Tài liệu Tính toán, đề xuất giải pháp giảm suất cắt do sét cho đường dây 220kv pleiku 2 – xekaman 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN BÍNH C C TÍNH TOÁN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 - XEKAMAN 1 R L T. DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN BÍNH TÍNH TOÁN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 - XEKAMAN 1 C C R L T. DU Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN ĐÌNH CHUNG Đà Nẵng – Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Phạm Văn Bính C C DU R L T. ii TÍNH TOÁN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 - XEKAMAN 1 Học viên: Phạm Văn Bính Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khoá: K37.KTĐ-KT (2018-2020) Trƣờng Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Tây Nguyên nằm trong vùng có mật độ sét cao, các đƣờng dây tải điện trên không (ĐDK) hiện nay đa số đƣợc xây dựng trên khu vực địa hình có cao độ lớn, đồi núi, khô hạn, đất cằn cỗi, điện trở suất của đất lớn dẫn đến hệ thống nối đất ĐDK lớn và tốn kém. Do vậy, tần suất sự cố do sét (suất cắt) xảy ra trên ĐDK ở địa bàn Tây Nguyên khá cao. Công trình ĐDK 220kV Pleiku 2 Xekaman 1 nằm trên địa bàn Tây Nguyên đƣợc xây dựng nối liền từ Nhà máy Thủy điện Xekaman 1 bên Lào đến Trạm 500kV Pleiku 2 với tổng chiều dài tuyến 190,26 km, nhằm truyền tải hết công suất của Nhà máy thủy điện Xekaman 1 và Xekaman San-xay từ Lào về Việt Nam. Phần đƣờng dây trên lãnh thổ Việt Nam, các cột điện thiết kế đa số là cột có cao trình lớn, nằm ở khu vực mật độ sét cao, có nhiều cung đoạn đi qua địa hình đồi núi, nhiều vị trí cột đƣợc đặt trên đỉnh đồi nên dễ thu hút tia sét. Xuất phát từ các vấn đề trên, đề tài “Tính toán, đề xuất giải pháp giảm suất cắt do sét cho đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1” là cần thiết nhằm đảm bảo việc cung cấp điện liên tục của đƣờng dây. Đảm bảo chất lƣợng nguồn cung cấp cho các phụ tải ngày càng phát triển ở Việt Nam; liên kết lƣới điện góp phần đảm bảo phát triển năng lƣợng bền vững trong điều kiện hội nhập quốc tế, hợp tác và liên kết khu vực; và tạo điều kiện để khai thác, vận hành tối ƣu hệ thống điện Việt Nam. Từ khóa: Tây Nguyên, mật độ sét, đƣờng dây tải điện trên không, suất cắt, 220kV Pleiku 2 Xekaman 1. C C R L T. DU CALCULATE, PROPOSE SOLUTIONS TO REDUCE THE LIGHTNING TRIPPING RATE FOR TRANSMISSION LINE 220kV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 Abstract: The Highlands is located in a region of high lightning density, nowadays, most of overhead power transmission lines are built on high terrain, hilly, arid, barren land, soil is large resistivity so earthing system of overhead power transmission lines is large and costly. Therefore, the frequency of incidents caused by lightning (the lightning tripping rate) occurring on the overhead power transmission lines in the Highlands region is quite high. The 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1 overhead power transmission line Construction located in the Highlands region which is built to connect from Xekaman 1 Hydroelectric Plant on the side of Laos to 500kV Pleiku 2 Station with a total length of 190.26 km, to transmit the full power of Xekaman 1 and Xekaman San-xay hydroelectric plants from Laos to Vietnam. The part of transmission line on the territory of Vietnam, most electric tower are designed with high elevation, tower position in the area of high lightning density, there are many sections going through mountainous terrain, many tower positions are located on the top of the hill so it is easy to attract the lightning. Derived from the above, the title: “CALCULATE, PROPOSE SOLUTIONS TO REDUCE THE LIGHTNING TRIPPING RATE FOR TRANSMISSION LINE 220kV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1” is necessary, to ensure uninterrupted power supply of the transmission line. Ensuring the quality of supplies for the ever-growing loads in Vietnam. Grid connections contribute to ensuring sustainable energy development in the context of international integration, cooperation and regional integration; and creating conditions for optimal exploitation and operation of Vietnam's electricity system. Key words: Highlands, lightning density, overhead power transmission lines, tripping rate, 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i TÓM TẮT .....................................................................................................................ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ v DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ vi MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................................ 1 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu......................................................................... 1 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 2 6. Đặt tên đề tài ......................................................................................................... 2 7. Cấu trúc luận văn .................................................................................................. 2 C C R L T. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 .................................................... 4 1.1. Tổng quan về sét và hiện tƣợng quá điện áp khí quyển ........................................... 4 1.1.1. Tổng quan về sét và quá điện áp khí quyển .................................................... 4 1.1.2. Tình hình giông sét trên địa bàn tỉnh Gia Lai, Kontum và các khu vực đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 đi qua............................................................. 7 1.2. Tổng quan về tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1................................ 8 1.2.1. Quy mô đƣờng dây ......................................................................................... 8 1.2.2. Các thông số kỹ thuật chính của đƣờng dây ................................................. 12 1.2.3. Bảng số liệu thông số kỹ thuật của đƣờng dây 220kV Pleiku 2 Xekaman 1: .................................................................................................................... 14 1.3. Các biện pháp bảo vệ chống sét hiện tại áp dụng trên đƣờng dây 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1................................................................................................................ 14 1.3.1. Thiết kế tiếp địa ............................................................................................ 14 1.3.2. Các giải pháp trong quản lý vận hành của Truyền tải điện Gia Lai: ............ 15 1.4. Tình hình sự cố do sét trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 ........... 15 1.4.1. Các sự cố do sét trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 (Phần trên lãnh thổ Việt Nam) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 .......................... 15 1.4.2. Các sự cố do sét trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 (Tuyến đang xét từ G0 đến G30 dài 92,744 km) giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 ............................................................................................................................... 17 DU iv 1.5. Kết luận.................................................................................................................. 18 CHƢƠNG 2. SUẤT CẮT TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 ............................................................................................................... 19 2.1. Lý thuyết về tính suất cắt/ số lần sự cố đƣờng dây: ............................................... 19 2.1.1. Phƣơng pháp tính suất cắt/ số lần sự cố theo cột điển hình (cổ điển)........... 19 2.1.2. Tính toán các thông số cơ bản ...................................................................... 22 2.1.3. Suất cắt điện đƣờng dây do sét đánh vòng ................................................... 24 2.1.4. Suất cắt điện đƣờng dây do sét đánh vào dây chống sét ở khoảng vƣợt ...... 26 2.1.5. Suất cắt điện đƣờng dây do sét đánh vào đỉnh cột (kể cả số lần sét đánh vào dây chống sét gần đỉnh cột) .................................................................................... 28 2.2. Phƣơng pháp tính theo từng vị trí cột ..................................................................... 33 2.3. Tính toán suất cắt đƣờng dây 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1.................................. 34 2.3.1. Số liệu hiện trạng đƣờng dây 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1: ....................... 34 2.3.2. Tính toán suất cắt/ số lần sự cố đƣờng dây 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1 theo phƣơng pháp từng vị trí cột: .................................................................................. 34 2.4. Kết luận................................................................................................................... 36 CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT............................. 37 3.1. Các giải pháp giảm suất cắt hiện thƣờng đƣợc sử dụng ......................................... 37 3.1.1. Giảm điện trở nối đất .................................................................................... 37 3.1.2. Giải pháp bổ sung cách điện ......................................................................... 40 3.1.3. Lắp đặt chống sét van song song với chuỗi sứ ............................................. 44 3.1.4. Giải pháp hỗn hợp (Kết hợp giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van) ................................................................................... 46 3.2. So Sánh kinh tế các phƣơng án .............................................................................. 56 3.3. Kết luận................................................................................................................... 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 57 C C R L T. DU TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Bảng tổng hợp phân loại chuỗi cách điện 13 1.2: Bảng tổng hợp phân loại kiểu tiếp địa 13 1.3. Tổng các vụ sự cố do sét trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 giai đoạn từ năm 2016 đến năm 2019 15 2.1: Xác suất hình thành hồ quang duy trì 20 2.2: Giá trị hệ số hiệu chỉnh theo cấp điện áp 22 2.3. Kết quả tính suất cắt/ số lần sự cố của đƣờng dây. 35 3.1a: Bảng các vị trí có thể áp dụng và trị số điện trở sau khi áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất. 40 3.1b: Kết quả tính suất cắt/ số lần sự cố của đƣờng dây sau khi giảm điện trở nối đất 40 3.1c: Hiệu quả giảm suất cắt từng vị trí cột sau khi áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất 40 3.2: Kết quả tính suất cắt/ số lần sự cố của đƣờng dây sau khi tăng chiều dài chuỗi sứ 44 3.3a: Vị trí cột ƣu tiên lắp CSV 45 3.3b: Kết quả tính suất cắt/số lần sự cố sau khi đặt chống sét van 46 3.4: Vị trí các cột cần cải tạo khi áp dụng giải pháp giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van trên dây dẫn: Nhƣ phụ lục 4 đính kèm 51 3.5: Bảng tổng hợp kinh phí cải tạo hệ thống nối đất bằng phƣơng pháp sử dụng bột GEM 52 3.6: Bảng tổng hợp chi phí đầu tƣ 56 C C R L T. DU vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian 4 1.2a: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G0 đến G13. 9 1.2b: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G14 đến G19. 9 1.2c: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G20 đến G25. 10 1.2d: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G26 đến G30. 10 2.1: Đồ thị tính toán quan hệ giữa η và Elv 20 2.2: Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột khi chƣa có sóng phản xạ trở về 30 2.3: Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột khi chƣa có sóng phản xạ trở về 32 2.4: Đồ thị biểu diễn số lần sự cố tại các vị trí cột của đƣờng dây 35 3.1a: Sơ đồ thuật toán giảm điện trở nối đất 39 3.1b: Đồ thị biểu diễn số lần sự cố tại các vị trí của đƣờng dây trƣớc và sau khi giảm điện trở nối đất 40 3.2a: Sơ đồ thuật toán tăng chiều dài chuỗi sứ 43 3.2b: Đồ thị biểu diễn số lần sự cố tại các vị trí của đƣờng dây trƣớc và sau khi cải tạo tăng chiều dài chuỗi cách điện 43 3.3a: Sơ đồ thuật toán lắp đặt chống sét van trên dây dẫn 45 3.3b: Đồ thị biểu diễn số lần sự cố tại các vị trí của đƣờng dây trƣớc và sau khi cải tạo lắp đặt chống sét van 46 3.4: Thuật toán cho giải pháp hỗn hợp: (a) Thuật toán chính; 49 3.5: Đồ thị biểu diễn số lần sự cố tại các vị trí của đƣờng dây trƣớc và sau khi giảm điện trở nối đất, tăng chiều dài chuỗi cách điện, lắp đặt chống sét van 51 3.6: Nối đất kiểu tia cọc có bột GEM xung quanh tia để tăng tiết diện. 54 C C R L T. DU 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Địa bàn Tây Nguyên nằm trong vùng có mật độ sét cao. Hơn nữa, để hạn chế ảnh hƣởng của đƣờng dây trên không (ĐDK) cao áp đến quy hoạch phát triển cơ sở hạ tầng, nhà cửa, công trình kiến trúc, giảm thiểu đền bù …, các ĐDK hiện nay đa số đƣợc thiết kế, xây dựng trên những địa hình có cao độ lớn (đồi núi, khu vực đất đai canh tác kém hiệu quả…). Khi tuyến ĐDK đi qua khu vực này, thƣờng là khu vực khô hạn ít nƣớc, khu vực đất cằn cỗi, điện trở suất của đất lớn dẫn đến hệ thống nối đất ĐDK lớn và tốn kém. Do vậy, tần suất sự cố do sét xảy ra ở đƣờng dây trên không ở địa bàn Tây Nguyên thƣờng cao. Trong các tuyến đƣờng dây truyền tải đi qua địa phận tỉnh Gia Lai, Công trình đƣờng dây 220kV Pleiku 2 - Xekaman 1 đƣợc xây dựng nối liền từ Nhà máy Thủy điện Xekaman 1 bên đất bạn Lào đến Trạm 500kV Pleiku 2 với tổng chiều dài tuyến là 190,26 km, nhằm truyền tải hết công suất của các Nhà máy thủy điện Xekaman 1 và Xekaman San-xay từ Lào về Việt Nam. Đƣờng dây này trải dài trên lãnh thổ hai nƣớc Lào và Việt Nam, các cột điện thiết kế đa số là cột có chiều cao trên 50m, cao trình lớn, nằm ở khu vực mật độ sét cao, có nhiều cung đoạn đi qua địa hình đồi núi cao, nhiều vị trí cột đƣợc đặt trên đỉnh đồi nên dễ thu hút các tia sét. Xuất phát từ các vấn đề trên, đề tài “Tính toán, đề xuất giải pháp giảm suất cắt do sét cho đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1” là cần thiết nhằm đảm bảo việc cung cấp điện liên tục của đƣờng dây. Đảm bảo chất lƣợng nguồn cung cấp cho các phụ tải ngày càng phát triển ở Việt Nam; liên kết lƣới điện góp phần đảm bảo phát triển năng lƣợng bền vững trong điều kiện hội nhập quốc tế, hợp tác và liên kết khu vực; và tạo điều kiện để khai thác, vận hành tối ƣu hệ thống điện Việt Nam. C C R L T. DU 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Hạn chế suất cắt điện do sét gây ra trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 nhằm đảm bảo đƣờng dây vận hành an toàn, cung cấp điện liên tục. - Để có cơ sở lý thuyết để tiến hành các biện pháp cải thiện suất cắt đƣờng dây từ đó tiến hành các biện pháp thực tế để kiểm nghiệm trên đƣờng dây. Các kết quả bƣớc đầu cho phép tiến hành các biện pháp trên các đƣờng dây tƣơng tự của Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc Gia. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu là tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1. - Phạm vi nghiên cứu: Suất cắt điện do sét trên tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 2 – Xekaman 1. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phân tích các sự cố do sét trên các cung đoạn tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 trong những năm vận hành theo các thông số của đƣờng dây, mật độ sét, số vụ sự cố do sét gây ra, địa hình, tính chất môi trƣờng tại khu vực có đƣờng dây đi qua. - Trên cơ sở lý thuyết tính suất cắt và số liệu thực tế lấy từ bình đồ đƣờng dây, số lần sự cố do sét gây ra trên thực tế đƣợc theo dõi trong công tác quản lý vận hành để tính toán số lần sự cố tại các vị trí cột của đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1. - Trên cơ sở số lần sự cố tại các vị trí cột của đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 đã đƣợc tính toán, tác giả sẽ đề xuất giải pháp nhằm hạn chế số lần sự cố gây ra tại các vị trí cột có số lần sự cố cao đó nhằm giảm suất cắt đƣờng dây. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Tính toán, đề xuất giải pháp nhằm hạn chế số lần sự cố gây ra tại các vị trí cột trên đƣờng dây, nhằm giảm suất cắt đƣờng dây xuống thấp hơn giá trị yêu cầu cần đạt đƣợc. - Làm cơ sở để giúp các đơn vị quản lý vận hành hạn chế tối đa mất điện do sét đến đƣờng dây truyền tải 220kV, góp phần nâng cao đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục cho khu vực Tây Nguyên và truyền tải tối đa công suất từ các nhà máy phát điện lên lƣới điện Quốc Gia. 6. Đặt tên đề tài Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên đề tài đƣợc đặt tên: “Tính toán, đề C C R L T. DU xuất giải pháp giảm suất cắt do sét cho tuyến đường dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1”. 7. Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn đƣợc biên chế thành: Ngoài phần Mở đầu và Kết luận sẽ có 3 chƣơng và phụ lục. Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau: Lời cam đoan Trang tóm tắt Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài (Tính cấp thiết của đề tài) 2. Mục đích nghiên cứu. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6. Đặt tên đề tài 7. Cấu trúc của luận văn CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 CHƢƠNG 2 - SUẤT CẮT TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 CHƢƠNG 3 - ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT DO SÉT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Quá trình nghiên cứu cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, sự quan tâm tạo điều kiện của Truyền tải điện Gia Lai - Công ty Truyền tải điện 3, đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình của TS. Phan Đình Chung, luận văn này đã đƣợc hoàn thành. Tuy nhiên, luận văn sẽ không 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 các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống Điện Trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ, hƣớng dẫn cho em hoàn thành bản luận văn này. Tác giả mong muốn sau luận văn này sẽ tiếp tục có những nghiên cứu sâu sắc hơn về đề tài giảm suất cắt cho các đƣờng dây truyền tải. C C DU R L T. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY 220KV PLEIKU 2 – XEKAMAN 1 1.1. Tổng quan về sét và hiện tƣợng quá điện áp khí quyển 1.1.1. Tổng quan về sét và quá điện áp khí quyển Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đƣờng dây hoặc sét đánh xuống gần mặt đất và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đƣờng dây, có thể gây ra phóng điện trên cách điện đƣờng dây dẫn đến ngắn mạch buộc phải cắt điện. Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí trong không khí với khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện của sét tƣơng tự nhƣ quá trình phóng điện tia lửa trong điện trƣờng rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. Chính sự tƣơng tự đó đã cho phép mô phỏng sét trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật của nó và nghiên cứu những biện pháp bảo vệ chống sét. Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105÷106 m/s. Đây là giai đoạn phóng điện tiên đạo từng đợt đƣợc gọi là tiên đạo bậc. Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 1013÷ 1014 ion/m3. Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tƣơng đối đều dọc theo chiều dài của nó (Hình 1.1a). C C R L T. DU Hình 1.1a Hình 1.1b Hình 1.1c Hình 1.1d Hình 1.1: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian Hình 1.1 a) Giai đoạn phóng điện tiên đạo. Hình 1.1 b) Tia tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt. Hình 1.1 c) Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu. Hình 1.1 d) Phóng điện chủ yếu kết thúc, dòng sét đạt giá trị cực đại. 5 Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1μs, tƣơng ứng tia tiên đạo dài thêm trung bình đƣợc khoảng vài chục mét đến bốn năm chục mét. Thời gian tạm ngƣng phát triển giữa hai đợt liên tiếp khoảng 30 ÷ 90μs. Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = σ.L (với σ là mật độ điện tích và L là chiều dài kênh). Điện tích này thƣờng chiếm khoảng 10% lƣợng diện tích chạy vào đất trong một lần phóng điện sét. Dƣới tác dụng của điện trƣờng tạo nên bởi điện tích của các đám mây dông và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thƣờng là điện tích dƣơng) trên vùng mặt đất phía dƣới đám mây dông.Nếu vùng đất phía dƣới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dƣới kênh tiên đạo. Nếu vùng đất phía dƣới có điện dẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nới có điện dẫn cao và nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét. Cƣờng độ điện trƣờng ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó (trong mây dông), đƣợc xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây. Đƣờng đi của kênh tiên đạo này không phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất và các vật thể ở mặt đất. Chỉ khi kênh tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hƣởng của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất đối với hƣớng phát triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát triển theo hƣớng có cƣờng độ điện trƣờng lớn nhất. Nhƣ vậy, vị trí đổ bộ của sét mang tính chọn lọc. Nên trong kỹ thuật ngƣời ta lợi dụng tính chọn lọc này để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh hoặc dây thu sét bằng kim loại đƣợc nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hƣớng sét phóng vào đó, hạn chế khả năng sét đánh vào công trình. Ở những nơi vật dẫn có độ cao (nhà chọc trời, cột ăng ten) thì từ đỉnh của nó nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa tạo nên dòng tiên đạo phát triển hƣớng lên đám mây dông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dƣới lên mây tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hƣớng của sét đánh vào vật dẫn đó. Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngƣợc chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngƣợc lại hay phóng điện chủ yếu, tƣơng tự nhƣ các quá trình phóng điện ngƣợc trong chất khí ở điện trƣờng không đồng nhất (Hình 1.1b). Trong khoảng cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất cƣờng độ điện trƣờng tăng cao gây nên ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một dòng plasma mật độ điện tích 1016÷ 1019 ion/m3 cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn ngƣợc và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cƣờng độ trƣờng đầu C C DU R L T. 6 dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ nhƣ vậy dòng plasma điện dẫn cao tiếp tục phát triển ngƣợc lên trên theo đƣờng chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ phát triển của kênh của kênh phóng ngƣợc rất cao vào khoảng 1,5x1017÷ 1,5x108 m/s (bằng 0,05÷0,05 lần vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tiên đạo hƣớng xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói (gọi là chớp) và sự giản nỡ đột ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ yếu tạo nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ chát chúa (gọi là sấm). Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cƣờng độ dòng điện lớn. Nếu ν là tốc độ của phóng điện và σ là mật độ điện tích thì dòng sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng: is = ν.σ (Hình 1.1c). Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mấy thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trị số nhất định giảm nhanh tƣơng ứng với phần đuôi sóng (Hình 1.1d). Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng, một cơn sét thƣờng gồm nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau, trung bình là ba lần, nhiều nhất có thể đến vài ba chục lần. Thời gian giữa các lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình khoảng 30 ÷ 50 ms, nhƣng có thể kéo dài đến 0,1s nếu có dòng không đổi trong giai đoạn kết thúc. Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt nhƣ lần đầu), không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhƣng với tốc độ cao hơn 2x106 m/s, thƣờng gọi là tiên đạo hình kim cũng còn có tên gọi là tiên đạo hình mũi tên. Mỗi lần phóng điện tạo nên một xung dòng sét. Các xung sét sau thƣờng có biên độ bé hơn, nhƣng độ dốc đầu sóng cao hơn nhiều so với xung đầu tiên. Một cơn sét có thể kéo dài đến 1,33s. Sự phóng điện nhiều lần của sét đƣợc giải thích nhƣ sau: đám mây dông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy trong mây. Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cƣờng độ điện trƣờng cao nhất. Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế của trung tâm điện tích này với các trung tâm điện tích khác kế cận thực tế không thay đổi đáng kể và ít có ảnh hƣởng qua lại giữa chúng. Nhƣng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với các trung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau, quá trình này xảy ra rất nhanh. Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chƣa hoàn toàn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu. Phóng điện sét cũng có thể xảy ra giữa các đám mây mang điện tích khác C C DU R L T. 7 nhau hoặc giữa các trung tâm điện tích của một đám mây lƣỡng cực, tuy nhiên quá điện áp trong hệ thống điện, hỏa hoạn hoặc hƣ hỏng các công trình trên mặt đất chỉ xảy ra khi có phóng điện sét về phía mặt đất. Vì vậy, ở đây chỉ xét đến sét giữa mây dông và mặt đất cùng tác hại của nó đối với hệ thống điện. Sét mây - đất cũng có thể xảy ra với tiên đạo mang điện tích dƣơng xuất phát từ phần mang điện tích dƣơng của đám mây, nhƣng rất hiếm thấy. Loại sét dƣơng này chỉ có một xung duy nhất, có biên độ dòng và tổng điện tích rất lớn, thời gian sóng kéo dài. Tác dụng phá hoại của nó rất lớn, đặc biệt là hiệu ứng nhiệt của nó. Sự nguy hiểm của quá điện áp khí quyển Khi xảy ra quá điện áp khí quyển tức là xảy ra phóng điện sét thì toàn bộ năng lƣợng của dòng 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 ngƣời. Đối với thiết bị điện, quá điện áp khí quyển thƣờng lớn hơn rất nhiều điện áp thí nghiệm xung kích của cách điện dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hỏng thiết bị quan trọng nhƣ máy biến áp, máy cắt, thiết bị bù, … Đặc biệt đối với đƣờng dây tải điện trên không là phần tử có chiều dài lớn nhất trong hệ thống điện nên thƣờng bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển. Sóng quá điện áp không chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đƣờng dây, đƣa đến cắt điện mà còn có thể truyền theo đƣờng dây vào trạm gây nguy hiểm cho các điện của các thiết bị trong trạm, và khi sét đánh trực tiếp vào dây dẫn hoặc vào cột gây phóng điện ngƣợc ở các đoạn đƣờng dây gần trạm dẫn đến khả năng gián đoạn cấp điện cho phụ tải do sự cố cắt điện gây thiệt hại và ảnh hƣởng lớn về Kinh tế - Xã hội – An ninh – Quốc phòng. C C R L T. DU 1.1.2. Tình hình giông sét trên địa bàn tỉnh Gia Lai, Kontum và các khu vực đường dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 đi qua Theo các nghiên cứu của Viện Vật lý địa cầu, Việt Nam nằm ở tâm dông sét châu Á, một trong ba tâm dông trên thế giới có hoạt động dông sét mạnh. Mùa dông ở Việt Nam tƣơng đối dài bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10. Số ngày dông trung bình khoảng 100 ngày/ năm và số giờ dông trung bình là 250 giờ/ năm. Trên nền hoạt động dông tƣơng đối mạnh này có độ chênh lệch khá lớn về mức độ hoạt động dông ở các vùng. Sự chênh lệch này do nhiều yếu tố khác nhau gây ra, trong đó có yếu tố phân chia lãnh thổ bởi những dãy núi cao có hƣớng khác nhau, làm tăng cƣờng hoạt động dông ở vùng này và hạn chế hoạt động dông ở vùng khác. Hai Tỉnh Gia Lai và Kontum là một trong những địa bàn có mật độ giông sét cao 8 trên cả nƣớc, đặc biệt là khu vực Huyện Chƣ Păh, Huyện IaGrai - Tỉnh Gia Lai và địa bàn Huyện Sa Thầy, Huyện Ngọc Hồi và TP. Kon Tum - Tỉnh Kontum. Địa hình miền núi hiểm trở, giông sét nhiều. Theo số liệu về mật độ sét (do Viện Vật lý Địa cầu cung cấp): mật độ sét ở khu vực hai Tỉnh Gia Lai, Kontum (nơi có đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 đi qua) trung bình là 8,2 cú sét đánh/ km2/ năm. 1.2. Tổng quan về tuyến đƣờng dây 220kV Pleiku 2 – Xekaman 1 1.2.1. Quy mô đường dây Đƣờng dây 220kV Xekaman 1 - Pleiku 2 (phần trên lãnh thổ Việt Nam) đi qua địa phận hai tỉnh Kon Tum và Gia Lai có các đặc điểm nhƣ sau: - Điểm đầu (ĐĐ) : điểm G0 gần biên giới Việt Nam – Lào. - Điểm cuối (ĐC) : Thanh cái 220kV TBA 500kV Pleiku 2. - Điện áp định mức: 230kV - Số mạch :2 - Chiều dài tuyến đang nghiên cứu: Từ ĐĐ (biên giới Việt –Lào) – G30 : dài 92,744 km, có kết cấu 2 mạch. - Số góc lái : 31 góc lái từ G1, G1A, G1B, G2, G3 đến G29 (không kể điểm đầu (điểm G0) và điểm cuối trong tuyến đang khảo sát (điểm G30)). - Dây dẫn : dây nhôm lõi thép phân pha 2xACSR-400/51. - Dây chống sét : sử dụng 01 dây cáp thép GSW-70 và 01 dây chống sét kết hợp cáp quang OPGW-70. - Hành lang tuyến : từ tim tuyến ra mỗi bên 10,8 m (tổng cộng 21,6 m); - Diện tích sử dụng đất, bao gồm: + Diện tích chiếm đất vĩnh viễn bởi chân móng cột điện. + Diện tích bị ảnh hƣởng bởi hành lang an toàn theo Nghị định 14/2014/NĐCP, ngày 26/02/2014 của Chính Phủ. - Địa điểm xây dựng : + Tỉnh Kon Tum, gồm các huyện Ngọc Hồi, Sa Thầy và TP. Kon Tum. + Tỉnh Gia Lai, gồm huyện Chƣ Păh, huyện IaGrai và TP. Pleiku. - Cách điện: dùng loại cách điện composite. Sử dụng chuỗi đỡ đơn với các vị trí cột đỡ bình thƣờng, đối với các vị trí cột đỡ vƣợt đƣờng Quốc lộ, vƣợt sông lớn,… sử dụng chuỗi đỡ kép, chuỗi néo sử dụng chuỗi néo kép. - Cột : dùng cột thép mạ kẽm. - Móng cột : dùng móng bê tông cốt thép đúc tại chỗ cho móng trụ. - Tiếp địa : sử dụng các loại tiếp địa hình tia và cọc – tia kết hợp phù hợp với điện trở suất của vùng đất tuyến đƣờng dây đi qua. C C DU R L T. 9 - Xây dựng 1 trạm lặp quang tại xã Đăk Kan, huyện Ngọc Hồi, tỉnh Kon Tum. - Xây dựng 1 nhà quản lý vận hành đội đƣờng dây dự kiến tại huyện Sa Thầy, tỉnh Kon Tum. - Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái cụ thể nhƣ Hình 1.2 (Bao gồm: Hình 1.2a, Hình 1.2b, Hình 1.2c, Hình 1.2d). C C R L T. DU Hình 1.2a: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G0 đến G13. Hình 1.2b: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G14 đến G19. 10 Hình 1.2c: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G20 đến G25. C C R L T. DU Hình 1.2d: Sơ đồ mặt bằng tuyến và vị trí các góc lái từ G26 đến G30. MÔ TẢ TUYẾN ĐƢỜNG DÂY a. Đoạn 1: Từ G0 – G8 dài 20.920 m: Xuất phát từ G0 (Biên giới Việt – Lào) tuyến đi sâu vào khu vực đồi núi cao, để tránh khu cửa khẩu kinh tế Bờ Y tạo G1. Tại G1 tuyến lái trái đi qua đất trồng màu và cây cao su tạo G1A, từ G1A tuyến vƣợt đƣờng nhựa đi cửa khẩu và tạo các góc G1B, G2, G3, G4. Từ G4 tuyến lái phải đi qua khu quy hoạch kinh tế cửa khẩu Bờ Y về đến G5, từ G5 tuyến lái trái đi qua đất trồng cao su và bạch đàn, cắt qua Quốc lộ 40 về G6. Tại G6 tuyến lái trái cắt qua quốc lộ 14C tạo G7 và về đến G8. Địa hình tuyến đi qua rất phức tạp nhiều đồi núi cao, khe vực sâu. Đất canh tác 11 chủ yếu là cây cao su, hoa màu và rừng tự nhiên, địa phận thuộc xã Đăk Sú, xã Đăk Kan, huyện Ngọc Hồi, tỉnh Kon Tum. Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Vƣợt Quốc lộ 40 (lý trính km3+928) : 01 lần + Vƣợt Quốc lộ 14C (lý trình km2+850) : 01 lần + Vƣợt đƣờng nhựa : 04 lần + Số nhà bị ảnh hƣởng trong hành lang : 18 nhà + Đƣờng dây 22kV : 02 lần + Đƣờng dây 0,4kV : 01 lần + Đƣờng dây thông tin : 01 lần b. Đoạn 2: Từ G8 – G18 dài 36.206 m: Từ G8 tuyến lái phải đi trong khu quy hoạch kinh tế cửa khẩu Bờ Y đi qua đất trồng cao su, thông và trồng màu, tạo các góc G9, G10. Từ G10 tuyến đi khoảng 1km hết khu quy hoạch kinh tế cửa khẩu Bờ Y cách xa Quốc lộ 14, băng qua khu đồi núi thấp tạo các góc lái đi bên trái tỉnh lộ 675 và vƣợt qua tỉnh lộ 675 về đến G18. Địa hình tuyến đi qua chủ yếu là các đồi đất thấp, đất canh tác chủ yếu trồng cao su, cà phê, cây thông và hoa màu, địa phận tuyến đi qua thuộc các xã Đăk Kan, huyện Ngọc Hồi, và các xã Rờ Kơi, thị trấn Sa Thầy, xã Sa Nghĩa, xã Sa Nhơn thuộc huyện Sa Thầy, tỉnh Kon Tum. Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Vƣợt tỉnh lộ 675 : 01 lần + Số nhà bị ảnh hƣởng trong hành lang : 13 nhà + Đƣờng dây 35kV : 01 lần + Đƣờng dây 22kV : 02 lần + Đƣờng dây 0,4kV : 01 lần + Đƣờng dây thông tin : 02 lần C C R L T. DU c. Đoạn 3: Từ G18 – G21 dài 11.825 m: Từ G18 tuyến lái phải đi qua đất trồng màu và cây cao su khu đồi thấp về đến G19. Tại G19 tuyến lái phải đi qua đất trồng màu lẫn cao su vƣợt qua sông PôKô tạo G20 về G21. Địa phận tuyến đi qua thuộc 2 xã Sa Bình thuộc huyện Sa Thầy và xã Ia Chim thuộc thị xã Kon Tum, tỉnh Kon Tum. Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Vƣợt đƣờng nhựa : 03 lần + Vƣợt sông PôKô : 01 lần + Đƣờng dây 22kV : 01 lần + Đƣờng dây 0,4kV : 02 lần 12 d. Đoạn 4: Từ G21 – G27 dài 20.768 m: Tại G21 tuyến lái phải đi qua đất trồng màu tạo G22. Tại G22 tuyến lái đi qua đất trồng màu, vƣợt qua hồ thủy điện Yaly sau đó tuyến đi qua các đồi thấp và tạo thêm các góc lái G23, G24, G25 để về đến G27. Địa hình tuyến đi qua là các đồi đất thấp, đất canh tác chủ yếu trồng cao su, cà phê, cây điều và hoa màu. Địa phận tuyến đi qua thuộc xã Ia Chim, thị xã Kon Tum, tỉnh Kon Tum và xã Ia Mơ Nông, xã Ia Phí, xã Ia Ka, xã Nghĩa Hòa thuộc huyện Chƣ Pah, tỉnh Gia Lai. Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Số nhà bị ảnh hƣởng trong hành lang : 15 nhà + Đƣờng dây 22kV : 01 lần + Vƣợt hồ Yaly : 01 lần e. Đoạn 5: Từ G27 – G29 dài 2.058 m: Từ G27 tuyến băng qua đồi trồng cà phê vƣợt qua đƣờng đi thủy điện Yaly đến G28. Tại G28 tuyến lái trái cắt qua đƣờng dây 500kV PleiKu – YaLy 2 lần đến G29. Địa hình tuyến đi qua tƣơng đối bằng phẳng, đất canh tác chủ yếu là cây cà phê và hoa màu, địa phận thuộc xã Nghĩa Hòa, huyện Chƣ Păh, tỉnh Gia Lai. Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Vƣợt tỉnh lộ 661 : 01 lần + Số nhà bị ảnh hƣởng trong hành lang : 10 nhà + Đƣờng dây 500kV : 02 lần + Đƣờng dây 35kV : 01 lần + Đƣờng dây 22kV : 02 lần + Đƣờng dây 0,4kV : 01 lần C C R L T. DU f. Đoạn 6: Từ G29 – G30 dài 967 m: Từ G29 tuyến lái phải băng qua đồi cà phê, cắt qua đƣờng dây 220kV Sêsan 3 đến G30 trùng với đƣờng dây 220kV Sêsan 4 – Pleiku hiện có (Trong khoảng cột 146-147, cách cột 147 khoảng cách là 97m). Địa hình địa vật đặc biệt tuyến đi qua: + Cắt qua đƣờng dây 220kV : 02 lần + Cắt qua đƣờng dây 22kV : 01 lần + Đƣờng dây 0,4kV : 01 lần + Số nhà bị ảnh hƣởng trong hành lang : 01 nhà 1.2.2. Các thông số kỹ thuật chính của đường dây Điểm đầu : điểm G0 gần biên giới Việt Nam – Lào. Điểm cuối : G30 (vị trí bắt đầu trùng với đƣờng dây 220kV Sêsan 4 – Pleiku