Nghiên cứu giám sát phóng điện cục bộ trực tuyến đối với mba và cáp ngầm trên lưới điện tỉnh khánh hòa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO MINH KÍNH NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT PHĨNG ĐIỆN CỤC BỘ TRỰC TUYẾN ĐỐI VỚI MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁP NGẦM LƯỚI ĐIỆN TỈNH KHÁNH HÒA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 12 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀO MINH KÍNH NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRỰC TUYẾN ĐỐI VỚI MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁP NGẦM LƯỚI ĐIỆN TỈNH KHÁNH HÒA Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN ANH TUẤN Đà Nẵng - Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đào Minh Kính ii TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU GIÁM SÁT PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRỰC TUYẾN ĐỐI VỚI MBA VÀ CÁP NGẦM TRÊN LƯỚI ĐIỆN TỈNH KHÁNH HÒA Học viên: ĐÀO MINH KÍNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 - Khóa: 2016-2018 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, việc ứng dụng cơng nghệ thí nghiệm chẩn đốn cơng tác phịng ngừa cố ngành Điện lực dần trở thành xu giới, cho thấy hiệu ưu điểm vượt trội so với cơng tác thí nghiệm thơng thường Phương pháp thí nghiệm chẩn đốn cho phép đánh giá thiết bị cách chi tiết hơn, tổng quan tình trạng vận hành, giúp phát dị tìm điểm yếu để từ đề kế hoạch sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng hợp lý góp phần ngăn ngừa cố cách hiệu Để giảm suất cố, giảm điện, nâng cao độ tin cậy lưới điện, việc ứng dụng công nghệ thí nghiệm chẩn đốn cố mà điển hình đánh giá tình trạng phóng điện cục (PD) thiết bị điện cần thiết Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn việc giới thiệu tổng quan công nghệ đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270, ứng dụng công nghệ để đánh giá trạng cách điện cáp ngầm máy biến áp (MBA) nhằm ngăn ngừa cố Đề tài ứng dụng thực tế thiết bị công nghệ hãng OMICRON vào việc đo phân tích đánh giá PD MBA 110kV trạm biến áp 110kV Bình Tân lưới điện Cơng ty Cổ phần Điện lực Khánh hịa (KHPC) quản lý vận hành Từ khóa- Phóng điện cục (PD); IEC 60270; cáp ngầm; máy biến áp; KHPC RESEARCH MONITORING PARTIAL DISCHARGE ON-LINE (PD ONLINE) FOR UNDERGROUND CABLES AND TRANSFORMERS ON THE GRID KHANH HOA Abstract - Currently, the application of diagnostic testing technologies in the prevention of incidents in the electricity industry is gradually becoming a new trend in the world, showing the efficiency and advantages over the other, normal laboratory work The diagnostic test methodology will allow for a more detailed evaluation of the equipment, a more general overview of the operation status, the identification and detection of weaknesses, and a plan for repair, maintenance and maintain proper care contributes to preventing incidents effectively In order to reduce fault rates, reduce power failures, improve grid reliability, the use of diagnostic testing technologies that typically assess the partial discharge (PD) status of electrical equipment is very necessary The research scope of the topic is limited to the introduction of an overview of the PD measurement technology in accordance with IEC 60270, which uses this technology to assess the insulation status of underground cables and the transformers to prevent faults The topic of practical application of OMICRON technology equipment on measuring and analyzing PD of 110kV transformers at 110kV Binh Tan substation on the grid Khanh Hoa Power Joint Stock Company (KHPC) Keywords- Partial discharge (PD); IEC 60270; Underground cables; transformers; KHPC iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ PD VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO PD 1.1 LÝ THUYẾT VỀ PD 1.1.1 Khái niệm PD 1.1.2 Ảnh hưởng PD hệ thống cách điện 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO PD 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Hệ thống đo PD truyền thống (conventional) (IEC 60270) 1.2.3 Hệ thống đo PD phi truyền thống (unconventional) 12 1.2.4 Tương quan phương pháp truyền thống phi truyền thống 13 1.2.5 So sánh hệ thống đo PD On-line Off-line 14 1.3 XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ LỌC NHIỄU 15 1.3.1 Phát tín hiệu PD 15 1.3.2 Miền thời gian Miền tần số (Time domain vs Frequency domain)15 1.3.3 Quan sát dạng PD 17 1.3.4 Lọc nhiễu 22 1.3.5 Tóm tắt kết luận 22 CHƯƠNG GIÁM SÁT PD ĐỐI VỚI MBA VÀ CÁP NGẦM TRÊN HTĐ 24 2.1 MBA 24 2.1.1 MBA HTĐ 24 2.1.2 Các kiểu PD MBA 25 2.1.3 Các kỹ thuật chẩn đoán giám sát khác MBA 25 2.1.4 Theo dõi PD on-line MBA 27 2.1.5 Các thiết bị có để giám sát trực tuyến PD MBA 31 iv 2.1.6 Tóm tắt kết luận 32 2.2 CÁP NGẦM 33 2.2.1 Hệ thống cáp ngầm HTĐ 33 2.2.2 Các chế gây già hóa cách điện cáp ngầm 34 2.2.3 Các kiểu PD hệ thống cáp ngầm 36 2.2.4 Các kỹ thuật chẩn đoán giám sát cáp khác 36 2.2.5 Theo dõi PD trực tuyến cáp ngầm 40 2.2.6 Các thiết bị có sẵn để giám sát PD on-line cáp 41 2.2.7 Tóm tắt kết luận 42 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG MBA 110KV VÀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TẠI KHPC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO PD VÀ THIẾT BỊ HỖ TRỢ CỦA HÃNG OMICRON TRONG CHẨN ĐOÁN PD MBA 110KV TẠI TBA BÌNH TÂN THUỘC KHPC 43 3.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH MBA 110kV TẠI KHPC 43 3.1.1 Hiện trạng MBA 110kV KHPC 43 3.1.2 Những nguyên nhân gây hư hỏng MBA 43 3.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ TẠI KHPC 47 3.2.1 Hiện trạng sử dụng cáp ngầm trung KHPC 47 3.2.2 Các nguyên nhân gây hư hỏng cáp ngầm 49 3.2.3 Tóm tắt kết luận 49 3.3 PHÂN TÍCH PD MBA 110KV TẠI TBA BÌNH TÂN 49 3.3.1 Mục đích 50 3.3.2 Phương pháp 50 3.3.2.1 Phương pháp điện (Electrical) 50 3.3.2.2 Phương pháp âm (Acoustic) 50 3.3.3 Các thiết bị đo sử dụng 52 3.3.4 Sơ đồ đấu nối 52 3.3.5 Kết đo 53 3.3.6 Kết luận 57 3.4 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ MBA 110KV TẠI TBA BÌNH TÂN 58 3.4.1 Mục đích 58 3.4.2 Phương pháp 58 3.4.3 Các thiết bị đo sử dụng 58 3.4.4 Sơ đồ đấu nối 58 3.4.5 Kết đo 59 3.4.6 Kết luận 62 3.5 HÀM LƯỢNG ẨM TRONG CÁCH ĐIỆN RẮN 63 3.5.1 Mục đích 63 3.5.2 Phương pháp 63 v 3.5.3 Các thiết bị đo sử dụng: 63 3.5.4 Sơ đồ đấu nối 63 3.5.5 Kết đo 64 3.5.6 Kết luận 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) CÁC QUYẾT ĐỊNH, BIÊN BẢN THÀNH LẬP HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN (BẢN SAO) vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AE AE sensor CBM Phát xạ âm tần (Acoustic Emission) Đầu dị tín hiệu âm Bảo trì, bảo dưỡng dựa theo điều kiện (Condition Based Maintenance) Điện dung hệ số tổn hao điện môi (Capacitance and Dissipation Factor) C&PF Điện dung hệ số công suất (Capacitance and Power Factor) DGA Phân tích khí hịa tan EVN Tập đồn điện lực Việt Nam EVNCPC Tổng công ty điện lực Miền Trung FDS Phổ tần số (Frequency Domain Spectrum) FRA Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis) Furans Họ hợp chất hữu FTRC Mạch cộng hưởng tần số GIS Trạm điện kiểu kín cách điện khí SF6 HF Cao tần HFCT Biến dòng cao tần HTĐ Hệ thống điện HV Cao áp IEC Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IEEE Học viện kỹ nghệ điện điện tử IFT Sức căng bề mặt dầu cách điện IRA Phân tích đáp ứng xung (Impulse Response Analysis ) ITRC Mạch cộng hưởng theo cảm ứng LV Hạ áp MBA Máy biến áp MV Trung áp NMĐ Nhà máy điện OLTC Bộ chỉnh điện áp tải (On Load Tap Changer) PD Phóng điện cục (Partial Discharge) PDC Phân tích dịng phân cực/khử phân cực (Polarization/Depolarization Current analysis) PD on-line Phóng điện cục trực tuyến Ppb Phần tỷ PRPD Phân tích góc pha PD (Phase Resolved Partial Discharge) 3PARD Sơ đồ quan hệ biên độ ba pha (3-Phase Amplitude Relation Diagram) SAIDI Chỉ số thời gian điện trung bình lưới điện phân phối C&DF vii SAIFI SCADA SRA TBA TDR UHF VHF VLF Chỉ số số lần điện trung bình lưới điện phân phối Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Phân tích đáp ứng bước (Step Response Analysis) Trạm biến áp Phương pháp phản xạ miền thời gian (Time-Domain Reflectrometry) Tần số siêu cao Tần số cao Tần số thấp (Very Low Frequency) viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Khả đo PD on-line thiết bị điện lực Bảng so sánh phương pháp đo truyền thống phi truyền thống Các phận MBA Cấu trúc chức cáp ngầm Cơ chế gây già hóa cách điện cáp ngầm Các hư hỏng khiếm khuyết thiết kế, kỹ thuật MBA Các hư hỏng việc chế tạo hiệu MBA Các hư hỏng khiếm khuyết mặt vật tư MBA 12 1.2 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 13 24 34 35 43 44 45 64 Hình 3.19 Sơ đồ đo thực tế phép đo UST (đo CHL) 3.5.5 Kết đo - Điều kiện mơi trường: + Điều kiện thời tiết: Có nắng + Nhiệt độ môi trường: 250C + Độ ẩm: 65% - Kết quả: + Độ ẩm: 0,7% + Đánh giá tình trạng: Khô 65 3.5.6 Kết luận Cách điện cứng MBA tình trạng khơ (0.7% < 2.2%) 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết đạt đề tài Các công nghệ chẩn đốn đo phóng điện cục áp dụng vào đối tượng MBA 110kV cáp ngầm trung để đánh giá trạng cách điện phục vụ công tác vận hành bảo trì sửa chữa áp dụng rộng rãi giới quan tâm Việt Nam Trong đó, MBA 110kV cáp ngầm trung địa bàn tỉnh Khánh Hòa hầu hết lắp đặt thành phố Nha Trang, Cam Ranh khu quân Cam Ranh., chưa quan tâm áp dụng phương pháp chẩn đốn vận hành Do đó, đề tài đề xuất nhằm giới thiệu kiến thức lý thuyết liên quan đến cơng nghệ đo phóng điện cục MBA 110kV cáp ngầm trung thuộc lưới điện KHPC nhằm phục vụ công tác vận hành bảo trì lưới điện, góp phần vào cơng đại hóa lưới điện EVN chủ trương thực năm gần sau Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo PD nói riêng cơng nghệ chẩn đốn nói chung bước đầu cho thấy hiệu thiết thực cơng tác dự báo, phịng ngừa cố, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Các phương pháp đo PD truyền thống phi truyền thống sử dụng linh hoạt cho thiết bị điện khác nhau, phù hợp với đặc thù cấu tạo, phương thức vận hành môi trường hoạt động vật tư thiết bị (MBA, cáp ngầm, tủ điện, ) Việc ứng dụng công nghệ đo PD địi hỏi phải có q trình thực tế, đúc kết kinh nghiệm, so sánh đối chiếu với tiêu chuẩn đo PD theo khuyến cáo nhà sản xuất để đưa tiêu chuẩn nội  Hiệu đề tài mặt kỹ thuật: - Ứng dụng cơng nghệ thí nghiệm đo phóng điện cục MBA cáp ngầm trung thế, với kết đo ta chẩn đốn trạng cách điện MBA cáp ngầm Từ có giải pháp xử lý để chủ động ngăn ngừa, giảm thiểu cố, thời gian điện - Nâng cao trình độ kỹ thuật cơng nghệ cho đội ngũ cán kỹ thuật thực cơng tác thí nghiệm, QLVH MBA cáp ngầm  Hiệu đề tài mặt kinh tế, xã hội: Với việc áp dụng triển khai cơng nghệ thí nghiệm đo PD MBA 110kV cáp ngầm trung lưới điện KHPC mang lại nhiều hiệu mặt kinh tế, xã hội như: - Ngăn ngừa cố lưới điện, đáp ứng kịp thời nhiệm vụ EVN EVNCPC giao cho KHPC việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (thể qua 67 số SAIFI, SAIDI) - Với việc chẩn đốn MBA 110kV, đoạn cáp ngầm có nguy xảy cố, từ có có giải pháp lập xử lý, thay ta tránh nguy cố xảy ra, lan rộng gây thiết hại to lớn mặt kinh tế (sản lượng điện không phân phối xảy cố, điện diện rộng làm ảnh hưởng đến việc sản xuất, kinh doanh khách hàng,…)  Những khó khăn gặp phải thí nghiệm PD MBA 110kV cáp ngầm thực tế: - Phương pháp thí nghiệm đo PD phụ thuộc vào thời tiết trường thí nghiệm (thời tiết mưa gió phải có giải pháp che chắn thiết bị; độ ẩm cao ảnh hưởng đến kết đo, gây nhiễu làm nhầm lẫn với sóng PD thực, ) - Đối với tuyến cáp dài, đầu cáp cô lập, tách vận hành trạm, đầu đưa lên trụ để đấu nối vào lưới Đối với tuyến cáp dạng này, phải có 02 nhóm cơng tác thí nghiệm (một nhóm trạm, xe thí nghiệm; nhóm ngồi đường dây để thơng tin liên lạc, cảnh báo nguy hiểm cho người dân, ) - Với thời gian cắt điện để thí nghiệm ngày hạn chế, công tác đo PD offline trường phải thực khẩn trương, từ khâu cắt điện bàn giao đơn vị QLVH; cảnh báo giao thông trường (nơi đậu xe thí nghiệm); vận chuyển thiết bị, đấu nối sơ đồ thí nghiệm; chạy máy phát điện, Vì vậy, thời gian cịn lại để thực lần đo theo quy trình khơng nhiều, địi hỏi cán kỹ thuật thực đo PD phải có tay nghề, kinh nghiệm nhận diện sóng PD đo Hướng phát triển đề tài - Tiếp tục triển khai thí nghiệm chẩn đốn PD cho cáp ngầm cao thế, thiết bị GIS (Gas Insulation Switchgear), động điện, - Nghiên cứu ứng dụng giám sát PD thường xuyên cho thiết bị đặc biệt quan trọng (MBA, cáp ngầm cao thế, động điện, thiết bị GIS, ) ứng dụng cho trạm không người trực (tích hợp tín hiệu giám sát PD vào hệ thống SCADA) Kiến nghị * Kiến nghị đơn vị thí nghiệm: Hiện nay, KHPC chưa đầu tư thiết bị thực đo PD cho MBA 110kV cáp ngầm trung Tuy nhiên, thời điểm tương lai tới thời gian cắt điện hạn chế để đáp ứng số SAIFI, SAIDI giao Vì vậy, nên trang bị máy đo PD MBA cáp ngầm trung Trước mắt, đề xuất trang bị máy đo phục vụ cho Đơn vị thí nghiệm thuộc KHPC Song song đó, Đơn vị thí nghiệm cần cử cán có chuyên môn, lực phù hợp để đào tạo chuyên môn công tác đo PD MBA cáp ngầm (có thể hợp đồng với Cơng ty Thí nghiệm có thiết bị đo PD, tập phân tích dạng sóng PD đo để bước 68 nâng cao tay nghề, lực chuyên môn) Các cá nhân sau đào tạo trang bị thiết bị đo PD phục vụ cơng tác đo PD có lịch cắt điện để kiểm tra định kỳ MBA tuyến cáp Từ nâng cao trình độ tay nghề để đo PD cho MBA, tuyến cáp giai đoạn thí nghiệm nghiệm thu, đóng điện vận hành bị cố, tuyến cáp phức tạp Sau đầu tư thiết bị đào tạo thí nghiệm PD nên có chương trình quản lý liệu kết thí nghiệm