CHẨN ĐOÁN PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG CÔNG TÁC THỬ NGHIỆM ĐỐI VỚI CÁP LỰC VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT KIỂU KÍN VỚI CÁCH ĐIỆN BẰNG KHÍ SF6 (HỆ THỐNG GIS GAS INSULATION SWITCHGEAR) Tóm tắt: Thử nghiệm chẩn đoán phóng điện cục bộ nhằm phát hiện sớm hư hỏng hệ thống cách điện đối với cáp lực và hệ thống GIS đóng vai trò quan trọng trong công tác thử nghiệm, bảo dưỡng thiết bị điện. Với dữ liệu đo được, có thể đánh giá được tình trạng của cách điện trong cáp lực và hệ thống GIS. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, lĩnh vực chẩn đoán bằng phương pháp đo phóng điện cục bộ này chưa được phát triển mạnh. Nhóm nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm trọng điểm Điện cao áp (HVLab) đã tìm hiểu và đề xuất một số giải pháp kết hợp thí nghiệm cao áp sử dụng hệ thống thử nghiệm điện áp AC tăng cao kiểu cộng hưởng biến tần để đo phóng điện cục bộ online và phóng điện cục bộ offline cho công tác thí nghiệm cáp lực và hệ thống GIS .
CHẨN ĐỐN PHĨNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG CƠNG TÁC THỬ NGHIỆM ĐỐI VỚI CÁP LỰC VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐĨNG CẮT KIỂU KÍN VỚI CÁCH ĐIỆN BẰNG KHÍ SF6 (HỆ THỐNG GIS - GAS INSULATION SWITCHGEAR) Phịng Thí nghiệm trọng điểm Điện cao áp – Viện Năng lượng Tóm tắt: Thử nghiệm chẩn đốn phóng điện cục nhằm phát sớm hư hỏng hệ thống cách điện cáp lực hệ thống GIS đóng vai trị quan trọng công tác thử nghiệm, bảo dưỡng thiết bị điện Với liệu đo được, đánh giá tình trạng cách điện cáp lực hệ thống GIS Tuy nhiên, Việt Nam, lĩnh vực chẩn đốn phương pháp đo phóng điện cục chưa phát triển mạnh Nhóm nghiên cứu Phịng Thí nghiệm trọng điểm Điện cao áp (HVLab) tìm hiểu đề xuất số giải pháp kết hợp thí nghiệm cao áp sử dụng hệ thống thử nghiệm điện áp AC tăng cao kiểu cộng hưởng biến tần để đo phóng điện cục online phóng điện cục offline cho cơng tác thí nghiệm cáp lực hệ thống GIS TỔNG QUAN 1.1 Hiện trạng vận hành nhu cầu thực tế Thực tế hệ thống điện (HTĐ) đường dây truyền tải cao áp thường đường dây khơng Mặc dù có ưu điểm lớn giá thành thấp, giải pháp đường dây khơng lại khó thực phát triển lưới điện 110-220kV khu vực đô thị, khơng có đủ quỹ đất với hệ thống cột xà chiếm diện tích đất diện tích hành lang tuyến tương đối lớn Vì vậy, việc xây dựng đường dây tải điện hệ thống cáp ngầm kết hợp với trạm biến áp công nghệ GIS nhà compact đặt trời để tiết kiệm diện tích đất tăng tính mỹ quan xu phát triển lưới điện đô thị lớn trở thành phần tất yếu hệ thống truyền tải điện Theo tiêu chí phát triển lưới điện 110kV, 220kV Thành phố Hà Nội Bộ Công Thương phê duyệt Quyết định phê duyệt số 4720/QĐ-BCT ngày 02/12/2016, lưới điện từ vành đai trở vào trung tâm Thành phố phải hạ ngầm toàn bộ; lưới điện từ vành đai đến vành đai ưu tiên phương án hạ ngầm, nơi chưa thể thực hạ ngầm thực hạ ngầm phù hợp với tốc độ thị hóa, hướng tuyến phù hợp với quy hoạch xây dựng để góp phần xây dựng diện mao đô thị văn minh đại [1] Theo tiêu chí phát triển lưới điện 110kV, 220kV Thành phố Hồ Chí Minh Bộ Cơng Thương phê duyệt Quyết định phê duyệt số 4690/QĐ-BCT ngày 15/12/2017 Khu vực trung tâm thành phố, khu đô thị khu có tính chất đặc biệt kinh tế, trị, xây dựng đường dây 220-110kV dung cáp ngầm, trạm 220110kV dung công nghệ GIS công nghệ trạm ngầm; Các trạm 110kV bố trí ngầm bán ngầm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật an toàn lưới điện, mỹ quan đô thị thuận tiện bảo dưỡng sửa chữa [2] Bảng Tổng hợp khối lượng tuyến cáp ngầm theo Quy hoạch phát triển điện lực Thành phố lớn Hà Nội Hồ Chí Minh giai đoạn 2016 – 2025 có xét đến năm 2035 (Hợp phần 1) Quy hoạch (Hợp phần 1) Giai đoạn Quy hoạch Hà Nội 2016 - 2020 Cáp ngầm 220kV (XLPE 1600)-km 11 Cáp ngầm 110kV (XLPE 1200)-km 115,1 Tp Hồ Chí Minh 2021 - 2025 16 25,1 2026 - 2035 27 24,5 2016 - 2020 35,3 55,428 2021 - 2025 13,5 33,5 2026 - 2035 11 Việc thiết kế cáp ngầm 110-220kV đặt nhiều vấn đề cần phải tính tốn, cân nhắc lựa chọn kỹ lưỡng để đáp ứng yêu cầu kinh tế - kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế cơng trình, đặc tính kỹ thuật cáp ngầm, giải pháp bố trí cáp ngầm đất, bố trí hộp nối cáp, đấu nối tiếp địa, an toàn thuận tiện cho việc sửa chữa, vận hành Giải pháp lắp đặt cáp ngầm lựa chọn phải hài hòa điều kiện tản nhiệt cáp với điều kiện thực tế mặt tổ chức thi công lắp đặt Bởi vậy, công đoạn từ chế tạo, vận chuyển bảo quản đặc biệt giai đoạn thi công lắp đặt cáp ngầm phụ kiện phải thận trọng Công tác kéo rãi cáp ngầm phải lập phương án, có chuẩn bị kỹ lưỡng với thiết bị thi công chuyên dụng, theo dõi giám sát xuyên suốt trình, đảm bảo lực kéo cáp bán kính uốn cong giới hạn cho phép, tránh làm trầy xước vỏ cáp tác động ảnh hưởng đến cách điện cáp Các vị trí hộp nối cáp ngầm đầu cáp điểm xung yếu có xác suất cố cao nhất, nên việc lắp đặt phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình dẫn nhà sản xuất Người lắp đặt phải thợ lành nghề đào tạo chuyên sâu, có kỹ nhiều năm kinh nghiệm, cơng việc phải cẩn thận tỷ mỷ để sau lắp đặt phụ kiện cáp tái tạo lại hoàn chỉnh cấu trúc lớp sợi cáp ngầm 1.2 Công tác thử nghiệm hệ thống cáp lực GIS Hiện ngành điện sử dụng quy chuẩn, quy phạm kỹ thuật điện, tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định vận hành cho công tác thử nghiệm, chẩn đoán hệ thống cáp lực lưới truyền tải, phân phối hệ thống GIS cụ thể sau: a Quy chuẩn Quốc gia kỹ thuật điện tập 5: QCVN QTĐ-5:2009-BCT; b Quy phạm Trang bị điện phần III: 11TCN-20-2006; c Các hạng mục thí nghiệm thiết bị kèm theo Công văn số 3075/EVN-KTLĐ ngày 14/7/2003 EVN; d Bộ quy định vận hành sửa chữa – Ban hành kèm theo Quyết định số 0020/QĐEVNNPT ngày 08/01/2018 EVNNPT; e TCVN 12226:2018 (IEC 60840:2011) cáp điện lực có cách điện dạng đùn phụ kiện cáp dùng cho điện áp danh định lớn 30 kV (Um = 36 kV) đến 150 kV (Um = 170 kV) - Phương pháp yêu cầu thử nghiệm; f TCVN 12227:2018 (IEC 62067:2011) cáp điện lực có cách điện dạng đùn phụ kiện cáp dùng cho điện áp danh định lớn 150 kV (Um = 170 kV) đến 500 kv (Um = 550 kV) - Phương pháp yêu cầu thử nghiệm; g Tiêu chuẩn IEC 62271-203: 2003 cho trạm GIS điện áp định mức >52 kV; h Quyết định số: 139/QĐ-HĐTV EVNNPT việc ban hành Quy định đặc tính kỹ thuật cáp ngầm 220kV lưới truyền tải điện (ngày 03/06/2021); i Quy định thí nghiệm cáp ngầm 220kV ban hành năm 2016 EVNNPT j Thông báo EVNHN số 5116/TB-EVN HANOI ngày 19/12/2014 Về việc quy định tạm thời thí nghiệm tuyến cáp có điện áp đến 220kV Như biết, tượng phóng điện cục (PD) nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị điện cao áp nói chung cáp lực, hệ thống GIS nói riêng Do vậy, việc giám sát tình trạng vận hành cáp lực hệ thống GIS phương pháp đo phóng điện cục cách hữu hiệu để phát kịp thời diễn biến xấu điểm yếu hệ thống cách điện Từ đó, trợ giúp người vận hành lập kế hoạch bảo dưỡng thiết bị theo tình trạng thực tế vận hành; tăng tuổi thọ thiết bị, giảm thiểu cố không mong muốn, giảm chi phí bảo dưỡng tổn thất cố bất thường gây Hiện nay, công nghệ kiểm tra giám sát PD trực tuyến cho thiết bị điện cao áp vận hành phát triển mạnh với nhiều hệ thống thiết bị đại, có độ xác cao Hệ thống giám sát PD trực tuyến với việc sử dụng cảm biến siêu âm (AE sensor), biến dòng tần số cao (HFCT) phần mềm xử lý có khả hiển thị, phát hiện, phân tích nguồn gốc phát sinh PD xảy bên thiết bị điện cao áp (cáp lực, hệ thống GIS) giám sát trực tuyến theo thời gian thực, đồng thời đưa chẩn đoán cảnh báo xung PD có khuynh hướng phát triển đến mức độ nguy hiểm gây cố nghiêm trọng Dựa vào người vận hành sớm đưa kế họach biện pháp xử lý, khắc phục phòng ngừa cố xảy Sử dụng liệu đo khứ, nhận diện dạng cố (bởi chuyên gia có kinh nghiệm) từ cho phép đánh giá so sánh kết đo Kết chẩn đoán PD cung cấp cho cán quản lý vận hành HTĐ, đội sửa chữa thông tin tin cậy cho phép lập kế hoạch bảo dưỡng theo tình trạng vận hành thực tế Đây cơng nghệ đại, việc chuẩn đốn, đưa định xử lý kết đo từ hệ thống cáp lực GIS phụ thuộc nhiều kỹ kinh nghiệm chuyên gia thử nghiệm mà Việt Nam chưa có quy định bắt buộc cơng tác thí nghiệm định kỳ thiết bị điện GIỚI THIỆU KỸ THUẬT ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ (PD MEASURING) 2.1 Tổng quan đo phóng điện cục Phóng điện cục (PD - Partial Discharge) tượng phóng điện phần nhỏ vật liệu cách điện thiết bị điện trung cao thế, tín hiệu nhận biết hư hỏng lớp cách điện PD kết phá huỷ điện hình thành có khe hở khơng khí bên lớp cách điện Theo hiệp hội phòng chống cháy nổ Mỹ (NFFA 70B), nguyên nhân cố điện thiết bị điện trung cao hư hỏng lớp cách điện Trong thực tế vận hành lưới điện có tới 85% cố thiết bị điện trung cao liên quan đến tượng phóng điện cục Nhằm triển khai hiệu giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống lưới điện cao áp từ 110kV trở lên Trong thời gian qua, HVLab trang bị thiết bị đo phóng điện cục ICMcompact sensor (PD/electric, PD/UHF-Ultra High Frequency, PD/Acoustic) hãng Power Diagnostix - Megger để chẩn đoán phát hiện tượng PD cáp lực, hệ thống GIS, từ đưa khuyến cáo chủ đầu tư để có biện pháp khắc phục nhanh, giảm đáng kể cố hư hỏng thiết bị thiệt hại kinh tế cố gây Theo tổng hợp đội ngũ cán kỹ thuật HVLab thực thiết bị chẩn đoán PD cho cáp lực, hệ thống GIS, thường phát hai trường hợp tượng phóng điện bề mặt phóng điện bên Kết hợp cảm biến PD tích hợp sẵn thiết bị với cảm biến phụ kiện kèm theo để phát sớm vấn đề liên quan đến cách điện giảm thiểu cố dừng hoạt đông thiết bị không mong muốn Tối ưu hóa chu kỳ bảo trì kéo dài tuổi thọ thiết bị thơng qua việc hiểu rõ tình trạng hoạt động thiết bị, theo dõi kết kiểm tra phóng điện theo thời gian để đưa hướng giải Tùy trường hợp cụ thể mà sử dụng phương pháp chẩn đoán khác kết tốt 2.2 Các phương pháp đo để phát PD 2.2.1 Phương pháp truyền thống Đo theo tiêu chuẩn TCVN 11472:2016 (IEC 60270:2015), hay phương pháp đo điện cho phép đo PD cách trực tiếp, băng thông 100 – 500 kHz dùng để phát hiện, định lượng, theo dõi xu hướng phát triển PD Các thơng số xác định qua phép đo gồm điện áp khởi đầu (PDIV) điện áp tắt (PDEV) phóng điện cục bộ, cường độ, tần suất PD theo thời gian Ưu điểm: Phép đo điện sử dụng rộng rãi phịng thí nghiệm khâu kiểm tra cách điện thiết bị nhà máy sản xuất thiết bị điện cao áp Nhược điểm: Phương pháp này, địi hỏi phải có nguồn điện trực tiếp thiết bị đo chuyên dụng (lồng Faraday, lọc nhiễu ) nên phương pháp không phù hợp với công tác kiểm tra giám sát PD trường 2.2.2 Phương pháp phi truyền thống Phương pháp đo PD phi truyền thống (thực theo tiêu chuẩn IEC 62478:2016), phát triển mạnh mẽ đa số thực không cần cắt điện Phương pháp chủ yếu phát biểu PD thông qua biến đổi âm thanh, nhiệt độ, phản ứng hóa học sóng điện từ cách sử dụng nhiều loại cảm biến khác Với đặc thù trường nơi bị ảnh hưởng mạnh nhiễu tín hiệu (thường nằm dải tần số thấp), phương pháp đo sóng điện từ sóng âm sử dụng đặc biệt hiệu thực tế cảm biến có khả đo dải tần cao mức nhiễu Các phương pháp có đặc tính đo tốt nhờ có hệ số nhiễu tín hiệu nên thích hợp sử dụng để đo trường mang điện, nơi bị ảnh hưởng mạnh nhiễu đến tín hiệu đo Hai phương pháp đo sóng điện từ sóng âm sử dụng rộng rãi chúng dễ sử dụng áp dụng cho thiết bị Vì phần lớn nhiễu đo PD on-line trường nằm dải tần số thấp nên việc đo dải tần cao cách sử dụng cảm biến HF/VHF/UHF cho kết tốt hệ số nhiễu tín hiệu Do đó, phương pháp đo PD phi truyền thống sử dụng rộng rãi Ưu điểm: Linh hoạt, bị ảnh hưởng nhiễu, thực trường, đo online nên không gây gián đoạn cung cấp điện Nhược điểm: Phương pháp đo phụ thuộc vào thiết bị thử khác nhau, hệ thống đo PD tất thiết bị điện cao áp cần nhiều dạng cảm biến công cụ phần mềm phức tạp hỗ trợ phân tích đánh giá so với phương pháp truyền thống Ngoài ra, đo PD on-line, vấn đề hiệu chuẩn đánh giá biên độ đại lượng PD khơng thực nên việc đánh giá đưa định xử lý phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm, lực nhà sản xuất thiết bị Đối với loại mẫu thử khác nhau, cần sử dụng loại cảm biến khác phù hợp với đặc tính thiết bị 2.2.3 Phương pháp thử nghiệm tổng hợp sau lắp đặt: Xu giới sử dụng thiết bị thử nghiệm tổng hợp như: a Thử nghiệm điện cao áp ACR (sử dụng hệ thống thử nghiệm điện áp AC tăng cao kiểu cộng hưởng biến tần kết hợp đo PD offline tuyến cáp ngắn mà công suất hệ thống thử nghiệm đáp ứng được); b Thử nghiệm cao áp tần số thấp (VLF) cáp ngầm trung áp thay cho thử nghiệm DC kết hợp đo tanδ; c Đo PD online tuyến cáp có chiều dài lớn mà cơng suất hệ thống thử nghiệm không đáp ứng Với thử nghiệm tổng hợp đánh giá tổng thể chất lượng hệ thống cáp cao áp vận hành 2.3 Nguyên lý 2.3.1 Phương pháp đo PD theo tiêu chuẩn TCVN 11472:2016 (IEC 60270:2015) - Đo xung dịng xuất q trình phóng điện cục - Các xung dịng phóng điện cục nói cáp lực, hệ thống GIS có chu kỳ nhỏ 1µs Tín hiệu PD thu thông qua hộp nối cáp đầu cáp, mặt bích khớp nối hệ thống GIS - Phương pháp đo điện tích biểu kiến với giá trị xác định pC - Phương pháp áp dụng cho thí nghiệm xuất xưởng thiết bị cao áp theo dõi PD định kỳ để xem xét xu hướng, tốc độ phát triển PD 2.3.2 Phương pháp đo PD sóng âm (PD Acoustic) - Hiện tượng PD sinh sóng âm với biên độ bé tần số cao Các sóng âm truyền qua vật liệu cách điện truyền tới vỏ cáp mặt bích (GIS) đến sensor bố trí thích hợp Bằng việc di chuyển vị trí sensor kết nối với máy định vị PD Acoustic định vị tương đối xác điểm phát sinh phóng điện cục bên cáp GIS; - Ngoài ra, sóng âm truyền tới vỏ qua đường nối đất vỏ thiết bị đến biến dòng cao tần bố trí dây nối đất; - Phương pháp đo độ lớn PD với giá trị xác định mV 2.3.3 Phương pháp đo PD UHF - Hiện tượng PD sinh sóng siêu cao tần (UHF); - Sử dụng cảm biến siêu cao tần (UHF sensor) gắn vào hộp nối cáp mặt bích khớp nối (GIS) để lấy tín hiệu PD trình đo; - Phương pháp đo độ lớn PD với giá trị xác định mV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu giúp cho đơn vị quản lý vận hành có thêm giải pháp chẩn đốn hư hỏng tiềm ẩn bên cáp lực hệ thống GIS để từ đưa định xác, chủ động lập kế hoạch đề phương án thích hợp nhằm giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện tiến hành sửa chữa thiết bị Ứng dụng công nghệ phương pháp đo PD đem lại hiệu cao công tác quản lý vận hành cáp lực hệ thống GIS Vì vậy, với việc có thêm phương pháp chẩn đoán khuyết tật cáp lực hệ thống GIS, ngành điện nên xem xét cần phải có thêm quy định cơng tác thí nghiệm định kỳ thiết bị điện cao áp nói chung cáp lực hệ thống GIS nói riêng sử dụng phương pháp đo PD online Từ có chương trình quản lý liệu thí nghiệm tuyến cáp lực hệ thống GIS, dùng để so sánh theo dõi xu hướng tốc độ phát triển PD cáp lực hệ thống GIS Ngoài ra, với việc tập hợp liên tục kết đánh giá PD cho cáp lực hệ thống GIS góp phần đưa sớm cảnh báo tiềm ẩn xảy thiết bị Các đơn vị vận hành hệ thống điện nên kết hợp với đơn vị nghiên cứu đánh giá tình trạng cách điện cáp lực hệ thống GIS qua đào tạo thử nghiệm với trang thiết bị đại, đơn vị quản lý vận hành chưa đủ điều kiện lắp đặt sensor thiết bị điện để giám sát online đo PD trình vận hành TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hợp phần I: Quy hoạch phát triển hệ thống điện 110kV Quy hoạch phát triển điện lực thành phố Hà Nội giai đoạn 2016-2025 có xét đến năm 2035 Viện Năng lược – Bộ Công Thương: 2016 [2] Hợp phần I: Quy hoạch phát triển hệ thống điện 110kV Quy hoạch phát triển điện lực thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2016-2025 có xét đến năm 2035 Viện Năng lược – Bộ Công Thương: 2017 [3] TCVN 11472:2016 (IEC 60270:2015) - Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao - phép đo phóng điện cục (High-voltage test techniques - Partial discharge measurements) [4] TCVN 10893-3:2015 (IEC 60885-3:2015)- Phương pháp thử nghiệm điện cáp điện - Phần 3: Phương pháp thử nghiệm dùng cho phép đo phóng điện cục đoạn cáp điện dạng đùn [5] TCVN-12226-2018 (IEC 60840-2011) – Cáp điện lực có cách điện dạng đùn phụ kiện cáp dùng cho điện áp danh định lớn 30kV (Um=36kV) đến 150kV (Um = 170 kV) - phương pháp yêu cầu thử nghiệm [6] TCVN 12227:2018 (IEC 62067:2011) - Cáp điện lực có cách điện dạng đùn phụ kiện cáp dùng cho điện áp danh định lớn 150 kV (Um = 170 kV) đến 500 kv (Um = 550 kV) - Phương pháp yêu cầu thử nghiệm [7] IEC 62271-103 (Gas-insulated metal-enclosed swithgear for rated voltages above 52kV) [8] TCVN 6099-1:2016 (IEC 60060-1:2010) kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao - Phần 1: định nghĩa chung yêu cầu thử nghiệm