MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Dây chống sét có nhiệm vụ chính là bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào dây dẫn. Để giảm tổn thất điện năng do dòng cảm ứng từ các dây dẫn điện lên DCS ngƣời ta sử dụng giải pháp nối đất một đầu và cách ly đầu còn lại của DCS bằng khe hở phóng điện trong một khoảng néo. Khi tia tiên đạo sét phát triển càng đến gần DCS thì điện áp của DCS tăng dần và đến một thời điểm nào đó sẽ làm cho khe hở bị phóng điện, nhƣ vậy DCS vẫn giữ nguyên tác dụng bảo vệ của nó.
Theo “Quy phạm trang bị điện” (Phần II: Hệ thống đƣờng dẫn điện, Chƣơng II.5: Đƣờng dây tải điện trên không điện áp trên 1kV đến 500kV, Mục II.65): “DCS không có lõi cáp quang trên tất cả các cột của đường dây trên không (ĐDK) điện áp 220kV trở lên, phải mắc qua cách điện song song với khe hở phóng điện là 40mm. Trong mỗi khoảng néo dài đến 10km, DCS được nối đất tại một điểm cột néo. Nếu chiều dài khoảng néo lớn hơn thì số điểm nối đất trong khoảng néo ấy cần chọn sao cho trị số sức điện động dọc lớn nhất sinh ra trong DCS khi xảy ra ngắn mạch trên ĐDK không đánh thủng khe hở phóng điện”. Đối với ĐDK sử dụng DCS có lõi cáp quang (OPGW), theo “Quy phạm trang bị điện” (Phần II: Hệ thống đƣờng dẫn điện, Chƣơng II.5: Đƣờng dây tải điện trên không điện áp trên 1kV đến 500kV): “Khi đã sử dụng DCS có lõi cáp quang đi song song với DCS không có lõi cáp quang thì tất cả các DCS trên đều phải nối đất ở các cột”.
Vì vậy dòng cảm ứng từ các dây dẫn điện lên các DCS là cực đại dẫn đến tổn thất công suất trên DCS là cực đại. Điện áp cảm ứng trên DCS có thể đạt 10- 20kV đối với ĐDK 220kV và 35-38kV đối với ĐDK 500kV. Hiện nay các đƣờng dây hầu hết đƣợc treo 02 dây chống sét: 01 dây chống sét kết hợp cáp quang, 01 dây chống sét thông thƣờng đƣợc nối đất trực tiếp tại tất cả các vị trí cột. Dẫn đến tổn thất điện năng do dòng cảm ứng từ các dây dẫn điện lên DCS tăng lên so với trƣờng hợp DCS nối đất một đầu và cách ly đầu còn lại của DCS bằng khe hở phóng điện trong một khoảng néo.
Võ Lương Nhân xi Cao học KTĐ-2014B Nếu bố trí lại nối đất DCS (phân đoạn hóa DCS), dòng cảm ứng từ các dây dẫn điện lên DCS sẽ giảm, phân đoạn càng dài thì dòng cảm ứng càng thấp và nhƣ vậy, tổn thất công suất trên DCS sẽ thấp hơn. Tất nhiên, trong trƣờng hợp phân đoạn quá dài thì điện áp trên DCS có thể không đủ lớn để gây phóng điện khe hở. Do đó chiều dài phân đoạn thông thƣờng khoảng 7km, lớn nhất khoảng 12km (theo Quy phạm trang bị điện là 10km) và nhỏ nhất khoảng 3km. Tổn thất công suất trên dây dẫn phụ thuộc vào dòng điện trên dây dẫn (thông thƣờng khoảng 400-2000A), tổn thất trên DCS phụ thuộc vào dòng cảm ứng từ các dây dẫn điện lên DCS (thông thƣờng khoảng 10-40A).
Tổn thất trên DCS chiếm khoảng 0.1 đến 1% công suất truyền tải trên đƣờng dây tùy thuộc vào cấp điện áp, số mạch, bố trí hình học của dây dẫn trên cột (dọc, ngang, tam giác), các đặc tính về điện và cơ của DCS, độ võng, khoảng cách giữa các dây dẫn với DCS. Thông thƣờng, việc phân đoạn hóa DCS có lợi khi chiều dài đƣờng dây từ 24km trở lên. Tất nhiên, nếu giá điện dùng để tính toán hiệu quả giảm tổn thất điện năng đƣợc lấy theo biểu giá chi phí tránh đƣợc do Bộ Công thƣơng ban hành hàng năm (chi phí tránh đƣợc là chi phí sản xuất 1kWh của tổ máy phát có chi phí cao nhất trong hệ thống điện quốc gia, chi phí này có thể tránh đƣợc nếu giảm tổn thất điện năng) đồng thời cập nhật chi phí mua sắm, lắp đặt, bảo dƣỡng cách điện, phụ kiện, hộp nối (dùng để phân đoạn hóa DCS) thì giới hạn của mức giảm tổn thất công suất và chiều dài đƣờng dây để xét hiệu quả của việc phân đoạn hóa DCS sẽ thay đổi. Trên cơ sở hiện trạng các đƣờng dây truyền tải điện 220kV - 500kV của lƣới điện Việt Nam, đề tài đánh giá tình hình tổn thất và giải pháp giảm tổn thất điện năng trên dây chống sét của đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV Việt Nam.
Mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Giải pháp bố trí DCS để giảm tổn thất điện năng; - Xác định giới hạn của mức giảm tổn thất công suất và chiều dài ĐDK để xét hiệu quả của việc bố trí lại DCS; Võ Lương Nhân xii Cao học KTĐ-2014B - Xác định danh mục, thứ tự ƣu tiên bố trí lại DCS các ĐDK thuộc lƣới truyền tải điện. Đối tượng nghiên cứu: Các đƣờng dây truyền tải điện 220kV - 500kV của lƣới điện Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu, đánh giá tình hình tổn thất và giải pháp giảm tổn thất điện năng trên dây chống sét của đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV Việt Nam. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: - Đề xuất phƣơng pháp đánh giá tổn thất trên dây chống sét; - Đề xuất phƣơng pháp nối đất dây chống sét; Ý nghĩa thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu giúp đánh giá tổn thất điện năng trên dây chống sét đối với các đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV; - Kết quả nghiên cứu có thể đƣợc dùng để cải tạo nối đất dây chống sét đối với các đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV hiện trạng; định hƣớng thiết kế cho việc nối đất dây chống sét của các đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV xây dựng mới và làm cơ sở đề xuất Bộ Công Thƣơng xem xét điều chỉnh quy định trong “Quy phạm trang bị điện” (cụ thể tại Phần II: Hệ thống đƣờng dẫn điện, Chƣơng II.5: Đƣờng dây tải điện trên không điện áp trên 1kV đến 500kV, Mục II.
Cấu trúc luận văn Luận văn cao học Đánh giá tình hình tổn thất và giải pháp giảm tổn thất điện năng trên dây chống sét của đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV Việt Nam với các nội dung chính bao gồm: Chƣơng 1: Hiện trạng bảo vệ chống sét ĐDK, tình hình tổn thất công suất và điện năng của các ĐDK Chƣơng 2: Lý thuyết về bảo vệ chống sét ĐDK và nối đất DCS Chƣơng 3: Giải pháp giảm tổn thất điện năng trên DCS Võ Lương Nhân xiii Cao học KTĐ-2014B Chƣơng 4: Đánh giá tiềm năng và lộ trình thực hiện giải pháp bố trí DCS Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng mở rộng của đề tài Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Đức Cƣờng, Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Viện Đào tạo Sau đại học Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã có những ý kiến, đóng góp quý báu.
