Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kv Thái Bình - Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kv

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:146

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kv Thái Bình - Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kv" tập trung tìm hiểu, phân tích đánh giá tình hình quản lý vận hành, tình hình sự cố sét trên đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định từ đó đề xuất các biện pháp hạn chế sự cố sét đánh và tính toán điện trường cho đường dây 220kV.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kv Thái Bình - Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kv Thái Bình- Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kv ĐẶNG ĐỨC HIỆP Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng Viện: Điện HÀ NỘI, 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn:" Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kV " là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây. Hà Nội, ngày 07 tháng 04 năm 2016 Tác giả luận văn Đặng Đức Hiệp
ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Thắng. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tác giả đã luôn nhận được những lời chỉ bảo, quan tâm, động viên và sự giúp đỡ hết sức quý báu của Thầy để tác giả có thể hoàn thành được luận văn này. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Hữu Kiên cùng các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tác giả thực hiện luận văn. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong việc nghiên cứu, học hỏi nhưng vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu khá phức tạp, kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều nên bản luận văn này không tránh khỏi thiếu sót cần bổ sung. Tác giả mong muốn nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cám ơn!. Tác giả luận văn Đặng Đức Hiệp
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................................ii MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG..........................................................................................................vi DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................................vii MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY ............... 4 1.1. Sự phát triển của lưới truyền tải điện. ...................................................................... 4 1.2. Khối lượng quản lý lưới truyền tải các PTC của EVNNPT ...................................4 1.3. Ảnh hưởng của sét đến việc bảo vệ đường dây ....................................................... 5 1.3.1. Sự nguy hiểm của quá điện áp khí quyển ................................................ 5 1.3.2. Sự cố do sét đánh đối với đường dây truyền tải điện trên không ................ 5 1.4. Tình hình sự cố trên đường dây 220 kV truyền tải điện Ninh Bình....................... 6 1.4.1. Lưới điện 220 kV truyền tải điện Ninh Bình ............................................ 6 1.4.2. Phân tích đánh giá các biện pháp.......................................................... 10 1.5. Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài ...........................................................11 CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 220 kV ........................................................12 2.1. Yêu cầu chung .........................................................................................................12 2.2. Chỉ tiêu chống sét của đường dây........................................................................... 12 2.3. Tính toán suất cắt khi sét đánh vào đường dây. .....................................................15 2.3.1. Các điều kiện giả thiết tính toán ............................................................ 15 2.3.2. Xác định suất cắt do sét đánh vào đường dây : ....................................... 16 2.4. Một số biện pháp giảm suất cắt của đường dây do sét .........................................23 2.4.1 Tăng chiều dài cách điện : ..................................................................... 24 2.4.2. Giảm điện trở nối đất cột :.................................................................... 25 2.4.3. Giảm góc bảo vệ : ............................................................................... 26 2.4.4. Ảnh hưởng của chiều cao cột : .............................................................. 27 2.5. Kết luận ....................................................................................................................28
