TS. Nguyễn Hữu Kiên – Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Điện cao áp
Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu lựa chọn thông số, cấu hình mạch thử trong thử nghiệm (TN) xung sét dạng xung 1,2/50ms cho máy biến áp lực (MBA) một pha 500kV sản xuất tại Việt Nam. Các kết quả TN được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia Điện cao áp – Viện Năng lượng (National Key Laboratory for High Voltage Techniques – Institute of Energy (HVLAB) là đơn vị duy nhất tại Việt Nam thực hiện được hạng mục TN này.
Để kiểm tra các giá trị xung sét và xác định khả năng chịu đựng của hệ cách điện (CĐ) trong thiết bị điện (TBĐ) cao áp và siêu cao áp nói chung và đối với MBA 500kV nói riêng, cần thiết phải đặt một điện áp xung mô phỏng các xung sét tiêu chuẩn dạng xung 1,2/50ms, (Lightning Impulse-LI).Từ những kết quả TN này cho phép đánh giá được chất lượng của hệ CĐ trong MBA 500kV, khả năng chịu được quá điện áp (QĐA) khí quyển hoặc QĐA thao tác theo tiêu chuẩn IEC60076-3,-4:2000, TCVN6306-3:2006; IEC60060-1:1989 để đưa MBA 500kV vào vận hành trên HTĐ an toàn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong quá trình vận hành HTĐ, hiện tượng QĐA xảy ra tương đối thường xuyên và là nguyên nhân chính gây ra các sự cố hư hỏng trong CĐ của các TBĐ. Trong đó, hiện tượng QĐA do sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền trên HTĐ có giá trị QĐA cao nhất và có khả năng gây ra phóng điện trong hệ CĐ lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch cũng gây ra hiện tượng QĐA với các giá trị điện áp tương đối cao có thể gây nguy hiểm cho hệ CĐ của TBĐ. Các sự cố có nguyên nhân do QĐA khí quyển hoặc QĐA thao tác chiếm một tỷ trọng lớn. Do vậy, các giá trị CĐ xung đối với xung sét (LI) hay xung đóng cắt (SI) là các giá trị quan trọng khi xem xét một hệ CĐ.
Để kiểm tra các giá trị này và xác định khả năng chịu đựng của CĐ trong TBĐ, cần thiết phải đặt một điện áp xung mô phỏng các xung sét và xung đóng cắt tiêu chuẩn. Các hạng mục thử nghiệm MBA đối với xung sét được quy định trong tiêu chuẩn IEC60076-3,-4, TCVN6306-3 và các phương pháp đo được quy định trong IEC60060-1).
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Xung sét toàn phần: Xung sét toàn phần là một xung sét không bị gián đoạn bởi phóng điện đánh thủng.
Hình 1: Xung sét toàn phần tiêu chuẩn.
2.2. Xung sét bị cắt: là một xung sét trong đó phóng điện đánh thủng gây ra sụp đổ điện áp rất nhanh, thực tế về giá trị zê rô. Sự sụp đổ này có thể xảy ra ở đầu sóng, ở đỉnh hoặc ở đuôi sóng. Việc cắt xung sét có thể thực hiện nhờ khe hở phóng điện cắt bên ngoài hoặc có thể xảy ra do phóng điện trong CĐ trong hoặc CĐ ngoài của đối tượng TN.
Hình 2: Xung sét bị cắt đầu sóng
2.3. Giá trị của điện áp TN: Đối với một xung sét không dao động, giá trị của điện áp TN là giá trị đỉnh của nó.
2.4. Thời gian đầu sóng T1 : là tham số giả định được xác định bằng 1,67 lần khoảng thời gian T giữa hai thời điểm khi xung đạt 30% (điểm A) và 90% (điểm B) giá trị đỉnh.
2.5. Gốc toạ độ quy ước O1: của một xung sét là thời điểm trước thời điểm tương ứng với điểm A (hình 2) một thời gian là 0,3xT1. Đối với trường hợp thang đo tuyến tính, đó là giao điểm giữa trục thời gian và đường thẳng vẽ qua các điểm A và B trên đầu sóng.
2.6. Thời gian tới nửa giá trị T2: là khoảng thời gian giữa điểm gốc toạ độ quy ước O1 và thời điểm khi điện áp suy giảm đạt một nửa giá trị đỉnh.
Hình 3: Xung sét bị cắt đuôi sóng
2.7. Thời điểm cắt : là thời điểm tại đó xảy ra sụp đổ điện áp nhanh đặc trưng cho khởi đầu của sự cắt.
2.8. Khoảng thời gian tới cắt Tc: là một tham số quy ước xác định như khoảng thời gian giữa điểm gốc quy ước O1 và thời điểm cắt.
2.9. Các đặc tính liên quan tới sụp đổ điện áp trong khi cắt: được xác định bởi hai điểm C và D nằm ở 70% và 10% điện áp ở lúc cắt (hình 3). Khoảng thời gian sụt nhanh điện áp bằng 1,67 lần khoảng thời gian giữa hai điểm C và D. Độ dốc sụt nhanh điện áp là tỷ số điện áp tại thời điểm cắt tới khoảng thời gian sụt nhanh điện áp.
2.10. Xung bị cắt có một đầu sóng tuyến tính: Một điện áp tăng lên với độ dốc gần như không đổi cho tới khi điện áp đó bị cắt do phóng điện đánh thủng, được gọi là một xung bị cắt có đầu sóng tuyến tính. Để xác định, ta vạch đường thