Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số giải pháp giảm sự cố do sét cho đường dây truyền tải điện trên không

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

NINH VĂN NAM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT
CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2020


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

NINH VĂN NAM

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT
CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG

Ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 9520201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. PHẠM HỒNG THỊNH
2. PGS.TS. TRẦN VĂN TỚP

Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của bản thân tơi dựa trên hướng
dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học và những tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Các kết quả
đạt được trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất cứ
cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng 6 năm 2020

XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
GV. HƯỚNG DẪN 1

GV. HƯỚNG DẪN 2

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

TS. Phạm Hồng Thịnh

PGS.TS. Trần Văn Tớp

Ninh Văn Nam

i


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn khoa học trực
tiếp, TS. Phạm Hồng Thịnh và PGS.TS. Trần Văn Tớp đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng
khoa học trong suốt quá trình nghiên cứu. Hai thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, hỗ
trợ về mọi mặt để tôi hồn thành luận án này.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng đào
tạo - Bộ phận đào tạo Sau đại học, Viện Điện và Bộ môn Hệ thống Điện đã luôn tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong suốt q trình học tập và nghiên cứu. Tơi cũng
xin chân thành cảm ơn lãnh đạo, các Giảng viên bộ Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình hỗ trợ và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội,
Ban Chủ nhiệm khoa Điện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian
qua. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và động viên của các đồng nghiệp tại
trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ tại Công ty
truyền tải điện 1, Công ty lưới điện cao thế miền Bắc, các cán bộ tại Viện Năng Lượng và
TS. Nguyễn Thái Thành trường Đại học Quốc gia Incheon Hàn Quốc đã giúp đỡ tôi thực
hiện luận án.
Cuối cùng, tôi thực sự cảm động và biết ơn đến người vợ yêu quý và hai con thân
yêu cùng Ơng Bà nội ngoại hai bên đã ln ở bên tác giả những lúc khó khăn, mệt mỏi, để
động viên, hỗ trợ về tài chính và tinh thần trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thiện bản
luận án này.

Tác giả luận án

Ninh Văn Nam

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................................... xi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................................... 3
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ....................................................................... 3
5. Các đóng góp mới của luận án ....................................................................................... 4
6. Cấu trúc nội dung của luận án ........................................................................................ 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ........ 7
1.1. Tổng quan về sự cố do sét trên đường dây truyền tải ................................................... 7
1.1.1. Quy mô phát triển đường dây truyền tải Việt Nam .............................................. 7
1.1.2. Tình hình giơng sét tại Việt Nam ........................................................................ 8
1.1.3. Tình hình sự cố do sét trên đường dây truyền tải Việt Nam ............................... 11
1.1.4. Tình hình sự cố do sét trên đường dây truyền tải trên thế giới ........................... 13
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước về tính tốn chống sét cho đường dây
truyền tải .......................................................................................................................... 14
1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về các giải pháp chống sét cho đường dây truyền
tải 15
1.3.1. Lắp đặt CSV ..................................................................................................... 15
1.3.2. Sử dụng dây nối đất phía dưới .......................................................................... 16
1.3.3. Sử dụng cách điện không đối xứng ................................................................... 16
1.3.4. Bỏ dây chống sét thay bằng CSV ...................................................................... 17
1.4. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu ........................................................ 17
1.4.1. Những vấn đề còn tồn tại .................................................................................. 17
1.4.2. Lựa chọn hướng nghiên cứu ............................................................................ 18
1.5. Kết luận .................................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN

TẢI 20
iii


2.1. Truyền sóng trên đường dây truyền tải ...................................................................... 20
2.1.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................. 20
2.1.2. Truyền sóng trong hệ nhiều dây ........................................................................ 21
2.2. Ảnh hưởng của các thông số đường dây đến quá điện áp sét ...................................... 22
2.2.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 22
2.2.2. Tổng dẫn Y0 của đường dây.............................................................................. 23
2.2.3. Tổng trở dọc đường dây Z0 ............................................................................... 24
2.2.3.1. Ma trận tổng trở ngoài Zext ......................................................................... 24
2.2.3.1.Ma trận tổng trở trong Zint ........................................................................... 25
2.3. Tổng trở sóng trong phương trình truyền sóng sét và hệ số ngẫu hợp ......................... 26
2.3.1. Trường hợp đường dây một dây chống sét ........................................................ 27
2.3.2. Trường hợp đường dây hai dây chống sét ......................................................... 27
2.4. Tính tốn điện áp do sét trên cách điện ...................................................................... 28
2.4.1. Khi sét đánh đỉnh cột ........................................................................................ 28
2.4.2. Khi sét đánh vào dây pha .................................................................................. 30
2.5. Mô phỏng quá điện áp sét bằng chương trình tính tốn q độ điện từ EMTP ............ 30
2.5.1. Giải phương trình truyền sóng trong EMTP ...................................................... 31
2.5.1.1. Truyền sóng trong hệ một dây .................................................................... 31
2.5.1.2. Truyền sóng trong hệ nhiều dây.................................................................. 32
2.5.2. Mơ hình các phần tử trong EMTP ..................................................................... 33
2.5.2.1. Mơ hình nguồn sét ...................................................................................... 33
2.5.2.2.Mơ hình cột ................................................................................................. 33
2.5.2.3.Mơ hình đường dây ..................................................................................... 35
2.5.2.4.Mơ hình điện trở tiếp địa cột........................................................................ 36
2.5.2.5. Mơ hình chuỗi cách điện và khe hở phóng điện .......................................... 37
2.5.2.6. Mơ hình CSV ............................................................................................. 38

2.6. Áp dụng EMTP tính toán điện áp sét trên đường dây truyền tải ................................. 38
2.6.1. Ảnh hưởng các thông số đến hệ số K giữa DCS và các dây pha ........................ 39
2.6.3. Kết quả mô phỏng QĐA sét trên cách điện của đường dây truyền tải ................ 44
2.7. Kết luận .................................................................................................................... 46
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI 48
3.1. Phương pháp mơ hình điện hình học ......................................................................... 48
iv


3.1.1. Suất cắt do sét đánh đỉnh cột hoặc khoảng vượt của dây chống sét (BFR) ......... 48
3.1.2. Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn (SFFOR) ....................................................... 49
3.2. Phương pháp mơ phỏng Monte Carlo ....................................................................... 51
3.2.1. Trình tự tính tốn của phương pháp mơ phỏng Monte Carlo ........................... 52
3.2.2. Áp dụng tính tốn ........................................................................................... 55
3.3. Kết luận ................................................................................................................... 57
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG CHỐNG SÉT VAN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ..... 59
4.1. Giới thiệu về chống sét van ....................................................................................... 59
4.1.1. Quá trình phát triển của chống sét van .............................................................. 59
4.1.2. Cấu tạo của CSV .............................................................................................. 60
4.1.3. Ứng dụng của CSV........................................................................................... 61
4.2. CSV đường dây ......................................................................................................... 61
4.2.1. Nguyên tắc làm việc của CSV đường dây ......................................................... 61
4.2.2. Đặc tính làm việc của CSV đường dây.............................................................. 62
4.2.3. Điện áp làm việc liên tục .................................................................................. 63
4.2.4. Khả năng hấp thụ năng lượng của CSV đường dây ........................................... 63
4.2.5. Các loại chống sét van đường dây ..................................................................... 64
4.3. Hiệu quả của lắp đặt CSV cho đường dây truyền tải .................................................. 65
4.4. Ảnh hưởng của thông số đường dây tới suất cắt khi lắp đặt chống sét van ................. 66
4.4.1. Ảnh hưởng của chiều cao cột ........................................................................... 66

