Ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ để đánh giá hiện trạng cách điện cáp ngầm trung thế lưới điện TP HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN HỮU PHƯỚC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN
CỤC BỘ ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG
CÁCH ĐIỆN CÁP NGẦM TRUNG THẾ
LƯỚI ĐIỆN TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN HỮU PHƯỚC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN
CỤC BỘ ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG
CÁCH ĐIỆN CÁP NGẦM TRUNG THẾ
LƯỚI ĐIỆN TP.HCM
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2016


.CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Phạm Đình Anh Khôi

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 12 tháng 3 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
Họ và tên

TT

Chức danh Hội đồng

1

PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình

Chủ tịch

2

TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Phản biện 1

3

PGS. TS. Võ Ngọc Điều

Phản biện 2

4

TS. Võ Viết Cường

5

TS. Huỳnh Quang Minh

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 20 tháng 8 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: NGUYỄN HỮU PHƯỚC

Ngày, tháng, năm sinh : 22/8/1978
Chuyên ngành

Giới tính: Nam.
Nơi sinh: An Giang.

: Kỹ thuật điện

MSHV: 1441830035.

I- Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ để đánh giá hiện trạng
cách điện cáp ngầm trung thế lưới điện TP.HCM
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nhiệm vụ 1: Thu thập thông tin tổng quan về cáp ngầm và hiện trạng vận hành,
cung cấp điện của lưới cáp ngầm trung thế thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM.
Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu lý thuyết về phương pháp xác định hiện tượng phóng điện
cục bộ (partial discharge).
Nhiệm vụ 3: Khảo sát thực tế cùng đơn vị đo là Công ty Thí nghiệm Điện lực

TP.HCM, tìm hiểu quy trình đo phóng điện cục bộ; thu thập số liệu thực tế về việc
chẩn đoán hiện trạng của cáp ngầm trung thế bằng công nghệ đo phóng điện cục bộ
đối với một số tuyến cáp ngầm trung thế cụ thể do Tổng công ty Điện lực TP.HCM
hiện đang quản lý vận hành.
Nhiệm vụ 4: Đánh giá tổng quan, đưa ra một số nhận xét, kiến nghị.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng 2/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Đình Anh Khôi
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ để
đánh giá hiện trạng cách điện cáp ngầm trung thế lưới điện TP.HCM" là công trình
nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu trong đề tài này được thu thập và sử dụng một cách trung thực. Kết
quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này không sao chép của bất cứ luận
văn nào và cũng chưa được trình bày hay công bố ở bất cứ công trình nghiên cứu
nào trước đây.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Hữu Phước


ii

LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian làm việc, tổ chức thực hiện nghiên cứu tại Tổng Công ty Điện
lực TP.HCM, được sự quan tâm và giúp đỡ quý báu của các đồng nghiệp hiện đang
công tác tại Ban Kỹ thuật - Tổng công ty Điện lực TP.HCM và tại Công ty Thí
nghiệm Điện lực TP.HCM, tôi đã nghiên cứu hoàn thành đề tài: “Ứng dụng công
nghệ đo phóng điện cục bộ để đánh giá hiện trạng cách điện cáp ngầm trung thế
lưới điện TP.HCM" và áp dụng vào thực tiễn vận hành.
Hoàn thành đề tài này, cho phép tôi được bày tỏ lời cám ơn TS. Phạm Đình
Anh Khôi đã nhiệt tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn; cảm ơn lãnh đạo Tổng
Công ty Điện Lực TPHCM đã luôn hỗ trợ và tạo điều kiện thực hiện đề tài.
Nguyễn Hữu Phước


iii

TÓM TẮT
Hiện nay, việc ứng dụng các công nghệ thử nghiệm chẩn đoán trong công tác
phòng ngừa sự cố trong ngành Điện lực đang dần trở thành xu thế mới trên thế giới,
cho thấy hiệu quả và ưu điểm vượt trội so với các công tác thử nghiệm thông
thường. Nếu như các phương pháp thử nghiệm thông thường chỉ cho phép kết luận
thiết bị đủ hoặc không đủ điều kiện đóng điện vận hành thì các phương pháp thử
nghiệm chẩn đoán sẽ cho phép đánh giá thiết bị một cách chi tiết hơn, tổng quan
hơn về tình trạng vận hành, giúp phát hiện và dò tìm điểm yếu để từ đó đề ra kế
hoạch sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng hợp lý góp phần ngăn ngừa sự cố một cách hiệu
quả.
Tổng Công ty Điện lực TP HCM đang trong giai đoạn phát triển toàn diện
nhằm phấn đấu vươn lên ngang tầm khu vực với hàng loạt các chương trình hành
động trọng điểm, đặc biệt là công tác giảm sự cố, giảm mất điện, nâng cao độ tin
cậy lưới điện. Vì vậy, việc ứng dụng các công nghệ thử nghiệm chẩn đoán sự cố là
hết sức cần thiết.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn trong việc giới thiệu về tổng quan
về công nghệ đo phóng điện cục bộ theo tiêu chuẩn IEC 60270, ứng dụng công nghệ
này để đánh giá hiện trạng cách điện của cáp ngầm trung thế nhằm ngăn ngừa sự cố.
Tiêu chuẩn IEC 60270 là bộ tiêu chuẩn được áp dụng cho các phép đo phóng
điện cục bộ xảy ra trong các thiết bị điện khi thử nghiệm ở điện áp xoay chiều hoặc
điện áp một chiều. Bộ tiêu chuẩn cung cấp các định nghĩa được sử dụng, mô
tả phương pháp thử nghiệm và mạch đo được sử dụng, xác định các phương pháp
hiệu chuẩn và các yêu cầu của các công cụ được sử dụng để hiệu chuẩn.
Mục tiêu của đề tài là giới thiệu ứng dụng công nghệ mới – Công nghệ đo
phóng điện cục bộ đối với cáp ngầm trung thế để chẩn đoán, ngăn ngừa sự cố nhằm
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, góp phần hiện đại hóa đất nước.


iv

ABSTRACT
Currently, the application of diagnostic testing technology in the prevention of
incidents in the electricity industry is gradually becoming a new trend in the world,
shows that the efficiency and advantages in comparison with the work test ordinary
experience. If such a conventional test method only allows conclusions device or
not qualified enough energized operation, the diagnostic test methods will allow the
evaluation device a more detailed, more general the operational status, helping
detect and detect weaknesses so that devised repair, maintenance, maintenance of
contributing to preventing incidents effectively.
Ho Chi Minh City Power Corporation is a comprehensive development phase
in order to strive for the regional level with a series of key action programs,
especially the reduction of incidents, reducing power loss and improving grid
reliability. Therefore, the application of testing technology to diagnose the problem
is crucial.
The scope of the research study is limited to the introduction of technological

overview of partial discharge measurement according to IEC 60270 standard, the
application of this technology to assess the status of the cable insulation medium
voltage underground to prevent prevent incidents.
IEC 60270 Standard is applicable to the measurement of partial discharges
which occur in electrical apparatus, components or systems when tested with
alternating voltages or with direct voltage. This standard defines the terms used,
describes test and measuring circuits which may be used, specifies methods for
calibration and requirements of instruments used for calibration.
The objective of the project is to introduce new technology applications Technology partial discharge measurements for medium voltage underground cables to
diagnose, prevent incidents in order to improve power supply reliability, contributing to
modernization country.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................. ii
TÓM TẮT.................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .................................................................................x
Hình 2.7 Cáp cách điện khí ....................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................1
GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2.1. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................2
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................2

2.3. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu ...................................................3
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................4
CÁP ĐIỆN LỰC VÀ PHỤ KIỆN, CƠ CHẾ GÂY GIÀ HÓA CÁCH ĐIỆN CỦA
CÁP NGẦM ................................................................................................................4
2.1. Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp điện lực ........................................4
2.2 Đặc tính ưu việt của hệ thống truyền tải điện ngầm .............................................4
2.3 Phân loại và cấu trúc của cáp ................................................................................6
2.3.1 Các loại cáp ................................................................................................6
2.3.2 Cấu trúc và đặc tính của cáp: .....................................................................6
2.4 Phụ kiện cáp điện lực .........................................................................................11
2.4.1 Khái quát chung .......................................................................................11
2.4.2 Các loại hộp nối .......................................................................................12
2.4.2.1 Hộp nối thẳng ....................................................................................12
2.4.2.2 Hộp đầu cáp.......................................................................................15
2.5 Các cơ chế gây già hóa đối với cách điện của cáp ngầm ....................................18


vi
2.5.1 Phóng điện cục bộ ....................................................................................20
2.5.2 Cây điện ...................................................................................................21
2.5.3 Cây nước ..................................................................................................22
2.6 Một vài nguyên nhân gây hư hỏng cáp ngầm ....................................................23
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................25
TỔNG QUAN VỀ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TẠI TP.HCM................................25
VÀ TÌNH HÌNH CUNG CẤP ĐIỆN ........................................................................25
3.1 Hiện trạng sử dụng cáp ngầm trung thế tại TP.HCM .........................................25
3.2 Tổng số lượng cáp ngầm trung thế hiện đang vận hành .....................................27
3.3 Thống kê tình hình sự cố trong 03 năm gần đây .................................................28
3.4 Sự cố cáp ngầm điển hình: ..................................................................................33
CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................37

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THỬ NGHIỆM ..................................................37
ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ ....................................................................................37
4.1 Giới thiệu tổng quan ............................................................................................37
4.2 Khái niệm về phóng điện cục bộ .........................................................................37
4.3 Ảnh hưởng của phóng điện cục bộ trong hệ thống cách điện .............................41
4.4 Phương pháp xác định phóng điện cục bộ: .........................................................41
4.4.1 Thử nghiệm đo PD on-line:......................................................................45
4.4.2 Thử nghiệm đo PD off-line: .....................................................................47
4.4.2.1 Các nguồn áp thay thế được sử dụng cho phương pháp đo PD offline .................................................................................................................49
4.4.2.2 Một số ví dụ tham khảo về kết quả đo PD off-line: ..........................51
CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG THỰC TẾ HIỆN NAY CỦA CÔNG NGHỆ ĐO
PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ ĐỂ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VẬN HÀNH, CHẨN
ĐOÁN SỰ CỐ CÁP NGẦM TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.HCM ............55
5.1 Phương pháp đo và thiết bị đo thử nghiệm phóng điện cục bộ...........................55
5.1.1 Phương pháp đo PD off-line ....................................................................55
5.1.2 Thiết bị thử nghiệm: .................................................................................56


vii
CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ ĐỐI VỚI VIỆC ÁP DỤNG
PHƯƠNG PHÁP ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ CÁP NGẦM TRUNG THẾ ĐỂ
CHẨN ĐOÁN, NGĂN NGỪA SỰ CỐ TRONG THỰC TẾ ...................................60
6.1 Hiệu quả của đề tài về mặt kỹ thuật: ...................................................................60
6.2 Hiệu quả của đề tài về mặt kinh tế, xã hội: .........................................................61
6.3 Những khó khăn gặp phải khi thử nghiệm PD cáp ngầm trong thực tế:.............61
6.4 Hướng phát triển của đề tài: ................................................................................62
6.5 Kiến nghị: ............................................................................................................62
6.5.1 Kiến nghị đối với đơn vị quản lý vận hành cáp ngầm trung thế (các Công ty
Điện lực):...................................................................................................................62
6.5.2 Kiến nghị đối với đơn vị thử nghiệm PD cáp ngầm: .......................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................65


viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
PD

Partial Discharge

PDIV

Partial Discharge Inception Voltage

PDEV

Partial Discharge Extinction Voltage

DGA

dissolved gas analysis

VLF

very low-frequency voltage

DAC

damped alternating voltage

TDR

time-domain reflectrometry

PE

polyethylene

PILC

paper isulated lead covered

XLPE
GIL

Gas isolated line

ET

electrical tree

SCADA

Supervisor Control and Data Acquistion

RMU

ring main unit

LBS

load break switch

HF

high frequency

VHF

very high frequency

UHF

ultra high frequency

SAIFI

System Average Interruption Frequency Index

SAIDI

System Average Interruption Duration Index

FTA

failure tree analysis

EVNHCMC Ho Chi Minh City Power Corporation (Tổng công ty Điện lực
TP.HCM)
VTTB

Vật Tư Thiết Bị

QLVH

Quản Lý Vận Hành.


