Nghiên cứu chế tạo thiết bị thử nghiệm đánh giá tình trạng CÔNG TY THÍ NGHIỆM ĐIỆN MIỀN TRUNG CHUYÊN ĐỀ Nghiên cứu chế tạo thiết bị thử nghiệm đánh giá tình trạng bộ giám sát chống sét van ZnO phục vụ cho công tác thí nghiệm tại các nhà máy điện & trạm biến áp Tp Đà Nẵng 11/2014

Thực trạng sử dụng các CSV trên lưới điện cao áp Trước năm 1990 từ 1990 2000 từ 2000 đến nay  Chủ yếu là các CSV SiC loại có khe hở và không khe hở  Một số ít CSV có trang bị bộ đếm sét  Các CSV ZnO loại có khe hở và không khe hở được sử dụng phổ biến  Các CSV 110kV đều được trang bị các bộ đếm sét  Các CSV ZnO loại không khe hở chiếm đa số  Các các bộ giám sát chống sét đã được sử dụng nhiều hơn 1/34

KHÁI QUÁT VỀ CHỐNG SÉT VAN ZnO KHÔNG KHE HỞ Đường đặc tính V-A điển hình của CSV ZnO không khe hở 1/34

CÁC CƠ CHẾ GÂY THOÁI HÓA ĐỐI VƠI CSV ZnO KHÁI QUÁT VỀ CHỐNG SÉT VAN ZnO KHÔNG KHE HỞ CÁC CƠ CHẾ GÂY THOÁI HÓA ĐỐI VƠI CSV ZnO  Các khiếm khuyết của gioăng làm kín  Sự phóng điện gây ra do sự nhiễm bẩn bề mặt  Sự quá tải  Sự lão hóa dài hạn trong vận hành bình thường  Các phóng điện cục bộ (PD) bên trong 1/34

HẬU QUẢ CỦA SỰ THOÁI HÓA Ở CSV ZnO KHÁI QUÁT VỀ CHỐNG SÉT VAN ZnO KHÔNG KHE HỞ HẬU QUẢ CỦA SỰ THOÁI HÓA Ở CSV ZnO *Làm tăng dòng rò chạy qua CSV, trong đó chủ yếu là thành phần điện trở. *Sự tăng dòng rò dẫn đến sự tăng tổn hao công suất từ đó làm nhiệt độ tăng cao ở các phần tử ZnO *Khi dòng rò tăng quá mức cho phép tại đó năng lượng tích lũy vượt quá khả năng hấp thụ năng lượng của CSV, nó sẽ trở nên mất ổn định về nhiệt và hỏng 1/34

HẬU QUẢ CỦA SỰ THOÁI HÓA Ở CSV ZnO *Một hư hỏng của CSV có thể xuất hiện theo nhiều cách :  CSV có vỏ bọc bằng gốm có thể nổ  Một sự phóng điện đánh lửa bên trong CSV có thể gây ra một sự cố chạm đất  Các CSV đã lão hóa hoặc bị quá tải có thể đã bị giảm khả năng bảo vệ đối với các quá điện áp, có nghĩa là nó không còn bảo vệ cho các thiết bị như đã cho được nữa. 1/34

Các phương pháp giám sát tình trạng CSV ZnO Việc kiểm tra bằng mắt Sử dụng bộ giám sát chống sét van Đo dòng điện rò thành phần điện trở Đo phóng điện cục bộ (PD) Đo nhiệt độ 7/34

CÁC BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT VAN

BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT VAN Vị trí lắp đặt Được lắp ở đuôi của chống sét van ZnO Chức năng * Đếm và ghi lại số lần làm việc (phóng điện) của một CSV * Giám sát dòng điện rò xoay chiều chạy qua CSV trong quá trình vận hành trên lưới điện 1/34

BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT VAN Phân loại LOẠI I LOẠI II * Tên tiếng Anh “Surge Counter” * Có nội trở bé  0Ω * Lắp cho mọi loại CSV có và không có khe hở * Tên tiếng Anh “Surge Monitor” * Có nội trở lớn  6kΩ * Chỉ dùng để lắp cho các chống sét van ZnO không khe hở 1/34