4.4.2. Ảnh hưởng chiều dài khoảng vượt .................................................................... 67
4.4.3. Ảnh hưởng điện trở tiếp địa cột ........................................................................ 67
4.6. Suất cắt do sét theo số lượng CSV lắp đặt ................................................................. 70
4.7. Lựa chọn vị trí lắp đặt CSV theo cấu hình đường dây ................................................ 71
4.7.1. Đường dây 220 kV ........................................................................................... 71
4.7.1.1. Đường dây 220 kV hai mạch hai DCS ........................................................ 71
4.7.1.2. Đường dây 220 kV một mạch một DCS ..................................................... 73
4.7.2. Đường dây 110 kV ........................................................................................... 74
4.7.2.1. Đường dây 110 kV hai mạch một DCS ...................................................... 74
4.7.2.2. Đường dây 110 kV một mạch một DCS ..................................................... 75
4.8. Năng lượng hấp thụ CSV .......................................................................................... 77
4.8.1. Năng lượng hấp thụ CSV theo cấp điện áp ........................................................ 77
v


4.8.2. Năng lượng hấp thụ CSV theo điện trở tiếp địa cột ........................................... 77
4.8.3. Năng lượng hấp thụ CSV theo trị số dòng điện sét ............................................ 79
4.8.4. Phân bố năng lượng hấp thụ CSV trên các pha.................................................. 81
4.9. Lắp đặt chống sét van rời rạc trên đường dây ............................................................ 83
4.9.1. Cơ chế phóng điện khi lắp CSV rời rạc ............................................................. 83
4.9.1.1. Khi sét đánh đỉnh cột hoặc DCS ................................................................. 84
4.9.1.2. Khi sét đánh dây pha .................................................................................. 84
4.9.2. Các kết quả mô phỏng ...................................................................................... 85
4.9.2.1. Trường hợp lắp 1 CSV ............................................................................... 85
4.9.2.2. Trường hợp lắp 2 CSV ............................................................................... 87
4.9.2.3. Trường hợp lắp 3 CSV ............................................................................... 88
4.9.2.4. Trường hợp sét đánh dây pha...................................................................... 89
4.9.3. Tổng kết ........................................................................................................... 90
4.10. Kết luận .................................................................................................................. 91
CHƯƠNG 5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG SÉT KẾT HỢP SỬ DỤNG CSV CHO

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ......................................................................................... 92
5.1. Phương pháp sử dụng chống sét van kết hợp với cách điện không đối xứng .............. 92
5.1.1. Cơ sở của phương pháp .................................................................................... 92
5.1.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................................ 93
5.2. Phương pháp sử dụng CSV kết hợp với DCS treo phía dưới ..................................... 94
5.2.1. Cơ sở của phương pháp .................................................................................... 94
5.2.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................................ 95
5.3. Phương pháp CSV được sử dụng thay cho DCS ........................................................ 98
5.3.1. Cở sở của phương pháp .................................................................................... 98
5.3.2. Số lần sét đánh vào đường dây.......................................................................... 99
5.3.3. Suất cắt đường dây khi CSV được sử dụng thay cho DCS .............................. 100
5.4. Phương pháp sử dụng CSV kết hợp với dây UGW trên đường dây khơng có DCS .. 100
5.5. Kết luận .................................................................................................................. 102
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 104
1. Đóng góp khoa học của luận án .................................................................................. 104
2. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo .................................................................. 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 106
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ..................................... 113
vi


PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 114
PL 1. Chương trình mơ phỏng phóng điện trên cách điện đường dây 500 kV trong
EMTP/ATP .............................................................................................................. 114
PL 2. Chương trình mơ phỏng phóng điện trên cách điện đường dây 220 kV trong
EMTP/ATP .............................................................................................................. 115
PL 3. Chương trình mơ phỏng phóng điện trên cách điện đường dây 110 kV trong
EMTP/ATP .............................................................................................................. 116
PL 4. Đặc tính V- A của CSV................................................................................... 117
PL 5. Cấu trúc cột hai mạch và cột một mạch và các thơng số trong mơ hình mơ phỏng

EMTP 118
PL 6. Dịng điện sét lớn nhất đánh vào dây pha theo mơ hình điện hình học ............. 121
PL 7. Các trị số điện trở và điện cảm của từng tầng trong mơ hình cột nhiều tầng trong
EMTP/ATP .............................................................................................................. 121
PL.8. Mơ hình các phần tử trong EMTP/ATP ........................................................... 122
PL.9. Chương trình tính tốn suất cắt trong Matlab .................................................. 124
PL10. Chương trình Matlab tính theo phương pháp Monte Carlo.............................. 128

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BFR
BIL
CĐĐX
CĐKĐX
CIGRE
CSV
Dc
DCS
DD
Dg
EGLA
EVN
EGM
EMTP/ATP
Ic
IEC
IEEE
Im

KSF
MCOV
NASA
NC
Ng
NGC
NGLA
Nl
NPT
OHGW
P(I > Ic)
PTC1
PTC2
PTC3
PTC4
pu
QĐA

Suất cắt do sét đánh vào đường dây gây phóng điện ngược
(Back Flashover Rate)
Mức chịu đựng xung sét của cách điện
Cách điện đối xứng
Cách điện không đối xứng
Conference Internationale des Grands Reseaux Electriques
Chống sét van
Khu vực sét đánh vào dây dẫn
Dây chống sét
Dây dẫn
Khu vực sét đánh vào dây chống sét
Externally Gapped Line Arrester - CSV đường dây không

khe hở ngồi
Tập đồn điện lực Việt Nam
Mơ hình điện hình học
Electromagnetic transient program/Alternative Transients
Programme
Dịng điện sét nhỏ nhất gây ra phóng điện trên cách điện khi
sét đánh vào đường dây
International Electrotechnical Commission
Viện các kỹ sư kỹ thuật điện và điện tử (Institute of
Electrical and Electronics Engineers)
Cường độ dòng điện sét lớn nhất đánh vào dây dẫn
Hệ số khoảng vượt
(Maximum Continuous Operating Voltage)- điện áp làm
việc lớn nhất cho phép liên tục của CSV
National Aeronautics and Space Administration
Suất cắt tổng cộng, bao gồm do sét dây chống sét và dây dẫn
Mật độ giông sét
Công ty lưới điện cao thế Miền Bắc
Non Gapped Line Arrester - CSV đường dây không khe hở
Số lần sét đánh vào đường dây
Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia
Dây chống sét chạy bên trên (Overhead Ground Wire )
Xác suất xuất hiện dịng điện sét có cường độ lớn hơn Ic
Công ty truyền tải điện 1
Công ty truyền tải điện 2
Công ty truyền tải điện 3
Công ty truyền tải điện 4
Per unit system - Giá trị trong hệ đơn vị tương đối
Quá điện áp
viii

