Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là vận dụng kiến thức đã được học kết hợp với nghiên cứu tài liệu để phân tích tìm hiểu nguyên nhân xảy ra các hiện tượng quá độ trên hệ thống. Dùng phần mềm ATP để mô phỏng, nhận dạng và phân tích quá độ. Thiết kế chương trình giới thiệu sử dụng phần mềm ATP.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: 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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: 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 Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Người thực hiện: PHÍ HỒNG HẢI Cán bộ hướng dẫn: TS. NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG Thái Nguyên – 2016
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHÍ HỒNG HẢI 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 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Đức Tường PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2016
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Phí Hồng Hải Sinh ngày: 07 tháng 10 năm 1978 Học viên lớp cao học khoá 16 – Kỹ thuật điện - trường đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Phí Hồng Hải 1
LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo phòng đào tạo và bộ phận quản lý đào tạo sau đại học - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, cùng các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ đã quan tâm tổ chức chỉ đạo và trực tiếp giảng dạy khóa học cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn TS. Nguyễn Đức Tường người đã tận tình chỉ bảo và góp ý về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những người đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách thức, chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn! 2
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 2 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………………… 6 Mục tiêu của luận văn ...................................................................................................... 5 2. Mục tiêu của nghiên cứu .............................................................................................. 6 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài .............................................................. 7 4. Dự kiến kết quả đạt được. ............................................................................................ 7 5. Phương pháp và phương pháp luận ............................................................................. 7 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN ........................................ 9 Chương 1:TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN .......................................... 10 1. Phân tích hoạt động dông sét trên lãnh thổ việt nam và tỉnh Thái Nguyên .................. 10 1.1. Tình hình dông sét ở Việt Nam .................................................................................. 10 1.2. Hoạt động của dông sét trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên ............................................. 14 2. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện .................................................................................................................................... 16 2.1. Sét đánh (lightning). ................................................................................................... 16 2.2 . Ảnh hưởng dông sét tới hệ thống điện ...................................................................... 17 2.1.1 Ảnh hưởng do sét đánh trực tiếp .............................................................................. 17 2.1.2. Ảnh hưởng do lan truyền điện từ trường ................................................................. 18 Kết luận chương 1 ............................................................................................................. 19 CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN .......................... 20 Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN ...................... 21 2.1. Tình hình sự cố lưới điện............................................................................................ 21 2.2. Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên .................................................... 23 Kết luận chương 2 ............................................................................................................. 30 CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP ............................................ 31 Chương 3:GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ........................ 32 3.1. Khảo sát quá điện áp khí quyển bằng chương trình ATP-EMTP.............................. 32 3.2. Những ứng dụng của chương trình ATP .................................................................... 33 1. Nh÷ng ch-¬ng tr×nh t-¬ng hç víi ATP. ........................................................................ 34 2. Nh÷ng m«®un m« pháng tæng hîp trong ATP. ............................................................. 35 3.3. Chương trình mô phỏng ATPDraw ............................................................................ 37 1
