Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6

Một trong những ứng dụng đang trở nên phổ biến đó là việc sử dụng thiết bị đóng cắt kiểu kín cách điện bằng khí SF6 trong các trạm biến áp trung gian và các trạm biến áp cách điện khí SF

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH THỊ PHIN

THỬ NGHIỆM TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

ĐINH THỊ PHIN

THỬ NGHIỆM TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – THIẾT BỊ ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ VĂN DOANH

HÀ NỘI – 2015

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại lớp Cao học Kỹ thuật điện- Thiết bị điện khóa 2013-2015, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi đã được đào tạo và tích lũy nhiều kiến thức cho bản thân cũng như phục vụ công việc Đặc biệt là khoảng thời

gian thực hiện đề tài “Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6” Để có thể

hoàn thành được luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự góp ý và giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, Viện Điện, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm

ơn PGS TS Lê Văn Doanh vì những định hướng và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn chế, chắc chắn luận văn tốt nghiệp của tôi còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo cũng như các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn !

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi Các nội dung của luận văn là do tôi thực hiện và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ luận văn của tác giả nào khác Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên

Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2015

Tác giả

Đinh Thị Phin

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH 8

PHẦN MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 12

TỔNG QUAN VỀ KHÍ SF6, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÓNG CẮT CÓ SỬ DỤNG KHÍ SF6 VÀ QÚA TRÌNH PHÁT TRIỂN 12

1.1 Tổng quan về khí SF6 12

1.1.1 Sơ lược lịch sử của việc sử dụng SF6 12

1.1.2 Sản xuất SF6 13

1.1.3 Các ứng dụng khác của SF6 14

1.1.4 Tính chất vật lý và hóa học của SF6 14

1.2 Thiết bị điện đóng cắt có sử dụng khí SF6 18

1.3 Quá trình phát triển 20

CHƯƠNG 2 28

TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6 (GIS) VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA TRẠM GIS Ở VIỆT NAM TRONG THỜI ĐIỂM HIỆN TẠI VÀ TƯƠNG LAI 28

2.1 Giới thiệu một số hãng sản xuất GIS 28

2.1.1 SIEMENS GIS 28

2.1.2 TOSHIBA GIS 30

2.1.3 ABB GIS 33

2.1.4 ALSTOM GIS 34

2.2 Tổng hợp chung về trạm biến áp cách điện khí SF6 36

2.2.1 Các ưu nhược điểm trạm GIS 36

2.2.2 Phân loại 37

2.2.3 Kết cấu chung của GIS 37

2.3 Tình hình phát triển của trạm GIS ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại và tương lai 44

CHƯƠNG 3 48

BẢO DƯỠNG, THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ GIS 48

3.1 Khái quát 48

3.1.1 Mục đích của bảo dưỡng và thử nghiệm thiết bị điện 48

3.1.2 Các chế độ hoạt động bảo dưỡng thiết bị điện 48

3.1.3 Các yếu tố chính trong các quyết định tối ưu hóa công tác bảo dưỡng và thử nghiệm thiết bị điện 50

3.2 Ảnh hưởng của phóng điện cục bộ đến độ bền của cách điện 51

3.3 Xây dựng quy trình thử nghiệm phóng điện cục bộ cho trạm biến áp cách điện khí GIS cấp điện áp 220kV 53

3.3.1 Mô tả hệ thống thiết bị thử nghiệm 53

3.3.2 Quy trình triển khai hệ thống thử nghiệm AC tại hiện trường 58

3.3.3 Quy trình kiểm tra trạm GIS tại hiện trường 61

3.3.4 Quy trình thử nghiệm AC kết hợp đo PD cho trạm GIS 62

3.3.5 Tiến hành thử nghiệm tại hiện trường (Thử AC và đo PD trạm GIS ) Bản Chát- Lai Châu 72

3.3.6 Thử nghiệm sau khi lắp đặt tại hiên trường đối với GIS 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

EHV Extra High Voltage Siêu cao áp

LSB Load Break Switch Máy cắt phụ tải

GIS Gas Insulated Substation Trạm biến áp cách điện khí SF6 SF6 Sufur hexafluoride

IEC International Electrotechnical

Commission

Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Viện các kỹ sƣ điện và điện tử Hoa Kỳ

AC Alternating current Dòng điện xoay chiều

PD Partial discharge Phóng điện cục bộ

UHF Ultra high Frequency Tần số siêu cao

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc tính vật lý chính của SF6 ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 250C ….13

Bảng 1.2: Nhiệm vụ của SF6 trong thiết bị chuyển mạch………17 Bảng 2.1: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong máy cắt và bộ truyền động

MC……… 37 Bảng 2.2: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong bộ truyền động dao cách

ly- dao nối đất (3PDS)……….39 Bảng 2.3: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong dao nối đất tốc độ cao

( H-ES)……… ……… 40 Bảng 2.4: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong biến dòng (CT) hay

(BI)……… ……… ….42 Bảng 2.5: Thống kê các dự án trạm GIS tại Hà Nội và TP HCM………46 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm……… 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quá trình sản xuất SF6 13

Hình 1.2: Đường cong áp suất hơi và dòng mật độ khí tương đương của SF6 15

Hình 1.3: Điện áp đánh thủng giữa hai quả cầu có đường kính 5 cm 16

Hình 1.4: GIS (Merlin Gerin) 19

Hình 1.5: Máy cắt cho thiết bị trạm biến áp HV (SB6-Merlin Gerin) 19

Hình 1.6: Thiết bị cho phân phối MV cho vòng hệ thống phân phối chính.Đầu ra được bảo vệ bởi các bộ ngắt mạch được đặt ở trung tâm (RM6 - Merlin Gerin) 20

Hình 1.7: SM6 (Merlin Gerin) 20

Hình 2.1: GIS của hãng SIEMENS 28

Hình 2.2: GIS Siemens với các thành phần chính 29

Hình 2.3: GIS của hãng TOSHIBA 31

Hình 2.4: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (765- 1100)kV- 63kA 31

Hình 2.5: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ 550kV- 63kA 32

Hình 2.6: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (362- 420) kV- 63kA 32