đo Điện lực để so sánh, theo dõi xu hướng, tốc độ phát triển PD MBA 110kV, tuyến cáp cụ thể Chương trình quản lý liệu nên xây dựng gồm nhiều trường liệu để cần xuất kết để đánh giá trạng PD MBA cáp ngầm theo tiêu chí năm vận hành, chủng loại, hãng sản xuất, * Kiến nghị đơn vị QLVH cáp ngầm (các Điện lực, Xí nghiệp): Để cơng tác ngăn ngừa cố hiệu quả, kiến nghị đơn vị QLVH thuộc KHPC có Biên thí nghiệm, kết đo khuyến cáo đơn vị đo PD phải chủ động xử lý, khắc phục để ngăn ngừa cố Cập nhật lý lịch (chủng loại, mã hiệu, chiều dài, vị trí hộp nối cáp; cơng suất, trình vận hành MBA 110kV); nhật ký vận hành MBA 110kV, tuyến cáp để cung cấp cho đơn vị thí nghiệm có thêm thơng tin đo, phân tích nhận định đánh giá kết thí nghiệm Biên soạn tài liệu, kiến thức tổng quan PD, tầm quan trọng việc phát hiện, chẩn đoán PD MBA cáp ngầm để phổ biến đến cán kỹ thuật, công nhân thi công, vận hành lưới điện Bổ sung hạng mục đo PD vào quy trình kiểm tra định kỳ, QLVH MBA 110kV cáp ngầm trung 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Tài liệu hội thảo hãng OMICRON Công ty Cổ phần ENTEC Kỹ thuật lượng tổ chức cho cán kỹ thuật Công ty Điện lực phóng điện PD cáp ngầm, tháng 9/2013 [2] Tài liệu hội thảo hãng B2 electrics GmbH Klaus/Autria Công ty Dịch vụ Kỹ thuật Giám định Hạ Long (HAINTEC) tổ chức Đà Nẵng cho cán kỹ thuật Công ty Điện lực PD cáp ngầm, tháng 4/2017 Tiếng Anh [3] D1.33-WG, “Guide for Electrical Partial Discharge Measurements in compliance to IEC 60270”, Technical Brochure, Electra No.241, Page(s): 61-67, DEC 2008 [4] IEC 60270, High-voltage test techniques - Partial discharge measurements Edition 3.1, 2015 [5] IEC-62478-PD, High voltage test techniques Measurement of partial discharges by electromagnetic and acoustic methods, Edition 1.0 2016-08 [6] IEC 60885, Part 3: Test methods for partial discharge measurements on lengths of extruded power cables Edition 2, 2015 [7] IEEE Std 400.2, IEEE Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems Using Very Low Frequency (VLF) (less than Hz) Edition 2, 2013 [8] IEEE 400.3-2006, Guide PD Testing of Shielded Power Cable System in Field Environment [9] Sung In Cho, On-Line PD (Partial Discharge) Monitoring of Power System Components, Master Thesis, Aalto University School of Electrical Engineering in Espoo, September 2011 Website [10] www.doble-lemke.eu [11] www.entec.com.vn [12] www.omicron.at [13] www.techimp.com [14] www.ipec.co.uk DAI IIOC DA NAN(} rnuoN() DAI I{QC BACII KIIOA ceNG ItdA xA tlQl c[IU NGIIin vlpl'NAM DQc 14p -'l'ql clo - llanh Phric Dit llirng, ngdlt 23 thdng nam 2017 56: 1035/QD-DIIBK-DT QUYET DINH Vd viQc giao tld thi vir t{lsu trich nhiQm ciia ngu'iri hu6'ng din lu$n vln th4c s! TIT[IONG Tnu'ONG DAl IIQC IIACH KIIOA Chn cir Nghi tlinh s6 :ZtCp 04 thang ndm 1994 cua Chinh phti vd: viQc l4p Dai ligc Da Nang; 0Ui20l4ITT-BGDDT ngdy 20 th6ng n[rn 2014 cha BQ truong BQ Gi6o clpc va Dao t4o v0 viOc ban hdnh Quy ch6.t6 chirc vir hoat dQng cira dai hgc vung vir cdrc co so' gi6o dpc c14i hoc tlidurh viOn; Quyet dinh s6 695O/QD-DIII)N 0l thang 12 nim 2014 cua Gi6m d6c D4i hoc Dz\ Niurg v6 viQc ban hdnh Quy ciinh r-rhiQnr vu, c1uyOn han cua I)ai hoc Dd Ning, c6c oo sd giao dqc d4i hgc tlidurh viOn vDr c6o cloli vi truc thuroc; Ctn cir'fhong tLr so Can cu'fhong tu so l5l20l4[f1'-BGD&DTngay l5 thang nirn 2014 cia BQ tnr