Luận văn thạc sĩ hay 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

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay nghiên cứu đánh giá đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp khí, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phí Hồng Hải
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tường
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Giải Pháp Nâng Cao Độ Tin Cậy Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Cho Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN
• 1.1. Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên
• 1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
• 1.3. Hoạt động của dông sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên
• 1.4. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện
• 1.5. Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện
• 1.5.1. Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp
• 1.5.2. Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN
• 2.1. Tình hình sự cố lưới điện
• 2.2. Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP
• 3.1. Khảo sát quá điện áp khí quyển bằng chương trình ATP-EMTP
• 3.2. Những ứng dụng của chương trình ATP
• 3.3. Chương trình mô phỏng ATPDraw
• 3.4. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV
• 4.1. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV
• 4.2. Kết quả khảo sát
• 4.2.1. Những ảnh hưởng do quá áp khí quyển tới trạm biến áp
• 4.2.2. Khảo sát quá điện áp khi chưa đặt chống sét van
• 4.2.3. Đánh giá hiện trạng bảo vệ bằng chống sét van của trạm
• 4.3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên

Hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và độ tin cậy cho hệ thống điện. Trạm biến áp này là một phần thiết yếu trong mạng lưới điện miền Bắc, với tổng công suất lên đến 626 MVA. Việc nghiên cứu và nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp là cần thiết để giảm thiểu rủi ro từ các hiện tượng thiên nhiên như dông sét.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống bảo vệ quá điện áp

Hệ thống bảo vệ quá điện áp giúp ngăn chặn các sự cố do quá điện áp gây ra, bảo vệ thiết bị và đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các khu vực lân cận.

1.2. Đặc điểm của trạm biến áp 220kV Thái Nguyên

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên có nhiều thiết bị hiện đại, nhưng cũng phải đối mặt với nguy cơ cao từ các hiện tượng thời tiết như dông sét, đòi hỏi các giải pháp bảo vệ hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên thường xuyên phải đối mặt với các sự cố do quá điện áp khí quyển. Những sự cố này không chỉ gây hư hỏng thiết bị mà còn ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống điện. Việc xác định nguyên nhân và tìm ra giải pháp bảo vệ là rất quan trọng.

2.1. Nguyên nhân gây ra quá điện áp khí quyển

Các hiện tượng thiên nhiên như dông sét là nguyên nhân chính gây ra quá điện áp khí quyển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của trạm biến áp.

2.2. Hệ quả của quá điện áp đối với thiết bị

Quá điện áp có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị trong trạm, dẫn đến gián đoạn cung cấp điện và thiệt hại kinh tế lớn.

III. Phương pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ quá điện áp

Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và hiệu quả. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP là một trong những giải pháp quan trọng.

3.1. Sử dụng phần mềm ATP EMTP trong mô phỏng

Phần mềm ATP-EMTP giúp mô phỏng và phân tích các hiện tượng quá điện áp, từ đó đưa ra các giải pháp bảo vệ hiệu quả cho trạm biến áp.

3.2. Thiết kế hệ thống bảo vệ hiệu quả

Cần thiết kế hệ thống bảo vệ với các thiết bị chống sét van và các công nghệ tiên tiến để giảm thiểu rủi ro từ quá điện áp.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các giải pháp bảo vệ quá điện áp đã giúp nâng cao độ tin cậy của trạm biến áp 220kV Thái Nguyên. Các mô phỏng cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thiểu sự cố.

4.1. Kết quả mô phỏng từ phần mềm ATP

Mô phỏng từ phần mềm ATP cho thấy các thông số quá điện áp được kiểm soát tốt hơn, giảm thiểu rủi ro cho thiết bị.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong bảo vệ trạm biến áp

Các giải pháp bảo vệ đã được áp dụng thực tế tại trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, mang lại hiệu quả cao trong việc bảo vệ thiết bị.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho hệ thống bảo vệ

Việc nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên là một nhiệm vụ quan trọng. Các giải pháp hiện tại đã cho thấy hiệu quả, nhưng cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến để đáp ứng tốt hơn với các thách thức trong tương lai.

