Nghiên cứu đánh giá đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220kv thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO
ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN
KỸ THUẬT ĐIỆN

Chuyên ngành:
Người thực hiện:

PHÍ HỒNG HẢI

Cán bộ hướng dẫn:

TS. NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG

Thái Nguyên – 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP

PHÍ HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN
CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN CHO TRẠM
BIẾN ÁP 220Kv THÁI NGUYÊN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Đức Tường

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tên tơi là: Phí Hồng Hải
Sinh ngày: 07 tháng 10 năm 1978
Học viên lớp cao học khoá 16 – Kỹ thuật điện - trường đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên.
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là
hồn tồn trung thực.
Tơi xin cam đoan rằng mọi thơng tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Phí Hồng Hải

1

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cơ giáo phịng đào tạo và bộ phận
quản lý đào tạo sau đại học - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học
Thái Nguyên, cùng các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đã quan tâm tổ chức chỉ đạo
và trực tiếp giảng dạy khóa học cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Đức Tường người đã tận
tình chỉ bảo và góp ý về chun mơn cho tơi trong suốt q trình làm luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những
người đã ln ủng hộ và động viên tơi nghiên cứu và hồn thành luận văn.
Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách
thức, chắc chắn bản luận văn cịn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý
của các thầy cơ giáo và đồng nghiệp.
Tơi xin trân trọng cảm ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………… 6
Mục tiêu của luận văn ...................................................................................................... 5
2. Mục tiêu của nghiên cứu .............................................................................................. 6
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài .............................................................. 7
4. Dự kiến kết quả đạt được. ............................................................................................ 7
5. Phương pháp và phương pháp luận ............................................................................. 7
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN ........................................ 9

Chương 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN .......................................... 10
1. Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Ngun .................. 10
1.1. Tình hình dơng sét ở Việt Nam .................................................................................. 10
1.2. Hoạt động của dông sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên ............................................. 14
2. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống
diện .................................................................................................................................... 16
2.1. Sét đánh (lightning). ................................................................................................... 16
2.2 . Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện ...................................................................... 17
2.1.1 Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp .............................................................................. 17
2.1.2. Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường ................................................................. 18
Kết luận chương 1 ............................................................................................................. 19
CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN .......................... 20
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN ...................... 21
2.1. Tình hình sự cố lưới điện............................................................................................ 21
2.2. Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên .................................................... 23
Kết luận chương 2 ............................................................................................................. 30
CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP ............................................ 31
Chương 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM MƠ PHỎNG ........................ 32
3.1. Khảo sát q điện áp khí quyển bằng chương trình ATP-EMTP.............................. 32
3.2. Những ứng dụng của chương trình ATP .................................................................... 33
1. Nh÷ng ch-ơng trình t-ơng hỗ với ATP. ........................................................................ 34
2. Những môđun mô phỏng tổng hợp trong ATP. ............................................................. 35
3.3. Chng trỡnh mô phỏng ATPDraw ............................................................................ 37

1


3.3.1. Phần tử đo l-ờng (Probes & 3-phase): ..................................................................... 38
3.3.2 Nhánh (Branches) ..................................................................................................... 38
3.3.3 Đ-ờng dây trên không/cáp (Lines/Cables). .............................................................. 39

3.3.4 Chun m¹ch (Switches). ......................................................................................... 40
3.3.5 Ngn (Sources). ...................................................................................................... 41
3.3.6 Máy biến áp điện lực (Transformers). ...................................................................... 42
3.3.7. Phần tử tÇn sè (Frequency compornent). ................................................................. 42
3.4. GTPPlot ...................................................................................................................... 43
3.5. PlotXY ........................................................................................................................ 43
Kết luận chương 3 ............................................................................................................. 45
CHƯƠNG 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220KV .................................................................................................. 46
Chương 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN .................................................... 47
VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV.............................................. 47
4.1.
4.1.1.

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP BẰNG. ................................................. 47
Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV. ............................................................... 47

1. Simulation. ..................................................................................................................... 50
2. Output. ........................................................................................................................... 51
3. Switch/UM..................................................................................................................... 51
4. Format. ........................................................................................................................... 52
5. Điện áp Hệ thống. .......................................................................................................... 52
6. Khoảng cột đoạn đường dây đầu trạm. .......................................................................... 53
7. Mô hình nguồn sét ......................................................................................................... 58
8. Mơ hình đường dây trong trạm...................................................................................... 59
9. Mơ hình chống sét van ................................................................................................. 60
4.2.

