BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Ninh Văn Nam NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Hồng Thịnh PGS.TS Trần Văn Tớp Phản biện 1: PGS.TS Lê Văn Doanh Phản biện 2: PGS.TS Trịnh Trọng Chưởng Phản biện 3: TS Trần Anh Tùng Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Yêu cầu đường dây truyền tải tin cậy, ổn định an toàn mục tiêu hàng đầu tất công ty truyền tải điện chống sét vấn đề cần quan tâm Thống kê Việt Nam cho thấy cố sét chiếm 70% tổng số cố đường dây 220 kV 500 kV [1] 65% đường dây 110 kV [2] Đường dây truyền tải đại ngày trở nên rộng lớn phức tạp với cấu ngày nhiều nguồn lượng mới, đường dây truyền tải có xu hướng sử dụng nhiều đường dây nhỏ gọn (đường dây compact) đường dây tải điện chiều Vì thế, tính tốn chống sét cần phải phù hợp với thay đổi Đặt bối cảnh vậy, vấn đề chống sét cấp thiết không Việt Nam mà quốc gia Thử nghiệm thành công chống sét van (CSV) sử dụng oxit kim loại ZnO cho đường dây 138 kV công ty điện lực Mỹ AEP (American Electric Power) năm 1985 mở giai đoạn hoàn toàn cho bảo vệ chống sét cho đường dây truyền tải [3], lĩnh vực mà trước hồn tồn phụ thuộc vào việc sử dụng dây chống sét (DCS), cột chống sét hệ thống tiếp địa Sử dụng CSV bảo vệ cho đường dây không giới hạn việc tăng độ tin cậy đường dây bảo vệ cách điện đường dây, mà giảm biên độ điện áp lan truyền vào trạm, hạn chế số lần thao tác máy cắt tự động đóng lại, dẫn đến tăng tuổi thọ thiết bị Từ đến nay, CSV đường dây sử dụng ZnO liên tục hoàn thiện phát triển để ứng dụng cho hầu hết cấp điện áp truyền tải sử dụng đến cấp phân phối Đối với hệ thống điện Việt Nam, CSV đường dây xuất lưới 110 kV Việt Nam vào đầu năm 2000 mở rộng lên lưới 220 kV 500 kV Do liên quan đến nhiều vấn đề phức tạp đường dây truyền tải truyền sóng, phóng điện, cảm ứng, tượng phi tuyến phối hợp cách điện, tính tốn chống sét sử dụng CSV tốn lớn phức tạp thực với phần mềm chun dụng tính tốn độ điện từ (EMTP/ATP) Với đặc điểm vậy, tính tốn chống sét sử dụng cho đường dây truyền tải chương trình tính tốn q độ điện từ thường phải dựa nguyên tắc điện áp, nghĩa CSV làm việc để tản dòng điện sét xuống hệ thống nối đất dây pha điện áp đặt lên vượt ngưỡng điện áp an tồn cách điện mà bảo vệ Ngun tắc bảo vệ dựa giả thiết sau: Vị trí lắp đặt CSV giống toàn đường dây CSV lắp đặt toàn đường dây CSV lắp đặt đường dây truyền tải điện áp xoay chiều pha, cấp điện áp với DCS Mọi tượng sau CSV làm việc bỏ qua, ảnh hưởng dịng điện sét chạy DCS, dây dẫn dòng điện khép mạch đất bị bỏ qua CSV sử dụng biện pháp bảo vệ bổ sung cho đường dây truyền tải biện pháp bảo vệ chống sét sử dụng DCS Với giả thiết vậy, phương pháp tiếp cận điện áp (QĐA) có nhiều hạn chế thực tế khơng cần lắp CSV toàn đường dây mà cần lắp đoạn cần bảo vệ CSV khơng cần phải lắp đặt vị trí giống mà vị trí pha thích hợp tùy thuộc vào tính chất đường dây Q trình lan truyền dòng điện sét dây dẫn sau CSV làm việc bị bỏ qua, dòng điện sét chạy DCS dây dẫn sau khép mạch qua đất khơng tính đến, dẫn đến ảnh hưởng thông số đường dây, điện trở suất đất, tượng tần số cao dòng điện sét đất bị bỏ qua Mặt khác, đường dây truyền tải ngày có xu hướng thu nhỏ kích thước để hạn chế diện tích hành lang tuyến Xu dẫn đến nhiều đường dây truyền tải sử dụng nhiều cấp điện áp cột, đường dây tải điện chiều có dây pha, đường dây compact với khoảng cách dây pha thu ngắn lại, chí DCS hồn tồn loại bỏ để giảm kích thước đường dây Do đó, vai trị CSV từ thiết bị phụ trợ cho DCS trở thành thành phần chủ đạo chống sét cho đường dây truyền tải Trong luận án này, phương pháp tiếp cận dòng điện sét sử dụng nghiên cứu tính tốn sử