5.1. Tóm tắt các giải pháp đã thực hiện

Các giải pháp bảo vệ đã được thực hiện bao gồm sử dụng phần mềm mô phỏng và thiết kế hệ thống bảo vệ hiện đại.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả bảo vệ cho trạm biến áp trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dông sét là hiểm họa tự nhiên khốc liệt, đe dọa trực tiếp đến an toàn vận hành của hệ thống điện truyền tải và phân phối. Tại Việt Nam, số ngày dông trung bình ở khu vực miền Bắc dao động từ 70 đến 110 ngày mỗi năm với cường độ phóng điện rất mạnh. Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên thuộc Công ty Truyền tải điện 1 giữ vai trò trung tâm phân phối chiến lược với tổng công suất 626 MVA, bao gồm 2 máy biến áp tự ngẫu 250 MVA (AT1, AT2) và 2 máy biến áp phân phối 63 MVA (T3, T4). Trạm thực hiện nhiệm vụ cung cấp điện liên tục cho các phụ tải công nghiệp trọng điểm như Khu gang thép Thái Nguyên, Khu công nghiệp Sông Công, đồng thời liên kết truyền tải nguồn điện liên tỉnh giữa Thái Nguyên với Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Kạn, Cao Bằng và Bắc Giang.

Nằm trong vùng trung du miền núi phía Bắc, tỉnh Thái Nguyên ghi nhận mật độ dông sét rất cao, đạt từ 7 đến 8,5 lần/km2/năm, với khoảng 87 ngày dông và 329 giờ dông mỗi năm. Toàn bộ thiết bị phân phối cao áp 220kV của trạm đều được bố trí ngoài trời, khiến nguy cơ bị sét đánh trực tiếp hoặc chịu ảnh hưởng của sóng quá điện áp lan truyền dọc theo các đường dây trên không là rất lớn. Vấn đề nghiên cứu đặt ra là phải nhận dạng, tính toán chính xác các quá trình quá độ điện từ do xung sét gây ra để bảo vệ an toàn cho hệ thống cách điện của thiết bị trạm.

Mục tiêu cụ thể của đề tài là ứng dụng chương trình mô phỏng chuyên dụng ATP-EMTP để xây dựng mô hình trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, khảo sát chi tiết sự biến thiên điện áp trên các máy biến áp chính và hệ thống thanh cái C21, C22 khi có sóng sét xâm nhập. Trên cơ sở đó, nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật nâng cao độ tin cậy của hệ thống chống sét van, góp phần kéo giảm suất sự cố lưới truyền tải xuống dưới 0,28 lần/100km/năm và bảo vệ an toàn khối tài sản thiết bị có giá trị hàng trăm tỷ đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện (Electro-Magnetic Transients Theory) dựa trên nền tảng giải hệ phương trình vi phân mô tả mạch điện bằng thuật toán tích phân hình thang của Herman W. Dommel. Mô hình lan truyền sóng điện từ dọc đường dây trên không được xây dựng dựa trên lý thuyết đường dây có thông số phân bố rải (mô-đun LCC), có xét đến sự suy giảm sóng do điện trở và điện dẫn rò phụ thuộc vào tần số sóng sét.

Để đánh giá mức độ chịu đựng của thiết bị, đề tài áp dụng lý thuyết phối hợp cách điện theo tiêu chuẩn quốc tế với các dạng sóng xung sét chuẩn 1,2/50 µs và xung sét đánh trực tiếp 10/350 µs. Mô hình chống sét van oxit kim loại (MOV) phi tuyến không khe hở (kiểu 93, 96 và 98) được tích hợp nhằm mô tả chính xác đặc tính V-A khi làm việc ở các cấp dòng sét từ vài kA đến hàng trăm kA. Ba khái niệm then chốt được phân tích xuyên suốt bao gồm: Quá điện áp khí quyển, Mức bảo vệ quá điện áp xung kích (BIL) và Điện áp dư của chống sét van.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ số liệu quan trắc dông sét tại Trạm nghiên cứu sét Thái Nguyên thuộc Viện Năng lượng, kết hợp nhật ký vận hành và thống kê sự cố lưới điện giai đoạn 1998 - 2003 của Công ty Truyền tải điện 1 và Truyền tải điện 2. Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, sơ đồ mặt bằng, kết cấu cột điện và thông số hình học của các xuất tuyến 220kV tại Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên được sử dụng làm đầu vào mô phỏng.

Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu có chủ đích trên quy mô toàn bộ 5 tuyến đường dây 220kV kết nối vào trạm với tổng chiều dài quản lý 8.586,3 km trong tập dữ liệu lịch sử. Cỡ mẫu tập trung khảo sát sâu vào 2 tuyến đường dây có địa hình phức tạp và số lượng chống sét van lớn nhất: lộ 272 (Thái Nguyên - Hà Giang 1 dài 251,8 km với 826 bộ chống sét van tại 298 vị trí cột) và lộ 274 (Thái Nguyên - Hà Giang 2 dài 189,8 km với 893 bộ chống sét van tại 311 vị trí cột).

Lý do lựa chọn chương trình ATP-EMTP kết hợp giao diện đồ họa ATPDraw và công cụ xuất đồ thị PlotXY là nhờ năng lực xử lý vượt trội các mạng điện quy mô cực đại lên tới 6.000 nút, 10.000 nhánh và 2.250 phần tử phi tuyến. Quá trình nghiên cứu được triển khai từ việc phân tích thống kê số liệu sự cố, xây dựng mô hình số hóa trong giai đoạn 2015 - 2016, sau đó kiểm chứng và xuất kết quả dạng sóng quá độ trong miền thời gian thực.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện đầu tiên chỉ ra rằng sự cố do dông sét chiếm tỷ trọng áp đảo trong tổng số sự cố trên lưới truyền tải điện cao áp. Báo cáo thống kê của Công ty Truyền tải điện 1 trên các đường dây 220kV giai đoạn 1998 - 2003 ghi nhận có 53 vụ sự cố do sét trong tổng số 138 sự cố lưới điện, chiếm tỷ lệ trung bình 38,41%. Đặc biệt vào năm 2003, tỷ lệ sự cố do sét đã tăng vọt lên mức 77,7% (14 trên 18 vụ), với suất sự cố trung bình toàn giai đoạn đạt 0,62 lần/100km/năm.

Phát hiện thứ hai cho thấy tính chất phân bố mùa vụ rõ rệt của các sự cố quá điện áp khí quyển. Thống kê trên hệ thống lưới điện 110 - 220kV khu vực miền Bắc trong giai đoạn 1996 - 1997 xác định có từ 72% đến 79% tổng số vụ sự cố vĩnh cửu trong năm tập trung dồn dập vào các tháng mùa mưa dông từ tháng 4 đến tháng 9. Tháng 7 và tháng 8 là thời điểm đỉnh điểm với số ngày dông bình quân quan sát được tại Thái Nguyên lên tới 10 ngày/tháng.

Phát hiện thứ ba từ kết quả mô phỏng trên phần mềm ATP-EMTP cho thấy khi xuất hiện xung sét đánh vào đoạn đường dây đầu trạm mà không có sự làm việc của chống sét van, biên độ điện áp xung quá độ tác dụng lên đầu cực máy biến áp tự ngẫu AT2 và máy biến điện áp TU274 có thể vượt ngưỡng 1.050 kV. Mức điện áp cực đại này vượt xa khả năng chịu đựng cách điện xung sét định mức của thiết bị, dẫn tới nguy cơ phóng điện phá hủy sứ đầu vào và chọc thủng cách điện cuộn dây máy biến áp.

Phát hiện thứ tư khẳng định vai trò quyết định của việc lắp đặt đúng vị trí chống sét van oxit kim loại ZnO. Khi trạm được trang bị đầy đủ chống sét van tại đầu các ngăn lộ 220kV và sát đầu cực máy biến áp chính AT1, AT2, biên độ quá điện áp dư trên hệ thống thanh cái C21, C22 được ghim chặt xuống dưới 650 kV, giúp giảm hơn 40% biên độ sóng quá áp so với trường hợp không được bảo vệ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng quá điện áp nghiêm trọng tại Trạm 220kV Thái Nguyên bắt nguồn từ sự kết hợp giữa địa hình trung du đồi núi và các điểm dị thường địa chất. Với 76 mỏ và điểm quặng kim loại lớn trên địa bàn như mỏ sắt Trại Cau hay quặng thiếc Đại Từ, mật độ sét tại đây luôn duy trì ở mức cao 7 - 8,5 lần/km2/năm. Khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét, điện trở nối đất cột nếu không đạt yêu cầu sẽ tạo ra điện áp giáng rất lớn, gây hiện tượng phóng điện ngược qua chuỗi sứ và truyền sóng điện từ nguy hiểm vào trạm.

