Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình trạng cách điện của cáp ngầm 22 KV

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HUY TƯỚC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHÓNG ĐIỆN
CỤC BỘ ĐỂ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN
CỦA CÁP NGẦM 22 KV
RESEARCH ON APPLICATION OF PARTIAL
DISCHARGE TECHNOLOGIES IN DETERMINING THE
INSULATION CONDITION OF 22 KV
UNDERGROUND CABLES
Chuyên nghành: Kỹ Thuật Điện
Mã số
: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 08/2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Huy Tước

MSHV: 1670844

Ngày, tháng, năm sinh: 13/9/1984

Nơi sinh: TPHCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình
trạng cách điện của cáp ngầm 22 kv.
2- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
- Ứng dụng phần mềm Comsol Multiphysics để tìm hiểu độ tăng cao điện trường tại các
vị trí khiếm khuyết.
- Tìm hiểu phương pháp đo phóng điện cục bộ đang triển khai ứng dụng hiện nay (partial
discharge).
- Phân tích kết quả dữ liệu hiện trường kết quả các phương pháp PD; Đánh giá các phương
pháp PD cáp ngầm trung thế cũng như các kiến nghị về phương pháp đo phóng điện
cục bộ.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/03/2019
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/08/2019
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.Huỳnh Quốc Việt.
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Tp. HCM, ngày. . . . tháng.. . . năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

Huỳnh Quốc Việt
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ rất nhiệt tình của các Thầy, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè và
Đồng nghiệp. Thông qua luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
o Thầy hướng dẫn: TS.Huỳnh Quốc Việt, người đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp kiến

thức, phương pháp nghiên cứu, hỗ trợ, giúp đỡ tôi thực hiện hoàn thành đề tài này.
o Tập thể các Thầy, Cô giáo trường đại học Bách Khoa TPHCM đã tận tình giảng dạy,

giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
o Lãnh đạo Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Điều độ Hệ

thống điện Thành phố Hồ Chí Minh, Gia đình, Bạn bè và Đồng nghiệp đã động viên,
khuyến khích và tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian và cung cấp số liệu để tôi
có thể hoàn thành luận văn.
Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Quý Thầy, Cô, Gia đình, Bạn bè
và Đồng nghiệp. Chúc mọi người luôn vui vẻ và hạnh phúc!
Học viên

Nguyễn Huy Tước


TÓM TẮT LUẬN VĂN
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. Hiện nay, tình trạng sự
cố cáp ngầm gây ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, thì việc nghiên cứu đưa ra các
biện pháp khắc phục và phòng ngừa sự cố là trọng tâm.
Mục tiêu chính của luận văn này ứng dụng các phương pháp đo PD trong chẩn đoán
tình trạng cáp ngầm trung thế trên khu vực TP.HCM; 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.
Luận văn được chia thành 06 chương với nội dung nghiên cứu lần lượt như sau:
- Chương I: Giới thiệu chung.
- Chương II: Tìm hiểu và phân tích tình trạng vận hành cáp ngầm trung thế trên lưới
điện TP.HCM.
- Chương III:

Công nghệ đo phóng điện cục bộ trong việc xác định sự cô cáp
ngầm trung thế hiện nay.

- Chương IV:

Tính toán sự tăng cao của điện trường tại một vài vị trí lỗi của
cáp ngầm bằng phần mềm Comsol Multiphysics

- Chương V:
Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trung thế bằng
công nghệ đo phóng điện cục bộ.
- Chương VI: Tổng kết đánh giá và hướng phát triển của đề tài