Rtd
SCADA
SFFOR
Sg
SVL
TBA
tf
TT
UA, B, C
Ucđ
Udd
Uđc
UGW
v
Zcột
Zdcs
Zdd

Điện trở tiếp địa cột
Hê thống giám sát, điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu
Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn (Shielding Failure
Flashover Rate)
Khoảng cách giữa hai dây chống sét
Bộ hạn chế điện áp trên vỏ cáp (Sheath Voltage Limiter)
Trạm biến áp
Thời gian đầu sóng của dịng điện sét
Thời gian truyền sóng trên cột
Điện áp trên pha A, pha B hoặc pha C

Điện áp trên cách điện
Điện áp trên dây dẫn
Điện áp tại đỉnh cột
Dây chống sét chạy phía dưới (Under Built Ground Wire)
Vận tốc truyền sóng
Tổng trở sóng của cột
Tổng trở sóng của dây chống sét
Tổng trở sóng của dây dẫn

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Chỉ tiêu suất cắt đối với các đường dây truyền tải 220 kV và 500 kV ............... 12
Bảng 1.2 Chỉ tiêu suất cắt đối với các đường dây 110 kV của NGC ................................ 13
Bảng 2.1. Số liệu về dây dẫn, dây chống sét..................................................................... 39
Bảng 2.2. Số liệu về kích thước cột.................................................................................. 39
Bảng 3.1. Tham số của hàm phân bố log-chuẩn cho dòng điện sét ................................... 53
Bảng 3.2. Tham số của hàm phân bố của điện trở tiếp địa cột .......................................... 55

x


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Quy mơ về đường dây 110-220-500 kV từ 2012-2018........................................ 7
Hình 1.2. Chiều dài đường dây truyền tải theo quy hoạch điện VII ................................... 7
Hình 1.3. Khối lượng quản lý vận hành đường dây truyền tải các đơn vị tính đến năm 2018
.......................................................................................................................................... 8
Hình 1.4. Bản đồ mật độ giơng sét tại Việt Nam ................................................................ 9
Hình 1.5. Bản đồ Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến

năm 2030 ......................................................................................................................... 10
Hình 1.6. Sự cố theo các năm của NPT............................................................................ 11
Hình 1.7. Suất cắt do sét trên đường dây truyền tải theo thống kê của các Cơng ty truyền tải
........................................................................................................................................ 11
Hình 1.8. Sự cố theo các năm của PTC1 .......................................................................... 12
Hình 1.9. Suất cắt do sét theo thống kê một số đường dây do PTC1 quản lý .................... 12
Hình 1.10. Sự cố theo các năm trên lưới 110 kV do NGC quản lý ................................... 13
Hình 1.11 Suất cắt của đường dây 110 kV theo thống kê ................................................. 13
Hình 2.1. Sơ đồ đường dây thơng rải trong tính tốn truyền sóng..................................... 20
Hình 2.2. Sơ đồ mạch khi xét ảnh hưởng tương hỗ giữa các dây với nhau ....................... 21
Hình 2.3. Phương pháp ảnh trong xác định hệ số thế của đường dây ................................ 23
Hình 2.4. Cách xác định các tham số trong tính tốn tổng trở ngồi của đường dây dựa trên
phương pháp ảnh phức ..................................................................................................... 25
Hình 2.5. Trường hợp sét đánh đỉnh cột........................................................................... 28
Hình 2.6. Phân bố dòng điện sét khi đánh trực tiếp vào dây dẫn....................................... 30
Hình 2.7. Mơ hình nguồn điện sét.................................................................................... 33
Hình 2.8. Sóng dịng điện sét slope-Ramp ....................................................................... 33
Hình 2.9. Cột hai mạch với mơ hình mạch và mơ hình mơ phỏng trong EMTP ................ 34
Hình 2.10. Cột một mạch với mơ hình mạch và mơ hình mơ phỏng trong EMTP............. 35
Hình 2.11. Thông số đường dây 2 mạch hai dây chống sét trong EMTP .......................... 35
Hình 2.12. Mơ hình đường dây với 7 cột và 6 khoảng vượt ............................................. 36
Hình 2.13. Số liệu trị số Rtd và mơ hình thay thế trong chương trình EMTP..................... 37
Hình 2.14. Khe hở phóng điện trên chuỗi cách điện (a) và mơ hình trong EMTP (b)........ 37
Hình 2.15. CSV có khe hở ngồi (a), Mơ hình CSV có khe hở ngồi trong EMTP (b) ..... 38
Hình 2.16. Cấu hình cột hai mạch và cột một mạch ......................................................... 39
Hình 2.17. So sánh hệ số ngẫu hợp các pha với DCS khi khơng xét và có xét dòng trở về
trong đất đường dây 220 kV, điện trở suất đất 1000 .m ................................................. 40
Hình 2.18. So sánh hệ số ngẫu hợp các pha với DCS khi không xét và có xét dịng trở về
trong đất đường dây 110 kV, điện trở suất đất 1000 .m ................................................. 40
Hình 2.19. Hệ số ngẫu hợp giữa dây pha với DCS theo điện trở suất của đất .................. 41

Hình 2.20. Hệ số ngẫu hợp theo số lượng DCS ................................................................ 41
Hình 2.21. Hệ số ngẫu hợp theo cấp điện áp .................................................................... 42
Hình 2.22. Hệ số ngẫu hợp theo tần số dòng điện sét ....................................................... 43
xi


Hình 2.23. Hệ số ngẫu hợp giữa các dây pha a) một mạch, b) hai mạch .......................... 43
Hình 2.24. Phân bố điện áp trên các pha tại cột bị sét đánh .............................................. 44
Hình 2.25. Sóng QĐA trên cách điện các pha tại cột ....................................................... 44
Hình 2.26. Biên độ QĐA sét trên cách điện các pha theo trị số Rtđ ................................... 45
Hình 2.27. Biên độ QĐA sét trên cách điện các pha theo biên độ dịng điện sét ............... 45
Hình 2.28. Biên độ QĐA sét trên cách điện các pha theo thời gian đầu sóng.................... 46
Hình 3.1. Mơ hình EGM xác định diện tích thu hút sét vào DCS và dây dẫn.................... 49
Hình 3.2. Xác định Dc và Dg theo mơ hình điện hình học................................................. 50
Hình 3.3. Xác suất tích lũy của biên độ dịng điện sét theo CIGRE .................................. 51
Hình 3.4. Sơ đồ khối ứng dụng của phương pháp………………………………………….52
Hình 3.5. Sơ đồ thuật tốn tính tốn suất cắt do sét theo phương pháp mơ phỏng Monte
Carlo ................................................................................................................................ 54
Hình 3.6. Phân bố giá trị điện trở tiếp địa cột. .................................................................. 55
Hình 3.7. So sánh suất cắt đường dây 220 kV Việt Trì – Yên Bái theo phương pháp EGM
và phương pháp Monte Carlo với thực tế vận hành........................................................... 56
Hình 3.8. So sánh suất cắt đường dây 110 kV Tiên Yên-Mông Dương theo phương pháp
EGM và phương pháp Montecarlo với thực tế vận hành. .................................................. 56
Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc của vật liệu ZnO ....................................................................... 59
Hình 4.2. Ảnh của vật liệu ZnO dưới kính hiển vi điện tử ................................................ 59
Hình 4.3. Các tấm ZnO được đúc với đường kính khác nhau dùng cho các cấp điện áp khác
nhau [92] ......................................................................................................................... 60
Hình 4.4. Cấu tạo của một CSV với cách điện bao bằng sứ.............................................. 60
Hình 4.5. CSV đường dây 220 kV Thanh Thủy - Hà Giang ............................................. 61
Hình 4.6. Nguyên tắc làm việc của CSV đường dây ........................................................ 62