iv CHƯƠNG 3. MỘT SỐ BIỆN PHÁP BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 220KV THÁI BÌNH – NAM ĐỊNH ........................................................................................................ 30 3.1. Hiện trạng đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định ..........................................30 3.1.1. Tình hình sự cố do sét đánh vào đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định. .......................................................................................................... 30 3.1.2. Nhận xét đánh giá tình hình sự cố do sét ................................................ 33 3.2. Một số biện pháp hạn chế sự cố do sét đánh đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định ................................................................................................................................. 34 3.2.1. Đề cao công tác kiểm tra đường dây...................................................... 34 3.2.2. Đảm bảo khoảng cách hành lang an toàn đường dây ............................... 35 3.2.3. Bổ sung dây nối đất cho hệ thống tiếp địa cột ......................................... 36 3.2.4. Bổ sung bát sứ dây dẫn ........................................................................ 37 3.2.5. Kiểm tra và bổ sung tiếp địa cột ............................................................ 38 3.2.6. Tái hoàn thổ phục hồi điện trở suất của đất ............................................ 41 3.3. Phân tích nguyên nhân giảm thiểu sự cố do sét đánh trên đường dây sau khi đã áp dụng các biện pháp ....................................................................................................45 3.3.1. So sánh số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây theo năm vận hành ......... 45 3.3.2. Phân tích nguyên nhân tăng giảm số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây. 45 CHƯƠNG 4. SO SÁNH KINH TẾ CÁC BIỆN PHÁP, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................................................................48 4.1. So sánh kinh tế các biện pháp .................................................................................48 4.1.1. Biện pháp tái hoàn thổ phục hồi điện trở suất đất .................................... 48 4.1.2. Biện pháp nối dài dây tiếp địa ............................................................... 48 4.1.3. Biện pháp đóng bổ sung tiếp địa cột ...................................................... 49 4.1.4. Biện pháp bổ sung cách điện ................................................................ 49 4.2. Kết luận và kiến nghị...............................................................................................50 4.2.1. Kết luận ............................................................................................. 50 4.2.1. Kiến nghị ........................................................................................... 51
v CHƯƠNG 5. ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN CAO ÁP VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ........................................................................................52 5.1. Yếu tố bất lợi do hệ thống truyền tải điện đường dây cao áp gây ra. ...................52 5.2. Ảnh hưởng của điện từ trường. ...............................................................................53 5.2.1 Ảnh hưởng của hiện tượng cảm ứng tĩnh điện. ........................................ 54 5.2.2.Ảnh hưởng do cảm ứng điện từ ............................................................. 54 5.3.Ảnh hưởng do sự tăng điện thế trên nối đất trạm và đường dây ...........................54 5.4.Ảnh hưởng của điện từ trường với cơ thể người ....................................................55 CHƯƠNG 6. TÍNH TOÁN ĐIỆN TRƯỜNG ĐƯỜNG DÂY 220KV ....................58 6.1.Phương pháp tính toán điện trường đường dây 220kV ..........................................58 6.1.1 Đặc điểm phân bố của điện trường dưới đường dây cao áp ....................... 58 6.1.2. Lý thuyết tính toán trường điện từ dưới đường dây cao áp ....................... 62 6.1.3. Phương pháp tính trực tiếp cường độ điện trường ở mặt đất dưới đường dây cao áp ......................................................................................................... 65 6.1.4. Phương pháp tính gián tiếp cường độ điện trường qua hàm thế φ ............. 69 6.1.5. Tính toán điện dung của đường dây cao áp. ........................................... 79 6.2. Áp dụng lý thuyết trường điện từ,tính gián tiếp cường độ điện từ trường dưới đường dây 220kV qua hàm thế φ ..................................................................................87 6.2.1. Tính toán phân bố điện thế bên dưới đường dây 220kV một mạch. .......... 87 6.2.2. Tính toán phân bố điện thế bên dưới đường dây 220kV hai mạch............. 91 KẾT LUẶN CHUNG .....................................................................................................105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................109
vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Khối lượng lưới truyền tải dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn ............. 4 Bảng 1.2. Khối lượng quản lý các đường dây của PTC ............................................. 4 Bảng 1.3. Thống kê sự cố trên lưới 220 kV truyền tải điện Ninh Bình [11] .............. 6 Bảng 3.1. Điện trở nối đất của đường dây trên không. .............................................44 Bảng 3.2. So sánh số vụ sự cố do sét đánh trên đường dây. .....................................45 Bảng 4.1. Tổng hợp chi phí tái hoàn thổ cho một vị trí móng cột............................ 48 Bảng 4.2. Tổng hợp chi phí nối dài dây tiếp địa cho một vị trí cột ..........................48 Bảng 4.3. Tổng hợp chi phí đóng bổ sung tiếp địa cho một vị trí cột ......................49 Bảng 4.4. Tổng hợp chi phí bổ sung cách điện cho một vị trí cột ............................ 49 Bảng 6.1. Thời gian làm việc cho phép 1 ngày dưới điện trường. ...........................60 Bảng 6.2. Kết quả tính cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV một mạch, cao độ dây và khoảng cách tim tuyến, Phương án Dx = 6.5; D = 4,0 ..................................88 Bảng 6.2a. Kết quả tính cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án Dx=6.5m; D1=4.8m, D2=4.5m, D3=4.2m....................................................................................................................94 Bảng 6.2b. Kết quả tính cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch, phân pha 2x300mm2 theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án Dx=6,5m; D1=4,8m, D2=4,5m, D3=4,2m .................................................................................95 Bảng 6.2c. Kết quả tính cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch, phân pha 2x300mm2 theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án khi Hmin=9,7m Dx=6,5m; D1=4,8m, D2=4,5m, D3=4,2m ...........................................96 Bảng 6.2d. Kết quả tính cường độ điện trong nửa khoảng cột dưới ĐDK 220kV hai mạch, không phân pha. Phương án Dx=6.5; D1=4.8, D2=4.2; Lkc=300; n=0 ........97 không phân pha (n=0), phương án Dx=6.5 ...............................................................98 Bảng 6.2f. Kết quả tính cường độ điện trong nửa khoảng cột dưới ĐDK 220kV hai mạch, phân pha 2x300mm2 (trường hợp thứ tự pha 2 mạch ngược nhau). ............101
vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Sơ đồ thay thế trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về ...............19 Hình 2.2. Sơ đồ thay thế sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về...................20 Hình 2.3. Điện áp tác dụng lên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột. ......................20 Hình 2.4. Đường cong thông số nguy hiểm ............................................................. 21 Hình 2.5. Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét .................................................22 Hình 2.6. Điện áp phóng điện tính theo chiều dài chuỗi cách điện. ......................... 24 Hình 2.7. Quan hệ giữa dòng điện sét nguy hiểm cực đại và số bát sứ. ..................25 Hình 2.8. Điện áp đặt trên cách điện tính theo điện trở chân cột. ............................26 Hình 2.9. Quan hệ giữa dòng điện sét nguy hiểm cực đại và điện trở chân cột. ......26 Hình 2.10. Xác suất sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây chống sét tính theo góc bảo vệ. ..............................................................................................................................27 Hình 2.11. Số lần sét đánh vào đường dây tính theo chiều cao cột..........................28 Hình 6.1. Lực tĩnh điện giữa 2 điện tích điểm..........................................................63 Hình 6.2. Điện trường gây ra bởi hệ hai trục mang điện tích khác dấu. .................. 66 Hình 6.3. Điện trường dưới mặt đất gây ra bởi bệ ba dây dẫn ................................. 67 Hình 6.4. Điện thế của hai trục dài thẳng song song mang điện ..............................69 Hình 6.5. Sơ đồ tính thế tác động lên người tại độ cao hp theo mặt cắt vuông góc với ĐDK 220kV một mạch .......................................................................................71 Hình 6.6. Sơ đồ tính thế tác động lên người tại độ cao hp theo mặt cắt vuông góc với ĐDK 220kV hai mạch hình tháp ........................................................................75 Hình 6.7. Dây dẫn các pha của mỗi mạch được coi như bố trí thẳng đứng .............78 Hình 6.8. Điện dung của hệ “3 dây – đất” có dây pha bố trí bất kỳ thứ tự 1,2,3 tương ứng với thứ tự pha A, B, C .............................................................................80 Hình 6.9. Điện dung của hệ “3dây - đất” có thứ tự 1,2,3 tương ứng với thứ tự pha A, B, C .......................................................................................................................83 Hình 6.10. Điện dung của hệ “3 dây – đất” có dây pha bố trí thẳng đứng, thứ tự 1,2,3 tương ứng với thứ tự pha A, B, C. ................................................................... 84 Hình 6.11. Kết cấu phân pha .................................................................................... 85