Hình 2.7: GIS của hãng ABB 33

Hình 2.8: Cấu trúc của GIS ABB với điện áp từ (123-170) kV 34

Hình 2.9: Trạm GIS Alstom với điện áp 550KV 35

Hình 2.10: Cấu trúc của GIS Alstom với điện áp từ 72.5 – 145 kV 36

Hình 2.11: Cấu trúc máy cắt và bộ truyền động trong GIS 39

Hình 2.12: Cấu trúc dao cách ly và dao nối đất 40

Hình 2.13: Cấu trúc dao nối đất tốc độ cao H-ES 41

Hình 2.14: Cấu trúc máy biến dòng 42

Hình 2.15: Máy biến điện áp 43

Hình 2.16: Chống sét van 44

Hình 3.1: Bộ kích từ (Exciter) 55

Hình 3.2: Nguồn cấp biến tần 55

Hình 3.3: Bộ điện kháng cao áp 56

Hình 3.4: Tụ điện cao áp (Divider) 57

Hình 3.5: Phần xe điều khiển 57

Hình 3.6: Phần xe thử nghiệm 58

Hình 3.7: Sơ đồ mạch cộng hưởng biến tần 65

Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ thống thử nghiệm AC đo PD 66

Hình 3.9: Quá trình phân loại và kết quả chuẩn đoán PD 71

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý hợp bộ thí nghiệm cao áp 74

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong xã hội ngày nay, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng tại các thành phố đông dân cư và trung tâm công nghiệp, đòi hỏi việc lắp đặt một mạng lưới phân phối và truyền tải điện năng nhỏ gọn và hiệu quả Trạm biến áp cách điện khí SF6 (GIS: Gas Insulated Substation) là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng như vậy

Những năm gần đây, việc ứng dụng công nghệ cao trong lĩnh vực điện của nước ta đã có nhiều tiến bộ rõ nét Một trong những ứng dụng đang trở nên phổ biến

đó là việc sử dụng thiết bị đóng cắt kiểu kín cách điện bằng khí SF6 trong các trạm biến áp trung gian và các trạm biến áp cách điện khí SF6 Đây là công nghệ tiên tiến hiện đang được sử dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên ở nước ta hiện nay vẫn còn mới mẻ trong hệ thống truyền tải, phân phối điện năng Việt Nam

đã có một số trạm GIS đã được xây dựng và vận hành ở những thành phố lớn là TP

Hồ CHí Minh và Hà Nội nhưng số lượng còn hạn chế

Trạm cách điện khí GIS sử dụng khí SF6 ở áp suất trung bình cho các pha- pha và các pha với đất Các dây dẫn cao áp, máy cắt, chuyển mạch, biến dòng, biến điện áp nằm trong thùng kim loại chứa đầy khí SF6 và được nối đất

Các thiết bị điện sử dụng khí cách điện SF6 là môi chất cách điện có độ bền điện môi cao, khả năng truyền nhiệt tốt, đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hệ thống điện vì tạo nên hệ thống có kích thước giảm, tính năng làm việc tốt Cách điện trong hệ thống là rất quan trọng do dó cần phải kiểm tra, đánh giá thường xuyên tình trạng làm việc, chất lượng của khí SF6 để tránh hiện tượng hư hỏng toàn bộ lớp cách điện, làm phá hủy nặng nề thiết bị và sụp đổ hệ thống Chính

vì vậy mà trạm GIS cần được thử nghiệm để có được đánh giá thường xuyên về chất lượng của khí SF6 để từ đó có những biện pháp hợp lý để nâng cao sự an toàn của cách điện nói riêng và chất lượng của thiết bị điện sử dụng môi chất này nói chung

Với những đặc điểm mới trong nghiên cứu, tìm hiểu trạm biến áp công nghệ

GIS tôi đã được nhận đề tài: “Thử nghiệm trạm biến áp cách điện khí SF6” để làm

luận văn tốt nghiệp của mình

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM

VI NGHIÊN CỨU

- Mục đích nghiên cứu: Hệ thống, tổng hợp được đặc tính của khí SF6, Cấu trúc của trạm GIS, xây dựng nội dung chi tiết về công tác bảo dưỡng, thử nghiệm các trạm GIS

- Đối tượng nghiên cứu: Khí SF6, lĩnh vực thiết bị sử dụng khí SF6 và trạm

biến áp có sử dụng khí SF6, quy trình bảo dưỡng thử nghiệm các thiết bị điện trong trạm GIS

- Phạm vi nghiên cứu: Trạm GIS ở Việt Nam Đặc biệt là trạm GIS ở Bản Chát – Lai Châu

3 CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN

Nội dung chính của bản luận văn gồm 3 chương:

- Chương 1: Tổng quan về khí SF6, thiết bị đóng cắt có sử dụng khí SF6 và xu hướng phát triển

- Chương 2:Trạm biến áp cách điện khí SF6 (GIS) và tình hình phát triển của trạm GIS ở Việt Nam trong thời điểm hiện tại và tương lai

- Chương 3: Bảo dưỡng thử nghiệm thiết bị GIS

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết kết hợp phương pháp tiếp cận và thu thập thông tin

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SF6, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÓNG CẮT CÓ SỬ DỤNG

KHÍ SF6 VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.1 Tổng quan về khí SF6

1.1.1 Sơ lược lịch sử của việc sử dụng SF6

Sulphur hexafluoride (SF6) lần đầu tiên được tổng hợp trong các phòng thí nghiệm của Faculte de Pharmacie de Paris vào năm 1900 bởi Moissan và Lebeau Flo thu được bằng điện phân, được phép phản ứng với lưu huỳnh và một phản ứng tỏa nhiệt mạnh, làm phát sinh một loại khí khá ổn định Dần dần sau đó là tính chất vật lý và hóa học của khí đã được xác định, với các báo cáo của Pridaux (1906), và Schlumb Gamble (1930), Klemm và Henkel (1932-1935) và Yest và Clausson (1933) đặc biệt liên quan đến là các chất hóa học và tính chất điện môi Các nghiên cứu đầu tiên trong các ứng dụng công nghiệp là do Công ty General Electric vào năm 1937, người ta nhận ra rằng khí có thể được sử dụng cho cách điện trong nhà máy điện Năm 1939 Thomson-Houston cấp bằng sáng chế các nguyên tắc sử dụng SF6 để cách điện cáp và tụ điện Ngay sau chiến tranh thế giới thứ hai, các nghiên cứu và ứng dụng của SF6 được phát triển mạnh mẽ

