Cải thiện khả năng chịu sét cho đường dây truyền tải đa mạch hai cấp điện áp bằng cách sử dụng chống sét van

Nội dung text: Cải thiện khả năng chịu sét cho đường dây truyền tải đa mạch hai cấp điện áp bằng cách sử dụng chống sét van

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐA MẠCH HAI CẤP ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH SỬ DỤNG CHỐNG SÉT VAN IMPROVING LIGHTNING PERFORMACE OF TWO RATED VOLTAGE MULTI CIRCUIT TRANSMISSION LINES BY USE OF LINE SURGE ARRESTERS Ninh Văn Nam, Nguyễn Quang Thuấn Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Ngày nhận bài: 26/11/2020, Ngày chấp nhận đăng: 16/03/2021, Phản biện: TS. Trần Anh Tùng Tóm tắt: Đường dây truyền tải đa mạch nhiều cấp điện áp đi chung cột ngày càng được sử dụng rộng rãi vì giảm được chi phí xây dựng, tận dụng được diện tích đất chiếm dụng làm hành lang tuyến và vị trí các móng cột. Tuy nhiên, sử dụng đường dây đa mạch nhiều cấp điện áp đi chung cột cũng xuất hiện một số bất lợi trên phương diện bảo vệ chống sét. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu lắp đặt chống sét van (CSV) nhằm giảm suất cắt do sét cho đường dây truyền tải bốn mạch có hai cấp điện áp 220 kV và 110 kV đi chung trên một cột. Kết quả nghiên cứu dựa trên mô hình điện hình học (EGM) và phần mềm mô phỏng EMTP/ATP. Suất cắt đường dây trong các trường hợp cấu hình lắp đặt CSV khác nhau được so sánh và đánh giá. Ảnh hưởng của một số tham số như điện trở tiếp địa cột, chiều cao cột được phân tích đánh giá. Năng lượng hấp thụ và dòng điện qua CSV cũng được xác định làm cơ sở cho việc lựa chọn CSV phù hợp. Từ khóa: Đường dây truyền tải, chống sét van, suất cắt, EMTP/ATP. Abstract: Multi-rated-voltage multi-circuit overhead transmission lines are increasingly used because of their reduced construction costs, and right-of-way requirement. However, using these transmission lines bring along with disadvantages in terms of lightning protection. This paper studies application of line surge arresters to reduce lightning outage rate for four-circuit transmission line with two rated voltage levels of 220 kV and 110 kV built on a single tower. The study utilizes Electro-Geometric Model (EGM) method and EMTP/ATP simulation software. Outage rate in cases of different arrangements of line surge arrester are evaluated and compared. Effect of parameters such as tower footing resistance and tower height are analyzed. Absorbed energy and current through line surge arrester are also determined as basic for selection of suitable line surge arrester. Keywords: Transmission line, line surge arrester, outage rate, EMTP/ATP. 1. GIỚI THIỆU CHUNG cần xây dựng mới hàng chục nghìn Theo quy hoạch điện VII điều chỉnh giai kilomet đường dây 110 kV, 220 kV và đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 500 kV, dự kiến trong 15 năm từ năm Số 26 49
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 2015 đến năm 2030 tổng chiều dài dây điện áp đi chung cột còn nặng nề hơn so truyền tải tăng 2,15 lần [1]. Lưới điện với các đường dây một mạch một cấp truyền tải có quy mô ngày càng mở rộng điện áp không đi chung cột. Nhược điểm trong khi diện tích đất để xây dựng các lớn nhất của đường dây đa mạch nhiều tuyến đường dây cũng như hành lang cấp điện áp đi chung cột là chiều cao cột tuyến đều có giới hạn nhất định. Do vậy, tăng, dẫn đến số lần sét đánh vào đường các đường dây đa mạch cùng cấp điện áp dây tăng lên và trị số dòng điện sét lớn hoặc khác cấp điện áp đi chung cột ngày nhất đánh vào các dây pha tăng lên. Một càng được sử dụng phổ biến (hình 1). số giải pháp cải thiện khả năng chịu sét Sét đánh vào đường dây truyền tải điện là cho đường dây đa mạch có hai cấp điện một trong những nguyên nhân chủ yếu áp đi chung cột đã được đề xuất như giảm gây ra các sự cố nghiêm trọng trong hệ điện trở tiếp địa cột [3, 4], sử dụng cách thống điện (HTĐ). điện không cân bằng [5] nhưng sự cố do sét vẫn ở mức cao. Lắp đặt CSV là giải pháp hiệu quả để cải thiện khả chịu sét cho các đường dây truyền tải đã được công bố trong [3, 6-8] và kiểm chứng từ thực tế vận hành trong những năm qua [2]. Nếu tất cả các vị trí cột và trên tất cả các pha đều lắp CSV thì suất cắt do sét gần như bằng không [3]. Nhưng thực tế điều này rất khó khả thi vì chi phí đầu tư lớn, nên các đơn vị vận hành chỉ dựa vào kinh nghiệm để lắp đặt CSV ở một vài vị trí nhưng chưa có nghiên cứu cụ thể, thuyết phục. Năm Hình 1. Đường dây bốn mạch 2 220 kV (phía trên) và 2 110 kV (phía dưới) 2018 một bài báo đã nghiên cứu hiệu quả của giải pháp dùng CSV để bảo vệ đường Theo thống kê [2], sự cố gây cắt điện trên dây truyền tải điện [9], phân tích ảnh đường dây truyền tải có nguyên nhân do hưởng của các thông số cấu trúc đường sét chiếm tới hơn 70%. Sự thay đổi cấu dây, số lượng và vị trí lắp đặt CSV đến trúc đường dây, cơ cấu nguồn trong HTĐ hiệu quả giảm thiểu suất cắt do sét đối với đồng thời với việc hoàn thiện các thiết bị đường dây truyền tải điện. Nghiên cứu chống sét đang đặt ra yêu cầu phải nghiên này cho thấy, đối với đường dây 220 kV cứu sâu hơn các giải pháp hiệu quả nhằm và 110 kV vị trí và số lượng CSV lắp đặt giảm thiểu sự cố do sét đánh vào các phụ thuộc rất mạnh vào trị số điện trở tiếp đường dây tải điện. Sự cố do sét trên các địa cột (Rtđ) và số lượng dây chống sét đường dây truyền tải đa mạch nhiều cấp (DCS) đến suất cắt của đường dây. Khi 50 Số 26
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) quyết định số lượng CSV được lắp đặt là NC = BFR+SFFOR (1) 1, 2 hay 3 CSV thì vị trí lắp đặt ưu tiên Trong đó: phải được thay đổi cho phù hợp tùy thuộc vào giá trị Rtđ. Tuy nhiên nghiên cứu [9] BFR: suất cắt do phóng điện ngược khi và các nghiên cứu [3, 6-8] chỉ áp dụng sét đánh vào đỉnh cột hoặc DCS; cho đường dây một mạch hoặc hai mạch ở SFFOR: suất cắt do sét đánh trực tiếp vào một cấp điện áp. Các đường dây đa mạch dây dẫn. có hai cấp điện áp đi chung cột hiện chưa được xem xét, nghiên cứu. 3. CÁC THAM SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY Vì thế, bài báo sẽ tập trung nghiên cứu Đường dây truyền tải 4 mạch hai cấp điện mô phỏng bằng phần mềm EMTP/ATP để áp 220 kV và 110 kV đi chung một cột lựa chọn vị trí lắp và số lượng lắp đặt như hình 2a. Đường dây cấp 220 kV gồm CSV để giảm suất cắt trên đường dây 2 mạch đi phía trên, phân pha 2 dây truyền tải bốn mạch có hai cấp điện áp (khoảng cách dây phân pha 30 cm); còn 220 kV và 110 kV đi chung cột. Ngoài ra đường dây cấp 110 kV hai mạch đi phía nghiên cứu cũng xem xét sự ảnh hưởng dưới, không phân pha. Dây dẫn cấp điện của chiều cao cột và trị số điện trở tiếp địa áp 220 kV loại ACRS 500/62, còn cấp cột tới suất cắt theo số lượng và vị trí lắp điện áp 110 kV ACRS 400/51. Hai DCS một dây sử dụng loại dây không có lõi đặt CSV trên đường dây. Các tham số cột, quang PHLOX 116 và một dây sử dụng dây dẫn, DCS, cách điện, tiếp địa là được loại dây có lõi quang OPGW có tiết diện lấy từ thực tế của đường dây truyền tải 90 mm2. Các số liệu của dây dẫn và DCS điện Việt Nam đang vận hành. Các kết được tổng hợp trình bày trong bảng 1. quả nghiên cứu này là cơ sở cho các đơn vị quản lý vận hành lưới điện truyền tải Chuỗi cách điện sử dụng loại cách điện tham khảo và ứng dụng chống sét cho thủy tinh U70BS, cấp điện áp 220 kV đường dây truyền tải trong thực tiễn. gồm 15 bát và cấp điện áp 110 kV gồm 7 bát loại cách điện thủy tinh U70BS, chiều 2. SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY dài mỗi bát 146 mm. Giả thiết giả thiết TRUYỀN TẢI đường dây đi trong khu vực có mật độ sét 2 Suất cắt của đường dây truyền tải xác là 10 lần/100 km .năm. định theo phương pháp EGM và phần Bảng 1. Tham số của dây dẫn và DCS mềm mô phỏng EMTP/ATP được trình bày trong [3]. Theo phương pháp này suất Loại dây Đường kính Điện trở một (mm) chiều R0 (/km) cắt do sét của đường dây truyền tải N là c ACRS 30,6 0,069 tổng suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột 500/62 hoặc DCS và sét đánh vào 100 km dây ACRS 27,5 0,073 dẫn trong một năm. 400/51 Số 26 51
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Loại dây Đường kính Điện trở một Bảng 2. Dữ liệu về kích thước đường dây (mm) chiều R0 (/km) TT Mạch Pha X Y Sg PHLOX (m) (m) (m) 14 0,59 116 1 1 Trên 4 40,1 8 OPGW-90 14,4 0,48 2 1 Giữa 4 34,51 8 4. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG EMTP/ATP 3 1 Dưới 4 29,01 8 Mô hình đường dây: Đường dây truyền tải 4 2 Trên 4 40,1 8 trong EMTP/ATP sử dụng mô hình phụ 5 2 Giữa 4 34,51 8 thuộc tần số J-Marti đã được trình bày 6 2 Dưới 4 29,01 8 trong [3] với 2 DCS và 12 dây pha, 7 3 Trên 4,5 22,95 8 khoảng vượt trung bình 350 m. Mô hình 8 3 Giữa 7 18,95 8 J-Marti sẽ tính toán sự thay đổi tổng trở 9 3 Dưới 18,95 8 sóng của dây dẫn theo các tần số khác 3,5 nhau. 10 4 Trên 4,5 22,95 8 11 4 Giữa 7 18,95 8 Mô hình cột: Cột trong EMTP/ATP sử dụng mô hình cột nhiều tầng multistory 12 4 Dưới 3,5 18,95 8 được đề xuất trong [10] minh họa trên 13 DCS1 - 4 45,2 8 hình 2b. Các tham số về tổng trở sóng Z, 14 DCS2 - 4 45,2 8 của điện trở R và điện cảm L từng đoạn Mô hình điện trở nối đất: Điện trở của hệ cột trong mô hình mô phỏng được xác thống nối đất được thay thế bởi điện trở định theo [10]; dữ liệu kích thước cột, độ một chiều Rtđ [3], trong nghiên cứu này cao các dây pha và DSC so với đất, độ dài giá trị Rtđ thay đổi từ 10  đến 50 . các tầng xà và độ võng (Sg) trình bày trong bảng 2. Mô hình chuỗi cách điện và khe hở phóng điện: Mô hình phóng điện trên cách điện ZT1 4000 4000 trong bài báo này sử dụng mô hình theo DCS DCS R1 L1 3000 T1 IEEE [11], cơ chế phóng điện được thể A1 A2 Z 5500 R2 L2 hiện bằng đường đặc tính V-t phụ thuộc B1 B2 T1 5500 Z vào chiều dài của khe hở phóng điện theo R3 L3 C1 C2 biểu thức: 7200 ZT1 A3 4500 A4 R4 L4 710 45200 4000 u( t ) 400 . L (2) ZT1 0,75 3500 3500 t B3 C3 C4 B4 R5 L5 ZT2 Trong đó: 20000 R6 L6 u(t): là điện áp phóng điện (kV); a) b) Rtd t: là thời gian phóng điện (s); 6000 Hình 2. Mô hình cột 4 mạch trong EMTP/ATP L: là chiều dài khe hở phóng điện hoặc 52 Số 26
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) chiều dài chuỗi cách điện (m), khe hở phóng điện đối chuỗi cách điện cấp điện áp 220 kV là 1,8 m, cấp điện áp 110 kV là 1,1 m. Mô hình CSV: CSV đường dây 220 kV và 110 kV sử dụng loại CSV không khe hở có đặc tính V-A như trên hình 3 [12]. Mô hình CSV trong mô phỏng sử dụng mô Hình 4. Sóng dòng điện sét slope-Ramp hình của IEEE đơn giản [3]. 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO 700 LUẬN 600 5.1. Dòng điện sét lớn nhất đánh vào 500 dây pha 400 Dòng điện sét đánh vào đỉnh cột hoặc 300 U (kVp) U DCS có trị số bất kỳ, trong khi dòng điện 200 sét đánh vào dây pha xác định theo mô (a) 100 hình EGM thì chỉ những dòng điện sét có 0 trị số nhỏ hơn Im (dòng điện sét lớn nhất 0.00001 0.001 0.1 10 1000 100000 đánh vào dây pha) mới đánh vào dây pha, I (A) còn lớn hơn Im sẽ đánh xuống đất hoặc 350 đỉnh cột và DCS. Kết quả tính toán xác 300 định dòng điện sét lớn nhất vào dây pha 250 theo cấu hình cột ở hình 2a được trình bày 200 trên hình 5. Khi sét đánh đỉnh cột ngưỡng 150 phóng điện phụ thuộc vào điện trở tiếp địa U (kVp) U 100 cột, cấu hình cột. Khi sét đánh vào dây (b) 50 dẫn, ngưỡng phóng điện không phụ thuộc 0 vào điện trở nối đất, kiểu cột, mà chỉ phụ 0.00001 0.001 0.1 10 1000 100000 thuộc vào tổng trở sóng của dây dẫn. Kết I (A) quả mô phỏng cho thấy dòng điện sét Hình 3. Đặc tính V-A của CSV: (a) 220 kV, gây phóng điện trên chuỗi cách điện khi (b) 110 kV sét đánh vào dây pha cấp 220 kV là 12 kA, còn cấp 110 kV là 9 kA. Với cấu Mô hình nguồn sét: Nguồn sét dạng slope- hình cột như ở hình 2 góc bảo vệ của ramp (1,2/50 s) có đặc tính như trên hình o đường dây 220 kV là bằng 0 , còn đường 4 [10], mô hình này gồm nguồn dòng mắc dây 110 kV góc bảo vệ lớn nhất là 6,5o, vì song song với tổng trở sóng của kênh sét thế suất cắt đường dây chủ yếu là do sét Zs = 400 Ω [10]. đánh vào đỉnh cột hoặc DCS. Số 26 53
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 25 (a) (a) 20 15 10 Im (kA) Im 5 0 A1,A2 B1,B2 C1,C2 A3,A3 B3,B3 C3,C3 Các pha (b) Hình 5. Trị số dòng điện sét lớn nhất (b) đánh vào các pha 5.2. Điện áp trên cách điện Điện áp trên cách điện ngoài phụ thuộc vào trị số dòng điện sét còn phụ thuộc vào tổng trở sóng của cột và điện trở tiếp địa cột. Kết quả mô phỏng khảo sát điện áp trên cách điện các pha mạch 220 kV và Hình 6. Điện áp trên cách điện các pha khi sét đánh đỉnh cột (a) Rtđ = 10 Ω và (b) Rtđ = 30 Ω mạch 110 kV trong trường hợp sét đánh đỉnh cột khi giả thiết dòng điện sét có trị 5.3. Trường hợp đường dây không lắp CSV số 80 kA (1,2/50 s), còn Rtđ là 10 Ω và 30 Ω trình bày trên hình 6. Trên mạch 220 kV và 110 kV không lắp CSV, kết quả mô phỏng suất cắt của Kết quả mô phỏng cho thấy, khi Rtđ có đường dây được trình bày trên hình 7. trị số 10 Ω trên tất cả các pha của mạch 220 kV và mạch 110 kV không xảy ra 25 220 kV 110 kV phóng điện, nhưng khi Rtđ có trị số 30 Ω 20 xảy ra phóng điện trên pha B của mạch 15 220 kV, điện trở tiếp địa càng lớn khả 10 năng chịu sét của đường dây truyền tải càng kém. Như vậy, điện áp trên cách 5 Nc Nc (lần/100km.năm) điện đường dây khi sét đánh phụ thuộc 0 vào các hiện tượng truyền sóng trên 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Rtd () đường dây và CSV sẽ hiệu quả nhất khi Hình 7. Suất cắt đường dây khi không có CSV được lắp đặt trên pha mà điện áp trên cách điện cao nhất. Vị trí pha này chỉ có thể Kết quả mô phỏng cho thấy, khi điện trở xác định được khi tính toán mô phỏng cho tiếp địa cột nhỏ (Rtđ = 10), sét đánh đỉnh từng trường hợp cụ thể. cột hoặc DCS phần lớn dòng điện sét tản 54 Số 26
7. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) trên hệ thống nối đất nên trên mạch trở tiếp địa cột càng lớn hiệu quả của việc 110 kV mặc dù mức cách điện nhỏ hơn so lắp đặt CSV càng cao. Ví dụ với mạch với mạch 220 kV nhưng ngưỡng dòng 220 kV, khi Rtđ = 10  suất cắt giảm điện sét gây phóng điện trên chuỗi cách 18%, còn Rtđ = 50  suất cắt giảm tới điện có trị số lớn 200 kA, suất cắt có giá 32% so với khi chưa lắp CSV. trị nhỏ; trong khi ngưỡng dòng điện gây 25 phóng điện trên chuỗi cách điện 220 kV là 220 kV 120 kA, suất cắt cao hơn. Ngược lại khi 20 110 kV điện trở tiếp địa cột lớn (Rtđ = 50) dòng 15 điện sét tản qua hệ thống nối đất kém hơn 10 nên điện áp đặt trên tất cả các chuỗi cách 5 điện đều rất lớn. Đường dây 110 kV có Nc (lần/100km.năm) 0 mức cách điện kém hơn nên xảy ra phóng 10 20 30 40 50 điện trước so với đường dây 220 kV nên Rtd () suất cắt cao hơn, ngưỡng dòng điện gây Hình 8. Suất cắt đường dây 220 kV và 110 kV phóng điện trên chuỗi cách điện 220 kV là khi lắp 3 CSV trên các pha của một mạch 220 kV 100 kA, ở cấp 110 kV là 70 kA. Chính vì Hình 9 trình bày kết quả mô phỏng xác vậy, khi cột có R lớn sẽ xảy ra phóng tđ định suất cắt đường dây 220 kV và 110 kV điện trên mạch 110 kV trước, điều này là khi lắp 3 CSV trên một mạch 110 kV. Kết cơ sở để lựa chọn vị trí và số lượng CSV quả cho thấy, suất cắt trên đường dây lắp đặt cho đường dây đa mạch nhiều cấp 220 kV hầu như ít thay đổi so với khi điện áp. chưa lắp CSV, suất cắt trên mạch 110 kV 5.4. Trường hợp đường dây có lắp CSV còn lại giảm đáng kể. Ví dụ khi Rtđ = 50  suất cắt mạch 110 kV giảm 45% so với Khi sét đánh vào đường dây đa mạch, để khi chưa lắp CSV, khi Rtđ nhỏ (Rtđ < 20  không bị sự cố cắt điện đồng thời các mức giảm suất cắt không nhiều). mạch, CSV thường được lắp cho tất cả 25 các pha của mạch đó. Kết quả mô phỏng 220 kV 20 xác định suất cắt của đường dây 220 kV 110 kV và 110 kV khi lắp 3 CSV trên các pha của 15 một mạch 220 kV (hình 8). Kết này cho 10 thấy, ngoài sự cố do sét trên mạch lắp 5 CSV được loại trừ hoàn toàn thì cũng làm Nc (lần/100km.năm) tăng ngưỡng dòng điện sét gây phóng 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 điện trên cách điện của mạch còn lại, dẫn Rtd () đến suất cắt mạch 220 kV còn lại và cả Hình 9. Suất cắt đường dây 220 kV và 110 kV khi hai mạch 110 kV đều giảm xuống. Điện lắp 3CSV trên các pha của một mạch 110 kV Số 26 55
8. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Bảng 3. Suất cắt hai mạch đường dây 220 kV dòng điện sét chủ yếu qua tiếp địa cột (chiếm tới 90%). Khi điện trở tiếp cột địa R tđ cao lắp CSV ở pha dưới cùng, suất cắt đạt () trị số tốt nhất (pha dưới cùng có hệ số 10 3,60 3,21 3,03 3,31 0 ngẫu hợp với DCS là nhỏ nhất). Đường 20 4,90 4,03 3,63 4,00 0 dây 220 kV lắp 1 CSV hoặc 2 CVS ở pha trên cùng suất cắt nhỏ nhất, còn đường 30 6,09 4,42 4,00 4,42 0 dây 110 kV lắp 1 CSV hoặc 2 CVS ở pha 40 6,85 4,90 4,42 5,45 0 dưới cùng suất cắt nhỏ nhất. Khi lắp 3 50 8,78 5,45 4,90 6,85 0 CSV đối với đường dây 220 kV sẽ lắp ở pha trên cùng và pha dưới cùng của một Bảng 4. Suất cắt hai mạch đường dây 110 kV mạch, mạch còn lại lắp ở pha giữa, đối với đường dây 110 kV lắp CSV ở pha trên Rtđ cùng của một mạch và pha dưới cùng của () hai mạch suất cắt đạt trị số tốt nhất. Tăng số lượng CSV lắp đặt của mạch nào suất 10 0,36 0,32 0,38 0,34 0 cắt mạch đó sẽ giảm xuống, trong trường 20 0,56 0,41 1,62 0,74 0 hợp lắp 6 CSV suất cắt của đường dây 30 1,87 1,62 10,0 4,06 0 bốn mạch bằng 0. 40 4,90 4,09 18,2 10,0 0 5.5. Ảnh hưởng của chiều cao cột 50 6,85 5,73 21,6 15,5 0 Việc sử dụng các đường dây đa mạch Lắp CSV Không lắp CSV nhiều cấp điện áp sẽ làm tăng chiều cao Bảng 3 và bảng 4 trình bày kết quả mô của cột, đường dây truyền tải thông suất cắt đường dây 220 kV và 110 kV cho thường có một số loại cột như cột néo, cột các trường hợp lắp đặt CSV theo các cấu đỡ và cột vượt, sự khác nhau cơ bản giữa hình khác nhau. Từ kết quả mô phỏng các loại cột này chính là chiều cao cột. Do trong bảng 3 và bảng 4 cho thấy suất cắt vậy, chiều cao cột tăng dẫn đến vùng diện đường dây phụ thuộc vào điện trở tiếp địa tích thu sét tăng nên số lần sét đánh vào cột và cấu hình lắp đặt CSV khác nhau. đường dây tăng. Hình 10 là kết quả mô Nếu tất cả các pha của một mạch đều lắp phỏng suất cắt đường dây bốn mạch hai CSV thì suất cắt hai mạch bằng 0 (mạch cấp điện áp 220 kV và 110 kV đi chung lắp CSV sự cố do sét được loại trừ hoàn cột đã nêu trên hình 2 với các cột có chiều cao lần lượt là 45 m, 50 m, 55 m và 60 m, toàn) nhưng sự cố do sét vẫn có thể xảy ra ở mạch còn lại. Ở dải điện trở tiếp địa cột điện trở tiếp địa cột Rtđ = 10 . có trị số nhỏ, lắp đặt CSV ở pha trên cùng Kết quả trên hình 10 cho thấy, suất cắt của mạch 220 kV và 110 kV suất cắt do đường dây tỷ lệ thuận với chiều cao của sét đường dây đạt giá trị tốt nhất, bởi vì cột. Khi chiều cao cột tăng 1,3 lần (từ 45 m 56 Số 26
9. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) lên 60 m) suất cắt đường dây 220 kV tăng qua CSV của hai loại tương đồng nhau và 2,12 lần, đường dây 110 kV tăng 2,32 lần, chỉ chiếm 6% dòng điện sét với biên độ trong khi đó số lần sét đánh vào đường dòng điện rất thấp 7 kA. dây tăng 1,18 lần. Chiều cao cột tăng làm cho tổng trở sóng của bản thân DCS tăng 110 kV lên nên hệ số ngẫu hợp giữa dây pha với DCS giảm làm cho điện áp đặt trên cách điện tăng khả năng bị phóng điện xảy ra (kJ) cao hơn. E 220 kV 220 kV 350 12 110 kV 300 10 8 250 Hình 11. Năng lượng hấp thụ của CSV 6 200 4 110 kV 150 2 Số lần/100km.năm Nc Nc (lần/100km/năm) 100 0 45 50 55 60 h (m)  220 kV Hình 10. Ảnh hưởng của chiều cao cột đến suất cắt đường dây 6. NĂNG LƯỢNG HẤP THỤ VÀ DÒNG ĐIỆN QUA CSV Hình 12. Dòng điện qua CSV Mô phỏng trường hợp sét đánh đỉnh cột 7. KẾT LUẬN với ngưỡng dòng điện sét nhỏ nhất (120 kA-1,2/50 s) gây phóng điện trên cả Lắp CSV là giải pháp hiệu quả để cải thiện đường dây 220 kV và 110 kV. Điện trở khả năng chịu sét cho đường dây truyền tải tiếp địa cột 30 , CSV được lắp ở pha bốn mạch hai cấp điện áp 220 kV và 110 trên cùng của mạch 220 kV và 110 kV. kV đi chung cột ở tất cả các trường hợp Kết quả mô phỏng năng lượng hấp thụ và (sét đánh vào dây dẫn hoặc vào DCS). dòng điện qua CSV trình bày trên hình 11 Ở dải điện trở tiếp địa nhỏ (Rtđ 30) nên lắp CSV ở mạch có mức Số 26 57
10. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) điện áp thấp hơn, vì phóng điện chủ yếu cấp điện áp bằng 0, loại bỏ hoàn toàn sự xảy ra trên mạch có mức cách điện thấp cố N-2. hơn. Lắp CSV ở mạch điện áp thấp vừa rẻ Chiều cao cột ảnh hưởng rất rõ tới suất hơn, nhỏ gọn và nhẹ hơn so với CSV ở cắt của đường dây truyền tải. Chiều cao mạch có điện áp cao hơn. tăng lên suất cắt của đường dây tăng lên, Vị trí và số lượng CSV lắp đặt cùng với trên mạch điện áp thấp tăng mạnh hơn so điện trở tiếp địa cột ảnh hưởng rất lớn đến với mạch điện áp cao. suất cắt đường dây. Tùy theo giá trị điện trở tiếp địa cột và số lượng CSV có thể Năng lượng hấp thụ và dòng điện qua lắp đặt để giảm suất cắt xuống trị số mong CSV khi sét đánh đỉnh cột nhỏ hơn nhiều muốn. Lắp đặt CSV trên tất cả các pha lần mức năng lượng hấp thụ và dòng cho của một mạch 220 kV và 110 kV thì suất phép của các loại CSV hiện nay đang sử cắt do sét trên đường dây bốn mạch hai dụng trong thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Công Thương, Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII Điều chỉnh), 2016. [2] Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia, Báo cáo công tác giảm thiểu sự cố có nguyên nhân do sét trên các đường dây 220, 500 kV, 2017. [3] Ninh Văn Nam, Nguyễn Xuân Phúc, Ứng dụng chống sét van giảm suất cắt do sét trên đường dây truyền tải, Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, no. 38, pp. 160- 165, 2017. [4] Martinez. J, Castro-Aranda, Lightning performance analysis of overhead transmission lines using the EMTP, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, no. 3, pp. 2200-2210, 2005. [5] Shen. Z, Zhou. H, Deng. X, Chen. J, Application of Unbalanced Insulation in 220 kV and 110 kV Double-Circuit Transmission Lines on the Same Tower, Power System Technology, 2013. [6] Sadovic S., R. Joulie, S. Tartier , E. Brocard, Use of line surge arresters for the improvement of the lightning performance of 63 kV and 90 kV shielded and unshielded transmission lines, IEEE Transactions on Power Delivery. vol. 12, no. 3, pp. 1232-1240, 1997. [7] Short T., C. Warren, J. Burke, C. Burns, J. Godlewski, F. Graydon , H. Morosini, Application of surge arresters to a 115-kV circuit, Transmission and Distribution Conference 1996, Proceedings IEEE, pp. 276-282, 1996. [8] Wahab Y., Z. Abidin, S. Sadovic, Line surge arrester application on the quadruple circuit transmission line, Power Tech Conference Proceedings, 2003 IEEE Bologna, Vol. 3, pp.7-15, 2003. [9] Ninh Van Nam, Pham Hong Thinh, Tran Van Top, Effect of Transmission Line Configuration on the Installation of Surge Arrester, Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường đại học kỹ thuật. vol. 131, pp. 49-54, 2018. 58 Số 26
11. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) [10] IEC TR 60071- 4, Insulation co-ordination, part 4: computational guide to insulation co-ordination and modeling of electrical networks, Standard IEC, 2004. [11] IEEE Std 1243-1997, IEEE guide for improving the lightning performance of transmission lines, Standard IEEE, 1997. [12] Giới thiệu tác giả: Tác giả Ninh Văn Nam tốt nghiệp đại học và nhận bằng Thạc sĩ tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào các năm 2001 và 2005; nhận bằng Tiến sĩ ngành kỹ thuật điện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2020. Hiện nay tác giả công tác tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Hướng nghiên cứu: quá độ điện từ trên lưới truyền tải điện, phối hợp cách điện trong hệ thống điện, chống sét cho đường dây truyền tải điện. Tác giả Nguyễn Quang Thuấn tốt nghiệp đại học, nhận bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ ngành Kỹ thuật điện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào các năm 2000, 2006 và 2016. Hiện tác giả đang công tác tại Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Hướng nghiên cứu: quá độ điện từ, bảo vệ chống quá điện áp trong hệ thống điện, năng lượng tái tạo và tiết kiệm năng lượng. Số 26 59
12. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 60 Số 26