viii Hình 6.12. Sơ đồ tính thế tác động lên người tại độ cao hp theo mặt cắt vuông góc với ĐDK 220kV một mạch .......................................................................................87 Hình 6.13. Sơ đồ tính thế tác động lên người tại độ cao hp theo mặt cắt vuông góc với ĐDK 220kV hai mạch hình tháp ........................................................................92 Hình 6.13a. Phân bố cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án Dx=6.5m; D1=4.8m, D2=4.5m, D3=4.2m....................................................................................................................94 Hình 6.13b. Phân bố cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch, phân pha 2x300mm2 theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án Dx=6,5m; D1=4,8m, D2=4,5m, D3=4,2m .................................................................................95 Hình 6.13c. Kết quả tính cường độ điện trường dưới ĐDK 220kV hai mạch, phân pha 2x300mm2 theo độ cao dây và khoảng cách từ tim tuyến. Phương án khi Hmin=9,7m Dx=6,5m; D1=4,8m, D2=4,5m, D3=4,2m ...........................................96 Hình 6.13d. Phân bố điện trường trong nửa khoảng cột dưới ĐDK 220kV hai mạch, không phân pha (n=0), phương án Dx=6.5 ...............................................................98 Hình 6.13e. Phân bố điện trường trong nửa khoảng cột dưới ĐDK 220kV hai mạch, .............................................................................................................. 100 Không phân pha (n = 0). Phương án Dx=6.5m; D1=4.8mm, D2=4.5m; D= 4.3mm (nhìn phối cảnh) ......................................................................................................100 Hình 6.13f. Phân bố điện trường trong nửa khoảng cột dưới ĐDK 220kV hai mạch, (n = 2) phân pha 2x300mm2. Phương án (trường hợp thứ tự pha 2 mạch ngược nhau). .......................................................................................................................102
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Điện năng là nguồn năng lượng hết sức quan trọng đối với mọi lĩnh vực của mỗi quốc gia nhất là với các nước đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa như nước ta. Trong những thập niên qua ngành điện không ngừng phát triển cả về nguồn và đường dây truyền tải đáp ứng nhu cầu cung cấp điện cho nền kinh tế quốc dân. Để đảm bảo an toàn cho thiết bị, vận hành hệ thống, cung cấp điện liên tục, đảm bảo an toàn cho công nhân viên sửa chữa, vận hành đường dây và các thiết bị cao áp thì bảo vệ chống sét và tính toán điện trường cho hệ thống điện, cho đường dây có một vị trí rất quan trọng nhất là đối với đường dây truyền tải điện cao áp và siêu cao áp. Lưới điện truyền tải 220kV với đặc thù đường dây dài đi qua nhiều vùng miền, khu dân cư, địa hình địa chất khác nhau cho nên nó là một trong các phần tử có nguy cơ chịu ảnh hưởng nặng nề nhất sự cố sét đánh. Cùng với đó, cần phải tính toán điện trường hợp lý, nghiên cứu những ảnh hưởng của điện trường đối với cơ thể con người, để đề xuất những quy định nhằm đảm bảo an toàn cho con người khi làm việc vận hành trong vùng ảnh hưởng của điện trường đường dây 220kV. Vận hành an toàn – kinh tế đường dây truyền tải 220kV là nhiệm vụ và chỉ tiêu hàng đầu của đơn vị truyền tải, các biện pháp bảo vệ đường dây đặc biệt là bảo vệ chống sét được đầu tư hết sức coi trọng. Tuy nhiên sét là hiện tượng tự nhiên xảy ra một cách ngẫu nhiên nên việc phòng chống sét rất phức tạp và tốn kém trong đầu tư. Sự cố sét đánh đối với đường dây 220kV đang là mối quan tâm của các đơn vị quản lý, của các chuyên gia trong việc nghiên cứu để giảm thiểu số lần cắt điện và thiệt hại. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định và tính toán điện trường cho đường dây 220kV”
2 2. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài Đề tài tập trung tìm hiểu, phân tích đánh giá tình hình quản lý vận hành, tình hình sự cố sét trên đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định từ đó đề xuất các biện pháp hạn chế sự cố sét đánh và tính toán điện trường cho đường dây 220kV. 3. Phương pháp nghiên cứu Dựa vào lý thuyết chống sét của đường dây kinh điển,đánh giá phân tích tình hình sự cố sét trên đường dây cụ thể, cho sự cố cụ thể nhằm đưa ra các biện pháp phù hợp hạn chế tối đa ảnh hưởng của sét đến vận hành đường dây,làm giảm thiểu sự cố do sét và có sự so sánh kinh tế giữa các biện pháp Sử dụng phương pháp tính toán gián tiếp qua hàm thế để tính toán điện trường dưới đường dây 220kV từ đó đưa ra phạm vi ảnh hưởng,hành lang an toàn của điện trường. 4. Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 6 chương Bảo vệ chống sét. Chương 1 : Tổng quan về bảo vệ chống sét đường dây. Chương 2 : Lý thuyết bảo vệ chống sét và một số biện pháp giảm suất cắt đường dây 220kV. Chương 3 : Một số biện pháp bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV Thái Bình – Nam Định. Chương 4 : So sánh kinh tế các biện pháp. Tính toán điện trường. Chương 5 : Điện trường của đường dây tải điện cao áp và ảnh hưởng của chúng. Chương 6 : Phương pháp tính toán điện trường đường dây cao áp 220kV. Quá trình nghiên cứu cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, sự quan tâm tạo điều kiện của đơn vị Truyền tải điện Ninh Bình, đội đường dây Nam Định và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Nguyễn Đình Thắng luận văn này đã được hoàn thành. Nhưng do thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên sẽ không
3 tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung, tham gia góp ý của thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Hữu Kiên cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành bản luận văn này. Tác giả mong muốn sao cho luận văn này sẽ tiếp tục có những nghiên cứu sâu sắc hơn về đề tài bảo vệ chống sét đường dây 220kV và tính toán điện trường dưới đường dây trên lưới truyền tải điện Ninh Bình nói riêng và lưới truyền tải điện quốc gia nói chung.
