Xác định phương pháp và tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm trung thế XLPE trên lưới điện TP. Hồ Chí Minh

Bài báo này tập trung vào các phương pháp chẩn đoán ở cáp ngầm, giúp người đọc hiểu rõ về các phương pháp thử nghiệm theo tình trạng off-line (có cắt điện) và tình trạng on-line (không cắt điện), bằng các nguồn điện áp khác nhau (VLF, DAC, DC…). Sau khi thu thập tài liệu từ các đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn quốc tế IEC, IEEE, CIGRE liên quan, bài báo đề xuất áp dụng thay đổi quy trình kiểm tra cáp ngầm trung thế XLPE so với giai đoạn trước năm 2015 để nâng cao khả năng chẩn đoán tình trạng “sức khỏe” của cáp ngầm mà hạn chế gây nguy hại cho cáp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thực phẩm 21 (4) (2021) 137-155 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP VÀ TIÊU CHUẨN CHẨN ĐOÁN, THỬ NGHIỆM TỐI ƯU CHO CÁP NGẦM TRUNG THẾ XLPE TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP HỒ CHÍ MINH Hồ Bảo Huy1, Nguyễn Tấn Hưng1 Nguyễn Hữu Vinh1, Nguyễn Hùng2* Tổng Cơng ty Điện lực TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh *Email: n.hung@hutech.edu.vn Ngày nhận bài: 03/01/2021; Ngày chấp nhận đăng: 21/5/2021 TÓM TẮT Bài báo tập trung vào phương pháp chẩn đoán cáp ngầm, giúp người đọc hiểu rõ phương pháp thử nghiệm theo tình trạng off-line (có cắt điện) tình trạng on-line (khơng cắt điện), nguồn điện áp khác (VLF, DAC, DC…) Sau thu thập tài liệu từ đề tài nghiên cứu nhà khoa học nước, tiêu chuẩn quốc tế IEC, IEEE, CIGRE liên quan, báo đề xuất áp dụng thay đổi quy trình kiểm tra cáp ngầm trung XLPE so với giai đoạn trước năm 2015 để nâng cao khả chẩn đốn tình trạng “sức khỏe” cáp ngầm mà hạn chế gây nguy hại cho cáp Trong trình tham gia, khảo sát thực tế trường thi công, sửa chữa, nghiên cứu liệu đo đạc cáp ngầm từ năm 2016-2020 Tổng Công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC), báo đưa tiêu chuẩn chẩn đốn theo loại phép thử để Cơng ty Điện lực (PC) thống cách thức xử lý cáp theo cấp độ khác nhau: cho phép tiếp tục vận hành, cần sửa chữa vòng tháng 12 tháng, cắt điện xử lý Nhờ thay đổi này, số vụ phần trăm cố liên quan đến cáp ngầm trung EVNHCMC giảm theo năm kể từ năm 2016, giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Từ khóa: Điện áp AC tắt dần (DAC), Hiệp hội Quốc tế Hệ thống điện lớn (CIGRE), Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC), Cơng ty Thí nghiệm Điện lực TP.HCM (ETCHCMC), Tiêu chuẩn Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), Tiêu chuẩn tổ chức cộng đồng khoa học kỹ thuật hàng đầu giới (IEEE), Phóng điện cục (PD), Phép đo tổn hao điện môi (Tandelta), Phản xạ miền thời gian (TDR), Điện áp AC tần số thấp (VLF) MỞ ĐẦU Lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) hệ thống điện đại, đa dạng có mức độ tập trung phụ tải cao bậc nước Ngày nay, việc vận hành lưới điện hiệu với tiêu chí nghiêm ngặt thời gian, số lần cắt điện, tối thiểu tổn hao, v.v đòi hỏi hệ thống cần có khả chẩn đốn trước điểm yếu thiết bị điện để thay thế, sửa chữa, khắc phục trước xảy cố Với chiều dài cáp ngầm năm 2020 lên đến tổng cộng 3000 km, với khó khăn việc lập kế hoạch để đăng ký đào đường, chuẩn bị nhân cơng, vật liệu để sửa chữa, thay có