Ứng dụng công nghệ đo PD trong công tác chuẩn đoán tình trạng vận hành cáp lực

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ứng dụng công nghệ đo PD trong công tác chuẩn đoán tình trạng vận hành cáp lực trình bầy các kết quả nghiên cứu quan trọng về cáp lực trung thế bao gồm: Quá trình thử nghiệm PD online, PD offline với các mẫu cáp mô phỏng dựa trên cơ sở lý thuyết về tác dụng các lớp vật liệu cáp lực, đầu cáp, nối đất cáp lực, hiện tượng phóng điện cục bộ xảy ra trên cáp lực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng công nghệ đo PD trong công tác chuẩn đoán tình trạng vận hành cáp lực

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO PD TRONG CÔNG TÁC CHUẨN ĐOÁN TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH CÁP LỰC THE APPLICATION OF PARTIAL DISCHARGE MEASUREMENT IN DIAGNOSING CABLE CONDITION 1 2 3 4 Lương Minh Thanh , Ngô Thế Tuyển , Nguyễn Văn Tuệ , Nguyễn Đắc An , 5 Phạm Thanh Văn 1 Công ty Điện lực Hưng Yên, 0913024657, minhthanh2010@gmail.com 2 Công ty Điện lực Hưng Yên, 0966158656, ngotuyennpc@gmail.com 3 Công ty Điện lực Hưng Yên, 0962013927, vantuedlhy@gmail.com 4 Công ty Điện lực Hưng Yên, 0963994078, nguyendacan89@gmail.com 5Công ty Điện lực Hưng Yên, 0968020288, vandlhy@gmail.com Tóm tắt: Cáp lực trung thế với các ưu điểm như ít bị ảnh hưởng bởi mưa bão và sét, đảm bảo mỹ quan và hành lang an toàn, mức độ an toàn cao, ít phải bảo trì... nên đã được sử dụng ngày càng nhiều trên hệ thống điện. Việc làm đầu cáp, hộp nối cáp bản chất là việc khôi phục lại tính chất của các lớp vật liệu cho cáp tại các điểm đầu, cuối hoặc điểm nối của cáp, không để xuất hiện các điểm tập trung từ trường trên vật liệu cách điện gây phóng điện cục bộ, ngoài ra còn chống nước xâm nhập gây hiện tượng “cây nước” trong XLPE. Trước đây, chất lượng thi công cáp lực chưa được kiểm soát chặt chẽ nên để xảy ra tình trạng nhiều đầu cáp, hộp nối được làm không đúng kỹ thuật được vận hành trên lưới điện là nguyên nhân chủ yếu gây sự cố cho cáp trung thế. Phương pháp thí nghiệm truyền thống DC Offline không phát hiện ra các sai phạm kỹ thuật này do điện áp thí nghiệm là điện áp một chiều, không tạo nên hiệu ứng phóng điện cục bộ. Hiện nay, công nghệ đo PD online dựa trên việc phát hiện các xung điện áp nối đất tức thời (Transient earth voltage) và đo lường sóng âm (Ultrasonic) có thể phát hiện ra cáp lực bị phóng điện cục bộ, đánh giá mức độ nguy hiểm và nguy cơ sự cố của cáp khi đang vận hành, từ đó lập kế hoạch cắt điện để sửa chữa, thay thế. Bài viết này trình bầy các kết quả nghiên cứu quan trọng về cáp lực trung thế bao gồm: quá trình thử nghiệm PD online, PD offline với các mẫu cáp mô phỏng dựa trên cơ sở lý thuyết về tác dụng các lớp vật liệu cáp lực, đầu cáp, nối đất cáp lực, hiện tượng phóng điện cục bộ xảy ra trên cáp lực và các nguyên nhân gây ra sự cố với cáp lực, cách thức phân đoạn khoanh vùng và xử lý kịp thời các hiện tượng phóng điện cục bộ trong cáp lực và thiết bị liên quan, góp phần giảm sự cố một cách hiệu quả trên lưới điện Công ty Điện lực Hưng Yên. Từ khóa: Phóng điện cục bộ; Đầu cáp; Cáp lực; Sóng siêu âm; Xung điện áp nối đất tức thời. Abstract: Medium voltage power cables with advantages such as: being less affected by storms and lightning, ensuring aesthetics and electrical safety corridors, high safety level and low-maintenance... should be used more and more on the power system. Making cable terminals and cable joints essentially restores the material layers' 54