dụng CSV cho đường dây truyền tải Vai trị thơng số đường dây bao gồm tổng trở sóng dây dẫn DCS, ảnh hưởng điện trở suất đất đến tổng trở sóng đường dây điện áp sét đặt lên cách điện làm rõ Từ xây dựng sở lý thuyết cho việc sử dụng CSV đường dây cấp điện áp khác nhau, cấu hình cột khác nhau, đường dây sử dụng nhiều DCS hay sử dụng DCS phía phía dây dẫn Cơ sở cho phép đề xuất biện pháp bảo vệ chống sét phù hợp tùy thuộc vào cấu hình đường dây truyền tải Quá trình lan truyền dịng điện sét sau CSV làm việc nghiên cứu chi tiết, cho phép xác định điểm yếu khác đường dây sau CSV làm việc Kết nghiên cứu cho phép lý giải tượng thực tế vận hành phóng điện xảy cột có vị trí tưởng tốt mặt chống sét, bị bỏ qua không lắp đặt CSV sử dụng cách tiếp cận cũ phương pháp điện áp Kết cho phép đề xuất giải pháp sử dụng phương pháp lắp đặt CSV rời rạc phù hợp với địa hình, kết hợp với biện pháp khác sử dụng phần tử sẵn có tin cậy đường dây bổ sung cách điện, dùng dây chống sét chạy phía để nâng cao khả chống sét đường dây Mục tiêu luận án  Xác định suất cắt sét cho đường dây truyền tải điện theo phương pháp mơ hình điện hình học (EGM) phương pháp mô Monte Carlo  Thiết lập sở lý thuyết truyền sóng sét đường dây truyền tải, q trình truyền sóng hệ nhiều dây với sóng sét chạy DCS dây pha CSV làm việc, từ xác định ảnh hưởng thông số đường dây đến điện áp cách điện đường dây truyền tải  Nghiên cứu tính tốn số lượng vị trí lắp đặt CSV tùy theo cấu hình đường dây truyền tải địa hình (thơng qua điện trở suất đất điện trở tiếp địa cột) nhằm đạt suất cắt nhỏ  Đề xuất giải pháp giảm cố sét đường dây truyền tải tương lai Việt Nam việc kết hợp phương pháp sử dụng CSV với phương pháp khác Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Luận án tập trung nghiên cứu tượng điện áp sét đường dây truyền tải Việt Nam từ cấp 110 kV đến 500 kV Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án  Đề xuất phương pháp lắp đặt CSV phù hợp cho loại đường dây truyền tải theo đặc trưng đường dây  Lý giải số tượng phóng điện đường dây khơng giải thích với phương pháp tiếp cận cũ Đề xuất số giải pháp kết hợp với việc sử dụng CSV nhằm giảm suất cắt sét cho đường dây truyền tải  Kết nghiên cứu gợi ý phương pháp xác định suất cắt sét xác cho đường dây truyền tải điện Việt Nam  Kết nghiên cứu gợi ý biện pháp chống sét hiệu giúp đơn vị quản lý vận hành áp dụng để đạt hiệu cao mặt chống sét  Tính tốn sở bước đầu cho việc sử dụng CSV phương pháp bảo vệ chống sét cho đường dây truyền tải, đóng góp vào việc ứng dụng đường dây tương lai Việt Nam  Luận án mong muốn đặt tảng ban đầu để tiến tới xây dựng tiêu chuẩn chống sét cho đường dây truyền tải từ giai đoạn thiết kế phù hợp với điều kiện Việt Nam Phương pháp nghiên cứu  Phân tích tài liệu khoa học, cơng trình nghiên cứu sử dụng CSV cho đường dây truyền tải  Phương pháp EGM lý thuyết xác suất tính tốn suất cắt cho đường dây truyền tải  Nghiên cứu lý thuyết truyền sóng hệ nhiều dây tính tốn q độ điện từ đường dây truyền tải  Khảo sát, phân tích số liệu thực tế kiểm chứng tính hiệu giải pháp đề xuất thông qua kết mô EMTP Điểm luận án  Đề xuất phương pháp xác định suất cắt theo phương pháp mơ hình điện hình học theo phương pháp mô Monte Carlo cho đường dây truyền tải điện Việt Nam sở hướng dẫn IEEE, CIGRE, IEC chương trình mơ q độ điện từ EMTP/ATP  Xây dựng sở lý thuyết cho tượng truyền sóng sét đường dây truyền tải với cách tiếp cận sử dụng dòng điện sét Làm rõ ảnh hưởng thông số đường dây, dòng điện trở đất, điện trở suất đất, tần số dòng điện sét đến hệ số ngẫu hợp  Áp dụng chương trình mơ q độ điện từ EMTP/ATP cho tính tốn chống sét