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 1.1. Sự phát triển của lưới truyền tải điện. Lưới truyền tải điện quốc gia hiện nay có trên 160 đường dây 220kV, 500kV với tổng chiều dài gần 15000km. Các đường dây trải dài từ Bắc đến Nam đi qua nhiều khu vực,địa hình khác nhau từ đồi núi cao,đầm lầy đến đồng bằng. Lưới truyền tải điện ngày càng phát triển và mở rộng, khối lượng lưới truyền tải điện Việt Nam dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn đến năm 2030 được thể hiện : Bảng 1.1. Khối lượng lưới truyền tải dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn Năm 2011-2015 2016-2020 2021-2025 2026-2030 ĐZ500kV (km) 3833 4539 2234 2724 ĐZ220kV (km) 10637 5305 5552 5020 1.2. Khối lượng quản lý lưới truyền tải các PTC của EVNNPT Tính đến tháng 4/2015 khối lượng quản lý lưới truyền tải các PTC được thể hiện: Bảng 1.2. Khối lượng quản lý các đường dây của PTC Năm PTC1(km) PTC2(km) PTC3(km) PTC4(km) 2011 4528 2028 2726 4834 2012 4762 2163 2817 5026 2013 4855 2473.2 3046 5148 2014 5194 2726 3135 5360 2015 5268 2786 3076 5445 Như vậy,thời điểm hiện tại qua bảng số liệu ta thấy khối lượng quản lý lưới truyền tải của PTC1 chiếm 31,8%; PTC2 chiếm 16,8%; PTC3 chiếm 18,6% và PTC chiếm 32,9%. Hệ thống truyền tải điện trong những năm qua đã phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng nhu cầu cho phụ tải của các vùng miền trong cả nước và khu vực. Việc đảm bảo
5 vận hành hệ thống truyền tải điện an toàn – kinh tế là nhiệm vụ quan trọng bậc nhất của ngành truyền tải trong đó bảo vệ đường dây để hạn chế tối thiểu sự cố do mọi nguyên nhân là một trong các chỉ tiêu, yêu cầu quan trọng nhất. 1.3. Ảnh hưởng của sét đến việc bảo vệ đường dây 1.3.1. Sự nguy hiểm của quá điện áp khí quyển Khi xẩy ra quá điện áp khí quyển tức là xẩy ra phóng điện sét thì toàn bộ năng lượng của dòng điện sét sẽ tản vào trong lòng đất qua hệ thống nối đất của vật bị sét đánh trực tiếp. Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh trực tiếp vào vật cần bảo vệ hoặc do sét đánh xuống mặt đất gần đó gây nên quá điện áp cảm ứng lên vật cần bảo vệ. Khi sét đánh điện áp sét rất cao có thể chọc thủng cách điện của các thiết bị gây thiệt hại về kinh tế và nguy hiểm cho người. Đối với thiết bị điện quá điện áp khí quyển thường lớn hơn rất nhiều điện áp thí nghiệm xung kích của cách điện dẫn đến chọc thủng cách điện phá hỏng các thiết bị quan trọng như máy biến áp, thiết bị bù... Đặc biệt đối với đường dây tải điện khi bị sét đánh thường dẫn đến khả năng gián đoạn cấp điện cho phụ tải do sự cố cắt điện gây thiệt hại và ảnh hưởng lớn về kinh tế - xã hội - an ninh - quốc phòng. 1.3.2. Sự cố do sét đánh đối với đường dây truyền tải điện trên không Đường dây truyền tải điện cao áp hầu hết là đường dây trên không và có chiều dài lớn chạy qua các vùng có địa hình, địa chất khác nhau nên xác suất bị sét đánh là rất lớn. Khi bị sét đánh có thể gây ra phóng điện trên cách điện đường dây dẫn đến sự cố cắt điện. Đối với đường dây chỉ cần một điểm sự cố cũng có thể gây nên sự cố ngắn mạch và dẫn đến ngừng cấp điện. Trong thực tế vận hành cho thấy các sự cố trong hệ thống điện do sét gây nên chủ yếu là xẩy ra trên đường dây và truyền sóng quá điện áp vào trạm biến áp. Để giảm bớt sự cố do sét gây ra người ta dùng các biện pháp chống sét trên đường dây. Đa số những lần sét đánh lên đường dây được thoát xuống đất an toàn, chỉ có một số ít trường hợp dòng điện sét quá lớn gây phóng điện trên bề mặt cách điện [6].