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA properties for cables at the beginning, ending or junction points of the cable, so that there is no concentrated point of magnetic fields on the insulating material electricity causing partial discharge; in addition, it also prevents water from entering, causing the phenomenon of "water treeing" in XLPE. Previously, the quality of construction of power cables was not strictly controlled, so many improperly made cable terminals and cable joints were operated on the power grid, which were the main cause of the faults of medium voltage cables. The traditional test method of DC Offline could not detect these technical errors because the test voltage is a DC voltage, which does not create partial discharge effects. Currently, PD Online measurement technology, based on detecting Transient earth voltage (TEV) and measuring Ultrasonic, can detect partial discharge of power cables, assessing the danger and the risk of the fault of the cable during operation, from which operators could make the plan to shut down of devices and substation for repairing and replacement. This article presents important research results on medium voltage cables including the process of testing PD online, PD offline with demo cable samples based on the theory of the effects and functions of cable material layers, cable terminal and joint, cable grounding, partial discharge occurring on power cables and other factors that are the causes of the fault of power cables, how to apply the PD online measurement technology in order to detect, localize and promptly handle partial discharge phenomena in power cables and related equipment, effectively contribute to reducing incidents on the power grid of Hung Yen Power Company. Keywords: PD online; MV Cable termination; Cable; Ultrasound; Transient earth voltage. CHỮ VIẾT TẮT: EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVNNPC Tổng công ty Điện lực miền Bắc PCHY Công ty Điện lực Hưng Yên PD Partial discharge- Phóng điện cục bộ TEV Transient earth voltage- Xung điện áp truyền xuống đất. HFCT High frequency curent transformer- Cảm biến dòng cao tần Radio frequency curent transformer- Cảm biến dòng tần số radio (cao RFCT tần) Ultrasound, Cảm biến siêu âm để phát hiện tín hiệu PD dạng âm thanh. Ultrasonic PD locator Thiết bị hỗ trợ phân đoạn, khoanh vùng PD PD offline Thí nghiệm, phân tích phóng điện cục bộ cần cắt điện lưới. PD online Kiểm tra, phân tích phóng điện cục bộ không cần cắt điện lưới. 55
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 1. GIỚI THIỆU Việc kiểm tra phát hiện phóng điện cục bộ xảy ra với thiết bị điện trung thế bao gồm cáp lực đã được nhiều nước và các hãng sản xuất thiết bị kiểm tra trên thế giới nghiên cứu nhằm phát hiện sớm và ngăn ngừa sự cố cho thiết bị và lưới điện. Tuy nhiên, có nhiều thiết bị kiểm tra PD online của các hãng khác nhau sử dụng các bộ lọc với dải băng thông tần số khác nhau, năng lượng phát ra từ hiện tượng phóng điện cục bộ được quy đổi ghi nhận trên thiết bị dưới dạng pC hoặc dB kèm theo mức đánh giá khác nhau của các hãng, điều này cần được nghiên cứu thực tế với các mẫu cáp mô phỏng (Demo), cần so sánh với thiết bị PD offline để có được cái nhìn khách quan và đầy đủ tạo cơ sở cho việc triển khai ứng dụng trong thực tế. Ngoài ra, yêu cầu về tiếp địa vỏ cáp đảm bảo vận hành an toàn và kiểm tra PD online cũng được tổng hợp xây dựng, đặc biệt là yêu cầu với tuyến cáp đơn pha dài. Các lỗi là nguyên nhân gây ra sự cố cáp lực trung thế cũng đã được tổng hợp, phân tích dựa trên cơ sở lý thuyết về cáp lực và phụ kiện của cáp giúp các đơn vị quản lý vận hành nắm bắt nhằm quản lý tốt công tác thi công hệ thống cáp lực, đưa ra các biện pháp quản lý và kiểm tra để giảm sự cố cáp lực một cách hiệu quả. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT/ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Dựa trên lý cơ sở lý thuyết về hiện tượng phóng điện cục bộ, các cảm biến dùng trong kiểm tra PD online, nghiên cứu cấu tạo, tác dụng các lớp vật liệu của cáp lực trung thế, đầu cáp, hộp nối cáp trung thế. Nhóm tác giả đã tạo mô hình nghiên cứu trong phòng thử nghiệm và triển khai kiểm tra thực tế ngoài hiện trường. Mô hình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Sử dụng các thiết bị kiểm tra PD online của 03 hãng (Ultra TEV Plus2- EA/ Anh Quốc; PDS Insight- HVPD/ Anh Quốc; XDPII-NDB/ Canada) và thiết bị kiểm tra PD offline kiểm tra trên các mẫu cáp Demo. Các mẫu cáp Demo được tạo ra để mô mỏng các dạng: mẫu cáp tốt, mẫu cáp bị phóng điện bề mặt (dạng ghi nhận được tín hiệu PD dạng âm thanh) được thể hiện trong Hình 1, mẫu cáp bị phóng điện bên trong (dạng không ghi nhận được tín hiệu PD dạng âm thanh) được thể hiện trong Hình 2, Hình 3. Sự kết hợp các đầu cáp, hộp nối, thân cáp có tình trạng tốt/ lỗi tạo ra các sợi cáp: Thân cáp tốt, đầu cáp tốt; Thân cáp tốt, đầu cáp lỗi; Thân cáp tốt, đầu cáp tốt, hộp cáp lỗi; Thân cáp lỗi, đầu cáp tốt. Các lỗi trên đầu cáp, thân cáp, hộp nối được tạo ra với các dạng khác nhau bao gồm lỗi đặt ống điều áp (stress control tube), tạo ra các lỗ thủng XLPE với đường kính 2,5÷3,0 mm với chiều sâu khác nhau 2,0 ÷ 4,0 mm với cáp 22kV có chiều dầy lớp XLPE là 5,5 mm, 35kV có chiều dầy XLPE là 8,8 mm. Điện áp thí nghiệm được phát từ máy tạo cao áp ALT 120/60- Phenix/ Mỹ với các mức 12,7kV-50Hz cho cáp 22kV và 20,3kV cho cáp 35kV bằng với mức điện áp pha-đất ở điều kiện vận hành bình thường của cáp và sử dụng các thiết bị kiểm tra PD online khác nhau kết hợp sử dụng thiết bị PD offline kiểm tra trên mẫu cáp Demo trong Hình 4. 56
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Hình 1: Mẫu cáp bị phóng điện dạng bề mặt Hình 2: Tạo lỗi cho cáp dạng phóng điện (demo) bên trong giữa thân cáp (demo) Hình 3: Tạo đầu cáp lỗi bị phóng điện bên trong (demo) Thiết bị hỗ trợ phân đoạn, khoanh vùng PD online và áp dụng phương pháp sử dụng thiết bị PD online để phân đoạn, khoanh vùng nguồn phát ra PD cũng được thử nghiệm với mẫu cáp Demo và triển khai thực tế ngoài hiện trường. Tất cả các đầu cáp kiểm tra PD online phát hiện bị phóng điện cục bộ trên lưới điện thực tế hoặc các đầu cáp đã bị sự cố cũng được bóc tách, phân tích nguyên nhân đối với cơ sở lý thuyết PD, cáp lực, đầu cáp lực. Hình 4: Bơm điện áp cho các mẫu cáp demo và đo PD online 57
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU/ TÍNH TOÁN/ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kiểm tra PD online, PD offline với các mẫu cáp demo Các giá trị nhiễu nền từ hệ thống tiếp địa khi chưa tạo điện áp xác định kết quả nhiễu nền ở mức thấp. Sau đó, thực hiện tạo điện áp trên các sợi demo bằng ngưỡng điện áp vận hành thực tế là 12,7kV với sợi cáp 22kV (loại Cu/XLPE/Sc/PVC- 1x50 mm2, có bán dẫn trong và ngoài XLPE, dài 6,0 m) và đo PD online bằng các thiết bị khác nhau, kết quả trong Bảng 1: Bảng 1: Kết quả đo PD online với các mẫu cáp demo khác nhau bằng thiết bị kiểm tra PD online khác nhau (Điện áp trên sợi cáp là 12,7 kV). Kết quả kiểm tra bằng các thiết bị PD Phép đo online khác nhau Đánh giá UTP 2 PD Insight XDP II Đo nhiễu nền: HFCT 75 pC 602 pC 3 dB TEV 0 dB 0 dB 0 dB Nhiễu nền ở mức thấp. Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB Mẫu 1: Sợi cáp tốt: HFCT 133 pC 1,2 nC 5 dB Ảnh hưởng do nhiễu nền, TEV 0 dB 0 dB 0 dB giản đồ không có dạng PD. Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB Mẫu 2: Sợi cáp có 1 đầu cáp bị phóng điện bề mặt: HFCT 133 pC 1,2 nC 14 dB Giá trị PD ở mức thấp. Giá trị PD ở mức thấp, TEV 17 dB 21 dB 6 dB giản đồ PD rõ ràng. Giá trị PD đo được ở Ultra Sound 21 dB 20 dB 15 dB mức cao, giản đồ PD rõ ràng. Mẫu 3: Sợi cáp có 02 đầu cáp tốt, 01 hộp nối lỗi (lỗ sâu 2,0 mm): Giá trị PD ở mức rất HFCT 135 pC 1,07 nC 8 dB thấp. 21 dB TEV 0 dB 0 dB Không thấy PD. (nhiễu) Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB Không thấy PD Mẫu 4: Sợi cáp có 02 đầu cáp tốt, 01 hộp nối lỗi (lỗ sâu 3,0 mm): HFCT 138 pC 954 pC 7 dB Giá trị PD ở mức thấp. 58
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Kết quả kiểm tra bằng các thiết bị PD Phép đo online khác nhau Đánh giá UTP 2 PD Insight XDP II 21 dB TEV 0 dB 0 dB Không thấy PD. (nhiễu) Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB Không thấy PD Mẫu 5: Sợi cáp có 01 đầu cáp tốt, 01 đầu cáp bị phóng điện bên trong (lỗ trống sâu 4,0 mm): HFCT 161 pC 2,39 nC 17 dB Giá trị PD ở mức trung TEV 29 dB 34 dB 0 dB bình, giản đồ rõ PD Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB mức trung bình Để tăng hiệu ứng phóng điện cục bộ với Mẫu 5, điện áp trên sợi cáp được tăng lên 25kV, các tín hiệu thu nhận của phóng điện cục bộ được tăng lên mức cận kề sự cố trong Bảng 2: Bảng 2: Giá trị tín hiệu phóng điện cục bộ của Mẫu 5 đo PD online khi điện áp tăng lên 25kV Kết quả kiểm tra bằng các thiết bị PD Phép đo online khác nhau Đánh giá UTP 2 PD Insight XDP II Mẫu 5: Sợi cáp có 01 đầu cáp tốt, 01 đầu cáp bị phóng điện bên trong (lỗ trống sâu 4,0 mm): HFCT 16.379 pC 134 nC 31 dB Nhiễu nền ở mức thấp. TEV 60 dB 39 dB 28 dB Không ghi nhận PD bề Ultra Sound 0 dB 0 dB 0 dB mặt. Thiết bị MPD 600 của OMICRON được sử dụng đo PD Offline đối chiếu kết quả với phép đo PD online trên cùng mẫu cáp cũng cho kết quả tương đồng. Chức năng phát hiện PD bằng sóng âm của các thiết bị PD online cũng được đối chiếu so sánh trên cùng một mẫu cáp bị PD bề mặt và kết quả thể hiện trong Bảng 3: Bảng 3: Tín hiệu PD dạng âm thanh thu được với các thiết bị PD online khác nhau Ultra TEV Plus 2 PDS Insight XDP II 1 dB (Giản đồ PD rõ) 1 dB (Không có giản đồ PD) 0 dB (Không có giản đồ PD) 4 dB (Giản đồ PD rõ) 4 dB (Giản đồ PD không rõ) 4 dB (Giản đồ PD không rõ) 59
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Ultra TEV Plus 2 PDS Insight XDP II 5 dB (Giản đồ PD rõ) 5 dB (Giản đồ PD rõ) 5 dB (Giản đồ PD rõ) 7 dB (Giản đồ PD rõ) 7 dB (Giản đồ PD rõ) 7 dB (Giản đồ PD rõ) 10 dB (Giản đồ PD rõ) 10 dB (Giản đồ PD rõ) 10 dB (Giản đồ PD rõ) 13 dB (Giản đồ PD rõ) 12 dB (Giản đồ PD rõ) 12 dB (Giản đồ PD rõ) 18 dB (Giản đồ PD rõ) 13 dB (Giản đồ PD rõ) 17 dB (Giản đồ PD rõ) 25 dB (Giản đồ PD rõ) 14 dB (Giản đồ PD rõ) 24 dB (Giản đồ PD rõ) 30 dB (Giản đồ PD rõ) 15 dB (Giản đồ PD rõ) 28 dB (Giản đồ PD rõ) Thảo luận:  Với một sợi cáp tốt, các đầu cáp, hộp nối làm đúng kỹ thuật: không phát ra tín hiệu PD trong quá trình vận hành.  Với các đầu cáp cáp đặt sai vị trí ống điều áp (ống điều áp không chùm lên mép cắt bán dẫn): Điện trường tập trung nhiều ở mép cắt bán dẫn và phát ra tín hiệu phóng điện cục bộ tại đây. Các tín hiệu có thể ghi nhận rõ ràng bằng các cảm biến âm thanh Ultra Sonic. Các đầu cáp này có thể được phát hiện và sửa chữa sớm ngay sau khi đưa lên lưới vận hành. Tuy nhiên, các tín hiệu thu nhận bằng các cảm biến TEV, HFCT lại rất nhỏ. Điều này là do điểm phóng điện cục bộ các mép băng đồng vài cm, điều này dẫn tới năng lượng chảy về tiếp địa qua màn chắn kim loại về hệ thống tiếp địa ít. Thực tế cho thấy, sau thời gian dài vận hành, XLPE tại mép cắt bán dẫn sẽ bị ăn mòn, phá hủy dần, sau đó sẽ kéo theo các tín hiệu đo được từ HFCT, TEV tăng lên. Trường hợp cáp trong tủ trung thế có đầu cáp làm sai kỹ thuật, phương pháp kiểm tra để phát hiện sớm là phải sử dụng cảm biến dạng âm thanh Ultra sound (cảm biến rung tiếp xúc với vỏ tủ; đo qua khe hở vỏ tủ…).  Với các dạng tổn thương XLPE (bọt khí, vết cắt, tổn thương xâu): + Mặc dù XLPE tổn thương từ nhẹ tới nặng, hoặc thân cáp bị rách phạm vào XLPE trong quá trình thi công (mô phỏng các dạng lỗi cơ bản do thi công hộp nối cáp, lỗi kéo rải cáp). Tuy nhiên các tín hiệu PD phát ra khi đặt điện áp vận hành vào là rất thấp hoặc ở mức thấp. Dưới tác dụng của điện áp vận hành, điện trường tập trung ăn mòn XLPE làm tăng hiệu ứng PD, các tín hiệu PD mới phát triển và mới có thể được phát hiện, xử lý. + Việc tăng kích thước tổn thương càng xâu với XLPE càng làm tăng hiệu ứng phát ra của phóng điện cục bộ. Vì vậy, việc theo dõi định kỳ PD online là việc làm cần thiết để đánh giá, quan sát sự phát triển của PD. 60
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA  Về giá trị cường độ âm thanh PD- Ultra sound: + Các thiết bị PD online đều phát hiện ra các nguồn phóng điện cục bộ có mức năng lượng lớn. Tuy nhiên quá trình thử nghiệm cũng cho thấy thiết bị XDP II có cảm biến TEV hoạt động không tin cậy đối với tín hiệu PD nhỏ hoặc trung bình (khi đo qua vỏ PVC của cáp- điều kiện đo phù hợp với thực tế). + Giản đồ âm thanh của XDP II và PDS Insight không rõ ràng với các tín hiệu PD dạng Ultra Sound nhỏ hơn 4 dB, người kiểm tra cần phải dựa vào tai nghe để phân biệt rõ PD/ nhiễu trong trường hợp này. + Khi cường độ âm thanh trên 12 dB thì giá trị cường độ âm thanh ghi nhận của các thiết bị có sự khác nhau lớn giữa các hãng khác nhau, giá trị đo của Ultra TEV Plus 2 và XDP-II tương đối tương đồng, trong khi giá trị đó của PDS inside tăng lên rất ít.  Việc theo dõi sự phát triển của PD online và kiểm tra định kỳ PD online là vấn đề quan trọng do các tín hiệu PD online có thể thể hiện rõ ràng và tăng về giá trị sau quá trình vận hành.  Ở những nơi có tín hiệu PD mức nhỏ hoặc trung bình, nhưng có mức độ quan trọng cao (trạm 110Kv…) thì việc giám sát PD online (PD monitoring) là cần thiết.  Ảnh hưởng của bộ lọc tới kết quả đo: + Các nhiễu điện tử nhìn chung có dải tần số một vài trăm kHz, vì vậy cảm biến HFCT cần loại bỏ tín hiệu này. + TEV gây ra bởi dòng điện dung thường ở dải tần số: 3 MHz ÷ 80 MHz. + Việc cảm biến TEV có giải băng thông có giới hạn dưới cao (10 MHz) có thể không phát hiện ra PD trong một số trường hợp: Thiết bị XDP II sử dụng cảm biến TEV kết hợp với bộ lọc có độ rộng băng thông từ 10MHz tới 400Mhz đã không phát hiện ra tín hiệu PD từ chức năng TEV trong tất cả các phép đo trong quá trình Demo. Trong khi thiết bị Ultra TEV Plus 2 sử dụng cảm biến TEV với bộ lọc có độ rộng băng thông 3 MHz tới 80 MHz, PDS Insight sử dụng cảm biến TEV với bộ lọc có độ rộng băng thông 5 MHz-60 MHz phát hiện ra tín hiệu PD từ cảm biến TEV. (Sau khi bỏ bộ lọc của thiết bị XDP II thì cảm biến TEV của XDP II đã phát hiện ra PD). 3.2. Nghiên cứu việc phân biệt nguồn PD từ cáp và từ các nguồn khác nhau: Thực hiện kết hợp với các nguồn PD khác liên quan như các cách điện trung thế bị PD, các chống sét van bị PD khi kết hợp cùng mô hình giả lập trong Hình 5: 61