Kết quả tính toán trên hoàn toàn tương thích với các phân tích thực tế từ vụ sự cố nghiêm trọng tại Trạm biến áp 500kV Hòa Bình, nơi từng bị sóng quá áp lan truyền làm cháy nổ máy biến áp pha C vào năm 2000 và phá hủy máy cắt 220kV vào năm 2005. Dữ liệu mô phỏng trong luận văn được thể hiện sinh động thông qua các đồ thị dạng sóng quá độ thời gian thực trên PlotXY và các bảng so sánh biên độ điện áp tại các nút đo lường TU274, TU_C22. Các kết quả này chứng minh rằng việc bố trí khoảng cách từ chống sét van đến máy biến áp càng ngắn thì biên độ điện áp phản xạ càng nhỏ, đảm bảo mức độ an toàn cao nhất cho cách điện thiết bị.

Đề xuất và khuyến nghị

Tối ưu hóa vị trí và lắp đặt bổ sung chống sét van oxit kim loại (MOV) không khe hở tại đầu cực cao áp của các máy biến áp AT1, AT2 (250 MVA) và các lộ xuất tuyến xung yếu như lộ 272, lộ 274. Mục tiêu đặt ra là duy trì điện áp dư trên thanh cái 220kV luôn dưới 650 kV, thực hiện trong vòng 6 tháng do Công ty Truyền tải điện 1 trực tiếp phê duyệt và triển khai.

Cải tạo và hạ thấp trị số điện trở nối đất cho các vị trí cột thuộc đoạn đường dây đầu trạm trong phạm vi từ 1,5 km đến 2 km tính từ trạm biến áp ra ngoài tuyến. Đơn vị quản lý vận hành cần sử dụng cọc tiếp địa chuyên dụng kết hợp hóa chất giảm điện trở đất để đưa điện trở nối đất cột về dưới 10 Ohm và điện trở lưới tiếp địa trạm về dưới 0,5 Ohm trước tháng 4 hàng năm nhằm sẵn sàng đón mùa mưa bão.

Kiểm tra định kỳ và vệ sinh công nghiệp toàn bộ chuỗi sứ cách điện trên 5 xuất tuyến 220kV chính (Hà Giang 1, Hà Giang 2, Tuyên Quang, Bắc Giang, Phú Bình) nhằm duy trì chiều dài dòng rò và ngăn ngừa hiện tượng phóng điện bẩn. Mục tiêu kéo giảm suất sự cố cắt điện do sét trên lưới truyền tải xuống dưới 0,3 lần/100km/năm trong giai đoạn 12 tháng kế tiếp, giao cho Đội Truyền tải điện Thái Nguyên phụ trách.

Ứng dụng công cụ ATP-EMTP vào quy trình tính toán định kỳ và trang bị hệ thống giám sát trực tuyến dòng rò của chống sét van tại Trạm 220kV Thái Nguyên. Ban Kỹ thuật Truyền tải điện cần xây dựng quy chế kiểm định chất lượng định kỳ hàng năm nhằm kịp thời phát hiện sự suy giảm đặc tính phi tuyến của van ZnO và thay thế trước khi xảy ra sự cố nổ van.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư thiết kế hệ thống điện và trạm biến áp cao áp: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp xây dựng mô hình trạm biến áp, đường dây và chống sét van trên phần mềm ATPDraw, giúp ứng dụng vào tính toán phối hợp cách điện cho các dự án trạm 110kV, 220kV và 500kV xây mới.

Cán bộ quản lý và kỹ sư vận hành tại Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT): Cung cấp các số liệu thực tế về phân bố dông sét và kinh nghiệm xử lý sự cố quá áp trên các đường dây mạch kép dài như tuyến Thái Nguyên - Hà Giang (251,8 km), giúp nâng cao hiệu quả vận hành lưới truyền tải tại các vùng đồi núi có mật độ sét trên 7 lần/km2/năm.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật điện: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về quá trình quá độ điện từ, phương pháp mô hình hóa nguồn sét dạng hàm số mũ và kỹ thuật phân tích dạng sóng trên mô-đun PlotXY.

