Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thử nghiệm điện áp xung và điện áp xoay chiều tăng cao trong đánh giá tình trạng cách điện của chuỗi cách điện treo trên lưới truyền tải hệ thống điện Việt Nam

Định hướng để đất nước phát triển đi lên luôn là vấn đề quan trọng trongthời kỳ hiện nay của nước ta. Phát triển đất nước gắn liền với đầu tư và pháttriển các ngành công nghiệp, và ngành công nghiệp đầu tiên là các ngànhcông nghiệp năng lượng đặc biệt là điện năng. Tập đoàn điện lực nước ta biếtđược nhiệm vụ quan trọng của mình nên không ngừng tìm kiếm ra phươngthức để phát triển ngành công nhiệp này. Với tình hình đó tập đoàn luôn luôntìm kiếm thăm dò những nguồn năng lượng có thể tái tạo được và tập đoàntập trung khai thác nguồn năng lượng thủy năng của nước ta. Qua quá trìnhnghiên cứu khảo sát tập đoàn đã lựa chọn Sơn La để xây dựng thủy điện lớnnhất Đông Nam Á với nguồn thủy năng lấy trên con sông Đà. Trong nhà máysản xuất điện máy phát là phần tử không thể thiếu và bộ phận đóng vai tròquan trọng là hệ thống kích từ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuậtvà các thiết bị điện thì hệ thống kích từ không ngừng cải tiến công nghệ vàphát triển. Qua quá trình làm việc tìm hiểu nắm bắt công nghệ với hệ thốngkích từ tôi thấy cần nắm bắt công nghệ mới này để vận hành sửa chữa và cóthể ứng dụng để cải tạo các hệ thống kích từ công nghệ cũ ở các nhà máykhác và tạo điều kiện trong tương lai làm tiền đề để các nhà máy phát điện cóthể ứng dụng công nghệ ổn định hệ thống điện PSS trong hệ hệ thống kích từvào trong hệ thống điện. Đồng thời đây cũng là một tài liệu thực tiễn cho cácsinh viên, học viên tham khảo

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU TĂNG CAO TRONG ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA CHUỖI CÁCH ĐIỆN TREO TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Nghiên cứu ứng dụng hệ thống thử nghiệm điện áp xung điện áp xoay chiều tăng cao đánh giá tình trạng cách điện chuỗi cách điện treo lưới truyền tải hệ thống điện Việt Nam STUDY ON THE APPLICATION OF IMPULSE VOLTAGE AND AC VOLTAGE TESTING SYSTEMS TO EVALUATE THE INSULATION CHARACTERISTICS OF INSULATOR STRINGS ON THE POWER TRANSMISSION LINE OF VIETNAM Người thực hiện: ThS Lê Cơng Doanh nhóm nghiên cứu viên HVLAB Key words: Cách điện treo/Insulator Strings; Điện áp xung/Impulse Voltage; Điện áp xoay chiều/AC Voltage I Mở đầu Phòng Thí nghiệm trọng điểm điện cao áp, nhà nước đầu tư theo chương trình xây dựng hệ thống phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia với thiết bị thử nghiệm tiên tiến hệ thống xung điện áp, xung dòng, thử điện áp xoay chiều tăng cao AC chỗ trường; thiết bị đo thơng số điện mơi, phóng điện cục bộ, buồng mơi trường đến đưa vào vận hành phục vụ công tác nghiên cứu khoa học công nghệ cung cấp dịch vụ thử nghiệm đánh giá chất lượng thiết bị ngành điện Cách điện treo hệ thống lưới điện truyền tải đóng vai trò quan trọng việc đảm bảo công tác truyền tải điện cách tin cậy hiệu Hiện tại, cách điện treo vật liệu composite (silicone) cách điện thủy tinh sử dụng rộng rãi lưới điện truyền tải Việt Nam giới, loại cách điện composite đánh giá có số ưu điểm so với cách điện thủy tinh trọng lượng nhẹ, độ bền tỷ lệ trọng lượng cao hơn, có khả cách điện tốt môi trường ô nhiễm nặng điều kiện ẩm ướt Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu nhằm mục đích đánh giá đặc tính cách điện cách điện treo vận hành mơi trường khí hậu nhiệt đới Việt Nam làm sở để đề xuất triển khai sử dụng dạng cách điện treo cho phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu tự nhiên điều kiện vận hành lưới điện truyền tải Việt Nam Ngoài ra, thiết bị điện nhập có cách điện treo thường kiểm tra xuất xưởng, cần thí nghiệm điển hình trước lắp đặt Trên sở đưa khuyến cáo phù hợp với ngành điện sử dụng loại cách điện khác vận hành hệ thống điện quản lý đầu tư xây dựng đường dây trạm thuộc hệ thống điện Việt Nam II Khảo sát thu thập mẫu phương pháp thử nghiệm cách điện treo sử dụng hệ thống thử nghiệm điện áp xung điện áp xoay chiều a) Về khảo sát thu thập mẫu thử nghiệm Địa điểm khảo sát: nơi khảo sát trạng vận hành chuỗi cách điện treo đường dây tải điện số tuyến đường dây truyền tải điện thuộc công ty truyền tải điện I với cách điện treo composite cách điện treo thủy tinh Tại đây, số chuỗi cách điện composite thủy tinh vận hành tháo xuống để thực cơng tác thí nghiệm (lấy số liệu làm kết thử nghiệm) Ngoài ra, tuyến đường dây 220kV Cầu Bơng - Hóc mơn Truyền tải điện IV khảo sát cách điện treo với mục tiêu đánh giá chung trạng sử dụng Một số mẫu cách điện treo composite nhập lấy từ kho vật liệu để tiến hành thử nghiệm đánh giá đặc tính cách điện Như vậy, đối tượng để tiến hành thử nghiệm hệ thống thiết bị thử nghiệm điện áp xung xoay chiều là: cách điện composite 220 kV 500kV; chuỗi bát thủy tinh cách điện 220kV 500kV Các chuỗi cách điện thủy tinh composite có trạng thái trước thử nghiệm: xuất xưởng lấy từ kho bảo quản, làm việc đường dây tháo xuống để thử nghiệm, cách điện đánh giá bị lỗi, không đảm bảo điều kiện lắp lưới điện Cụ thể sau: + Chuỗi cách điện lưới truyền tải điện I: bao gồm chuỗi làm việc có bề mặt bụi bẩn màu khói đen, khơng đều, lớp bụi bẩn có độ dày khoảng 0,1 mm – 0,2mm + Chuỗi cách điện tuyến đường dây 220 kV Cầu Bơng - Hóc Mơn: Cách điện lưu trữ kho thời gian dài (1-2 năm) qua cơng tác mua sắm đấu thầu, có biểu nấm mốc + Chuỗi cách điện nhập khẩu: thời gian lưu kho ngắn (nhỏ tháng) chưa bị nấm mốc b) Về phương pháp tiến hành phân tích thử nghiệm Với quy cách lấy mẫu mô tả trên, tổng số mẫu (chuỗi cách điện) thu thập 24 mẫu, đó: + 04 mẫu chuỗi cách điện silicone 500KV thuộc tuyến đường dây Công ty truyền tải điện quản lý có 03 mẫu làm việc lưới, 01 mẫu + 06 mẫu làm việc lưới: gồm 04 mẫu chuỗi silicone 220 kV; 01 chuỗi thủy tinh 500 kV 01 chuỗi thủy tinh 220 KV + 14 mẫu chuỗi cách điện gồm lưu kho thời gian dài Các mẫu nói thử nghiệm với xung điện áp dạng xung sét toàn phần hệ thống thử nghiệm điện áp xung với điện áp xoay chiều tăng cao hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều (AC) theo tiêu chuẩn IEC 61109, IEC 60060-1; IEC 383-1,2 Quy trình thử nghiệm tuân thủ theo quy trình thử nghiệm Phòng thí nghiệm, thử ướt, thử khơ, thử phá hủy không theo tiêu chuẩn để so sánh cách điện cũ vận hành nhằm đánh giá ảnh hưởng môi trường nhiễm bẩn cách điện Hình 1: Chuẩn bị thử nghiệm với mẫu chuỗi cách điện silicone a) Hình 2: a) Thử nghiệm xung sét chuỗi cách điện, cao tần số công nghiệp b) b) Thử nghiệm xoay chiều tăng III Kết thử nghiệm phân tích đánh giá a) Kết thử nghiệm Bảng 1: Chuỗi cách điện Silicone 500kV Vị trí lắp đặt: vị trí 285, 292 lưới 500kV thuộc Công ty truyền tải điện – NPT PTC1 Stt Đối tượng TN Mẫu 01 (vị trí 285) Mẫu 02 (vị trí 292) 10 Mẫu 03 (bị rách) 11 12 13 14 Mẫu 04 (mẫu mới) 15 16 Hạng mục thử nghiệm Tình trạng mẫu Điều kiện thử Nguyên trạng Thử khô Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô Thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) Nguyên trạng Thử ướt Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt Thử nghiệm xung sét 1,2/50µs Nguyên trạng Thử khô Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô Thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) Nguyên trạng Thử ướt Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt Nguyên trạng Thử khô Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô Thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) Nguyên trạng Thử ướt Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt Thử nghiệm xung sét 1,2/50µs Ngun trạng Thử khơ Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô Thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) Nguyên trạng Thử ướt Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt Thử nghiệm xung sét 1,2/50µs Thử nghiệm xung sét 1,2/50µs Điện áp thử (kV) Kết TN ĐẠT +2315 ĐẠT 843 KHÔNG ĐẠT 887 KHÔNG ĐẠT ĐẠT +2315 ĐẠT 831 KHÔNG ĐẠT 892 KHÔNG ĐẠT ĐẠT +2315 ĐẠT 840 KHÔNG ĐẠT 879 KHÔNG ĐẠT ĐẠT +2315 ĐẠT 940 ĐẠT 940 ĐẠT Bảng 2: Chuỗi cách điện composite 220kV; chuỗi cách điện thủy tinh 220-500kV Bảng 2A: Vị trí lắp đặt: thuộc Cơng ty truyền tải điện – NPT PTC1 Stt Tên mẫu Mã hóa mẫu Chuỗi cách điện Rubber 220kV (7 chuỗi đỡ pha A – phía – vị trí 58 ĐZ-220kV Hủa Na – Bỉm Sơn – 271,273 A9.25 – 272 E9.20) Mẫu 01 Chuỗi cách điện Composite 220kV (Pha B vị trí 124 ĐZ 220kV Thanh Mẫu 02 Hóa – Vinh, mạch – pha khơng bị cố) Chuỗi cách điện Silicone 220kV (Sự cố Pha A, vị trí 124 ĐZ 220kV Thanh Hóa – Vinh, mạch 2) Mẫu 03 Chuỗi cách điện Silicone 220kV (Sự cố Pha C, vị trí 124 ĐZ 220kV Thanh Hóa – Vinh, mạch 2) Mẫu 04 Chuỗi cách điện thủy tinh 220kV Mẫu 05 Chuỗi cách điện thủy tinh 500kV Mẫu 06 Bảng 2B: Kết thử nghiệm Stt Đối tượng TN Hạng mục thử nghiệm Xung điện áp (xung sét 1,2/50µs) Mẫu 01 TN điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) Xung điện áp 10 (xung sét 1,2/50µs) 11 12 13 Mẫu 02 TN điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) 14 15 16 17 18 19 Xung điện áp Mẫu 03 20 21 22 (xung sét 1,2/50µs) Tình trạng mẫu Điều kiện thử Ngun trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt Điện áp thử Kết TN (kV) ĐẠT ĐẠT UTN=1050 Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt ĐẠT Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt ĐẠT Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt ĐẠT ĐẠT UTN=460 ĐẠT ĐẠT ĐẠT ĐẠT UTN=1050 Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt ĐẠT Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt ĐẠT Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt ĐẠT ĐẠT UTN=465 ĐẠT ĐẠT Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt UTN=1050 Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) UTN=1575 (1) ĐẠT ĐẠT KHÔNG ĐẠT Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt ĐẠT UTN=1050 ĐẠT ĐẠT 23 TN điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) 24 25 26 27 29 Xung điện áp (xung sét 1,2/50µs) 30 Mẫu 04 31 32 33 TN điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) 34 35 36 37 Xung điện áp 38 (xung sét 1,2/50µs) 39 41 Sau lau rửa, vệ Thử khô sinh Thử ướt Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) 28 40 Nguyên trạng (bụi Thử khô bẩn, không vệ sinh) Thử ướt Mẫu 05 TN điện áp xoay chiều tăng cao (thử AC) 42 43 44 Thử khô Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) Thử khô Xung điện áp 47 Mẫu 06 (xung sét 1,2/50µs) 49 50 51 TN điện áp ĐẠT ĐẠT ĐẠT UTN=1050 ĐẠT UTN=1575 (1) KHÔNG ĐẠT ĐẠT UTN=1050 Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT UTN=465 Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT UTN=1050 Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) Thử khô ĐẠT Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) ĐẠT UTN=460 Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT Thử khô 46 ĐẠT UTN=465 Thử ướt Nguyên trạng (bụi bẩn, không vệ sinh) 45 48 Thử khô ĐẠT ĐẠT UTN=1550 Thử ướt Thử khơ ĐẠT KHƠNG ĐẠT UTN=2025 (2) UTN=1550 Sau lau rửa, vệ sinh Thử khô Nguyên trạng Thử khô Thử ướt ĐẠT ĐẠT UTN=1550 ĐẠT UTN=670 ĐẠT 52 53 xoay chiều tăng cao (thử AC) 54 (bụi bẩn, không vệ sinh) Sau lau rửa, vệ sinh Thử ướt ĐẠT Thử khô ĐẠT Thử ướt ĐẠT (1) : Thử nghiệm dạng phá hủy (không theo tiêu chuẩn) (2) : Thử nghiệm theo thông số xuất xưởng nhà sản xuất b) Phân tích kết đánh giá Vì có hạn chế thu thập số lượng lớn chuỗi cách điện vận hành, bước đầu nghiên cứu đề tài đem lại kết nhận định, đánh giá trực quan qua đường đặc tính dòng áp so sánh kết thử nghiệm Để đánh giá hiệu vận hành chuỗi cách điện cách tổng thể cần có thời gian phối hợp Cơng ty truyền tải điện việc mong muốn đánh giá tìm ngun nhân lỗi tồn lưới truyền tải với tổ chức nghiên cứu khoa học công nghệ ngành điện, đặc biệt cách điện composite cấp điện áp từ 220kV-500kV Đối với nhiệm vụ nghiên cứu khoa học cụ thể này, qua việc thử nghiệm đánh giá số kết sau: + Đối với cách điện lưu kho thời gian dài (vài tháng, vài năm…) môi trường nhiệt đới Việt Nam, cần đem thử nghiệm mẫu để xác định khả bị hư hỏng Kết thử nghiệm cho thấy nguyên nhân nấm mốc: tiến hành thử nghiệm với mẫu tuyến Cầu Bơng – Hóc Mơn cho thấy bề mặt cách điện có nấm mốc màu trắng đục, chiều dày khoảng 0,1-0,4 mm toàn tán cách điện silicone 220 kV; nhiên trình thử nghiệm xung sét AC với vật mẫu sau lau cồn cho thấy đảm bảo không xảy tượng