Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm điện áp xung và dòng điện xung phục vụ khai thác phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về điện cao áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.43 MB, 235 trang )
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------
CHU XUÂN KHOÁT
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG VÀ DÒNG ĐIỆN XUNG
PHỤC VỤ KHAI THÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM
TRỌNG ĐIỂM QUỐC GIA VỀ ĐIỆN CAO ÁP
NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TSKH.TRẦN KỲ PHÚC
HÀ NỘI - 2009
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung
thực và chưa được ai công bố.
Tác giả luận văn
Chu Xuân Khoát
3
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, kỹ thuật điện cao áp và siêu cao áp trên thế giới đã có những
nghiên cứu đặc sắc và có những bước tiến mạnh mẽ. Đặc biệt là trong lĩnh vực
vật liệu cách điện, vật liệu composit… Để đảm bảo môi trường nhằm thử
nghiệm, tiếp thu và phát triển các công nghệ mới từ bên ngoài phù hợp với hoàn
cảnh cụ thể của Việt Nam, rất cần thiết phải chủ động xây dựng một phòng thử
nghiệm hiện đại về nghiên cứu và thử nghiệm trong lĩnh vực điện cao áp.
Trong nước, chúng ta đã có phòng thí nghiệm của Công ty CP Chế tạo
Thiết bị điện Đông Anh, Tập đoàn Điện Lực Việt Nam với khuôn viên 5580 m 2.
Tuy nhiên, phòng thí nghiệm cũ đó chưa đủ hiện đại cả về cơ sở hạ tầng lẫn cơ
sở kỹ thuật. Cụ thể là cấp điện áp xoay chiều lớn nhất mà phòng thí nghiệm cũ
đạt được là 600kV, cấp điện áp xung lớn nhất đạt được là 1200kV, chưa có
phòng nghiên cứu chuyên biệt, phòng hội thảo khoa học, phòng lưu trữ tài liệu
quý hiếm và đặc biệt là chưa có mô hình cơ cấu tổ chức nhân lực khoa học để
trở thành một phòng thí nghiệm mang tầm cỡ quốc gia.
Dựa trên những tiền đề đó, Bộ trưởng Bộ Công nghiệp đã ra quyết định số
2827/QĐ-KHCN về việc phê duyệt dự án đầu tư xây dựng PTN trọng điểm điện
cao áp của Viện Năng lượng.
Luận văn cao học với đề tài "Nghiên cứu xây dựng quy trình thử
nghiệm điện áp xung và dòng điện xung phục vụ khai thác Phòng thử
nghiệm trọng điểm quốc gia về điện cao áp" được thực hiện với mong muốn
giúp cho người vận hành hệ thống thử nghiệm tiếp cận và làm chủ thiết bị tốt
hơn, phục vụ cho việc khai thác phòng thử nghiệm hiệu quả hơn.
Để đảm bảo tính thực tế, luận văn đi sâu vào một hệ thống thử nghiệm cụ
thể, với các số liệu hoàn toàn chân thực của các thiết bị đã và đang được lắp đặt
của phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về điện cao áp.
Mong rằng luận văn sẽ mang lại những nguồn thông tin hữu ích cho bạn
đọc. Tuy nhiên, do trình độ có hạn và những hạn chế khác, có thể có nhiều vấn
đề chưa được đề cập tới hoặc đề cập chưa đầy đủ. Tác giả hết sức cảm ơn các ý
kiến đóng góp của bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn TSKH.Trần Kỳ Phúc (Viện Năng lượng) đã tận
tình hướng dẫn để thực hiện luận văn này.
Tác giả luận văn
Chu Xuân Khoát
4
MỤC LỤC
Trang phụ bìa………………………………………………………………............. 1
Lời cam đoan ………………………………………………………………............. 2
Lời mở đầu ………………………………………………………………….............3
Mục lục …………………………………………………………………………..… 4
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ……………………………………………. 7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN PHÒNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM QUỐC GIA
VỀ ĐIỆN CAO ÁP
1.1 ĐÁNH GIÁ SƠ LƯỢC VỊ TRÍ CỦA VIỆT NAM TRÊN BẢN ĐỒ KỸ
THUẬT THỬ NGHIỆM CAO ÁP THẾ GIỚI. ....................................... 8
1.2 TỔNG QUAN VỀ PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỆN CAO ÁP......................... 13
1.2.1 Yêu cầu chung……………………………………………………....... 13
1.2.2 Mục tiêu của phòng thử nghiệm ……………………………………... 13
1.2.3 Chức năng nhiệm vụ của PTN…………………………………….….. 14
1.2.4 Địa điểm xây dựng và bố trí mặt bằng……………………………...… 15
1.2.5 Các hệ thống thử nghiệm của PTN…………………………………… 15
1.3 CƠ SỞ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN…..…... 18
1.3.1 Cơ sở xây dựng và tính cấp thiết của đề tài…………………………... 18
1.3.2 Nội dung đề tài, những vấn đề cần giải quyết, và phương pháp nghiên
cứu…………………………………………………………………………... 18
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG VÀ
DÒNG ĐIỆN XUNG
2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN……………………………………….……... 20
2.1.1 Khái niệm xung………………………………………………….….… 20
2.1.2 Điện áp đánh thủng và điện áp thử nghiệm……………………..……. 20
2.1.3 Điện áp xung và thử nghiệm điện áp xung……………………..…….. 22
2.1.4 Dòng điện xung và thử nghiệm dòng điện xung………………..……. 27
2.1.5 Phân loại cách điện………………………………………….….…….. 30
2.1.6 Xác định điện áp phóng điện thực nghiệm…………………………… 30
2.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG…….……….... 39
2.2.1 Mô phỏng các loại mạch điện áp xung và nguyên lý làm việc……… 39
2.2.2 Kỹ thuật đo lường điện áp xung……………………………………… 47
2.3 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THỬ NGHIỆM DÒNG ĐIỆN XUNG………….. 49