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Hình 5: Phân biệt nguồn PD từ cáp và từ các nguồn khác nhau Thảo luận: Đối với tín hiệu âm thanh của Phóng điện cục bộ dạng bề mặt: Có thể phân biệt nguồn (vị trí) phát ra phóng điện cục bộ bằng các cách di chuyển các góc độ kiểm tra bằng parabol thu sóng siêu âm. Đối với phóng điện cục bộ dạng bên trong (chỉ phát ra tín hiệu điện, không phát ra tín hiệu âm thanh): Đặc điểm năng lượng phóng điện cục bộ (TEV hoặc HFCT) có tính lan truyền rất lớn. Các năng lượng phóng điện cục bộ đều truyền qua dây tiếp địa xuống hệ thống tiếp địa và lan truyền sang dây tiếp địa của thiết bị khác. Khi một đối tượng phát ra tín hiệu PD cao, thì các thiết bị, đối tượng bên cạnh cũng đo được các tín hiệu PD tương đối cao. 62
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Dựa trên nguyên tắc càng gần nguồn phát ra PD, tín hiệu TEV và HFCT đo được càng lớn sẽ giúp người kiểm tra khoanh vùng, phân đoạn được đối tượng bị phóng điện cục bộ để sửa chữa, xử lý. 3.3. Kết quả áp dụng thử nghiệm tại hiện trường: Kết quả triển khai với lưới điện của Công ty Điện lực Hưng Yên cho thấy:  Tỉ lệ các đầu cáp lực bị phóng điện cục bộ trên lưới điện khi chưa triển khai kiểm tra PD online là khá lớn (chiếm tỉ lệ 6,81%). Trong đó chủ yếu là các đầu cáp bị phóng điện bề mặt do thi công sai kỹ thuật (chiếm tỉ lệ 95% trường hợp cáp bị phóng điện cục bộ). Nguyên nhân đầu cáp bị phóng điện cục bộ chủ yếu do:  Công tác thi công lắp đặt đầu cáp không đúng kỹ thuật, ống điều áp (Stress Control) có tác dụng quan trọng trong đầu cáp được đặt không đúng vị trí, làm từ trường tại mép cắt bán dẫn tập trung lớn, gây phóng điện cục bộ tại đầu cáp.  Một số trường hợp ống điều áp ngắn hơn kích thước quy định, hoặc đặt không đúng vị trí, làm giảm tác dụng của ống điều áp cũng gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ.  Một số ít trường hợp cáp bị phóng điện cục bộ bên trong do lỗi cắt dao phạm xâu vào XLPE.  Các trường hợp đầu cáp làm đúng kỹ thuật nhưng khi lắp đặt vận hành có hiện tượng phóng điện cục bộ cũng được ghi nhận. Nguyên chủ yếu do các lỗi: tay pha cáp (phần đầu cáp đã bóc màn đồng) vi phạm khoảng cách pha pha, vi phạm khoảng cách với đáy tủ trung áp, với lóc tủ kios, tán cáp các pha đè lên nhau…. Các trường hợp này được xử lý bằng cách lắp đặt lại đầu cáp đảm bảo khoảng cách và đo lại phóng điện cục bộ. Kết quả đo lại cho thấy không còn hiện tượng phóng điện cục bộ.  Khi phát hiện tín hiệu phóng điện cục bộ bên trong đo qua dây tiếp địa của 1 đầu cáp có giá trị lớn cần xử lý thì việc khoanh vùng, phân đoạn nguồn sinh ra phóng điện cục bộ bên trong là vấn đề quan trọng. Thực tế cũng đã ghi nhận nhiều trường hợp tín hiệu PD đo qua dây tiếp địa đầu có giá trị rất lớn do tín hiệu PD bên trong từ CSV hoặc sứ xuyên lan ra hệ thống tiếp địa chung. Khi thay thế CSV bị PD thì toàn bộ cáp lực có tín hiệu PD bên trong ở mức rất thấp. 63
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022  Một số ít trường hợp các sứ cách điện, chống sét van…lân cận đầu cáp có tín hiệu phóng điện bề mặt lớn, điều này cũng có thể dẫn tới việc đánh giá đầu cáp bị phóng điện bề mặt sai lầm. Do đó người thực hiện cần phải di chuyển các góc độ khác nhau để tránh nhầm lẫn. Một vài hình ảnh đại diện bóc tách phân tích nguyên nhân cáp bị PD thể hiện trong Hình 6 và hình ảnh các trường hợp đầu cáp thi công đúng kỹ thuật nhưng lắp đặt sai dẫn tới bị PD trong Hình 7. Đầu cáp ngầm MC 485 Đầu cáp xuất tuyến 371 Đầu cáp cột 71 N. Lực Điện lộ E28.5 (Ultra Sound = 3 dB E28.8: Ống điều áp 371 E28.6: Ống điều áp đạt sai đo qua vỏ tủ kín) không chum lên mép cắt vị trí, làm giảm tác dụng ống bán dẫn (Ultra sound 12 điều áp (Ultra sound 20 dB). dB) Hình 6. Bóc tách đầu cáp kiểm tra PD online phát hiện phóng điện cục bộ Đầu cáp lắp đặt vi phạm Phần tay cáp đã bóc lớp bán Các tay cáp bắt chéo khoảng cách pha- đất với vỏ tủ dẫn (XLPE bọc co nóng) nhau, các tán cáp các chạm vỏ, vi phạm khoảng pha đè lên nhau, xuất cách hiện dòng rò lớn giữa các pha. 64