phóng điện Điều chứng tỏ vật liệu sản xuất hãng sản xuất cách điện cung cấp chuỗi cách điện composite đảm bảo tiêu chuẩn chế tạo để lâu kho đảm bảo tiêu kỹ thuật Tuy vậy, cần thời gian vận hành lâu dài để đánh giá xác cần thêm số thử nghiệm sinh hóa để biết thành phần gây nấm mốc trắng tán cách điện, thử nghiệm ứng suất khí để kiểm tra độ cứng ăn mòn phụ kiên chuỗi, để phòng ngừa việc lưu kho với cách điện dự phòng sau + Đối với cách điện vận hành thuộc Công ty Truyền tải điện 1: số chuỗi cách điện 220kV thu thập trình vận hành (khoảng năm) cho thấy với chuỗi cách điện nguyên chuỗi có (01) đến hai tán (02) bị rách nhẹ (nguyên nhân chưa xác định), trình thử nghiệm với hạng mục xung sét khơng gây phóng điện thử phá hủy AC gây phóng điện (đặc tính thử nghiệm bị bóp méo đầu cuối), điều chứng tỏ cách điện làm việc tuổi thọ độ tin cậy bị suy giảm nhanh, tiếp tục lắp đặt để làm việc cần theo dõi tập trung định kỳ Khuyến cáo nên thay chuỗi cách điện để đảm bảo vận hành tin cậy lâu dài Với số chuỗi cách điện silicone 220kV (thuộc cố pha A - bảng tổng hợp 02) không đạt yêu cầu thử nghiệm với xung sét Các mẫu thu thập giữ nguyên trạng bụi bẩn chưa vệ sinh, chứng tỏ môi trường đường dây vận hành qua khu vực có nhiều bụi bẩn nhà máy xi măng, cơng nghiệp ngun nhân gây phóng điện Với tuyến đường dây cần theo dõi thử nghiệm thường xuyên với số lượng cách điện lớn để đánh giá xác nguyên nhân + Một số mẫu nhập kiểm tra thử nghiệm đạt, chứng tỏ hãng cung cấp đảm bảo chất lượng quy cách Đây khuyến nghị ưu tiên việc lựa chọn hãng sản xuất chưa có điều kiện kiểm tra tất hãng nhập khẩu, chuỗi cách điện nhập cần đáp ứng môi trường vận hành khí hậu Việt Nam IV Kiến nghị Đối với đơn vị quản lý ngành điện chủ đầu tư trực tiếp nhập cần kiểm tra phép thử với cách điện treo (110 kV, 220kV, 500kV) phù hợp với môi trường nhiệt đới Việt Nam trước đưa vào lắp đặt vận hành lưới Với đơn vị vận hành lưới điện cần thường xuyên kiểm tra theo dõi theo phân công quản lý tuyến đường dây cao áp, thu thập thông tin điều kiện nhiễm bẩn khu vực để đề xuất định kỳ cắt điện, kiểm tra thay cách điện Từ đề xuất với đơn vị chủ quản lưới truyền tải khoanh vùng vận hành có chế đặc biệt giám sát (bằng người thiết bị giám sát đại) Giữa đơn vị vận hành quan nghiên cứu cần có phối hợp chặt chẽ để giải thích nguyên nhân cố báo cáo khoa học, dựa việc thử nghiệm đo lường, kết hợp xây dựng tiêu chuẩn hóa (TCVN) chuỗi cách điện treo vận hành lưới truyền tải Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Chiến lược phát triển TCT Truyền tải điện Quốc gia đến 2025 tầm nhìn 2030 Viện Năng lượng [2] Vũ Thanh Hải, “Nghiên cứu đánh giá đặc tính cách điện treo composite vận hành hệ thống điện Việt Nam”, Viện Năng lượng (2009) [3] G G Karady, M Shah, R L brown, “Flashover mechanism of silicone rubber insulators used for outdoor insulation – I,” IEEE Transactions on Power Delivery, v 10, No 4, pp 1965-1971, October 1995 [4] Multistress Aging of Polymeric Insulators in various Environmental Conditions, www.east.asu.edu/ctas/multistress/papers/nsf-2-5.pdf 10