Do thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu có liên quan đến nhiều lĩnh vực và vốn hiểu biết chƣa nhiều nên chắc chắn luận văn này còn nhiều thiếu sót, hạn chế. Tác giả rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy cô, các chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp để hƣớng nghiên cứu sau này đƣợc tốt hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Võ Lương Nhân xiv Cao học KTĐ-2014B CHƢƠNG 1: HIỆN TRẠNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG, TÌNH HÌNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG Để có cơ sở đề xuất phƣơng pháp tính toán tổn thất điện năng trên dây chống sét, xem xét đề xuất các giải pháp nối đất dây chống sét, trong chƣơng này sẽ tiến hành tổng hợp các số liệu về các đƣờng dây truyền tải điện 220kV, 500kV nhƣ: quy mô các đƣờng dây; hiện trạng tổn thất điện năng; tình hình sự cố; các giải pháp chống sét đã áp dụng. Tổng hợp chung về các đƣờng dây 1.
Tổng quy mô ĐD 500kV trên toàn quốc tính đến đầu năm 2017 vào khoảng 7.445 km, trong đó Miền Bắc khoảng 2.909 km chiếm 39,1%, Miền Trung khoảng 2.848 km chiếm 38,2% và Miền Nam khoảng 1. Thống kê quy mô đƣờng dây 500kV nhƣ Bảng I. Tổng quy mô đường dây 500kV TT Miền/ vùng ĐVT Chiều dài Ghi chú 1 Mạch đơn (1 mạch) km 3.347 2 Mạch kép (2 mạch) km 2.049 3 Tổng cộng km 7,445 Nguồn: Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia Đối với DCS 500kV trên toàn quốc tính đến đầu năm 2017 vào khoảng 3.976 km, trong đó Miền Bắc khoảng 1.461 km chiếm 36,7%, Miền Trung khoảng 1.872 km chiếm 47,1% và Miền Nam khoảng 643 km chiếm 16,2%. Thống kê quy mô DCS 500kV nhƣ Bảng I.2 Đối với dây chống sét 500kV có lõi cáp quang (OPGW) trên toàn quốc tính đến đầu năm 2017 vào khoảng 4.751 km, trong đó Miền Bắc khoảng 2.276 km chiếm 47,9%, Miền Trung khoảng 1.852 km chiếm 39,0% và Miền Nam khoảng 623 km chiếm 13,1%.
Thống kê quy mô dây chống sét 500kV có lõi cáp quang: Võ Lương Nhân 1 Cao học KTĐ-2014B 0. Tổng quy mô dây chống sét và OPGW 500kV Chiều dài TT Loại dây Kiểu nối đất Ghi chú km I Miền Bắc 1 DCS 1,461 Chiếm 36.7% Nối đất lặp lại 514 Nối đất 1 đầu 947 2 OPGW Nối đất lặp lại 2,276 Chiếm 47.9% II Miền Trung 1 DCS 1,872 Chiếm 47.1% Nối đất lặp lại 555 Nối đất 1 đầu 1,317 2 OPGW Nối đất lặp lại 1,852 Chiếm 39.0% III Miền Nam 1 DCS 643 Chiếm 16.2% Nối đất lặp lại 347 Nối đất 1 đầu 297 2 OPGW Nối đất lặp lại 623 Chiếm 13.1% IV Tổng cộng 1 DCS 3,976 Nối đất lặp lại 1,415 Nối đất 1 đầu 2,561 2 OPGW Nối đất lặp lại 4,751 Nguồn: Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia Võ Lương Nhân 2 Cao học KTĐ-2014B Hình I. Sơ đồ cột đường dây 500kV 01 mạch điển hình Hình I. Sơ đồ cột đường dây 500kV 02 mạch điển hình 2000 2000 7700 7700 4700 4700 7700 7700 10500 10500 8100 8100 10500 10500 8600 8600 58700 58700 3500 3500 9300 7700 33000 10000 6000 10760 10760 Võ Lương Nhân 3 Cao học KTĐ-2014B 1.
Tổng quy mô ĐD 220kV trên toàn quốc tính đến đầu năm 2017 vào khoảng 16.071 km, trong đó Miền Bắc khoảng 6. 571 km chiếm 40,9%, Miền Trung khoảng 4.660 km chiếm 29,0% và Miền Nam khoảng 4. Thống kê quy mô đƣờng dây 220kV nhƣ Bảng I.