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Tay pha cáp uốn công quá quy Từng sợi cáp đơn pha của Đầu cáp 474 E28.7 định. ngăn cáp tổng luồn qua lỗ chéo tay cáp vi phạm sắt của đáy tủ khoảng cách, bị PD, phải lắp đặt lại. Hình 7. Đầu cáp lắp đặt trong quá trình đấu nối sai bị phóng điện cục bộ 3.4. Kết quả giảm sự cố cáp ngầm trung thế trên lưới điện PCHY: Trong giai đoạn 2018÷10/2022, Công ty Điện lực Hưng Yên đã kiểm tra phát hiện 341 đầu cáp trung thế phóng điện, thực hiện xử lý thay thế 198 đầu cáp bị phóng điện cục bộ; xử lý lắp đặt lại 142 đầu cáp vi phạm pha- pha, pha-đất, lắp đặt sai kỹ thuật. Kết quả là từ năm 2018 đến nay số vụ sự cố do cáp ngầm, đầu cáp ngầm của PCHY đã giảm theo từng năm dù cho khối lượng cáp ngầm, đầu cáp ngầm vận hành trên đường dây không ngừng tăng lên theo thời gian từng năm, cụ thể:  Năm 2017: Xảy ra 39 vụ sự cố liên quan đến đầu cáp, hộp nối cáp trung thế.  Năm 2018: Xảy ra 31 vụ sự cố liên quan đến đầu cáp, hộp nối cáp trung thế. Giảm 08 vụ so với 2017 (tương ứng giảm 21%).  Năm 2019: Xảy ra 18 vụ sự cố liên quan đến đầu cáp, hộp nối cáp trung thế. Giảm 12 vụ so với 2018 (tương ứng giảm 39%).  Năm 2020, số vụ sự cố cáp ngầm giảm còn 08 vụ sự cố, giảm 10 vụ sự cố so với năm 2019, giảm 13 vụ so với năm 2018, giảm 31 vụ so với năm 2017 (trong đó có 02 vụ sự cố do bên thứ 3 thi công xúc phải cáp ngầm).  Năm 2021: số vụ sự cố cáp ngầm Công ty ghi nhận còn 02 vụ. Trong đó có 01 vụ do sét đánh trực tiếp vào cột gần đầu cáp ngầm, 01 vụ sự cố do bên thứ 3 thi công xúc phải cáp ngầm.  Từ đầu năm đến tháng 10/2022: Số vụ sự cố ghi nhận còn 01 vụ (sự cố giữa thân cáp do cáp rách vỏ trong quá trình thi công hình thành cây nước trong XLPE). 65
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu với các mẫu cáp mô phỏng và trên lưới điện thực tế cho thấy việc kiểm tra PD online là một biện pháp hữu hiệu để giảm sự cố cáp trung thế cũng như giảm sự cố lưới điện. Các dạng phóng điện bề mặt đối với đầu cáp là các lỗi phổ biến nhất và có thể phát hiện, xử lý nhờ kiểm tra chức năng Ultra sound của thiết bị PD online, ngay cả khi sợi cáp mới được đóng điện vận hành. Tuy nhiên, với phóng điện cục bộ bên trong thì kiểm tra PD online để xác định sớm các lỗi trên XLPE cho thấy chưa phù hợp, để phát hiện được cần có thời gian vận hành để phóng điện cục bộ trên các lỗi, khuyết tật này phát triển và gia tăng tín hiệu PD. Vì vậy, việc theo dõi sự phát triển của PD bằng các thiết bị PD online, PD monitor là việc làm cần thiết. Mặt khác, việc giám sát thi công kéo dải tuyến cáp ngầm cần quan tâm đặc biệt để ngăn ngừa các lỗi khó thí nghiệm, kiểm tra phát hiện này. Mặc dù các đầu cáp đã được thi công đúng kỹ thuật nhưng nếu lắp đặt sai vẫn xảy ra PD do vi phạm khoảng cách pha-pha, pha-đất, các lỗi này có thể xử lý không cần thay đầu cáp. Việc phân đoạn khoanh vùng PD online là việc làm quan trọng hỗ trợ việc định vị xác định đúng đúng đối tượng, vị trí phát ra PD online để xử lý, thay thế thiết bị được hiệu quả, nhanh chóng và triệt để. Cũng cần lưu ý sự cố cáp do ”Cây nước” hình thành trên XLPE của cáp trung thế khi chưa kéo theo sự hình thành cây điện thì thiết bị kiểm tra PD không thể phát hiện và vẫn có thể xảy ra sự cố trên thân cáp khi sét đánh hoặc xung kim của lưới điện... 4.2. Kiến nghị Việc nối đất tiếp địa vỏ cáp, tiếp địa màn đồng của cáp đơn pha trung thế, đặc biệt là các sợi cáp dài mang tải lớn chưa có tài liệu của Việt Nam hướng dẫn việc tính toán hay khuyến cáo lắp đặt dẫn tới những thiếu sót từ khâu thiết kế nên việc vận hành sau này còn gặp sự cố do phát nhiệt trên màn đồng, các điểm tiếp xúc nối màn đồng trong hộp nối, đầu cáp, dẫn tới sự cố cáp. Rất khó xử lý khắc phục khi đã thi công hoàn thiện tuyến cáp. Vì vậy, cần xây dựng quy định tiếp địa cáp đơn pha trung thế, quy định về việc tính toán bố trí tiếp địa vỏ cáp (nối chéo tiếp địa các đoạn cáp, tiếp địa lặp lại cho cáp, tiếp địa 1 đầu cáp...hoặc sắp xếp các sợi cáp hình tam giác....) Hạng mục đo điện trở cách điện của vỏ cáp (Điều 23- QCQG Tập 5- BCT) cần được các đơn vị thí nghiệm thực hiện đối với các sợi cáp mới để phát hiện các lỗi rách vỏ cáp và định vị xử lý ngay từ đầu, tránh việc vỏ cáp bị tổn thương và gây sự cố sau thời gian 66
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA vận hành. Việc này cũng làm tăng cường trách nhiệm của đơn vị thi công kéo rải cáp. Phương pháp định vị và phương án xử lý với các sợi cáp bị nhiễm nước (tang delta không đạt) cần nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thí nghiệm VLF cho cáp lực đăng trên IEEE transaction on power delivery vol 12, no 2, 1997 của GS. Eager, C. Katz, B. Fryszczyn thuộc viện nghiên cứu cáp New Brunswick, NJ; J. Densley thành viên IEEE; DS. Bernstein thành viên IEEE. [2] Kinh nghiệm trên 15 năm kiểm tra PD online đối với cáp trung thế, thiết bị đóng cắt, máy biến áp và máy điện quay trung thế, cao thế trong vận hành của các tác giả Dr Lee Renforth- HVPD, Dr Malcolm Seltzer-Grant, Dr Ross Mackinlay và Steven Goodfellow HVPD Ltd, David Clark và Dr Roger Shuttleworth - Đại học Manchester. [3] Tiêu chuẩn IEEE 400.2 Hướng dẫn thí nghiệm hệ thống cáp lực có vỏ bọc bảo vệ sử dụng phương pháp tần số rất thấp tại hiện trường. [4] Tiêu chuẩn IEEE 400.3- Hướng dẫn kiểm tra phóng điện cục bộ đối với cáp lực ngoài hiện trường/ Guide for Partial Discharge Testing of Shielded Power Cable Systems in a Field Environment. [5] Phóng điện cục bộ trong hệ thống điện phân phối: Mô hình truyền xung và tối ưu hóa phát hiện / Partial discharges in power distribution electrical systems: Pulse propagation models and detection optimization- tác giả Marco Tozzi, Đại học Bologna. [6] TCVN 11472:2016 Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao- Phép đo phóng điện cục bộ/ IEC 60270:2015 High voltage test techniques- Partial discharge measurements. [7] TCVN 5935: 2013 cáp điện có cách điện dạng đùn và phụ kiện dùng cho điện áp danh định từ 1kV (Um=1,2kV) đến 30kV (Um= 36kV/ IEC 60502:2005 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV (Um = 1,2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV). [8] Hiện tượng lão hóa dạng “cây nước” trong vật liệu cách điện Polime: Những đặc điểm nhận dạng và phương pháp tạo cây nước trong phòng thí nghiệm- Vũ Đình Thắng, Vũ Thanh Hải: Tạp chí khoa học công nghệ trang 44, số 02, 2006. [9] Tài liệu kỹ thuật, hướng dẫn sử dụng thiết kiểm tra phóng điện cục bộ hãng EA Tecnology- Anh Quốc; HVPD- Anh Quốc; NDB- Canada. [10] Tài liệu kỹ thuật, hướng dẫn lắp đặt đầu cáp, hộp nối các hãng Raychem, 3M. [11] Tài liệu kỹ thuật cáp ngầm trung thế của hãng LS Vina, LiOA. 67