Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình trạng cách điện của cáp ngầm 22 kv

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật điện nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình trạng cách điện của, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Huy Tước
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Quốc Việt
• Trường học: Đại học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ trong xác định tình trạng cách điện cáp ngầm 22 kV
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.3. Tổng quan tình hình vận hành cáp ngầm trung thế trên địa bàn TP.HCM và phân tích các nguyên nhân dẫn đến sự cố cáp ngầm hiện nay
• 1.4. Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm hiện trường về các phương pháp đo phóng điện cục bộ
• 1.5. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.5.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.5.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.5.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.
• 2.1. Tổng quan lưới điện ở TP.HCM
• 2.2. Sơ lược các loại cáp ngầm hiện nay
• 2.3. Tiêu chuẩn cáp ngầm trung thế và phụ kiện cáp ngầm trung thế đang được Tổng Công ty Điện lực TP.HCM sử dụng
• 2.4. Các nguyên nhân sự cố cáp ngầm trung thế
• 2.4.1. Chạm chập 02 ruột dây dẫn với nhau hoặc chạm cập ruột với dây dẫn với màn chắn (hư hỏng song song)
• 2.4.2. Sự cố cáp phóng điện (hư hỏng song song)
• 2.4.3. Hư hỏng gián đoạn (cáp hở mạch hay đứt)
• 2.4.4. Hư hỏng do ruột dẫn chạm đất hay vỏ cáp chạm đất
• 2.4.5. Hư hỏng do nước thâm nhập hoặc nhiễm ẩm
• 2.5. Hình ảnh một số sự cố cáp ngầm trung thế
• 3. CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ HIỆN NAY
• 3.1. Giới thiệu tổng quan
• 3.2. Phóng điện cục bộ
• 3.3. Một số ứng dụng trong chẩn đoán phóng điện cục bộ
• 3.4. Các phương pháp xác định phóng điện cục bộ
• 3.4.1. Phương pháp đo PD on-line
• 3.4.2. Phương pháp đo PD off-line
• 3.4.3. Phương pháp đo PD off-line ở tần số công nghiệp (50 Hz)
• 3.4.4. Phương pháp đo PD off-line ở tần số thấp
• 3.4.5. Nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (Damped alternating voltage - DAC)
• 3.4.6. Các phương pháp đánh giá kết quả PD
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN SỰ TĂNG CAO CỦA ĐIỆN TRƯỜNG TẠI MỘT VÀI VỊ TRÍ LỖI CỦA CÁP NGẦM BẰNG PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS
• 4.1. Cấu hình cơ bản của cáp ngầm trong bài toán tính toán điện trường
• 4.2. Định nghĩa các thông số cho mô hình cáp điện cũng như thiết lập mô hình phóng điện cục bộ ban đầu cho cáp ngầm
• 4.3. Thiết lập các thông số mô hình cáp điện (Geometry 1)
• 4.4. Thiết lập các thành phần của cáp điện (Geometry 1)
• 4.5. Thiết lập điều kiện biên (Electric Potential)
• 4.6. Thiết lập lưới phân tích (Mesh)
• 4.7. Một số kết quả tính toán cho các trường hợp lỗi cách điện của cáp ngầm
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ BẰNG CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ
• 5.1. Các ứng dụng công nghệ PD tại Tổng Công ty Điện lực TP.
• 5.2. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Megger PDS 60
• 5.3. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị BAUR-ViolaTD1–42
• 5.4. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Seba OWTS 28
• 5.5. Tiêu chuẩn phân loại đánh giá các kết quả PD
• 5.6. Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế bằng công nghệ đo phóng điện cục bộ
• 5.6.1. Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 6 tháng
• 5.6.2. Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 1 năm để đánh giá tốc độ phát triển PD
• 5.6.3. Trường hợp cáp phải lập kế hoạch thay thế vị trí bị PD gấp
• 5.6.4. Trường hợp cáp phải cô lập và thay thế vị trí bị PD gấp
• 5.6.5. Trường hợp cáp bị nhiễu không thể thực hiện đo PD
• 6. CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.1. Hiệu quả của đề tài
• 6.2. Những hạn chế khi ứng dụng công nghệ PD vào thực tiễn
• 6.3. Hướng phát triển của đề tài
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ trong việc xác định tình trạng cách điện của cáp ngầm 22 kV là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện lực. Trong bối cảnh Tổng Công ty Điện lực TP. HCM đang nỗ lực ngầm hóa lưới điện, việc đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện là ưu tiên hàng đầu. Tình trạng sự cố cáp ngầm đã gây ảnh hưởng lớn đến việc cung cấp điện, do đó, nghiên cứu này nhằm phát triển các phương pháp chẩn đoán và phòng ngừa sự cố. Mục tiêu chính của luận văn là áp dụng các phương pháp đo phóng điện cục bộ để đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế tại TP.HCM, từ đó đưa ra các kiến nghị cải thiện hiệu quả vận hành.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát là đánh giá tình trạng vận hành của cáp ngầm trung thế tại TP.HCM. Mục tiêu cụ thể bao gồm: đánh giá hiện trạng vận hành, tìm hiểu tác động của điện trường lên vật liệu cách điện, và giới thiệu tổng quan về công nghệ đo phóng điện cục bộ. Việc nghiên cứu này sẽ giúp xác định các nguyên nhân gây ra sự cố, từ đó đề xuất các giải pháp khắc phục hiệu quả.

