Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN TRI KHÁNH PHƯƠNG PHÁP ĐO PD CHẨN ĐOÁN CÁP NGẦM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Ngọc Điều Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Nhật Nam Cán chấm nhận xét 2: TS Đinh Hoàng Bách Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 04 tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Nguyễn Văn Liêm Thư ký hội đồng: TS Lê Thị Tịnh Minh Ủy viên phản biện 1: TS Nguyễn Nhật Nam Ủy viên phản biện 2: TS Đinh Hoàng Bách Ủy viên hội đồng: PGS.TS Vũ Phan Tú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng khoa Quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Tri Khánh MSHV: 1770348 Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1994 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − − − − Giới thiệu cấu trúc cáp ngầm khái niệm phóng điện cục Tìm hiểu phương pháp đo phóng điện cục cáp ngầm So sánh phóng điện cục Offline Online; phương pháp truyền thống phi truyền thống Tìm hiểu số thiết bị đo phóng điện cục thực tế phân tích, so sánh III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Võ Ngọc Điều TP HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cô khoa Điện – Điện tử trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập trường Đặc biệt, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều, thầy tận tình hướng dẫn em suốt trình thực Luận văn Thạc sĩ Thầy chỉ thiếu sót bở sung kiến thức thực tế giúp em hoàn thành Luận văn Cuối cùng, em kính chúc quý Thầy Cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Em xin chân thành cảm ơn Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh TÓM TẮT LUẬN VĂN (ABSTRACT) 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 hết sức quan trọng Để đạt điều này, sửa chữa bảo dưỡng theo điều kiện (CBM) giải pháp tối ưu để giảm chi phí thời gian bảo trì Đối với CBM, phóng điện cục (PD) công cụ hiệu để đánh giá tình trạng cách điện Luận văn tập trung vào phương pháp đo PD cáp ngầm, giúp người hiểu rõ phương pháp đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270 (phương pháp truyền thống) không theo tiêu chuẩn (phương pháp phi truyền thống), với nguồn điện khác (VLF, DAC, cộng hưởng…) Từ đó, có nhìn tởng quan PD cáp, đánh giá tình trạng cách điện cáp, đưa giải pháp vận hành hiệu quả, giảm thiểu tối đa cố cáp ngầm… The Ho Chi Minh City Electricity Grid is one of the most modern, diverse and highly concentrated power systems in the country Nowadays it becomes more and more important to operate the electricity grid efficiently To achieve this, condition based maintenance (CBM) is a good way to reduce maintenance time and costs For CBM, partial discharge (PD) is an important tool to indicate insulation conditions This thesis focuses on PD measurement in power cables, helping people to understand the methods of measuring PD according to standard IEC 60270 (conventional measurement) and non-standard (unconventional measurement) with different power sources (VLF, DAC, resonance…) From there, we will have on overview of the PD in the cable, assess the insulation condition of the cable, offer effective operating solutions, minimize cable faults… Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng em hướng dẫn khoa học thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều Các nội dung nghiên cứu, kết luận văn trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu luận văn phục vụ việc phân tích, nhận xét đánh giá em thu thập từ nguồn khác nhau, có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận nào, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Học viên Nguyễn Tri Khánh Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN LỜI CAM ĐOAN .7 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 12 DANH MỤC BẢNG BIỂU 13 DANH MỤC HÌNH VẼ 14 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG .17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM .19 2.1 Cấu tạo cáp ngầm 19 2.1.1 Lõi dẫn 20 2.1.2 Bán dẫn 20 2.1.3 Lớp cách điện 21 2.1.4 Bán dẫn 21 2.1.5 Màn chắn .21 2.1.6 Vỏ cáp 22 2.2 Phụ kiện cáp ngầm 22 2.2.1 Hộp đầu cáp ngầm .22 2.2.2 Hộp nối cáp ngầm 