3.3.1. PhÇn tö ®o l-êng (Probes & 3-phase): ..................................................................... 38 3.3.2 Nh¸nh (Branches) ..................................................................................................... 38 3.3.3 §-êng d©y trªn kh«ng/c¸p (Lines/Cables). .............................................................. 39 3.3.4 ChuyÓn m¹ch (Switches). ......................................................................................... 40 3.3.5 Nguån (Sources). ...................................................................................................... 41 3.3.6 M¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc (Transformers). ...................................................................... 42 3.3.7. PhÇn tö tÇn sè (Frequency compornent). ................................................................. 42 3.4. GTPPlot ...................................................................................................................... 43 3.5. PlotXY ........................................................................................................................ 43 Kết luận chương 3 ............................................................................................................. 45 CHƯƠNG 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV .................................................................................................. 46 Chương 4:KHẢO SÁT QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN .................................................... 47 VÀ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV.............................................. 47 4.1. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP BẰNG. ................................................. 47 4.1.1. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV. ............................................................... 47 1. Simulation. ..................................................................................................................... 50 2. Output. ........................................................................................................................... 51 3. Switch/UM..................................................................................................................... 51 4. Format. ........................................................................................................................... 52 5. Điện áp Hệ thống. .......................................................................................................... 52 6. Khoảng cột đoạn đường dây đầu trạm. .......................................................................... 53 7. Mô hình nguồn sét ......................................................................................................... 58 8. Mô hình đường dây trong trạm...................................................................................... 59 9. Mô hình chống sét van ................................................................................................. 60 4.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT. ..................................................................................... 61 4.3.1. Những ảnh hưởng do quá áp khí quyển tới trạm biến áp. ....................................... 61 4.3.2. Khảo sát quá điện áp khi chưa đặt chống sét van .................................................... 63 4.3.3. Đánh giá hiện trạng bảo vệ bằng chống sét van của trạm. ...................................... 67 Kết luận chương 4 ............................................................................................................. 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 72 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1. Bản đồ phân vùng mật độ sét Việt Nam ................................................ 14 Hình 2.1. Sơ đồ nhất thứ trạm 220KV Thái Nguyên (Hình 2-1) ............................ 23 H×nh 3-1: PhÇn mÒm t-¬ng hç víi ATP. ................................................................. 34 H×nh 3-2: C¸c tiÖn Ých trong ATP............................................................................ 35 Hình 3. 3. Các mô hình trong ATPDraw ................................................................ 38 Hình 3. 4. Màn hình thực thi modul GTPPlot ........................................................ 43 Hình 3. 5. Giao diện PlotXY ................................................................................... 44 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV..................................................... 49 H×nh 4-2: Cµi ®Æt th«ng sè cho hÖ thèng ch-¬ng tr×nh ATPDraw .......................... 50 Hình 4.4. kết cấu cột điện và mô hình cột trong ATPDraw.................................... 53 Hình 4.5. Mô hình chuỗi sứ..................................................................................... 55 H×nh 4-7: Tham sè Model cña nh¸nh ®-êng d©y LCC. .......................................... 55 H×nh 4-8: Th«ng sè cña Open Probe. ...................................................................... 58 Hình 4.9. Mô hình nguồn sét ................................................................................... 58 Hình 4. 11. Mô hình đường dây trong trạm ............................................................ 60 Hình 4. 12. Mô hình chống sét van ......................................................................... 61 Hình 4.13. Đặc tính V-A của chống sét van ........................................................... 61 Hình 4.14. Biểu đồ điện áp trên máy biến áp AT2. ................................................ 63 Hình 4.15. Biểu đồ điện áp trên TU274 .................................................................. 64 Hình 4.16. Biểu đồ điện áp trên TU_C22 ............................................................... 64 Hình 4.17. Mô hình trạm biến áp có xét tới xuất tuyến Thái Nguyên-Hà Giang 1 65 3