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Cơ chế gây già hóa cách điện của cáp ngầm .............................................19
Bảng 3.1: Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện trong 03 năm gần đây ............................29
Bảng 4.1: Bảng thống kê các công nghệ đo PD đang được triển khai tại EVNHCMC
...................................................................................................................................46
Bảng 4.2: Khuyến cáo về kết quả đo của hãng sản xuất thiết bị thử nghiệm ...........51
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật chính của các thiết bị đo PD đang sử dụng ................56
Bảng 5.2: Bảng thông số tiêu chuẩn so sánh kết quả thử nghiệm PD trên cáp ngầm
trung thế hiện đang áp dụng tại Tổng công ty Điện lực TP.HCM ............................58


x

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp điện lực trên thế giới ...........5
Hình 2.2: Sơ đồ phân loại cáp theo cách điện .............................................................6
Hình 2.3 Cáp đặc .........................................................................................................7
Hình 2.4: Cáp dầu .......................................................................................................8
Hình 2.5: Cáp dầu dạng ống ........................................................................................9
Hình 2.6: Cáp XLPE .................................................................................................10

Hình 2.7: Cáp cách điện khí ......................................................................................11
Hình 2.8: Hộp nối thường cho cáp dầu đơn lõi (154kV đến 500kV) .......................13
Hình 2.9: Hộp nối thường cho cáp XLPE đơn lõi (154 đến 275kV) ........................13
Hình 2.10 Hộp nối cách ly vỏ kim loại .....................................................................14
Hình 2.11: Minh họa cấu trúc điển hình của một hộp nối chặn dầu .........................15
Hình 2.12: Hộp đầu cáp kín cách điện không khí .....................................................16
Hình 2.13: Hộp đầu cáp kín cách điện dầu cho cáp XLPE .......................................17
Hình 2.14 Hộp đầu cáp kín cách điện bằng khí SF6 .................................................18
Hình 2.15: Cây điện trong vật liệu cách điện cáp ngầm ...........................................21
Hình 2.16: Mô hình cây điện và cây nước dưới kính hiển vi ..................................22
Hình 2.17 Mô hình cây nước trong cáp XLPE ........................................................22
Hình 2.18: Hình ảnh một vài sự cố tại vị trí hộp nối và đầu cáp ..............................24
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo cáp XLPE (3 lõi) ................................................................28
Hình 3.2: Sơ đồ phân tích cây sự cố (FTA) ..............................................................32
Hình 3.3: Tủ RMU hiệu SIEMENS bị sự cố ............................................................34
Hình 3.4: Ngăn đầu cáp bị phóng điện......................................................................35
Hình 3.5: Đầu cáp bị phóng điện pha giữa................................................................36
Hình 4.1: Mô hình mô phỏng mạch tương đương và dạng sóng của phóng điện cục
bộ theo tài liệu tham khảo [3] ...................................................................................39
Hình 4.2: Các dạng phóng điện cục bộ .....................................................................40
Hình 4.3: Những hình ảnh về phóng điện cục bộ trong vật liệu cách điện ...............41
Hình 4.4: Mạch đo phóng điện cục bộ bằng phương pháp truyền thống ..................42
Hình 4.5: Các phương pháp đo phóng điện cục bộ phi truyền thống .......................44
Hình 4.6: Hình ảnh đo PD on-line tại các tủ trung thế..............................................45


xi
Hình 4.7: Sơ đồ thiết lập điển hình một mạch đo PD off-line ..................................47
Hình 4.8: Hình ảnh xác định các thông số hiện trạng ban đầu của cáp bởi phương
pháp TDR ..................................................................................................................48

Hình 4.9: Dạng sóng điện áp có biên độ giảm dần (DAC) .......................................50
Hình 5.1: a) Mô hình xe chuyên dụng đo PD và b) Xác định vị trí PD cáp ngầm
trung thế bằng phương pháp đo điện sử dụng điện áp DAC, 50Hz ..........................56
Hình 5.2: Thiết bị đo Viola TD 1 của hãng BAUR (Sử dụng nguồn áp VLF) .........57
Hình 5.3: Thiết bị OWTS M 28 của hãng SebaKMT (sử dụng nguồn áp DAC) .....57
Hình 5.4: Thông số kỹ thuật của thiết bị OWTS M 28 của hãng SebaKMT ............58


1

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Đặt vấn đề
Tổng Công ty Điện lực TP. HCM đang trong giai đoạn phát triển toàn diện với
hàng loạt các chương trình hành động trọng điểm như chương trình an ninh năng
lượng, chương trình ngầm hóa lưới điện, chương trình nâng cao độ tin cậy, đảm bảo
an toàn mỹ quan hệ thống điện,…Để triển khai thực hiện tốt các chương trình trên,
các vấn đề quản lý và kiểm soát chất lượng, tình trạng vật tư thiết bị (VTTB) đang
vận hành đóng vai trò hết sức quan trọng. Công tác này liên quan trực tiếp tới năng
lực của bộ phận thử nghiệm. Hiện nay, ngoài các công tác thử nghiệm thông thường
như thử nghiệm nghiệm thu, thử nghiệm định kỳ, thử nghiệm sau sửa chữa, bảo trì,
bảo dưỡng…thì các công nghệ thử nghiệm chẩn đoán cũng đang dần được áp dụng
rộng rãi và cho thấy một số hiệu quả nhất định.
Thử nghiệm chẩn đoán là các thử nghiệm không phá hủy có thể tiến hành trực
tiếp hoặc gián tiếp trên các thiết bị đang mang điện (online) hoặc không mang điện
(offline) và mang tính chất dự báo. Nếu như các phương pháp thử nghiệm thông
thường chỉ cho phép kết luận thiết bị đủ hoặc không đủ điều kiện đóng điện vận
hành, thì các phương pháp thử nghiệm chẩn đoán sẽ cho phép đánh giá thiết bị một
cách chi tiết hơn, tổng quan hơn về tình trạng vận hành, mức độ già hóa của cách
điện, giúp phát hiện và dò tìm điểm yếu trên thiết bị để từ đó đề ra các phương thức

vận hành, kế hoạch sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng hợp lý góp phần ngăn ngừa sự cố
một cách hiệu quả.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Với việc đẩy mạnh chương trình ngầm hóa lưới điện, khối lượng cáp ngầm
do Tổng Công ty Điện lực TP. HCM quản lý không ngừng tăng lên. Vì vậy, việc
quản lý, kiểm soát chất lượng cáp ngầm đang vận hành càng trở nên phức tạp. Mặt


2

khác, khi tiến hành công tác nâng cấp điện áp, một số đoạn cáp ngầm lâu năm
chuyển cấp điện áp vận hành từ 15kV lên 22kV cũng tiềm ẩn nguy cơ gây sự cố.
Các hạng mục thử nghiệm cáp như kiểm tra ngoại quan, đo cách điện vỏ cáp là
không đủ để đánh giá tình trạng vận hành, thậm chí còn có thể gây ảnh hưởng xấu
như trong trường hợp thử nghiệm điện áp một chiều đối với các đoạn cáp đã vận
hành lâu năm.
Để đánh giá tình trạng cách điện của cáp, thử nghiệm đo phóng điện cục bộ
(Partial Discharge – PD) là cần thiết nhằm mục đích đảm bảo thiết bị điện hoạt
động lâu dài, an toàn và tin cậy trong hệ thống điện. Vì vậy, đối với cáp ngầm trung
thế, hiện nay Tổng công ty Điện lực TP.HCM (EVNHCMC) đang triển khai đo PD
để đánh giá hiện trạng vận hành của cáp.
2.1. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu được tiến hành trên đối tượng là cáp ngầm trung thế thuộc lưới
điện do Tổng công ty Điện lực TP.HCM hiện đang quản lý vận hành (QLVH) trong
khoảng thời gian từ năm 2013 đến nay.
Mục tiêu của đề tài là giới thiệu tổng quan về công nghệ đo phóng điện cục bộ,
ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ đối với cáp ngầm trung thế để chẩn
đoán, đánh giá được hiện trạng vận hành thực tế của cáp nhằm đề ra các phương
thức vận hành, kế hoạch sửa chữa, bảo trì hợp lý, từ đó góp phần ngăn ngừa sự cố
một cách hiệu quả.

2.2. Nội dung nghiên cứu
 Tìm hiểu tổng quan về cáp ngầm và hiện trạng vận hành, cung cấp điện của
lưới cáp ngầm trung thế thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM (Số lượng cáp
ngầm; tiết diện dây hiện đang sử dụng; điện áp vận hành, hiện trạng vận
hành, tình hình sự cố trong các năm gần đây).


3

 Tìm hiểu tổng quan về thử nghiệm chẩn đoán sự cố, tập trung vào công nghệ
đo phóng điện cục bộ.
2.3. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
 Thu thập thông tin tổng quan về cáp ngầm và hiện trạng vận hành, cung cấp
điện của lưới cáp ngầm trung thế thuộc Tổng công ty Điện lực TP.HCM.
 Tìm hiểu lý thuyết về phương pháp xác định hiện tượng phóng điện cục bộ:
 Phương pháp truyền thống theo tiêu chuẩn IEC 60270, hay phương pháp
đo điện cho phép đo PD một cách trực tiếp;
 Phương pháp phi truyền thống xác định sự xuất hiện của PD một cách
gián tiếp thông qua các tín hiệu phát sinh từ hiện tượng phóng điện cục
bộ như âm thanh (acoustic), ánh sáng (optic), phản ứng hoá học
(chemical), điện từ trường (HF/VHF/UHF).
 Khảo sát thực tế cùng đơn vị đo là Công ty Thí nghiệm Điện lực TP.HCM,
thu thập số liệu thực tế về việc chẩn đoán hiện trạng của cáp ngầm trung thế
bằng công nghệ đo phóng điện cục bộ đối với một số tuyến cáp ngầm trung
thế cụ thể do Tổng công ty Điện lực TP.HCM hiện đang quản lý vận hành. Từ
đó đưa ra các nhận xét, đánh giá và kiến nghị.


4

CHƯƠNG 2
CÁP ĐIỆN LỰC VÀ PHỤ KIỆN, CƠ CHẾ GÂY GIÀ HÓA CÁCH ĐIỆN CỦA
CÁP NGẦM
(Nội dung chương này tham khảo tài liệu [1] - Tài liệu bồi huấn của Japan
International Cooperation Agency - JICA tại Hà Nội cho cán bộ kỹ thuật của Tổng
công ty Điện lực TP.HCM về cáp ngầm)
2.1. Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp điện lực
Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp trên thế giới được thể hiện trong
Hình 2.1.
Các chủ đề chính hiện nay là các biện pháp tăng khả năng tải, cải thiện giấy
cách điện hoặc dầu để giảm thiểu tổn hao điện môi và dòng điện nạp, phát triển loại
cách điện mới hoặc hệ thống làm mát cưỡng bức hiệu quả... Đồng thời cũng cần
phải giảm số lao động và cơ khí hóa nhằm giảm chi phí và việc cung cấp các dịch
vụ an toàn, an ninh...
Kết quả của các nghiên cứu được tiến hành liên tục nên đường dây truyền tải
điện một chiều đã được đưa vào sử dụng, với chiều dài và công suất truyền tải lớn,
đồng thời một số loại cáp mới cũng đang được sử dụng, ví dụ như cáp ngầm cách
điện bằng khí, có các miếng đệm bằng nhựa epoxy đỡ lõi dẫn, cách điện bằng khí
áp suất cao (ví dụ SF6) và loại cáp tự làm mát, sử dụng khí cách điện hóa lỏng cũng
đang được nghiên cứu, phát triển. Ngoài ra, loại cáp siêu dẫn, có điện trở gần bằng
không tại nhiệt độ cực thấp cũng đang được nghiên cứu, phát triển như là một giải
pháp tối ưu.
2.2 Đặc tính ưu việt của hệ thống truyền tải điện ngầm
Cáp ngầm được ưu tiên sử dụng vì một số lý do sau:
(1) Giữ gìn cảnh quan của thành phố


5

(2) Cung cấp điện cho khu vực có nhu cầu mật độ cao

(3) Trong trường hợp không thể xây dựng đường dây trên không do các quy
định về an toàn chặt chẽ thì việc xây dựng đường dây truyền tải điện ngầm là
phương án tối ưu.
Tuy nhiên, do chi phí xây dựng tuyến cáp ngầm cao và việc sửa chữa khi sự cố
cũng phức tạp hơn so với đường dây trên không, nên hệ thống này chỉ được sử dụng
chủ yếu ở các thành phố lớn và các vùng lân cận. Mặc dù vậy, hiện nay hệ thống
cáp ngầm có xu hướng được sử dụng không chỉ ở các thành phố mà cả vùng ngoại
ô, do khó khăn trong công tác đền bù và ảnh hưởng đến môi trường của các đường
dây trên không.
kV
500

400

300

200

100

1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

Hình 2.1 Quá trình phát triển điện áp làm việc của cáp điện lực trên thế giới


6

2.3 Phân loại và cấu trúc của cáp
2.3.1 Các loại cáp
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại cáp và cũng có rất nhiều cách phân loại

chúng (theo cấu trúc, theo cách điện,…).
Lo¹icóđai
C¸p tÈm dÇu
C¸p c¸ch ®iÖn
b»ng giÊy tÈm
dÇu/dÇu

C¸p dÇu

Lo¹i
SL
SL type
Lo¹i H
C¸p lo¹i èng dïng dÇu

C¸p lo¹i èng

C¸p lo¹i èng dïng khÝ
C¸p dïng cao su tù nhiªn

C¸ch ®iÖn

Cao su

Cáp dùng cao su Butyl
Cáp dùng cao su EP

C¸p nhùa/cao
su

Cáp nhùa CV
Nhùa
Cáp nhùa XLPE

Khí

§-êng c¸p c¸ch ®iÖn khÝ

Hình 2.2: Sơ đồ phân loại cáp theo cách điện
2.3.2 Cấu trúc và đặc tính của cáp:
(1) Cáp tẩm dầu (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.


7

Lõi dẫn
Cách điện
Vỏ chì

Vỏ bảo vệ

Hình 2.3 Cáp đặc
Do giấy tẩm dầu được sử dụng như là cách điện nên loại cáp này không cần sử
dụng thiết bị cấp dầu giống như cáp dầu (sẽ được mô tả bên dưới). Tuy nhiên, cáp
đặc thường tạo ra các khoảng trống (lỗ hổng) trong cách điện, có thể dẫn đến hiện
tượng ion hóa. Do đó, độ tin cậy cung cấp điện của cáp đặc thấp.
Do nhược điểm này, cáp đặc được thay thế bằng cáp nhựa, ví dụ cáp XLPE,

trong những năm gần đây. Cáp đặc hiện nay không được sử dụng trong các công
trình mới, ngoại trừ sử dụng cho cáp một chiều đi dưới biển và có khoảng cách
truyền tải lớn.
(2) 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. Cáp dầu được L. 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.


8

Ống dầu

Lõi dẫn
Cách điện
Màn chắn cách điện
Băng quấn bằng dây đồng
Vỏ nhôm xoắn
Vỏ ngoài chống ăn mòn

Hình 2.4: Cáp dầu
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 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
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.


9

Lõi dẫn
Cách điện
Dầu
Dây trượt

Ống thép
Lớp chống ăn mòn

Hình 2.5: Cáp dầu dạng ống

(4) Cáp 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 2.6. 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.


10
Lõi dẫn
Lớp bán dẫn trong
Cách điện
Lớp bán dẫn ngoài

Vỏ nhôm xoắn

Lớp chống ăn mòn

Hình 2.6: Cáp XLPE
(5) Cáp cách điện bằng khí (Gas isolated line - GIL)
Cáp cách điện bằng khí sử dụng một ống kim loại có đường kính lớn, bên
trong có chứa khí SF6 (khí sulfur hexafluoride) và lõi dẫn một pha hoặc ba pha
được đỡ bằng các miếng đệm cách điện bằng nhựa epoxy. Hình 2.7 minh họa cấu
trúc cơ bản của GIL. Các đoạn của GIL được làm sẵn trong các nhà máy. Các đoạn
cáp, mỗi đoạn dài vài chục mét, được lắp ráp sẵn với lõi dẫn và vỏ trong các nhà
máy. Các đoạn cáp này được gắn với nhau tại nơi rải cáp. GIL có các đặc tính sau:
 Ống có đường kính lớn cho phép sử dụng lõi dẫn và vỏ tiết diện lớn, do đó có
khả năng tải lớn hơn so với các loại cáp khác.
 Do cáp sử dụng cách điện khí (SF6), nên hầu như không có tổn hao điện môi
và dòng điện nạp chỉ bằng khoảng 1/3 so với cáp dầu.
 Khí cách điện (SF6) có độ dẫn nhiệt cao và cho phép sự đối lưu nhiệt hiệu
quả, do đó giảm được nhiệt trở giữa lõi dẫn và vỏ và làm giảm thiểu sự tăng
nhiệt độ cáp do lõi dẫn phát nóng.