Sự cần thiết của việc kiểm tra-thử nghiệm bộ giám sát CSV Ứng dụng & vai trò bộ giám sát CSV *Chức năng đếm & ghi nhận số lần tác động sẽ giúp đơn vị quản lý vận hành (TBA,NMĐ): - Biết được sự tác động của CSV đối với các quá điện áp để cung cấp thông tin hỗ trợ cho các thử nghiệm về sau cho chính bản thân CSV - Là cơ sở để thực hiện các thử nghiệm chẩn đoán cụ thể để đánh giá tác động do quá điện áp và dòng ngắn mạch kế tục khi CSV làm việc lên các thiết bị quan trọng mà nó bảo vệ (MBA lực, cáp lực, biến điện áp, biến dòng điện, máy phát điện v.v) - Xây dựng hoặc điều chỉnh các chiến lược bảo dưỡng hợp lý dựa vào tình trạng của thiết bị, đảm bảo tối ưu hóa về chi phí đồng thời góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 1/34

Sự cần thiết của việc kiểm tra-thử nghiệm bộ giám sát CSV Ứng dụng & vai trò bộ giám sát CSV *Chức năng đo lường dòng rò xoay chiều chạy qua bản thân CSV sẽ giúp đơn vị quản lý vận hành (TBA,NMĐ): - Phát hiện sớm được sự nhiễm bẩn, nhiễm ẩm hoặc thoái hóa của các phần từ ZnO bên trong CVS để có cơ sở tiến hành các hoạt động cần thiết cho chính CSV (các kiểm tra online, các thử nghiệm bổ trợ off-line, bảo dưỡng hoặc thay thế) - Hạn chế xảy ra sự cố đột ngột gây nổ ở các CSV; qua đó tránh những rủi ro, nguy hiểm cho người vận hành, giảm thiểu hư hỏng đến các thiết bị lân cận; nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. 1/34

Sự cần thiết của việc kiểm tra-thử nghiệm bộ giám sát CSV Các hư hỏng điển hình ở bộ giám sát CSV Cơ cấu đếm và ghi số lần làm việc không làm việc :37% Kim chỉ thị của cơ cấu đo dòng rò chỉ thị sai :7% Kim chỉ thị của cơ cấu đo dòng rò bị kẹt :12% Kim chỉ thị của cơ cấu đo dòng rò không làm việc (luôn nằm ở vạch 0) : 37% Trích số liệu thí nghiệm định kỳ các TBA 110kV do CGC quản lý năm 2013 Độ kín không đảm bảo làm hơi ẩm đi vào bên trong gây mờ mặt kính quan sát. : 7% 4/34

Thực trạng công tác thí nghiệm các CSV ZnO tại hiện trường (TBA,NMĐ) Theo công văn 3075 EVN/CV-EVN-KTĐL (14/7/2003) qui định về khối lượng hạng mục, thời hạn thử nghiệm cho các thiết bị điện A. THÍ NGHIỆM LẮP MỚI B. THÍ NGHIỆM ĐỊNH KỲ *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV - Kiểm tra bên ngoài - Đo điện trở cách điện - Đo dòng rò tổng ở điện áp vận hành. - Đo điện áp DC tại Idc theo qui định của nhà chế tạo ? *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV -Kiểm tra bên ngoài -Đo dòng rò tổng ở điện áp vận hành (không đo nếu CSV đã có đồng hồ đo dòng rò) *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Kiểm tra thiết bị đếm sét *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Kiểm tra thiết bị đếm sét 1/34

Thực trạng công tác thí nghiệm các CSV ZnO tại hiện trường (TBA,NMĐ) Theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện (Tập 5-Kiểm định trang thiết bị hệ thống điện) do Bộ Công thương ban hành ngày 30/12/2008 A. THÍ NGHIỆM LẮP MỚI B. THÍ NGHIỆM ĐỊNH KỲ *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV - Đo điện trở cách điện bản thân phần tử chống sét. - Đo điện trở cách điện đế đỡ cách điện *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV - Không qui định ? *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Không qui định ? *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Không qui định ? 1/34

Thực trạng công tác thí nghiệm các CSV ZnO tại hiện trường (TBA,NMĐ) Do Cty Thí nghiệm điện miền Trung thực hiện trên lưới điện EVN-CPC A. THÍ NGHIỆM LẮP MỚI B. THÍ NGHIỆM ĐỊNH KỲ *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV - Kiểm tra bên ngoài - Đo Rcđ CSV - Đo Rcđ đế đỡ cách điện - Đo Uref AC tại giá trị Iref - Đo tổn hao mW ở giá trị 10kV - Đo IròDC ở điện áp 75% UrefDC *ĐỐI VỚI PHẦN TỬ CSV -Kiểm tra bên ngoài -Đo Rcđ CSV -Đo Rcđ đế đỡ cách điện -Đo Uref AC tại giá trị Iref -Đo tổn hao mW ở giá trị 10kV -Đo dòng rò AC (Ir) ở điện áp vận hành (on-line) *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Kiểm tra bộ đếm sét - Kiểm tra cơ cấu đo dòng rò mA *ĐỐI VỚI BỘ GIÁM SÁT CSV - Kiểm tra bộ đếm sét (on-line) - Kiểm tra cơ cấu đo dòng rò mA 1/34

Thực trạng công tác thí nghiệm các CSV ZnO tại hiện trường (TBA,NMĐ) Những yêu cầu & hạn chế trong quá trình thử nghiệm bộ giám sát CSV trước khi có thiết bị thử chuyên dụng * Phải sử dụng nguồn xung cao áp (vài kV) để kích hoạt được cơ cấu đếm sét * Sơ đồ thử cồng kềnh, việc thực hiện thủ công làm kéo dài thời gian kiểm tra * Cần có 2 người để thực hiện thử nghiệm * Đòi hỏi tăng cường các biện pháp an toàn trong quá trình thử nghiệm 1/34

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM Việc đánh giá tình trạng thoái hóa của các phần tử ở CSV ZnO thông qua dòng rò tổng It chạy qua bộ giám sát *Trong vận hành bình thường, It : 0,61,5mA *Khi CSV bị nhiễm bẩn hoặc thoái hóa , It tăng + < 20% : Bình thường, theo dõi hàng ngày + Từ 20%  50% : Cắt điện, vệ sinh bảo dưỡng và tiến hành các thử nghiệm chẩn đoán off-line. Nếu giá trị không đổi, theo dõi hàng ngày, kiểm tra thử nghiệm 6 tháng/lần + Từ 50%  100%: như trên nhưng với tần suất thử nghiệm offline từ 1 3 tháng hoặc giám sát online thành phần dòng rò điện trở + >100% : Tách khỏi vận hành Mạch đẳng trị của một CSV ZnO

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BỘ GIÁM SÁT CSV ZnO KHÔNG KHE HỞ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC BỘ GIÁM SÁT CSV PHỔ BIẾN Stt Kiểu Nhà chế tạo Kiểu chỉ thị Thang đo (mA) 1 DCC-M TRIDELTA Kim 030 2 SC13CPS COOPER 3 3EX5-050 SIEMENS 4 MDC3 AREVA 05 5 DC 903 ELPRO 6 DC 904 7 SC 691 CG-INDIA 8 JCQI-10/800 CHINA 03 9 EXCOUNT II ABB Chỉ thị số 0-10

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC BỘ ĐẾM SÉT CSV PHỔ BIẾN Stt Kiểu Nhà chế tạo Dãi số đếm 1 YSY-8 CHINA 010 2 YSY-6 3 SC12PCS COOPER 0999 4 SC 12 TRIDELTA 5 EMB 6 EXCOUNT-A ABB 7 3EX5 030 SIEMENS 8 CCF 4045 FRANCE 9 SAM 2 10 1T1 Nga 0-10