Hình 4.7. Đặc tính làm việc của CSV cấp điện áp 220 kV ............................................... 63
Hình 4.8. CSV đường dây loại khơng khe hở (a) và loại có khe hở (b)............................. 64
Hình 4.9. Cấu hình cột hai mạch đường dây 500 kV, 220 kV và 110 kV.......................... 65
Hình 4.10. Ngưỡng dịng điện sét nhỏ nhất gây phóng điện trên cách điện của pha khơng lắp
CSV ................................................................................................................................. 66
Hình 4.11. Ảnh hưởng của chiều cao ............................................................................... 67
Hình 4.12. Ảnh hưởng của chiều dài khoảng vượt tới suất cắt ......................................... 67
Hình 4.13. Ảnh hưởng của điện trở tiếp địa tới suất cắt ................................................... 68
Hình 4.14. Điện áp trên cách điện các pha A1 trước và sau khi lắp CSV .......................... 69
Hình 4.15. Điện áp trên cách điện các pha B1, pha C1 khi CSV làm việc, Rtđ =10 ........ 69
Hình 4.16. Điện áp trên cách điện các pha B1, pha C1 khi CSV làm việc, Rtđ =40 ........ 70
Hình 4.17. Suất cắt đường dây với các trường hợp lắp CSV khác nhau ............................ 70
Hình 4.18. Suất cắt của đường dây 220 kV hai mạch hai DCS khi lắp 1 CSV .................. 72
Hình 4.19. Tỉ lệ % dịng điện sét đi qua DCS và qua Rtđ .................................................. 72
Hình 4.20. Suất cắt của đường dây 220 kV hai mạch hai DCS khi lắp 2 CSV .................. 72
Hình 4.21. Suất cắt của đường dây 220 kV hai mạch hai DCS khi lắp 3 CSV .................. 73
Hình 4.22. Suất cắt của đường dây 220 kV một mạch một DCS khi lắp 1 CSV ............... 73
Hình 4.23. Suất cắt của đường dây 220 kV một mạch một DCS khi lắp 2 CSV ............... 74
xii


Hình 4.24. Suất cắt của đường dây 110 kV hai mạch một DCS khi lắp 1 CSV ................. 74
Hình 4.25. Suất cắt của đường dây 110 kV hai mạch một DCS khi lắp 2 CSV ................. 75
Hình 4.26. Suất cắt của đường dây 110 kV hai mạch một DCS khi lắp 3 CSV ................. 75
Hình 4.27. Suất cắt của đường dây 110 kV một mạch một DCS khi lắp 1 CSV ............... 76
Hình 4.28. Suất cắt của đường dây 110 kV một mạch một DCS khi lắp 2 CSV ............... 76
Hình 4.29. Năng lượng hấp thụ của CSV khi sét đánh đỉnh cột với dòng sét Ing và khi sét
đánh dây pha với dịng sét Im............................................................................................ 77
Hình 4.30. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo Rtđ
dòng sét 300 kA đường dây 500 Kv ................................................................................. 78

Hình 4.31. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo Rtđ dịng
sét 300 kA đường dây 220 kV .......................................................................................... 78
Hình 4.32. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo Rtđ
dòng sét 300 kA đường dây 110 kV ................................................................................. 78
Hình 4.33. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh dây pha trên cùng
theo Rtđ với dịng điện sét Im ............................................................................................ 79
Hình 4.34. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo dòng
sét đường dây 500 kV, Rtđ =20  ..................................................................................... 80
Hình 4.35. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo dòng
sét đường dây 220 kV, Rtđ =50  ..................................................................................... 80
Hình 4.36. Năng lượng hấp thụ lớn nhất của CSV trường hợp sét đánh đỉnh cột theo dòng
sét đường dây 110 kV, Rtđ =50  ..................................................................................... 80
Hình 4.37. Phân bố năng lượng hấp thụ của CSV các pha trường hợp sét đánh đỉnh cột với
dòng điện sét 300 kA ....................................................................................................... 81
Hình 4.38. Phân bố năng lượng hấp thụ của CSV các pha đường dây 110 kV trường hợp sét
đánh đỉnh cột với dòng điện sét 300 kA theo Rtđ .............................................................. 82
Hình 4.39. Phân bố năng lượng hấp thụ của CSV các pha đường dây 220 kV trường hợp sét
đánh đỉnh cột với dòng điện sét 300 kA theo Rtđ .............................................................. 82
Hình 4.40. Phân bố năng lượng hấp thụ của CSV các pha đường dây 500 kV trường hợp sét
đánh đỉnh cột với dòng điện sét 300 kA theo Rtđ .............................................................. 82
Hình 4.41. Cột số 2 khả năng sét đánh cao nhất thường được các đơn vị vận hành chọn lắp
CSV ................................................................................................................................. 83
Hình 4.42. Q trình truyền sóng khi sét đánh đỉnh cột 2 có treo CSV ở pha A................ 84
Hình 4.43. Q trình truyền sóng khi sét đánh dây pha tại cột 2 có lắp đặt CSV tại pha
A ..................................................................................................................................... 85
Hình 4.44. Điện áp trên cách điện pha A của cột 3 khi cột 2 chưa lắp CSV ...................... 85
Hình 4.45. Điện áp trên cách điện pha A của cột 3 khi cột 2 lắp CSV .............................. 86
Hình 4.46. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột2,
CSV cột 2 làm việc, khi Rtđ3 =5. Vùng I: khơng phóng điện, vùng II: phóng điện trên cách
điện cột 3, vùng III: phóng điện trên cách điện cột 2 ........................................................ 86

Hình 4.47. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên các pha không treo CSV khi thay đổi
khoảng vượt, Rtđ2 =10 , Rtđ3 =5  .................................................................................. 87
xiii


