Nghiên cứu tính toán vị trí đặt chống sét van đường dây 110kv t500 quảng ninh mông dương của công ty lưới điện cao thế miền bắc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.35 MB, 87 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Đặng Văn Cung
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN
ĐƯỜNG DÂY 110 kV T500 QUẢNG NINH – MÔNG DƯƠNG CỦA
CÔNG TY LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ MIỀN BẮC
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Trần Mạnh Hùng
Hà Nội – Năm 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: Đặng Văn Cung
Đề tài luận văn: Nghiên cứu, tính tốn vị trí đặt chống sét van
đường dây 110kV T500 Quảng Ninh – Mông Dương của Công ty Lưới
điện cao thế miền Bắc.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số SV: CB170148
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
26/4/2019 với các nội dung sau:
- Đã thực hiện chỉnh sửa các lỗi chính tả trong quyển.
Ngày
tháng
năm 2019
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
TS. Trần Mạnh Hùng
Đặng Văn Cung
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
GS.TS Lã Văn Út
Mục lục
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 4
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................... 7
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 7
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn ........................................................... 9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 9
4. Phương pháp nghiên cứu của luận văn ..................................................... 9
5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 10
CHƯƠNG 1..................................................................................................... 11
TÌNH HÌNH SỰ CỐ LƯỚI ĐIỆN 110 kV MIỀN BẮC, HIỆN TRẠNG
ĐƯỜNG DÂY 175, 176 T500 QUẢNG NINH – MÔNG DƯƠNG VÀ MỘT
SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐANG SỬ DỤNG ĐỂ GIẢM THIỂU SỰ CỐ DO SÉT
......................................................................................................................... 11
1.1. Tổng quan về tình hình sự cố lưới điện 110 kV miền Bắc .................. 11
1.1.1. Khối lượng quản lý vận hành ...................................................... 11
1.1.2. Tình hình sự cố các đường dây 110 kV khu vực phía Bắc những
năm gần đây .............................................................................................. 12
1.2. Các giải pháp đã thực hiện để giảm thiểu sự cố do sét trên lưới điện
110 kV miền Bắc ............................................................................................. 13
1.2.1. Giải pháp giảm thiểu sự cố do sét trên đường dây 110kV ......... 13
1.2.2. Các công việc cụ thể đã triển khai trên lưới điện 110kV để giảm
thiểu sự cố do sét [1]................................................................................... 15
1.3. Hiện trạng Lưới điện khu vực Quảng Ninh và đường dây 175, 176
T500 Quảng Ninh – Mơng Dương .................................................................. 16
1.3.1. Tình hình vận hành lưới điện khu vực Quảng Ninh ................... 16
1.3.2. Đặc điểm địa hình tuyến đường dây 175, 176 T500 Quảng Ninh
– Mông Dương: ......................................................................................... 18
1
1.3.3. Đặc điểm và thông số kỹ thuật tuyến đường dây ....................... 18
1.3.4. Chỉ tiêu suất sự cố tính theo từng cột của đường dây 175, 176
T500 Quảng Ninh – Mơng Dương ........................................................... 19
1.3.5. Tình hình sự cố đường dây trong các năm 2016-2018 ............... 20
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ NHẬN DIỆN
NGUYÊN NHÂN GÂY SỰ CỐ DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY 175, 176 T500
QUẢNG NINH – MÔNG DƯƠNG ............................................................... 23
2.1. Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 23
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến suất sự cố do sét ........................................ 23
2.2.1. Ảnh hưởng của điện trở tiếp địa cột ........................................... 25
2.2.2. Ảnh hưởng của khoảng cột lớn ................................................... 26
2.2.3. Ảnh hưởng của khoảng cột nhỏ .................................................. 27
2.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ khoảng cột lớn/khoảng cột nhỏ .................. 28
2.2.5. Ảnh hưởng của độ cao móng cột ................................................ 29
2.2.6. Ảnh hưởng của độ cao đỉnh cột so với mặt nước biển ............... 30
2.2.7. Ảnh hưởng của chênh lệch độ cao đỉnh cột giữa hai cột lân cận 30
2.2.8. Ảnh hưởng của loại cột ............................................................... 32
2.2.9. Vị trí pha bị phóng điện .............................................................. 33
2.3. Tính tốn, xác định vị trí lắp đặt CSV ............................................... 34
2.3.1. Nguyên lý làm việc của CSV ...................................................... 34
2.3.2. Tính tốn các vị trí lắp đặt CSV ................................................. 35
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG Q ĐIỆN ÁP SÉT KHI ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH ĐIỆN HỌC VÀ
PHẦN MỀM MƠ PHỎNG EMTP/ATP ......................................................... 44
3.1. Suất cắt do sét trên đường dây tải điện [5] .......................................... 44
3.1.1. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn .................................. 44
3.1.2. Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vượt .................. 45
3.2. Mơ hình hóa các phần tử trong EMTP................................................. 46
3.2.1. Mơ hình đường dây ..................................................................... 46
3.2.2. Mơ hình cột ................................................................................. 47
2
3.2.3. Mơ hình chuỗi cách điện và mơ hình khe hở phóng điện ............. 48
3.2.4. Mơ hình điện trở nối đất chân cột ................................................. 48
3.2.5. Mơ hình chống sét van [6] ............................................................ 48
3.2.6. Mơ hình nguồn sét ........................................................................ 49
3.3. Áp dụng mơ hình để tính tốn và mơ phỏng bằng phần mềm
EMTP/ATP...................................................................................................... 51
3.3.1. Thông số các loại cột đường dây .................................................... 51
3.3.2. Mơ phỏng các chế độ vận hành bình thường, chế độ sự cố đường
dây 175, 176 T500 Quảng Ninh – Mông Dương...................................... 53
KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 82
3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là nghiên
cứu của riêng cá nhân tơi, các kết quả tính tốn trong luận văn là trung thực và chưa
được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào. Có tham khảo một số tài liệu và bài báo
của các tác giả trong và ngồi 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 22 tháng 4 năm 2019
Tác giả luận văn
Đặng Văn Cung
1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TBA
Trạm biến áp 110kV
ĐZ
Đường dây 110kV
CSV
Chống sét van
NPC
Tổng công ty Điện lực miền Bắc
NGC
Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc
BTLT
Cột bê tơng ly tâm
DCS
Dây chống sét
VT...
Vị trí cột số...
DCL
Dao cách ly
2
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1
Khối lượng quản lý vận hành lưới điện miền Bắc
Bảng 1.2
Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc giai đoạn 2014 – 2018
Bảng 1.3
Chỉ tiêu suất sự cố lưới điện 110kV EVN giao cho Công ty
Lưới điện cao thế miền Bắc
Bảng 1.4
So sánh sự cố khu vực Quảng Ninh và một số khu vực khác có
khối lượng QLVH và điều kiện địa hình tương đồng.
Bảng 1.5
Thống kê sự cố lưới đường dây 175, 176 T500 Quảng Ninh –
Mơng Dương.
Bảng 2.1
Thơng kế các vị trí theo mức ư tiên lắp đặt CSV trên đường dây
trục chính
Bảng 2.2
Các vị trí lắp đặt trên đường dây nhánh rẽ trạm 110kV Cẩm Phả
Bảng 3.1
Đặc tính U-I của chống sét van 110kV
Bảng 3.2
Thông số mô phỏng cột loại N121-24B
Bảng 3.3
Thông số mô phỏng cột loại N121-27C
Bảng 3.4
Thông số mô phỏng cột loại N121-29C
Bảng 3.5
Thông số mô phỏng cột loại N121-34B
Bảng 3.6
Thông số mô phỏng cột loại N121-38B
3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1
Phân loại ngun nhân sự cố lưới điện miền Bắc giai đoạn 2014 –
2018
Hình 1.2
So sánh sự cố khu vực Quảng Ninh và các khu vực khác 2016 –
2018
Hình 2.1
Bản đồ mật độ sét khu vực phía Bắc (nguồn: Viện Vật lý địa cầu)
Hình 2.2
Tỷ lệ % phân nhóm theo điện trở nối đất cột
Hình 2.3
Suất sự cố phân nhóm theo điện trở nối đất
Hình 2.4
Tỷ lệ % phân nhóm theo giá trị khoảng cột max
Hình 2.5
Suất sự cố phân nhóm theo giá trị khoảng cột max
Hình 2.6
Tỷ lệ % phân nhóm theo giá trị khoảng cột min
Hình 2.7
Suất sự cố phân nhóm theo giá trị khoảng cột max
Hình 2.8
Suất sự cố phân nhóm theo giá trị khoảng cột max/khoảng cột min
Hình 2.9
Suất sự cố phân nhóm theo độ cao móng cột so với mặt nước biển
Hình 2.10
Suất sự cố phân nhóm theo độ cao đỉnh cột so với mặt nước biển
Hình 2.11
Cách xác định chênh lệch độ cao hai đỉnh cột giữa hai cột lân cận
Hình 2.12
Suất sự cố phân nhóm theo chênh lệch độ cao đỉnh cột giữa hai cột
lân cận
Hình 2.13
Suất sự cố phân nhóm theo chủng loại cột
Hình 2.14
Thống kê sự cố phân nhóm theo pha A,B,C
4
Hình 2.15
Hoạt động của CSV đường dây
Hình 3.1
Mơ phỏng điện hình học đường dây treo 2 dây chống sét xác định
khoảng cách thu hút sét
Hình 3.2
Mơ hình điện hình học thay thế cột của đường dây
Hình 3.3
Mơ hình thay thế chống sét van trong EMTP
Hình 3.4
Mơ hình nguồn sét
Hình 3.5
Giá trị cài đặt nguồn sét
Hình 3.6
Hình chiếu đứng cột loại N121-27C
Hình 3.7
Mơ hình cột 2 mạch được mơ phỏng
Hình 3.8
Mơ hình mơ phỏng trong EMTP/ATP Draw ở chế độ vận hành bình
thường
Hình 3.9
Kết quả mơ phỏng điện áp đặt lên cách điện pha A1
Hình 3.10
Mơ hình mơ phỏng khi xảy ra sét đánh vào đỉnh cột (khơng lắp
CSV)
Hình 3.11
Kết quả mô phỏng điện áp cách điện trên pha A2, khi có sét đánh
Hình 3.12
Điện áp trên chuỗi cách điện pha B1
Hình 3.13
Sơ đồ mơ phỏng khi sét đánh vào đỉnh cột và lắp CSV tại pha A
Hình 3.14
Điện áp trên chuỗi cách điện pha A1
Hình 3.15
Điện áp trên chuỗi cách điện pha B1
5
Hình 3.16
Điện áp trên chuỗi cách điện pha C1
Hình 3.17
Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha B1),
khi có sét đánh vào đỉnh cột.
Hình 3.18
Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha B1),
khi có sét đánh vào đỉnh cột
Hình 3.19
Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha B1,
C1), khi có sét đánh vào đỉnh cột.
Hình 3.20
Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha B1,
C1), khi có sét đánh vào đỉnh cột.
Hình 3.21
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.
Hình 3.22
Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A1, A2 (lắp CSV pha
A tại cột kế tiếp), khi có sét đánh vào đỉnh cột
Hình 3.23
Kết quả mơ phỏng điện áp trên cách điện pha A1 (lắp CSV pha A1,
A2), khi có sét đánh vào đỉnh cột.
Hình 3.24
Kết quả mô phỏng điện áp trên cách điện pha A2 (lắp CSV pha A1,
A2), khi có sét đánh vào đỉnh cột.
6
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đối với một hệ thống điện, ngoài nâng cao chất lượng điện năng thì việc cải
thiện chỉ số độ tin cậy cung cấp điện là yêu cầu quan trọng nhất. Cụ thể hơn là ngành
Điện phải bằng mọi biện pháp để hạn chế thấp nhất thời gian ngừng điện của khách
hàng (bao gồm cắt điện để sửa chữa theo kế hoạch và mất điện do sự cố). Trong
những năm gần đây, các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện (SAIDI, SAIFI, MAIFI)
của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) tuy được cải thiện đáng kể nhưng vẫn còn ở
mức cao trong khu vực. Theo thống kê của EVN, trong các nguyên nhân dẫn đến sự
cố lưới điện 220 kV và 110 kV, thì giơng sét chiếm khoảng 55 – 70%. EVN cũng đã
có nhiều giải pháp để giảm thiểu sự cố do sét nhưng vẫn ở mức cao và ngày càng
phức tạp.
Trên thế giới từ những năm 1930, đã có nhiều nghiên cứu về bảo vệ chống quá
điện áp do sét cho lưới điện truyền tải (từ 66 kV trở lên). Bảo vệ quá điện áp do sét
trong hệ thống điện là một bài tốn rất phức tạp và ln là yêu cầu khó giải quyết đối
với bất kỳ hệ thống điện nào. 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 tính ngẫu nhiên của
sét và phụ thuộc vào các yếu tố khác như: Sự phức tạp, đa dạng của địa hình, khí hậu,
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 khơng gián đoạn ngày càng cao. 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 thống kê, có tính chất hướng dẫn ngun tắc dựa trên sự tương đồng
về các yếu tố nêu trên.
Việc áp dụng những kết quả này vào thực tế, ví dụ như địa hình Việt Nam, cần
phải có nghiên cứu chuyên sâu, cụ thể cho từng khu vực nhằm đảm bảo kết hợp các
yếu tố địa hình và địa lý cũng như đặc trưng của đường dây. Trên thực tế khơng thể
loại trừ hồn tồn sự cố do sét mà chỉ giảm tới mức giới hạn hợp lý với yêu cầu về
độ tin cậy cung cấp điện và chi phí đầu tư. Ngay từ năm 2010, EVN đã giao Tổng
7
công ty Truyền tải Điện quốc gia (NPT) phối hợp với Đại học Bách Khoa Hà Nội
thực hiện nghiên cứu các giải pháp về chống quá điện áp do sét ở lưới truyền tải, đề
tài Nghiên cứu khoa học cấp Tập đoàn về vấn đề lắp đặt chống sét van cho đường
dây tải điện cao áp. Các giải pháp đã được áp dụng và mang lại kết quả tương đối
triển vọng nhưng phạm vi ứng dụng của chúng chỉ giới hạn ở lưới 220 kV và 500 kV.
Nghiên cứu quá điện áp do sét cho lưới 110 kV hầu như chưa có.
Trên địa bàn miền Bắc, cùng với sự tăng trưởng phụ tải là sự phát triển nhanh
chóng của lưới điện 110 kV trong những năm gần đây, từ thành thị đến nông thôn,
miền núi. Số vụ sự cố do nguyên nhân từ giông sét trên lưới 110 kV của miền Bắc
cũng tăng mạnh. Chi tiết được thể hiện qua bảng số liệu dưới đây:
Năm
Tổng số vụ sự cố
đường dây 110kV
Số vụ sự cố do sét
Tỷ lệ %
2013
280
137
48,93
2014
294
155
52,72
2015
296
185
62,5
2016
280
141
50,36
2017
197
115
58,38
2018
305
231
74,74
Qua bảng thống kê và phân loại sự cố nhận thấy đối với sự cố đường dây 110kV
nguyên nhân do quá điện áp khí quyển ln chiếm tỉ trọng cao, năm 2018 lên tới
75,74%. Trong 24 tỉnh phía Bắc, Quảng Ninh là một trong các tỉnh có số vụ sự cố do
sét chiếm lỷ lệ cao: năm 2016 chiếm 17% (24/141 vụ), 2017 chiếm 11,9% (16/134
vụ), 2018 chiếm 15,58% (36/231 vụ). Sự cố tập trung chủ yếu ở các xuất tuyến từ
trạm T500 Quảng Ninh - Giáp Khẩu, Mông Dương (Đường 173, 174, 175, 176),
ng Bí - Hồnh Bồ (175A53),…
Mặc dù Tổng cơng 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. Quảng Ninh là tỉnh có địa hình đa dạng, bao gồm cả đồi núi, đồng bằng,
ven biển. Việc nghiên cứu giải pháp giảm thiểu sự cố do sét tại Quảng Ninh nếu áp
8
dụng có hiệu quả, sẽ là tiền đề tốt để ứng dụng trên các tỉnh khác có điều kiện tương
tự. Trong các giải pháp được tính đến như: Lắp đặt thêm dây chống sét, giảm điện trở
nối đất, tăng mức cách điện, giảm tổng trở sóng của cột điện,…lắp đặt chống sét van
(CSV) đường dây có những ưu điểm: thời gian thực hiện nhanh, không phụ thuộc
nhiều vào kết cấu của đường dây và cột do đó khơng phải thay đổi và tính tốn lại về
yếu tố cơ lý đường dây, đã chứng minh được hiệu quả tại một số nước và tại Việt
Nam,…
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn
- Đánh giá lại các biện pháp cải thiện sự cố do sét đã được thực hiện.
- Đề xuất biện pháp cụ thể nhằm chuẩn hố các phương pháp tính tốn lắp đặt
CSV hiện tại, thơng qua việc thu thập, tính tốn mơ phỏng, áp dụng các kết quả tính
tốn này trên một đường dây cụ thể 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: tính tốn, lắp đặt CSV đường dây 110kV 175, 176 T500
Quảng Ninh – Mông Dương thuộc khu vực tỉnh Quảng Ninh.
- Phạm vi nghiên cứu: Thực hiện thu thập số liệu trong 3 năm gần nhất, sử dụng
cơng cụ mơ phỏng để nghiên cứu, tính tốn vị trí lắp đặt chống sét van đường dây
nhằm giảm thiểu sự cố do sét trên đường dây 110kV 175, 176 T500 Quảng Ninh –
Mông Dương.
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 số liệu về sự cố, thông số kỹ thuật của 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/ATP (Electro Magnetic Transient Program) để nghiên cứu hiện tượng quá
9
điện áp do sét. Phần mềm EMTP/ATP 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 một đường dây
thực tế được lựa chọn.
5. Nội dung nghiên cứu
1. Sét và vấn đề chống sét trong hệ thống điện, một số biện pháp chống sét đang
sử dụng trên lưới 110 kV của Việt Nam và thế giới.
2. Lưới điện 110 kV, tình hình sự cố do sét và các biện pháp chống sét đang sử
dụng trên lưới 110 kV của Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc (NGC).
3. Phương pháp tính tốn suất cắt do sét theo tiêu chuẩn IEEE Std 1243 (Tiêu
chuẩn nhằm mục đích cải thiện khả năng chống sét trên đường dây truyền tải).
4. Tính tốn suất cắt do sét đánh vào dây chống sét (Backflashover Rate-BFR)
và dây dẫn (Shielding Failure Flashover Rate-SFFOR) theo hướng dẫn của CIGRE
WG 33- Brochure 63.
5. Ứng dụng mô phỏng thông qua phần mềm EMTP/ATP.
6. Các đánh giá và kết luận chung.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn HTĐ –
Trường ĐHBK Hà Nội, các anh chị em đồng nghiệp trong Tổng công ty Điện lực
miền Bắc và đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Trần Mạnh Hùng. Do thời
gian và kiến thức cịn hạn chế, bản luận văn khơng thể tránh được thiếu sót, kính
mong các thầy cơ chỉnh sửa để tác giả có thể phát triển đề tài và ứng dụng hiệu quả
trong thực tế công tác QLVH.
10
CHƯƠNG 1
TÌNH HÌNH SỰ CỐ LƯỚI ĐIỆN 110 kV MIỀN BẮC,
HIỆN TRẠNG ĐƯỜNG DÂY 175, 176 T500 QUẢNG NINH –
MÔNG DƯƠNG VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐANG SỬ DỤNG
ĐỂ GIẢM THIỂU SỰ CỐ DO SÉT
1.1. Tổng quan về tình hình sự cố lưới điện 110 kV miền Bắc
1.1.1. Khối lượng quản lý vận hành
Tính đến hết năm 2018, lưới điện 110 kV miền Bắc có 243 TBA 110kV, 01
trạm cắt 110kV với tổng dung lượng đặt 18.219 MVA; 8.541,85 km đường dây
110kV và 1.219,7 km đường dây 110kV khách hàng đấu nối lưới 110kV.
Bảng thống kê khối lượng quản lý 110kV qua các năm:
Năm
ĐZ (km)
TBA 110kV
2014
2015
2016
2017
2018
7.216,44
7.709,95
8.032,54
8.294.343
8541.85
205
209
216
228
243
Bảng 1.1. Khối lượng quản lý vận hành lưới điện miền Bắc [1] (nguồn tin: Tham
luận giảm sự cố lưới điện 110kV Ban Kỹ thuật – NPC năm 2019)
Nhìn chung, lưới điện 110kV miền Bắc có kết cấu phức tạp, một số đường dây
được xây dựng gần 50 năm hiện vẫn vận hành. Trên lưới cịn nhiều trạm 110kV có
sơ đồ chưa đầy đủ, thiếu MC, DCL, TU, TI gây khó khăn trong vận hành, thao tác và
xử lý sự cố, ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện. Nhiều đường dây đi qua khu
vực vùng núi, mật độ sét lớn nhưng thiết kế vẫn theo mơ hình cũ chỉ có duy nhất một
dây chống sét nên xác suất sự cố do sét đánh lớn. Thực tế đó đặt ra cho những người
làm cơng tác quản lý vận hành rất nhiều khó khăn để đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật
cũng như độ tin cậy cung cấp điện.
11
1.1.2. Tình hình sự cố các đường dây 110 kV khu vực phía Bắc những năm
gần đây
Cùng với sự phát triển của lưới điện, tình hình sự cố các đường dây 110kV khu
vực phía Bắc cũng diễn biến ngày càng phức tạp. Mặc dù nhiều giải pháp kỹ thuật
trong công tác quản lý vận hành đã mang lại hiệu quả nhất định nhưng nhìn chung sự
cố đường dây 110 kV chưa giảm thiểu rõ rệt.
Sự cố
đường dây 110 kV
Năm
2014
Năm
2015
Năm
2016
Năm
2017
Năm
2018
Kéo dài
175
145
160
82
99
Thoáng qua
119
151
120
115
206
Tổng số sự cố
294
296
280
197
305
155
(chiếm
52,72%)
185
(chiếm
62,5%)
141
(chiếm
50,36%)
115
(chiếm
58,38%)
231
(chiếm
75,74%)
Số vụ sự cố có nguyên
nhân do sét
Bảng 1.2. Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc giai đoạn 2014 – 2018[1]
(nguồn tin: Tham luận giảm sự cố lưới điện 110kV Ban Kỹ thuật – NPC năm 2019)
Chi tiết nguyên nhân sự cố thể hiện qua biểu đồ sau:
Phân loại ngun nhân sự cố từ 2014-2018
100%
80%
107
67
79
46
42
36
185
159
115
2015
2016
2017
44
60%
32
40%
20%
155
39
35
231
0%
2014
Giơng sét
Vi phạm hành lang
2018
Ngun nhân khác
Hình 1.1. Phân loại nguyên nhân sự cố lưới điện miền Bắc giai đoạn 2014 – 2018 [1]
(nguồn tin: Tham luận giảm sự cố lưới điện 110kV Ban Kỹ thuật – NPC năm 2019)
12
Theo báo cáo của Tổng công ty Điện lực miền Bắc, có rất nhiều nguyên nhân
dẫn đến sự cố lưới điện 110kV như: Sét đánh gây phóng điện trên cách điện; vi phạm
hành lang (phương tiện, dân chặt cây đổ vào đường dây, diều…); ảnh hưởng của lốc
lớn, bão lũ; lỗi rơ le bảo vệ; thiết kế không đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuậ; do lỗi
của đơn vị thi công gây sự cố; đường dây vận hành lâu năm, chất lượng dây dẫn, phụ
kiện đã suy giảm,...Trong các nhóm ngun nhân gây sự cố thì sự cố do giơng sét vẫn
chiếm tỷ lệ rất cao (từ 55% - 75%). Do đó, muốn giảm suất sự cố chung cho lưới điện
110kV cần nghiên cứu các giải pháp đồng bộ, hiệu quả để giảm thiểu sự cố do sét,
đòi hỏi nhiều cơng sức, phức tạp và chi phí khơng hề nhỏ.
Mặt khác, yêu cầu cải thiện các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện, suất sự cố
do EVN giao trên lưới điện 110kV miền Bắc ngày càng thấp, cụ thể:
Năm
2014
2015
2016
2017
2018
Suất sự cố EVN
giao/100km
1,473
1,399
0,885
0,788
0,701
(lần)
Bảng 1.3. Chỉ tiêu suất sự cố lưới điện 110kV EVN giao cho
Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc
1.2. Các giải pháp đã thực hiện để giảm thiểu sự cố do sét trên lưới điện 110
kV miền Bắc
1.2.1. Giải pháp giảm thiểu sự cố do sét trên đường dây 110kV
Hiện tại, trên các đường dây 110kV lưới điện miền Bắc thực hiện 05 giải pháp
để giảm thiểu sự cố do sét, cụ thể là:
*) 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
13
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 dụng
các giải pháp khác kết hợp như: khoan giếng tăng cường tiếp địa, kéo dài tia tiếp địa
tới khu vực sông suối hoặc các khu vực điện trở suất của đất thấp hơn, ...
*) Giải pháp 2: Tăng cường dây thoát sét dọc thân trụ BTLT
Các cột BTLT 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 tiếp xúc kém, giảm khả năng thốt sét và có nguy
cơ gây sự cố. Giải pháp khắc phục: dùng dây TK50 nối liên kết từ dây chống sét đến
cờ nối đất gốc cột 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 cột để nâng cao
DCS, qua đó giảm góc bảo vệ của DCS.
*) Giải pháp 5: Lắp chống sét van (CSV) cho đường dây
- Các vị trí cột nằm trên đồi cao, các cột vượt sông là điểm cao nhất nên nguy
cơ bị sét đánh rất cao. Để ngăn ngừa sự cố, ngồi cơng 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, …
14
1.2.2. Các công việc cụ thể đã triển khai trên lưới điện 110kV để giảm thiểu
sự cố do sét [1]
Để giảm thiểu sự cố do sét, NPC đã triển khai nhiều dự án trên lưới điện 110kV,
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 giơng sét
- Lắp đặt nối đất dạng vịng (Potential control ring) trên đường dây 110kV Mông
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 điện trở 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.
- Đề xuất thực hiện các giải pháp áp dụng cụ thể và thí điểm trên đường dây
110kV Thái Nguyên – XM Thái Nguyên và Chiêm Hóa – Tuyên Quang để giảm thiểu
sự cố:
+ Đối với các đường dây có điện trở suất đất lớn >3000Ωm thực hiện bổ sung
tiếp địa theo phương án đào các hố có chiều sâu ~2 m, rộng 1,2 m để đóng 04 cọc
tiếp địa có chiều dài ~1,2 m;
+ Đối với các đường dây có điện trở suất <3000 Ωm thì ngồi các giải pháp
15
nêu trên, riêng phần tiếp địa có thể chỉ dùng đất của điện trở suất nhỏ để lấp vào các
hố tiếp địa;
+ Lắp các bộ kim chống sét đa tia;
+ Thực hiện giảm góc bảo vệ theo phương án lắp chụp cột cho cột sắt và
BTLT;
+ Thực hiện giải pháp giảm tổng trở sóng;
+ Thay thế 3-4 bát cách điện/chuỗi bằng các bát cách điện có chiều dài dịng
rị lớn và có cùng chiều cao với bát cách điện hiện trạng để tăng chiều dài dòng rò;
- Tháo một số chuỗi trên các đường dây có nhiều sự cố đi thí nghiệm để bổ
sung thơng tin đánh giá tổng quan hơn sự cố do sét trên các đường dây 110kV.
Nhận xét: Nhìn chung, các giải pháp nêu trên cũng mang lại hiệu quả nhất định
trong việc giảm suất sự cố lưới điện 110 kV. Tuy nhiên, các giải pháp nêu trên chưa
được nghiên cứu chuyên sâu về cơ sở lý luận mà chỉ dựa vào yếu tố kinh nghiệm nên
để đánh giá hiệu quả thực sự cần phải có thời gian và dữ liệu thống kê đủ lớn. Giải
pháp lắp đặt CSV được lựa chọn bởi những ưu điểm như: thời gian thi công, lắp đặt
nhanh; không phải thay đổi kết cấu cơ lý đường dây, dễ dàng hoán đổi vị trí khi cần
và đặc biệt là hiệu quả mang lại ngay sau khi lắp đặt. Nhược điểm của giải pháp lắp
CSV là chi phí đầu tư ban đầu lớn, do đó thường được lựa chọn ưu tiên lắp tại các
khu vực có nhiều phụ tải quan trọng, cùng với đó là phải tính tốn về chi phí đầu tư
phù hợp để thỏa mãn bài toán kinh tế - kỹ thuật. Việc nghiên cứu về cơ sở lý luận để
tính tốn vị trí lắp CSV phù hợp rất có ý nghĩa trong thực tế.