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CHỌN CẤU HÌNH & CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CHÍNH CỦA THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT * Điện áp nguồn : 220V 10% (50Hz) * Điện áp thử nghiệm đầu ra , có hai cấp : +  250Vdc : Dùng cho bộ đếm sét +  4500Vdc: Dùng cho bộ giám sát CSV * Dòng thử nghiệm ở chế độ xung :  40A (giá trị đỉnh) * Thang đo dòng rò :  5mA * Gọn nhẹ, dễ vận chuyển, lắp đặt & sử dụng tại hiện trường * An toàn cho người vận hành

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CẤU TẠO & SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT

Model ZLAMT-II phiên bản 1 Model ZLAMT-II phiên bản 2 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CÁC PHIÊN BẢN HIỆN TẠI CỦA THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT Model ZLAMT-II phiên bản 1 Model ZLAMT-II phiên bản 2

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM THÔNG SỐ KỸ THUẬT THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT (Model ZLAMT-II) +Điện áp nguồn cung cấp: 220V 10% -50Hz +Điện áp đầu ra thử nghiệm : 250V & 6000V +Mạch đo dòng : - Phạm vi điều chỉnh dòng : 110mA ac - Đồng hồ mA loại chỉ thị số 31/2 digit, thang đo 0-19,99mA , ccx :0,5 +Dòng xung lớn nhất : 50A dc +Thời gian tác động: <3ms +Thời gian chuẩn bị (nạp) : - Đối với đầu ra 250V : < 10s - Đối với đầu ra 6000V : < 90s +Có trang bị mạch báo tình trạng nối đất của thiết bị +Có trang bị mạch báo điện tích dư và mạch xả an toàn +Có chức năng đo dòng rò xoay chiều của chống sét van khi kết hợp với thiết bị tạo cao áp ngoài. +Điều kiện vận hành: -Nhiệt độ : 050oC -Độ ẩm tương đối (RH%): đến 95% (không đọng ẩm)

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CÁC ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ZLAMT-II 1. Thử nghiệm bộ đếm sét (loại I) 2. Thử nghiệm bộ giám sát chống sét van (loại II)

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CÁC ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ZLAMT-II 3. Kiểm tra cơ cấu đo dòng rò xoay chiều của bộ giám sát CSV 4. Thử nghiệm đo dòng rò xoay chiều của CSV ZnO

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM CÁC ƯU ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ ZLAMT-II 1. Có kết cấu gọn, nhẹ, bền rất thuận tiện cho việc sử dụng lưu động tại hiện trường các TBA & NMĐ. 2. Dễ vận hành, tiết kiệm đáng kể thời gian và nhân công khi thực hiện các phép kiểm tra tại hiện trường 3.Rất an toàn cho người sử dụng nhờ mạch báo tình trạng nối đất, đầu ra được cách ly hoàn toàn với nguồn tạo xung dòng cao áp. 4.Đáp ứng yêu cầu thử nghiệm cho mọi chủng loại bộ giám sát CSV hiện đang được sử dụng trên lưới điện trung và cao áp 5. Có thể kiểm tra hoạt động của cơ cấu đếm sét đối với các bộ giám sát CSV đang trong trạng thái vận hành

Minh họa việc sử dụng các sản phẩm ZLAMT-II tại hiện trường NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM Minh họa việc sử dụng các sản phẩm ZLAMT-II tại hiện trường Thí nghiệm lắp mới tại TBA 110 Hội An Thí nghiệm định kỳ tại TBA 110 Tuy Hòa

HIỆU QUẢ TỪ VIỆC SỬ DỤNG SẢN PHẨM ZLAMT-II Sản phẩm ZLAMT-II được chế tạo và đưa vào khai thác từ năm 2008 tại Công ty thí nghiệm điện miền Trung đến nay đã cho thấy được những hiệu quả như sau: * Đánh giá nhanh,chính xác tình trạng của các bộ giám sát CSV trong thí nghiệm mới & định kỳ qua đó giúp giảm thiểu thời gian cắt điện để thí nghiệm,giúp khách hàng có kế hoạch bảo dưỡng phù hợp. Kim chỉ thị của cơ cấu đo dòng rò chỉ thị sai :7% *Xác định được tỷ lệ hư hỏng, các dạng hư hỏng của các chủng loại bộ đếm sét đã được sử dụng trên lưới điện trong thời gian qua, từ đó giúp khách hàng chọn mua để lắp mới hoặc thay thế bằng các sản phẩm CSV phù hợp có chất lượng tốt & ổn định. Kim chỉ thị của cơ cấu đo dòng rò bị kẹt :12% *Là cơ sở để khách hàng có thể tiến hành các hoạt động kiểm tra, chẩn đoán, đánh giá tình trạng & xây dựng kế hoạch bảo dưỡng các thiết bị điện trọng yếu như :MBA lực, biến điện áp kiểu tụ (CVT), cáp lực v.v một cách kịp thời, hiệu quả sau khi chịu tác động của các quá áp (được xác định qua số lần tác động của bộ đếm sét ở CSV liên quan) 4/34

HIỆU QUẢ TỪ VIỆC SỬ DỤNG SẢN PHẨM ZLAMT-II Minh họa tổng hợp các tồn tại của các bộ giám sát CSV tại các trạm 110kV do CGC-CPC quản lý sau đợt TNĐK năm 2013 Hỏng bộ đếm Kim chỉ bị kẹt Kim chỉ không làm việc Kim chỉ thị sai SC13&SC12 (2%) SC13CPS (0,5%) SC13CPS (1,3%) SC961 (16%) DC904 (10%) DC 904 (7%) DC 904 (14%) GLX (60%) 3EX5 050 (4%) 3EX5 050 (1,2%) 3EX5 050 (5%) DCC-M : 50% 3EX5 030 (0%) --- SC961 (17%) ERICO (16%) EXCOUNT-I (7%) EXCOUNT-A (17%) 4/34

KẾT LUẬN 1. Các bộ giám sát chống sét van là một giải pháp phù hợp dùng để giám sát liên tục & có hiệu quả không những cho bản thân các chống sét van ZnO không khe hở vốn đang được sử dụng hầu hết trên lưới điện cao áp mà còn có ích trong việc đánh giá tình trạng của các thiết bị quan trọng có liên quan khác. 1 2. Việc kiểm tra tình trạng của các bộ giám sát CSV tại hiện trường là điều cần thiết trong thử nghiệm lắp mới và trong thử nghiệm định kỳ nhằm phát hiện kịp thời các hư hỏng để xử lý hoặc thay mới. 3. Sản phẩm ZLAMT-II do Công ty thí nghiệm điện miền Trung chế tạo đã thật sự đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật trong việc kiểm tra các chức năng của tất cả chủng loại thiết bị giám sát CSV hiện có trên lưới điện miền Trung với các tiêu chí : gọn, nhẹ, bền, an toàn, dễ sử dụng và tiết kiệm thời gian và nhân lực thực hiện. 2 30/34

KẾT LUẬN 4. Khả năng kiểm tra tình trạng của cơ cấu đếm sét của bộ giám sát CSV khi đang vận hành (kiểm tra online) của sản phẩm nếu kết hợp tốt với các thiết bị kiểm tra dòng rò online của CSV sẽ có thể giúp các đơn vị quản lý vận hành các TBA & NMĐ chọn lựa chiến lược bảo dưỡng thích hợp trên cơ sở các phép kiểm tra online, với các tiêu chí đảm bảo tính cung cấp điện liên tục, tin cậy và an toàn của hệ thống điện. 1 5. Ngoài các ứng dụng đối với bộ giám sát CSV, sản phẩm còn được sử dụng trong việc thử nghiệm đặc tính V-A của chống sét van ZnO không khe hở. Trong thời gian đến sản phẩm sẽ tiếp tục được cải thiện, bổ sung một số tính năng để đáp ứng tốt hơn nữa các yêu cầu thực tiễn của công tác thí nghiệm điện. 2 30/34

Xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm và các ý kiến đóng góp của quí vị