KẾT QUẢ KHẢO SÁT. ..................................................................................... 61

4.3.1. Những ảnh hưởng do quá áp khí quyển tới trạm biến áp. ....................................... 61
4.3.2. Khảo sát quá điện áp khi chưa đặt chống sét van .................................................... 63
4.3.3. Đánh giá hiện trạng bảo vệ bằng chống sét van của trạm. ...................................... 67
Kết luận chương 4 ............................................................................................................. 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 72

2


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam ................................................ 14
Hình 2.1. Sơ đồ nhất thứ trạm 220KV Thái Nguyên (Hình 2-1) ............................ 23
Hình 3-1: Phần mềm t-ơng hỗ với ATP. ................................................................. 34
Hình 3-2: C¸c tiƯn Ých trong ATP............................................................................ 35
Hình 3. 3. Các mơ hình trong ATPDraw ................................................................ 38
Hình 3. 4. Màn hình thực thi modul GTPPlot ........................................................ 43
Hình 3. 5. Giao diện PlotXY ................................................................................... 44
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý trạm biến ỏp 220 kV..................................................... 49
Hình 4-2: Cài đặt thông số cho hệ thống ch-ơng trình ATPDraw .......................... 50
Hỡnh 4.4. kt cu cột điện và mơ hình cột trong ATPDraw.................................... 53
Hình 4.5. Mơ hình chuỗi sứ..................................................................................... 55
H×nh 4-7: Tham sè Model cđa nhánh đ-ờng dây LCC. .......................................... 55
Hình 4-8: Thông số của Open Probe. ...................................................................... 58
Hình 4.9. Mơ hình nguồn sét ................................................................................... 58
Hình 4. 11. Mơ hình đường dây trong trạm ............................................................ 60
Hình 4. 12. Mơ hình chống sét van ......................................................................... 61
Hình 4.13. Đặc tính V-A của chống sét van ........................................................... 61
Hình 4.14. Biểu đồ điện áp trên máy biến áp AT2. ................................................ 63
Hình 4.15. Biểu đồ điện áp trên TU274 .................................................................. 64

Hình 4.16. Biểu đồ điện áp trên TU_C22 ............................................................... 64
Hình 4.17. Mơ hình trạm biến áp có xét tới xuất tuyến Thái Nguyên-Hà Giang 1 65

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong cả nước12
Bảng 1-2. Mật độ sét ứng với số ngày giơng trong các khu vực chính ở Việt Nam ......... 12
Bảng 2-1 Tình hình sự cố l-ới điện 110-220kV

.................................................. 21

Bảng 2-2.Tổng hợp sự cố do sét của đ-ờng dây 220kV từ năm 1998-2003 PTC-I

....... 22

Bảng 2-3 Tổng hợp sự cố do sét từ năm 2000-2003 PTC-II ............................................. 22
Bng: 2-4 ........................................................................................................................... 25
Bảng 2-5 Máy biến áp. ...................................................................................................... 27
Bảng 2-6 Tụ bù. . ............................................................................................................... 27
Bảng 2-7 Điện kháng. ........................................................................................................ 28
B¶ng 3.2 ............................................................................................................................. 38
B¶ng 3.3 ............................................................................................................................. 39
B¶ng 3.5 ............................................................................................................................. 39
B¶ng 3.6 ............................................................................................................................. 40
B¶ng 3.7 ............................................................................................................................. 40
B¶ng 3.8 ............................................................................................................................. 41
B¶ng 3.9 ............................................................................................................................. 42
B¶ng 3.10 ........................................................................................................................... 42

B¶ng 3.11 ........................................................................................................................... 43
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Chữ viết tắt
HTĐ
ĐZK
ĐD
CSV
MBA
TU
TD
TBN
TBD
KH
ATP-EMTP

12

TACS

Ý nghĩa
Hệ thống điện
Đường dây trên không
Đường dây
Chống sét van
Máy biến áp
Máy biến áp đo lường
Máy biến áp tự dùng
Tụ bù ngang
Tục bù dọc
Điện kháng
Electro-Magnetic Transients
Program
Transients Analysis of Control
Systems

4

Chú thích

chương trình nghiên cứu q
độ điện từ
chương trình phân tích q
độ của hệ thống điều khiển