sử dụng CSV cho đường dây truyền tải cho lưới điện Việt Nam Tính tốn vị trí, số lượng CSV phù hợp với cấu trúc đường dây truyền tải điện Trên sở phân tích hiệu việc lắp đặt chống sét van rời rạc đường dây với số lượng CSV tối thiểu mà đảm bảo hiệu chống sét  Đề xuất số phương pháp chống sét cho đường dây truyền tải cách sử dụng CSV kết hợp với giải pháp khác sử dụng cách điện không đối xứng, sử dụng DCS treo phía bỏ DCS thay CSV Bố cục luận án Chương Tổng quan chống sét cho đường dây truyền tải Chương Tính toán độ điện từ sét đường dây truyền tải Chương Phương pháp tính tốn suất cắt cho đường dây truyền tải Chương Ứng dụng chống sét van cho đường dây truyền tải Chương Một số phương pháp chống sét kết hợp sử dụng chống sét van cho đường dây truyền tải Chương Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 1.1 Tổng quan cố sét đường dây truyền tải 1.1.1 Quy mô phát triển đường dây truyền tải Việt Nam  Chiều dài (km) 21000 500kV 220kV 110kV 18000 15000 12000 9000 6000 3000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Năm Hình 1.1 Quy mơ đường dây 110-220-500 kV từ 2012-2018 [4] Theo EVN [4] tính đến hết năm 2018 EVN quản lý hệ thống lưới điện gồm 43000 km đường dây 500 kV - 220 kV 110 kV (Hình 1.1) Trong chiều dài đường dây 110 kV chiếm 43%, đường dây 220 kV chiếm 39% đường dây 500 kV chiếm 18% Kết dự kiến đến năm 2030 chiều dài đường dây truyền tải 500 kV 220 kV đạt 43500 km, đường dây 500 kV tăng lên 9000 km đường dây 220 kV tăng lên 15000 km 1.1.2 Tình hình giơng sét Việt Nam Việt nam nằm vùng có mật độ sét cao, mật độ sét việt nam phân bố từ 1,4 đến 14,9 lần/km2.năm [7] Khu vực miền bắc có mật độ sét cao, khu vực có nhiều đường dây truyền tải 1.1.3 Tình hình cố sét lưới điện truyền tải Việt Nam Các năm gần tổng số lần cố có xu hướng giảm số lần cố sét lại có xu hướng tăng lên Cụ thể, năm 2015, 2016 2017 cố sét chiếm 64%, 78% 86% tổng số cố 200 Tổng số cố Sự cố sét Số lần 160 120 80 40 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Năm Hình 1.6 Sự cố theo năm NPT [1] 1.1.4 Tình hình cố sét đường dây truyền tải giới Theo số liệu báo cáo khoa học cố sét số đường dây truyền tải số nước giới [12], [13], [14], [15], [16], [17] số vụ cố sét đường dây truyền tải tương tự đường dây truyền tải Việt Nam chiếm từ 50% - 70% tổng số vụ cố 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước tính tốn chống sét cho đường dây truyền tải Tại Việt Nam nghiên cứu chống sét cho đường dây truyền tải ít, nghiên cứu chia làm hai nhóm Nhóm thứ tính tốn q điện áp sét đường dây truyền tải biện pháp giảm cố sét, nghiên cứu chủ yếu theo phương pháp cổ điển với giả thiết đơn giản Nhóm thứ hai nghiên cứu sử dụng CSV đường dây truyền tải hạn chế tản mát khơng tập trung vào khía cạnh chống sét 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước giải pháp chống sét cho đường dây truyền tải Các nghiên cứu CSV đường dây truyền tải giải pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện giới chưa có nhiều, hầu hết nghiên cứu tập trung vào đối tượng đường dây với cấp điện áp cụ thể Hướng chủ yếu tập trung vào thay đổi vị trí số lượng CSV đường dây có treo DCS, sau tính suất cắt tương ứng với vị trí 1.4 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu 1.4.1 Những vấn đề tồn Khi sét đánh vào đường dây, dòng điện sét chạy xuống hệ thống tiếp địa qua DCS Điện áp cách điện đường dây phụ thuộc chủ yếu vào điện trở tiếp địa ngẫu hợp DCS với dây dẫn Ngẫu hợp dây dẫn với dây dẫn thường bỏ qua Đường dây trang bị sẵn DCS, CSV sử dụng phương pháp chống sét bổ sung cho đường dây truyền tải Phương pháp sử dụng CSV không sử dụng phương pháp