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 công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên đến luận án. Từ đó nêu những vấn đề còn tồn tại, chỉ ra những vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên cứu. Tính toán quá độ điện từ do sét trên đường dây truyền tải Nội dung chương này trình bày bản chất quá trình lan truyền sóng sét trên đường dây truyền tải khi xảy ra sét đánh vào đường dây.
Quá 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 toán bài toán truyền sóng trong EMTP/ATP cũng được trình bày trong chương này. Phương pháp tính toán suất cắt cho đường dây truyền tải Trình bày cách xác định suất cắt cho đường dây truyền tải theo phương pháp mô 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-SC33- WG01, IEEE Std 1243-1997 sử dụng. Kết hợp với chương trình mô phỏng EMTP/ATP nhằm xác định các ngưỡng dòng 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 mô phỏng quá trình quá 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 toán 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. 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.
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. Ngoài 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.
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 công trình đã công bố của luận án và phần phụ lục. TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 1. Tổng quan về sự cố do sét trên đường dây truyền tải 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. 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 15000 Chiều dài (km) 12000 9000 6000 3000 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Năm Hình 1.
Quy mô về đường dây 110-220-500 kV từ 2012-2018 [4] 35000 30000 ĐD500 kV ĐD220 kV Chiều dài ( km) 25000 20000 15000 10000 5000 0 2015 2020 2025 2030 Năm Hình 1. 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. 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.
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. 4500 ĐD 500 kV 4000 ĐD 220 kV 3500 Chiều dài (km) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 PTC1 PTC2 PTC3 PTC4 Các công ty truyền tải điện Hình 1. Khối lượng quản lý vận hành đường dây truyền tải các đơn vị tính đến năm 2018 [6] 1. Tình hình giông 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 giông trung bình khoảng 100 ngày/năm và có sự chênh lệch giữa các vùng miền như Cam Ranh- Khánh Hòa 55 giờ/năm trong khi đó tại A Lưới Thừa Thiên Huế 489 giờ/năm, số giờ giông 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 giông sét phân bố không 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 Hoà Bình 10,9 lần/km2.năm, các vùng núi phía bắc như Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái có mật độ giông sét là 8,2 lần/100 km2.năm, trong khi đó ở Ninh Thuận mật độ giông sét thấp (1,4 lần/km2.5 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. Bản đồ mật độ giông sét tại Việt Nam [7] 9 Hình 1.
Bản đồ Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 [5] 10 1. Tình hình sự cố do sét trên đường dây truyền tải Việt Nam Kết quả thống kê từ Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (NPT) về tình hình sự cố trên đường dây truyền tải từ năm 2011 đến 2017 [1] thể hiện trên hình 1.6 cho thấy sự cố do sét chiếm hơn 70% tổng số lần sự cố trên đường dây truyền tải. Các năm gần đây tổng số lần sự cố có xu hướng giảm nhưng số lần sự cố do sét lại có xu hướng tăng lên. Cụ thể các năm 2015, 2016 và 2017 sự cố do sét chiếm lần lượt 64%, 78% và 86% tổng số sự cố.7 cho thấy suất cắt đường dây truyền tải theo thống kê của PTC1 và PTC4 cao hơn so với PTC2 và PTC3 do chiều dài đường dây của PTC1 và PTC4 lớn hơn, đồng thời các đường dây của các PTC này cũng đi trong vùng có mật độ sét cao hơn.
200 Tổng số sự cố Sự cố do sét 160 120 Số lần 80 40 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Năm Hình 1. Sự cố theo các năm của NPT [1] 2.0 PTC1 PTC2 Số lần/100km. Suất cắt do sét trên đường dây truyền tải theo thống kê của các Công ty truyền tải Thống kê của PTC1 [9] về tình hình sự cố trên đường dây truyền tải 220 kV và 500 kV từ năm 2011 đến năm 2017 trình bày trên hình 1.8 cho thấy sự cố do sét chiếm từ 70 - 80% tổng số sự cố.