ABSTRACT
With Ho Chi Minh City Power Corporation is promoting underground cables of
medium and low voltage grid to create urban beauty, then checking, maintaining and

operating medium voltage underground cables is always a top priority. Currently, the
conditions of medium voltage underground cables affects the reliability of power supply,
research of remedial measures and incident the fault is central.
The main objective of this thesis is to apply PD measurement methods in the diagnosis
of medium voltage underground cables in the area of Ho Chi Minh City; Analysis of factors
affecting PD measurement results; recommendations on partial discharge measurement
methods as well as suggestions for minimizing medium voltage underground cable
incidents.
The thesis is divided into 06 chapters with the following research content:
- Chapter I: Introduction.
- Chapter II: Research and analysis the condition of operating medium voltage
underground cables in Ho Chi Minh city.
- Chapter III: Partial discharge technologies in determining the fault condition medium
voltage underground cables.
- Chapter IV: Calculate the rise of electric field at some fault positions of medium
voltage underground cables by Comsol Multiphysics.
- Chapter V: Evaluation of status of medium voltage underground cable by applying
partial discharge technology.
- Chapter VI: Summary of evaluation and development dữection of the thesis.


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, đuợc thục hiện duới sụ
huớng dẫn khoa học của TS.Huỳnh Quốc Việt. Các số liệu, những kết luận nghiên
cứu đuợc trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thục.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.
Học viên

Nguyễn Huy Tước

Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1........................................................................................................................ 8
GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................................... 8
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 8
1.2. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................................ 8
1.3. Mục tiêu, nội dung và phuơng pháp nghiên cứu ...................................................... 8
1.3.1. Mục tiêu của đề tài.................................................................................................. 8
1.3.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 9
1.3.3. Phuơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 9
CHƯƠNG 2...................................................................................................................... 11
TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH CÁP NGẦM TRUNG THẾ
TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.HCM ............................. ... ........................................................ 11
2.1. Tổng quan lưới điện ở TP.HCM ............................................................................. 11
2.2. Sơ luợc các loại cáp ngầm hiện nay ........................................................................ 12
2.3. Tiêu chuẩn cáp ngầm trung thế và phụ kiện cáp ngầm trung thế đang đuợc Tổng
Công ty Điện lục TP.HCM sử dụng ................................................................................. 16
2.4. Các nguyên nhân sụ cố cáp ngầm trung thế ............................................................ 23
2.4.1. Chạm chập 02 ruột dây dẫn với nhau hoặc chạm cập ruột với dây dẫn với màn
chắn (hu hỏng song song)................................................................................................. 23
2.4.2. Sụ cố cáp phóng điện (hu hỏng song song).......................................................... 24
2.4.3. Hu hỏng gián đoạn (cáp hở mạch hay đứt) .......................................................... 24
2.4.4. Hư hỏng do ruột dẫn chạm đất hay hay vỏ cáp chạm đất .................................... 25
2.4.5. Hư hỏng do nước thâm nhập hoặc nhiễm ẩm ...................................................... 25
2.5 Hình ảnh một số sự cố cáp ngầm trung thế ................................................................ 26
CHƯƠNG 3...................................................................................................................... 28

CÔNG NGHỆ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG VIỆC XÁC ĐỊNH SỰ CỐ CÁP
NGẦM TRUNG THẾ HIỆN NAY .... ....................................................................
28
3.1. Giới thiệu tổng quan ................................................................................................ 28
3.1.1. Phóng điện cục bộ ................................................................................................ 28
3.1.2. Một số ứng dụng trong chẩn đoán phóng điện cục bộ ......................................... 33
3.2. Các phương pháp xác định phóng điện cục bộ ....................................................... 34

1/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

3.2.1. Phương pháp đo PD on-line ................................................................................. 35
3.2.2. Phương pháp đo PD off-line ................................................................................ 35
3.2.2.1. Phương pháp đo PD off-line ở tần số công nghiệp (50 Hz) ............................. 36
3.2.2.2. Phương pháp đo PD off-line ở tần số thấp ....................................................... 38
3.2.2.3. Nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (Damped alternating voltage - DAC)
.......................................................... ..' ..................................................................... 41
3.3.

Các phương pháp đánh giá kết quả PD ............................................................. 42

CHƯƠNG 4...................................................................................................................... 43
TÍNH TOÁN SỰ TĂNG CAO CỦA ĐIỆN TRƯỜNG TẠI MỘT VÀI VỊ TRÍ LỖI
CỦA CÁP NGẨM BẰNG PHẨN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS ......................... 43
4.1. Cấu hình cơ bản của cáp ngầm trong bài toán tính toán điện trường ...................... 43
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 ................................................................................... 44
4.2.1. Thiết lập các thông số mô hình cáp điện (Geometry 1) ...................................... 44
4.2.2. Thiết lập các thành phần của cáp điện (Geometry 1) .......................................... 46
4.2.2.1. Lõi cáp điện ...................................................................................................... 46
4.2.2.2. Thiết lập điều kiện biên (Electric Potential) ..................................................... 47
4.2.3. Thiết lập lưới phân tích (Mesh)............................................................................ 48
4.3.

Một số kết quả tính toán cho các trường hợp lỗi cách điện của cáp ngầm .......... 48

CHƯƠNG 5..................................................................................................................... 51
ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA CÁP NGẦM TRUNG THẾ BẲNG
CÔNG NGHỆ ĐO PHỎNG ĐIỆN CỤC BỘ.................................................................. 51
5.1. Các ứng dụng công nghệ PD tại Tổng Công ty Điện lực TP.HCM ........................ 51
5.1.1. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Megger PDS 60......................... 51
5.1.2. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị BAUR-ViolaTDl—42.5kVrms ..59
5.1.3. Thử phóng điện cục bộ cáp ngầm bằng thiết bị Seba OWTS 28 ......................... 61
5.2. Tiêu chuẩn phân loại đánh giá các kết quả PD ....................................................... 62
5.3. Đánh giá tình trạng cách điện của cáp ngầm trưng thế bằng công nghệ đo phóng
điện cục bộ ....................................................................................................................... 62
5.3.1. Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 6 tháng ................................... 64
5.3.2. Trường hợp cáp phải theo dõi và kiểm tra lại sau 1 năm để đánh giá tốc độ phát

2/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

triển PD ........... ........ .. ......................................... .’..................................................... 68
5.3.3. Trường hợp cáp phải lập kế hoạch thay thế vị trí bị PD gấp................................ 70
5.3.4. Trường hợp cáp phải cô lập và thay thế vị trí bị PD gấp ..................................... 71
5.3.5. Trường hợp cáp bị nhiễu không thể thực hiện đo PD .......................................... 73
CHƯƠNG 6...................................................................................................................... 76
TÔNG KẾT ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ........................... 76
6.1. Hiệu quả của đề tài ................................................................................................... 76
6.2. Những hạn chế khi ứng dụng công nghệ PD vào thực tiễn..................................... 76
6.3. Hướng phát triển của đề tài ..................................................................................... 77

3/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

RMU:
TEV:

Phóng điện cục bộ (Partial discharge)
Polyethylen khâu mạch - hình mạng (Cross linked Polyethylen)
Polyvinyl clorua
Hệ thống thông tin địa lý (Geographic information system)
Cây điện (Electrical tree)
Cây nước (Water tree)
Tổn hao điện môi (Tandelta)
Điện áp khởi đầu xuất hiện phóng điện cục bộ (Partial discharge

inception voltage)
Điện áp triệt tiêu phóng điện cục bộ (Partial discharge extinction
voltage)
Tủ điện trung thế (Ring Main Unit)
Đo điện áp quá độ

DF:

Tổn hao điện môi (Disipation factor)

VLF:

Tần số thấp (Very low frequency)

TDR:

Phản xạ thời gian chủ đạo (Time domain reflectometer)

DAC:

Nguồn xoay chiều có biên độ giảm dần

PD:
XLPE:
PVC:
GIS:
ET:
WT:
TD:
PDIV:

PDEV:

4/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Biểu đồ mất điện lưới trung thế theo nguyên nhân trong năm 2017 ........... 12
Hình 2.2 Cáp ngầm dạng đặc ...................................................................................... 12
Hình 2.3 Cáp dau ......... ...... ........................................................................................ 13
Hình 2.4 Cáp dầu dạng ống ........................................................................................ 14
Hình 2.5 Cáp ngầm XLPE 03 lõi ................................................................................ 15
Hình 2 6 Cáp ngầm XLPE 01 lõi .............................................................................. 15
Hình 2.7 Hư hỏng chạm chập các ruột dẫn,ruột dẫn với màn chắn ........................... 24
Hình 2.8 Hư hỏng do cáp phóng điện ......................................................................... 24
Hình 2.9 Hư hỏng do cáp đứt ......... .. ........................................................................ 24
Hình 2.10 Hư hỏng do cáp chạm đất .......................................................................... 25
Hình 2.11 Cáp có nước thâm nhập. .......................................................................... 25
Hình 2.12 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 trước sự cố. 26
Hình 2.13 Hình đầu cáp ngầm tuyến Kim Hằng trạm Nam Sài Gòn 2 bị sự cố ........ 26
Hình 2.14 Hình đầu cáp ngầm tuyến Tân Bửu trạm Tân Túc có nguy cơ bị sự cố.. 27
Hình 2.15 Hình phân tích 01 hộp nối cáp ngầm bị phóng điện cục bộ ...................... 27
Hình 3.1 Mô hình mô phỏng mạch tương đương của phóng điện cục bộ ............... 29
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng mạch tương đương và dạng sóng .............................. 29
Hình 3.3 Các dạng phóng điện cục bộ ........................................................................ 31
Hình 3.4 Hình ảnh các mô hình cây nước trong cách điện XLPE ........................... 32
Hình 3.5 Mô hình trạng thái cây nước phát triển thành cây điện trong cách điện

XLPE ............... ...... ...... ............. .. ........ ... ............................. ............................. 32
Hình 3.6 Các chẩn đoán thông số cáp ngầm .............................................................. 34
Hình 3.7 Sơ đồ thử nghiệm điển hình ...................................................................... 36
Hình 3.8 Sơ đồ thí nghiệm PD dùng nguồn AC-50HZ .............................................. 36
Hình 3.9 Sơ đồ thiết lập điển hình một mạch đo PD off-line ..................................... 37
Hình 3.10 Hình ảnh xác định các thông số hiện trạng ban đầu của cápbởi phương
pháp TDR .................................................................................................................... 37
Hình 3.11 Sử dụng VLF đo PD ...... ... ....................................................................... 38
Hình 3.12 Mô tả thời gian và vận tốc của xung PD trong việc xác định vị trí PD.. 40
Hình 3.13 Dạng sóng điện áp có biên độ giảm dần (DAC) ........................................ 41
Hình 4.1 cáp ngầm trung the 1 pha ............................................................................. 43
Hình 4.2 Cấu hình 1 pha của cáp ngầm ...................................................................... 44
Hình 4.3 Giao diện xâỵ dựng mô hình phân tích ..................................................... 45
Hình 4.4 Giao diện thiết lập các giá trị ban đầu cho cáp ngầm .................................. 45
Hình 4.5 Giao diện chọn cấu trúc lõi dẫn hình chữ nhật của cáp ............................ 46
Hình 4.6 Giao diện thiết lập kích thước lõi dẫn hình chữ nhật của cáp ................... 46
Hình 4.7 Giao diện thiết lập điều kiện biên giới hạn miền 1 của dây dẫn ............... 47
Hình 4.8 Giao diện thiết lập điều kiện biên vỏ cáp .................................................. 47
Hình 4.9 Giao diện lưới phân tích vị trí khuyết tật ..................................................... 48
Hình 4.10 Kết quả tính toán điện trường .................................................................... 48
5/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

Hình 4.11 Đồ thị thể hiện kết quả tính toán điện trường ........................................... 49
Hình 4.12 Đồ thị thể hiện kết quả tính toán điện trường ........................................... 50
Hình 4.13 Hình ảnh thể hiện kết quả việc phóng điện làm hỏng lớp cách điện ........ 50

Hình 5.1 Dạng sóng của Megger PDS 60 .......... .. ...... .. .......................................... 51
Hình 5.2 Các kết nối ở phía bên phải của hệ thống kiểm tra VLF ............................ 52
Hình 5.3 Các module hoạt động trên bề mặt thiết bị ................................................. 53
Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................... 54
Hình 5.5 Sơ đồ kết nối ...... .. .................................................................................... 55
Hình 5.6 Sơ đồ kết nối thiết bị hiệu chuẩn trước khi đo PD ...................................... 56
Hình 5.7 Giao diện màn hình ...................................................................................... 56
Hình 5.8 Thiết lập lưu trữ và lựa chợ các thông số cáp ngầm tương ứng .................. 56
Hình 5 9 Giao diện thiết lập khi hiệu chuẩn ............................................................... 57
Hình 5.10 Dạng sóng chuẩn sau hiệu chuẩn ............................................................... 57
Hình 5.11 Hầm cáp của trạm Ngắt Thiết Giáp đang hoàn thiện ................................ 57
Hình 5.12 Các ngăn máy cắt của trạm Ngắt Thiết Giáp đang hoàn thiện ................. 58
Hình 5.13Thử PD cáp ngầm tại các ngăn lộ ra của trạm ngắt Thiết Giáp ................. 58
Hình 5.14 Sơ bộ thiết bị BAUR-ViolaTDl-42.5kVrms .............................................. 59
Hình 5.15 Sơ bộ thiết bị Seba OWTS 28 .................................................................... 61
Hình 5.16 Dạng xung của chế độ Near end ................................................................ 63
Hình 5.17 Dạng xung của chế độ Far end .................................................................. 63
Hình 5.18 Ket quả PD pha 1 của cáp ngầm Thường Kiệt ........................................ 64
Hình 5.19 Ket quả PD pha 2 của cáp ngầm Thường Kiệt ........................................ 65
Hình 5.20 Ket quả PD pha 3 của cáp ngầm Thường Kiệt ........................................ 65
Hình 5.21 Ket quả PD pha 1 của cáp ngầm Lộ Ra Ben Lội..................................... 66
Hình 5.22 Ket quả PD pha 3 của cáp ngầm Lộ Ra Ben Lội..................................... 67
Hình 5.23 Ket quả PD pha 2 của cáp ngầm trạm GIS Hòa Hưng ............................ 68
Hình 5.24 Kết quả PD pha 3 của cáp ngầm trạm GIS Hòa Hưng ............................ 69
Hình 5.25 Giao diện report Megger PDS60 PD cáp ngầm RMU 495 Cộng Hòa.... 70
Hình 5.26 Ket quả PD cả 3 pha cáp ngầm RMU 495 Cộng Hòa ............................. 70
Hình 5.27 Kết quả PD pha thứ 1 cáp ngầm Phần Mồm Quang Trung..................... 71
Hình 5.28 Kết quả PD cả 3 pha cáp ngầm Trạm THPT Công Nghiệp .................... 72
Hình 5.29 Quá trình hiệu chuẩn cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương ....... 73
Hình 5.30 Kết quả PD pha thứ 1 cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương....... 74

Hình 5.31 Kết quả PD pha thứ 2 cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương....... 74
Hình 5.32 Kết quả PD pha thứ 3 cáp ngầm Trạm MBT T2 trạm Hùng Vương....... 75

6/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Quy định tiêu chuẩn lõi cáp............................................................................ 17
Bảng 2 Quy định nhiệt độ làm việc cho phép của cáp ............................................... 17
Bảng 3 Quy định nhiệt độ danh định lõi cáp ............................................................. 18
Bảng 4 Chiều dày vỏ bọc lõi cáp ................................................................................ 19
Bảng 5 Quy định lớp giáp của cáp .............................................................................. 21
Bảng 6 Quy định lớp băng quấn lớp giáp của cáp ...................................................... 22
Bảng 7 Một vài thông số kĩ thuật cáp ngầm ............................................................... 44
Bảng 8 Bảng tổng hợp kết quả tính toán điện truờng cho truờng hợp trên ................ 49
Bảng 9 Các tham số của thiết bị Megger PDS60 ..................................................... 54
Bảng 10 Bảng thông số tiêu chuẩn so sánh kết quả thủ nghiệm PD trên cáp ngầm
trung thế hiện đang áp dụng tại Tổng công ty Điện lục TP.HCM .............................. 62

7/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. 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 “Đe 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. HCM.
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.
1.2. 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.
1.3. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiền cứu
1.3.1. 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.HCM.
- Mục tiêu cụ thể:
+ Đánh giá hiện trạng vận hành cáp ngầm trung thế của Tổng Công ty Điện
lực TP.HCM.
+ Tìm hiểu sơ bộ tác động của điện trường lên vật liệu cách điện.
+ Giới thiệu tổng quan về công nghệ đo phóng điện cục bộ.

■ Phương pháp đo PD truyền thống.
8/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

■ Phương pháp đo PD phi truyền thống (offline và online).
■ So sánh các phương pháp trên.
+ ứng dụng các phuơng pháp đo PD trong chẩn đoán tình trạng cáp ngầm trung
thế trên khu vục TP.HCM.
+ Phân tích các yếu tố tác động đến kết quả đo PD; các kiến nghị về phuơng
pháp đo phóng điện cục bộ cũng nhu đề xuất các phuơng pháp để giảm thiểu sụ cố cáp
ngầm trung thế.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu
- Tổng họp, phân tích các nguyên nhân sụ cố cáp ngầm trung thế trên địa bàn quản
lý của Tổng công ty Điện lục TP.HCM.
- 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 hũu hạn, giải và xủ lý mô
phỏng: Comsol Multiphysics để tìm hiểu độ tăng cao điện truờng tại các vị trí khiếm
khuyết vì đó là nguyên nhân gây ra hiện tuợng phóng điện cục bộ.
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
+ Tìm hiểu độ tăng cao điện truờng 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 lục TP.HCM.
+ Tìm hiểu phuơng pháp đo phóng điện cục bộ đang triển khai ứng dụng hiện
nay (partial discharge).
+ Phân tích đánh giá tình trạng cách điện dụa trên các tiêu chuẩn của nhà chế

tạo thiết bị hoặc tiêu chuẩn thủ nghiệm của ngành điện.
+ Đánh giá các phương pháp PD cáp ngầm trung thế cũng như các kiến nghị
về phương pháp đo phóng điện cục bộ.

9/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH TÌNH TRẠNG VẤN HÀNH CÁP NGẦM
TRUNG THẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TP.HCM
2.1. 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 12.472 km, 26.626 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.156
MVA cung cấp điện cho 2.326.326 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%.

10
/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

Hình 2.1 Biểu đồ mất điện ỉưới trưng thể theo nguyên nhân trong năm 2017

2.2. Sơ lược các loại cáp ngầm hiện nay
Với lịch sử hình thành và phát triển hiện nay, đã cỏ nhiều loại cáp ngầm trung thế
được đưa vào sử dụng từ các loạỉ có cấu tạo phức tạp đến các loại cáp đa dụng dễ dâng
sử dụng cũng như thuận tỉện 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=l,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 lõỉ 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 cổ độ nhớt cao) và được bịt kín bằng một lớp kim loại, ví dụ như vỏ
chì.
Lõi dần
Cảchdiẽn
Võ chỉ

Vó bãovệ

Hình 2.2 Cáp ngầm dạng đặc

11
/78



Trường Đại học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn 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
dân được thay thê 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. Cáp dầu được L. Emanueli thuộc hãng Pừelli - Italy phát minh. Dầu

được lưu thông bên trong cáp. Áp suất của dầu trong cáp được duy trì cao hơn áp suất
không khỉ 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 gỉúp tăng gỉớỉ hạn nhiệt độ của lõi dẫn, có
nghĩa là tăng khả năng tải và gỉảm độ dày cách điện. Hệ thống này sử dụng thiết bị cảnh
báo đê phát hiện sự rò rỉ dầu gây ra bởi sự hỏng hóc vỏ kim loại, do đỏ nó được sửa
chữa tức thời, trước khi sự co nghiêm trọng về đỉện 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.
ông dầu

Lõi dẩn
Cich điện
Bâng qu.111 bang dãy đổng
Vó nhòm xoằn
Võ ngoài chông an mòn

+ Cáp dầu dạng ống
Hình 2.3 Cáp dầu

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

J3/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn 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 hòi hệ thống cấp dầu, cáp loại này cỏ một số nhược điểm: đòi hỏi lượng dầu cách
điện lớn và hệ thong thiết bỉ cấp dầu đặc biệt.
Lõi dẫn
Cách điện
Dàu
Dây Trượt
Ồng thép
Lớp chõng ăn môn

- 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
Hình 2.4 Cáp dầu dạng ổng

3 lõi cách điện XLPE.
Cáp XLPE sử dụng cách điện bằng polyethylene liên kết chéo và thường không
cổ lớp vỏ kim loại, cấu trúc cáp được minh hoạ như hình 2.5 và hình 2.6. Cáp XLPE có
14/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

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.

15/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

+ Cáp 03 lõi

Galvanized Sled Wire Armoured

Unarmoured

Double Galvanized Steel Tape Armoured

CmiKW
11-4I1.Í1HV.

ữniíitlítíir
Htr
lr^4ilMK)n
Ri'dj'r tape’

fife
UjrakrBfX1

VVir annfluvJ
OuUr JuMth

Tap? .imuMirfd
holer rap*
(XiH'Jtatlb

Hình 2.5 Cap ngầm XLPE 03 ỉôi

Unannomd
K'Xj'hi-Srjp

Gđvaniỉeti Stood Wrn Armocrwi Of DcuBle 5tẽd
Tsp?Ànntìuied
Cir^piđnMni Jsy J ftstog rfk'.fli'

OataShKin
■4 late

O#SW1
UÚÙỊT

hl

□UbgfSta*!
*ii
Hình 2 6 Cap ngầm XLPE 01 ỉôi

16/78

Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

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.
Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng rất nhiều loại cáp ngầm với nhiều quy chuẩn,
tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau. Theo quyết định 10373/QĐ-EVNHCMC ngày
28/12/2012 của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM ban hành về “Quy định tiêu chuẩn cơ
sở vật tư thiết bị sử dụng cho lưới điện ngầm cấp điện áp từ 0,4kV đến 22kV” có quy
định cơ bản về cáp ngầm như sau:
Thông số vận hành cáp ngầm đang được áp dụng trong Tổng Công ty Điện lực
TP.HCM áp dụng là 12,7/22 (24)kV trong đó: 12,7kV là điện áp pha, 22kV điện áp dây
và 24 kv là mức điện áp cao nhất mà cáp có thể chịu được khi có sự dao động điện áp
trong quá trình vận hành
Cấu trúc cơ bản từ trong ra ngoài của cáp ngầm thông thường như sau:
(1) Ruột dẫn điện chống thấm nước.
(2) Lớp màn chắn của ruột dẫn điện.
(3) Lớp cách điện.
(4) Lớp màn chắn của lớp cách điện bao gồm màn chắn bán dẫn được tạo thành bằng
phương pháp đùn và băng bán dẫn có tính trương nở có tác dụng chống thấm
nước và màn chắn kim loại.
(5) Chất độn
(6) Lớp bọc bên trong (inner covering)
(7) Lớp bọc phân cách (separation sheath)
(8) Áo giáp
(9) Lớp vỏ bọc bên ngoài.
Ghi chú:

- Lớp bọc phân cách (7) có thể thay thế cho lớp bọc bên trong hoặc bổ sung thêm
cho lớp bọc bên trong.
- Lớp bọc bên trong (6), lớp bọc phân cách (7) và áo giáp (8) có thể được thay thế
bằng một lớp làm bằng vật liệu đặc biệt có chức năng tương đương chức năng
của 3 lớp trên (lớp đặc biệt này có tên tùy thuộc vào nhà sản xuất cáp, ví dụ như
lớp Airbag của Pirelli Cables, ...). Tuy nhiên, nhà cung cấp phải trình bày chiều
dày của lớp này và chứng minh được sự tương đương này.
1. Ruột dẫn điện:
17/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

- Ruột dẫn điện được thiết kế bao gồm các vật liệu chống thấm nước (water blocking
material) xâm nhập vào bên trong ruột dẫn.
- Ruột dẫn điện được cấu trúc từ nhiều tao đồng tiết diện tròn được vặn xoắn đồng
tâm và nén chặt:
Bảng 1 Qụy định tiêu chuẩn ĩõỉ cáp

Tiết diện danh định
của ruột dẫn điện
[ mm2]

Số tao dây tối thiểu
của ruôt dẫn điên • • Điện trở một chiều tốỉ
đa của ruột dẫn điện ờ
20°C [ò/km]

25

6

0,727

35

6

0,524

50

6

0,387

70
95

12
15

0,268
0,193

120
150
185

18
18
30

0,153
0,124
0,0991

240

34

0,0754

- Nhiệt độ ruột dẫn lớn nhất cho phép và loại vỏ bọc ngoài được sử dụng:
Bảng 2 Quy định nhiệt độ ĩàm việc cho phép của cáp

Vât liêu vỏ boc
•••

Nhiệt độ ruột dẫn lớn nhất trong điều
kiện làm việc bình thường [°C]

ST2 (loại vỏ bọc trên nền vật liệu
PVC)

90
90

ST7 (loại vỏ bọc trên nền vật liệu
PE)
2. Màn chắn bán dẫn của ruột dẫn điện:

Màn chắn của ruột dẫn điện phải làm bằng lớp bán dẫn định hình bằng phương
pháp đùn.
3. Lớp cách điện:
- Lớp cách điện được định hình bên ngoài lóp màn chắn cách điện bằng phương
pháp đùn.
18/78


Trường Đạỉ học Bách Khoa TPHCM

Luận vãn Thạc sĩ

- Vật liệu cấu tạo: XLPE hay EPR.
- Chiều dày danh định: 5,5 mm.
Chiều dày trung bình không được nhỏ hơn chiều dày danh định.
Chiều dày tại một điểm bất kỳ có thể nhỏ hơn giá trị danh định với điều kiện là sự
sai khác không được vượt quá 0,65 mm.
Chiều dày của lớp phân cách hoặc màn chắn bán dẫn trên ruột dẫn điện hoặc trên
lớp cách điện không được tính vào vào chiều dày của lớp cách điện.
- Độ bền điện áp:
+ Điện áp định mức: 12,7 kv (Uo)/22 kv
+ Điện áp cao nhất của hệ thống: 24 kv
+ Phóng điện cục bộ tối đa ở 22 kv (l,73Uo):
. Thử nghiệm điển hình : 05 pC
. Thử nghiệm thường xuyên : 10 pC
+ Độ bền điện áp cách điện tần số công nghiệp:

. Thử nghiệm thường xuyên : 44,4 kv (3,5Uo) trong 05 phút
. Thử nghiệm điển hình : 50,8 kv (4Uo) trong 04 giờ
+ Độ bền điện áp cách điện xung (thử nghiệm điển hình): 125 kv
- Nhiệt độ danh định lớn nhất của ruột dẫn đối với các vật liệu cách điện:
Bảng 3 Quy định nhiệt độ danh định ĩõỉ cáp

Nhiệt độ danh định lớn nhất của ruột dẫn
[°C]

Vật liệu cách điện
Làm việc bình

Ngắn mạch (thòi gian tối

thường

đa 5s)

Polyetylen khâu mạch (XLPE)

90

250

Cao su etylen propylen (EPR)

90

250

4. Màn chắn cách điện:
- Màn chắn cách điện phải bao gồm phần bán dẫn phi kim loại kết hợp với phần kim
loại.
- Phần phi kim loại phải được áp sát trực tiếp lên cách điện của từng lõi và là lớp bán
dẫn định hình bằng cách đùn.
19/78