................................. 55
Bảng 3.9. Vị trí lắp đặt CSV đường dây 173, 174 T500 – NR Hà Tu ................................. 55
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Khối lượng QLVH TBA trong những năm gần đây ......................... 5
Hình 1.2. Khối lượng quản lý vận hành ĐZ 110kV trong những năm gần đây 6
Hình 1.3. Biểu đồ sự cố đường dây so với tổng số vụ sự cố lưới điện 110kV . 7
Hình 1.4. Biểu đồ nguyên nhân sự cố đường dây ............................................. 8
Hình 1.5. Tỉ lệ sự cố đường dây xảy ra tại khu vực Quảng Ninh ................... 12
Hình 2.1. Sơ đồ 1 sợi đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh – 171, 172 Giáp
Khẩu ................................................................................................ 20
Hình 2.2. Sơ đồ 1 sợi đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh nhánh rẽ Hà Tu
......................................................................................................... 21
Hình 2.3. Biểu đồ suất sự cố của các giá trị tiếp địa cột ................................. 23
Hình 2.4. Biểu đồ suất sự cố đối với khoảng vượt lớn nhất ........................... 24
Hình 2.5. Biểu đồ suất sự cố đối với khoảng vượt nhỏ nhất........................... 25
Hình 2.6. Biểu đồ suất sự cố đối với tỉ lệ kvmax/kvmin ................................ 26
Hình 2.7. Biểu đồ suất sự cố đối với độ cao móng cột ................................... 27
Hình 2.8. Cách xác định chênh lệch độ cao hai đỉnh cột giữa hai cột lân cận,
trong trường hợp này chênh lệch đỉnh cột Δh2 được sử dụng để
phân tích .......................................................................................... 28
Hình 2.9. Biểu đồ suất sự cố với chênh lệch độ cao giữa hai cột ................... 29
Hình 2.10. Biểu đồ pha bị sự cố ...................................................................... 30
Hình 2.11. Hoạt động của CSV đường dây .................................................... 32
Hình 3.1. Mơ phỏng điện hình học đường dây treo 2 dây chống sét xác định
khoảng cách thu hút sét ................................................................... 35
Hình 3.2. Mơ hình điện hình học cột 2 mạch có 2 DCS ................................. 38
Hình 3.3. Mơ hình thay thế chống sét van trong EMTP ................................. 40
Hình 3.4. Mơ hình nguồn sét ........................................................................... 41
Hình 3.5. Giá trị cài đặt nguồn sét .................................................................. 41
Hình 3.6. Mơ hình cột 2 mạch được mơ phỏng ............................................. 42
Hình 3.7. Mơ hình cột Đ121 – 27C................................................................. 43
vii
Hình 3.8. Cách bố trí pha cột Đ121 – 27C...................................................... 46
Hình 3.9. Mơ phỏng đường dây trong điều kiện vận hành bình thường ........ 47
Hình 3.10. Kết quả mơ phỏng pha A1 trong điều kiện vận hành bình thường
......................................................................................................... 47
Hình 3.11. Kết quả mô phỏng điện áp cách điện trên pha A1, khi có sét đánh
vào đỉnh cột (khơng lắp đặt CSV) .................................................. 48
Hình 3.12. Kết quả mơ phỏng điện áp cách điện trên pha A2, khi có sét đánh
vào đỉnh cột (khơng lắp đặt CSV) .................................................. 48
Hình 3.13. Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha B1 khi có sét đánh
vào đỉnh cột ..................................................................................... 49
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha C1 khi có sét đánh
vào đỉnh cột ..................................................................................... 49
Hình 3.15. Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha
B1), khi có sét đánh vào đỉnh cột................................................... 50
Hình 3.16. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha
B1), khi có sét đánh vào đỉnh cột................................................... 51
Hình 3.17. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha
B1, C1), khi có sét đánh vào đỉnh cột. ............................................ 51
Hình 3.18. Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha
B1, C1), khi có sét đánh vào đỉnh cột. ............................................ 52
Hình 3.19. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha A
tại cột kế tiếp), khi có sét đánh vào đỉnh cột. ................................. 52
Hình 3.20. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1, A2 (lắp CSV
pha A tại cột kế tiếp), khi có sét đánh vào đỉnh cột ........................ 53
Hình 3.21. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha
A1, A2), khi có sét đánh vào đỉnh cột. ........................................... 53
Hình 3.22. Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha
A1, A2), khi có sét đánh vào đỉnh cột. ........................................... 54
viii
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Quá điện áp do sét là một vấn đề ln có tính thời sự đối với bất kỳ lưới điện nào.
Bảo vệ quá điện áp do sét trong hệ thống điện là một vấn đề rất phức tạp do tính
ngẫu nhiên của sét, sự phức tạp của địa hình, sự khơng đồng bộ của thiết bị, tính
phức tạp của hệ thống điện ngày càng tăng cũng như yêu cầu về cung cấp điện
không gián đoạn ngày càng cao.
Bảo vệ chống quá điện áp do sét trên lưới truyền tải từ 69kV trở lên đã được
thế giới nghiên cứu từ những năm 1930s. Nhiều lý thuyết, thiết bị đã được phát triển
để phù hợp với từng cấp điện áp cụ thể, từng loại địa hình và khu vực địa lý. Tuy
nhiên, đặc điểm của những nghiên cứu này là chúng có tính địa phương cao do mức
độ nguy hiểm của quá điện áp do sét phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở
trên. Chính vì vậy, các nghiên cứu này thường chỉ được ứng dụng cho những khu
vực cụ thể. Các kết quả do đó chỉ mang tính hướng dẫn ngun tắc. Việc áp dụng
những kết quả này vào thực tế, ví dụ như địa hình Việt Nam, cần phải có nghiên
cứu chuyên sâu mang tính khu vực nhằm đảm bảo kết hợp các yếu tố địa hình và
địa lý cũng như đặc trưng của đường dây.
Tại Việt Nam, có rất ít nghiên cứu về quá điện áp do sét đối với lưới điện nói
chung và lưới điện từ 110 kV trở lên nói riêng. Từ năm 2010 trở lại đây, bắt đầu có
một vài nghiên cứu về chống quá điện áp do sét ở lưới truyền tải phối hợp giữa
Tổng công ty truyền tải điện quốc gia (NPT) và Đại học Bách Khoa Hà Nội, đề tài
Nghiên cứu khoa học cấp Tập đoàn Điện lực Việt nam về vấn đề lắp đặt chống sét
van cho đường dây tải điện cao áp. Mặc dù các kết quả đạt được tương đối triển
vọng nhưng phạm vi ứng dụng của chúng chỉ giới hạn ở lưới 220kV và 500kV.
Nghiên cứu quá điện áp do sét cho lưới 110kV hầu như chưa có.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của lưới điện 110kV trong những năm
gần đây, tình hình sự cố do sét trên lưới 110kV của miền Bắc cũng tăng mạnh.
Điển hình trong những năm gần đây, như bảng dưới đây:
1
Bảng 1.1. Sự cố đường dây 110kV lưới điện miền Bắc trong những năm gần
đây.
Năm
Sự cố
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Số vụ SC đường dây
280
294
296
280
197
329
Do sét
137
155
185
141
115
215
48,93
52,72
62,5
50,36
58,38
65,35
Tỉ lệ (%)
Theo thống kê và phân loại sự cố nhận thấy đối với sự cố đường dây 110kV
nguyên nhân do q điện áp khí quyển ln chiếm tỉ trọng cao, dao động trong
khoảng 48,93% (năm 2013) đến 65,35% (năm 2018). Suất sự cố của một số đường
dây, đặc biệt ở khu vực Quảng Ninh tăng cao bất thường, tập trung chủ yếu ở các
đường 173, 174 T500 Quảng Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu; Quảng Ninh- Hà Tu
(Đường 173, 174, 175, 176), ng Bí- Hồnh Bồ (175A53). Chính vì vậy, sự cố do
sét là một trong những nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới việc hoàn thành chỉ tiêu
suất sự cố cho các đường dây 110 kV theo yêu cầu của EVN.
Mặc dù Tổng Công ty Điện lực miền Bắc đã sử dụng rất nhiều biện pháp để nâng
cao khả năng chống sét cho các đường dây này nhưng tình hình vẫn chưa được cải
thiện nhiều.
2. Mục đích nghiên cứu luận văn
Các lý do dẫn đến tình trạng này có thể là:
- Các biện pháp cải thiện khả năng chống sét đang được NPC áp dụng như
tăng số lượng bát cách điện, giảm điện trở cột, lắp chống sét van được thực hiện chỉ
dựa vào lý thuyết cơ bản mà chưa có tính tốn chi tiết. Chính vì vậy, rất khó đánh
giá được hiệu quả của từng phương pháp.
- Quá trình thiết kế bảo vệ chống quá điện áp khí quyển cho
đường dây khơng có tính tốn chi tiết, chủ yếu dựa theo tiêu chuẩn và quy trình quy
phạm mà không xét đến đặc thù của từng vùng địa lý, địa hình mà đường dây đi
qua.
2
Do đó, cơng tác vận hành lưới điện 110kV gặp nhiều khó khăn do khơng thể
biết chính xác ngun nhân của suất sự cố do sét tăng cao nằm ở khâu thiết kế hay
khâu vận hành. Các biện pháp cải thiện suất sự cố do sét áp dụng hiện nay chỉ mang
tính tình thế và chưa được giải quyết một cách thấu đáo, như biện pháp lắp đặt
chống sét van đã được chứng minh có hiệu quả trên một số đường dây của NPC, tuy
nhiên có hạn chế là chi phí quá cao nếu lắp đặt trên tất cả các tuyến đường dây.
Chính vì vậy việc nghiên cứu nhằm chuẩn hoá các phương pháp hiện tại, đề
xuất một số biện pháp mới, áp dụng các kết quả tính tốn này trên một đường dây
cụ thể là một việc rất cấp thiết trong tình hình hiện nay nhằm giảm thiểu sự cố do
sét cho các đường dây 110 kV hiện tại cũng như các đường dây sẽ xây dựng trong
tương lai.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu mà đề tài đặt ra là đường dây 110kV 173, 174 T500
Quảng Ninh – 171, ,172 Giáp Khẩu thuộc khu vực tỉnh Quảng Ninh.
- Thực hiện thu thập số liệu, sử dụng cơng cụ mơ phỏng để nghiên cứu, tính
tốn vị trí lắp đặt chống sét van đường dây 110kV 173, 174 T500 Quảng Ninh –
171, ,172 Giáp Khẩu, nhằm:
- Giảm suất cắt do sét trên đường dây 110 kV
4. Phương pháp nghiên cứu của luận văn
- Áp dụng lý thuyết cơ bản và nâng cao về kỹ thuật điện cao áp, phối hợp cách
điện, phóng điện trong mơi trường khơng khí và trên bề mặt cách điện.
- Khảo sát đường dây thực tế và các biện pháp chống sét đang được sử dụng
- Sử dụng các công cụ thống kê xử lý dữ liệu, ứng dụng mơ hình điện hình học
trong tính tốn số lần sét đánh, sử dụng phần mềm mô phỏng quá độ điện từ EMTP
(Electro Magnetic Transient Program) để nghiên cứu hiện tượng quá điện áp do sét.
Phần mềm EMTP ( ) là công cụ hàng đầu trên thế
giới được sử dụng trong quá trình nghiên cứu hiện tượng quá độ điện từ trong Hệ
thống điện nói chung và hiện tượng quá điện áp nói riêng.
- Áp dụng tính tốn lý thuyết và điều chỉnh cho phù hợp với đường dây 110kV
173, 174 T500 Quảng Ninh – 171, ,172 Giáp Khẩu.
3
5. Nội dung nghiên cứu
Luận văn tìm hiểu và tổng hợp một cách toàn diện về vấn đề Sét và vấn đề
chống sét trong hệ thống điện, bao gồm :
1. Lưới điện 110kV, tình hình sự cố do sét và các biện pháp chống sét đang
sử dụng trên lưới 110kV của NPC.
2. Tính tốn, đề xuất vị trí lắp đặt CSV trên đường dây 173, 174 T500 Quảng
Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu
3. Tìm hiểu và sử dụng phần mềm EMTP/ATP để chứng mình hiệu quả cũng
như xác định vị trí lắp đặt CSV cho đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh – 171,
172 Giáp Khẩu
4. Các đánh giá và kết luận chung.
4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ LƯỚI ĐIỆN MIỀN
BẮC, HIỆN TRẠNG ĐƯỜNG DÂY 173, 174 T500 QUẢNG NINH – 171, 172
GIÁP KHẨU
1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN MIỀN BẮC [1]
1.1.
Khối lượng quản lý vận hành
Tính đến hết năm 2018, lưới điện miền Bắc có 243 TBA 110kV, 01 trạm cắt
110kV với tổng dung lượng đặt 18.219 MVA; 8.541,85km đường dây 110kV và
1.219,7km đường dây 110kV khách hàng đấu nối lưới 110kV.
Bảng thống kê khối lượng quản lý 110kV qua các năm:
Bảng 1.2. Khối lượng quản lý vận hành lưới điện miền Bắc
Năm
2013
ĐZ (km)
6.133,9
TBA 110kV
146
2014
2015
2016
2017
2018
7.216,44 7.709,95 8.032,54 8.294.343 8541.85
205
209
216
228
Hình 1.1. Khối lượng QLVH TBA trong những năm gần đây
5
243
Hình 1.2. Khối lượng quản lý vận hành ĐZ 110kV trong những năm gần đây
Theo số liệu nêu trên, nhận thấy hàng năm số lượng ĐZ và TBA 110kV trên
lưới điện miền Bắc tăng trưởng khá nhanh, cùng với tốc độ tăng trưởng phụ tải, với
yêu cầu cung cấp điện ổn định ngày càng tăng, luôn là một thách thức đối với NPC
nói chung và với các đơn vị QLVH nói riêng.
1.2.
Tình hình sự cố lưới điện 110kV miền Bắc trong những năm gần
đây
a) Tình hình sự cố trong những năm gần đây:
Bảng 1.3. Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc trong những năm gần đây
Năm
2013
Năm
2014
Năm
2015
Năm
2016
Năm
2017
Năm
2018
Kéo dài
201
175
145
160
82
99
Thoáng qua
114
119
151
120
115
206
Tổng số sự cố ĐZ
315
294
296
280
197
329
Sự cố TBA
120
77
42
48
52
115
Năm
Số vụ sự cố
đường dây
110kV
6
500
400
300
200
Sự cố ĐZ
100
Tổng số sự cố
0
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Hình 1.3. Biểu đồ sự cố đường dây so với tổng số vụ sự cố lưới điện 110kV
Theo bảng thống kê ở trên, ta thấy số vụ sự cố đường dây chiếm đa số các vụ
sự cố xảy ra trên lưới điện miền Bắc
b) Phân tích nguyên nhân sự cố đường dây:
Bảng 1.4. Nguyên nhân các vụ sự cố đường dây 110kV
Nguyên nhân sự cố đường dây
Vi phạm hành lang
Phân loại
sự cố qua
các năm
Do
sét
Năm 2013
Vi
phạm
hành
lang
khác
Cây
đổ vào
đường
dây
Do xe
cơ
giới
137
15
16
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
48.93
5.36
Năm 2014
155
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
Năm 2015
Bão
lũ
Giông
lốc
Đứt
dây
Tụt
lèo
Hỏng
cách
điện
Khác
24
54
17
3
6
3
5
5.71
8.57
19.29
6.07
1.07
2.14
1.07
1.79
31
14
28
32
6
3
1
7
17
52.72
10.54
4.76
9.52
10.88
2.04
1.02
0.34
2.38
5.78
185
20
16
14
1
15
1
1
6
37
7
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
62.5
6.76
5.41
4.73
0.34
5.07
0.34
0.34
2.03
12.50
Năm 2016
141
15
2
11
53
18
8
0
2
30
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
50.36
5.36
0.71
3.93
18.93
6.43
2.86
0.00
0.71
10.71
Năm 2017
115
10
8
12
17
6
2
4
2
21
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
58.38
5.08
4.06
6.09
8.63
3.05
1.02
2.03
1.02
10.66
Năm 2018
215
26
5
13
5
19
5
2
5
34
Tỉ lệ %: số
vụ/tổng số
vụ ĐZ
65.35
7.90
1.52
3.95
1.52
5.78
1.52
0.61
1.52
10.33
Qua bảng số liệu trên ta thấy, số vụ sự cố đường dây 110kV có nguyên nhân
do sét chiếm đa số, trong 06 năm gần đây, tỉ lệ các vụ sự cố có nguyên nhân do sét
chiếm trung bình 56,37%.
Ngun nhân sự cố đường dây
Khác
32.06%
Sét
Sét 56.37%
Hàng lang
Giơng
Khác
6.83%
4.74%
Hình 1.4. Biểu đồ nguyên nhân sự cố đường dây
8
Mặc dù NPC đã thực hiện rất nhiều giải pháp để giảm thiểu sự cố do sét,
trong đó tập trung vào 05 giải pháp để thực hiện:
*) Giải pháp 1: Tăng cường tiếp địa, giảm trị số điện trở nối đất đường dây:
Vùng đồi núi, vùng cát ven biển có điện trở suất rất cao, điện trở nốt đất nhiều vị trí
có giá trị >30Ω, khả năng tản sét kém, gây phóng điện ngược qua chuỗi cách điện.
Các khu vực này đang được tăng cường nối đất chân cột nhằm giảm trị số điện trở
nối đất chân cột đường dây, tăng cường khả năng tản sét, hạn chế phóng điện
ngược. Riêng các đường dây nằm trên vùng đồi núi cao các tỉnh phía Bắc, giải pháp
tăng cường cọc tiếp địa không cải thiện được giá trị điện trở nối đất nên phải áp
dung các giải pháp khác kết hợp như: khoan giếng tăng cường tiếp địa, lắp thêm
chống sét van...
*) Giải pháp 2: Tăng cường dây thoát sét dọc thân trụ BTLT
Các cột bê tong ly tậm đều được tận dụng kết cấu thép bên trong thân trụ BTLT làm
đường thoát sét, sau thời gian vận hành lâu dài bị gỉ sét tại vị trí mặt bích, điểm bắt
dây nối đất, dây chống sét dẫn đến khả năng thoát sét kém, gây sự cố. Giải pháp
khắc phục: dùng dây TK50 nối liên kết từ dây chống sét đến cờ nối đất gốc trụ
nhằm tăng cường khả năng thoát sét.
*) Giải pháp 3: Tăng cường cách điện
Chuỗi cách điện không đáp ứng được ở những khu vực có tần suất sét cao, xung sét
lớn, nên khi sét đánh gây quá điện áp cảm ứng. Giải pháp khắc phục: tăng cường
cách điện các vị trí nằm trong khu vực đồi núi, khu vực có tần suất sét cao, các vị
trí có điện trở nối đất lớn, khả năng giảm điện trở nối đất rất khó hoặc chi phí lớn.
*) Giải pháp 4: Cải tạo góc bảo vệ của DCS
Các đường dây được cải tạo nâng xà, nâng độ võng dây dẫn khi đó khoảng cách xà
đến DCS ngắn lại, góc bảo vệ của DCS không đạt quy phạm làm tăng nguy cơ sét
đánh trực tiếp vào dây dẫn. Giải pháp khắc phục là nâng cao đỉnh trụ để nâng cao
DCS.
*) Giải pháp 5: Lắp chống sét van (CSV) cho đường dây
9
- Các vị trí trụ nằm trên đồi cao, các trụ vượt sông là điểm cao nhất nên nguy cơ bị
sét đánh rất cao. Để ngăn ngừa sự cố, ngoài công tác cải tạo hệ thống nối đất cột
điện, các vị trí này cần lắp chống sét van đường dây để nhanh chóng giải phóng quá
điện áp trên đường dây, tăng cường hiệu quả chống sét. Trên lưới 110kV của NPC
đã thực hiện ở tất cả các tỉnh, tập trung nhiều cho khu vực miền núi Lào Cai, Sơn
La, Lai Châu, Quảng Ninh, …
Dựa trên 05 giải pháp nêu trên, NPC đã thực hiện rất nhiều các công việc
trên đường dây để giảm thiểu sự cố do sét, cụ thể là:
- Hoán đổi, lắp chống sét van trên các đường dây tại khu vực có mật độ sét cao và
trên các đường dây nhiều sự cố do sét, tổng số 467 vị trí.
- Triển khai dự án lắp 135 bộ chống sét van trên các đường dây 110kV tại khu vực
có mật độ sét cao, các đường dây bị sự cố nhiều do giông sét
- Lắp đặt nối đất dạng vịng (Potential control ring) trên đường dây 110kV Mơng
Dương – Tiên Yên.
- Giải pháp giảm tổng trở sóng trên cột điện 110kV (lắp đặt dây néo thoát sét) trên
đường dây 110kV Nhánh rẽ Cẩm Phả, 175, 176T500 Quảng Ninh – E5.1 Mông
Dương...
- Thực hiện thử nghiệm giải pháp đa tia mềm trên đường dây 173, 174 T500 Quảng
Ninh - 171, 172 E5.2 Giáp Khẩu.
- Thực hiện bổ sung sửa chữa hệ thống nối đất chân cột cho các đường dây lâu năm,
có nhiều sự cố và trị số nối đất cao;
- Thực hiện thử nghiệm công nghệ giảm trị số điện trở nối đất của Công ty Bipron CHLB Nga cho 04 vị trí cột trên đường dây 171, 172 A5.20 NĐ Cẩm Phả - E5.27
Vân Đồn.
- Thực hiện bổ sung sửa chữa hệ thống nối đất chân cột cho các đường dây lâu năm,
có nhiều sự cố và trị số nối đất cao.
Nhận xét: Tuy đã thực hiện nhiều cơng việc trên đường dây nhưng số vụ sự
cố có nguyên nhân do sét vẫn chiếm tỉ lệ cao
10
Nguyên nhân do các giải pháp này chỉ mang tính định tính, kinh nghiệm,
chưa có cơ sở lý luận vững chắc.
Với yêu cầu cấp điện ngày càng cao, suất sự cố do EVN giao trên lưới điện
110kV miền Bắc ngày càng thấp, cụ thể:
Bảng 1.5. Suất sự cố do EVN giao cho lưới điện 110kV miền Bắc
Năm
2013
2014
2015
2016
2017
2018
1,551
1,473
1,399
0,885
0,788
0,701
Suất sự cố
EVN
giao/100km
(lần)
Để đáp ứng được các yêu cầu về suất sự cố do EVN giao, NPC cần có các
giải pháp cụ thể hơn nữa để thực hiện, trong đó:
*) Giải pháp dài hạn: phải có quy định cụ thể ngay từ khâu thiết kế mới
đường dây, việc định hướng tuyến đường dây tránh các khu vực có mật độ sét cao
là rất cần thiết để giảm sự cố do sét.
*) Giải pháp ngắn hạn: Đối với những đường dây đã đóng điện vận hành,
việc giảm thiểu sự cố là vơ cùng khó khăn, nên áp dụng giải pháp lắp đặt CSV với
ưu điểm là lắp đặt đơn giản, hiệu quả cao, tuy nhiên giải pháp này cũng có nhược
điểm là giá thành cao, cường độ hỏng thiết bị sẽ tăng lên do ta lắp đặt thêm phần tử
vào lưới điện.
2. TÌNH HÌNH SỰ CỐ CÁC ĐƯỜNG DÂY 110KV KHU VỰC QUẢNG
NINH
Trong những năm gần đây, thời tiết bất thường, khu vực Quảng Ninh là nơi
tập trung mưa sét, theo Quy phạm chống sét và tiếp đất cho các cơng trình viễn
thơng (TCN68 – 174: 1998) của Tổng cục Bưu điện Việt Nam thì Quảng Ninh
thuộc khu vực có mật độ sét:
Ng = 0,1215. Td
11
Trong đó: - Ng là mật độ sét (lần/km2.năm)
- Td là số ngày dơng trung bình trong năm của khu vực
theo khảo sát, Td khu vực Quảng Ninh là: 74 ngày, do vậy mật độ sét khu
vực Quảng Ninh có giá trị: Ng = 8,991 (lần/km2.năm)
Với mật độ sét cao như vậy, dẫn đến số vụ sự cố đường dây của khu vực
Quảng Ninh luôn chiếm tỉ lệ cao trên lưới điện miền Bắc, cụ thể:
Bảng 1.6. Số vụ sự cố do sét tại khu vực Quảng Ninh so với toàn miền Bắc
Năm
2013
Số vụ
2014
2015
2016
2017
2018
Số vụ/tổng số vụ sự cố
97/315 91/294 54/296 70/280 41/197 48/329
Tỉ lệ %
30,79
30,95
18,24
25,0
20,81
14,59
Qua bảng số liệu trên, ta thấy trong 06 năm trở lại đây, khu vực Quảng Ninh
có số vụ sự cố đường dây 110kV trung bình chiếm ≈ 23,4% tổng số vụ sự cố xảy ra
trên lưới điện 110kV miền Bắc.
Số vụ sự cố ĐZ khu vực Quảng Ninh
23.4%
Quảng Ninh
Các khu vực khác
76.6%
Hình 1.5. Tỉ lệ sự cố đường dây xảy ra tại khu vực Quảng Ninh
12
Khu vực Quảng Ninh với địa hình phức tạp bao gồm đồi, núi, biển.. với tầng
địa chất nhiều khoáng sản nên Quảng Ninh là 1 trong những khu vực thu hút sét
nhất tại miền Bắc, dẫn tới số vụ sự cố đường dây tại khu vực này luôn chiếm tỉ lệ
cao, vấn đề giảm thiểu sự cố đường dây 110kV khu vực Quảng Ninh luôn được
NPC quan tâm hàng đầu.
Tại khu vực Quảng Ninh, đường dây 173, 174 T500 – 171, 172 Giáp Khẩu là
một trong những đường dây có suất sự cố cao, do địa hình cũng như kết cấu đường
dây này khá phức tạp, bao gồm những đoạn mạch đơn, mạch kép và 4 mạch, nhiều
nhánh rẽ..., với đặc trưng bao gồm:
- Đường dây 110kV 173, 174T500 Quảng Ninh - Giáp Khẩu chủ yếu nằm
trên đồi núi cao, tuyến đường dây chạy bám theo đường tỉnh lộ 327 hướng Hạ Long
đi Vũ Oai. Đây là đường dây mạch kép có chiều dài là 2x16,5km, tuyến đường dây
có 22 khoảng cột giao chéo đường tỉnh lộ 327, và các đường vận tải than của các
mỏ than.