cố cáp ngầm xảy ra, việc thử nghiệm, chẩn đoán cáp ngầm nhiệm vụ trọng tâm EVNHCMC giai đoạn từ năm 2016-2020 [1] 137 Hồ Bảo Huy, Nguyễn Tấn Hưng, Nguyễn Hữu Vinh, Nguyễn Hùng Cáp ngầm thiết bị đặc thù lưới điện, có nhiều yếu tố bên bên dễ ảnh hưởng đến khả vận hành cáp Các yếu tố nội bên cáp là: loại cách điện, chiều dài cáp, lịch sử đưa vào sử dụng, loại bán dẫn, kim loại cấu thành lõi, v.v Các yếu tố bên bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm môi trường, phần trăm tải vận hành, địa chất, kỹ thuật thi công nhiều yếu tố khác Mỗi có cố cáp ngầm xảy ra, thời gian điện tái lập dài (hơn ngày) phải thực nhiều khâu tổ chức từ đào đường, cắt cáp, tìm điểm hỏng, nối cáp, thử nghiệm lại, lấp đường phải thực vào ban đêm khung từ 22h đến 5h sáng Điều gây áp lực lớn lên hệ thống điện dự phịng cịn lại có nhiều nguy gây tải hệ thống, dẫn đến cố lớn tiếp tục xuất cố nhỏ tương tự thời điểm Do đó, nhiệm vụ dự đốn trước điểm yếu cáp để lập kế hoạch xử lý mục tiêu hàng đầu EVNHCMC công tác nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Từ trước năm 2015, công nghệ thử nghiệm cho cáp ngầm trung có 02 phương pháp là: đo điện trở cách điện thử nghiệm điện áp chịu đựng DC cho tồn tuyến cáp Tuy nhiên, phương pháp có hạn chế lớn đảm bảo thủ tục cho phép đóng điện sau thử nghiệm mà chưa đánh giá tình trạng “sức khỏe” cáp, như: cáp cần kiểm tra, thử nghiệm lại; hộp nối/ đầu cáp yếu, cần phải thay Đến thời điểm tại, theo thông tư 33/2015/TT-BCT ngày 27/10/2015 Bộ Công Thương áp dụng cho lưới điện Việt Nam công nhận đoạn cáp vượt qua phép thử DC đủ u cầu đóng điện [2] Các cơng nghệ chẩn đốn chưa công nhận pháp lý Tuy nhiên, xác định rõ trên, mục tiêu giảm thiểu cố cáp ngầm mục tiêu quan trọng cho toán ổn định lưới điện, EVNHCMC giao nhiệm vụ cho Cơng ty Thí nghiệm Điện lực TP.HCM (ETCHCMC) triển khai áp dụng công nghệ thử nghiệm chẩn đoán cáp ngầm đại phải đảm bảo đầy đủ pháp lý cáp ngầm 22 kV phép vận hành Vấn đề đặt với mức độ điểm yếu cáp cần phải xử lý, thời điểm nên xử lý, khoảng thời gian an toàn phép cáp tiếp tục vận hành đảm bảo lưới điện an tồn, ổn định, khơng để xảy cố Theo tiêu chuẩn quốc tế hành IEEE 400.2-2013 [3], IEEE 400.3-2006 [4] hay IEC 60502-2:2005 [5] khơng đưa giá trị chẩn đốn cụ thể mà khuyến cáo tổ chức công ty cần có ngân hàng liệu cho loại lỗi khác tự tạo kho kết dựa theo liệu để ngày cải thiện tiêu chuẩn dựa vào đặc thù lưới điện mà quản lý vận hành Những liệu cần so sánh với liệu lưu trữ để xác minh, định vị, đánh giá mức độ loại khiếm khuyết cáp Bài báo nghiên cứu, phân tích phương pháp chẩn đốn tối ưu cho cáp ngầm trung giới, phân tích rõ ưu, nhược điểm so với phương pháp thử nghiệm hành Sau đó, đề xuất quy trình thực phù hợp cho cáp ngầm TP.HCM Các quy trình thay đổi vào khoảng năm 2016 EVNHCMC Từ đến nay, với trình tham gia chứng kiến q trình thi cơng, đào đường, sửa chữa, lắp nối cáp thực tế trường, chứng kiến thực hành máy móc thử nghiệm đại theo hướng dẫn chuyên gia nước ngoài, báo truy cập liệu thử nghiệm cáp ngầm trung ETCHCMC từ năm 2016-2020 để đề xuất tiêu chuẩn chẩn đoán, xử lý cáp ngầm trung cách đồng cho TP.HCM CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ 2.1 Cấu tạo cáp ngầm trung [6] 138 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm… Hình trình bày cấu trúc cáp ngầm 22 kV vận hành toàn lưới điện TP.HCM, bao gồm cấu phần chính: lõi dẫn, bán dẫn trong, lớp cách điện, bán dẫn ngồi, chắn đồng, vỏ cáp Hình Cấu tạo cáp ngầm trung [6] Lõi dẫn đa số sử dụng kim loại đồng khả dẫn điện cao, dẻo nên có bán kính cong lớn Lớp bán dẫn hoạt động lồng Faraday, chắn bao bọc lớp khơng khí lõi dẫn cách điện, giúp phân bố điện trường tất điểm lõi cáp Lớp cách điện cáp ngầm 22 kV TP.HCM gồm loại là: XLPE (Cross-Linked Polyethylene - 95%) EPR (Ethylene Propylen Rubber) Lớp bán dẫn chắn đồng lần giúp phân bố điện trường bên cáp Ngồi ra, chắn đồng có nhiệm vụ tạo kết nối với dây tiếp địa, giúp ngăn chặn tối đa nhiễu điện trường làm đường dẫn dòng cố xảy cố ngắn mạch chạm đất Vỏ cáp thường làm từ nhựa PVC cao su, giúp bảo vệ sợi cáp từ áp lực đè lên chôn ngầm, chống ẩm từ mơi trường bên ngồi, giúp phân bổ lực lên sợi cáp Lớp giáp bọc vỏ cáp thường làm nhơm 2.2 Q trình lão hóa, suy yếu hư hỏng hệ thống cáp ngầm [7] Một hệ thống cáp ngầm bị hư hỏng áp lực điện trường cục lớn độ bền lớp vật liệu điện môi Độ tin cậy tỷ lệ hư hỏng toàn hệ thống cáp ngầm phụ thuộc vào chênh lệch Khi lớp điện môi cáp ngầm yếu đến mức độ định gây phóng điện Sự phóng điện xảy bề mặt điện môi, cách điện cáp hộp nối cáp xảy bề mặt đầu cáp Q trình hư hỏng xảy điện áp làm việc bình thường (tần số 50 Hz) xảy điều kiện áp thoáng qua sét đánh, chuyển nguồn v.v Khi vận hành thời gian đủ dài, hệ thống cáp ngầm bị lão hóa Độ bền điện mơi phần lớn bị suy yếu gia tăng áp lực cục (cây nước, phân tán lớp bụi bẩn lỗ trống) phát triển theo thời gian Hệ thống cáp ngầm bị ảnh hưởng nặng nề lão hóa xảy ra, biểu đặc tính chung Hình 2, phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: điện áp, áp lực nhiệt, cách bảo trì, tuổi hệ thống điện, cơng nghệ chế tạo cáp mơi trường Ngồi ra, tốc độ lão hóa thơng thường thay đổi với gia tốc nhanh theo thời gian Hình Đặc tính lão hóa hệ thống cáp ngầm [7] 139 Hồ Bảo Huy, Nguyễn Tấn Hưng, Nguyễn Hữu Vinh, Nguyễn Hùng Hình biểu diễn ảnh hưởng áp lực điện trường mức cường độ khác để kiểm tra sức chịu đựng (khoảng thời gian tiến đến hư hỏng) chất điện môi mẫu thử Kết rõ ràng áp lực điện trường tăng lên, sức chịu đựng điện môi giảm xuống Đây ảnh hưởng tuyến tính mà nhìn chung với 10% áp lực tăng lên (như tăng từ 15 đơn vị đến 16,5 đơn vị) làm giảm đến 60% sức chịu đựng hệ thống Điều lý giải tầm quan trọng việc làm hệ thống điện mơi chất bẩn thường vị trí khởi nguồn để điện trường tập trung Điều giải thích lý hệ thống cáp ngầm bị lão hóa với tốc độ khác dọc theo chiều dài cáp Trong đoạn cáp có chất nhiễm tập trung, có mức độ lão hóa thấp cường độ lão hóa cao vị trí bị bẩn ảnh hưởng áp lực điện trường cao Khu vực đồng thời chịu ảnh hưởng áp lực điện trường lão hóa cao vị trí khác Tuy nhiên, đoạn cáp với nhiều nhánh rẽ điện trường phân bố dọc theo lớp điện mơi, ảnh hưởng áp lực lão hóa thơng thường mức trung bình Sự khác biệt lão hóa đoạn cáp khác nhau, cố luôn xảy điểm yếu đoạn cáp điều bị ảnh hưởng nhiều tùy vào “sự phục hồi” hệ thống Trong trường hợp lỗi nhỏ tập trung, việc sửa chữa sau xảy cố giúp độ bền hệ thống tăng cao Nếu hư hỏng nhiều điểm yếu phân tán gộp lại, việc sửa chữa khơng giúp ích nhiều tồn hệ thống lại mạnh điểm yếu vừa bị cố chút Hình Sự suy giảm độ bền hệ thống áp lực điện trường cao [7] Hiện tại, toàn lưới điện phân phối EVN đồng điện áp 22 kV nên cáp ngầm trung EVNHCMC vận hành mức này, với 95% cáp có cách điện XLPE Về cấu trúc, phân loại làm dạng chính: cáp lõi pha cáp đơn pha Đa số cố xảy cáp lớp cách điện XLPE cáp bị suy yếu, dẫn đến ngắn mạch lõi mang điện chắn nối đất Lớp cách điện cáp bị suy yếu nhiều ngun nhân Khi vận hành thời gian đủ dài lớp cách điện hiển nhiên bị lão hóa Tuy nhiên, cần tập trung tìm kiếm vị trí bị điện trường tập trung, đặc biệt vị trí bị bẩn, thi cơng sai quy cách, có cách điện yếu để xử lý sớm điểm gây cố thời gian ngắn Phần mô tả, nghiên cứu phương pháp thử nghiệm, chẩn đoán cáp ngầm tân tiến đề cập báo khoa học, tiêu chuẩn quốc tế để áp dụng phân tích, tìm kiếm vị trí tiềm ẩn nguy gây cố đề cập 140 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm… LÝ THUYẾT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM, CHẨN ĐOÁN CÁP NGẦM TRUNG THẾ So với trước năm 2015, ngày phương pháp thử nghiệm cáp ngầm đa dạng nhờ phát triển vượt bậc công nghệ đại bản, phương pháp đưa điện áp cao vào mẫu thử nhằm kiểm tra khả chịu đựng thiết bị bắt buộc tất loại vật tư thiết bị điện, kể cáp ngầm Tuy nhiên, khác với vật tư thiết bị khác, cáp ngầm có điện dung lớn nên trừ sử dụng điện áp lưới, việc sử dụng máy tạo điện áp AC tần số 50 Hz để thử nghiệm cáp ngầm trường yêu cầu hệ thống thử nặng cồng kềnh để đáp ứng cơng suất Do đó, việc sử dụng điện áp AC tần số 50 Hz áp dụng thử nghiệm xuất xưởng nhà máy sản xuất cáp, nơi phù hợp để đặt hệ thống thử cao áp to lớn phức tạp 3.1 Thử nghiệm điện áp chiều (DC) Trước năm 2015, EVNHCMC hầu hết đơn vị trực thuộc EVN áp dụng hạng mục thử nghiệm độ bền điện môi cáp ngầm cách sử dụng điện áp chiều (DC) Đây phương pháp đơn giản phù hợp với công nghệ vào thời điểm đó, chấp nhận tiêu chuẩn quốc tế IEC, IEEE Điện áp DC đưa vào lõi cáp chắn cáp (nối đất) liên tục với giá trị vượt ngưỡng vận hành (1,5U0 - 3U0) khoảng thời gian định (thông thường 15 phút) Kết phép thử nghiệm “Đạt” “Khơng đạt” Nếu khơng có tượng phóng điện xảy ra, giá trị dịng rị khơng vượt q ngưỡng máy thử vịng 15 phút xem “Đạt” [8] Phương pháp IEEE 400.2:2013 không xem phương pháp chẩn đốn kết phép thử q đơn giản Thậm chí, hạng mục cịn khuyến nghị hạn chế sử dụng điện áp DC gây tác động xấu đến lớp cách điện XLPE, HMWPE (HighMolecular-Weight Polyethylene) làm gia tăng tốc độ phát triển điện [3] Thực tế chứng minh khuyến cáo hiệp hội quốc tế tin cậy nhiều đoạn cáp XLPE thử nghiệm “Đạt” sau đóng điện vào bị hư hỏng, cố thời gian ngắn Điều gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy cung cấp điện EVNHCMC lưới điện chưa có độ dự phòng N-1, để đào đường, sửa chữa, tái lập cáp cần khoảng thời gian dài Ngoài ra, kể sau sửa chữa, thử Đạt đóng điện lại đoạn cáp tiếp tục bị cố hộp nối khác, đặc biệt thường xuyên xảy đoạn cáp dài Những vấn đề gây hao tổn chi phí lớn lại khơng hiệu Do đó, mục tiêu đặt cần tìm giải pháp thay phương pháp thử nghiệm DC để không gây hại cho cáp, đồng thời phải dự đoán khả hư hỏng cáp để có thời gian chuẩn bị sẵn kế hoạch, vật tư thiết bị thay Sau nghiên cứu hướng dẫn IEC, IEEE phương pháp thử nghiệm cáp điện áp xoay chiều (AC) tần số thấp điện áp AC tần số giảm dần kết hợp với cơng nghệ chẩn đốn PD, Tandelta ETC đề xuất áp dụng cho cáp ngầm 22 kV EVNHCMC giai đoạn 2016-2020 3.2 Thử nghiệm điện áp xoay chiều 3.2.1 Nguồn điện áp xoay chiều tần số thấp (Very Low Frequency - VLF) 141 Hồ Bảo Huy, Nguyễn Tấn Hưng, Nguyễn Hữu Vinh, Nguyễn Hùng Theo tiêu chuẩn IEEE 400.2: 2013, phương pháp VLF đưa điện áp đến giá trị 3U0 đoạn cáp 2U0 cáp vận hành 30 phút Tương tự phép thử DC, cáp xem đạt phóng điện khoảng thời gian [3] Tuy nhiên, phương pháp thử nghiệm VLF công nghệ thay tối ưu thỏa mãn ưu điểm sau: - Cơng suất máy nhỏ tần số thấp Do đó, hệ thống thử nghiệm nhỏ gọn nhẹ nhiều so với hệ thống thử AC tần số 50 Hz - Có thể kết hợp hạng mục chẩn đoán PD, Tandelta khoảng thời gian thử AC điện áp AC phù hợp để tính tốn thơng số kỹ thuật u cầu - Giảm áp lực điện trường lên cách điện loại PE, phép thử xem khơng gây hư hại cho cáp 3.2.2 Nguồn điện áp xoay chiều tần số giảm dần (damped AC - DAC) Nguyên lý mạch tạo cao áp DAC mạch RLC Các máy tạo nguồn DAC sử dụng công nghệ cộng hưởng xung, tạo nguồn thử nghiệm cao áp AC có biên độ tắt dần với tần số nằm khoảng từ 20-300 Hz tùy theo điện dung đoạn cáp ngầm thử Tổn thất điện môi Hình Dạng sóng nguồn áp DAC [9] 3.3 Chẩn đốn tổn hao điện mơi (Tandelta) cáp ngầm Tandelta phép thử xác định mức độ tổn hao công suất thực vật liệu cách điện Phép thử tập trung vào việc so sánh giá trị đo với giá trị tham khảo loại vật liệu cách điện Nguồn điện áp AC đưa vào cáp sau đo đạc khác đồ thị điện áp dòng điện cung cấp giá trị Tandelta Góc pha sử dụng để phân giải tổng dòng điện (I) thành thành phần nạp (IC) thành phần tổn hao (IR) Tandelta tỷ số dòng điện tổn hao so với dòng điện nạp: 𝐼𝑅 𝐷𝐹 = 𝐼 = 𝐶 √𝐼 −𝐼𝐶 𝐼𝐶 (1) Góc Tandelta xuất biểu đồ pha thể Hình 5: Hình Sơ đồ tương đương tổn hao điện môi [10] 142 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm… Giá trị Tandelta giúp người quản lý vận hành nắm tình trạng “sức khỏe” chung toàn tuyến cáp Ngoài ra, giá trị đo Tandelta mức điện áp khác (0,5U0; 1,0U0; 1,5U0; 2,0U0) cịn bao gồm thơng số [3]: - MTD: Giá trị Tandelta trung bình – điện áp thử - ∆TD: Sự thay đổi Tandelta theo thay đổi điện áp - SDTD (Standard Deviation of Tandelta): Độ lệch chuẩn Tandelta thể ổn định Tandelta điện áp thử Những giá trị cho phép dự đoán loại lỗi khác Giá trị MTD cao dấu hiệu có xuất nước Nếu giá trị ∆TD cao (sự tăng lên TD theo tăng lên điện áp), dấu hiệu PD nước lớn Một giá trị ∆TD âm (giảm TD theo tăng điện áp), báo cho hiệu ứng hóa hơi, ví dụ nước đầu cáp SDTD báo hữu ích giúp người vận hành phát nhiều thông tin SDTD thấp chứng tỏ cáp tình trạng tốt Một tăng lên SDTD thể xuất PD Giá trị SDTD cao chứng tỏ hộp nối cáp bị nước xâm nhập [11] 3.4 Cơng nghệ phân tích tín hiệu phản xạ theo miền thời gian (Time Domain Reflection - TDR) [12] Đối với cáp ngầm, công nghệ phản xạ miền thời gian (Time Domain Reflection - TDR) giải pháp để định vị tín hiệu dọc theo tuyến cáp, giải pháp sử dụng chẩn đoán PD dùng để phát điểm cố xác dọc theo chiều dài đoạn cáp ngầm TDR biểu diễn hình thức sóng điện áp quay lại tín hiệu bước nhanh truyền dẫn xuống đường dẫn Sóng kết kết hợp sóng đưa vào phản xạ lại tạo nguồn gây thay đổi trở kháng Cơng thức tính TDR thể sau: 𝑝= 𝑉𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑒𝑑 𝑉𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 (𝑍 − 𝑍 ) = (𝑍𝐿+ 𝑍0) 𝐿 (2) Trong đó: ZL trở kháng tải, cịn Z0 trở kháng vật truyền dẫn Vì vậy, tải khớp với vật truyền dẫn p = => khơng có phản xạ lại Nếu ZL = p = -1 thể mạch ngắn mạch, có nghĩa sóng đến sóng phản xạ ngược dấu Hình Các dạng biểu đồ TDR cáp ngầm [11] Tóm lại, cơng nghệ TDR giúp xác định: - Tổng chiều dài đoạn cáp - Vị trí điểm cố thân cáp có điện trở thấp - Vị trí điểm đứt cáp - Những vị trí hộp nối dọc theo thân cáp 3.5 Cơng nghệ chẩn đốn phóng điện cục (Partial Discharge - PD) Theo tiêu chuẩn IEC 60270, PD tượng đánh thủng điện môi cục phần nhỏ hệ thống cách điện rắn lỏng tác động điện áp cao, nối tắt phần điện cực 143 Hồ Bảo Huy, Nguyễn Tấn Hưng, Nguyễn Hữu Vinh, Nguyễn Hùng PD thường kèm với phát xạ âm thanh, ánh sáng, nhiệt phản ứng hóa học Có loại chính: phóng điện bề mặt, phóng điện bên trong, phóng điện vầng quang PD thường xuất khoảng trống, vết nứt bên điện môi rắn, bề mặt ranh giới điện môi vật dẫn điện điện môi rắn lỏng, bọt khí nằm điện mơi lỏng PD xuất dọc theo ranh giới vật liệu cách điện khác Thông thường thời gian PD xảy chí nhỏ μs nên khó nhận biết hư hại nhỏ, gây xói mịn bên thiết bị Q trình suy thoái vật liệu cách điện diễn từ từ lớp cách điện chịu đựng được, dẫn đến phóng điện bề mặt Những ảnh hưởng tượng PD thiết bị điện áp cao nghiêm trọng, dẫn đến phá hủy hoàn toàn hệ thống cách điện hay thiết bị điện Đối với cáp lực cách điện giấy, phóng điện lặp lặp lại làm thay đổi tính chất hóa học lớp giấy dẫn đến độ bền cách điện suy giảm đến lúc hình thành dẫn điện cục Chính điều xuất q trình đốt nóng cục vật liệu cách điện gây nổ cáp Hình Sự phát triển PD bên cách điện cáp [11] Đại lượng đặc trưng cho độ lớn PD đặc trưng mức điện tích Q với đơn vị [Coulomb] Hình Biểu đồ mơ tả đồ thị xung PD [8] 𝑡2 𝑡2 𝑄 = ∫𝑡1 𝑖(𝑡)𝑑𝑡 = 𝑅 ∫𝑡1 𝑣(𝑡)𝑑𝑡 (3) Độ lớn PD độ lớn phần diện tích hàm dòng điện i(t) khoảng thời gian {t1, t2} Hiện tại, giới, phương pháp chẩn đoán PD phân chia thành loại là: Phương pháp truyền thống phi truyền thống 3.5.1 Phương pháp truyền thống Đo PD truyền thống phương pháp đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270, tức đo điện tích biểu kiến cảm ứng mạch đo Điện tích biểu kiến q xung PD điện tích đưa vào thời gian ngắn điểm nối thiết bị thí nghiệm 144 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm… mạch đo cụ thể, cho giá trị đọc thiết bị đo xung dịng điện PD thân Đơn vị đo thường pC (pico Coulomb) Do đo PD trực tiếp, phương pháp sử dụng mạch đo tương đương Mặc dù điện tích q đo tổng trở đo khó có giá trị xác tuyệt phóng điện thực bên đối tượng thử, tăng tuyến tính q đồng nghĩa với việc PD xảy với biên độ cao hơn, từ đánh giá mức độ nguy hiểm tượng PD Tiêu chuẩn IEC 60270 đề cập tới xác định mạch đo, đại lượng đo, quy trình hiệu chuẩn Phương pháp sử dụng rộng rãi trường phịng thí nghiệm Sơ đồ đơn giản tương đương thể hình sau: Hình Sơ đồ PD đơn giản chế đo [13] Trong đó: Ca: Điện dung tượng trưng thiết bị thử, Cb: Điện dung rò nguồn PD, Cc: Điện dung nguồn PD, Cm & Rm: Tụ đo & điện trở đo, Gs: Dao nối đất, Sg: Khe hở phóng điện, Th & T1: Đầu cực cao áp hạ áp mẫu thử, U1: Điện áp thử, U2: Điện áp rơi nguồn PD, U3: Điện áp rơi Rm Điện tích biểu kiến đo cách nối tổng trở đo với thiết bị thử theo IEC 60270 Dẫn giải toán học thể để tính tốn 𝑞𝑐 (điện tích gây PD điện dung bên Cc) Trước hết, điện áp độ chạy qua thiết bị đo tính: 𝑈3 = 𝑈1 × (𝐶 𝐶𝑎 (4) 𝑎 +𝐶𝑚) Đơn giản hóa cơng thức với lưu ý Cm>>Ca, ta có: 𝑈3 × 𝐶𝑚 = 𝑈1 × 𝐶𝑎 = 𝑞𝑎 (5) Do Cb 2500 pC Phóng điện cịn giới hạn cho phép Có phát PD, cần giám sát thêm Sửa chữa, thay vị trí có PD KẾT LUẬN Cơng nghệ thử nghiệm, chẩn đốn cáp ngầm theo quy trình đề xuất thể tính hiệu tầm quan trọng EVNHCMC thời gian qua, giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm sâu SAIDI, SAIFI đơn vị điện lực Trước đây, chưa có nghiên cứu đưa tiêu chuẩn, quy định cụ thể cho hạng mục chẩn đoán Tandelta, PD Tùy theo điều kiện lưới điện cụ thể: môi trường, kết cấu lưới, cấu tạo cáp ngầm, v.v mà đơn vị phải nghiên cứu, tập hợp liệu để đặt tiêu chuẩn cho lưới điện Nghiên cứu tập hợp kinh nghiệm nhiều kỹ sư, chuyên gia ETCHCMC để hiệu chỉnh, phát triển qua năm, từ đưa bảng tiêu chuẩn chi tiết phù hợp cho hệ thống cáp ngầm vận hành lưới điện TP.HCM Nhờ có kế hoạch trước, việc xử lý cáp ngầm không cần phải đào đường vào cao điểm giao thông, hạn chế tắc đường, kẹt xe Các đơn vị Điện lực quản lý vận hành có thời gian chuẩn bị vật tư thiết bị thay cho cáp ngầm, chủ động đăng ký cắt điện có kế hoạch hạn chế cố không mong muốn, giảm điện gây ảnh hưởng lên kinh tế sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tổng Công ty Điện lực TP.HCM - Báo cáo chuyên đề kỹ thuật EVNHCMC - TP.Hồ Chí Minh (2016, 2017, 2018, 2019) Bộ Công Thương - Thông tư số 33/2015/TT-BCT quy định kiểm định an toàn kỹ thuật thiết bị, dụng cụ điện, Hà Nội (2015) IEEE - Guide for field testing of shielded power cable systems using very low frequency (VLF) (less than Hz), in IEEE Std 400.2:2013 (2013) 1-60 IEEE - Guide for partial discharge testing of shielded power cable systems in a field environment, in IEEE Std 400.3: 2006 (2006) 1-44 IEC - Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 6kV up to 30kV, IEC 60502-2: 2015, 3rd Edn, 2015 Tổng Công ty Điện lực TP.HCM - Quy định tiêu chuẩn sở vật tư thiết bị sử dụng cho lưới điện ngầm 0.4 đến 22kV, TP.HCM (2012) 153 Hồ Bảo Huy, Nguyễn Tấn Hưng, Nguyễn Hữu Vinh, Nguyễn Hùng NEETRAC - Diagnostic testing of underground cable systems, NEETRAC (2010) IEC - High-voltage test techniques - Partial discharge measurements, International Standard IEC 60270 Third edition, 2000-12 Megger - Megger TDSNT User Manual – Megger Company (2016) 10 Gulski E., Cichecki P., Wester F., Smit J.J., Bodega R., Hermans T.J.W.H, Seitz P.P., Quak B., Vries F.D - On-site testing and PD diagnosis of high voltage power cables IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 15 (6) (2008) 1691-1700 11 Baur - Baur-Viola User Manual, Baur Company, Austria (2016) 12 Tektronix - TDR Impedance measurements: A foundation for signal Integrity, Tektronic Application Note (2008) 13 L.W.van Veen - Comparison of measurement methods for partial discharge measurment in power cables, Delft University of Technology (2014) 14 IEC - High voltage test techniques – Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods, International Standard IEC 62478:2016 First edition (2016) 15 Fernando Álvarez, Fernando Garnacho, Javier Ortego and Miguel Ángel Sánchez-Urán Application of HFCT and UHF sensors in on-line partial discharge measurements for insulation diagnosis of high voltage equipment, Sensors 15 (4) (2015) 7360-7387 16 HVI - HVI VLF Source User Manual, HVI Company, USA (2015) 17 EA Company - UltraTEVPlus User Manual, EA Company, Singapore (2016) 18 Omicron - MPD-600 User Manual, Omicron, Austria (2019) 19 HVPD - HVPD Longshot User Manual, HVPD Insight Company (2017) 20 Cơng ty Thí nghiệm điện lực TP.HCM - Dữ liệu thử nghiệm, chẩn đoán cáp ngầm từ 2016-2019, TP.HCM (2016-2019) ABSTRACT DETERMINING OPTIMAL METHODS AND STANDARD OF DIAGNOSING, TESTING FOR MEDIUM VOLTAGE UNDERGROUND CABLE IN HO CHI MINH CITY POWER GRID Ho Bao Huy1, Nguyen Tan Hung1, Nguyen Huu Vinh1, Nguyen Hung2* Ho Chi Minh City Power Corporation Ho Chi Minh City University of Technology *Email: n.hung@hutech.edu.vn This paper proposes the diagnosing and testing methods for medium voltage underground cables There are two main classifications depending on the cut-down power source status: Off-line (Cut-off Power source) and On-line (Testing without cutting off electricity) After researching and collecting knowledges from international standards such as: IEC, IEEE, CIGRE, as well as reference papers, this paper suggests replacing the testing procedure of underground cable XLPE in Ho Chi Minh City for upgrading test results without harming the tested objects This paper also combined data collected from installing, 154 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm… repairing, testing cables on-site of EVNHCMC from 2016-2019 Then, the authors recommend diagnosing and testing standard for underground cable that operating in EVNHCMC This helps the power companies unify main levels to handle cables: reoperation allowance, weakening point replacement in 6/12 month periods; immediate repair Based on this change of testing procedures and testing standards, the numbers and percentages of cables’ faults have been decreased steadily year by year, which helps improve the reliability of electricity supply, since 2016 in EVNHCMC Keywords: Damped-AC Source (DAC), CIGRE, Ho Chi Minh City Power Corporation (EVNHCMC), Ho Chi Minh City Electrical Testing Company (ETCHCMC), IEC Standard 60270, IEC Standard 62478, IEEE Standard 400, Partial Discharge Test (PD), Tandelta Test, Time-Domain Reflection (TDR), Very-Low Frequency Source (VLF) 155 ... tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm? ?? LÝ THUYẾT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM, CHẨN ĐOÁN CÁP NGẦM TRUNG THẾ So với trước năm 2015, ngày phương pháp thử nghiệm cáp ngầm đa dạng... thử nghiệm cáp ngầm trung ETCHCMC từ năm 2016-2020 để đề xuất tiêu chuẩn chẩn đoán, xử lý cáp ngầm trung cách đồng cho TP.HCM CẤU TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ 2.1 Cấu tạo cáp ngầm trung. .. trung [6] 138 Xác định phương pháp tiêu chuẩn chẩn đoán, thử nghiệm tối ưu cho cáp ngầm? ?? Hình trình bày cấu trúc cáp ngầm 22 kV vận hành toàn lưới điện TP.HCM, bao gồm cấu phần chính: lõi dẫn,