II. Tình trạng vận hành cáp ngầm trung thế

Báo cáo năm 2017 cho thấy lưới điện TP.HCM có khoảng 680 tuyến trung áp, trong đó có 203 tuyến cáp ngầm. Tình trạng sự cố cáp ngầm đã ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, với 65 vụ hư hỏng cáp ngầm được ghi nhận. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm hiện tượng phóng điện và hư hỏng do nước thâm nhập. Những vấn đề này yêu cầu phải có các biện pháp kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Việc phân tích các nguyên nhân này giúp xác định rõ hơn về trạng thái của cáp ngầm và đưa ra các phương pháp đo phóng điện cục bộ phù hợp.

2.1 Các loại cáp ngầm hiện nay

Hiện nay, có nhiều loại cáp ngầm được sử dụng, bao gồm cáp tẩm dầu và cáp cách điện bằng polyethylene. Mỗi loại cáp có ưu điểm và nhược điểm riêng, trong đó cáp tẩm dầu dễ bị khiếm khuyết do khoảng trống trong cách điện. Việc lựa chọn loại cáp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện. Tìm hiểu về các loại cáp này là cần thiết để áp dụng các công nghệ đo phóng điện cục bộ hiệu quả.

III. Công nghệ đo phóng điện cục bộ

Công nghệ đo phóng điện cục bộ (PD) là một phương pháp hiện đại được áp dụng để xác định tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế. Các phương pháp đo PD bao gồm đo online và offline, mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng. Việc áp dụng công nghệ này giúp phát hiện kịp thời các khiếm khuyết trong cáp, từ đó giảm thiểu rủi ro sự cố. Các thiết bị như Megger PDS 60 và BAUR-ViolaTD1–42 đã được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm PD, cho thấy hiệu quả trong việc đánh giá tình trạng của cáp ngầm.

3.1 Phương pháp đo PD

Phương pháp đo PD có thể chia thành hai loại: PD on-line và PD off-line. PD on-line cho phép đo trong quá trình vận hành, trong khi PD off-line thường được thực hiện khi cáp không hoạt động. Việc lựa chọn phương pháp nào phụ thuộc vào điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật. Các kết quả từ phương pháp đo này cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá tình trạng cách điện và đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

IV. Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm

Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế thông qua công nghệ đo phóng điện cục bộ là một bước quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Các dữ liệu thu thập từ các thử nghiệm PD sẽ được phân tích để xác định các mức độ hư hỏng khác nhau của cáp. Kết quả này không chỉ giúp trong việc phát hiện kịp thời các khiếm khuyết mà còn cung cấp cơ sở để lập kế hoạch bảo trì và thay thế cáp. Việc áp dụng công nghệ này đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