MỞ ĐẦU
Ngày nay điện năng giữ một vai trò chủ lực trong nền kinh tế xã hội tồn cầu nói

chung và nước ta nói riêng. Nhu cầu sử dụng điện năng của con người không
ngừng gia tăng và trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Chính vì thế, hệ thống cung
cấp điện không những phải làm việc liên tục ổn định để đáp ứng kịp thời nhu cầu
sử dụng mà cịn phải đảm bảo tính an tồn và chất lượng. Một trong những nguyên
nhân ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống
chính là các hiện tượng quá độ như quá độ điện áp, dịng điện, tần số, sóng hài...
ln xảy ra trên hệ thống trong q trình vận hành.
Q độ có nguồn gốc từ thiên nhiên như hiện tượng sét đánh vào đường dây,
trạm cảm ứng công suất lớn.. Mặc dù thời gian tác động là rất ngắn nhưng chúng
có năng lượng rất lớn nên rất dễ xảy ra sự cố làm hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng
đến công tác vận hành hệ thống.
Mục tiêu của luận văn
Dựa trên cơ sở lý thuyết được học tập trên lớp và từ sách vở để nghiên cứu, nhận
dạng và phân tích các hiện tượng quá độ xảy ra trên hệ thống, từ đó đề ra các giải
pháp nhằm khắc phục, hạn chế tối đa các sự cố và bảo vệ thiết bị, đảm bảo cho hệ
thống vận hành an toàn và tin cậy.
Ứng dụng phần mềm ATP để mô phỏng và phân tích dự đốn chính xác cường
độ và năng lượng của quá độ để lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý nhất.
Chương trình ATP có các chức năng:
- Thiết kế mơ hình tạo sự cố bằng Module APT DRAW.
- Hiển thị và phân tích dạng sóng, xung q độ bằng Module ATP PLOTXY.
- Và còn nhiều Module quan trọng nữa sẽ được giới thiệu chi tiết trong bài luận.
Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trị quan trọng đối với sự phát triển kinh tế
của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền
kinh tế quốc dân. Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt
tài nguyên thiên nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo
hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về
quy mơ, phức tạp trong tính tốn thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận hành
rất gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự
cố có thể xảy ra. Trong việc truyền tải điện với điện áp cao thì độ tin cậy cách điện

5


ở điện áp làm việc và khi xuất hiện quá điện áp có ý nghĩa rất lớn, đặc biệt là khi
xuất hiện quá điện áp.
Dông sét là hiện tượng thiên nhiên rất ly kỳ và nguy hiểm. Trên thế giới có
trung bình 1000 cơn giơng mỗi ngày. Theo thống kê của nước Pháp hàng năm
dông sét gây ra 10% hỏa hoạn, trên 40 người và 20.000 động vật bị chết, 50.000
lần cắt đường dây điện và điện thoại, các đường dây tải điện trên khơng. Tình hình
dơng sét tại Việt nam đã được thống kê trong một năm số lượng ngày dông sét ở
miền Bắc từ 70 đến 100 ngày. Hiện tượng thiên nhiên sét có ảnh hưởng nghiêm
trọng đến hệ thống điện nó có thể gây ra: ngừng cung cấp điện, phá hoại các thiết
bị, cơng trình xây dựng và nguy hại đến tính mạng con người.
Trạm biến áp là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và
phân phối điện. Đối với trạm 220 KV thì các thiết bị đặt ngồi trời. Nên khi có sét
đánh vào trạm sẽ gây hậu quả nặng nề không chỉ làm hư hỏng các thiết bị trong
trạm mà còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho các ngành công nghiệp khác do bị
ngừng cung cấp điện. Vì thế trạm biến áp đòi hỏi yêu cầu bảo vệ rất cao.
Trạm biến áp 220KV Thái Nguyên thuộc Công ty truyền tải điện 1 đóng vai
trị quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc. Trạm có tổng cơng suất
626 MVA có 2 MBA 250MVA-220/110/22KV; 2 MBA 63 MVA -110/35/22KV;
7 ngăn lộ 220KV, 16 ngăn lộ 110KV; 9 ngăn lộ 35KV; 10 ngăn lộ 22KV; Tụ bù
gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ
bù SVC – 108 MVAr. Nhiệm vụ chính của Trạm là cung cấp điện cho Khu Công
nghiệp Gang thép Thái nguyên, khu CN Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế,
chính trị cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Bắc Kạn, Cao Bằng, Hà Giang,
Tuyên Quang... Trạm nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, tại tỉnh Thái
Nguyên bình quân hàng năm có gần 100 ngày xuất hiện dơng sét, để ổn định việc
cung cấp điện liên tục thì việc nghiên cứu và đưa ra giải pháp về bảo vệ quá điện
áp khí quyển ngăn ngừa các sự cố cho TBA là rất cần thiết.