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1. Bảng tóm tắt cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực trong cả nước12 Bảng 1-2. Mật độ sét ứng với số ngày giông trong các khu vực chính ở Việt Nam ......... 12 B¶ng 2-1 T×nh h×nh sù cè l-íi ®iÖn 110-220kV .................................................. 21 B¶ng 2-2.Tæng hîp sù cè do sÐt cña ®-êng d©y 220kV tõ n¨m 1998-2003 PTC-I ....... 22 B¶ng 2-3 Tæng hîp sù cè do sÐt tõ n¨m 2000-2003 PTC-II ............................................. 22 Bảng: 2-4 ........................................................................................................................... 25 Bảng 2-5 Máy biến áp. ...................................................................................................... 27 Bảng 2-6 Tụ bù. . ............................................................................................................... 27 Bảng 2-7 Điện kháng. ........................................................................................................ 28 B¶ng 3.2 ............................................................................................................................. 38 B¶ng 3.3 ............................................................................................................................. 39 B¶ng 3.5 ............................................................................................................................. 39 B¶ng 3.6 ............................................................................................................................. 40 B¶ng 3.7 ............................................................................................................................. 40 B¶ng 3.8 ............................................................................................................................. 41 B¶ng 3.9 ............................................................................................................................. 42 B¶ng 3.10 ........................................................................................................................... 42 B¶ng 3.11 ........................................................................................................................... 43 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa Chú thích 1 HTĐ Hệ thống điện 2 ĐZK Đường dây trên không 3 ĐD Đường dây 4 CSV Chống sét van 5 MBA Máy biến áp 6 TU Máy biến áp đo lường 7 TD Máy biến áp tự dùng 8 TBN Tụ bù ngang 9 TBD Tục bù dọc 10 KH Điện kháng 11 ATP-EMTP Electro-Magnetic Transients chương trình nghiên cứu quá Program độ điện từ 12 TACS Transients Analysis of Control chương trình phân tích quá Systems độ của hệ thống điều khiển 4
MỞ ĐẦU Ngày nay điện năng giữ một vai trò chủ lực trong nền kinh tế xã hội toàn cầu nói chung và nước ta nói riêng. Nhu cầu sử dụng điện năng của con người không ngừng gia tăng và trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Chính vì thế, hệ thống cung cấp điện không những phải làm việc liên tục ổn định để đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng mà còn phải đảm bảo tính an toàn và chất lượng. Một trong những nguyên nhân ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống chính là các hiện tượng quá độ như quá độ điện áp, dòng điện, tần số, sóng hài... luôn xảy ra trên hệ thống trong quá trình vận hành. Quá độ có nguồn gốc từ thiên nhiên như hiện tượng sét đánh vào đường dây, trạm cảm ứng công suất lớn.. Mặc dù thời gian tác động là rất ngắn nhưng chúng có năng lượng rất lớn nên rất dễ xảy ra sự cố làm hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến công tác vận hành hệ thống. Mục tiêu của luận văn Dựa trên cơ sở lý thuyết được học tập trên lớp và từ sách vở để nghiên cứu, nhận dạng và phân tích các hiện tượng quá độ xảy ra trên hệ thống, từ đó đề ra các giải pháp nhằm khắc phục, hạn chế tối đa các sự cố và bảo vệ thiết bị, đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn và tin cậy. Ứng dụng phần mềm ATP để mô phỏng và phân tích dự đoán chính xác cường độ và năng lượng của quá độ để lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý nhất. Chương trình ATP có các chức năng: - Thiết kế mô hình tạo sự cố bằng Module APT DRAW. - Hiển thị và phân tích dạng sóng, xung quá độ bằng Module ATP PLOTXY. - Và còn nhiều Module quan trọng nữa sẽ được giới thiệu chi tiết trong bài luận. Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Trong việc truyền tải điện với điện áp cao thì độ tin cậy cách điện 5
ở điện áp làm việc và khi xuất hiện quá điện áp có ý nghĩa rất lớn, đặc biệt là khi xuất hiện quá điện áp. Dông sét là hiện tượng thiên nhiên rất ly kỳ và nguy hiểm. Trên thế giới có trung bình 1000 cơn giông mỗi ngày. Theo thống kê của nước Pháp hàng năm dông sét gây ra 10% hỏa hoạn, trên 40 người và 20.000 động vật bị chết, 50.000 lần cắt đường dây điện và điện thoại, các đường dây tải điện trên không. Tình hình dông sét tại Việt nam đã được thống kê trong một năm số lượng ngày dông sét ở miền Bắc từ 70 đến 100 ngày. Hiện tượng thiên nhiên sét có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện nó có thể gây ra: ngừng cung cấp điện, phá hoại các thiết bị, công trình xây dựng và nguy hại đến tính mạng con người. Trạm biến áp là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Đối với trạm 220 KV thì các thiết bị đặt ngoài trời. Nên khi có sét đánh vào trạm sẽ gây hậu quả nặng nề không chỉ làm hư hỏng các thiết bị trong trạm mà còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho các ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện. Vì thế trạm biến áp đòi hỏi yêu cầu bảo vệ rất cao. Trạm biến áp 220KV Thái Nguyên thuộc Công ty truyền tải điện 1 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc. Trạm có tổng công suất 626 MVA có 2 MBA 250MVA-220/110/22KV; 2 MBA 63 MVA -110/35/22KV; 7 ngăn lộ 220KV, 16 ngăn lộ 110KV; 9 ngăn lộ 35KV; 10 ngăn lộ 22KV; Tụ bù gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr. Nhiệm vụ chính của Trạm là cung cấp điện cho Khu Công nghiệp Gang thép Thái nguyên, khu CN Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Bắc Kạn, Cao Bằng, Hà Giang, Tuyên Quang... Trạm nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, tại tỉnh Thái Nguyên bình quân hàng năm có gần 100 ngày xuất hiện dông sét, để ổn định việc cung cấp điện liên tục thì việc nghiên cứu và đưa ra giải pháp về bảo vệ quá điện áp khí quyển ngăn ngừa các sự cố cho TBA là rất cần thiết. Chính vì vậy mà trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu về ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu và đặc biệt là phân tích các kết quả mô phỏng, các kinh nghiệm nhằm đưa ra biện pháp ngăn chặn ảnh hưởng của quá điện áp khí quyển đối với Tram biến áp. Trong luận văn này, tôi sử dụng các mô phỏng đưa ra các thông số ảnh hưởng. Từ đó đưa ra rút ra những kinh nghiệm để đưa ra những phương pháp nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ quá điện áp khí quyển trong hệ thống điện. 2. Mục tiêu của nghiên cứu Mục tiêu chung: 6
Đề tài này đặt mục tiêu chính là 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. Mục tiêu cụ thể: + Giới thiệu trạm 220 kV Thái Nguyên, hiện trạng lưới điện 220kV Thái Nguyên. + Sử dụng phần mềm ATP – EMPT mô phỏng các thông số cơ bản. + Đưa ra một số biện pháp bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên. - Vận dụng kiến thức đã được học kết hợp với nghiên cứu tài liệu để phân tích tìm hiểu nguyên nhân xảy ra các hiện tượng quá độ trên hệ thống. - Dùng phần mềm ATP để mô phỏng, nhận dạng và phân tích quá độ. - Thiết kế chương trình giới thiệu sử dụng phần mềm ATP. 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: - Ứng dụng Công nghệ thông tin, sử dụng phần mềm ATP – EMTP để mô phỏng quá trình quá điện áp cho trạm biến áp 220Kv Thái Nguyên. Ý nghĩa thực tiễn: - Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết đánh giá được khả năng bảo vệ của hệ thống bảo vệ quá áp trong trạm và đưa ra giải pháp nâng cao độ tin cậy bảo vệ quá áp cho trạm biến áp. 4. Dự kiến kết quả đạt được. - Mô phỏng dựa trên phần mềm ATP –EMTP. - Đưa ra các phương án, giải pháp bảo vệ hiệu quả quá điện áp khí quyển. 5. Phương pháp và phương pháp luận Trong phạm vi đề tài, để đạt được mục tiêu tác giả sử dung các phương pháp sau: - Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng kết quả hệ thống bằng phần mềm ATP – EMTP đánh giá sự ảnh hưởng của quá điện áp khí quyển đối với TBA. 7
Luận văn bao gồm các phần chính như sau: Chương 1: Tổng quan về quá điện áp khí quyển. Chương 2: Giới thiệu về trạm biến áp 220KV – Thái Nguyên Chương 3: Giới thiệu chương rình phần mềm mô phỏng ATP-EMTP Chương 4: Khảo sát quá điện áp khí quyển và giải pháp bảo vệ cho TBA 220KV-Thái Nguyên. Kết luận và kiến nghị 8
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 9
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 1.1. 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
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
Bảng 1. 1. 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. 2. 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
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
Hình 1. 1. 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. 1.2. 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.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
+ 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
2. Những vấn đề liên quan đến quá điện áp có thể phát sinh lan truyền trong hệ thống diện 2.1. Sét đánh (lightning). 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. Mỗi cơn dông trung bình thường kéo dài từ 2 đến 4 giờ đồng hồ và có thể tạo ra 1000, 2000 cú phóng điện xuống mặt đất. Năng lượng trung bình trong mỗi cơn dông như một nhà máy điện có công suất khoảng vài trăm MW với điện thế lên tới hàng tỷ Volt, nguồn điện của một tia sét xuất hiện trong cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vòng 3 tháng. Với cường độ mạnh như vậy, dông sét là một trong số những hiểm họa thiên tai vô cùng nguy hiểm đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất. Năm 2001, ngành điện Việt Nam có khoảng 400 sự cố, 50% trong số đó là do sét gây ra. Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt 220 KV của Nhà máy Thuỷ điện Hòa Bình. Sự cố đã khiến lưới điện miền Bắc bị rã mạch, nhiều nhà máy điện bị tách ra khỏi hệ thống. Nhiều tỉnh thành khác bị mất điện trên diện rộng. Việc phân tích hiện tượng quá độ do sét đánh nhằm đánh giá hiệu quả bảo vệ của chống sét van trung áp và sự cần thiết phải trang bị chống sét van hạ áp nhằm bảo vệ thiết bị điện hạ áp khi sét lan truyền từ phía trung áp sang phía hạ áp của máy biến áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp. Mô hình xung sét được xây dựng trong môi trường ATP sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu quá độ của hệ thống điện. Sét lan truyền trên các đường dây trên không trung áp gây ra quá áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích và cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và gây ra sự cố cắt mạch điện. Do vậy, phải cần trang bị các thiết bị chống sét van ở ngõ vào trạm biến áp. Các nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét van trung áp, đánh giá hiệu quả bảo vệ, cũng như xác định vị trí lắp đặt các thiết bị này để đạt hiệu quả bảo vệ cao nhất đã được nghiên cứu. Đối với sét cảm ứng lan truyền trên đường nguồn hạ áp, hiệu quả bảo vệ bảo vệ của chống sét van cũng được đề cập thông qua việc xây dựng mô hình và mô phỏng với nhiều cấu hình bảo vệ khác nhau. Tuy nhiên, việc xây mô hình xung sét đánh trực tiếp dạng sóng 10/350^s với mức độ tương thích cao so với dạng sóng qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế và 16