4.1 Kết quả và kiến nghị

Kết quả từ các thử nghiệm PD cho thấy nhiều trường hợp cần theo dõi và kiểm tra lại sau một khoảng thời gian nhất định. Điều này cho thấy sự cần thiết của việc duy trì các biện pháp kiểm tra định kỳ. Kiến nghị đưa ra bao gồm việc áp dụng các công nghệ mới trong việc đo PD và cải thiện quy trình bảo trì cáp ngầm để giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

V. Tổng kết và hướng phát triển

Luận văn đã cung cấp cái nhìn tổng quan về tình trạng cáp ngầm trung thế tại TP.HCM và ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ trong việc xác định tình trạng cách điện. Các phương pháp đo PD đã được phân tích và đánh giá, cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện độ tin cậy của hệ thống điện. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu sâu hơn về các công nghệ mới trong đo PD và mở rộng ứng dụng của chúng trong việc bảo trì cáp ngầm.

5.1 Hướng phát triển công nghệ

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ đo PD mới, đồng thời cải tiến quy trình bảo trì cáp ngầm. Việc này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện mà còn góp phần vào việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và doanh nghiệp sẽ là chìa khóa để đưa ra những giải pháp tối ưu cho ngành điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo số liệu năm 2017, lưới điện phân phối tại TP. Hồ Chí Minh gồm 680 tuyến trung áp, trong đó có 203 tuyến trung áp ngầm với tổng chiều dài khoảng 2.379 km, chiếm tỷ lệ ngầm hóa trung thế khoảng 30%. Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đặt mục tiêu đến năm 2020 đạt tỷ lệ ngầm hóa lưới điện trung thế nội thành khoảng 60%, riêng khu vực trung tâm Quận 1 và Quận 3 đạt 100%. Tuy nhiên, sự cố cáp ngầm trung thế vẫn chiếm khoảng 32% nguyên nhân mất điện lưới trung thế, ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy cung cấp điện.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ (Partial Discharge - PD) để chẩn đoán và đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm 22 kV, nhằm phát hiện sớm các khiếm khuyết, từ đó đề xuất các biện pháp phòng ngừa sự cố. Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích thực trạng vận hành cáp ngầm trung thế tại TP.HCM, ứng dụng các phương pháp đo PD truyền thống và phi truyền thống, đồng thời sử dụng phần mềm Comsol Multiphysics để mô phỏng sự tăng cao điện trường tại các vị trí lỗi.

Phạm vi nghiên cứu tập trung trên lưới điện trung thế của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM trong giai đoạn 2016-2019. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện, giảm thiểu sự cố mất điện do cáp ngầm, đồng thời góp phần phát triển công nghệ chẩn đoán cách điện hiện đại, hỗ trợ công tác bảo trì và quản lý tài sản điện lực hiệu quả hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết phóng điện cục bộ (PD): Theo tiêu chuẩn IEC 60270, PD là hiện tượng phóng điện cục bộ trong điện môi rắn hoặc lỏng do các khiếm khuyết như bọt khí, khe hở, hoặc vết nứt, gây suy giảm cách điện. PD được mô hình hóa bằng mạch tương đương gồm các điện dung đại diện cho phần cách điện tốt và phần có khuyết tật.

• Mô hình cây điện và cây nước: Mô tả quá trình phát triển của các nhánh phóng điện bên trong vật liệu cách điện XLPE, từ cây nước (water tree) đến cây điện (electrical tree), là nguyên nhân chính dẫn đến phá hủy cách điện.

• Mô hình điện trường bằng phần tử hữu hạn: Sử dụng phần mềm Comsol Multiphysics để mô phỏng sự tăng cao điện trường tại các vị trí khiếm khuyết trong cáp ngầm, giúp xác định nguyên nhân phát sinh PD.

Các khái niệm chính bao gồm: điện áp khởi đầu xuất hiện phóng điện cục bộ (PDIV), điện áp triệt tiêu phóng điện cục bộ (PDEV), tổn hao điện môi (tanδ), và các phương pháp đo PD on-line, off-line.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu vận hành cáp ngầm trung thế từ Tổng Công ty Điện lực TP.HCM, bao gồm các báo cáo sự cố, kết quả đo PD thực tế tại các tuyến cáp, và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng.

• Phương pháp phân tích:

  • Ứng dụng phần mềm Comsol Multiphysics để mô phỏng điện trường tại các vị trí lỗi, với mô hình cáp ngầm 3 pha, tiết diện 240 mm², điện áp 22 kV. Mô hình giả định vị trí khuyết tật là lỗ rỗng khí có đường kính 0,1 mm cách tâm lõi dẫn 11 mm.

  • Thực hiện đo PD bằng các thiết bị Megger PDS 60, BAUR-Viola TD1-42, Seba OWTS 28 theo các phương pháp on-line và off-line, bao gồm đo ở tần số công nghiệp 50 Hz, tần số thấp (VLF), và nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (DAC).

  • Phân tích dữ liệu PD dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất và tiêu chuẩn ngành điện, đánh giá mức độ suy giảm cách điện và đề xuất kế hoạch bảo trì, thay thế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 3 đến tháng 8 năm 2019, bao gồm thu thập số liệu, mô phỏng, đo thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ sự cố cáp ngầm chiếm 32% nguyên nhân mất điện trung thế: Trong năm 2017, có 457 vụ mất điện trung thế, trong đó 65 vụ do hư cáp ngầm (14,22%), 59 vụ do hư đầu cáp (12,91%), và 23 vụ do hư hộp nối cáp (5,03%).

2. Phương pháp đo PD hiệu quả trong phát hiện khiếm khuyết cách điện: Kết quả đo PD trên các tuyến cáp ngầm cho thấy các mức PDIV và PDEV khác nhau, phản ánh tình trạng cách điện đa dạng. Ví dụ, một số cáp có mức PD vượt ngưỡng tiêu chuẩn 10 pC, cần theo dõi hoặc thay thế.

3. Mô phỏng điện trường bằng Comsol Multiphysics xác định vị trí và mức độ tăng cao điện trường tại khuyết tật: Mô hình cho thấy điện trường tại vị trí lỗ rỗng khí tăng cao đáng kể, là nguyên nhân chính gây ra PD. Kết quả mô phỏng tương thích với dữ liệu đo PD thực tế.

4. So sánh các phương pháp đo PD: Phương pháp đo PD on-line cho phép giám sát liên tục, phát hiện sớm sự cố trong tủ điện trung thế; trong khi đo PD off-line với nguồn DAC và VLF cung cấp dữ liệu chi tiết về mức độ và vị trí khuyết tật, hỗ trợ đánh giá chính xác tình trạng cách điện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cố cáp ngầm là do các khiếm khuyết cách điện như lỗ rỗng khí, ẩm, và sự phát triển của cây điện, cây nước trong lớp cách điện XLPE. Việc sử dụng công nghệ đo PD giúp phát hiện sớm các khiếm khuyết này, từ đó giảm thiểu nguy cơ sự cố nghiêm trọng.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả đo PD tại TP.HCM tương đồng với các báo cáo ngành điện về tỷ lệ sự cố và hiệu quả của phương pháp PD trong chẩn đoán cách điện. Việc mô phỏng điện trường bằng phần mềm đa vật lý là bước tiến quan trọng, giúp hiểu rõ cơ chế phát sinh PD và hỗ trợ thiết kế các biện pháp phòng ngừa hiệu quả hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố mức PD trên các tuyến cáp, bảng so sánh các chỉ số PDIV, PDEV theo từng phương pháp đo, và hình ảnh mô phỏng điện trường tại vị trí lỗi để minh họa trực quan.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai đo PD định kỳ trên toàn bộ lưới cáp ngầm trung thế: Áp dụng phương pháp đo PD on-line và off-line kết hợp để giám sát liên tục và đánh giá chi tiết tình trạng cách điện, nhằm phát hiện sớm các khiếm khuyết. Thời gian thực hiện: hàng quý; Chủ thể: Tổng Công ty Điện lực TP.HCM.

