Nghiên cứu phương pháp chuẩn đoán và xác định điểm sự cố cáp lực ngầm trong lưới điện trung thế

Đề tài : Nghiên cứu phương pháp chuẩn đoán và xác định điểm sự cố cáp lực ngầm trong lưới điện trung thế thuộc công trình nghiên cứu cấp bộ Nôi dung ...

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NĂNG LƯỢNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NĂM 2010

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ CÁP LỰC NGẦM TRONG LƯỚI

ThS Lê Công Doanh

Hà Nội – 2010

Tham gia thực hiện đề tài:

Số

TT

Chức danh khoa học, học

vị, họ và tên Tổ chức công tác Chữ ký

1 ThS Lê Công Doanh Phòng KTĐ Cao áp- VNL

2 Vũ Thanh Hải Phòng KTĐ Cao áp- VNL

3 Phạm Hùng Phòng KTĐ Cao áp- VNL

4 Trần Việt Sơn Phòng KTĐ Cao áp- VNL

5 Các nghiên cứu viên khác Phòng KTĐ Cao áp- VNL

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁP LỰC NGẦM TRUNG ÁP TẠI

VIỆT NAM VÀ CÁC CƠ CHẾ GÂY LÃO HOÁ CÁCH ĐIỆN

6

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỂ CHẨN

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TRONG THỰC TẾ

Những chữ viết tắt

DWT: Biến đổi sóng tách biệt Discrete Wavelet Transform

HFCT: Máy biến dòng tần số cao High Frequency Current Transformers

PILC: Cách điện giấy bọc chì Paper Insulated Lead Covered

XLPE: Cách điện liên kết ngang Cross linked polyethylene insulated

MỞ ĐẦU

Trong hệ thống lưới điện Việt nam nói chung và lưới điện một số thành phố lớn như Hà nội hay TP.HCM nói riêng, hiện nay phần cáp ngầm trung áp chiếm một tỷ lệ đáng kể Với các yêu cầu về mặt mỹ quan đô thị, mức độ tin cậy vận hành cao và giảm khoảng cách an toàn trong vận hành, do vậy xu hướng ngầm hoá vẫn đang tiếp tục được thực hiện Đi cùng với việc ngầm hoá hệ thống cáp trung áp gồm có các phương pháp và thiết bị kèm theo để kiểm tra, giám sát và tìm kiếm chỗ hư hỏng Hiện tại trong việc giám sát hệ thống cáp có rất nhiều phương pháp nhưng nổi trội vẫn là phương pháp phóng điện cục bộ (PD) giám sát on-line và off-line, ngoài ra còn có phương pháp phản xạ kế miền thời gian TDR dùng để thu thập số liệu và phân tích các hình ảnh từ đó đưa ra các nhận xét chính xác về chớm hư hỏng cáp ngầm Hơn nữa trong quá trình vận hành đối với cáp ngầm theo thống kê từ các đơn vị điện lực thường hay xảy ra sự cố phần lớn do đào bới, máy móc thiết bị va chạm, các hộp đầu nối không đảm bảo… xảy ra trên tuyến cáp Việc khó khăn là làm thế nào để tìm ra được điểm sự cố đó với chi phí nhân công, thời gian, máy móc là nhỏ nhất ?! Trong đề tài này sẽ thực hiện việc đánh giá kết quả đối với từng phương pháp và thiết bị chuyên dụng, đồng thời đưa ra các khuyến nghị cần thiết trong việc vận dụng hiệu quả phương pháp và thiết bị dò tìm

Nội dung nghiên cứu bao gồm các phần sau:

∋ Tổng quan tình hình sự cố cáp lực ngầm trung thế (phân phối) trong lưới

điện Việt Nam, điển hình với đơn vị Điện lực (Hà nội, TP.HCM)

∋ Nghiên cứu phương pháp chẩn đoán và xác định điểm sự cố cáp ngầm

trong lưới trung thế ứng dụng ở Việt Nam

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁP LỰC NGẦM TRUNG ÁP TẠI VIỆT NAM VÀ CÁC CƠ CHẾ GÂY LÃO HOÁ CÁCH ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chung

Sự nghiên cứu về những hư hỏng và phát triển các phương pháp xác định, dò tìm sự cố chính xác của cáp ngầm đang được thử thách ở quá khứ và hiện tại với các đề tài nghiên cứu Dò tìm sự cố đưa ra quyết định về một hư hỏng hiện tại, ở đó bao gồm cả việc xác định về mặt vật lý có thể xảy ra Những

kỹ thuật dò tìm hư hỏng tại chỗ và các phương pháp xác định sự cố chính xác đã được phát triển đối với hệ thống phân phối trên không Tuy nhiên, công nghệ xác định và dò tìm hư hỏng đối với hệ thống cáp ngầm vẫn đang trong giai đoạn phát triển Đặc biệt, những sự cố mới chớm đã hình thành một phạm trù con của hư hỏng đối với hệ thống cáp lực và được bàn luận nhiều ở những nghiên cứu gần đây Những hư hỏng này bao gồm xử lý lão hoá cách điện từ sự khởi đầu đến kết thúc trước khi dẫn đến hư hỏng nặng

nề Từ một hình ảnh ở diện rộng, những sự cố mới chớm xem như là những dạng không bình thường liên quan tới một vài dạng đã được liệt kê và nhận biết đối với dấu hiệu hư hỏng về cáp lực Về lịch sử, sự phát triển của hệ thống xác định và dò tìm chớm sự cố đang được tiếp tục nghiên cứu và quay trở lại tới trước những thập niên 90 Chương này sẽ xem xét và đánh giá về

sự tồn tại các kỹ thuật xác định và dò tìm chớm sự cố đối với cáp lực ngầm,

và làm cơ sở cho việc hình thành các vấn đề về dò tìm chớm sự cố sau này

1.1.1 Phân tích bằng hình ảnh đối với cáp ngầm

Đối với hệ thống phân phối sơ cấp, cáp được thiết kế với các thành phần

đồng trục và vỏ bọc ngoài Dây dẫn có thể là nhôm hoặc đồng ở thể đặc hoặc dạng sợi Lựa chọn dây dẫn tuỳ thuộc vào các đặc tính vật lý, cường độ dòng, điện áp, độ uốn dẻo, hình dạng và kể cả về mặt kinh tế, tuy nhiên về mặt tin cậy làm việc được đề xuất sử dụng với các loại dây dẫn đặc hoặc dạng sợi điền đầy Vỏ bọc dây dẫn và cách điện hỗ trợ nhau tạo nên một bề mặt hình trụ đối với cách điện của cáp, và hình thành sự phân bố đều với các ứng suất điện Vỏ bọc dây dẫn được đùn ép một lớp vật liệu bán dẫn, để ngăn ngừa ứng suất điện vượt quá trong các lỗ hổng giữa dây dẫn và cách điện Cách điện có thể là các vật liệu khác nhau như EPR, XLPE, giấy, và TRPE, độ dày của chúng là một hàm số tỷ lệ thuận với điện áp với mức điện

áp càng cao thì cách điện càng dày Dây dẫn trung tính đồng trục với thành phần kim loại có nhiệm vụ như một dây dẫn cho dòng điện trung tính trở về

Hình 1.1: Hình dạng đặc trưng với cáp ngầm một pha

Hình 1.2: Cáp ngầm trung áp 3 lõi ruột dẫn, có giáp bằng thép bảo vệ DSTA

1.1.2 Các dạng hư hỏng có thể gặp ở cáp ngầm

(1) Chạm đất một pha: Hỏng cách điện của một pha với vỏ hoặc màn

chắn kim loại

(2) Ngắn mạch nhiều pha: Hỏng cách điện giữa hai hoặc hơn hai pha có

chạm đất hoặc không chạm đất (cách điện của mỗi pha với vỏ hoặc màn chắn kim loại hỏng hay không hỏng)

(3) Đứt lõi dẫn dòng: Của một hoặc nhiều pha có chạm đất hoặc không

chạm đất (cách điện của mỗi pha với vỏ hoặc màn chắn kim loại hỏng hay không hỏng)

(4) Ngắn mạch chập chờn: Điện trở cách điện của một hoặc nhiều pha so

với vỏ, màn chắn hoặc với nhau có trị số không ổn định

(5) Dạng hư hỏng phức tạp: Là tổ hợp của các dạng hư hỏng trên

1.2 Các cơ chế lão hoá đối với cách điện cáp ngầm

Hư hỏng cách điện là một hiện tượng không thể tránh khỏi trong hệ thống cáp ngầm và dẫn tới nguyên nhân gây ra sự cố Lão hoá sinh ra do tác động của một vài yếu tố riêng biệt như nhiệt, điện, cơ khí và môi trường Những yếu tố lão hoá gây hư hỏng cách điện về cáp được thống kê ở bảng 1.1

Kích hoạt các cơ chế lão hoá hoặc thay đổi đặc tính với đại bộ phận các vật liệu cách điện ở bên trong hoặc bên ngoài là nguyên nhân gây suy giảm cách điện và được biết như lão hoá cách điện Sự suy giảm là kết quả của sự hiện diện các chất gây ô nhiễm, hư hỏng, khuyết tật, sự xâm nhập làm mấp mô trong vật liệu cách điện và tác động bên trong chúng bởi các cơ chế lão hoá khác nhau

Dưới các điều kiện thông thường, các ứng suất điện là những yếu tố lão hoá

dễ nhận thấy nhất đó là hư hỏng của cáp qua phóng điện cục bộ và trầm trọng hơn với các quá trình tạo cây nước Bên trong điện môi được đùn ép chất hữu cơ và đặc biệt là đối với cáp XLPE (cross-linked polyethylene), đa

số hư hỏng của cáp có liên quan tới sự hoạt động của cây nước Sơ đồ lộ

trình sự hư hỏng trong cách điện trung áp với một vài loại nguy hiểm được xem giống như phát triển một mô hình cây nước Hiện tượng đánh thủng đầu tiên này tiến hành trong sự hình thành cây điện hoặc cây nước dưới điện áp

DC, AC và điện áp xung Nguyên nhân ban đầu của sơ đồ cây trong các điện môi khô là phóng điện cục bộ bên dưới các ứng suất điện áp cao và độ ẩm dưới các ứng suất điện áp thấp hơn Mặt khác, không phải tất cả hiện tượng suy giảm là liên quan đến các ứng suất điện Cáp điện có thể hư hỏng bên dưới các điều kiện khác thông thường qua sự đánh thủng cách điện với nguyên nhân bởi lão hoá vì nhiệt

Những phần dưới đây sẽ được đề cập đến các cơ chế lão hoá như phóng điện cục bộ, cây điện, và cây nước đấy là những hiện tượng gây hư hại thông thường nhất mà chúng ta đã biết

Bảng 1.1: Các cơ chế lão hoá cách điện cáp lực

Nhiệt độ cao Chu trình nhiệt

Phản ứng hoá học Giãn nở vì nhiệt Khuếch tán Nóng chảy cách điện Nhiệt luyện các ứng suất bởi

cơ chế đóngNhiệt

Sự co thể tích do nhiệt

Điện áp, DC, AC, Xung

Phóng điện cục bộ Cây điện

Cây nước Nạp phát điện Đánh thủng ở bên trong Tổn thất điện môi và điện dung Điện

Cơ khí

Chỗ uốn cong, độ rung, độ mỏi vật liệu, độ căng, ép, ứng suất biến dạng

Gãy vật liệu Cracking Gián đoạn Nước, độ ẩm

Nhiễm bẩn Chất lỏng, khí gas

Đường dẫn gây phóng điện Cây nước

Ăn mòn Tổn thất điện môi và điện dung

thước chỗ trống trong điện trường có chiều hướng là đủ lớn, sự va chạm liên tục ban đầu có thể được xem như là đánh thủng, hoặc phóng điện qua chỗ trống

Để bắt đầu cho một phóng điện cục bộ, kích thước lỗ trống đạt đến mức giới hạn cuối cùng đối với sự phát triển của một sự phóng điện Đối với cách điện XLPE, kích thước tới hạn này cỡ 0,03 mm đối với lỗ trống hình cầu được điền đầy không khí ở áp suất khí quyển Điện áp khởi đầu bởi phóng điện PD là một hàm số của kích thước lỗ trống, nơi lỗ trống nằm trong vật liệu và liên quan đến các hình dạng, độ dày cách điện và kích thước dây dẫn Kích thước lỗ trống lớn hơn thì điện áp khởi đầu sẽ bé hơn Phóng điện PD phát triển bên trong cây điện khi chúng tự duy trì và diễn ra ở điện áp vận hành hệ thống Kéo dài phóng điện PD gây hư hại tới lớp bao quanh lỗ trống

kể cả về mặt vật lý và hoá học, điều đó có thể dẫn đến lần lượt hình thành với các dạng cây như ban đầu

1.2.2 Cây điện

Sự hiện diện các ứng suất điện áp cao và đi trệch các hướng là yếu tố mang đến ban đầu sự hình thành và sản sinh các cây điện (ET) Một cây điện có thể bao gồm nhiều đường dẫn phóng điện như các nhánh và thân cây được xuất phát từ thân cây đầu tiên

Cấu trúc cây được nhìn rõ bên dưới kính hiển vi với điện môi thể đặc bởi các

Cây điện cũng có thể được hình thành ban đầu với sự kéo dài các hoạt động phóng điện PD từ sự đùn ép ở giao diện bề mặt điện môi bán dẫn, nhiễm bẩn hoặc từ một chuyển đổi dạng cây nước Sự đòi hỏi điện trường xung quanh cây điện lúc ban đầu là 150 KV/mm Khởi đầu thông thường ET sẽ sinh ra

qua một loạt miếng vỡ rời rạc của cách điện và các dạng nhánh cây bắc cầu cùng với độ dài của điện môi, lúc đó hiện tượng đánh thủng sẽ diễn ra Do

đó, ET được kết luận là quá trình thoái hoá dẫn tới hư hỏng cách điện

Hình 1.5: Mô hình cây điện dưới kính hiển vi

1.2.3 Cây nước

Sự hiện diện hơi ẩm bởi các ion của chất nhiễm bẩn ở bề mặt tiếp giáp cách điện-bán dẫn của cáp lực là nguyên nhân gây ra cây nước Không như cây điện, đặc trưng của cây nước thể hiện ở ứng suất về điện thấp hơn và hầu hết sinh ra là chậm hơn qua cách điện Cây nước không có khả năng dùng để phát hiện ra nguyên nhân phóng điện cục bộ trước khi chuyển sang cây điện Dưới các điều kiện vận hành thông thường, quá trình chuyển đổi là nguyên nhân kéo dài hoạt động PD trong lỗ trống, điều đó đã tạo ra các tuyến trong cây nước Cây nước lớn có thể biến đổi ở mức điện áp vận hành thông thường và cây nước nhỏ biến đổi do bởi các xung sét gây ra Trong thời gian đấy diễn biến về mặt hoá học ở bên ngoài cáp và điều này có thể mở đầu cho việc khoanh vùng phóng điện cục bộ và được gọi là cây điện hoá học Cây nước làm hư hại cáp khi chúng chuyển đổi thành cây điện Một cây nước được chuyển đổi thành một cây điện trong thời gian ngắn sẽ làm hư hỏng

cách điện nhanh do sự nhân rộng của cây điện ban đầu tăng lên Hình 1.6 thể hiện hình ảnh cây nước sinh ra ở trạng thái ban đầu trong vật liệu cách điện

Hình 1.6: Cây nước trong cách điện

1.3 Một vài cơ chế gây hư hỏng cáp lực

Xu hướng lão hoá tập trung ở các vị trí không hoàn thiện, như các chất gây ô nhiễm, sự mấp mô của vỏ cáp, lỗ trống, và sự sần sùi bề mặt chất bán dẫn Ở tất cả các nguyên nhân trên đều có sự hiện diện của nước làm tăng lên sự hình thành của các cây nước Sự không hoàn hảo lúc nào cũng tạo ra ở các vùng có ứng suất về điện cao chúng gây tăng tốc lão hoá cục bộ Những vùng này cuối cùng trở thành nơi cho phóng điện cục bộ làm sinh ra cây điện và cùng lúc đó dẫn đến một hư hỏng về điện môi đầy đủ

Các vị trí có thể hư hỏng đã được dò tìm với cây điện, sau khi xác định và tách ra khỏi lưới do vậy chiều dài còn lại của cáp sẽ trở nên tin cậy và có ý nghĩa đối với cung cấp điện liên tục cho sau này

Các phần phụ về cáp như các hộp nối và các đầu cuối thường bị lỗi do lắp đặt vận hành của công nhân tay nghề thiếu kinh nghiệm hoặc sự xâm nhập hơi nước dọc theo lớp tiếp giáp của phần phụ kiện và lớp cách điện của cáp

Sự yếu kém về tay nghề bao gồm như phần cắt gọt màng bán dẫn không

silicone, lỗ trống, dây truyền vận hành không chính xác và các chất nhiễm bẩn Những lý do không hoàn hảo trên hầu như luôn gây phóng điện cục bộ khi điện áp đến một ngưỡng mức độ nào đó Như trạng thái điện áp xác lập, phóng điện cục bộ làm tăng lên mức độ nghiêm trọng và kết cục dẫn đến lỗi

hư hỏng hệ thống cáp

1.4 Hiện trạng cáp ngầm trung áp tại Việt Nam

1.4.1 Hiện trạng sử dụng cáp ngầm

Điện lực Hà nội

Cáp ngầm sử dụng chủ yếu là cáp khô, 3 pha, cách điện XLPE, tiết diện

thay thế dần để chuyển sang cáp cách điện XLPE

* Chiều dài cáp ngầm theo cấp điện áp hiện nay gồm:

35kV - 82 km

22kV - 1022 km

10kV - 274 km

6kV - 210 km

Tổng toàn lưới trung áp là: 1588 km

Về mặt thông số kỹ thuật có thể tham khảo từ website của các hãng cung cấp cáp ngầm cho lưới điện Hà Nội gồm:

- Công ty LS Vina Cable

- Công ty CP Tập đoàn Hanaka

- Công ty TNHH Dây và cáp điện Tân Cường Thành

- Công ty Liên doanh cáp Taihan - Sacom

- Công ty TNHH Công nghệ Cao Ức Thái Việt Nam

thấy sự cố cáp ngầm thường do thi công các công trình xây dựng, đào đường gây va chạm cơ khí với cáp Ngoài ra còn do chất lượng hộp nối cáp

Đối với hạ ngầm cáp lưới trung áp tại Hà nội hiện nay đã hoàn thành 100% với các quận như Hoàn Kiếm, Ba Đình và Hai Bà Trưng Các quận và huyện thuộc Hà nội khác đang trong kế hoạch với mục tiêu hạ ngầm 100% lưới điện

Điện lực TP.HCM

Theo đề án phát triển từ nay đến năm 2020 Đối với lưới điện trung áp, TP cải tạo toàn bộ lưới 15kV tại các quận-huyện 2, 7, 9, 12, Củ Chi, Nhà Bè, Bình Chánh, Hóc Môn và một phần tại các quận Thủ Đức, Tân Bình, Tân Phú thành lưới 22kV; ngầm hóa từ 20% đến 100% cáp điện tại các quận-huyện; Giai đoạn 2007 – 2008, ưu tiên ngầm hoá lưới điện một số tuyến đường trung tâm ở các quận 1, 3, Bình Thạnh, Phú Nhuận

Giai đoạn 2008 - 2009, Công ty sẽ mở rộng khu vực ngầm hoá các tuyến đường Hoàng Diệu, Nguyễn Tất Thành, Nguyễn Bàng, Hoàng Văn Thụ, Phan Ðình Giót, Khu trường đua Phú Thọ, khu vực sân bay Tân Sơn Nhất

2010, khu vực ngầm hóa sẽ mở rộng ở một số tuyến đường khu vực quận 2 với khối lượng khoảng 80 km

Ðến năm 2010, Công ty sẽ ngầm hoá lưới điện trung thế đạt tỷ lệ 100% trên các tuyến đường chính khu vực trung tâm Thành phố (các quận 1, 3, 5) và đạt tỷ lệ 15-20% trên các tuyến đường chính của Thành phố Công tác ngầm hóa không chỉ góp phần nâng cao năng lực phục vụ của lưới điện Thành phố, cung cấp điện ngày càng an toàn, ổn định, mà còn đem lại vẻ mỹ quan

đô thị

Khó khăn trước tiên là vấn đề vốn đầu tư Ngầm hoá hệ thống đường dây điện cần chi phí gấp tới 4 - 5 lần so với hệ thống đường dây trên không Do

đó, theo tính toán, vốn đầu tư cho ngầm hoá hệ thống đường dây điện giai đoạn 2008 - 2010 của TP HCM ước tính khoảng trên 4.379 tỷ đồng và giai đoạn 2011 - 2020 ước tính 12.975 tỷ đồng (năm thấp nhất cần huy động hơn

468 tỷ đồng, năm cao nhất lên đến gần 1.700 tỷ đồng)

Tổng hợp khối lượng đường dây và sự cố hiện tại:

- Khối lượng cáp ngầm trung thế: 1277,38 km

- Loại cáp: Cáp đồng 3 lõi bọc cách điện XLPE

- Năm 2008: Hư cáp 13 vụ, hư hộp nối cáp 22 vụ, hư đầu cáp 2 vụ, đào

* Sơ đồ phân tích sự cố (FTA) tại Công ty Điện lực TP.HCM xem hình 1.7

1.4.2 Phân tích các nguyên nhân gây sự cố với cáp ngầm trung áp

Các nguyên nhân gây hư hỏng cáp: chất lượng hộp nối, thi công hộp nối, cáp

bị đào trúng (do các đơn vị thi công đường sá, cầu cống, điện thoại, cấp thoát nước, hoặc người dân…), cáp bị tróc vỏ trong quá trình thi công lắp đặt là các nguyên nhân chính xảy ra hiện nay Từ kết quả thống kê các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng cáp ở trên chúng ta thấy, số vụ gây mất điện

do đào trạm cáp là nhiều nhất, sau đấy đến số vụ hư hộp nối và hư cáp là tương đương nhau chiếm khoảng 1/3 đối với số vụ đào trúng cáp gây ra

Sự ăn mòn, hư hỏng về vật lý, hoá học đối với cách điện của cáp thì hoàn toàn chưa có đánh giá hoặc nghiên cứu nào từ trước đến nay tại Việt Nam

Về mặt dò tìm và chẩn đoán chớm sự cố lưới trung áp hiện nay vẫn chưa ứng dụng công nghệ tiên tiến nào để lắp đặt cho việc giám sát hệ thống cáp Đặc biệt đối với lưới cao áp 110 kV ở một số khu vực, như từ trạm 110 kV

giám sát nhiệt độ với sợi cáp quang để theo dõi tình trạng cáp và phát hiện

sự cố

1.4.3 Các kỹ thuật và phương pháp liên quan đến xác định sự cố cáp ngầm

Tại Việt Nam:

Các phương pháp và thiết bị dùng xác định sơ bộ:

Xác định sự nguyên vẹn của ruột cáp: những thiết bị đo có điện áp nhỏ (vạn năng, đèn rò ), Mêgôm mét (tuy nhiên thiết bị đo có điện áp lớn sử dụng có thể dẫn đến phán đoán sai)

Đo điện trở cách điện của mỗi pha với vỏ (màn chắn kim loại) và giữa các pha với nhau: Dùng Megôm mét 2500V hoặc 1000V kiểm tra cách điện của từng pha cáp với đất và với nhau hoặc dùng vạn năng 20.000Ω/V để kiểm tra sơ bộ Trong một số trường hợp sử dụng Mêgôm mét không phát hiện được sự suy giảm cách điện thì có thể dùng thiết bị có điện áp một chiều lớn hơn kết hợp đo dòng điện rò

Các phương pháp và thiết bị xác định điểm hỏng trên đường cáp:

- Phương pháp cầu (cầu điện trở, cầu điện dung, cầu hạ áp, cầu cao áp )

- Phương pháp xung phản xạ

- Phương pháp đo sụt áp trên lõi và trên vỏ cáp

- Phương pháp đơn xung nhị thứ và đa xung nhị thứ (SIM và MIM)

- Phương pháp đo xung phản xạ để xác định tương đối chính xác vị trí hỏng của cáp khi điện trở cách điện chỗ hư hỏng của cáp còn cao (cao giả tạo), chập chờn phải dùng các phương pháp làm giảm cách điện chỗ hỏng của cáp xuống ≤ 10 Ω

- Phương pháp cảm ứng

- Phương pháp âm thanh (phóng điện dao động)

Các phương pháp làm giảm điện trở cách điện tại điểm hỏng của cáp ngầm:

- Phương pháp đốt thủng bằng dòng một chiều hoặc dòng xoay chiều

- Phương pháp phá thủng bằng điện một chiều (Phương pháp phá thủng bằng điện xoay chiều thực tế ít dùng do yêu cầu nhiều điều kiện)

Một số nước trên thế giới:

Ở một số nước trên thế giới cho đến nay vẫn sử dụng một số phương pháp

và thiết bị ở trên để dò tìm sự cố ngoài ra họ sử dụng một số phương pháp và thiết bị với sự cải tiến về công nghệ như, phương pháp xung phản xạ TDR gửi một tín hiệu với năng lượng thấp qua cáp mà không gây ra sự suy giảm

về cách điện, được sử dụng bộ lọc và bộ tạo âm lớn Điểm yếu của phương pháp này là không định vị được chính xác sự cố và phản xạ kế không quan sát được với điện trở tiếp đất lên đến 200 Ω Và các phương pháp hiện đại

như sử dụng máy phát xung kèm theo thiết bị dò tìm định vị hay máy phát

âm tần kèm theo tai nghe và bộ nhận tín hiệu để phân tích…

1.5 Sử dụng công nghệ mới để nâng cao tuổi thọ cáp trung áp

Các công ty điện lực trên thế giới đang cố gắng làm thế nào để giảm bớt các chi phí về vòng đời của hệ thống cáp phân phối trung áp, mà vẫn đáp ứng được các yêu cầu về môi trường và kinh tế Sử dụng cách điện XLPE làm chậm lại cây nước đã cho phép các công ty điện đạt được về tuổi thọ làm việc lâu dài dưới các điều kiện vận hành khắc nghiệt của cáp Điều này dẫn tới việc cải thiện các vấn đề về kinh tế, xã hội và môi trường từ các hoạt động thay thế đối với hệ thống cáp lực

* Kinh nghiệm sử dụng cáp cách điện TR-XLPE ở Bắc mỹ

Cách điện làm chậm phát triển của cây nước TR-XLPE (Tree-retardant crosslinked polyethylene) đã được thiết kế để khắc phục cây nước với sự thiếu hụt polyethylen trọng lượng phân tử cao và polyethylen liên kết chéo (XLPE) Hơn nữa làm chậm sự phát triển của cây nước, TR-XLPE đã được thiết kế để duy trì tổn thất thấp và cường độ điện môi cao của XLPE Cách điện trên đã được đưa vào sử dụng từ năm 1983 và trong thời gian 22 năm, TR-XLPE đã trở thành cách điện chiếm ưu thế và được sử dụng đối với cáp phân phối ngầm trung áp ở Bắc Mỹ Những năm gần đây với nhiều nghiên cứu, kết quả đã chứng minh được độ ổn định của vật liệu ở trong môi trường vận hành và không có sự hư hỏng đối với cáp TR-XLPE

* Kinh nghiệm sử dụng cáp cách điện TR-XLPE ở Châu Âu

Ở Châu Âu có một sự khác biệt so với Bắc mỹ đó là tầm quan trọng về vệ sinh và ngăn ngừa đánh thủng về điện sau khi cách điện lão hoá trong nước Những nhà nghiên cứu đã tìm ra sự pha trộn của nhựa polyethylene đã sử dụng trong XLPE với chất đồng trùng hợp copolymers Kết quả là hạn chế được sự đánh thủng về điện sau khi lão hoá trong nước dưới các ứng suất về điện Vật liệu đó gọi là “Copolymer XLPE” được sử dụng vào khoảng đầu thập niên 1980 và cũng cho một hiệu quả làm việc tuyệt vời đối với cáp trung áp

Cách điện TR-XLPE đã được sử dụng ở Bắc mỹ cũng đã được đánh giá ở Châu Âu vào cuối thập niên 1980 với những kết quả tốt Sử dụng cách điện làm chậm cây nước ở Châu Âu với hệ thống copolymer XLPE đã được xác định là tốt Ở Ý với sự chiếm ưu thế về sử dụng cáp cách điện EPR đối với lưới trung áp, gần đây họ đã chuyển hoàn toàn sang sử dụng cách điện làm chậm cây nước Một vài quốc gia ở phía đông Châu Âu cũng đã ghi nhận và thấy tầm quan trọng của việc sử dụng cách điện làm chậm cây nước đối với tuổi thọ lâu dài của cáp Ở Nga, có một thử nghiệm lão hoá so sánh giữa TR-XLPE, Copolymer XLPE và XLPE bởi viện nghiên cứu về cáp (VNIIKP) với mục đích phát triển về các tính năng đối với hiệu quả sử dụng các hệ thống cáp đùn ép

Ở Châu phi và Trung đông, Cách điện TR-XLPE đã được đánh giá và chấp nhận ở một vài quốc gia như Arập Xêút, Israel và Nam phi

* Kinh nghiệm sử dụng cáp cách điện TR-XLPE ở Châu Á

Về mặt lịch sử, ở Châu Á ít quan tâm về hiệu quả lâu dài của cáp trung áp bởi vậy các đặc tính kỹ thuật hiện chưa phát triển nhiều nhằm đảm bảo về tuổi thọ của cáp Như các kết quả sử dụng đối với cách điện TR-XLPE ở

Bắc mỹ và Châu Âu đã được chứng minh, một vài quốc gia ở Châu Á đã bắt đầu thu nhận được hiệu quả của các đặc tính kỹ thuật đối với cáp họ sử dụng Một trong những quốc gia ở Châu Á đầu tiên đó là Philippines, nơi một công ty lớn Meralco đã xây dựng nghiên cứu về cách điện cáp TR-XLPE với yêu cầu kỹ thuật về cáp trong đầu thập niên 1990 Một vài năm sau có công ty điện KEPCO của Triều Tiên cũng đã xây dựng một giao thức thử nghiệm lão hoá cách điện cáp với yêu cầu về đặc tính cách điện TR-XLPE

Ở Trung Quốc, các công ty điện có kinh nghiệm phát triển mạnh trong các mạng lưới cáp ngầm đang bắt đầu tập trung cho việc cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ đối với cáp trung áp Kết quả thu được từ chương trình nghiên cứu thử nghiệm về lão hoá cách điện cho biết hiệu quả rất tốt đối với cáp TR-XLPE và sự phân biệt rõ ràng giữa hiệu quả của TR-XLPE, XLPE, và các vật liệu cách điện XLPE cục bộ

* Kinh nghiệm sử dụng cáp cách điện TR-XLPE ở Châu Mỹ La tinh

Ở Châu Mỹ La tinh, xu hướng với lắp đặt cáp ngầm trung áp đối với mặt thẩm mỹ đó là lý do để thực hiện (như giảm tác động đến môi trường) do đó

có sự phát triển về việc sử dụng cáp ngầm Dựa trên kinh nghiệm về lựa chọn cách điện TR-XLPE trong 20 năm, đã tin tưởng về mặt giá trị đối với ứng dụng cho hệ thống cáp ngầm Lợi nhuận của TR-XLPE đối với hệ thống cáp ngầm đã có kết quả trong việc chấp thuận và sử dụng chúng Ở Mexico, cách điện TR-XLPE đã được chấp nhận dùng cho các ứng dụng cáp phân phối Ở Brazil, TR-XLPE đã đưa vào tiêu chuẩn của quốc gia kể cả cách điện XLPE và EPR Ngoài ra, cách điện TR-XLPE ở Chilê và Colombia

* Kết luận

- Hiện nay rất nhiều các nước trên thế giới đã và đang sử dụng các loại cáp ngầm trung áp với cách điện khác nhau như XLPE, EPR… đặc biệt đối với loại cách điện TR-XLPE đã được sử dụng rộng dải ở những quốc gia nói trên Chúng có nhiều ưu điểm đối với môi trường làm việc khắc nghiệt mà vẫn đảm bảo được tuổi thọ lâu dài Ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa lắp đặt đối với loại cáp có đặc tính cách điện trên Tuy nhiên trong tương lai để đáp ứng các yêu cầu về vận hành lưới điện an toàn, và độ tin cậy cao Chúng ta

có thể nghiên cứu thêm về đặc tính cũng như sự phù hợp với môi trường nhiệt đới tại Việt Nam, để ứng dụng chủng loại cách điện có hiệu quả khi xu hướng ngầm hoá đang được quan tâm đối với lưới điện trung áp

- Thực tế đã chứng minh, so với lưới điện nổi, lưới điện ngầm nâng cao độ tin cậy, ổn định, chất lượng trong công tác quản lý vận hành, hạn chế được phạm vi mất điện trên diện rộng khi cắt điện công tác, giảm thiểu tối đa việc mất điện do sự cố khách quan gây ra như: Thiên tai, sét đánh, cây xanh đổ ngã, động vật… gây ra Ðồng thời, nâng cao tính an toàn sử dụng điện trong nhân dân, loại bỏ được các điểm mất an toàn do vi phạm hành lang an toàn

Hình 1.7: Sơ đồ phân tích sự cố theo FTA (Failure Tree Analysis) – dựa trên khảo sát sự cố thực tế

Lắp đặt không đúng kỹ

Có yếu tố bên ngoài tác động

Cáp, hộp nối không đúng chuẩn

Hộp nối, cáp được bảo vệ chống chèn ép

Tủ RMU

Đối chiếu mẫu vật

sự cố với hồ sơ quản lý

Lắp ép connector

Cắt gọt cáp

Cắt gọt lớp bán dẫn

Các lớp bọc cách điện chính

Sét đánh trực tiếp

Sét đánh trực tiếp

Để thấm nước

Xe móc, đào đường

Cáp M240 XLPE hộp nối 240mm2Không hầm cáp, bêtông bảo vệ cáp bẻ cong Hiệu Siemens

Đưa vào vận hành năm 2007

Lắp ép đúng cách, bịt hở Cắt gọt phạm vào lớp XLPE Lớp bán dẫn không đều, không

Phát hiện hầm cáp

có nước, thử phóng điện

Không có dấu hiệu sét đánh trực tiếp

Không có sự cố gần khu vực lân Không phát hiện

Phát hiện mặt đường trước số nhà 557 Nguyễn Kiệm bị biến dạng lún sụt rất nhiều

Vấn đề khác

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỂ CHẨN ĐOÁN CHỚM SỰ CỐ CÁP LỰC NGẦM

Ngày nay hệ thống điện trung áp được sử dụng rộng rãi với các loại cáp điện khác nhau như cách điện ép đùn XLPE (crosslinked polyethylene), EPR (ethylene-propylene), và cáp cách điện giấy bọc chì PILC (fluid-impregnated paper-insulated lead-covered) Những loại cáp này thường được lắp đặt ngầm và đi trong các máng cáp ở các thành phố và đặc biệt là trong các nhà máy như các nhà máy hoá chất, xăng dầu v.v…, các khu vực quan trọng khác Trong phần này sẽ có một vài ví dụ về các khuyết tật của cách điện ở cây điện, bởi cây nước là nguyên nhân chính dẫn đến sinh ra cây điện và do các tạp chất, phân lớp màng chắn bán dẫn, chỗ nhô ra trong cách điện ép đùn và tracking cácbon hoá ở lớp cách điện cán mỏng Hơn nữa, nguyên nhân hư hỏng cũng do các khiếm khuyết trong quá trình sản xuất, tay nghề công nhân chưa hoàn hảo, sự dơ bẩn, hoặc sự xâm nhập hơi ẩm theo lớp tiếp giáp bề mặt cáp

2.1 Đánh giá chung về các phương pháp giám sát sự cố cáp ngầm

online – offline

Về mặt kỹ thuật, phát hiện và giám sát sự cố cáp ngầm bao gồm hai hình thức online và offline Ngoài ra còn có một số các hình thức khác đối với việc phát hiện hư hỏng trong cáp ngầm; tuy nhiên, phép đo phóng điện cục

bộ đối với thành phần lõi là phương pháp được sử dụng thông thường nhất Với kết quả cuối cùng thường là phương pháp dựa trên phóng điện cục bộ

Dù tiến hành online hay offline thì các phương pháp phát hiện chỗ hư hỏng cáp ngầm vẫn có một số các mặt hạn chế và liên quan đến những yếu tố kỹ thuật như làm suy giảm (Attenuation) tần số cao trong các sợi cáp đặc Đây

là tần số bắt buộc chính trong ứng dụng phát tín hiệu RF (Radio frequency) Đặc tính suy giảm phụ thuộc tần số của cáp bởi sự suy giảm đó tỷ lệ trực tiếp với tần số phủ diện tích vuông của tín hiệu vì vậy tần số cao hơn sẽ lớn hơn về mức độ suy giảm Hơn nữa, hiện tại lớp bọc và độ dẫn điện của nó cũng làm tăng lên sự suy giảm Kết qủa, làm suy giảm xung tần số cao và chuyển sang tần số thấp hơn dọc theo dây cáp Sự quy định này là một giới hạn với các phép đo xung PD được thử nghiệm với chiều dài của cáp Tóm lại, độ nhạy của phép đo giảm đáng kể khi chiều dài của cáp tăng lên Phương pháp online có thể có ưu điểm hơn đối với p.p offline ở khía cạnh khi các phép đo online có thể hoàn thành công việc ở giữa chừng với khoảng thời gian ngắn miễn là cáp có thể sử dụng được về mặt vật lý

Một vài phương pháp dò tìm gồm có các phép đo xung tần số cao có năng lượng nhỏ Các thành phần ồn cũng truyền các đặc tính tương tự như tín hiệu xung và kết quả là sóng giao thoa giữa chúng là một vấn đề không thể tránh được Tạp chất ồn làm giảm độ nhạy của phương pháp dò tìm, đặc biệt ở một môi trường với tiếng ồn lớn như các khu vực dân cư đông đúc Thử nghiệm về cáp ở khoảng thời gian ngắn hơn có thể giảm nhẹ bớt nhiễu do ồn; tuy nhiên cũng khó có thể thực hiện một công việc với thời gian như vậy Bởi tín hiệu của phóng điện cục bộ dưới các dòng xung có thể mang những tần số trùng lặp với tần số ồn Nếu vậy, những tần số trùng lặp này sẽ

là phần không tham gia vào việc dò tìm hư hỏng cáp trừ khi các phép đo có khả năng thực hiện được với những vị trí khác nhau Sau tất cả những vấn đề trên, nhiễu do ồn cũng là một thử thách chính trong các phép đo do vậy cần phải khắc phục để giảm thiểu

Khi thử nghiệm offline thiết bị được thực hiện trên một nguồn cấp với các mạch nhánh, đa phản xạ từ những mạch này gây ra nhiều khó khăn để nhận

biết phản xạ nào là phản xạ chính và do đó sự dò tìm hư hỏng trở nên không khả thi Đây cũng là một thử thách thường bắt gặp ở phương pháp xung phản xạ truyền thống Sự tách rời về mặt vật lý của nhiều mạch điện có thể giảm nhẹ bớt việc dò tìm hư hỏng phức tạp nếu như nó phù hợp về mặt kinh

tế Không như phương pháp offline, p.p dò tìm online có thể khắc phục được vấn đề này bởi thử nghiệm riêng rẽ khác nhau và độc lập từ mỗi nhánh khác Khả năng gây phóng điện nhiều nơi diễn ra đồng thời ở những lỗ trống khác phân bố dọc theo tuyến cáp Tương tự như trường hợp đa mạch, sự xuất hiện xếp chồng nhiều xung phản xạ như một giá trị trung bình trong thử nghiệm offline Kết quả là mất đi hoặc thiếu sự chính xác về vị trí dò tìm Đối với một tuyến cáp với ít vị trí phóng điện, phương pháp phản xạ kế miền thời gian TDR (time domain reflectometry) đem lại những kết quả vừa ý; tuy nhiên nếu tăng lên con số về phóng điện, mức độ chính xác đối với p.p TDR lại là thấp

Các đặc tính về cáp điện như tốc độ suy giảm và nhân rộng có sự khác nhau giữa các loại cáp với cách điện khác nhau Do đó, các phương pháp dựa trên TDR dường như là khó khăn để tổng quát hoá trong việc trả lời về những đặc tính biến đổi của cáp Ví dụ, với tốc độ nhân rộng không phải là giá trị hằng số và nó thay đổi từ một đoạn dây cáp này tới một đoạn dây cáp khác Gắn liền với cấu trúc cáp, một vài phương pháp dò tìm offline phải yêu cầu một dòng điện quay về qua vỏ bọc cáp, đối với vài kiểu cáp thì chúng không hiện hữu Do đó, những phương pháp này không thể áp dụng cho cáp không

vỏ bọc hoặc cáp được bọc vỏ với vỏ bọc không liên tục Điều trái ngược, phương pháp online có thể khắc phục vấn đề này nếu như đoạn cáp có thể được thử nghiệm độc lập và nếu như không cần yêu cầu đối với dòng trở về

Mặc dù một vài thách thức đã được xác định trong các điều kiện của phương pháp hiện tại, nhu cầu cho một hệ thống giám sát online, không phá huỷ, và quy về hiệu quả vẫn còn chưa đạt được Trong chương 2 và 3 của đề tài này

sẽ tiếp tục phân tích và nghiên cứu rõ từng phương pháp hiện hữu trong việc chẩn đoán chớm hư hỏng và xác định điểm sự cố cáp ngầm

2.2 Kỹ thuật chẩn đoán cách điện với cáp lực trung áp

Theo tiêu chuẩn IEEE 400 tất cả các thử nghiệm có thể tổng hợp thành 2 dạng chính: dạng 1, chịu đựng về phá huỷ và dạng 2, chẩn đoán không phá huỷ Dạng 1 thử nghiệm bao gồm DC, AC tần số công nghiệp và VLF (very low frequency) AC, dạng 2 các thử nghiệm bao gồm đánh giá điều kiện tổng quan như thử nghiệm chẩn đoán tanδ và chẩn đoán đặc biệt về sự khuyết tật vật liệu như thử nghiệm chẩn đoán PD Ưu nhược điểm chính của các dạng thử nghiệm này sẽ được nêu trong các phần sau đây

2.2.1 Các thử nghiệm chịu đựng về phá huỷ ( dạng 1)

Các thử nghiệm chịu đựng về phá huỷ bao gồm ứng dụng ở một khả năng chịu đựng về điện ở mức cao trong thời gian quy định Nếu lỗi hệ thống, sự

cố phải được xác định, sửa chữa, và được thử nghiệm lại Ưu điểm của thử nghiệm dạng 1 đó là sự đơn giản và dễ dàng để áp dụng Thử nghiệm không dẫn đến hư hỏng trong suốt thời gian thử, nhưng có thể là nguyên nhân gây

ra về sự cố cung cấp sau này

Như đề cập ở trên, có 3 loại nguồn điện áp thông dụng được sử dụng cho thử nghiệm chịu đựng là DC, AC tần số công nghiệp và VLF AC Mặc dù AC tần số công nghiệp được sử dụng đối với cáp điện cao áp Điểm nhấn ở phần

này là các ứng dụng cho cáp trung áp do đó với phương pháp DC và VLF

AC được sử dụng thường xuyên để thử nghiệm chịu đựng

1) Thử nghiệm DC

Vào thập niên 1960 khi cách điện ép đùn phát triển và các hãng sản xuất cáp thông qua một phương pháp thử nghiệm PD dựa trên thử nghiệm của nhà máy, trong lĩnh vực công nghiệp thử nghiệm tiếp tục sử dụng thử nghiệm bằng phương pháp DC, với ý tưởng sẽ đạt được kết quả giống như cáp ép đùn đã làm với cáp PILC Mặc dù, vào giữa thập niên 70 những nhà nghiên cứu bắt đầu thấy được các tín hiệu của thử nghiệm DC ở việc tìm khuyết tật trong các hệ thống cáp ép đùn

Một ví dụ thông thường cho thấy không hiệu quả của thử nghiệm DC đó là cách sử dụng của nó trong việc nghiệm thu các hệ thống cáp mới với cách điện ép đùn Thử nghiệm chịu đựng DC đôi khi được thực hiện trên cáp mà không lắp đặt các đầu cuối Một hệ thống cáp không có đầu cuối có thể chuyển qua thử nghiệm DC nhưng kết quả hư hỏng sẽ tương đối nhanh ở tần

số công nghiệp, khi mà không có phụ kiện điều chỉnh về khả năng chịu đựng (ứng suất hình nón) cho mức độ điện trường Đây chỉ là một ví dụ nhưng theo tiêu chuẩn IEEE 400, cách điện bằng điện môi ép đùn không thể dò tìm bằng thử nghiệm DC ngay cả các khiếm khuyết về tay nghề đối với cách điện ở mức độ rộng Thử nghiệm DC không phát hiện hầu hết các khiếm khuyết về tay nghề, mà nó còn có thể làm giảm tuổi thọ cách điện ép đùn 2) Thử nghiệm AC với tần số rất thấp

Nguồn điện áp thông dụng thứ 2 được sử dụng trong dạng 1 đối với thử nghiệm về cáp trung áp là nguồn xoay chiều tần số rất thấp (VLF AC) Nguồn VLF AC được phát triển vào đầu thập niên 80 là một nguồn thay thế đối với nguồn DC Điện áp DC đã được biết không phải để sinh ra duy trì

hoạt động phóng điện PD ở các vị trí khuyết tật Ở khía cạnh khác, chịu tác dụng về điện áp biến đổi theo thời gian, có thể sinh ra hoạt động phóng điện cục bộ PD ngay cả ở tần số rất thấp 0,1 Hz Sử dụng các dụng cụ thí nghiệm dùng lực xuyên vào trong cách điện cáp đã chỉ ra được những vùng chịu tác động về điện tăng lên và có thể sinh ra một gia tốc tỷ lệ tương ứng với điện

áp VLF AC

Mục tiêu của thử nghiệm chịu đựng điện áp xoay chiều tần số rất thấp là để tìm lỗi khuyết tật nặng nhất Mặc dù, đây vẫn là một vấn đề về tuổi thọ đối với hệ thống cáp Như ở dạng 1, thử nghiệm chịu đựng VLF AC không chỉ

rõ sự suy giảm các khuyết tật hiện có, với hoạt động PD có thể tạo ra các khuyết tật kín bên trong và không thể không gây nhiều dạng khuyết tật trong thời gian thử nghiệm chịu đựng Cáp có thể giảm bớt độ tin cậy và có tuổi thọ ngắn hơn ở giai đoạn cuối của thử nghiệm Hơn nữa, các tiêu chuẩn đã đưa ra rằng thử nghiệm chịu đựng VLF AC không thể áp dụng cho tuổi thọ các hệ thống cáp ép đùn giống như một con số “vượt quá” của các khuyết tật Mặc dù, các tiêu chuẩn không giải thích làm thế nào để người sử dụng được hỗ trợ khi thử nghiệm chịu đựng với VLF AC để xác định cáp có vượt quá con số các khuyết tật hay không Những hư hỏng tiềm ẩn liên tiếp và việc khắc phục hư hỏng đối với chủ sở hữu cáp thể hiện một sự phức tạp khi phải sử dụng với một thử nghiệm ở dạng 1 cho hệ thống cáp

Một ví dụ không hiệu quả đối với thử nghiệm chịu đựng AC dạng 1 để tìm khuyết tật về tay nghề trong hệ thống cáp mới đã được mô tả rõ ràng bởi nghiên cứu trong thời gian 3 năm của Viện nghiên cứu điện (EPRI) ở báo cáo công nghệ số 1001725 “Uớc lượng hiệu quả trong tương lai đối với các phụ kiện điện môi đặc của cáp” Trong nghiên cứu này EPRI đã tạo ra các lỗi về tay nghề điển hình bao gồm các phần tử với ứng suất không đúng chỗ,

cắt bằng dao lạm tới 30% của cách điện ép đùn, và tỉa bớt màng cách điện cáp dọc bên trái của phần dây dẫn Tuy nhiên nó giống như những lỗi gây ra

sự cố về cung cấp, tất cả các khuyết tật do tay nghề vẫn tiếp tục được làm việc trong 4 tháng với mức chịu đựng dòng xoay chiều được vận hành với 2 lần điện áp

Một trong những kết luận của nghiên cứu đó là khi thử nghiệm dạng 1 theo IEEE có ý định dùng để phá huỷ, một điều không thể trả lời đó là về tất cả các khuyết tật bị đánh thủng trong suốt thời gian thử nghiệm chịu đựng Do

đó, thử nghiệm ở dạng 1 nên được áp dụng với sự cân nhắc thận trọng đối với hệ thống cáp khi yêu cầu về độ tin cậy cao trong tương lai

2.2.2 Các thử nghiệm chẩn đoán không phá huỷ (dạng 2)

Mục đích của thí nghiệm chẩn đoán không phá huỷ là đưa ra về các điều kiện thiết lập một hệ thống cáp trong việc cung cấp điện với độ tin cậy, dù

có sử dụng hay không việc so sánh các kết quả thí nghiệm với những kết quả theo tiêu chuẩn chung đã được chấp nhận theo đơn vị vận hành Ví dụ như các đặc tính kỹ thuật của nhà chế tạo Công nghệ Offline sử dụng mô phỏng các mức điện áp đối với khoảng thời gian ngắn để đảm bảo thử nghiệm là không bị phá huỷ Dạng thử nghiệm 2 có ưu thế vượt trội là khả năng đo được đặc tính của hệ thống cáp đối với mức chịu đựng đặc biệt và dự đoán trước tương lai làm việc mà không gây ra hư hỏng nào Dù sao, một thách thức đối với chẩn đoán đó là yêu cầu đối với thiết bị đặc chủng và kỹ thuật viên phải được đào tạo Hai loại của thử nghiệm đối với dạng 2 được trình bày sau đây

1) Thử nghiệm đánh giá về điều kiện chung

Những thử nghiệm cho việc đánh giá điều kiện chung bao gồm các phép đo

hệ số phân tán (hoặc tanδ) ở một tần số đơn hoặc quang phổ của các tần số (quang phổ học điện môi), điện áp phân cực (hoặc điện áp phục hồi), dòng điện trở về, và các loại khác Những thử nghiệm này đưa ra một đánh giá tổng quan về hư hỏng các đặc tính điện môi nào đó, nhưng không thể định vị được nơi có khả năng khôi phục khuyết tật đối với loại hư hỏng này Những thử nghiệm này không được tiến cử cho các hệ thống cáp mới bởi các đặc tính điện môi của chúng vẫn không bị thay đổi Những thử nghiệm này nói chung cũng không phù hợp với hệ thống cách điện EPR bởi vì sự biến đổi rộng của đặc tính điện môi do sự hình thành khác nhau Những tác giả đã đề cập trong việc nghiên cứu, thống kê về mặt ý nghĩa như sử dụng thử nghiệm tanδ Những nghiên cứu này chỉ rõ rằng chính thức tuổi thọ của đoạn cáp được thử nghiệm (70 đến 80%) đưa ra các tín hiệu tin cậy về lão hoá theo hướng dẫn của IEEE 400 Dạng thử nghiệm này thường dẫn tới một kết quả

mơ hồ hoặc không kinh tế đối với các nhà máy khu công nghiệp

2) Chẩn đoán các khuyết tật đặc biệt

Các thử nghiệm khuyết tật ở dạng 2 được dùng để xác định và mô tả các vị trí khuyết tật độc lập, ngày nay chỉ có phương pháp chẩn đoán phóng điện cục bộ PD là hiệu quả Khả năng xác định, mô tả khuyết tật và so sánh các kết quả thử nghiệm đến các đặc tính kỹ thuật của nhà chế tạo có lẽ là tính năng vượt trội của thử nghiệm chấn đoán PD Thử nghiệm có thể thực hiện với on-line ở mức điện áp vận hành, hoặc off-line cho mức điện áp điều chỉnh phù hợp, nó còn mô phỏng ảnh hưởng quá điện áp quá độ ở hệ thống cáp trong suốt thời gian vận hành

a) Thử nghiệm phóng điện PD on-line

Thử nghiệm với phóng điện PD có một ưu điểm rõ nét đó là không yêu cầu đối với việc tách cáp Trong một vài trường hợp PD ở một vài điểm nối và đầu cuối bị suy giảm có thể được bảo vệ nếu như chúng có thể đánh giá được Mặc dù thử nghiệm PD online là một công cụ hữu dụng với một vài phương pháp thử nghiệm, nhưng cũng vô cùng dễ hiểu với các giới hạn của

nó Những giới hạn này bao gồm: i) Phần trăm khả năng dò tìm các khuyết tật ở điện áp vận hành là thấp, ii) thiếu hụt về khả năng đánh giá độ tin cậy

và iii) Rất có khả năng về phần trăm liên quan cao đối với lỗi các đầu đọc cực tính dương

Với phần trăm các khuyết tật thấp có thể được dò tìm thấy ở mức điện áp vận hành Điều này hoàn toàn như nhau vì cách điện cáp ép đùn không thể chịu đựng được phóng điện PD liên tiếp đối với trong một khoẳng thời gian kéo dài Với lý do này, nó không giống như phương pháp online dò tìm được các khuyết tật nặng nề trong suốt thời gian tương đối ngắn giữa sự khởi đầu của phóng điện PD ở điện áp vận hành và khi sự cố Ở trong một vài nghiên cứu, ví dụ như [1], đã đưa ra ít hơn 3% các vị trí khuyết tật ở trong hệ thống cáp bởi phóng điện PD và được báo cáo là hệ thống vẫn hoạt động được hoặc ở bên dưới mức điện áp vận hành

b) Thử nghiệm PD off-line

Thử nghiệm chẩn đoán PD off-line có một vài ưu điểm chính đối với tất cả các phương pháp chẩn đoán khác Theo phần 7.4 của IEEE 400, “nếu như hệ thống cáp có thể được thử nghiệm ở hiện trường nó sẽ cho biết mức phóng điện PD và có thể so sánh với thử nghiệm tại nhà máy [thử nghiệm PD] trên cáp và các phụ kiện, một bằng chứng thuyết phục đó là hệ thống cáp ở trong điều kiện tốt” [2] Thử nghiệm chẩn đoán PD off-line có ưu điểm khác biệt trong mỗi vị trí khuyết tật là nó có thể được dùng để xác định đặc tính hoá

và những kết quả đối với mỗi phần tử cáp và cũng có thể dùng để so sánh với đặc tính thử nghiệm PD của nhà máy sản xuất Đây là ưu điểm được sử dụng trong 40 năm qua đối với thử nghiệm chẩn đoán PD off-line của các nhà máy sản xuất và đặc biệt áp dụng trong lĩnh vực cáp điện

Có 3 thông số tới hạn thường gặp ở thứ tự thí nghiệm dùng để so sánh với các đặc tính PD của nhà chế tạo đưa ra Những thông số này gồm có tần số nguồn điện áp, kiểm tra độ nhạy, và kiểm tra mức điện áp Tất cả các đặc tính thử nghiệm của nhà máy yêu cầu phép đo ở tần số công nghiệp (xấp xỉ 50/60 Hz) Mỗi phần tử của hệ thống cáp với điện môi đặc (các đầu cuối, mối nối, và cách điện) có các yêu cầu về thử nghiệm đặc biệt đối với độ nhạy (điển hình khoảng 5 pC (picoColumb) và mức điện áp thấp nhất có thể xuất hiện khi phóng điện PD Yêu cầu về tiêu chuẩn tiến hành thử nghiệm chẩn đoán PD ở các mức điện áp cao được dự báo dựa trên hệ thống cáp thực tế trong suốt thời gian vận hành bình thường (xem bảng 2.1) Đã đưa ra được quá độ điện áp bởi xung sét hoặc xung đóng cắt [3] Thử nghiệm chẩn đoán PD off-line không chỉ so sánh các kết quả thử nghiệm từ nhà máy cung cấp đối với chẩn đoán về một khuyết tật đặc biệt, mà nó còn có thể cung cấp các đánh giá ban đầu và những chi tiết cần thiết để đem lại hoạt động đúng

và chính xác

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn và đặc tính kỹ thuật

* U0: điện áp vận hành của hệ thống cáp điện

2.3 Phương pháp chẩn đoán off-line tần số 50/60Hz

Cáp được chẩn đoán từ hệ thống và được tách ra với các bước thực hiện như sau: a) thiết lập hình ảnh hệ thống bởi phương pháp phản xạ kế miền thời gian ở điện áp thấp; b) thử nghiệm đánh giá về độ nhạy; c) thử nghiệm xác định độ lớn PD; d) thử nghiệm xác định và dò tìm PD dưới các điều kiện chịu ứng suất của điện áp; e) phân tích dữ liệu và viết báo cáo

a) Thiết lập hình ảnh hệ thống bởi phương pháp phản xạ kế miền thời gian (TDR)

Một xung điện áp thấp có thể được điều chỉnh ở thang 10 V, và độ rộng

20-200 ns, được bơm từ gần đầu cuối của cáp, tín hiệu di chuyển theo chiều dài của cáp, thực hiện phản xạ ở việc chuyển trạng thái điện kháng dọc theo hệ thống cáp Đây là vận hành TDR ở điện áp thấp dùng xác định với chiều dài cáp, các vị trí mối nối cáp (chia cắt) và các hiện tượng trái quy luật khác, như ăn mòn lớp vỏ kim loại hoặc chỗ đánh thủng

Hình 2.1 Cơ cấu đánh giá ngưỡng của độ nhạy thử nghiệm

Một xung ấn định được đưa vào gần đầu cuối của cáp Thiết bị định lượng

PD dò tìm và ghi lại sóng phản hồi Nếu như tín hiệu phản xạ không được nhìn thấy trên mức ồn đã được lọc, một tín hiệu lớn cỡ 10pC sẽ được đưa vào Quá trình này được lặp lại cho đến khi tín hiệu phản xạ có thể quan sát được Đây là sự xác định tín hiệu PD nhỏ nhất có thể giải quyết được dưới các điều kiện thử nghiệm

c) Định cỡ độ lớn của PD

Máy phát xung được nối với đầu cáp điều khiển từ xa ở cuối Tín hiệu lớn

50 hoặc 100pC được đưa vào Một tín hiệu tương ứng đã ghi lại ở gần cuối được xác định bởi hàm hợp nhất đối với thời gian (q=kfvdt)

k: hằng số được điều chỉnh cho đến khi con số độ lớn của PD là 50 hoặc 100pC Bây giờ thiết bị đo lường được xác định với phép đo điện nạp biểu kiến q của PD

d) Làm thử nghiệm PD off-line

Hình 2.2, máy phát xung được thay thế bởi máy biến áp cộng hưởng 50/60Hz Điều chỉnh điện áp tăng đột biến đến điện áp vận hành của cáp (1,0

5 giây Sau đấy quay nhanh trở về mức 0 Trong suốt thời gian với chu kỳ ứng suất này một vài bộ dữ liệu được chụp lại như hình 5 Mỗi bộ dữ liệu chứa đựng 1 hoặc nhiều khoảng thời gian ở tần số 50/60 Hz Các phần lên và xuống của điện áp giúp cho việc xác định tương ứng với sự khởi đầu và dập tắt của phóng điện PD

Hình 2.2: Biểu đồ thời gian của điện áp kích thích đã áp dụng liên tục với một thử nghiệm PD

e) Phân tích và báo cáo dữ liệu

Hình 2.3 mô tả một bộ dữ liệu điển hình Trước khi phân tích đã sử dụng các

bộ lọc làm giảm tín hiệu ồn Mũi tên di chuyển từ trái sang phải để dừng ở mỗi tín hiệu khi độ lớn vượt quá giá trị thiết lập ban đầu để đọc tín hiệu ồn

cơ bản còn lại, và hiển thị tín hiệu ở một khung chú thích thời gian Khi đó

độ lớn PD xuất hiện với góc pha và vị trí của nó đã được xác định và lưu lại

Ở phần cuối của phân tích tất cả dữ liệu cần thiết được tạo thành một báo cáo và chỉ rõ tình trạng của mỗi pha riêng biệt Bao gồm chiều dài cáp, các

vị trí nối, sự đánh thủng lớp bảo vệ, các vị trí khuyết tật, những đặc tính khuyết tật và các đánh giá

Hình 2.3: Dữ liệu PD chưa được xử lý (ở trên) và dữ liệu sau khi làm giảm tín hiệu ồn (bên dưới)