- Tới năm 1947 SF6 được ứng dụng trong cách điện máy biến áp

- Năm 1948 Allied Chemical Corporation và Pennsalt phát triển sản xuất công nghiệp SF6 tại Hoa Kỳ

- Sản xuất thương mại SF6 quy mô lớn được ứng dụng trong các nhà máy điện vào những năm 1960 ở Hoa Kỳ và Châu Âu, cùng với sự xuất hiện máy cắt và thiết

bị chuyển mạch SF6 ở cao áp– hạ áp và siêu cao áp– EHV đầu tiên Tại Merlin Gerin, công tác nghiên cứu liên quan đến sử dụng khí SF6 để cách điện và ngắt mạch được triển khai trong năm 1955 cùng với sự xuất hiện của các sản phẩm công nghiệp đầu tiên Mỹ

- Các ứng dụng SF6 công nghiệp đầu tiên của Merlin Gerin là EHV, sau đó ứng dụng trong trung áp- MV

- 1964: Trạm biến áp cách điện SF6 đầu tiên được EDF cho phép đưa vào hoạt động trong khu vực Parisvào năm 1966

- 1967: Máy cắt SF6 đã được đưa vào hoạt động và dần dần thay thế cho các máy cắt không khí đã thiết lập vị trí của nó ở Pháp và các nơi khác trong thời gian trước đó 25 năm

- 1971: Merlin Gerin ra mắt các máy cắt trung áp SF6 Fluar

- Gần đây SF6 đã được áp dụng cho thiết bị chuyển mạch trung áp, công tắc

tơ, máy cắt GIS trong tất cả các lĩnh vực điện năng (4)

độ ẩm, không khí và các cực dương carbon sử dụng cho các điện tích flo Những sản phẩm đó được loại bỏ bằng quá trình lọc khác nhau ( Xem hình 1.1)

Hình 1.1: Quá trình sản xuất SF6

1.1.3 Các ứng dụng khác của SF6

Các tính chất độc đáo của SF6 đã dẫn đến nó đƣợc áp dụng cho một số công trình công nghiệp và khoa học ứng dụng bao gồm:

- Ứng dụng y tế: cách điện trong thiết bị y tế (ví dụ nhƣ máy tia X)

- Cách điện trong các thiết bị khoa học (kính hiển vi điện tử)

- Cách âm trong các cửa sổ bằng kính hai mặt nhƣ là một vạch khí để nghiên cứu luồng không khí trong hệ thống thông gió (ví dụ trong các hầm mỏ)

- Nhƣ một cái vạch để phát hiện rò rỉ trong hệ thống áp lực

- Để tạo nên một bầu không khí đặc biệt cho chế biến, luyện kim (nhôm và magiê) hoặc cho các mục đích quân sự

1.1.4 Tính chất vật lý và hóa học của SF6

1/Tính chất vật lý

SF6 là một trong những loại khí đƣợc biết đến nặng nhất Tỷ trọng của nó ở 20°C và 0,1 Mpa là 6,139 kg / m3, gần cao hơn năm lần so với không khí Trọng lƣợng phân tử của nó là 146,06 g/mol Đó là chất khí không màu và không mùi SF6 không tồn tại ở trạng thái lỏng, trừ khi áp lực ( Xem bảng 1.1)

Bảng 1.1: Đặc tính vật lý chính của SF6 ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 25 ° C

Mối quan hệ áp suất / nhiệt độ:

Sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ là tuyến tính và tương đối nhỏ trong phạm vi khoảng nhiệt độ (-25 đến 50 °C) (xem hình 1.2)

Hình 1.2: Đường cong áp suất hơi và dòng mật độ khí tương đương của SF6

Nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung riêng của SF6 là 3,7 lần so với không khí Điều này có ảnh hưởng quan trọng làm giảm ảnh hưởng của nhiệt trong điện thiết bị

Dẫn nhiệt:

Độ dẫn nhiệt chỉ bằng 42% so với không khí, nhưng nó có khả năng chịu nhiệt cao Khi nhiệt độ tăng đột biến từ 2100 đến 25000 K phân tử bị tan rã và liên kết lại ngay với nhau Do có tính chất đặc biệt này nên nó thường được sử dụng để thu hồi nhiệt, làm mát, làm suy yếu hồ quang điện

Tính chất điện:

SF6 có độ cách điện cao: Tại áp suất 0,9 bar độ cách điện của nó tương đương với dầu cách điện Nó còn khả năng làm sụt áp cực nhanh bằng cách tạo ra điện trường quanh điện cực nhờ khả năng thu hồi các điện tử tự do

Khí SF6 là khí có tính điện âm và bắt electron năng lượng thấp (<0,1eV), kết quả các ion kéo dài thời gian và tắt (>10-5s) do vậy chúng di chuyển chậm hơn các electron Những ion này ngăn cản sự hình thành của các electron kiểu thác dẫn tới ứng suất đánh thủng cao hơn

Độ bền điện môi của SF6 là khoảng 2,5 lần cao hơn so với không khí trong cùng điều kiện Ưu điểm của SF6 hơn Nitơ là một chất điện môi rõ ràng được minh họa bởi đường cong (xem hình 1.3)

Hình 1.3: Điện áp đánh thủng giữa hai quả cầu có đường kính 5 cm

đã đánh giá sự ổn định vượt trội của hợp chất này

- SF6 có thể được đun nóng mà không phân hủy đến 500 °C khi không có xúc tác kim loại

- SF6 là chất khí không cháy

- Hydro, clo và oxy không có tác động nào trên đó

- SF6 là chất khí không hòa tan trong nước

- Nó không bị axit tác động

- Trong trạng thái tinh khiết SF6 không độc và điều này là thường xuyên khẳng định về khí mới trước khi giao hàng, bằng cách đặt con chuột trong một bầu không khí 80% SF6 và 20% oxy cho một khoảng thời gian 24 giờ

 Sản phẩm phân hủy hồ quang

Trong hồ quang điện, nhiệt độ có thể đạt 15.000 K và một tỷ lệ nhỏ của SF6 bị phân hủy Các sản phẩm phân hủy là hình thành trong sự có mặt của:

- Một hồ quang điện được hình thành bởi tiếp xúc bình thường bao gồm các hợp kim như : Vonfram, đồng và niken, có chứa dư lượng oxy và hydro