chính, chủ động để kết hợp với phương pháp khác Các thông số đường dây cố định toàn đường dây điện trở tiếp địa, điện trở suất đất Vì thơng số đường dây cố định toàn đường dây nên lắp đặt CSV, vị trí pha lắp CSV hay số lượng CSV cột giống toàn đường dây 1.4.2 Lựa chọn hướng nghiên cứu Sử dụng phương pháp tiếp cận dòng điện sét, tùy thuộc vào mức độ nguy hiểm cú sét đánh vào đường dây, dịng điện sét chạy DCS hệ thống tiếp địa, chạy vào dây dẫn tượng phóng điện cách điện xảy CSV làm việc Khi điện áp cách điện pha phụ thuộc vào phân bố dòng điện sét DCS dây dẫn điện áp cảm ứng dây dẫn tương tác tĩnh điện tương tác điện từ DCS với dây dẫn dây dẫn với Ảnh hưởng q trình truyền sóng sét đường dây (hệ nhiều dây), ảnh hưởng thông số đường dây, ảnh hưởng điện trở suất đất, ảnh hưởng tần số cao dịng điện sét tới thơng số đường dây đến điện áp pha, cột nghiên cứu Từ ảnh hưởng thông số đường dây q trình truyền sóng sét hệ nhiều dây, vị trí, số lượng CSV lắp đặt tùy thuộc vào cấu hình đường dây truyền tải điện nhằm đạt trị số suất cắt tốt CSV đường dây đóng vai trị chủ đạo bảo vệ chống sét cho đường dây truyền tải dẫn đến q trình truyền sóng sét dây dẫn trước sau làm việc tính đến Cách tiếp cận cho phép vị trí CSV thay đổi vị trí cột phụ thuộc vào thông số đường dây để đạt kết bảo vệ chống sét tốt Ngoài ra, với cách tiếp cận bảo vệ chủ động CSV vậy, số phương pháp bảo vệ chống sét cho đường dây truyền tải cách sử dụng CSV đường dây kết hợp với phương pháp khác bảo vệ cho đường dây khơng có DCS nghiên cứu đề xuất CHƯƠNG TÍNH TỐN Q ĐỘ ĐIỆN TỪ DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Chương trình bày chất q trình lan truyền sóng sét đường dây truyền tải xảy sét đánh vào đường dây Q trình truyền sóng cột, dây chống sét dây dẫn sau CSV làm việc nghiên cứu chi tiết theo tham số đường dây Nguyên tắc mô nguồn sét, phần tử đường dây cách tính tốn tốn truyền sóng EMTP/ATP trình bày chương 2.1 Truyền sóng đường dây truyền tải 2.1.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.2 Truyền sóng hệ nhiều dây 2.2 Ảnh hưởng thông số đường dây đến điện áp sét 2.2.1 Đặt vấn đề 2.2.2 Tổng dẫn Y0 đường dây Phương trình điện điện tích dây dẫn [30]: (2.6) u    P   q  Ma trận hệ số P xác định qua công thức [30]: D1n   D11 ln r ln d  1n      P  2   ln Dn1 ln Dnn   d n1 rn  (2.7) Sau xác định hệ số P, ma trận điện dung C tính cách nghịch đảo P: 1 (2.8) C    P  pha với DCS đường dây mạch tăng 52%, đường dây mạch tăng 33% Hệ số ngẫu hợp 0.5 0.4 0.3 0.2 Một mạch Hai mạch 0.1 0.0 10 100 500 1000 2000 5000 10000 Điện trở suất đất .m Hình 2.18 Hệ số ngẫu hợp lớn dây pha với DCS theo đất Ảnh hưởng số lượng DCS Hệ số ngẫu hợp 0.5 DCS DCS 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Pha A Pha B Số lượng DCS Pha C Hình 2.19 Hệ số ngẫu hợp theo số lượng DCS KẾT LUẬN CHƯƠNG Kết tính toán áp dụng cho thấy xét mạch trở đất, hệ số ngẫu hợp lớn đường dây 220 kV tăng đến 24% đường dây mạch xét đến đường trở đất Kết tính tốn cho thấy việc xét mơ hình đầy đủ tính tốn q độ cho phép xác định điện áp sét suất cắt sét xác nhiều so với tính tốn đơn giản hóa khơng xét đến đường trở đất Những kết cho phép xác định mức độ ảnh hưởng thông số đường dây đến điện áp sét, để làm sở cho đề xuất biện pháp chống sét Chương Chương 11 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN SUẤT CẮT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Chương trình bày cách xác định suất cắt sét cho đường dây truyền tải theo phương pháp mơ hình điện hình học (EGM) theo phương pháp Monte Carlo 3.1 Phương pháp mơ hình điện hình học 3.1.1 Suất cắt sét đánh đỉnh cột khoảng vượt (BFR) BFR  0, N L P ( I  I c ) , (lần/100km.năm) (3.2) NL  Ng 28h ,6  S g P( I  I c )  10 2,6 (3.3) (3.5)  I  1   31  3.1.2 Suất cắt sét đánh vào dây dẫn (SFFOR) Im SFFOR  N g L  Dc f ( I ) dI , (lần/100km.năm) (3.15) Ic 3.2 Phương pháp Monte Carlo Trong mô Monte Carlo, cú sét đánh vào đường dây có giá trị ngẫu nhiên dịng điện sét, vị trí cột, vị trí pha, điện trở tiếp địa Nếu điện áp cách điện lớn điện áp chịu đựng cách điện phóng điện xảy chương trình ghi nhận lần cố Từ tổng số cố ghi nhận chia cho tổng số lần chạy mô nhân với số lần sét đánh vào đường dây xác định suất cắt đường dây Phương pháp mô Monte Carlo áp dụng tính tốn suất cắt sét cho đường dây truyền tải bao gồm bước: Lập mơ hình phần tử đường dây EMTP/ATP Dựa chiều dài đường dây độ cao trung bình cột, ta xác định diện tích thu hút sét DTts (km2) Nếu lấy mật độ sét Ng =10 lần/1km2.năm, tổng số lần sét đánh vào đường dây DTts 10 (lần/năm) Lấy tổng số lần sét đánh vào đường dây (hay số lần mô phỏng) Nmax, tương đương với số năm vận hành đường dây Nmax/(DTts 10) Với cú sét đánh vào đường dây, ta chọn ngẫu nhiên tham số bao gồm tham số dòng điện sét (Im, tf, th ) 12 Từ giá trị dòng điện sét, dựa mơ hình điện hình học mục 3.1.2 xác định vị trí sét đánh vào DCS dây pha Kiểm tra phóng điện, điện áp cách điện vượt mức điện áp chịu đựng cách điện cú sét tính lần cắt điện (Npd) Nếu lần mô tiếp theo, phóng điện cách điện xảy số lần phóng điện tăng lên số lần cắt điện cập nhật Lặp lại bước 3, bước bước tổng số lần sét đánh vào đường dây đạt trị số Nmax Suất cắt đường dây tính số lần cắt điện chia cho tổng số năm vận hành tương đương Tính toán sai số suất cắt, sai số đạt giá trị nhỏ 5% số lần chạy mô đạt Nmax dừng mô Lần/100km.năm BFR SFFOR Lần/100km.năm Phương pháp Phương pháp Thực tế vận EGM Montecarlo hành Hình 3.7 So sánh suất cắt đường dây 220 kV VT - YB theo phương pháp EGM phương pháp Monte Carlo với thực tế vận hành 15 BFR SFFOR 10 Phương pháp EGM Phương pháp Montecarlo Thực tế vận hành Hình 3.8 So sánh suất cắt đường dây 110 kV TY- MD theo phương pháp EGM phương pháp Monte Carlo với thực tế vận hành 13 KẾT LUẬN CHƯƠNG Suất cắt theo phương pháp mô Monte Carlo sát thực tế so với phương pháp EGM (đối với trường hợp tính tốn cụ thể đường dây 220 kV cho suất cắt theo phương pháp Monte Carlo lớn 14% với thống kê, dụng phương pháp EGM cho kết lớn 23% so với thống kê) Suất cắt tính tốn theo phương pháp mơ Monte Carlo có khối lượng tính tốn mơ lớn, chạy mô 10000 lần (tương ứng với 40 năm vận hành ĐD 220 kV VTYB 50 năm vận hành ĐD 110 kV TY-MD) CHƯƠNG ỨNG DỤNG CHỐNG SÉT VAN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 4.1 Giới thiệu chống sét van 4.2 CSV đường dây 4.3 Hiệu lắp đặt CSV cho đường dây truyền tải Ing(kA) 300 Trước lắp CSV Sau lắp CSV 200 100 500kV 220kV 110kV Cấp điện áp Hình 4.10 Ngưỡng dịng điện sét nhỏ gây phóng điện cách điện pha không lắp CSV Nc (lần/100km/năm) 4.4 Ảnh hưởng thông số tới suất cắt sau lắp CSV 4.5 Điện áp cách điện lắp đặt CSV 4.6 Suất cắt sét theo số lượng CSV lắp đặt 15 500kV 220kV 110kV 10 0 pha pha pha pha Số lượng CSV Hình 4.17 Suất cắt đường dây với trường hợp lắp CSV 14 4.7 Lựa chọn vị trí lắp đặt CSV theo cấu hình đường dây Như trình bày chương 2, điện áp cách điện đường dây sét đánh phụ thuộc vào tượng truyền sóng phức tạp đường dây Vì CSV hiệu lắp đặt pha có điện áp cao Vị trí pha xác định tính tốn mơ cho trường hợp cụ thể Suất cắt loại đường dây xem xét xác định mô hình điện hình học chương trình mơ q độ điện từ EMTP/ATP với mơ hình cách tính tốn trinh bày chương Vị trí tốt CSV đường dây định xác định cách nghiên cứu ảnh hưởng tham số đường dây, chẳng hạn loại cột, số lượng DCS, tiếp địa cột 4.7.1 Đường dây 220 kV 4.7.1.1 Đường dây 220 kV hai mạch hai DCS Nc (lần/100km.năm) 30 Không CSV CSV A1 CSV B1 CSV C1 20 10 Nc (lần /100km.năm) 10 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.18 Suất cắt đường dây 220 kV hai mạch hai DCS lắp CSV 15 CSV A1B1 CSV A1C1 CSV B1C1 10 10 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.20 Suất cắt đường dây 220 kV hai mạch hai DCS lắp CSV 15 Nc (lần /100km.năm) 10 CSV A1B1C1 CSV A1A2B1 CSV A1A2C1 10 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.21 Suất cắt đường dây 220 kV hai mạch hai DCS lắp CSV 4.7.1.2 Đường dây 220 kV mạch DCS Nc (lần /100km.năm) 60 Không CSV CSV A CSV B CSV C 40 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.22 Suất cắt đường dây 220 kV mạch DCS lắp CSV 30 Nc (lần /100km.năm) 10 20 CSV AB CSV AC CSV BC 20 10 10 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.23 Suất cắt đường dây 220 kV mạch DCS lắp CSV 4.7.2 Đường dây 110 kV 4.7.2.1 Đường dây 110 kV hai mạch DCS 16 Nc (lần /100km.năm) Lắp CSV pha làm suất cắt giảm gần khơng đáng kể so với khơng lắp CSV Ví dụ giá trị Rtđ =10 , suất cắt giảm từ 25 lần/100km.năm so với 23 lần/100km.năm chưa lắp CSV (Hình 4.24) 50 40 30 Khơng CSV CSV A1 CSV B1 CSV C1 20 10 30 40 50 Rtd () Hình 4.24 Suất cắt đường dây 110 kV hai mạch DCS lắp CSV 40 Nc (lần /100km.năm) 10 20 30 20 CSV A1B1 CSV A1C1 CSV B1C1 10 30 40 50 Rtd () Hình 4.25 Suất cắt đường dây 110 kV hai mạch DCS lắp CSV 30 CSV A1B1C1 Nc (lần /100km.năm) 10 20 CSV A1A2B1 CSV A1A2C1 20 10 10 20 30 Rtd () 40 50 Hình 4.26 Suất cắt đường dây 110 kV hai mạch DCS lắp CSV 17 Nc (lần /100km.năm) 4.7.2.2 Đường dây 110 kV mạch DCS 80 Không CSV CSV A CSV B CSV C 60 40 20 30 40 50 Rtd () Hình 4.27 Suất cắt đường dây 110 kV mạch DCS lắp CSV Nc (lần /100km.năm) 10 50 20 CSV AB CSV BC CSV AC 40 30 20 10 10 20 30 Rtd () 40 50 Hình 4.28 Suất cắt đường dây 110 kV mạch DCS lắp CSV Nhận xét    Do đặc điểm độ cao cột khoảng cách DCS với dây pha, lắp đặt CSV cấp điện áp khác có đặc thù hồn tồn khác Việc lắp đặt CSV cịn phụ thuộc vào số lượng DCS, số mạch đường dây giá trị điện trở tiếp địa cột Đối với đường dây 220 kV hai mạch hai DCS, dòng điện sét chạy qua DCS dây pha CSV làm việc nên vị trí pha ưu tiên lắp CSV phụ thuộc mạnh vào trị số Rtđ Khi định số lượng CSV lắp đặt 1, hay CSV vị trí lắp đặt ưu tiên phải thay đổi cho phù hợp tùy thuộc vào giá trị Rtđ Đối với đường dây DCS (220 kV hay 110 kV), đặc điểm vị trí ưu tiên lắp đặt CSV giống đường mạch hay mạch Trị số điện trở tiếp địa không ảnh hưởng đến vị trí 18 lắp đặt CSV Khi có CSV sử dụng nên lắp pha Khi phép lắp CSV, nên ưu tiên cho lắp đặt cho pha pha 4.8 Năng lượng hấp thụ CSV 4.9 Lắp đặt chống sét van rời rạc đường dây Do chi phí lớn nên lắp CSV tất vị trí tất pha không thực được, đơn vị vận hành thường chọn cột có nguy sét đánh cao để lắp CSV (cột số 2), cột số bị sét đánh cố lại xảy cột Hình 4.41 Cột số khả sét đánh cao thường đơn vị vận hành chọn lắp CSV 4.8.1 Cơ chế phóng điện lắp CSV rời rạc 4.8.2 Các kết mơ Hình 4.42 Phân bố vùng xảy phóng điện cách điện sét đánh vào cột 2, CSV cột làm việc, Rtđ3 =5 Vùng I: khơng phóng điện, vùng II: phóng điện cách điện cột 3, vùng III: phóng điện cách điện cột 19 Hình 4.44 Phân bố vùng xảy phóng điện cách điện sét đánh vào cột 2, CSV cột làm việc, Rtđ3 =5  KẾT LUẬN CHƯƠNG Lắp CSV đường dây truyền tải cải thiện rõ rệt suất cắt đường dây, với CSV lắp pha cùng, suất cắt giảm xuống tương đương với việc giảm điện trở tiếp địa cột từ 30  xuống  Lắp dặt CSV hiệu rõ đường dây 110 kV (suất cắt giảm 46% đường dây 110 kV, 30% đường dây 220 kV 20% đường dây 500 kV) Vị trí, số lượng CSV lắp đặt để đạt suất cắt tốt phụ thuộc cấu hình đường dây cần phải tính tốn cụ thể Ví dụ đường dây 220 kV hai mạch sử dụng luận án này: Với CSV Rtđ >10  ảnh hưởng K làm thay đổi vị trí tốt CSV từ pha xuống pha Với CSV Rtđ >20  ảnh hưởng K làm thay đổi vị trí CSV từ pha pha xuống pha pha Với CSV Rtđ >30  ảnh hưởng K bắt đầu rõ Hiệu lắp đặt CSV rời rạc ngồi phụ thuộc vào trị số dịng điện sét cịn phụ thuộc vào tương quan Rtđ cột lắp CSV với cột bên cạnh khơng lắp CSV Phóng điện xảy cột lân cận cột bị sét đánh việc phối hợp bảo vệ không thực tốt Kết tính tốn luận án cho phép thiết lập vùng tương ứng với trị số dòng điện sét tham số đường dây nơi dự định lắp CSV rời rạc, điều kiện cần thực cho tham số cột cần bảo vệ nằm vùng I CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG SÉT KẾT HỢP SỬ DỤNG CSV CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 5.1 Phương pháp sử dụng CSV kết hợp với CĐKĐX 20 Nc (Số lần/100km.năm) CĐĐX PP CĐKĐX PP CSV + CĐKĐX 10 20 30 40 50 Rtđ () Hình 5.2 Suất cắt đường dây sử dụng CSV kết hợp với CĐKĐX Nc (lần /100km.năm) 5.2 Phương pháp sử dụng CSV kết hợp với DCS treo phía Khơng có dây UGW Có dây UGW CSV+dây UGW 15 10 Nc (lần /100km.năm) 10 20 20 30 Rtd () a) 40 50 Khơng có dây UGW Có dây UGW CSV+dây UGW 15 10 10 20 30 40 50 Rtd () b) Hình 5.4 So sánh suất cắt đường dây khơng có có dây UGW theo điện trở tiếp địa cột a) hai mạch, b) mạch 21 5.3 Phương pháp CSV sử dụng thay cho DCS DCS2 DCS1 DCS2 DCS1 CSV CSV C1 CSV C2 CSV C3 Hình 5.5 Giải pháp CSV sử dụng thay cho DCS Nc (lần/100km.năm) 50 C1 C2 C3 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 Rtd () 70 80 90 100 Hình 5.8 Suất cắt đường dây theo cấu hình C1,C2 C3 5.4 Phương pháp sử dụng CSV kết hợp với dây UGW đường dây khơng có DCS Nc (lần/100km.năm) 30 C3 C4 25 20 15 10 10 20 30 40 50 60 70 Rtd () 80 90 100 Hình 5.11 Suất cắt đường dây sử dụng CSV kết hợp với dây UGW đường dây khơng có DCS 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG Sử dụng cách điện không đối xứng kết hợp với CSV lắp đặt pha lộ có cách điện yếu đường dây 220 kV lộ kép biện pháp đặc biệt hiệu để giảm suất cắt sét Phương pháp cho phép giảm cố điện hai lộ xuống gần không Suất cắt giảm tương ứng 56% so với trường hợp không sử dụng cách điện không đối xứng tương đương với việc sử dụng CSV Phương pháp sử dụng CSV đường dây thay hoàn toàn cho DCS ứng dụng nhiều hứa hẹn cho đường dây truyền tải Việt Nam Kết tính tốn cho thấy đường dây 220 kV lộ sử dụng CSV thay cho DCS mang lại hiệu tương đương với đường dây có sử dụng DCS CSV Ở cột có điện trở cột lớn 35 , phương pháp tỏ hiệu hẳn với suất cắt giảm xuống tới 25% so với trường hợp sử dụng DCS CSV đường dây Phương pháp sử dụng dây UGW cho đường dây truyền tải hiệu cột có tiếp địa lớn 35  Dây UGW chủ yếu nhằm mục đích tản dịng điện sét sang cột bên cạnh để giảm điện áp đặt lên cách điện cột bị sét đánh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Các kết nghiên cứu đạt được tóm tắt sau:  Xây dựng sở lý thuyết tính tốn mơ chương trình tính tốn q độ điện từ EMTP/ATP cho tốn tính tốn q điện áp sét đường dây truyền tải, để làm sở cho việc tính tốn sử dụng chống sét van đường dây truyền tải Cách mơ hình hóa phần tử, thơng số mơ hình, bước tính tốn giải tốn truyền sóng chương trình q độ điện từ thực từ làm rõ ảnh hưởng thông số đường dây, khoảng cách dây, điện trở suất đất đến điện áp cách điện đường dây trường hợp dòng điện sét chạy dây chống sét dây dẫn  Xác định suất cắt đường dây truyền tải sét theo phương pháp mơ hình điện hình học phương pháp Monte Carlo sở hướng dẫn IEEE, CIGRE, so sánh đánh giá độ xác phương pháp  Tính tốn vị trí, số lượng chống sét van lắp đặt phù hợp với cấu trúc đường dây, sở phân tích hiệu việc lắp đặt 23 chống sét van rời rạc đường dây với số lượng chống sét van tối thiểu mà đảm bảo hiệu chống sét  Đề xuất số biện pháp chống sét cho đường dây truyền tải cách sử dụng CSV kết hợp với giải pháp như: sử dụng cách điện không đối xứng, sử dụng dây chống sét treo phía dây pha, sử dụng chống sét van mà khơng có dây chống sét Kiến nghị Bài toán chống sét cho đường dây truyền tải toán lớn phức tạp, kết luận án kết bước đầu, giới hạn mặt thời gian Luận án trở nên hoàn thiện tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau:  Xây dựng mơ hình xác định mối quan hệ suất cố hỏng CSV đường dây với số lượng vị trí lắp đặt  CSV đường dây sử dụng mục đích chống điện áp sét điện áp đóng cắt Luận án quan tâm đến mục đích chống sét đường dây, nghiên cứu bổ sung phối hợp cách điện CSV để bảo vệ chống điện áp đóng cắt hướng cần nghiên cứu tương lai  Mơ hình phần tử tính tốn mơ mơ hình đường dây, điện trở tiếp địa, mơ hình cột, cách xác định suất cắt sử dụng mơ hình đơn giản cực đoan nhằm tính đến trường hợp xấu bảo vệ chống sét Các thông số dây dẫn sử dụng dây dẫn dây chống sét phổ biến Các mơ hình cải thiện cách sử dụng mơ hình sát với thực tế  Ứng dụng phương pháp Monte Carlo để tính tốn suất cắt cho trường hợp sử dụng CSV lượng hấp thụ cần thiết CSV cho đường dây truyền tải Việt Nam 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nam V Ninh, Thinh H Pham, Top V T (2016) Coupling Effect in Transmission Line Submitted to Lightning Strikes The 9th Regional Conference on Electrical and Electronics Engineering(RCEEE 2016) November 17-18, 2016, HUST, Hanoi, Vietnam, pp.20-24 Ninh Văn Nam, Nguyễn Xuân Phúc (2017) Ứng dụng chống sét van giảm suất cắt sét đường dây truyền tải Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 38, pp.16-165 Nam V Ninh, Thinh H Pham, Top V T (2017) A Method to Improve Lightning Performance of Transmission Lines in High Footing Resistance Areas Electrical Insulating Materials (ISEIM), 2017 International Symposium on, IEEE, Vol 2, pp.761-764 Ninh Văn Nam (2017) Cải thiện khả chịu sét đường dây truyền tải 220kV cách sử dụng dây nối đất phía Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 43, pp 38-43 Ninh Văn Nam, Trần Văn Tớp (2018) Lựa chọn vị trí số lượng chống sét van để cải thiện khả chịu sét đường dây truyền tải 220kV Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 48, pp 1620 Ninh Văn Nam, Phạm Hồng Thịnh, Trần Văn Tớp (2018) Effect of Transmission Line Configuration on the Installation of Surge Arrester Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường Ðại học Kỹ thuật, số 131, pp 49-54 Ninh Văn Nam, Phạm Hồng Thịnh, Trần Văn Tớp (2019) Nghiên cứu hiệu lắp chống sét van rời rạc đường dây truyền tải Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường Ðại học Kỹ thuật, số 132, pp 16-21 ... cạnh chống sét 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước giải pháp chống sét cho đường dây truyền tải Các nghiên cứu CSV đường dây truyền tải giải pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện giới chưa... chống sét cho đường dây truyền tải Chương Tính tốn q độ điện từ sét đường dây truyền tải Chương Phương pháp tính tốn suất cắt cho đường dây truyền tải Chương Ứng dụng chống sét van cho đường dây truyền. .. nghiên cứu nước tính tốn chống sét cho đường dây truyền tải Tại Việt Nam nghiên cứu chống sét cho đường dây truyền tải ít, nghiên cứu chia làm hai nhóm Nhóm thứ tính tốn q điện áp sét đường dây