Chính vì vậy mà trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu về ổn định điện
áp, phương pháp nghiên cứu và đặc biệt là phân tích các kết quả mô phỏng, các
kinh nghiệm nhằm đưa ra biện pháp ngăn chặn ảnh hưởng của quá điện áp khí
quyển đối với Tram biến áp.
Trong luận văn này, tơi sử dụng các mô phỏng đưa ra các thông số ảnh
hưởng. Từ đó đưa ra rút ra những kinh nghiệm để đưa ra những phương pháp
nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển trong hệ thống
điện.
2. Mục tiêu của nghiên cứu
Mục tiêu chung:

6


Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu, đánh giá đưa ra giải pháp nâng
cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220KV
Thái Nguyên.
Mục tiêu cụ thể:
+ Giới thiệu trạm 220 kV Thái Nguyên, hiện trạng lưới điện 220kV Thái
Nguyên.
+ Sử dụng phần mềm ATP – EMPT mô phỏng các thông số cơ bản.
+ Đưa ra một số biện pháp bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220
kV Thái Nguyên.
- Vận dụng kiến thức đã được học kết hợp với nghiên cứu tài liệu để phân tích
tìm hiểu ngun nhân xảy ra các hiện tượng quá độ trên hệ thống.
- Dùng phần mềm ATP để mơ phỏng, nhận dạng và phân tích q độ.
- Thiết kế chương trình giới thiệu sử dụng phần mềm ATP.
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
- Ứng dụng Công nghệ thông tin, sử dụng phần mềm ATP – EMTP để mô

phỏng quá trình quá điện áp cho trạm biến áp 220Kv Thái Nguyên.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết đánh giá được khả năng bảo vệ của hệ thống
bảo vệ quá áp trong trạm và đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy bảo vệ quá áp cho
trạm biến áp.
4. Dự kiến kết quả đạt được.
- Mô phỏng dựa trên phần mềm ATP –EMTP.
- Đưa ra các phương án, giải pháp bảo vệ hiệu quả quá điện áp khí quyển.
5. Phương pháp và phương pháp luận
Trong phạm vi đề tài, để đạt được mục tiêu tác giả sử dung các phương pháp
sau:
- Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng kết quả hệ thống bằng phần mềm ATP –
EMTP đánh giá sự ảnh hưởng của quá điện áp khí quyển đối với TBA.
7


Luận văn bao gồm các phần chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về quá điện áp khí quyển.
Chương 2: Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên
Chương 3: Giới thiệu chương rình phần mềm mơ phỏng ATP-EMTP
Chương 4: Khảo sát quá điện áp khí quyển và giải pháp bảo vệ cho TBA
220KV-Thái Nguyên.
Kết luận và kiến nghị

8


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

9


Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN
1. Phân tích hoạt động dơng sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Ngun
1.1. Tình hình dơng sét ở Việt Nam
Qua việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các
cơng trình, thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời. Ngày nay người ta đã tìm ra được
những biện pháp, những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng
chống sét một cách hữu hiệu và an tồn. Tuy nhiên dơng sét là hiện tượng tự nhiên.
Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu
chống sét là rất quan trọng đối với các cơng trình.
Ở những vùng địa lý khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật
khác nhau nên các đặc điểm về dông sét gây ra những tác hại khác nhau. Tuỳ theo
từng vùng mà có những biện pháp thích hợp để phịng chống sét có hiệu quả.
Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lượng trong một năm số ngày giông
trên miền bắc nước ta thường dao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số lần
giông từ 150 đến 300 lần/năm, như vậy vào mùa mưa trung bình một ngày có thể
xảy ra từ 2 đến 3 cơn giông.
Vùng giông nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; tại đây
hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8 có tới
25 ngày/ tháng.
Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa đồng bằng số lần giông trong
một năm cũng nhiều tới 200 lần với số ngày giơng khoảng trên 100 ngày, các vùng
cịn lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm, tập trung khoảng 90 đến 100 ngày
trong năm.
Nơi ít giơng nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giơng. Xét
về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giơng khơng hồn tồn
đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa mưa bão tập chung khoảng từ

tháng 5 đến tháng 9. Ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ đầu
tháng 4 đến tháng 8. Ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng 9 ở Hà Tĩnh,
Quảng Bình.
Vùng duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương
đối nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8. Số ngày giông tập trung
10


xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất (tháng 5) quan sát được 12 đến 15
ngày. Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) mỗi tháng chỉ
gặp từ 2 đến 5 lần giơng. Phía nam Dun Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là
khu vực ít giơng nhất thường chỉ có tháng 5 số ngày giơng chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn
10 ngày (Tuy Hồ 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) cịn các tháng
khác của mùa đơng mỗi tháng chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông.
Các tỉnh miền Nam cũng khá nhiều giơng hàng năm trung bình quan sát
được từ 40 đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều giông nhất
là vùng đồng bằng Nam Bộ số ngày giơng trung bình hàng năm lên tới 120 đến
140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên (cũ) 129 ngày).
Ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày. Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến
tháng 11, trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày giơng
trung bình là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng 10 mỗi
tháng quan sát trung bình gặp trên 20 ngày giông (Tp HCM 22 ngày, Hà Tiên 23
ngày).
Tây Ngun mùa giơng thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày giơng đạt tới 10
đến 15 ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung
bình quan sát được chừng 15 ngày giơng. Ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam
Tây Nguyên (Plây-ku 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) cịn các tháng
khác trong mùa đơng mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giơng.
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình dơng sét trên ba miền khác nhau,
những vùng lân cận lại có mật độ dông sét tương đối giống nhau.

Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng
giơng tồn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho ghi
trên Bảng 1.1

11


Bảng 1. 1. Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong
cả nước
Ngày
Giờ giông
Mật độ sét
Tháng
giơng
trung
trung bình
giơng
2
trung bình
bình
(lần/km /năm) cực đại
(ngày/năm) (giờ/năm)

Vùng

1.Đồng bằng ven biển miền
Bắc

81,1

215,6

6,47

8

2.Miền núi trung du miền Bắc

61,6

219,1

6,33

7

3.Cao nguyên miền Trung

47,6

126,21

3,31

5; 8

4.Ven biển miền Trung

44,0

95,2

3,55

5; 8

5.Đồng bằng miền Nam

60,1

89,32

5,37

5;9

Bảng 1. 2. Mật độ sét ứng với số ngày giông trong các khu vực chính ở Việt
Nam

Khu vực

Mật độ sét (lần sét/km2/năm) ứng với số ngày giông
trong năm
20-40

40-60

60-80

80-100

100-120

2,434,86

4,86-7,2

7,299,72

9,7212,15

12,514,58

Miền núi, trung du Bắc
Bộ

2,1-4,2

4,2-6,3

6,3-8,4

8,4-10,5

10,512,6

Cao nguyên miền
Trung

1,2-2,4

2,4-3,6

3,6-4,8

4,8-6,0

6,0-7,2

Ven biển miền Trung

1,222,44

2,443,65

3,654,87

4,876,09

6,097,31

Đồng bằng Nam Bộ

1,26-

2,52-

3,78-

5,04-

6,30-

Đồng bằng ven biển
Bắc Bộ

12


2,52

3,78

5,04

6,30

7,56

Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giơng nhiều và mật
độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lưới
điện và các cơng trình trên mặt đất ở Việt Nam.
Hoạt động của dông sét ở Việt Nam do ảnh hưởng của các yếu tố địa hình, có
thể thấy mức hoạt động của dơng sét giảm dần theo vĩ độ. Ta thấy trên bản đồ phân
vùng mật độ sét Việt Nam.

13


Hình 1. 1. Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam

Miền Bắc là khu vực có cường độ dơng sét mạnh nhất, miền Trung yếu dần
sau đó lại tăng dần ở miền Nam. Về thời gian bắt đầu mùa giơng có thể thấy mức
hoạt động dơng sét tăng dần từ vĩ độ cao xuống thấp. Vào tháng 2 chủ yếu là dơng
sét phía Bắc, tháng 11 chủ yếu dơng sét phía Nam.
Về ảnh hưởng của yếu tố địa hình từ vùng cao xuống vùng thấp theo kinh độ
(mức hoạt động của dông sét giảm dần theo chiều tăng của kinh độ ở mọi khu
vực).
Về mức hoạt động của dông sét ở các khu vực miền Bắc thường cực đại vào
tháng 8 sau đó chuyển dần vào tháng 7, tháng 6 theo chiều giảm của vĩ độ, đến
miền trung thường có 2 điểm cực đại, nhiều khu vực ở miền Nam có tới 3 điểm
cực đại.
1.2. Hoạt động của dơng sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
Thái Nguyên có mật độ sét rất cao vào khoảng 7-8,5 lần /km /năm đó là do
vị trí địa lý và đặc điểm khống sản:
2

Là một tỉnh trung du và miền núi, có nhiều nguồn khống sản, theo số liệu
thăm dị địa chất, tỉnh Thái Nguyên đã phát hiện được 76 mỏ và điểm quặng được
thăm dị, đánh giá nhóm khống sản kim loại có trữ lượng lớn đây là một yếu tố
làm cho mật độ sét tại Thái Nguyên rất cao.
Các khu vực Đồng Hỷ, Phú Bình, Đại Từ, Phú Lương, Thành phố v.v...có
mật độ sét rất cao do khu vực này có nhiều mỏ như sắt Trại Cau, quặng Đại Từ,
kẽm Đồng Hỷ… nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp như khu Gang Thép Thái
Nguyên, khu công nghiệp Sông Công được coi là những vùng tập trung dông sét.
Đây là lý do ngành điện đã đặt tại Thái Nguyên một Trạm nghiên cứu sét duy nhất
của ngành.
Hoạt động dông sét tại Thái Nguyên diễn ra khá mạnh và tập trung:
14

+ Ngày dơng trung bình năm: 87 ngày.
+ Giờ dơng trung bình năm: 329 giờ.
+ Thời gian kéo dài dơng trung bình ngày: 3,5 giờ.
+ Các ngày dơng được tập trung vào các tháng từ tháng 7 –tháng 8 hàng
năm với trung bình số ngày dơng là 10 ngày/ tháng.
+ Mật độ sét từ 7-8,5 lần/km .
2

Theo số liệu thống kê của tồn quốc và của tỉnh thì Thái Ngun được xếp
vào nhóm những khu vực có sét hoạt động mạnh. Số ngày dơng khá cao so với khu
vực có ngày giông cao nhất là Trà Mi-Quảng Nam 131 ngày, mật độ sét rất cao và
tập trung chủ yếu vào các tháng 7-9 hàng năm, số ngày giông trong các tháng này
cao nhất cả nước 10 ngày/tháng.
Hoạt động sét tập trung chủ yếu tại các khu vực có nhiều mỏ quặng kim loại
các đường dây đi qua các khu vực này thường xuyên phải chịu ảnh hưởng của sét
gây thiệt hại không nhỏ.
Hiện trạng hệ thống chống sét trên lưới điện ở Thái Nguyên như sau:
+ Đối với các trạm biến áp trung gian (35/10 kV và 35/6 kV) đã lắp đặt hệ
thống dây chống sét cho đoạn đường dây 35 kV vào trạm (tính từ trạm biến áp
trung gian trở ra đường dây thì dây chống sét dài từ 1,5 đến 2 km); Trong khu vực
trạm biến áp đã có kim thu lơi và chống sét van. Các trạm biến áp phân phối giảm
áp thì hầu hết được trang bị chống quá điện áp khí quyển bằng một bộ chống sét
van.
+ Với các đường dây cao áp có cấp điện áp trên 110kV đều được treo dây
chống sét trên toàn tuyến, những khu vực hay xảy ra sét đánh, gần các trạm biến áp
đều treo hai dây chống sét để tăng cường đảm bảo an toàn cho đường dây và trạm
biến áp.
Với hệ thống chống sét như trên thì về cơ bản đã hạn chế được những tác hại
của sét. Song đối với một số vùng có mật và cường độ sét lớn, thì sóng sét vẫn lan

truyền vào trạm biến áp, gây cháy hỏng các máy biến áp phân phối, do vậy việc
phải tăng cường chống sét cho các máy biến áp là cần thiết.

15


2. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ
thống diện
2.1. Sét đánh (lightning).
Theo tính tốn của các nhà khoa học, vào một thời điểm bất kỳ, trên trái đất
chúng ta đang sống có khoảng 2000 cơn dơng hoạt động. Mỗi cơn dơng trung bình
thường kéo dài từ 2 đến 4 giờ đồng hồ và có thể tạo ra 1000, 2000 cú phóng điện
xuống mặt đất.
Năng lượng trung bình trong mỗi cơn dơng như một nhà máy điện có cơng
suất khoảng vài trăm MW với điện thế lên tới hàng tỷ Volt, nguồn điện của một tia
sét xuất hiện trong cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vịng
3 tháng. Với cường độ mạnh như vậy, dơng sét là một trong số những hiểm họa
thiên tai vô cùng nguy hiểm đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại
rất lớn về tài sản vật chất. Năm 2001, ngành điện Việt Nam có khoảng 400 sự cố,
50% trong số đó là do sét gây ra. Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt
220 KV của Nhà máy Thuỷ điện Hịa Bình. Sự cố đã khiến lưới điện miền Bắc bị
rã mạch, nhiều nhà máy điện bị tách ra khỏi hệ thống. Nhiều tỉnh thành khác bị mất
điện trên diện rộng.
Việc phân tích hiện tượng quá độ do sét đánh nhằm đánh giá hiệu quả bảo
vệ của chống sét van trung áp và sự cần thiết phải trang bị chống sét van hạ áp
nhằm bảo vệ thiết bị điện hạ áp khi sét lan truyền từ phía trung áp sang phía hạ áp
của máy biến áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp. Mơ hình
xung sét được xây dựng trong môi trường ATP sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các
nghiên cứu quá độ của hệ thống điện. Sét lan truyền trên các đường dây trên không
trung áp gây ra q áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích và

cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và gây ra sự
cố cắt mạch điện. Do vậy, phải cần trang bị các thiết bị chống sét van ở ngõ vào
trạm biến áp. Các nghiên cứu xây dựng mơ hình chống sét van trung áp, đánh giá
hiệu quả bảo vệ, cũng như xác định vị trí lắp đặt các thiết bị này để đạt hiệu quả
bảo vệ cao nhất đã được nghiên cứu. Đối với sét cảm ứng lan truyền trên đường
nguồn hạ áp, hiệu quả bảo vệ bảo vệ của chống sét van cũng được đề cập thông
qua việc xây dựng mơ hình và mơ phỏng với nhiều cấu hình bảo vệ khác nhau.
Tuy nhiên, việc xây mơ hình xung sét đánh trực tiếp dạng sóng 10/350^s với
mức độ tương thích cao so với dạng sóng qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế và
16


việc đánh giá nguy hiểm cho các thiết bị hạ áp do sét đánh trực tiếp tới đường dây
trung áp trên khơng lan truyền qua phía hạ áp của máy biến áp phân phối và đi vào
mạng phân phối hạ áp chưa được đề cập và phân tích một cách đầy đủ. Các mơ
hình thiết bị và mơ phỏng hệ thống phân phối điện liên quan đến vấn đề nghiên
cứu được xây dựng và thực hiện trong môi trường ATP
2.2 . Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một thể
thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện
nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét
đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm
hỏng đến các thiết bị trong trạm mà cịn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện
toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các
ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
vào trạm biến áp đặt ngồi trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những
phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế. Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị
trong trạm được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp.
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta
cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dãn

nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và đáp
ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm.
2.1.1 Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp
Hệ thống điện là loại đối tượng chịu rất nhiều tác hại từ dông sét. Các đường
dây tải điện, phần lớn là các đường dây trên khơng có chiều dài rất lớn đi qua
nhiều vùng khác nhau nên xác suất bị sét đánh là tương đối cao. Khi sét đánh vào
đường dây tải điện, có thể gây phóng điện trên cách điện của đường dây và gây sự
cố cắt điện. Trên đường dây dài, chỉ một nơi bị sét đánh cũng có thể gây ra sự cố
ngắn mạch làm máy cắt tác động dẫn đến ngừng cung cấp điện và có thể gây tổn
thất nghiêm trọng. Có thể nói rằng các sự cố trong hệ thống điện do sét gây nên
chủ yếu là xảy ra trên đường dây. Trường hợp sét đánh trực tiếp luôn là mối nguy
hiểm bởi đường dây phải hứng chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét.
Đối với trạm biến áp, nếu sét đánh trực tiếp vào phần dẫn điện của trạm
được nối với nhiều đường dây bên ngồi, dịng điện sét có thể truyền ra phía ngồi
17


trạm. Khi đó trên thanh cái trạm biến áp cũng xuất hiện quá điện áp. Điện áp này
có thể gây phóng điện và dẫn đến sự cố trong trạm. Nếu có khe hở phóng điện
hoặc chống sét van, chúng có thể bảo vệ các thiết bị đầu tiên trong trạm.
Nếu sét đánh vào phần làm việc của trạm cách ly với lưới điện bên ngoài,
quá điện áp trên phần tử bị sét đánh có độ dốc và biên độ lớn, khoảng khe hở khí
có thời gian phóng điện lớn nên cả chống sét van và khe hở không thể bảo vệ được
các thiết bị.
2.1.2. Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ
sinh ra sóng điện từ truyền dọc gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của
đường dây. Khi cách điện của đường dây hỏng sẽ gây nên ngắn mạch các pha,
ngắn mạch pha đứt, buộc các thiết bị đầu đường dây phải làm việc. Với những

đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể dễ gây nên mất ổn
định trong hệ thống. Nếu hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc khơng nhanh có
thể tan rã lưới.
Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp, điều này rất nguy
hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm
trọng. Mặt khác khi có sóng sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy
biến áp làm việc khơng hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây
thiệt hại vô cùng lớn cho hệ thống điện.
Đối với nhà máy điện và trạm biến áp ngoài trời việc bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào thiết bị điện còn phải chú ý bảo vệ các cơng trình khác như:
+ Đoạn thanh dẫn nối từ máy phát điện vào máy biến áp.
+ Gian máy của các loại nhà máy kiểu hở, các thùng đựng hydrơ, các thiết bị
thu đựng khí ngồi trời, các thiết bị chứa dung dịch điện ngoài trời ...
+ Đối với các cơng trình dễ cháy nổ thì khơng những bảo vệ sét đánh trực
tiếp mà còn sự phát sinh do điện áp gây nên. Vì vậy, khi tiến hành thiết kế bảo vệ
đối với phần này phải nghiên cứu thêm quy trình chống cháy nổ.

18


Kết luận chương 1
aQua việc nghiên cứu hoạt động của dơng sét và những ảnh hưởng của nó
tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét là vô cùng
cần thiết và không thể thiếu trong hệ thống điện.
Vì vậy ta cần thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho các phần tử và trang
thiết bị trong hệ thống điện (nhà máy điện và trạm biến áp, các đường dây trên
không …) sao cho phù hợp để hạn chế tối đa những ảnh hưởng của sét tới các thiết
bị điện, đảm bảo sự làm việc bình thường của các thiết bị trong hệ thống điện.
Trong hệ thống bảo vệ chống sét người ta sử dụng dây chống sét, cột thu sét,
chống sét van, các khe hở phóng điện và hệ thống nối đất tương ứng để nhanh

chóng tản dịng điện sét vào trong đất cũng như giảm điện áp giáng trên các phần
tử bảo vệ ở mức thấp nhất có thể, phù hợp với điều kiện và yêu cầu của từng loại,
tránh phóng điện ngược tới các thiết bị lân cận.
Tại chương 1 này tác giả đã giải quyết được một số vấn đề sau:
Phân tích hoạt động dơng sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên, từ
những thông số nghiên cứu về sét và dữ liệu ghi lại trong quá trình nghiên cứu để
từ đó hiểu thêm về mức độ nguy hiểm của sét trong cuộc sống cũng như trong
ngành điện
Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ
thống diện, phân tích kĩ những tác động của hiện tượng quá điện áp nói chung và
q điện áp do khí quyển nói riêng. Một số cách khắc phục đang sử dụng trong các
trạm biến áp, từ đó tìm hướng nghiên cứu cách khắc phục tại chương tiếp theo
bằng phương pháp ATP-EMTP

19


CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN

20


Chương 2.
GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN
2.1. Tình hình sự cố lưới điện.
Ở các nước châu âu và Liên Xơ (cũ) và những nước có hệ thống điện phát triển
sớm, từ những năm cuối thập kỷ 60, đầu thập kỷ 70 đã tiến hành thống kê phân
tích sự cố do sét nói riêng của các đường dây 275-500kV. Kết quả thống kê và
phân tích của CIGRE từ năm 1950 đến năm 1962 cho thấy sự cố cắt điện chiếm

63,5%.
ở Việt Nam từ năm 1987 - 1992 song song với việc đo lường các thơng số
dịng điện sét trên các đường dây trên không ĐZK 220kV cũng đã tiến hành thống
kê và phân tích tình hình sự cố nói chung và sự cố do sét đánh nói riêng của lưới
điện cao áp. Kết quả cho thấy:
- Đối với đường dây 110kV ở khu vực Thái Nguyên suất cắt điện do sét là
1,86lần/năm.
- Đối với đường dây trên không Phả Lại- Hà Đông suất cắt do sét là
1,63lần/.Năm.
- Đối với đường dây siêu cao áp 500kV từ khi đưa vào vận hành (tháng
4/1994) đến cuối năm 1996 sự cố cắt điện đường dây tương đối nhiều. Trên cơ sở
số liệu cỉa năm 1995-1996 và các số liệu khí tượng của 23 TBA dọc đường dây
siêu cao áp 500kV đã tiến hành phân tích xử lý và thấy rằng tổng số lần sự cố
nhiều nhưng số lần xảy ra khi có dơng trong mỗi năm khơng nhiều. Trong hai năm
1995-1996 có 21 lần và như vậy suất cắt điện khi có dơng sét là 0,73lần/năm.
- Đối với lưới điện 110-220kV trong hai năm 1996-1997 tuy khơng xử lý và
phân tích cụ thể số lần cắt điện do sét nhưng lại phân bố sự cố vĩnh cửu theo các
tháng trong năm của lưới điện miền Bắc đã được tổng hợp để xem xét, với số liệu
ghi trong bảng sau:
T×nh h×nh sù cố l-ới điện 110-220kV
Năm/Tháng 1 2 3 4 5 6
1996
1997

7

8

Bảng 2-1
9 10 11 12

1 1 3 1 4 6 15 14 4
1 0 4 3 6 7 4 5 1

21

1
2

2
3

1
0