24 2.3 Sự cố cáp ngầm 24 2.3.1 Tình hình cố .24 2.3.2 Một số nguyên nhân 24 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ CÁP NGẦM 26 3.1 Khái niệm 26 Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 3.2 Cơ chế PD 26 3.3 Các loại PD 27 3.3.1 Phóng điện bên 27 3.3.2 Phóng điện bề mặt 28 3.3.3 Phóng điện Corona 28 3.4 Đặc tính xung PD 29 3.5 Điện áp khởi đầu kết thúc .29 3.6 Mơ hình hóa PD 30 3.7 Đặc tính lan truyền xung PD cáp ngầm 32 3.7.1 Vận tốc truyền .33 3.7.2 Suy hao biến dạng 34 3.7.3 Tổng trở đặc tính (Tởng trở đo) 37 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT ĐO PD CÁP NGẦM 39 4.1 Đo lường Offline .39 4.1.1 Nguồn điện VLF 39 4.1.2 Nguồn điện cộng hưởng 41 4.1.3 Nguồn điện xoay chiều tắt dần DAC 43 4.2 Đo lường Online 45 4.2.1 Giới thiệu 45 4.2.2 Nguyên lý 45 4.3 Cảm biến đo .47 4.3.1 HVCC 47 4.3.2 HFCT 48 4.3.3 TEV .49 Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 10 4.4 Một số công nghệ đo PD 50 4.4.1 Định vị cố 50 4.4.2 Biến đổi miền tần số FFT 53 4.4.3 Phân tích PD mẫu (PD Pattern) 55 4.4.4 Phương pháp đo miền tần số trung tâm (3FREQ/ 3CFRD) .56 4.4.5 Nhận diện dạng xung PD 58 CHƯƠNG Phương pháp truyền thống phi truyền thống 60 5.1 Phương pháp truyền thống 60 5.1.1 Nguyên lý chung 60 5.1.2 Băng thông 62 5.1.3 Tụ coupling (HVCC) 64 5.2 Phương pháp phi truyền thống 65 5.2.1 Giới thiệu chung 65 5.2.2 Một số phương pháp xác định điện tích 66 5.3 So sánh .67 CHƯƠNG ỨNG DỤNG THỰC TẾ 69 6.1 Thử nghiệm Offline 69 6.1.1 Cáp ngầm trung (MV) .69 6.1.2 Cáp ngầm cao (HV) 76 6.2 Thử nghiệm Online 80 6.2.1 Giới thiệu chung 80 6.2.2 Kết thử nghiệm thực tế 81 6.3 Kết luận .86 CHƯƠNG KẾT LUẬN .88 Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty 3M: “Đào tạo cáp ngầm trung thế”, Việt Nam, 2013 [2] L.W van Veen “Comparision of measurement methods for partial discharge measurement in power cables,” University thesis, Delft University of Technology, Netherlands, 2014 [3] IEC 60270, “High-voltage test techniques – Partial discharge measurements”, 2015, Edition 3.1 [4] Omicron electronics GmbH: “PD Workshop – Asia Pacific 2016”, Indonesia, 2016 [5] Riccardo Bodega et al “PD Recurrence in Cavities at Different Energizing Methods,” IEEE Transactions on instrumentation and measurement, Vol 53, No 2, Apr 2004 [6] Haefely Hipotronics Inc: “TDR Fault Locationg Techniques”, 2019 [7] HVPD Inc: “Technical Document for HV & EHV Cable Sealing Online PD Testing”, 2019 [8] A Eigner and K Rethmeier, “An Overview on the Current Status of Partial Discharge Measurements on AC High Voltage Cable Accessories,” IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol 32, No 2, Apr 2016 [9] X Peng et al “Application of K-Means Method to Pattern Recognition in On-line Cable Partial Discharge Monitoring,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol 20, No 3, Jun 2013 [10] M Krueger et al “Partial Discharge Measurement on HVDC Components and Installations,” 2013 [11] K Rethmeier et al “Experiences in On-site Partial Discharge Measurements and Prospects for PD Monitoring,” presented at International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Beijing, China, Apr 2008 [12] A Kraetge et al “Advanced possibilities of synchronous conventional and UHF PD measurements for effective noise suppression,” 2010 Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 91 Phụ lục A Một số loại chắn phụ kiện cáp ngầm Hình A - Màn chắn băng đồng (trái) chắn sợi đồng (phải) cáp ngầm MV Hình A - Màn chắn vỏ nhơm gợn sóng cáp ngầm HV Hình A - Màn chắn vỏ chì cáp ngầm HV Phương pháp đo PD chẩn đốn cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 92 Hình A - Màn chắn sợi đồng cáp ngầm HV Hình A - Màn chắn vỏ nhơm cáp ngầm HV Hình A - Hộp đầu cáp ngầm HV cách điện sứ Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 93 Hình A - Hộp đầu cáp ngầm HV cách điện Composite Hình A - Hộp đầu cáp ngầm HV GIS Máy biến áp Hình A - Hộp nối cáp ngầm HV Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 94 Phụ lục B Một số nguyên nhân cố cáp ngầm trung Hình B - Cắt phạm vào cách điện cắt bán dẫn khơng [1] Hình B - Dũa phạm vào cách điện [1] Hình B - Lắp đặt sai hướng dẫn [1] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 95 Hình B - Khơng gắn ống điều áp [1] Hình B - Khị nhiệt khơng đều, có bọt khí [1] Hình B - Khơng lột lớp băng đồng [1] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 96 Phụ lục C Hình ảnh thử nghiệm PD cáp 110kV Hình C - Lắp đặt hệ thống HVFS thử cáp 110kV trạm Quận Hình C - Thử nghiệm PD cáp 110kV trạm Quận đầu cáp Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 97 Hình C - Lắp đặt hệ thống HVFS thử cáp 110kV Liên Trì – Đà Nẵng Hình C - Thử nghiệm PD cáp 110kV Liên Trì – Đà Nẵng linkbox Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 98 Phụ lục D Một số dạng PD mẫu D.1 Corona Hình D - Corona [4] Hình D - Corona với tín hiệu phản hồi tồn [4] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 99 Nhận dạng phân biệt: − Quá trình hình thành (khơng áp dụng với PD Online): Xuất chu kỳ âm điện áp Corona bề mặt cao áp (đầu cáp), xuất chu kỳ dương điện áp Corona vỏ cáp − Khơng có thay đởi biên độ (q lớn) tăng điện áp thử nghiệm (không áp dụng với PD Online) − Nếu Corana xuất chu kỳ điện áp, chúng có biên độ khác lệch 1800 − D.2 Có thể xảy phản hồi tồn cáp ngắn (Hình D-2) Phóng điện bề mặt Hình D - Phóng điện bề mặt [4] Nhận dạng phân biệt: − Xuất đám mây (thường đồng dạng kích thước hình dạng) lệch pha 1800 − Các đám mây xuất chu kỳ điện áp, thường vùng (0900) vùng bốn (180-2700) Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 100 − Đôi khi, đám mây có biên độ lớn hơn, mật độ tập trung PD lại thấp xung còn lại D.3 Phóng điện bên Hình D - Phóng điện bên [4] Hình D - Sự phát triển phóng điện bên theo thời gian (1-2-3) phút [4] Nhận dạng phân biệt: − Mẫu phóng điện ln ln xuất xung quanh vùng điện áp qua điểm không (zero-crossing) điện áp thử nghiệm − Có tăng biên độ đám mây thì tăng điện áp thử nghiệm (không áp dụng với đo PD Online) − Mẫu dạng bánh bao (dumpling) xuất chu kỳ với biên độ tương đương Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 101 D.3 Phóng điện Floating phóng điện tiếp xúc Hình D - Phóng điện Floating [4] Hình D - Phóng điện tiếp xúc (Contact) [4] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 102 Nhận dạng phân biệt: − Đều xuất gần vùng điện áp qua điểm không (zero-crossing) điện áp thử nghiệm − Phóng điện Floating có tốc độ lặp lại thấp phóng điện tiếp xúc − Phóng điện tiếp xúc sau khoảng thời gian, còn phóng điện Floating khơng D.4 Một số loại PD khác Hình D - Phóng điện cắt phạm lớp bán dẫn ngồi – khơng có tiếp địa [4] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 103 Hình D - Phóng điện cắt phạm lớp bán dẫn ngồi –có tiếp địa [4] Hình D - 10 Phóng điện vỏ cáp bị trầy hoặc cắt [4] Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 104 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Bản thân Họ tên: Nguyễn Tri Khánh Ngày, tháng, năm sinh: 06/01/1994 Nơi sinh: Kiên Giang Địa chỉ liên lạc: 71/23 đường số 4, phường 16, quận Gị Vấp, Tp.HCM Q trình đào tạo Loại hình Ngành học Trường đào tạo Từ tháng 08 năm 2012 Chính quy Điện – Điện tử Trường Đại học đến tháng 04 năm 2017 Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Từ tháng 08 năm 2017 Chính quy Kỹ thuật Điện Trường Đại học đến Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Thời gian đào tạo ĐẠI HỌC CAO HỌC Quá trình cơng tác Thời gian Từ tháng 06 năm 2017 đến Nơi làm việc Cơng ty Thí nghiệm Điện lực TP.HCM Phương pháp đo PD chẩn đoán cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh ... Online cáp Phương pháp đo PD chẩn đo? ?n cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 18 ngầm trung cao Đồng thời, luận văn trình bày so sánh phương pháp đo PD truyền thống (theo tiêu chuẩn IEC 60270) phương pháp đo PD. .. (transponder) Cả phương pháp định vị cố trình bày phần 4.4.1 Phương pháp đo PD chẩn đo? ?n cáp ngầm Nguyễn Tri Khánh 46 4.2.2.2 Đo lường hai đầu Có phương pháp đo: Phương pháp - Sử dụng thiết bị đo (Hình... Do đó, xung PD thường lan truyền khoảng cách trước đến hệ thống đo Vì vậy, việc hiểu rõ đặc tính lan truyền xung cáp ngầm hữu ích đo PD cáp ngầm Phương pháp đo PD chẩn đo? ?n cáp ngầm Nguyễn