- Cột số 51 – 57 nằm ở khu vực đông dân, cột 21 - 22 nằm ở khu vực sơng
suối, các vị trí còn lại nằm trên đồi núi cao, và các vị trí cột 9 – 11 nằm trên đồng
ruộng.
- Đường dây được đưa vào vận hành năm: 1986; năm 2006 cải tạo đoạn
đường dây tránh bãi thải xỉ của NM nhiệt điện Quảng Ninh nên đi chung cột với
ĐZ 174 từ vị trí cột 23-35. Đến năm 2011 cải tạo đoạn đường dây tránh công
trường khai thác than của công ty than Hòn Gai nên đi chung cột với ĐZ 174 từ vị
trí cột 41-50;
- Điểm đầu: Xà pc tích 173, 174 T500;
- Điểm cuối: DCL 171-7, 172-7 E5.2;
- Số mạch: mạch kép từ cột (01-13; 23-35; 41-50); 01 mạch từ cột (14 - 22;
36-40; 51-59); ;
- Tổng chiều dài tuyến dây: 16,5km;
- Dây dẫn: ACSR – 240; ACSR – 185; AC – 120;
- Dây chống sét: TK – 50 và OPGW – 70;
13
- Chủng loại cột: Cột sắt mạ kẽm;
- Tiếp địa các cột trên tuyến: Tiếp địa tia.
- Tổng số cột trên toàn tuyến: 111 cột.
- Các nhánh rẽ: Nhánh rẽ Hà Tu (E5.10); Nhánh rẽ Công ty than Hà Lầm
(E5.28);
- Thơng số đường dây: (chi tiết theo phụ lục 1)
Tình hình sự cố đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh – 171, 172 Giáp
Khẩu trong các năm gần đây cũng chiếm tỉ lệ cao, được thống kê theo bảng ở dưới:
Bảng 1.7. Tình hình sự cố đường dây 173, 174 T500 Quảng Ninh – 171, 172 Giáp
Khẩu
Năm
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Số vụ sự cố
04
09
10
02
04
02
Do đặc thù đường dây như vậy, nên tác giả đã chọn đường dây 173, 174 T500
Quảng Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu là đối tượng để nghiên cứu và đưa ra giải pháp
giảm thiểu sự cố trong luận văn này.
3. KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Thông qua Chương 1 tác giả đã rút ra được một số ý sau:
- Hàng năm số lượng ĐZ và TBA 110kV trên lưới điện miền Bắc tăng trưởng
nhanh, cùng với tốc độ tăng trưởng phụ tải, với yêu cầu cung cấp điện ổn định ngày
càng tăng, ln là một thách thức đối với NPC nói chung và với các đơn vị QLVH
nói riêng.
- Trong 06 năm gần đây, số vụ sự cố đường dây có nguyên nhân do sét luôn chiếm
tỉ lệ cao mặc dù NPC đã thực hiện rất nhiều các giải pháp nhằm giảm thiểu sự cố,
tuy nhiên suất sự cố vẫn không được như mong đợi. Tác giả cũng đưa ra các giải
pháp ngắn hạn, dài hạn để giảm thiểu sự cố
- Khu vực Quảng Ninh là một trong những khu vực có mật độ sét, cũng như số vụ
sự cố đường dây 110kV ln ở mức cao (trung bình chiếm ≈ 23,4% tổng số vụ sự
14
cố xảy ra trên lưới điện 110kV miền Bắc), trong đó đường dây 173, 174 T500
Quảng Ninh – 171, 172 Giáp Khẩu là một trong những đường dây chưa đạt được
suất sự cố do EVN giao, qua đó tác giả đã lựa chọn đường dây trên là đối tượng
nghiên cứu để tính tốn và lựa chọn vị trí lắp đặt CSV nhằm giảm thiểu sự cố.
15