2. Sử dụng phần mềm mô phỏng điện trường để phân tích các vị trí nghi ngờ: Hỗ trợ xác định nguyên nhân và mức độ nguy hiểm của các khuyết tật, từ đó lập kế hoạch bảo trì hoặc thay thế hợp lý. Thời gian: theo yêu cầu khi phát hiện sự cố; Chủ thể: Trung tâm kỹ thuật và phòng thí nghiệm điện.

3. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ thuật viên về phân tích dữ liệu PD: Tăng cường kỹ năng phân tích dạng sóng PD, đánh giá mức độ suy giảm cách điện, đặc biệt với phương pháp DAC và VLF. Thời gian: 6 tháng; Chủ thể: Ban đào tạo Tổng Công ty Điện lực.

4. Cập nhật và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật đo PD phù hợp với điều kiện thực tế: Xây dựng quy trình đo và đánh giá PD chuẩn hóa, phù hợp với các loại cáp và phụ kiện đang sử dụng tại TP.HCM. Thời gian: 1 năm; Chủ thể: Ban kỹ thuật và quản lý chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì lưới điện: Nắm bắt công nghệ đo PD để áp dụng trong công tác giám sát và bảo dưỡng cáp ngầm, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

2. Chuyên gia nghiên cứu và phát triển công nghệ điện: Tham khảo mô hình mô phỏng điện trường và phương pháp đo PD để phát triển các thiết bị và giải pháp chẩn đoán mới.

3. Quản lý dự án và hoạch định chính sách điện lực: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch ngầm hóa lưới điện và chính sách bảo trì hiệu quả, giảm thiểu sự cố.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về ứng dụng công nghệ PD và mô phỏng điện trường trong chẩn đoán cách điện cáp ngầm.

Câu hỏi thường gặp

1. Phóng điện cục bộ là gì và tại sao nó quan trọng trong chẩn đoán cáp ngầm?
   Phóng điện cục bộ là hiện tượng phóng điện nhỏ xảy ra tại các khiếm khuyết trong cách điện, có thể dẫn đến suy giảm và phá hủy cách điện. Phát hiện PD giúp ngăn ngừa sự cố nghiêm trọng, nâng cao độ tin cậy lưới điện.

2. Các phương pháp đo PD on-line và off-line khác nhau như thế nào?
   Đo PD on-line giám sát liên tục trong quá trình vận hành, phát hiện sớm sự cố; đo off-line thực hiện khi tách cáp khỏi vận hành, cung cấp dữ liệu chi tiết về mức độ và vị trí khuyết tật.

3. Phần mềm Comsol Multiphysics được sử dụng để làm gì trong nghiên cứu này?
   Comsol được dùng để mô phỏng sự tăng cao điện trường tại các vị trí lỗi trong cáp ngầm, giúp xác định nguyên nhân phát sinh PD và đánh giá mức độ nguy hiểm của khuyết tật.

4. Tại sao cần kết hợp nhiều phương pháp đo PD khác nhau?
   Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, kết hợp giúp đánh giá toàn diện tình trạng cách điện, từ phát hiện sớm đến xác định chính xác vị trí và mức độ hư hỏng.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế vận hành lưới điện?
   Thông qua triển khai đo PD định kỳ, đào tạo kỹ thuật viên, cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật và sử dụng mô phỏng điện trường để hỗ trợ quyết định bảo trì, thay thế cáp ngầm.

Kết luận

• Phóng điện cục bộ là nguyên nhân chính gây suy giảm và sự cố cách điện cáp ngầm 22 kV tại TP.HCM.
• Ứng dụng công nghệ đo PD kết hợp mô phỏng điện trường giúp phát hiện và đánh giá chính xác tình trạng cách điện.
• Tỷ lệ sự cố cáp ngầm chiếm khoảng 32% nguyên nhân mất điện trung thế, cần ưu tiên công tác giám sát và bảo trì.
• Đề xuất triển khai đo PD định kỳ, đào tạo kỹ thuật viên và hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật để nâng cao hiệu quả quản lý lưới điện.
• Nghiên cứu mở hướng phát triển công nghệ chẩn đoán cách điện hiện đại, góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn cung cấp điện trong tương lai.

Hành động tiếp theo là áp dụng các giải pháp đề xuất trong kế hoạch bảo trì và giám sát lưới điện trung thế TP.HCM, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ PD cho các cấp điện áp khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Với việc Tổng Công ty Điện lực TP. HCM đang đẩy mạnh công tác ngầm hóa lưới điện trung hạ thế nhằm tạo mỹ quan đô thị, thì công tác kiểm tra bảo dưỡng vận hành các loại cáp ngầm trung thế luôn là mục tiêu được quan tâm hàng đầu. Cùng với đó việc đảm bảo các chỉ tiêu đảm bảo độ tin cậy lưới điện theo kế hoạch đề ra trong “Đề án nâng cao độ tin cậy lưới điện giai đoạn 2016-2020” đã cho thấy việc triển khai các ứng dụng công nghệ nhằm chẩn đoán, ngăn ngừa sự cố trên lưới điện luôn là một trong những mục tiêu ưu tiên của Tổng Công ty Điện lực TP. Hiện nay, qua một số công trình ngầm hóa đã hoàn thiện nhưng khi đưa vào vận hành đã bị sự cố gây ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện thì việc nghiên cứu đưa ra các biện pháp khắc phục các và phòng ngừa ngăn chặn sự cố là trọng tâm Ngoài việc thử nghiệm cáp như ngoại quan, đo cách điện vỏ cáp, thử nghiệm điện áp một chiều… thì Tổng công ty Điện lực TP.HCM đang mở rộng triển khai ứng dụng phương pháp đo phóng điện cục bộ cho tất cả các loại cáp ngầm trung thế nhằm đánh giá tình trạng vận hành của cáp.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Tổng quan tình hình vận hành cáp ngầm trung thế trên địa bàn TP.HCM và phân tích các nguyên nhân dẫn đến sự cố cáp ngầm hiện nay. Cơ sở lý thuyết và thực nghiệm hiện trường về các phương pháp đo phóng điện cục bộ. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 1. Mục tiêu của đề tài - Mục tiêu tổng quát: Đánh giá – phân tích thực trạng tình hình vận hành cáp ngầm trung thế trên khu vực TP.

- Mục tiêu cụ thể: + Đánh giá hiện trạng vận hành cáp ngầm trung thế của Tổng Công ty Điện lực TP. + Tìm hiểu sơ bộ tác động của điện trường lên vật liệu cách điện. 8/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ + Giới thiệu tổng quan về công nghệ đo phóng điện cục bộ. ƒ Phương pháp đo PD truyền thống.

ƒ Phương pháp đo PD phi truyền thống (offline và online). ƒ So sánh các phương pháp trên. + Ứng dụng các phương pháp đo PD trong chẩn đoán tình trạng cáp ngầm trung thế trên khu vực TP. + Phân tích các yếu tố tác động đến kết quả đo PD; các kiến nghị về phương pháp đo phóng điện cục bộ cũng như đề xuất các phương pháp để giảm thiểu sự cố cáp ngầm trung thế.

Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích các nguyên nhân sự cố cáp ngầm trung thế trên địa bàn quản lý của Tổng công ty Điện lực TP. - Nghiên cứu tổng thể các công nghệ đo phóng điện cục bộ [1] (partial discharge). - Ứng dụng phần mềm đa nền tảng phân tích phần tử hữu hạn, giải và xử lý mô phỏng: Comsol Multiphysics để tìm hiểu độ tăng cao điện trường tại các vị trí khiếm khuyết vì đó là nguyên nhân gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ.Phương pháp nghiên cứu + Tìm hiểu độ tăng cao điện trường tại các vị trí khiếm khuyết qua phần mềm Comsol Multiphysics. + Thu thập số liệu tình hình vận hành cáp ngầm trung thế của Tổng Công ty Điện lực TP.

+ Tìm hiểu phương pháp đo phóng điện cục bộ đang triển khai ứng dụng hiện nay (partial discharge). + Phân tích đánh giá tình trạng cách điện dựa trên các tiêu chuẩn của nhà chế tạo thiết bị hoặc tiêu chuẩn thử nghiệm của ngành điện. 9/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ + Đánh giá các phương pháp PD cáp ngầm trung thế cũng như các kiến nghị về phương pháp đo phóng điện cục bộ. 10/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.

Tổng quan lưới điện ở TP.HCM Theo số liệu báo cáo năm 2017, lưới điện phân phối thành phố Hồ Chí Minh bao gồm 680 tuyến trung áp trong đó có 203 tuyến trung áp ngầm với tổng chiều dài khoảng 2.379,26 km và 477 tuyến trung áp nổi với tổng chiều dài 4.667,74 km, lưới hạ thế với tổng chiều dài 12.626 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.156 MVA cung cấp điện cho 2.326 khách hàng. Và theo quy hoạch phát triển điện lực TP.HCM, Tổng Công ty đang đẩy mạnh công tác ngầm hóa giai đoạn 2016 - 2020 đã đề ra là đạt tối thiểu 650 km lưới trung thế và 1.150 km lưới hạ thế. Phấn đấu đến năm 2020, tỷ lệ ngầm hóa lưới điện trung thế khu vực nội thành (không gồm các huyện: Củ Chi, Cần Giờ, Hóc Môn, Bình Chánh) đạt khoảng 60%, riêng khu vực trung tâm Quận 1 và Quận 3 đạt 100%. Tỷ lệ ngầm hóa lưới điện hạ thế khu vực nội thành (không tính ngõ hẻm chưa quy hoạch ổn định) đạt trên 40%.

Riêng khu vực trung tâm Quận 1 và Quận 3 đạt trên 90%. Sơ lược tình hình vận hành lưới điện trong thời gian qua [2]: - Tổng số vụ mất điện lưới trung thế gây bật máy cắt đầu nguồn trên toàn Tổng công ty trong năm 2017 là 457 vụ, giảm 31 vụ so với cùng kỳ, chiếm tỉ lệ 72,42% chỉ tiêu giao năm 2017 là 631 vụ/năm. - Nguyên nhân mất điện: do nổ chì 26 vụ (chiếm 5,69%); hư cáp ngầm 65 vụ (14,22%); hư đầu cáp 59 vụ (12,91%); hư hộp nối cáp 23 vụ (5,03%); hư nổ thiết bị 23 vụ (5,03%); phóng sứ đường dây 21 vụ (4,6%); phóng sứ thiết bị 102 vụ (22,32%); đứt dây, đứt cò đấu 28 vụ (6,13%); động vật bò lên lưới 99 vụ (21,66%); nguyên nhân khác 11 vụ (2,41%). Với kết quả trên ta dễ dàng nhận thấy sự cố mất điện do các tác nhân liên quan đến cáp ngầm chiếm 32%.

11/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ Hình 2.1 Biểu đồ mất điện lưới trung thế theo nguyên nhân trong năm 2017 2. Sơ lược các loại cáp ngầm hiện nay Với lịch sử hình thành và phát triển hiện nay, đã có nhiều loại cáp ngầm trung thế được đưa vào sử dụng từ các loại có cấu tạo phức tạp đến các loại cáp đa dụng dễ dàng sử dụng cũng như thuận tiện trong công tác bảo trì sửa chữa. Cáp ngầm là cáp có thể chôn ngầm trực tiếp trong đất. Tiêu chuẩn áp dụng vào việc sản xuất và thử nghiệm là tiêu chuẩn IEC 60502-2: 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) – Part 2 – Cables for rated voltages from 6 kV (Um=7,2 kV) up to 30 kV (Um=36 kV) Hiện nay có nhiều cách phân loại các loại cáp ngầm từ cách phân biệt qua vật liệu cách điện đến phân biệt qua cấu trúc lõi cáp…như: - Cáp cách điện bằng dầu: + Cáp tẩm dầu cách điện (cáp đặc) Trong cáp tẩm dầu (còn được gọi là cáp đặc), mỗi lõi dẫn được cách điện bằng giấy tẩm dầu (chứa dầu có độ nhớt cao) và được bịt kín bằng một lớp kim loại, ví dụ như vỏ chì.2 Cáp ngầm dạng đặc 12/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ Cấu tạo cơ bản cách điện của cáp là giấy tẩm dầu các điện.

Tuy nhiên, cấu tạo loại này thường dễ tạo ra các khiếm khuyết trong cáp do các khoảng trống (lỗ hổng) trong cách điện, có thể dẫn đến hiện tượng ion hóa. Nên hiện nay loại này hiện nay hầu như không còn được sử dụng ngoại trừ các tuyến cáp đang vận hành từ trước đây và đang dần được thay thế bằng các loại cáp tiên tiến hiện nay. + Cáp dầu Cáp dầu là loại cáp đại diện cho cáp áp lực, được sử dụng rộng rãi cho các cấp điện áp từ 66kV trở lên. Emanueli thuộc hãng Pirelli - Italy phát minh.

Dầu được lưu thông bên trong cáp. Áp suất của dầu trong cáp được duy trì cao hơn áp suất không khí để ngăn chặn các lỗ trống phát sinh trong cách điện (một nhược điểm lớn của cáp đặc). Khả năng ưu việt của cách điện giúp tăng giới hạn nhiệt độ của lõi dẫn, có nghĩa là tăng khả năng tải và giảm độ dày cách điện. Hệ thống này sử dụng thiết bị cảnh báo để phát hiện sự rò rỉ dầu gây ra bởi sự hỏng hóc vỏ kim loại, do đó nó được sửa chữa tức thời, trước khi sự cố nghiêm trọng về điện xảy ra.

Nhược điểm của cáp dầu là nó đòi hỏi các thiết bị ngoại vi, ví dụ thiết bị cấp dầu, cũng như mặt bằng để lắp đặt các thiết bị này.3 Cáp dầu + Cáp dầu dạng ống Trong một cáp dầu dạng ống, ba lõi dẫn, mỗi lõi được bọc bởi cách điện giấy, được tẩm dầu cách điện có độ nhớt cao và được đặt trong một ống thép. Ống thép này được điền đầy bằng dầu cách điện với áp suất khoảng 15kg/cm2. Mỗi lõi dẫn được quấn một dây trượt để có thể luồn vào ống dễ dàng hơn. Cáp loại này có độ ổn 13/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ định điện cao và được sử dụng cho cấp điện áp cao từ 200kV đến 500kV.

Bằng cách quay vòng dầu làm mát, khả năng tải của cáp sẽ được tăng lên dễ dàng. Tuy nhiên, do đòi hỏi hệ thống cấp dầu, cáp loại này có một số nhược điểm: đòi hỏi lượng dầu cách điện lớn và hệ thống thiết bị cấp dầu đặc biệt.4 Cáp dầu dạng ống - Cáp cách điện bằng các loại vật liệu nhựa tổng hợp hay cao su (XLPE) Loại cáp thông dụng hiện nay là loại cáp ngầm 1 lõi cách điện XPLE và cáp ngầm 3 lõi cách điện XLPE. Cáp XLPE sử dụng cách điện bằng polyethylene liên kết chéo và thường không có lớp vỏ kim loại. Cấu trúc cáp được minh hoạ như hình 2.

Cáp XLPE có các đặc tính rất ưu việt như: cách điện tốt, tổn hao điện môi thấp, tính mềm dẻo về cơ học và trọng lượng nhẹ. Do loại cáp này không chứa dầu, nên nó có thể sử dụng ở mọi dạng địa hình, kể cả địa hình có độ chênh cao lớn và những nơi có chấn động mạnh. Cáp XLPE hiện nay đã thay thế cáp dầu đối với các cấp điện áp 66, 77 và 154kV. Từ một vài năm trước, cáp XLPE cũng đã được sử dụng cho điện áp 275kV, với chiều dài truyền tải lớn.

Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, cáp XLPE đã được sử dụng để liên kết các thiết bị, với cấp điện áp 500kV. 14/78 Trường Đại học Bách Khoa TPHCM Luận văn Thạc sĩ + Cáp 03 lõi Hình 2.