6 Vì sét là hiện tượng tự nhiên diễn biến rất phức tạp và có tính ngẫu nhiên nên việc bảo vệ đường dây tuyệt đối không bị sự cố do sét đánh là không thể thực hiện được. Do đó phương hướng đúng đắn trong việc tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đường dây là phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật có nghĩa là biện pháp chống sét khả thi được thiết kế - thực thi làm cho đường dây có số lần cắt điện do sét thấp nhất có thể đồng thời đảm bảo chi phí đầu tư hợp lý. Trong tính toán thiết kế bảo vệ cho đường dây thường người ta xem xét trường hợp nguy hiểm và nặng nề nhất đó là sét đánh trực tiếp khi đó đường dây phải hứng chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét. 1.4. Tình hình sự cố trên đường dây 220 kV truyền tải điện Ninh Bình 1.4.1. Lưới điện 220 kV truyền tải điện Ninh Bình Truyền tải điện Ninh Bình hiện tại quản lý 113,3 km mạch đơn, 112,8km mạch kép và 6km 4 mạch đường dây 220 kV. Các đường dây đi trên địa phận của các tỉnh phía là Thái Bình, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình và Thanh Hóa. Thống kê sự cố và sự cố do sét trên đường dây 220 kV Bảng 1.3. Thống kê sự cố trên lưới 220 kV truyền tải điện Ninh Bình [11] Số vụ sự cố Số vụ sự cố do sét Năm ( vụ ) ( vụ ) ( %) 2007 10 4 25 2008 8 1 12,5 2009 8 2 25 2010 6 1 16,66 2011 5 1 20 2012 5 1 20 2013 6 2 33,33 2014 7 1 14,28 Trong số các vụ sự cố do sét đánh trên có nhiều vụ nghiêm trọng gây ra sự cố vĩnh cửu mất điện trong thời gian khá dài. Điển hình có các vụ sau:
7 1. Sự cố trên đường dây 220 kV Nho Quan – Thanh Hóa - Thời gian xẩy ra sự cố: 23 giờ 24 phút ngày 22/7/2013. Thời gian vận hành trở lại: 23 giờ 31 phút ngày 22/7/2013. Thời gian ngừng cấp điện : 7 phút - Vị trí sự cố: vị trí cột 37,38 pha C. - Hiện trạng điểm sự cố: a.Chuỗi sứ pha C VT 37 : Tính từ đầu xà xuống dây dẫn : + Các bát cách điện số 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1-6cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 6-25cm2. + Toàn bộ phụ kiện treo sứ có vết phóng điện tại khớp nối. b. Chuỗi sứ pha C VT 38: Tính từ đầu xà xuống dây dẫn : + Các bát cách điện số 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 15 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1-10cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 5-40cm2 c. Dây dẫn: + Tại vị trí 37: Dây dẫn đoạn từ máng đỡ đến chống rung về phía cột 38 dài 1,4m có nhiều vết bị phóng điện sáng lấm tấm. + Tại vị trí 38: Dây dẫn đoạn từ máng đỡ đến chống rung về phía 39 dài 1,4m có nhiều vết bị phóng điện sáng lấm tấm. - Tóm tắt sự cố: Bảo vệ khoảng cách vùng 1 pha C tác động. - Khoảng cách từ trạm đến điểm sự cố: cách trạm Nho Quan : 15,9 km. - Nguyên nhân: trời mưa to, có giông sét nhiều, sự cố do sét đánh vào đường dây gây phóng điện qua chuỗi cách điện. 2. Sự cố trên đường dây 220 kV Hà Đông – Nho Quan - Thời gian xẩy ra sự cố: 16 giờ 50 phút ngày 18/05/2008. Thời gian vận hành trở lại: 17 giờ 06 phút ngày 18/05/2008. Thời gian ngừng cấp điện: 15 phút. - Vị trí sự cố: vị trí cột 85 pha A. - Hiện trạng điểm sự cố: VT 85 chuỗi cách điện pha A bị phóng điện 15 bát, dây dẫn có nhiều vết màu trắng, mỏ phóng + khoá máng có vệt cháy do phóng điện; VT86 Chuỗi cách điện pha A bị phóng điện 15 bát, phụ kiện treo móc + mỏ phóng + khoá máng có vệt cháy do phóng điện.
8 - Tóm tắt sự cố: Sự cố thoáng qua pha B.AR Thành công. - Khoảng cách từ trạm đến điểm sự cố: Tới T500NQ là: 40,18km. Tới E1.4 là: 40,6km. - Nguyên nhân: trời mưa to, có giông sét nhiều, sự cố do sét đánh. 3. Sự cố trên đường dây 220 kV Thái Bình – Nam Định. - Thời gian xẩy ra sự cố: 02 giờ 50 phút ngày 01/09/2014. Thời gian vận hành trở lại: 03 giờ 15 phút ngày 01/09/2014. Thời gian ngừng cấp điện: 25 phút. - Vị trí sự cố: vị trí cột 45 pha B ( giữa ). - Hiện trạng điểm sự cố: a.Bát sứ : + Bát sứ số 1 có vết phóng điện kích thước 2cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 5cm2. + Bát sứ số 2 có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 2cm2. + Bát sứ số 3 có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 2cm2. + Bát sứ số 4 có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2. + Bát sứ số 5 củ sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 7cm2. + Bát sứ số 6 củ sứ có vết phóng điện kích thước 2cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2. + Bát sứ số 7 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 10cm2. + Bát sứ số 8 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2. + Bát sứ số 9 củ sứ có vết phóng điện kích thước 2cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2.
9 + Bát số 10 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 3cm2. + Bát số 11 củ sứ có vết phóng điện kích thước 1cm2, bề mặt tán sứ có vết phóng điện kích thước 2cm2. b.Dây dẫn : Dây dẫn đoạn gần chuỗi sứ không có vết phóng điện c. Phụ kiện : Tại chuỗi sứ pha B (giữa) vị trí 45. + Sừng phóng điện bảo vệ chuỗi sứ làm việc (sừng phóng điện phía trên bị phóng điện chảy đầu; vòng phóng điện phía dưới có vết phóng điện dài 7cm). + Vòng treo đầu tròn và U treo sứ có vết phóng điện tại các điểm tiếp xúc. + Táp treo sứ đầu xà có 2 vết phóng điện dài 1cm tại điểm tiếp giáp với thanh cái xà. d. Hệ thống mỏ phóng, nối đất: Trong khoảng néo 44-53, vị trí cột néo 44 dây chống sét đặt mỏ phóng, nối đất dây chống sét tại vị trí cột néo 53. + Tại vị trí 45 đầu xà chống sét có vết phóng điện kích thước 20cm2 và tại mỏ phóng sét có vết phóng điện. + Tại vị trí 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52 mỏ phóng không làm việc (không có vết phóng điện). e. Hệ thống tiếp địa : Tiếp xúc tiếp địa không có vết phóng điện - Tóm tắt sự cố: sự cố thoáng qua pha B.AR không thành công, đóng lại bằng tay thành công. - Khoảng cách từ trạm đến điểm sự cố: cách trạm Nam Định 6,5 km. - Nguyên nhân: Sét đánh trực tiếp vào cột (đầu xà chống sét) gây nên quá điện áp, phóng điện từ cột vào dây dẫn thông qua chuỗi sứ pha B. Các biện pháp áp dụng để giảm thiểu số lần cắt và thiệt hại do sét Trước tình hình sự cố do sét trên đường dây xẩy ra khá thường xuyên, truyền tải điện Ninh Bình đã đưa ra nhiều biện pháp để áp dụng cho các đường dây. Trong đó có một số biện pháp sau:
10 1. Các biện pháp không phải cắt điện - Thực hiện xử lý hệ thống thoát sét từ dây chống sét xuống chân cột bằng cách bổ sung thêm dây thu sét xuống chân cột, nối dài dây tản sét xuống vùng đất thấp hơn, kiểm tra các mối hàn, mối nối dây thu sét. - Giảm trị số điện trở nối đất bằng cách đóng bổ sung hệ thống tiếp địa, sử dụng hoá chất để cải thiện điện trở suất của đất tạo cho dòng điện sét tản trong đất được nhanh nhất. 2.Các biện pháp phải cắt điện - Tăng cường cách điện tại nơi có điện trở nối đất cột cao, điện trở suất của đất lớn, nơi địa hình khó áp dụng các biện pháp khác hiệu quả bằng cách tăng thêm một, hai bát sứ cho chuỗi sứ. - Thực hiện kiểm tra thay thế cách điện gốm bằng cách điện thuỷ tinh kết hợp bổ sung bát sứ tại các khu vực có ô nhiễm nặng về khói bụi, hoá chất, khu vực khai thác mỏ. 1.4.2. Phân tích đánh giá các biện pháp - Đối với biện pháp xử lý hệ thống thoát sét từ dây chống sét xuống chân cột và giảm trị số điện trở nối đất: đây là biện pháp tốt dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và đánh giá trên thực nghiệm đó là khi khả năng thoát sét nhanh thì sẽ giảm sự cố do sét gây ra. Song trên thực tế những tuyến đường dây đi qua nhiều địa hình, địa chất khác nhau có các cột nằm ở vị trí địa hình hiểm trở, điện trở suất đất rất lớn như khu vực Ninh Bình, Thanh Hóa, Hà Nam ... đòi hỏi chi phí đầu tư lớn nên không thể thực hiện giảm trị số điện trở nối đất cột bằng biện pháp đóng bổ sung tiếp địa hoặc biện pháp nối dài dây dẫn sét vì khi dây dẫn sét quá dài không còn tác dụng tản nhanh dòng sét. - Đối với biện pháp tăng cường cách điện bằng cách lắp thêm chuỗi sứ hoặc thay thế chuỗi sứ cần phải xem xét tính toán cụ thể cho vị trí cột nào, pha nào để mang lại hiệu quả ( tăng cách điện, giảm góc α ) mà không vi phạm khoảng cách an toàn pha-pha, pha- đất. Trong trường hợp thay đổi kết cấu đầu đường dây gần phía
11 trạm biến áp phải xem xét đến khả năng ảnh hưởng của sóng sét lan truyền vào trạm để thực hiện tính toán chỉnh định cài đặt các bảo vệ cho trạm. 1.5. Kết luận và hướng nghiên cứu của đề tài Để giảm thiểu sự cố trên lưới điện truyền tải 220 kV cần áp dụng nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau. Đối với sự cố do sét cần phối hợp và thực hiện đồng bộ các biện pháp trên cơ sở thu thập thông tin - tổng hợp- phân tích mới đem lại hiệu quả. Sét là hiện tượng ngẫu nhiên, với góc nhìn hệ thống thì việc phòng chống sét mang tính chất cục bộ. Vì vậy mà đề tài luận văn này đề cập là dựa vào lý thuyết mô hình bảo vệ chống sét cho đường dây kinh điển, xem xét tình hình quản lý vận hành và sự cố cụ thể của đường dây trên địa bàn cụ thể, xác định nguyên nhân đưa ra đánh giá để tìm ra biện pháp cụ thể phù hợp nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng của sét đến vận hành đường dây, làm giảm thiểu số vụ sự cố do sét đồng thời có sự so sánh kinh tế các biện pháp.