Kỹ sư quản lý năng lượng tại các khu công nghiệp luyện kim lớn: Vận dụng các giải pháp phối hợp bảo vệ quá điện áp khí quyển kết hợp với hệ thống tụ bù tĩnh SVC 108 MVAr và cuộn kháng để bảo vệ các thiết bị nhạy cảm trước tác động của xung sét và sóng hài bậc cao.

Câu hỏi thường gặp

Khu vực tỉnh Thái Nguyên có đặc điểm gì khiến mật độ dông sét cao hơn mức trung bình? Thái Nguyên là tỉnh miền núi trung du có 76 mỏ và điểm quặng kim loại lớn như sắt Trại Cau, quặng thiếc Đại Từ, kẽm Đồng Hỷ. Yếu tố địa chất chứa nhiều quặng dẫn điện kết hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm tạo ra mật độ sét rất cao từ 7 đến 8,5 lần/km2/năm với bình quân 87 ngày dông mỗi năm.

Sóng quá điện áp khí quyển gây nguy hiểm cho máy biến áp 220kV theo cơ chế nào? Khi sét đánh vào đường dây, sóng điện từ lan truyền với tốc độ lớn xâm nhập vào trạm. Nếu không có chống sét van dập tắt, biên độ điện áp xung có thể vượt trên 1.050 kV, gây phá hủy chuỗi sứ đầu vào và đánh thủng lớp cách điện dầu - giấy của cuộn dây máy biến áp 250 MVA, gây nổ thiết bị.

Phần mềm ATP-EMTP có vai trò gì trong việc nâng cao độ tin cậy bảo vệ trạm biến áp? ATP-EMTP cho phép giải các phương trình vi phân phi tuyến trong miền thời gian thực, mô phỏng mạng điện tới 6.000 nút và 2.250 phần tử phi tuyến. Phần mềm giúp các kỹ sư dự đoán chính xác biên độ dòng áp quá độ, dạng sóng phản xạ và kiểm chứng hiệu quả bảo vệ của từng cấu hình chống sét van.

Tại sao cần phải lắp đặt chống sét van càng gần máy biến áp càng tốt? Khoảng cách lắp đặt giữa chống sét van và máy biến áp càng xa thì điện áp xung tác dụng lên đầu cực máy biến áp càng tăng do hiện tượng cộng hưởng và phản xạ sóng. Bố trí chống sét van sát đầu cực máy biến áp giúp hạn chế tối đa độ dốc sóng sét và ghim điện áp dư dưới 650 kV.

Điện trở nối đất tại các vị trí cột đầu trạm có ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chống sét? Khi dòng sét đánh vào đỉnh cột, điện trở nối đất cao sẽ tạo ra điện áp giáng lớn trên thân cột, dẫn đến phóng điện ngược từ cột sang dây dẫn pha. Duy trì điện trở nối đất cột đầu trạm dưới 10 Ohm giúp dòng sét tản nhanh xuống đất, triệt tiêu nguy cơ sóng sét truyền ngược vào trạm.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng hoạt động dông sét tại Thái Nguyên với mật độ 7 - 8,5 lần/km2/năm và chỉ ra 72 - 79% sự cố lưới điện tập trung vào mùa mưa dông từ tháng 4 đến tháng 9.
• Khảo sát chi tiết hiện trạng thiết bị và lưới điện Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên có tổng công suất 626 MVA, phục vụ các phụ tải công nghiệp chiến lược miền Bắc.
• Ứng dụng thành công phần mềm chuyên dụng ATP-EMTP để xây dựng mô hình số hóa hoàn chỉnh, mô phỏng chính xác các quá trình quá độ điện từ do xung sét gây ra.
• Chứng minh hiệu quả của việc lắp đặt chống sét van oxit kim loại trong việc cắt giảm biên độ quá điện áp trên máy biến áp và thanh cái từ trên 1.050 kV xuống dưới mức an toàn 650 kV.
• Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật đồng bộ từ tối ưu vị trí chống sét van, hạ điện trở tiếp địa cột dưới 10 Ohm đến thiết lập quy trình giám sát dòng rò trực tuyến.