- Tạp chất trong SF6 như không khí, CF4 và hơi nước

- Thành phần cách điện gồm vật liệu dẻo dựa trên cacbon, hydro và silic

- Kim loại hoặc nguyên vật liệu phi kim khác mà thiết bị sử dụng

Điều này giải thích tại sao các chất rắn và khí ở trên chứa các sản phẩm phân hủy cộng thêm flo và lưu huỳnh, các yếu tố như carbon, silic, oxy, hydro, vonfram, đồng

vv

 Đặc điểm sinh học của SF6 tinh khiết

SF6 tinh khiết là không độc hại và trơ sinh học Thử thí nghiệm với động vật

đã chỉ ra rằng khi có mặt ở nồng độ lên đến 80% SF6, 20% O2, không có tác dụng phụ

1.2 Thiết bị điện đóng cắt có sử dụng khí SF6

Thiết bị chuyển mạch MV và HV

Như đã đề cập ở trên, các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch sử dụng điện môi duy nhất trong thiết kế các thiết bị của họ Ứng dụng chính của SF6 là trong thiết bị chuyển mạch MV và HV Nhiệm vụ của SF6 có thể được tóm tắt chung chi tiết như trong bảng 1.2

Bảng 1.2: Nhiệm vụ của SF6 trong thiết bị chuyển mạch

Trong đó:

o Mức thấp : +

o Trung bình: ++

o Cao : +++

- GIS (Gas Insulated Switchgear): Thiết bị đóng cắt cách điện khí

- RMU (Ring Main Unit): Hộp bộ

- CB (Circuit Breaker): Máy cắt

- LBS (Load Break Switch): Máy cắt phụ tải

Do có rất nhiều ưu điểm, trong lĩnh vực HV, SF6 là công nghệ duy nhất được sử dụng, chẳng bao lâu nữa sẽ cơ bản chiếm lĩnh thị trường thiết bị đóng cắt trên toàn thế giới Công nghệ sử dụng dầu hoặc khí nén đang dần biến mất (4)

Hình 1.4: GIS (Merlin Gerin)

Hình 1.5: Máy cắt cho thiết bị trạm biến áp HV (SB6-Merlin Gerin)

Trong lĩnh vực MV, khi thiết bị chuyển mạch nhỏ gọn là cần thiết, SF6 là giải pháp được đề xuất duy nhất (GIS, RMU) (xem hình 1.6 và 1.7) Tuy nhiên, công nghệ SF6 được chia sẻ thị trường với không khí trong LBS - máy cắt phụ tải nhưng thị trường không khí chia sẻ nhanh chóng giảm vì ưu điểm của SF6

Hình 1.6: Thiết bị cho phân phối MV cho vòng hệ thống phân phối chính.Đầu ra được bảo vệ bởi các bộ ngắt mạch được đặt ở trung tâm (RM6 - Merlin Gerin)

Hình 1.7: SM6 (Merlin Gerin)

1.3 Xu hướng phát triển

1/ Khí SF6 đã được sử dụng trong lĩnh vực truyền tải và phân phối điện trên

60 năm nay Là chất khí tuyệt hảo về cách điện và dập hồ quang, SF6 cho phép giải quyết nhiều bài toán về các hệ thống công suất lớn, kích thước gọn mà không công

nghệ nào khác có thể thực hiện Đặc biệt trong lĩnh vực cao áp, thiết bị đóng cắt SF6 có thể chịu được những điện áp cao nhất, sử dụng không gian nhỏ nhất, và trong nhiều trường hợp, đã thay thế dầu và không khí là những môi chất cách điện

và dập hồ quang truyền thống

2/ Sử dụng SF6 trong thiết bị đóng cắt cao áp có những ưu việt đáng kể bởi vì khí này không cháy, không ăn mòn các phần tử bên trong thiết bị đóng cắt và các tính chất nhiệt của nó làm cho nó trở thành chất dập hồ quang tuyệt vời: ngay cả khi SF6 tạm thời bị phân huỷ xảy ra hồ quang thì sau đó nó phần lớn lại kết hợp trở về trạng thái ban đầu Ở dạng tinh khiết, khí SF6 không độc và không có nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người với điều kiện phòng đặt máy cắt và kho chứa được thông gió tốt

3/ Ngành điện là ngành sử dụng khí SF6 chính, ước tính khoảng 4.000 tấn sản phẩm mỗi năm Không có gì ngạc nhiên nếu như Uỷ ban châu Âu ban đầu đã tính đến việc cấm triệt để sử dụng khí SF6 trong các thiết bị đóng cắt mới, nhưng sau đó

đã bỏ quan điểm đó, đặc biệt khi mà các nhà sản xuất SF6, các nhà chế tạo thiết bị đóng cắt và các công ty điện lực đã có những hành động tự nguyện giảm thiểu phát thải khí này Thay vào đó, họ đã quyết định đưa ra các qui định mới (Quy phạm EC

số 842/2006) trong đó yêu cầu khí SF6 hoặc hỗn hợp khí đó trong máy thiết bị đóng cắt cao áp phải được thu hồi bởi các nhân viên đã được đào tạo và được cấp chứng chỉ Quy phạm này áp dụng cho công tác bảo dưỡng cũng như khi xử lý loại bỏ cuối cùng Từng nước thành viên EU có trách nhiệm phê chuẩn các quy phạm này Do vậy Anh Quốc đã ban hành các Quy phạm về khí nhà kính chứa fluo vào năm 2009 Những quy phạm mới này đương nhiên cho phép các nước thành viên EU đặt ra các hình thức phạt đối với việc không tuân thủ, nhưng trong thực tế, có thể dự kiến ngành điện tự họ sẽ đảm bảo những yêu cầu của quy phạm được thực thi triệt để Giảm thiểu thất thoát SF6 vào khí quyển là quan trọng trong việc thực hiện nghĩa vụ bảo vệ môi trường của chính bản thân công ty, nhưng đây cũng là một thách thức chung đối với ngành điện Nếu như phát thải SF6 từ thiết bị điện được coi là không thể kiểm soát được thông qua việc tuân thủ quy phạm, thì rất có thể là phải áp dụng

những qui định chặt chẽ hơn hoặc hạn chế việc sử dụng chất khí này trong thiết bị điện cao áp, điều này sẽ khiến ngành điện phải chi phí nhiều hơn và gặp nhiều phiền phức hơn Do vậy tuân thủ qui phạm hiện nay không chỉ có lợi cho môi trường mà cũng vì chính lợi ích của ngành điện

4/ SF6 trong máy cắt cao áp đã được đưa vào các quy phạm mới của nước Anh Theo các qui phạm này, bất kỳ ai thu hồi khí SF6 từ máy cắt cao áp phải đăng

ký dự lớp huấn luyện phù hợp trước ngày 3/7/2009 với mục đích nhận được chứng chỉ theo quy phạm

Sau đó chỉ những người đã đạt kết quả đánh giá tốt, được cấp chứng chỉ về trình độ do một cơ quan có chức năng đánh giá và cấp chứng chỉ, mới được phép thu hồi khí SF6 Cũng cần lưu ý rằng nhân viên vận hành thiết bị đóng cắt cao áp cũng phải chịu trách nhiệm đảm bảo rằng bất kỳ ai thực hiện việc thu hồi khí SF6 trên thiết bị của họ, kể cả các nhân viên nhà thầu, đều phải qua lớp huấn luyện, đã trúng tuyển và được cấp chứng chỉ

Lớp huấn luyện hai ngày gồm một ngày học lý thuyết và thực hành chung về truyền dẫn và thử nghiệm SF6, bằng cách sử dụng những loại thiết bị chuyên dùng trong ngành điện: các kỹ năng và kiến thức đạt được sẽ được áp dụng cho các kiểu thiết bị đóng cắt và các thiết bị truyền dẫn SF6 khác Việc đào tạo bao gồm việc lựa chọn và sử dụng đúng các thiết bị bảo vệ cá nhân (personal protection equipment - PPE) để làm việc trong các ngăn hở trong đó có thể chứa lượng nhỏ các sản phẩm phân hủy do hồ quang hoặc phóng điện bất thường

Trong ngày thứ hai, các học viên được đánh giá, cho điểm và cấp chứng chỉ về năng lực và một thẻ chứng nhận trình độ cá nhân Cả chứng chỉ và thẻ chứng nhận đều có giá trị trong 4 năm và được thừa nhận ở tất cả các nước EU

Yêu cầu về đào tạo và cấp chứng chỉ nêu trên là bước đi tích cực để giảm thiểu phát thải SF6 trong quá trình thực hiện công tác bảo dưỡng, và xử lý loại bỏ cuối cùng các thiết bị điện cao áp, thay vì tăng cường áp dụng các văn bản pháp qui Các nước thành viên EU đòi hỏi ngành điện báo cáo hàng nằm về phát thải khí nhà kính

chứa fluor, thực thi các biện pháp hiệu quả nhất nhằm tuân thủ các quy phạm về sử dụng, truyền dẫn và thử nghiệm khí SF6 trong các thiết bị điện cao áp

5/ Để đảm bảo hoạt động tin cậy trong suốt thời hạn tuổi thọ làm việc, thiết bị đóng cắt cần có những bộ phận cấu thành chất lượng hàng đầu Để tránh phát thải SF6 chất lượng vỏ bọc bao gồm vật liệu, phương pháp gia công, thiết kế cơ khí phần chèn (gioăng) và bản thân vật liệu chèn, tất cả đều hết sức quan trọng Tính kín khí của thiết bị đóng cắt cách điện bằng chất khí SF6 (GIS) trong suốt thời hạn tuổi thọ làm việc không chỉ là yêu cầu tiên quyết để thiết bị làm việc tin cậy mà còn

là vấn đề thiết yếu nhằm tránh tổn thất SF6

 Thiết kế cơ khí

- Kết cấu bao kín thiết bị đóng cắt cao áp cách điện bằng chất khí SF6 cũng đồng thời bao kín các bộ phận mang điện cao áp, và trong nhiều trường hợp kết cấu này cũng là cơ sở của kết cấu cơ khí nữa Kết cấu bọc khí chịu ảnh hưởng của các yêu cầu về cơ, tuy nhiên khi lựa chọn vật liệu, kích thước, phải áp dụng các tiêu chí

kỹ thuật hiện đại Điều quan trọng nhất là các vỏ bọc khí phải giữ được nguyên vẹn một cách tin cậy lượng SF6 cần thiết là môi chất cách điện và dập hồ quang, bảo vệ các bộ phận hợp thành khỏi những tác động bên ngoài và bảo vệ không cho tiếp xúc với các bộ phận mang điện

- Các vỏ bọc này cũng giảm thiểu rủi ro gây thương tích cho người vận hành trong trường hợp chạm chập gây hồ quang bên trong, ngăn ngừa phát ra điện trường mạnh nhờ hiệu ứng màn chắn của chúng và giảm từ trường, là hàm của dòng điện chạy về đi qua vỏ bọc

- Vật liệu làm vỏ bọc thích hợp chủ yếu bao gồm các kết cấu hàn bằng thép và nhôm, gang đúc và nhôm đúc Ban đầu, người ta chỉ có thể chế tạo được những vỏ bọc kích thước nhỏ bằng nhôm đúc kín khí "Nhôm đúc kín khí" có kết cấu vi mô hạt mịn, khi đúc xong đạt suất rò rỉ đủ thấp, không cần đến công đoạn tẩm vỏ bọc

để đảm bảo độ kín khí

 Thiết kế thiết bị đóng cắt sử dụng khí SF6

- Thiết bị đóng cắt cách điện bằng chất khí chiếm phần lớn lượng SF6 sử dụng trong ngành điện

Theo kỹ thuật tiên tiến nhất hiện nay, các kết cấu hệ thống bao gồm cả hai loại:

vỏ bọc một pha và vỏ bọc ba pha Các hệ thống trong vỏ bọc ba pha chủ yếu sử dụng ở cấp phân phối, trong khi đó hệ thống vỏ bọc một pha được sử dụng ở cấp điện áp cao hơn trong ngành truyền tải

Đặc trưng của các công trình triển khai mới đây về thiết bị đóng cắt cách điện bằng chất khí là sử dụng tối ưu vật liệu và giảm khai thác nguồn lực, nâng cao hơn nữa độ tin cậy, mặc dù vốn đã là cao

Các bước quan trọng của việc triển khai này là:

+ Tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực thiết bị đóng cắt, cho phép giảm số điểm cắt, trong khi đó vẫn tăng công suất cắt

+ Tiến bộ công nghệ đúc và gia công nhôm, nhờ đó triển khai được những vỏ bọc nhỏ hơn, thiết kế tối ưu hơn

+ Sử dụng các kỹ thuật sản xuất và thử nghiệm có máy tính trợ giúp, với tiêu chuẩn cao

+ Sử dụng các bộ phận hợp thành tích hợp, phối hợp nhiều chức năng, bố trí trong một khoang chứa khí duy nhất, ví dụ dao cách ly và cực nối đất

+ Sử dụng các công cụ theo dõi và chẩn đoán thông minh để kéo dài khoảng thời gian giữa hai lần dịch vụ và tránh phải thực hiện công việc bảo dưỡng không cần thiết

- Kết quả của các công trình triển khai này là giờ đây đã có thể mua trên thị trường các thiết bị loại này có kích thước nhỏ, kết cấu gọn Điểm khác biệt giữa các

hệ thống này với những loại chế tạo trước đây là

Nhờ có những cải tiến trên, theo thống kê quốc tế về các sự cố, thời gian trung bình giữa các sự cố (mean time between failures - MTBF) giờ đây đã tăng lên đến khoảng từ 400 đến 1000 năm, tùy thuộc vào kiểu thiết bộ đóng cắt

Bản thân thiết bị đóng cắt được chia thành các khoang chứa khí khác nhau, mỗi khoang đều được theo dõi ở dạng tập trung hoặc phân bố, nhờ thiết bị theo dõi nồng

độ

Thiết kế các khoang lắp đặt dùng cho các chèn tĩnh phải sao cho các bề mặt chèn phù hợp với chất lượng bề mặt quy định Trường hợp các chi tiết đúc, các bề mặt chèn phải tuyệt đối không bị rỗ sau khi gia công cơ Kích thước của các khoang lắp đặt là hàm của hướng áp lực (thường là từ trong ra ngoài), mức độ nén ép cần thiết và mức độ chi tiết chèn bị kẹp chặt

 Giảm phát thải SF6

- Sau đây sẽ xem xét về suất rò rỉ và tổn thất khi sử dụng Thuật ngữ suất rò rỉ được sử dụng để xác định lượng thất thoát SF6 từ một hệ thống kín chèn kín, đang chịu áp lực Suất rò rỉ được cho ở dạng tỷ lệ phần trăm trong một năm ứng với một khoang Đối với các thiết bị đóng cắt kiểu cũ, thông thường suất rò rỉ là khoảng 3% trở lên Sau các công trình nghiên cứu triển khai trong 30 năm qua, hiện nay đã đảm bảo được suất rò rỉ ở mức dưới 0,5% Tuy nhiên, trên thực tế có thể đạt được suất rò

rỉ dưới 0,1%

Để giảm tổn thất SF6 xuống mức thấp nhất, cần tuân thủ các quy tắc sau tại các phòng thí nghiệm triển khai và các dàn thử nghiệm, trong quá trình thử nghiệm thường xuyên và trong khi vận hành và bảo dưỡng thiết bị đóng cắt:

+ Không được phép xả SF6 ra ngoài khí quyển

+ Ống mềm được tháo ra khỏi khoang chứa khí sau các thao tác nạp và rút khí SF6 phải có bộ đấu nối tự chèn kín ở cả hai đầu

+ Trước khi mở khoang chứa khí, phải rút lượng SF6 chứa bên trong đến khi đạt được độ chân không quy định Điều quan trọng là phải đảm bảo khoang chứa khí không bị rò rỉ

+ Khi lấy SF6 ra, cần có thiết bị bảo dưỡng thích hợp

+ Khi lấy đã nhiễm bẩn phải được lọc lại hoặc gửi trả lại cho hãng chế tạo để tái sinh

+ Nhân viên phòng thí nghiệm, lắp đặt và dịch vụ bảo dưỡng phải được đào tạo thích hợp

Các số liệu về cân bằng SF6 theo khối lượng do ZVEI/VND của Đức xuất bản cho thấy tỷ lệ phát thải SF6 thậm chí còn thấp hơn Cụ thể như phát thải liên quan tới nhà chế tạo trong quá trình triển khai, sản xuất và lắp đặt ở Đức trong năm 2000 chỉ là 2,5% của tổng lượng SF6 lưu kho đối với khu vực cao áp, và 1,7% đối với khu vực trung áp Trong khi đó tổn thất SF6 trong năm 2000 do rò rỉ và người sử dụng sang chuyển chỉ là 0,9% tổng lượng SF6 chứa trong thiết bị khu vực cao áp và 0,1% đối với khu vực trung áp Trường hợp khu vực trung áp, con số thấp này là kết quả trực tiếp của công nghệ “ chèn kín trong suốt thời gian tuổi thọ”

Khuynh hướng tích cực này không phải chỉ là do nhà chế tạo cũng như người sử dụng ngày càng có ý thức và cẩn thận hơn khi quản lý SF6 mà còn vì kết cấu thiết

bị đóng cắt ngày càng hoàn thiện hơn, đồng thời kỹ thuật sang chuyển cũng được cải thiện nhằm giảm tiểu phát thải SF6 Các biện pháp trên được các tổ chức như Capiel và Euroelectric tổng kết để khẳng định những điều đã tự cam kết Hiện nay đối với thiết bị đóng cắt cao áp, chưa có gì có thể thay thế cho SF6 mà không làm giảm đáng kể tính năng thiết bị Do vậy, tiếp tục sử dụng SF6 làm khí cách điện và dập hồ quang là yêu cầu thiết yếu đảm bảo hệ thống cung cấp điện vận hành tin cậy Cho dù việc sử dụng SF6 trong kỹ thuật cao áp chỉ góp phần rất nhỏ vào hiệu ứng nhà kính, nhưng không phải vì thế mà có thể lơ là trách nhiệm trong việc quản lý và sử dụng chất khí này Chắc chắn là sẽ có thể đảm bảo sử dụng an toàn SF6 trong thiết bị đóng cắt trong khi vẫn giảm mạnh lượng phát thải cho dù là mức tiêu thụ SF6 còn tiếp tục tăng hơn nữa

sử dụng khí SF6 hiệu quả

CHƯƠNG 2 TRẠM BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ SF6 (GIS) VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA TRẠM GIS Ở VIỆT NAM TRONG THỜI ĐIỂM HIỆN TẠI VÀ

TƯƠNG LAI 2.1 Giới thiệu một số hãng sản xuất GIS

2.1.1 SIEMENS GIS

Hình 2.1: GIS của hãng SIEMENS

Một trong những thách thức chính hiện nay trong truyền tải điện là để mang lại mức điện áp cao vào trung tâm của khu vực đô thị Điều này đòi hỏi thiết bị chuyển mạch có tính năng nổi bật, độ tin cậy tối đa, và tiếng ồn và lượng khí thải điện rất thấp Siemens GIS là lý tưởng để đáp ứng các yêu cầu này Nhờ thiết kế nhỏ gọn của mình, Siemens GIS cần rất ít không gian lắp đặt Với hơn 45 năm kinh

nghiệm sản xuất GIS những lợi ích của thiết bị mang lại như:

- Độ tin cậy cao, tính sẵn cóvà mức độ hiệu quả cao về kinh tế, an toàn, tuổi thọ dài, yêu cầu bảo dưỡng ít, và chi phí vòng đời thấp

- Thiết kế nhỏ gọn, khả năng tiếp cận tốt, khả năng thích ứng cao với môi trường

Siemens cung cấp GIS điện cao áp khoảng từ 72,5 kV đến 800 kV Các sản phẩm cung cấp toàn diện các giải pháp lý tưởng cho tất cả các ứng dụng trong nhà

và ngoài trời chuyển mạch lên tới mức hiệu suất cao nhất Khoảng hơn 28.000 GIS hiện đang hoạt động trong các trạm biến áp GIS trên khắp thế giới Siemens đặc biệt tập trung vào các giải pháp thiết bị chuyển mạch phức tạp cho việc lắp đặt ở những

vị trí đầy thách thức

Hình 2.2: GIS Siemens với các thành phần chính

2: Dao cách ly 7: Rào cản khí

3: Dao nối đất 8: Hỗ trợ chất cách điện

4: Máy biến dòng 9: Thanh cái chính

5: Máy biến áp 10: Thanh cái phụ

2.1.2 TOSHIBA GIS

Toshiba GIS được chấp nhận trên toàn thế giới với nhiều tính năng vượt trội

Kể từ khi giao hàng của các đơn vị đầu tiên trong năm 1969, Toshiba đã cung cấp GIS trên toàn cầu với hơn 900 trạm GIS với hơn 6.000 đơn vị bao gồm điện áp từ 72kV đến 1100kV và tùy theo điều kiện môi trường khác nhau

Toshiba GIS làm cho nó có thể cung cấp cho các trạm biến áp ở các khu vực đông dân cư, địa hình đồi núi, ngầm sử dụng cho cả ngoài trời và trong nhà theo yêu cầu của khách hàng

Việc áp dụng GIS dẫn đến việc sử dụng có hiệu quả của một không gian hạn chế Vì tất cả các bộ phận cấu tạo của GIS được chứa trong một vỏ kim loại, chúng được bảo vệ đầy đủ chống lại tác động môi trường, chẳng hạn như muối ở các vùng ven biển, bão cát, độ ẩm… Đạt được độ tin cậy cao Thông qua TOSHIBA GIS cung cấp một giải pháp tuyệt vời

Hình 2.3: GIS của hãng TOSHIBA

Hình 2.4: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (765- 1100)kV- 63kA 1: Thanh cái 2: Dao ngắt thanh cái 3: Dao nối đất

4: Máy biến dòng 5: Máy cắt 6: Máy biến dòng 7: Dao nối đất 8: Dao cách ly 9: Mắt kiểm tra

10: Dao nối đất 11: Sứ xuyên

Hình 2.5: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ 550kV- 63kA 1: Thanh cái 2: Dao ngắt thanh cái 3: Dao nối đất

4: Máy biến dòng 5: Máy cắt 6: Máy biến dòng 7: Dao nối đất 8: Dao cách ly 9: Dao nối đất

10: Máy biến áp 11: Đầu cuối gắn cáp

Hình 2.6: Cấu trúc của GIS Toshiba với điện áp từ (362- 420) kV- 63kA

2.1.3 ABB GIS

Hình 2.7: GIS của hãng ABB

ABB cung cấp trạm biến áp GIS đầu tiên của thế giới vào năm 1965, là hãng

đi tiên phong về công nghệ GIS ABB GIS là trạm biến áp với thiết bị chuyển mạch cách điện bằng khí (GIS) là không thể so sánh nổi khi nói đến kết cấu, độ tin cậy, an toàn và hiệu quả, đảm bảo công suất tối đa cho thiết bị, mang lại lợi ích cho khách hàng

ABB GIS cho phéplắp đặt trong nhà, trong khu vực đô thị sầm uất và trong các môi trường khắc nghiệt, thích hợp cho những vùng có hoạt động địa chấn cao

do trọng tâm thấp Nó mang lại giải pháp tối ưu hóa cho hiệu suất cao, hiệu quả, linh hoạt, độ tin cậy và chi phí vòng đời thấp, đảm bảo chất lượng cao, sức khỏe, an toàn và tiêu chuẩn môi trường

Hệ thống tự động hóa trạm lưới IEC 61850 thông minh sẵn sàng cho phép tích hợp dữ liệu thật sự cho toàn doanh nghiệp để quản lý hệ thống năng lượng hiệu quả ABB đã luôn luôn tiếp tục đẩy mạnh đổi mới trong công nghệ GIS trong đánh giá, hoạt động, chuyển đổi công nghệ, điều khiển thông minh, giám sát và kết cấu Kết quả là: GIS của ABB có độ tin cậy vượt trội, an toàn hoạt động và khả năng tương thích môi trường Nó cung cấp một loạt đầy đủ các sản phẩm cho tất cả các đánh giá

và ứng dụng từ 72,5 kV đến 1200 kV phù hợp với yêu cầu hiện tại và tương lai cho thiết bị chuyển mạch hiện đại

Hình 2.8: Cấu trúc của GIS ABB với điện áp từ (123-170) kV

1: Thanh cái với tổ hợp dao cách

ly/Dao nối đất

5: Tổ hợp dao cách ly/ Dao nối đất với đầu cuối gắn cáp

4: Máy biến áp

2.1.4 ALSTOM GIS

Alstom đã tích cực tham gia trong công nghệ SF6 trong nhiều thập kỷ và ALSTOM GIS đã hoạt động trên toàn thế giới kể từ năm 1965 với sự thành công đã được chứng minh

Alstom GIS là dòng sản phẩm cung cấp cho các ngành công nghiệp, tất cả các nơi trên thế giới, với đầy đủ các trạm khí cách điện 60-800 kV, cùng với các sản phẩm thứ cấp (thông thường và kỹ thuật số), để tối ưu hóa các thiết bị chuyển mạch và mạng lưới hoạt động

Trạm khí cách nhiệt Alstom B65 (GIS) đáp ứng những thách thức của mạng lưới điện đến 145 kV cho tất cả các ứng dụng: Phát điện, truyền tải, phân phối và công nghiệp nặng

Trạm khí cách điện Alstom T155 (GIS) đáp ứng những thách thức của mạng lưới điện đến 550 kV cho tất cả các ứng dụng: Phát điện, truyền tải và công nghiệp nặng Trạm khí cách điện Alstom T210 (GIS) đáp ứng những thách thức của mạng lưới điện đến 800 kV để phát điện và ứng dụng truyền tải

Hình 2.9: Trạm GIS Alstom với điện áp 550KV

Hình 2.10: Cấu trúc của GIS Alstom với điện áp từ 72.5 – 145 kV

1: Dao nối đất 5: Máy biến dòng

2: Dao cách ly 6: Đường dây ra cách ly

4: Máy điều khiển 8: Máy biến áp

2.2 Tổng hợp chung về trạm biến áp cách điện khí SF6

Trạm GIS lần đầu tiên được phát triển từ nhiều quốc gia khác nhau vào khoảng thời gian giữa các năm 1965 và 1972 Sau 5 năm kinh nghiệm, tỷ lệ loại trạm này cho các trạm xây mới tăng khoảng 20% đối với các quốc gia mà không gian bị giới hạn Ở các nước khác, với không gian dễ dàng có sẵn, thì do chi phí xây dựng trạm GIS cao hơn hẳn so với trạm AIS (Air Insulated substation: Trạm biến áp cách điện không khí, trạm biến áp ngoài trời)

Vì thế người ta thường hạn chế xây dựng loại trạm này, trừ những trường hợp đặc biệt Tuy nhiên trạm GIS đáng tin cậy hơn và yêu cầu bảo dưỡng ít hơn so với các trạm AIS

Một trong những ứng dụng đang trở nên phổ biến đó là việc sử dụng thiết bị đóng cắt kiểu kín cách điện bằng khí SF6 hay còn gọi là thiết bị GIS (Gas Insulation Swichgear) trong các trạm biến áp trung gian và các trạm biến áp cách điện khí SF6 (GIS: Gas Insulated Substation ) Đây là công nghệ tiên tiến hiện đang được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới Trạm biến áp cách điện khí GIS sử dụng cách điện khí SF6 ở áp suất trung bình cho các pha- pha và các pha với đất Các dây dẫn cao áp, máy cắt chuyển mạch, biến dòng, biến điện áp nằm trong thùng kim loại chứa đầy khí SF6 và được nối đất

2.2.1 Các ưu nhược điểm trạm GIS

1/ Ưu điểm

- Khoảng không gian cần thiết để xây dựng trạm biến áp được giảm nhiều lần

- Bảo dưỡng rất ít trong suốt vòng đời của thiết bị

- An toàn cao trong vận hành

- Thuận lợi trong việc bảo vệ môi trường

- Giảm lượng nhân công cần thiết cho vận hành và bảo dưỡng

- Dễ dàng mở rộng quy mô

2/ Nhược điểm

- Chi phí thiết bị cao

- Sửa chữa khó khăn

- Không thể tái lập nhanh về điện khi có sự cố

- Phụ thuộc về kỹ thuật

2.2.2 Phân loại

1/ Phân loại theo cách thức lắp đặt

- Trạm GIS ngoài trời

- Trạm GIS trong nhà

- Trạm GIS ngầm

2/ Phân loại theo cấp điện áp

- Loại F: Dùng cho cấp điện áp từ 72,5 đến 170 kV, 3 pha trong một vỏ, dễ lắp đặt, vận hành đơn giản

- Loại B: Dùng cho các cấp điện áp từ 245 kV trở lên, mỗi pha trong một vỏ riêng biệt

- Loại T dùng cho cấp điện áp từ 800 kV trở lên, mối pha một vỏ đáp ứng tốt các môi trường khác nhau, yêu cầu nghiêm khắc khi lắp đặt trên lưới

2.2.3 Kết cấu chung của GIS

GIS bao gồm : Thanh cái, máy cắt (CB), Dao cách ly- Dao nối đất 3 vị trí (3PDS), Biến dòng (CT), Biến điện áp (VT), Chống sét van (LA), Sứ xuyên đầu vào

và đầu ra Tất cả những thiết bị này được bọc kín (1)

1/ Máy cắt (CB) trong GIS

Bảng 2.1: Tên, vật liệu, công dụng của các bộ phận trong máy cắt và bộ truyền động MC

1

Ngăn chứa

máy cắt

Thép mềm Ống nhôm rỗng bên trong chứa các tiếp điểm

đóng cắt của máy cắt, đồng thời dẫn điện (mạch chính)

2

Vỏ bọc từng

pha phía trên

Nhôm Ống nhôm rỗng, bên trong chứa các tiếp điểm

đóng cắt của máy cắt, đồng thời dẫn điện (mạch chính)

Đồng mạ bạc Phối hợp với piston tạo nên khí SF6 có áp lực

khi máy cắt, dễ dập hồ quang

5

Vỏ bọc từng

pha phía dưới

Nhôm Ống nhôm rỗng, bên trong chứa các tiếp điểm

đóng cắt của máy cắt, đồng thời dẫn điện (mạch chính)

Tiếp điểm phụ, hồ quang phát sinh khi máy cắt sẽ bị dập tắt tại đây

STT Mô tả Vật liệu Công dụng

11 Hộp cơ khí

truyền động

Vận hành bằng động cơ- lò xo

Tạo động lực đóng cắt máy cắt bằng động cơ hay quay tay

Định vị và cách điện cho máy cắt

Hình 2.11: Cấu trúc máy cắt và bộ truyền động trong GIS