Hình 4.48. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên cách điện khi sét đánh vào cột 2, CSV
cột 2 làm việc, khi Rtđ3 =5 . ........................................................................................... 87
Hình 4.49. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên các pha không treo CSV khi thay đổi
khoảng vượt, Rtđ2=10 , Rtđ3=5  ................................................................................... 88
Hình 4.50. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên cách điện khi sét đánh vào cột 2, CSV
cột 2 làm việc, khi Rtđ3 =5 . ........................................................................................... 88
Hình 4.51. Phân bố các vùng xảy ra phóng điện trên các pha không treo CSV khi thay đổi
khoảng vượt, Rtđ2=10 , Rtđ3=5  ................................................................................... 89
Hình 4.52. Quan hệ giữa dịng điện gây phóng điện cột 3 khi sét đánh dây pha A với Rtđ3
thay đổi từ 10  đến 100  .............................................................................................. 89
Hình 4.53. Quan hệ giữa dịng điện gây phóng điện cột 3 theo chiều dài khoảng vượt khi sét
đánh vào dây pha, Rtđ2=10 , Rtđ3=5  ............................................................................ 90
Hình 5.1. Minh họa cột nhiều mạch a) hai mạch hai DCS, b) hai mạch một DCS, c) bốn
mạch hai DCS .................................................................................................................. 93
Hình 5.2. Suất cắt đường dây........................................................................................... 94
Hình 5.3. Điện áp trên cách điện các pha A (a), pha B (b), pha C (c) đường dây 220 kV hai
mạch ................................................................................................................................ 96
Hình 5.4. Điện áp trên cách điện các pha A (a), pha B (b), pha C (c) đường dây 220 kV một
mạch ................................................................................................................................ 97
Hình 5.5. So sánh suất cắt đường dây khi khơng có và khi có dây UGW theo điện trở tiếp
địa cột a) hai mạch, b) một mạch...................................................................................... 97
Hình 5.6. Giải pháp CSV được sử dụng thay cho DCS .................................................... 99
Hình 5.7. Giải pháp đề xuất cấu hình C1 chuyển thành cấu hình C3 ................................ 99
Hình 5.8. Số lần sét đánh vào đường dây khi thay đổi chiều cao cột .............................. 100
Hình 5.9. Suất cắt đường dây theo cấu hình C1,C2 và C3 .............................................. 100

Hình 5.10. Sử dụng CSV kết hợp với dây UGW trên đường dây khơng có DCS ............ 101
Hình 5.11. Giải pháp đề xuất cấu hình C3 chuyển thành cấu hình C4 ............................ 101
Hình 5.12 Suất cắt đường dây khi sử dụng CSV kết hợp với dây UGW trên đường dây
khơng có DCS................................................................................................................ 102

xiv


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Yêu cầu về một đường dây truyền tải tin cậy, ổn định và an toàn là mục tiêu hàng
đầu của tất cả các cơng ty truyền tải điện trong đó chống sét là một trong những vấn đề cần
quan tâm nhất trong công tác vận hành. Thống kê tại Việt Nam cho thấy sự cố do sét chiếm
hơn 70% tổng số sự cố trên đường dây 220 kV và 500 kV [1] và hơn 65% đối với đường dây
110 kV [2]. Đường dây truyền tải hiện đại ngày càng trở nên rộng lớn và phức tạp với cơ
cấu ngày càng nhiều các nguồn năng lượng mới, đường dây truyền tải cũng có xu hướng sử
dụng nhiều các đường dây nhỏ gọn hơn (đường dây compact) hoặc đường dây tải điện một
chiều. Vì thế, tính tốn chống sét cũng cần phải phù hợp với những sự thay đổi này. Đặt
trong bối cảnh như vậy, vấn đề chống sét là cấp thiết không chỉ ở Việt Nam mà đối với bất
kỳ quốc gia nào.
Thử nghiệm thành công chống sét van (CSV) sử dụng oxit kim loại ZnO cho đường
dây 138 kV của công ty điện lực Mỹ AEP (American Electric Power) năm 1985 đã mở ra
một giai đoạn hoàn toàn mới cho bảo vệ chống sét cho đường dây truyền tải [3], lĩnh vực mà
trước đó hồn tồn phụ thuộc vào việc sử dụng dây chống sét (DCS), cột chống sét và hệ
thống tiếp địa. Sử dụng CSV bảo vệ cho đường dây không chỉ giới hạn trong việc tăng độ
tin cậy của đường dây và bảo vệ cách điện đường dây, mà còn giảm biên độ điện áp lan
truyền vào trạm, hạn chế số lần thao tác của máy cắt do tự động đóng lại, dẫn đến tăng tuổi
thọ thiết bị. Từ đó đến nay, CSV đường dây sử dụng ZnO liên tục được hoàn thiện và phát
triển để ứng dụng cho hầu hết các cấp điện áp truyền tải và đã sử dụng đến cả cấp phân phối.
Đối với hệ thống điện Việt Nam, CSV đường dây mới chỉ xuất hiện trên lưới 110 kV của

Việt Nam vào đầu những năm 2000 và đang được mở rộng lên lưới 220 kV và 500 kV.
Do liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp của đường dây truyền tải như truyền sóng,
phóng điện, cảm ứng, hiện tượng phi tuyến và phối hợp cách điện, tính toán chống sét sử
dụng CSV là một bài toán lớn và phức tạp và chỉ có thể thực hiện được với phần mềm chun
dụng tính tốn q độ điện từ (EMTP/ATP) với nhiều giả thiết đơn giản hóa. Với đặc điểm
như vậy, tính tốn chống sét sử dụng cho đường dây truyền tải bằng chương trình tính tốn
q độ điện từ thường phải dựa trên nguyên tắc quá điện áp, nghĩa là CSV sẽ làm việc để tản
dòng điện sét xuống hệ thống nối đất hoặc dây pha khi điện áp đặt lên nó vượt ngưỡng điện
áp an tồn đối với cách điện mà nó bảo vệ. Nguyên tắc bảo vệ này được dựa trên các giả
thiết sau:
1. Vị trí lắp đặt CSV giống nhau trên toàn bộ đường dây và CSV được lắp đặt trên
toàn bộ đường dây.
2. CSV được lắp đặt trên đường dây truyền tải điện áp xoay chiều 3 pha, 1 cấp điện
áp đã trang bị sẵn 1 hoặc 2 DCS.
3. Mọi hiện tượng sau khi CSV làm việc đều khơng được xét đến, chính vì thế ảnh
hưởng của dòng điện sét chạy trên DCS, trên dây dẫn và dòng điện khép mạch
1


trong đất bị bỏ qua.
4. CSV được sử dụng như một biện pháp bảo vệ bổ sung cho đường dây truyền tải
trong khi biện pháp bảo vệ chống sét chính vẫn là sử dụng DCS.
Với những giả thiết như vậy, phương pháp tiếp cận quá điện áp (QĐA) có nhiều hạn
chế do thực tế khơng cần lắp CSV trên tồn bộ đường dây mà chỉ cần lắp trên những đoạn
cần được bảo vệ. CSV cũng không cần phải lắp đặt trên các vị trí giống nhau mà có thể ở vị
trí pha thích hợp tùy thuộc vào tính chất của đường dây. Q trình lan truyền của dịng điện
sét trên dây dẫn sau khi CSV làm việc bị bỏ qua, dịng điện sét chạy trên DCS và dây dẫn
sau đó khép mạch qua đất khơng được tính đến, dẫn đến ảnh hưởng của các thông số của
đường dây, điện trở suất của đất, các hiện tượng tần số cao của dòng điện sét trong đất bị bỏ
qua. Mặt khác, đường dây truyền tải ngày càng có xu hướng thu nhỏ về kích thước để hạn