1.3. Hiện trạng Lưới điện khu vực Quảng Ninh và đường dây 175, 176 T500
Quảng Ninh – Mơng Dương
1.3.1. Tình hình vận hành lưới điện khu vực Quảng Ninh
Tính đến tháng 12/2018, khu vực Quảng Ninh (gồm 3 Chi nhánh LĐCT Hạ
Long, Miền Đông, Miền Tây) quản lý vận hành 836,6 km đường dây 110kV và 25
trạm biến áp 110kV, là một trong những tỉnh có quy mô lưới điện 110 kV lớn nhất
miền Bắc.
Quảng Ninh là tỉnh ở địa đầu phía đơng bắc Việt Nam, có dáng một hình chữ
16
nhật lệch nằm chếch theo hướng Đông Bắc - Tây Nam. Phía tây tựa lưng vào núi rừng
trùng điệp. Phía đông nghiêng xuống nửa phần đầu vịnh Bắc bộ với bờ biển khúc
khuỷu nhiều cửa sơng. Khí hậu Quảng Ninh tiêu biểu cho khí hậu các tỉnh miền Bắc
Việt Nam lại vừa có nét riêng của một tỉnh miền núi ven biển. Quảng Ninh cũng là
nơi tập trung nhiều khoáng sản đặc biệt là than đá, do vậy đây cũng là một trong
những tỉnh có mật độ sét cao nhất Việt Nam.
Với địa bàn rộng lớn, trải dài và tiềm năng về kinh tế, khoáng sản, du lịch,
biên giới, hải đảo việc cung cấp điện cho các khu công nghiệp trọng điểm trong tỉnh
như các Công ty than, thành phố Cẩm Phả, Hạ Long và các khu khai thác du lịch,
đảm bảo an ninh quốc phòng là nhiệm vụ quan trọng. Trong đó, lưới điện 110kV góp
phần đáng kể trong việc cung cấp điện nói chung trên địa bàn.
Do những đặc điểm về quy mô lưới điện 110kV và điều kiện địa hình, khí hậu
nêu trên, khu vực Quảng Ninh là một trong nhữn tỉnh có suất sự cố cao nhất miền
Bắc. Thống kê sự cố lưới điện 110 kV cụ thể trong 3 năm gần đây cho thấy rõ điều
này:
Phân loại nguyên nhân sự cố từ 2014-2018
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
222
164
262
58
33
43
2016
2017
2018
Quảng Ninh
Các khu vực khác
Hình1.2. So sánh sự cố khu vực Quảng Ninh và các khu vực khác 2016 – 2018[1]
(nguồn tin: Tham luận giảm sự cố lưới điện 110kV Ban Kỹ thuật – NPC năm 2019)
17
So sánh với các khu vực có khối lượng quản lý vận hành và các yếu tố địa hình
tương đồng, ta thấy khu vực Quảng Ninh có vụ sự cố nhiều hơn rõ rệt.
Khu vực
Năm 2016
Năm 2017
Năm 2018
Quảng Ninh
58
33
43
Thanh Hóa
15
7
17
Nghệ An
13
17
22
Hà Giang
26
15
31
Bảng 1.4. So sánh sự cố khu vực Quảng Ninh và một số khu vực khác
có khối lượng QLVH và điều kiện địa hình tương đồng. [1]
Từ những số liệu thống kê nêu trên, việc lựa chọn khu vực Quảng Ninh để thực
hiện các giải pháp giảm thiểu sự cố sẽ góp phần giảm đáng kể suất sự cố lưới điện
110kV của Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc. Đường dây 175, 176 T500 Quảng
Ninh – Mông Dương là đường dây có những đặc điểm phù hợp để nghiên cứu tính
tốn vị trí đặt chống sét van, chi tiết được trình bày trong các phần dưới đây.
1.3.2. Đặc điểm địa hình tuyến đường dây 175, 176 T500 Quảng Ninh –
Mông Dương:
Đường dây 110kV 175, 176 T500 Quảng Ninh – Mông Dương xuất tuyến từ
trạm 500kV T500 Quảng Ninh đến trạm 110kV Mơng Dương. Tồn bộ tuyến đường
dây chủ yếu đi qua khu vực có địa hình phức tạp là đồi núi cao, nhiều đoạn đi trong
vùng sâu, xa đường giao thông, nằm trên địa bàn các xã vùng xa của huyện Hồnh
Bồ đến phường Mơng Dương của TP Cẩm Phả.
Đường dây chạy bám theo đường quốc lộ 18B hướng Hạ Long đi Mông Dương.
Đây là đường dây mạch kép có chiều dài là 2x22,23 km, tuyến đường dây có 21
khoảng cột giao chéo đường quốc lộ 18B, 02 khoảng cột giao chéo với quốc lộ 18A.
1.3.3. Đặc điểm và thông số kỹ thuật tuyến đường dây
Đường đây 175,176 T500 Quảng Ninh – Mông Dương trước đây là đường dây
175,176 Hồnh Bồ - Mơng Dương, được cải tạo và đưa vào vận hành năm 2008 với
18
chiều dài của đường dây 41,153 km (mạch kép), đến tháng 3 năm 2013 đường dây
175,176 được tách ra tại cột 78 và đấu nối vào trạm T500 Quảng Ninh trở thành
đường dây 175,176 T500 Quảng Ninh – Mông Dương.
Cột số 37 – 44, 81 – 85 nằm ở khu vực đông dân, cột 32 - 33, 79 - 80 nằm ở khu
vực sơng suối, các vị trí 2 - 7, 12 - 16, 18 - 22, 26 - 28, 42, 52 – 85 nằm trên đồi núi
cao, và các vị trí cột 9 - 10, 18, 23 - 25, 29 - 41, 44 - 51 nằm trên đồng ruộng.
Sứ cách điện sử dụng loại U120 tại các cột hãm là 11 bát/1 chuỗi, loại U70 tại
các cột đỡ có số lượng 10 bát/1 chuỗi; dây dẫn toàn tuyến là dây AC - 240, dây chống
sét loại OPGW - 70.
Các đặc điểm chính:
- Điểm đầu: Xà pc tích 175, 176 T500 Quảng Ninh;
- Điểm cuối: DCL 171-7; 172-7 E5.1;
- Số mạch: 02 mạch;
- Tổng chiều dài tuyến dây: 2 x 22,23 km;
- Dây dẫn: ACSR – 240
- Dây chống sét: TK – 70 và OPGW – 70;
- Chủng loại cột: Cột sắt mạ kẽm;
- Tiếp địa các cột trên tuyến: Tiếp địa tia.
- Tổng số cột trên toàn tuyến: 85 cột.
- Các nhánh rẽ: Nhánh rẽ trạm Cẩm Phả (E5.5) mạch kép dài 2 x 8,83 km.
Sơ đồ một sợi và thông số kỹ thuật chi tiết của đường dây được trình bày tại phụ
lục 1, 2, 3, 4.
1.3.4. Chỉ tiêu suất sự cố tính theo từng cột của đường dây 175, 176 T500
Quảng Ninh – Mông Dương
Suất sự cố cho phép của tồn tuyến đường dây (tính theo số liệu EVN giao năm
2018)
SSCĐZ = 31.05 * 2* (0,701/100) = 0,4353 (lần -/31.05 km/- năm)
Suất sự cố cho phép tính theo từng vị trí cột:
SSCcột = 0,4353/132 = 0,0033 (lần/cột/năm)
19
Như vậy, muốn giảm sự cố dưới mức cho phép ta phải tìm biện pháp để suất cắt
của từng cột nhỏ hơn giá trị 0,0033 (lần/cột/năm).
1.3.5. Tình hình sự cố đường dây trong các năm 2016-2018
Ngày
Ký hiệu
cột
Vị trí Loại cột
Vị trí bát sứ bị SC
Loại
cột
Vị trí
Năm 2016
15/01/2016
Đ12131B
Đỡ thẳng
Phóng điện VT 16 chuỗi
silicone pha B
DT
Cột 16 ĐZ
176
16/01/2016
Đ12131B
Đỡ thẳng
Phóng điện VT 16 chuỗi
silicone pha B
DT
Cột 16 ĐZ
176
21/4/2016
N12133B
Néo góc
Phóng điện VT 33 chuỗi
silicone pha A
NG
Cột 33 ĐZ
175
23/6/2016
Đ12127C
Đỡ thẳng
Phóng điện VT 28 pha A,B
DT
Cột 28 ĐZ
176
7/6/2016
Đ12127C
Đỡ thẳng
Phóng điện VT 17 pha B
DT
Cột 17 ĐZ
176
7/7/2016
N12124B
Néo góc
Phóng điện VT 14 NR
Cẩm Phả pha A,C
NG
Cột 14 ĐZ
175, NR
Cẩm Phả
27/7/2016
N12129B
Néo góc
Phóng điện VT 27 Pha A
NG
Cột 27 ĐZ
175
13/8/2016
N14242B
Néo góc
Phóng điện VT 13 pha A
NG
Cột 13 ĐZ
176
14/10/2016
N12129B
Néo góc
Phóng điện VT 26 pha A
NG
Cột 26 ĐZ
175
11/8/2016
N12129B
Néo thẳng
Phóng điện VT 26 NR pha
B
NT
Cột 26 ĐZ
175, NR
Cẩm Phả
Năm 2017
20