2.3.1 Giới thiệu các kho năng lượng……………………………………….. 49
2.3.2 Mô phỏng các loại mạch phát dòng điện xung và nguyên lý làm việc. 50
2.3.3 Kỹ thuật đo lường dòng điện xung…………………………………… 54
CHƯƠNG III: ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐIỆN
ÁP XUNG, DÒNG ĐIỆN XUNG
3.1 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ QT THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG …. 56
3.1.1 Giới thiệu một số hệ thống thử nghiệm điện áp xung hiện đại………. 56
3.1.2 Mô tả hệ thống thử nghiệm điện áp xung của PTN quốc gia………… 57
3.1.3 Các thành phần chính trong hệ thống thử nghiệm điện áp xung……... 59
3.1.4 Quy định về thời gian lặp lại các xung……………………………….. 79
3.1.5 Đấu nối cấu hình thử nghiệm sử dụng 18 tầng………………………. 80
5
3.1.6 Đấu nối cấu hình thử nghiệm sử dụng ít tầng (< 18 tầng)…………… 87
3.1.7 An toàn và nối đất trong thử nghiệm điện áp xung………………….. 88
3.2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ QT THỬ NGHIỆM DÒNG ĐIỆN XUNG. 92
3.2.1 Giới thiệu một số hệ thống thử nghiệm dòng điện xung hiện đại….… 92
3.2.2 Mô tả hệ thống thử nghiệm dòng điện xung của PTN quốc gia…..….. 95
3.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các bộ phận chính………….…… 99
3.2.4 Các mô hình thử nghiệm với dòng điện xung phi chu kỳ………..…… 107
3.2.5 Các mô hình thử nghiệm với dòng điện xung hình chữ nhật……..….. 121
3.2.6 Đo lường dòng i(t)……………………………………………………. 127
CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THỬ NGHIỆM
ĐIỆN ÁP XUNG
4.1 TÍNH CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN ÁP XUNG……………………………. 128
4.1.1 Chọn máy phát điện áp xung…………………………………………. 128
4.1.2 Năng lượng toàn phần lớn nhất của máy phát xung………………..... 129
4.1.3 Hiệu suất η của sơ đồ Marx và hệ số ảnh hưởng k…………………… 129
4.2 TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ THAY THẾ MÁY PHÁT ĐIỆN ÁP XUNG…….. 130
4.2.1 Tính toán các thông số cho cấu hình 18 nối tiếp x 1 song song……… 132
4.2.2 Tính toán các thông số cho cấu hình 9 nối tiếp x 2 song song……….. 133
4.2.3 Công thức tổng quát cho cấu hình A nối tiếp x B song song………… 134
4.2.4 Tổng hợp kết quả tính toán…………………………………………… 135
4.3 KHẢO SÁT & TÍNH TOÁN GIỚI HẠN CÁC THAM SỐ TRONG THỬ
NGHIỆM XUNG SÉT……………………………………………….……..136
4.3.1 Bài toán 1: Giới hạn tải điện dung cho xung sét……………….……... 136
4.3.2 Bài toán 2: Khảo sát ảnh hưởng của điện trở hãm R tới đối tượng thử
nghiệm xung sét…………………………………………………….……….. 140
4.4 KHẢO SÁT & TÍNH TOÁN GIỚI HẠN CÁC THAM SỐ TRONG THỬ
NGHIỆM XUNG THAO TÁC………………………………...……….…. 142
4.4.1 Bài toán 1: Giới hạn tải điện dung cho xung thao tác………………… 142
4.4.2 Bài toán 2: Khảo sát ảnh hưởng của điện trở hãm R tới đối tượng thử
nghiệm xung thao tác………………………………………………………...145
CHƯƠNG V: THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC
5.1 KHÁI QUÁT CHUNG…………………………………………………….. 148
5.2 DẠNG XUNG THỬ NGHIỆM…………………………………………….148
5.2.1 Xung sét………………………………………………………………. 148
5.2.2 Xung sét có đuôi sóng bị cắt………………………………………….. 150
5.2.3 Xung thao tác…………………………………………………………. 151
5.2.4 Điều chỉnh dạng sóng xung sét trong những trường hợp đặt biệt……. 151
5.3 BIÊN ĐỘ ĐIỆN ÁP THỬ NGHIỆM……………………………………... 155
5.3.1 Một số khái niệm cơ bản……………………………………………… 155
5.3.2 Tiêu chuẩn lựa chọn điện áp………………………………………….. 155
5.4 TRÌNH TỰ THỬ NGHIỆM………………………………………………. 158
5.4.1 Trình tự thử nghiệm xung sét……………………………………….... 158
5.4.2 Trình tự thử nghiệm xung sét có đuôi sóng bị cắt……………………. 158
5.4.3 Trình tự thử nghiệm xung thao tác…………………………………… 158
5.5 MẠCH THỬ NGHIỆM & ĐẤU NỐI THỬ NGHIỆM………………….. 159
5.5.1 Mạch thử nghiệm……………………………………………………... 159
6
5.5.2 Đấu nối thử nghiệm xung sét…………………………………………. 161
5.5.3 Đấu nối thử nghiệm xung thao tác……………………………………. 163
5.6 TIÊU CHUẨN THỬ NGHIỆM…………………………………..………..165
5.6.1 Tiêu chuẩn thử nghiệm đối với xung sét………………………….…... 165
5.6.2 Tiêu chuẩn thử nghiệm đối với xung sét có đuôi sóng bị cắt…….…… 165
5.6.3 Tiêu chuẩn thử nghiệm đối với xung thao tác………………….……... 165
5.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỰ CỐ……………………………... 166
5.7.1 Kiểm tra sự cố đối với thử nghiệm xung sét……………………….…. 166
5.7.2 Kiểm tra sự cố đối với thử nghiệm xung thao tác……………….……..167
5.8 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM THÔNG QUA CÁC BẢN GHI 168
5.8.1 Kết quả thử nghiệm điện áp xung sét………………………….……… 168
5.8.2 Kết quả thử nghiệm điện áp xung thao tác. ………………….……….. 170
5.8.3 Yêu cầu của báo cáo thử nghiệm xung……………………….……….. 171
5.9 ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM MBA TRẠM 500KV THƯỜNG TÍN-EVN.. 171
5.9.1 Thông số máy biến áp 500kV Thường Tín…………………………… 171
5.9.2 Dạng xung yêu cầu……………………………………………….…… 171
5.9.3 Sơ đồ đấu nối thử nghiệm………………………………………….…..172
5.9.4 Biên độ điện áp và trình tự thử nghiệm………………………….……. 174
PHỤ LỤC 1:……………………………………………………………………….. 176
Phân tích một số bản ghi sự cố điển hình khi thử nghiệm một MBA lực thực tế.
PHỤ LỤC 2:……………………………………………………………………….. 189
Kết quả thử nghiệm MBA 500kV – 450 MVA trạm 500kV Thường Tín, Công ty
Truyền tải điện 1, EVN.
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………..……….….190
TÓM TẮT LUẬN VĂN ……………………………………………..……….……191
7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AC
DC
HV
LV
L.I
L.I.C
MOA
MBA
MV
PTN
QT
S.I
Y, D
[…]
Dòng xoay chiều (Alternative Current)
Dòng một chiều (Directive Current)
Cao áp (High Voltage)
Hạ áp (Low Voltage)
Xung sét (Lighning Impulse)
Xung sét có đuôi sóng bị cắt
Chống sét loại Oxit kim loại (Metal Oxide Aresster)
Máy biến áp
Trung áp (Medium Voltage)
Phòng thử nghiệm
Quy trình
Xung thao tác (Switchning Impulse)
Cuộn dây máy biến áp đấu sao (Y), đấu tam giác (D)
Ghi chú tài liệu tham khảo.
8
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN PHÒNG THÍ NGHIỆM
TRỌNG ĐIỂM QUỐC GIA VỀ ĐIỆN CAO ÁP
1.1 ĐÁNH GIÁ SƠ LƯỢC VỊ TRÍ CỦA VIỆT NAM TRÊN BẢN ĐỒ KỸ
THUẬT THỬ NGHIỆM CAO ÁP THẾ GIỚI.
Trên thế giới, hiện nay kỹ thuật điện cao áp và siêu cao áp đã có những
nghiên cứu đặc sắc và có những bước tiến mạnh mẽ. Đặc biệt là trong lĩnh vực
vật liệu cách điện, vật liệu composit…
Trong nước, chúng ta đã có phòng thí nghiệm của Công ty CP Chế tạo
Thiết bị điện Đông Anh, Tập đoàn Điện Lực Việt Nam với khuôn viên 5580 m 2.
Tuy nhiên, phòng thí nghiệm cũ đó chưa đủ hiện đại cả về cơ sở hạ tầng lẫn cơ
sở kỹ thuật. Cụ thể là cấp điện áp xoay chiều lớn nhất mà phòng thí nghiệm cũ
đạt được là 600kV, cấp điện áp xung lớn nhất đạt được là 1200kV, chưa có
phòng nghiên cứu chuyên biệt, phòng hội thảo khoa học, phòng lưu trữ tài liệu
quý hiếm và đặc biệt là chưa có mô hình cơ cấu tổ chức nhân lực khoa học để
trở thành một phòng thí nghiệm mang tầm cỡ quốc gia.
Để có thể đánh giá sơ lược được thực trạng ngành thử nghiệm kỹ thuật
điện cao áp và siêu cao áp và có cái nhìn tổng quan hơn về vị trí của Việt Nam
so với thế giới, sau đây sẽ khảo sát và so sánh một số tổ hợp phòng thử nghiệm
điển hình trên thế giới để (số liệu năm 2007).
Bảng 1.1: Số lượng phòng thử nghiệm ở một số quốc gia điển hình có ngành thử
nghiệm kỹ thuật điện cao áp và siêu cao áp phát triển mạnh.