chế diện tích hành lang tuyến. Xu thế này dẫn đến càng nhiều các đường dây truyền tải sử
dụng nhiều hơn 2 cấp điện áp trên một cột, đường dây tải điện một chiều chỉ có 2 dây pha,
đường dây compact với khoảng cách dây pha được thu ngắn lại, thậm chí DCS có thể hồn
tồn được loại bỏ để giảm kích thước đường dây. Do đó, vai trị của CSV từ một thiết bị phụ
trợ cho DCS sẽ trở thành thành phần chủ đạo trong chống sét cho đường dây truyền tải.
Những hạn chế kể trên cùng với xu thế mới của đường dây truyền tải đòi hỏi một
cách tiếp cận khác về nghiên cứu chống sét cho đường dây truyền tải sử dụng CSV. Trong
luận án này, phương pháp tiếp cận bằng dòng điện sét được sử dụng trong nghiên cứu tính
tốn sử dụng CSV cho đường dây truyền tải. Vai trị của thơng số đường dây bao gồm tổng
trở sóng của dây dẫn và DCS, ảnh hưởng của điện trở suất của đất đến tổng trở sóng của
đường dây và điện áp do sét đặt lên cách điện được làm rõ. Từ đó xây dựng cơ sở lý thuyết
cho việc sử dụng CSV trên các đường dây ở các cấp điện áp khác nhau, ở cấu hình cột khác
nhau, ở đường dây sử dụng một hoặc nhiều DCS hay sử dụng DCS phía trên và phía dưới
dây dẫn. Cơ sở này cho phép đề xuất các biện pháp bảo vệ chống sét phù hợp tùy thuộc vào
cấu hình của đường dây truyền tải. Q trình lan truyền dịng điện sét sau khi CSV làm việc
cũng được nghiên cứu chi tiết, cho phép xác định những điểm yếu khác trên đường dây sau
khi CSV làm việc. Kết quả nghiên cứu cho phép lý giải những hiện tượng trong thực tế vận
hành như phóng điện xảy ra ở những cột có vị trí tưởng như rất tốt về mặt chống sét, do đó
bị bỏ qua không lắp đặt CSV khi sử dụng cách tiếp cận cũ bằng phương pháp quá điện áp.
Kết quả này cho phép đề xuất giải pháp sử dụng phương pháp lắp đặt CSV rời rạc phù hợp
với địa hình, kết hợp với các biện pháp khác sử dụng các phần tử sẵn có và tin cậy của đường
dây như bổ sung cách điện, dùng dây chống sét chạy phía dưới để nâng cao khả năng chống
sét của đường dây.
Những phân tích nêu trên cho thấy việc thực hiện luận án “Nghiên cứu một số giải
pháp giảm sự cố do sét cho đường dây truyền tải điện trên khơng” có những đóng góp
nhất định cho lĩnh vực nghiên cứu chống sét cho đường dây truyền tải, đặc biệt khi sử dụng
CSV đường dây. Ngồi những đóng góp về mặt cơ sở lý thuyết, luận án cịn có những kết
quả thực tế cho phép ứng dụng cho đường dây truyền tải hiện tại và tương lai, đặc biệt cho
đường dây truyền tải điện Việt Nam.

2


2. Mục đích nghiên cứu


Xác định suất cắt do sét cho đường dây truyền tải điện theo phương pháp mô hình
điện hình học (EGM) và phương pháp mơ phỏng Monte Carlo.



Thiết lập cơ sở lý thuyết về truyền sóng sét trên đường dây truyền tải, q trình
truyền sóng trên hệ nhiều dây với sóng sét chạy trên cả DCS và dây pha khi CSV
làm việc, từ đó xác định ảnh hưởng của các thông số đường dây đến quá điện áp
trên cách điện của đường dây truyền tải.



Nghiên cứu tính tốn số lượng và vị trí lắp đặt CSV tùy theo cấu hình đường dây
truyền tải và địa hình (thơng qua điện trở suất của đất và điện trở tiếp địa của cột)
nhằm đạt được suất cắt nhỏ nhất.



Đề xuất các giải pháp mới giảm sự cố do sét trên đường dây truyền tải hiện nay
và tương lai của Việt Nam bằng việc kết hợp phương pháp sử dụng CSV với các
phương pháp khác.

3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu hiện tượng quá điện áp do sét trên đường dây truyền
tải Việt Nam từ cấp 110 kV đến 500 kV. Nghiên cứu tính tốn suất cắt của đường dây truyền
tải, nghiên cứu quá trình quá độ điện từ do sét trên đường dây truyền tải với các thông số
khác nhau, sử dụng các biện pháp bảo vệ chống sét khác nhau.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu tập trung cho bảo vệ chống sét sử dụng CSV đường dây và các
phương pháp khác cho đường dây truyền tải từ cấp điện áp 110 kV đến 500 kV với cấu hình
đường dây và cột đang sử dụng trong hệ thống điện Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng các cách tiếp cận sau:
 Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển của nghiên cứu.
 Sử dụng mơ hình EGM và lý thuyết xác suất để xác định suất cắt do sét.
 Sử dụng lý thuyết truyền sóng sét trong hệ nhiều dây với tổng trở sóng có tính
đến hiện tượng tần số cao của dòng điện sét và dòng trở về trong đất.
 Sử dụng phần mềm EMTP/ATP để tính tốn mơ phỏng.
 Sử dụng phần mềm MATLAB để chạy các bài toán xác suất.
 Khảo sát, phân tích số liệu thực tế và kiểm chứng tính hiệu quả của giải pháp
được đề xuất thông qua kết quả mô phỏng.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Với những vấn đề đặt ra và mục đích nghiên cứu thực hiện trên đây của luận án,
những điểm sau đây được xem là những ý nghĩa khoa học và thực tiễn chính:
3


Ý nghĩa khoa học


Xây dựng cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của thông số đường dây đến quá điện áp
do sét trên cách điện đường dây thông qua cấu hình đường đây, địa hình đường

dây, cách sử dụng CSV trên đường dây.



Đề xuất phương pháp lắp đặt CSV phù hợp cho từng loại đường dây truyền tải
theo đặc trưng của đường dây.



Lý giải một số hiện tượng phóng điện trên đường dây khơng giải thích được với
phương pháp tiếp cận cũ. Đề xuất một số giải pháp kết hợp với việc sử dụng CSV
nhằm giảm suất cắt do sét cho đường dây truyền tải.



Tính tốn suất cắt do sét trên đường dây truyền tải Việt Nam phù hợp với tiêu
chuẩn hiện hành của thế giới và kiểm chứng với thực tế vận hành.

Ý nghĩa thực tiễn


Kết quả nghiên cứu gợi ý phương pháp xác định suất cắt do sét chính xác hơn
cho đường dây truyền tải Việt Nam.



Kết quả nghiên cứu gợi ý các biện pháp chống sét hiệu quả giúp các đơn vị quản
lý vận hành áp dụng để đạt được hiệu quả vận hành cao nhất về mặt chống sét.



Tính tốn cơ sở bước đầu cho việc sử dụng CSV như một phương pháp bảo vệ
chống sét duy nhất cho đường dây truyền tải, đóng góp vào việc ứng dụng đường
dây này trong tương lai ở Việt Nam.



Luận án cũng mong muốn đặt nền tảng ban đầu để tiến tới xây dựng một tiêu
chuẩn về chống sét cho lưới truyền tải ngay từ giai đoạn thiết kế phù hợp với điều
kiện của Việt Nam.

5. Các đóng góp mới của luận án
Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu quá điện áp sét trên lưới truyền tải và
các biện pháp chống sét, đề xuất một số phương pháp mới trong tính tốn và cải thiện suất
cắt cho đường dây truyền tải điện Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được
tóm lược như sau:
Đóng góp 1:
Đề xuất được phương pháp xác định suất cắt theo phương pháp mơ hình điện hình
học và theo phương pháp mô phỏng Monte Carlo cho đường dây truyền tải điện Việt Nam
trên cơ sở hướng dẫn của IEEE Std 1243-1997, CIGRE SC33-WG01 và IEC TR-60071-4
và chương trình mơ phỏng q độ điện từ EMTP/ATP.
Đóng góp 2:
Xây dựng cơ sở lý thuyết cho hiện tượng truyền sóng sét trên đường dây truyền tải
với cách tiếp cận sử dụng dòng điện sét. Làm rõ hơn ảnh hưởng của các thơng số đường dây,
dịng điện trở về trong đất, điện trở suất của đất, tần số dòng điện sét đến hệ số ngẫu hợp.
4


Đóng góp 3:
Áp dụng chương trình mơ phỏng q độ điện từ EMTP/ATP tính tốn chống sét sử

dụng CSV trên đường dây truyền tải điện Việt Nam.
Đóng góp 4:
Căn cứ vào kết quả ở đóng góp 2, tính tốn vị trí và số lượng CSV lắp đặt phù hợp
với cấu trúc của đường dây truyền tải điện.
Đóng góp 5:
Lý giải một số hiện tượng thực tế phóng điện bất thường trên các cột có xác suất sét
đánh thấp sau khi CSV được lắp đặt ở các cột lân cận. Kết quả này cho phép đề xuất một
phương pháp lắt đặt CSV rời rạc trên đường dây với số lượng CSV nhất định mà vẫn đảm
bảo hiệu quả về chống sét cao nhất.
Đóng góp 6:
Đề xuất mới một số phương pháp chống sét cho đường dây truyền tải bằng cách sử
dụng CSV kết hợp với các giải pháp khác như sử dụng cách điện không đối xứng (CĐKĐX),
sử dụng DCS treo phía dưới các dây pha và bỏ DCS thay bằng CSV.

6. Cấu trúc nội dung của luận án
Bản luận án ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của
luận án được trình bày trong 6 chương và phụ lục.
Mở đầu:
Trình bày các vấn đề chung của luận án: Tính cấp thiết của đề tài; mục tiêu, đối
tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài; các
đóng góp mới của luận án.
Chương 1: Tổng quan về chống sét cho đường dây truyền tải
Giới thiệu tổng quát về tình hình sự cố do sét trên đường dây truyền tải tại Việt Nam
và trên thế giới. Phân tích đánh giá các giải pháp giảm sự cố do sét đối với đường dây truyền
tải điện của các cơng trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên đến luận án.
Từ đó nêu những vấn đề cịn tồn tại, chỉ ra những vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên
cứu.
Chương 2. Tính tốn q độ điện từ do sét trên đường dây truyền tải
Nội dung chương này trình bày bản chất q trình lan truyền sóng sét trên đường dây
truyền tải khi xảy ra sét đánh vào đường dây. Q trình truyền sóng trên cột, trên DCS và

trên dây dẫn sau khi CSV làm việc được nghiên cứu chi tiết theo các tham số của đường dây.
Kết quả này cho phép xây dựng được cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của các tham số sét và
các tham số đường dây đến quá điện áp (QĐA) sét trên cách điện từng cột, trước và sau khi
CSV làm việc. Nguyên tắc mô phỏng nguồn sét, các phần tử của đường dây và cách tính
tốn bài tốn truyền sóng trong EMTP/ATP cũng được trình bày trong chương này.

5


Chương 3. Phương pháp tính tốn suất cắt cho đường dây truyền tải
Trình bày cách xác định suất cắt cho đường dây truyền tải theo phương pháp mơ hình
điện hình học (EGM) và phương pháp mô phỏng Monte Carlo. Suất cắt do sét đường dây
truyền tải là tổng của suất cắt do sét đánh đỉnh cột hoặc dây chống sét (BFR) và suất cắt do
sét đánh trực tiếp vào dây pha (SFFOR). Phương pháp EGM xác định số lần sét đánh vào
đường dây và xác định ngưỡng dòng điện sét lớn nhất đánh vào dây pha được CIGRE-SC33WG01, IEEE Std 1243-1997 sử dụng. Kết hợp với chương trình mơ phỏng EMTP/ATP nhằm
xác định các ngưỡng dịng điện sét gây phóng điện trên chuỗi cách điện khi sét đánh đỉnh
cột hoặc DCS và đánh trực tiếp vào dây pha. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo kết hợp
giữa lý thuyết Monte Carlo với chương trình mơ phỏng q trình q độ điện từ
(EMTP/ATP) trong đó các tham số sét (biên độ, thời gian đầu sóng và thời gian tồn tại), vị
trí sét đánh, góc pha điện áp, là các tham số ngẫu nhiên phân bố theo hàm mật độ xác suất
được IEEE Std 1243 - 1997 đề xuất, riêng phân bố của điện trở tiếp địa cột được lấy từ kết
quả đo đạc. Kết quả tính tốn này được so sánh với thực tế vận hành để ước lượng độ chính
xác của từng phương pháp đối với đường dây truyền tải Việt Nam.
Chương 4. Ứng dụng chống sét van cho đường dây truyền tải
Trình bày ứng dụng lắp đặt CSV trên đường dây truyền tải. Xác định suất cắt đường
dây truyền tải có cấp điện áp 500 kV, 220 kV và 110 kV trước và sau khi lắp đặt CSV. Đánh
giá ảnh hưởng của một số thông số đường dây tới suất cắt khi đã lắp CSV. Đánh giá ảnh
hưởng của số lượng CSV lắp đặt đến suất cắt đường dây truyền tải. Phương pháp lựa chọn
vị trí lắp đặt chống sét van theo cấu hình đường dây, qua việc xác định suất cắt để lựa chọn
được vị trí lắp đặt CSV tốt nhất. Đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt CSV rời rạc trên đường

dây truyền tải, xác định mối tương quan giữa điện trở tiếp địa cột bị sét đánh và cột lân cận
nhằm chọn lựa phương pháp lắp đặt CSV tốt nhất. Xác định năng lượng hấp thụ của CSV
và ảnh hưởng các tham số sét cũng như tham số đường dây tới năng lượng hấp thụ của CSV.
Chương 5. Một số phương pháp chống sét kết hợp sử dụng chống sét van cho đường
dây truyền tải.
Trình bày một số phương pháp giảm suất cắt do sét kết hợp với sử dụng CSV trên
đường dây truyền tải như phương pháp sử dụng cách điện không đối xứng, phương pháp
dùng DCS treo phía dưới. Ngồi ra, phương pháp giảm chiều cao cột kết hợp lắp đặt CSV
hoặc tương đương với một đường dây compact cũng được trình bày để làm cơ sở cho ứng
dụng đường dây này trong lưới điện truyền tải Việt Nam tương lai. Qua việc đánh giá các
phương pháp, kết quả thu được gợi ý ứng dụng của cách sử dụng CSV như một phương pháp
chống sét chủ đạo cho đường dây truyền tải.
Chương 6. Kết luận và kiến nghị
Đánh giá tổng hợp các kết quả đã đạt được trong luận án, so sánh với các mục tiêu
nghiên cứu đã đề ra, đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai để khắc phục
các hạn chế còn tồn tại trong luận án.
Phần cuối cùng của luận án là tài liệu tham khảo, danh mục các cơng trình đã cơng
bố của luận án và phần phụ lục.
6


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG
DÂY TRUYỀN TẢI

1.1. Tổng quan về sự cố do sét trên đường dây truyền tải
1.1.1. Quy mô phát triển đường dây truyền tải Việt Nam
Đường dây truyền tải Việt Nam được xây dựng từ những năm 1960, sau hơn nửa thế
kỷ phát triển đã hình thành một hệ thống điện quốc gia với hàng chục ngàn km đường dây.
Theo EVN [4], tính đến hết năm 2018 EVN đang quản lý hệ thống lưới điện gồm trên 43000
km đường dây 500 kV, 220 kV và 110 kV (hình 1.1). Trong đó chiều dài đường dây 110 kV

chiếm 43%, đường dây 220 kV chiếm 39% và đường dây 500 kV chiếm 18%.
21000

500kV

220kV

110kV

18000
Chiều dài (km)

15000
12000
9000
6000
3000
0
2011

2012

2013

2014 2015
Năm

2016

2017

2018

Hình 1.1. Quy mơ về đường dây 110-220-500 kV từ 2012-2018 [4]
35000

Chiều dài ( km)

30000

ĐD500 kV
ĐD220 kV

25000
20000
15000
10000
5000
0
2015

2020

2025

2030

Năm

Hình 1.2. Chiều dài đường dây truyền tải theo quy hoạch điện VII [5]

Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia (quy hoạch điện VII điều chỉnh) giai đoạn
2011 - 2020 có xét đến năm 2030 [5] dự kiến cần xây dựng mới hàng chục nghìn km đường
dây truyền tải 220 kV và 500 kV (hình 1.2). Kết quả dự kiến trong 15 năm từ năm 2015 đến
năm 2030 chiều dài đường dây của lưới truyền tải đạt 43500 km (tăng 2,13 lần), trong đó

7


đường dây 500 kV tăng lên 9000 km (tăng 2,96 lần) và với đường dây 220 kV tăng đến
15000 km (tăng 2,19 lần).
Hệ thống đường dây truyền tải quốc gia đã vươn tới hầu hết các tỉnh, thành phố trong
cả nước và từng bước kết nối với lưới truyền tải điện của các nước trong khu vực với công
nghệ ngày càng hiện đại như các công nghệ mới về vật liệu, giám sát, bảo vệ đường dây, sử
dụng dây dẫn siêu nhiệt, truyền thông, giám sát phụ tải, thiết bị định vị sự cố, bảo vệ chống
sét đường dây, đường dây nhiều mạch, nhiều cấp điện áp, cáp ngầm cao áp 220 kV, hệ thống
điều khiển tích hợp bằng máy tính, giám sát dầu online, hệ thống SCADA v.v.. Các đường
dây truyền tải 220 kV và 500 kV được quản lý vận hành bởi 4 công ty truyền tải điện PTC1,
PTC2, PTC3, PTC4 trải rộng khắp cả nước, khối lượng đường dây các công ty này quản lý
và vận hành tính tới năm 2018 thể hiện trên hình 1.3 [6].
4500

ĐD 500 kV

4000

ĐD 220 kV

Chiều dài (km)

3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
PTC1

PTC2
PTC3
Các công ty truyền tải điện

PTC4

Hình 1.3. Khối lượng quản lý vận hành đường dây truyền tải các đơn vị tính đến năm 2018 [6]

1.1.2. Tình hình giơng sét tại Việt Nam
Mỗi năm có khoảng 2 triệu cú sét đánh xuống đất trên toàn lãnh thổ Việt Nam, hoạt
động giông sét ở nước ta diễn ra mạnh từ tháng tư đến tháng mười. Thống kê cho thấy số
ngày giơng trung bình khoảng 100 ngày/năm và có sự chênh lệch giữa các vùng miền như
Cam Ranh- Khánh Hịa 55 giờ/năm trong khi đó tại A Lưới Thừa Thiên Huế 489 giờ/năm,
số giờ giơng trung bình là 250 giờ/năm [7]. Mật độ sét tại các tỉnh, thành phố trên lãnh thổ
Việt Nam được thống kê trong [8] cho thấy mật độ sét trung bình có trị số từ 1,4÷14,9
lần/km2.năm theo vùng lãnh thổ. Theo “Bản đồ mật độ sét” trên toàn quốc do Viện Vật lý
Địa cầu lập (hình 1.4) mật độ giơng sét phân bố khơng đều, cao nhất ở một số huyện của
tỉnh Bình Dương và một số huyện của tỉnh Bình Phước lên tới 14,9 lần/km2.năm, tiếp đến là
Hồ Bình 10,9 lần/km2.năm, các vùng núi phía bắc như Hà Giang, Tun Quang, n Bái
có mật độ giông sét là 8,2 lần/100 km2.năm, trong khi đó ở Ninh Thuận mật độ giơng sét

thấp (1,4 lần/km2.năm). Hình 1.5 cho thấy các đường dây truyền tải trải dài khắp trên ba
miền của đất nước, phân bố theo các khu vực có mật độ sét khác nhau, đường dây truyền tải
tập trung nhiều nhất ở khu vực phía bắc nơi có mật độ sét tương đối cao từ 8,2 đến 10,9
lần/km2.năm.
8


Hình 1.4. Bản đồ mật độ giơng sét tại Việt Nam [7]

9