Đóng góp chính của công trình là cung cấp phương pháp luận mô phỏng khoa học và bộ giải pháp kỹ thuật thực chứng, giúp nâng cao trực tiếp độ tin cậy cung cấp điện cho Trạm 220kV Thái Nguyên. Các đơn vị vận hành lưới truyền tải được khuyến nghị áp dụng ngay các giải pháp bố trí thiết bị và cải tạo tiếp địa trước mùa mưa bão năm tới. Độc giả và các kỹ sư ngành điện có thể tham khảo toàn văn luận văn thạc sĩ để khai thác chi tiết các mô hình sơ đồ ATPDraw và dữ liệu tính toán chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 1. Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên 1. Tình hình dông sét ở Việt Nam Qua việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các công 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 toàn.

Tuy nhiên dông 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 công 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 phòng 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 giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm, tập trung khoảng 90 đến 100 ngày trong năm. Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông.

Xét về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không hoàn toàn 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 giông.

Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là khu vực ít giông nhất thường chỉ có tháng 5 số ngày giông chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn 10 ngày (Tuy Hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa đông mỗi tháng chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông. Các tỉnh miền Nam cũng khá nhiều giông 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 giông 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 giông 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 Nguyên mùa giông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông 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 giông. Ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (Plây-ku 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giông.

Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình dông 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 giông toàn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho ghi trên Bảng 1.1 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong cả nước Ngày Giờ giông Mật độ sét Tháng giông trung trung bình giông Vùng trung bình bình (lần/km /năm) cực đại 2 (ngày/năm) (giờ/năm) 1.Đồng bằng ven biển miền 81,1 215,6 6,47 8 Bắc 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.

Mật độ sét ứng với số ngày giông trong các khu vực chính ở Việt Nam Mật độ sét (lần sét/km2/năm) ứng với số ngày giông Khu vực trong năm 20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 Đồng bằng ven biển 2,43- 7,29- 9,72- 12,5- 4,86-7,2 Bắc Bộ 4,86 9,72 12,15 14,58 Miền núi, trung du Bắc 10,5- 2,1-4,2 4,2-6,3 6,3-8,4 8,4-10,5 Bộ 12,6 Cao nguyên miền 1,2-2,4 2,4-3,6 3,6-4,8 4,8-6,0 6,0-7,2 Trung 1,22- 2,44- 3,65- 4,87- 6,09- Ven biển miền Trung 2,44 3,65 4,87 6,09 7,31 Đồng bằng Nam Bộ 1,26- 2,52- 3,78- 5,04- 6,30- 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2,52 3,78 5,04 6,30 7,56 Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều và mật độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lưới điện và các công 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 dông sét giảm dần theo vĩ độ. Ta thấy trên bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam Miền Bắc là khu vực có cường độ dông sét mạnh nhất, miền Trung yếu dần sau đó lại tăng dần ở miền Nam. Về thời gian bắt đầu mùa giông có thể thấy mức hoạt động dông sét tăng dần từ vĩ độ cao xuống thấp. Vào tháng 2 chủ yếu là dông sét phía Bắc, tháng 11 chủ yếu dông 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. Hoạt động của dông 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 2 vị trí địa lý và đặc điểm khoáng sản: Là một tỉnh trung du và miền núi, có nhiều nguồn khoáng sản, theo số liệu thăm dò địa chất, tỉnh Thái Nguyên đã phát hiện được 76 mỏ và điểm quặng được thăm dò, đánh giá nhóm khoáng 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.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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Ngày dông trung bình năm: 87 ngày. + Giờ dông trung bình năm: 329 giờ. + Thời gian kéo dài dông trung bình ngày: 3,5 giờ. + Các ngày dông được tập trung vào các tháng từ tháng 7 –tháng 8 hàng năm với trung bình số ngày dông là 10 ngày/ tháng.

+ Mật độ sét từ 7-8,5 lần/km. 2 Theo số liệu thống kê của toàn quốc và của tỉnh thì Thái Nguyên được xếp vào nhóm những khu vực có sét hoạt động mạnh. Số ngày dông 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 lôi 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện 2. Theo tính toán của các nhà khoa học, vào một thời điểm bất kỳ, trên trái đất chúng ta đang sống có khoảng 2000 cơn dông hoạt động.