No
Quốc gia
Số PTN
No
Quốc gia
Số PTN
1
Argentia
1
16
Nhật
3
2
Australia
4
17
Hàn Quốc
2
3
Brazil
4
18
Mexico
2
4
Canada
4
19
Hà Lan
2
5
Trung Quốc
2
20
Ba Lan
2
6
France
4
21
Bồ Đào Nha
2
7
Đức
15
22
Romania
4
9
8
Hi Lạp
2
23
Nga
1
9
Hungari
1
24
Sauri Arabia
1
10
Ấn Độ
1
25
Glovenia
1
11
Indonesia
1
26
Nam phi
1
12
Iran
1
27
Thụy điển
2
13
Italy
3
28
Thụy sỹ
3
14
Anh
3
29
Ukraine
1
15
Urugoay
1
30
Mỹ
7
[Theo tạp chí HV/HP Laboraties 2007]
Giới thiệu một số phòng thử nghiệm trên thế giới:
1) ABB Power Technologies AB, High Power Laborator - SWEDEN
No
Laborator
1
- Thử nghiệm xung
2
- AC
3
- DC
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
4000
250
100
16/25/50/60
2) ABB, High Power & High Voltage Laboratories – Switzerland
No
Laborator
1
- Thử nghiệm xung
2
- AC
3
- DC
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
150
1.2
3000
1200
1000
50
10
4
- Công suất lớn
3000
264
5
- Phóng điện cục bộ
1000
6
- Môi trường
800
135
16/25/50/60
3) Areva T&D Technology Centre – England
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
300
2
- AC
150
3
- DC
100
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
100
6
- Môi trường
80
1.5
4) Cable Technology Labratories, Inc – UNITED STATES
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
1000
2
- AC
500
3
- DC
500
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
5) Centre Power Research Institude – INDIA
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
11
1
- Thử nghiệm xung
150
3000
2
- AC
3
- DC
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
400
6
- Môi trường
400
1100
2500
245
300
50
6) Centre D'Essais de Bazet – France
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
3800
2
- AC
1050
3
- DC
350
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
700
6
- Môi trường
250
10mA
7) Cepel – Brazil
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
3200
2
- AC
1100
2A
3
- DC
1000
2A
4
- Công suất lớn
100
100
5
- Phóng điện cục bộ
1100
6
- Môi trường
250
750
12
8) Cesi – ITALY
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
1500
2
- AC
700
3
- DC
1600
15mA
4
- Công suất lớn
225
63
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
3000
300
9) EDF – France
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
3000
2
- AC
1100
3
- DC
600
30mA
4
- Công suất lớn
420
130
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
6600
7100
100
50
170
9) EGU – Czech Republic
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
2800
2
- AC
1200
13
3
- DC
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
750
6
- Môi trường
270
2500
300
50mA
84
50
50
10) EPRI – US
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
5600
2
- AC
1700
3
- DC
1500
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
650
6
- Môi trường
1100
11) Ergon Energy Specialist Plant Services – AUSTRALIA
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
4500
2
- AC
1200
3
- DC
900
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
700
6
- Môi trường
600
12) ICMET - ROMANIA
600
40
100
100
14
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
4200
2
- AC
1200
3
- DC
1000
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
4000
123
31,5
600
13) KEMA T&D Testing Sevices - US
No
Laborator
1
- Thử nghiệm xung
2
- AC
3
- DC
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
6
- Môi trường
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
800
16.6→60
8400
450
390
14) KERI – SOUTH KOREA
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
4200
2
- AC
1100
3
- DC
400
4
- Công suất lớn
4800
288
16.6→60
110
15
5
- Phóng điện cục bộ
1100
6
- Môi trường
300
15) VEIKY – HUNGARY
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
4000
2
- AC
1500
3
- DC
100
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
750
6
- Môi trường
500
1000
75
16.6→60
220
50
16) PTN trọng điểm Việt Nam trong đang xây dựng.
No
Laborator
Smax
W
Umax
Imax
f
MVA
kJ
kV
kA
Hz
1
- Thử nghiệm xung
180
3600
2
- AC
3
- DC
4
- Công suất lớn
5
- Phóng điện cục bộ
600
6
- Môi trường
600
100
1200
20
10.5
80
50
16
17
Nhận xét:
- Sau khi xây dựng Phòng thử nghiệm cao áp của Việt Nam là một trong
những phòng thử nghiệm hiện đại và ngang tầm với các phòng thí nghiệm
hiện đại trên thế giới. Phòng thử nghiệm cũng có hầu hết các chức năng
thử nghiệm cao áp tương tự như các phòng thử nghiệm khác trên thế giới,
với điện áp xung lớn nhất phòng thí nghiệm là 3600kV, Việt Nam hoàn
toàn có thể thực hiện thử nghiệm, kiểm nghiệm các kỹ thuật cao áp mới,
các công nghệ mới trên thế giới.
1.2 TỔNG QUAN VỀ PTN TRỌNG ĐIỂM ĐIỆN CAO ÁP.
1.2.1 Yêu cầu chung.
PTN mang tầm cỡ quốc gia nên đòi hỏi phải là một cơ sở tương đối hoàn
thiện. Để đảm bảo tính đồng bộ của hệ thống, cần thiết phải thiết kế mới và có
các trang bị hiện đại, đáp ứng được yêu cầu nhiệm vụ và ngang tầm với công
nghệ tiên tiến của khu vực và thế giới.
Vì vậy, yêu cầu đặt ra cho PTN điện cao áp là:
- Xuất phát từ điều kiện cụ thể của đất nước, PTN phải được xây dựng
mang tính chất trọng điểm, đáp ứng được các yêu cầu khoa học và nghiên
cứu ứng dụng, thử nghiệm thuộc lĩnh vực điện cao áp, phục vụ đắc lực
cho phát triển kinh tế đất nước.
- Xây dựng và thực hiện dự án là một quá trình chủ động nghiên cứu, thiết
kế, vận dụng sáng tạo mô hình và kinh nghiệm các PTN tiên tiến trên thế
giới.
- Trang bị của PTN phải hiện đại, đồng bộ, mang tính kế thừa, mang tính
mở, có khả năng hợp tác tốt với các cơ sở NCKH trong và ngoài nước.
- PTN phải làm tốt chức năng đào tạo, bồi dưỡng và xây dựng đội ngũ cán
bộ khoa học có trình độ cao trong lĩnh vực kỹ thuật điện cao áp.
1.2.2 Mục tiêu của phòng thử nghiệm.
- Tạo môi trường cho công tác thử nghiệm, kiểm định, đánh giá các chỉ tiêu
kỹ thuật cho các thành phần và thiết bị điện lực.
- Tham gia với các cơ quan chức năng nhà nước nghiêm cứu phát triển
hoàn thiện các bộ tiêu chuẩn về thử nghiệm, thử nghiệm cách điện, vận
hành thiết bị…
- Tư vấn cho các cơ quan chức năng về các vấn đề kỹ thuật, công nghệ liên
quan đến kỹ thuật điện cao áp và các hiệu ứng điện trường cao.
- Nghiên cứu cơ bản các hiện tượng phóng điện trên khoảng cách dài, các
hiệu ứng điện trường cao, các vấn đề cơ bản về điện cao áp để xác lập căn
18
cứ khoa học cho các ứng dụng thực tế phục vụ ngành Điện và các ngành
khoa học khác như khoa học vật liệu, vật liệu bán dẫn, siêu dẫn, plasma…
- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ phục vụ sản xuất như thiết
kế, thử nghiệm và triển khai ứng dụng các thiết bị, vật liệu cách điện trung
cao áp và siêu cao áp với cấp điện áp tới 500kV.
- Tổ chức các hướng nghiên cứu công nghệ mới liên quan đến kỹ thuật điện
cao áp và điện trường mạnh như công nghệ lắng, lọc, công nghệ dập, ép,
in, plasma, siêu vật liệu, chẩn đoán trạng thái cách điện….
1.2.3 Chức năng và nhiệm vụ của PTN.
Phòng thí nghiệm điện cao áp là cơ sở nghiên cứu khoa học hàng đầu của
cả nước về nghiên cứu điện áp cao có các chức năng nhiệm vụ sau:
Các nghiên cứu cơ bản gồm có:
- Các mô hình thuật toán để nghiên cứu và tính toán về trường (điện và từ
trường).
- Các hiện tượng phóng điện trong không khí trên khoảng cách dài và
trung, tính toán xác suất phóng điện sét vào các thiết bị của hệ thống
điện…
- Các hiện tượng tiền phóng điện (pre-breakdown) và phóng điện trong các
tổ hợp điện môi là cơ sở cho việc nghiên cứu cơ chế quá trình đánh thủng
cách điện và chẩn đoán sự cố trong quá trình vận hành các thiết bị điện
như máy cắt, máy biến áp….
- Các đặc tính cách điện nhiễm bẩn và đánh thủng cách điện.
- Nghiên cứu quá trình lão hóa của vật liệu điện.
- Nghiên cứu và tối ưu hệ thống đo lường cao áp, cơ sở cho việc hoàn thiện
lý thuyết đo lường cao áp, phục vụ công tác nghiên cứu khoa học.
- Nghiên cứu các hiện tượng dông sét.
- Bảo vệ chống sét cho người và công trình.
- Tiến hành các nghiên cứu cơ bản về hiệu ứng điện trường cao phục vụ
khoa học vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn…
Các nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ gồm có:
- Các nghiên cứu về vật liệu cách điện tổng hợp và polimer phục vụ cho
công nghệ chế tạo cách điện, sản phẩm hóa dầu.
- Nghiên cứu về công nghệ sản xuất vật liệu điện nhằm nâng cao tính ổn
định của vật liệu cách điện trong môi trường Việt Nam.
- Triển khai các nghiên cứu khoa học về chế tạo các loại thiết bị điện công
suất lớn, điện áp cao….
- Triển khai các nghiên cứu khoa học về cấu trúc hợp lý của đường dây cao
và siêu cao áp.
- Nghiên cứu các ứng dụng của điện cao áp và điện trường mạnh như sơn,
mạ, lắng, lọc, ép, dập, in…
19
- Tiến hành thử nghiệm, cấp chứng chỉ chất lượng cho thương mại quốc tế
và thiết bị điện.
- Phối hợp với các cơ sở sản xuất kinh tế khác như sản xuất mạch điện tử,
linh kiện điện tử, chế tạo các sản phẩm từ hóa dầu….
- Phối hợp cùng các trường đại học đào tạo tay nghề cao về kỹ thuật điện và
công nghệ điện.
1.2.4 Địa điểm xây dựng và bố trí mặt bằng.
PTN trọng điểm quốc gia được nâng cấp từ khuôn viên 5580 m 2 của Công
ty CP Chế tạo Thiết bị điện Đông Anh, Tập đoàn Điện lực Việt Nam. Bố trí mặt
bằng tổng thể PTN được trình bày trên sơ đồ:
Hình 1.1 – Bố trí mặt bằng PTN trọng điểm quốc gia
1.2.5 Các hệ thống thử nghiệm của phòng thử nghiệm.
PTN có 6 hệ thống thử nghiệm lớn sau:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều.
Hệ thống thử nghiệm điện áp xung
Hệ thống thử nghiệm dòng điện xung
Hệ thống đo lường điện môi và phóng điện cục bộ
Buồng thử nghiệm môi trường.
Hệ thống thử nghiệm công suất ngắn mạch.
1. Hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều:
Được sử dụng vào mục đích nghiên cứu triển khai và công tác thử nghiệm
nhằm xác định khả năng chịu đựng của điện áp xoay chiều tăng cao tần số công
nghiệp đối với các vật liệu cách điện, sản phẩm thiết bị điện của hệ thống tải
điện cao áp và siêu cao áp tới 500kV, các máy biến áp, máy cắt, cáp điện lực…
20
Để có thể thử nghiệm các thiết bị điện lực tới cấp điện áp 500kV thì cần có điện
áp phát ra cực đại của hệ thống là 1200kV. Hiện nay, cơ sở thí nghiệm cũ mới
chỉ có một máy biến áp thử nghiệm 600kV của CHDC Đức (cũ). Hệ thống sẽ
được trang bị lại một máy biến áp thử nghiệm mới với các thông số cơ bản sau:
- Điện áp xuất ra cực đại: 1200kV AC dòng 2A
- Công suất cực đại: 2400kVA
- Mức phóng điện cục bộ của hệ thống <10pC
Các thiết bị chính của toàn hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều gồm:
-
Máy phát điện áp thử nghiệm kiểu ghép tầng
Máy biến áp điều khiển.
Tụ liên kết và bộ lọc.
Bộ cáp đo lường và điều khiển, bộ chia điện áp.
Thiết bị điều khiển, xử lý.
2. Hệ thống thử nghiệm điện áp xung:
Tạo các xung phóng điện trên khoảng cách trung bình và dài cho công tác
nghiên cứu cơ bản về phóng điện sét, các hiệu ứng điện trường cao.
Mô phỏng các xung sét toàn sóng trong nghiên cứu vật lý về sét.
Thử nghiệm ở chế độ điện áp xung toàn sóng, xung cắt, các xung thao tác đối
với vật liệu cách điện, sản phẩm thiết bị điện trung, cao và siêu cap áp tới
500kV.
Hệ thống bao gồm các thiết bị chính sau:
-
Máy phát xung.
Bộ nạp điện áp 1 chiều có khả năng thay đổi cực tính.
Bộ chia điện áp dạng xung.
Các điện trở tạo dạng xung.
Các thiết bị đo lường.
Hệ thống điều khiển và xử lý.
Một số thông số chính của hệ thống:
- Điện áp nạp của hệ thống: 3600kV (hệ thống cũ là 1200kV)
- Năng lượng xung : 180kJ (hệ thống cũ là 60kJ)
- Số tầng của máy phát xung : 18 tầng (hệ thống cũ là 12 tầng)
3. Hệ thống thử nghiệm dòng điện xung:
Sử dụng tạo ra các dòng điện xung sét, dòng điện xung dốc, dòng điện
xung đóng cắt phục vụ cho công tác và triển khai công nghệ chế tạo chống sét
van, cầu dao, máy cắt.
21
- Hệ thống được sử dụng tích hợp vào hệ thống thử nghiệm điện áp xung
với việc sử dụng máy phát xung để tạo các dòng điện xung thử nghiệm
cần thiết.
- Các thiết bị khác bao gồm những phần tử tạo mạch phát xung và hệ thống
điều khiển, xử lý số liệu.
Một số thông số chính của hệ thống:
- Dòng điện xung cực đại: 100kA
- Điện áp dư: 50kV
- Năng lượng: 100kJ
4. Hệ thống đo lường điện môi và thử nghiệm phóng điện cục bộ.
Hệ thống hiện đang khai thác sử dụng. Hệ thống sẽ được trang bị thêm bộ
cầu đo điện dung và góc tổn hao với tụ khí nén, hệ thống đo phóng điện cục bộ.
5. Hệ thống thử nghiệm công suất ngắn mạch.
Phục vụ nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm công suất cắt đối với các thiết
bị đóng cắt trung và cao áp. Hiện tại trong nước chưa có cơ sở sản xuất nào
được trang bị hệ thống này trong khi nhu cầu của các cơ sở sản xuất thiết bị
đóng cắt là rất lớn. Nếu được đầu tư, hệ thống thử nghiệm công suất ngắn mạch
sẽ có tác dụng tích cực đến ngành công nghiệp chế tạo thiết bị điện (các sản
phẩm đóng cắt có tải) và tạo cho ngành bước đi vững chắc.
Hệ thống bao gồm các thiết bị chính sau:
-
Máy phát đồng bộ.
Động cơ kéo 1 chiều.
Hệ thống thiết bị đóng cắt, bảo vệ, nâng áp.
Các thiết bị đo lường.
Hệ thống điều khiển và xử lý.
Một số thông số chính của hệ thống:
-
Máy phát điện tạo điện áp ra của bộ nguồn: 10,5kV
Công suất máy phát điện: 20MVA
Động cơ kéo một chiều đến: 5000kW
Dòng ngắn mạch đến: 80kA
6.Buồng thử nghiệm môi trường.
Được sử dụng để nghiên cứu và thử nghiệm khả năng làm suy giảm tính
chất cách điện và độ lão hóa của vật liệu cách điện trong điều kiện tác động của
môi trường và khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Vật liệu hoặc nguyên mẫu cách điện
có thể được làm lão hóa kiểu tăng tốc trong buồng môi trường dưới các điều
kiện khí hậu nhiệt độ và mức độ ô nhiễm khác nhau được mô phóng lại.
22
1.3 CƠ SỞ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN.
1.3.1 Cơ sở xây dựng và tính cấp thiết của đề tài.
PTN trọng điểm quốc gia là phòng thí nghiệm hiện đại nhất của Việt Nam,
là cơ sở nghiên cứu hàng đầu về lĩnh vực kỹ thuật điện cao áp và siêu cao áp.
Trước khi đưa vào vận hành, một trong những yêu cầu không thể thiếu là cần
thiết một quy trình thử nghiệm cho mỗi hệ thống thử nghiệm. Vào thời điểm
hiện tại, các thiết bị cơ bản của 2 hệ thống sau đã được đưa về Việt Nam và tiến
hành lắp đặt, đó là:
- Hệ thống thử nghiệm điện áp xung
- Hệ thống thử nghiệm dòng điện xung
Vì vậy, đây là cơ hội để tiếp cận thiết bị và thực hiện luận văn:
"Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm điện áp xung và dòng điện
xung phục vụ khai thác Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về điện cao
áp"
1.3.2 Nội dung luận văn, những vấn đề cần giải quyết, và phương pháp
nghiên cứu.
* Nội dung của luận văn, những vấn đề cần giải quyết.
- Tổng quan về thử nghiệm điện cao áp và phòng thí nghiệm trọng điểm
quốc gia về điện cao áp.
- Cơ sở lý luận về thử nghiệm điện áp xung và dòng điện xung.
- Đặc tính kỹ thuật các thiết bị thử nghiệm điện áp xung và dòng điện xung.
- Xây dựng quy trình thử nghiệm điện áp xung và dòng điện xung.
* Mô tả phương pháp nghiên cứu.
- Tập hợp và nghiên cứu các tài liệu về quy trình, tiêu chuẩn kiểm tra thử
nghiệm và bảo dưỡng, các phương pháp đo đạc, thử nghiệm, các thông tin
về thời tiết, khí hậu, ảnh hưởng của môi trường nhiệt đới đối với các thiết
bị điện cao áp.
- Khảo sát, thu thập và phân tích các tài liệu về kỹ thuật liên quan đến quy
trình thử nghiệm điện áp xoay chiều, điện áp xung đối với các thiết bị
điện cao áp của các nước tiên tiến trên thế giới.
- Các quy trình thử nghiệm về điện áp xung, dòng điện xung gắn liền với
các thiết bị thử nghiệm được trang bị theo Phòng thử nghiệm trọng điểm
điện cao áp.
* Một số khó khăn khi xây dựng đề tài.
23
- Hiện nay, hầu hết các nước tiên tiến trên thế giới đều đã có phòng thí
nghiệm điện cao áp và siêu cao áp. Tuy nhiên, trong phạm vi khu vực
(Đông Nam Á) thì chưa có phòng thí nghiệm điện cao áp hiện đại nào có
thể sánh ngang tầm thế giới và tương ứng với sự phát triển công nghệ điện
cao áp. Phòng thí nghiệm cao áp cũ của Đông Anh cũng chỉ phát được
điện áp xung lớn nhất là 1200kV, trong khi đó trên thế giới đã xuất hiện
và nghiên cứu thử nghiệm với điện áp xung lên tới hàng chục nghìn kV.
Do đó, việc tiếp cận một phòng thử nghiệm hiện đại là hoàn toàn mới mẻ.
Điều đó cũng đồng nghĩa với việc thiếu kinh nghiệm và tài liệu thực hành
về kỹ thuật điện cao áp.
- Trong nước, hầu như chưa có một ấn phẩm tiếng Việt nào nghiên cứu và
viết về kỹ thuật điện cao áp (đặc biệt về điện áp xung, dòng điện xung).
Đó là một lỗ hổng trong lĩnh vực nghiên cứu điện cao áp.
- Các thiết bị hiện đại của phòng thử nghiệm đã được vận chuyển về Việt
Nam nhưng chưa thực sự đưa vào hoạt động, do đó, có những vấn đề kỹ
thuật chi tiết mang tính chất kinh nghiệm và kỹ năng phát sinh trong quá
trình vận hành là không thể lường trước được. (Ví dụ như bù ảnh hưởng
của môi trường, điều kiện khí quyển, điều kiện nhiệt đới, ảnh hưởng của
hệ thống nối đất, ảnh hưởng của các công trình xây dựng trong khu vực,
ảnh hưởng của chính phòng thử nghiệm tạo ra các tụ ký sinh giữa tường,
trần nhà với hệ thống thử nghiệm khi thử nghiệm với điện áp lên tới hàng
nghìn kV….)
- Các sản phẩm thử nghiệm được cung cấp đồng bộ của các hãng sản xuất
ứng dụng nhiều kỹ thuật nghiên cứu mới, mang tính độc quyền kinh
doanh và bí mật về công nghệ, do đó cũng khó khăn trong việc tiếp cận và
tìm hiểu chi tiết.
Khi đưa PTN vào vận hành, tùy theo những yêu cầu cụ thể đối với từng hạng
mục và mục đích thử nghiệm khác nhau, kết hợp với quy trình kỹ thuật an toàn
điện (đã ban hành của Bộ Công Thương) hoặc các ấn phẩm bổ sung khác, sẽ có
từng quy trình (hoặc quy định, thủ tục) riêng lẻ áp dụng cho các trường hợp khác
nhau. Do đó, đề tài này tập trung xây dựng quy trình có tích chất khái quát và hệ
thống. Là cơ sở để triển khai xây dựng các quy trình đặc thù có liên quan.
24
CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ LUẬN
VỀ THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XUNG VÀ DÒNG ĐIỆN XUNG
2.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. [IEC60060-1]
2.1.1 Khái niệm xung.
2.1.1.1 Các xung.
Xung là các dạng sóng (điện áp hoặc dòng điện) quá độ phi chu kỳ, có
biên độ tăng nhanh từ trị số 0 tới trị số cực đại (đầu sóng) rồi giảm đi chậm dần
về trị số 0 (đuôi sóng). Trong các trường hợp đặc biệt, xung có thể có đầu sóng
gần tuyến tính, các quá độ có dạng dao động hoặc gần hình chữ nhật.
Thuật ngữ "xung" phải được phân biệt với thuật ngữ "quá điện áp", quá điện áp
là hiện tượng quá độ sản sinh trong những thiết bị điện hoặc các lưới điện đang
làm việc.
2.1.1.2 Các xung sét và xung thao tác.
Phân biệt các xung sét và xung thao tác trên cơ sở khoảng thời gian đầu
sóng. Các xung với khoảng thời gian đầu sóng lên tới 20 µs được xác định như
các xung sét và những xung có khoảng thời gian đầu sóng dài hơn như là xung
thao tác.
Nói chung, những xung thao tác được đặc trưng bởi những khoảng thời
gian tổng cộng dài hơn đáng kể với khoảng thời gian xung sét.
2.1.2 Điện áp đánh thủng và điện áp thử nghiệm.
2.1.2.1 Phóng điện đánh thủng:
Thuật ngữ "phóng điện đánh thủng" (hay còn gọi là "chọc thủng điện")
liên quan đến hiện tượng sự cố cách điện dưới ứng suất điện, trong đó có sự
đánh thủng bắc cầu hoàn toàn cách điện trong thử nghiệm, giảm nhỏ điện áp
giữa những điện cực thực tế về 0.
Phóng điện đánh thủng có thể xảy ra trong các điện môi khí, lỏng, rắn, và
tổ hợp của các điện môi đó.
Phóng điện đánh thủng không duy trì, trong đó đối tượng thử nghiệm
được bắc cầu tức thời bởi một tia lửa hoặc hồ quang, có thể được sinh ra. Điện
áp ở các đầu cực đối tượng đang thử nghiệm khi đó được giảm tức thời về 0
hoặc về một giá trị rất nhỏ. Tuỳ thuộc vào những đặc tính của mạch thử nghiệm
và của đối tượng, sự phục hồi cường độ điện môi có thể xảy ra ngay cả khi cho
phép điện áp thử nghiệm đạt đến một giá trị cao hơn.
Các phóng điện không đánh thủng như các phóng điện giữa những điện
cực hoặc của các dây dẫn trung gian cũng có thể xảy ra mà điện áp thử nghiệm
không giảm về 0.
Phóng điện không đánh thủng được gọi là "các phóng điện từng phần"
[IEC 270].
25
Thuật ngữ “phóng điện” có ý nghĩa như là thuật ngữ “phóng điện đánh
thủng” trong chất khí hoặc chất lỏng.
Thuật ngữ "phóng điện vòng" được dùng khi phóng điện đánh thủng xảy
ra trên bề mặt của một điện môi chất khí hoặc lỏng.
Thuật ngữ "đánh thủng" được dùng khi phóng điện đánh thủng xảy ra qua
một điện môi cứng. Phóng điện đánh thủng trong một điện môi rắn sinh ra một
tổn thất cường độ điện môi vĩnh cửu, trong điện môi lỏng hoặc khí tổn thất có
thể chỉ là tạm thời.
2.1.2.2 Đặc tính của điện áp thử nghiệm:
Các đặc tính giả định của điện áp thử nghiệm:
Những đặc tính giả định của điện áp thử nghiệm gây ra phóng điện đánh
thủng là những đặc tính có thể nhận được nếu không có phóng điện đánh thủng
nào xảy ra.
Đặc tính thực của điện áp thử nghiệm:
Đặc tính thực của một điện áp thử nghiệm là đặc tính xảy ra trong thử
nghiệm ở đầu cực của đối tượng đang thử nghiệm.
2.1.2.3 Điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm:
Điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm là giá trị của
điện áp thử nghiệm gây ra phóng điện đánh thủng.
2.1.2.4 Đặc tính thống kê của điện áp phóng điện đánh thủng:
Các điện áp phóng điện đánh thủng lệ thuộc vào những biến đổi ngẫu
nhiên, nói chung người ta phải tiến hành một số quan sát để được một giá trị có
ý nghĩa về mặt thống kê của điện áp.
Xác suất phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm:
Xác suất phóng điện của đối tượng thử nghiệm là xác suất mà đặt một giá
trị điện áp giả định nào đó của dạng điện áp đã cho sẽ gây ra một phóng điện
đánh thủng trong đối tượng thử nghiệm. Tham số p có thể được biểu thị theo
phần trăm hoặc theo dạng phân số.
Xác suất chịu đựng q của đối tượng thử nghiệm:
Xác suất chịu đựng q của đối tượng thử nghiệm là xác suất mà đặt một giá
trị điện áp giả định nào đó của dạng điện áp đã cho không gây ra một phóng điện
đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm. Nếu xác suất phóng điện đánh thủng là p,
xác suất chịu đựng q = (1-p).
Điện áp phóng điện đánh thủng 50% (U50) của đối tượng thử nghiệm:
Đó là giá trị của điện áp giả định có xác suất 50% tạo ra điện áp đánh
thủng trên đối tượng thử nghiệm.
Điện áp phóng điện đánh thủng Up của đối tượng thử nghiệm (p%)
Điện áp phóng điện đánh thủng p% của đối tượng thử nghiệm là giá trị
điện áp giả định có xác suất p% sinh ra một phóng điện đánh thủng trên đối
tượng thử nghiệm.
Độ lệch quy ước z của điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm
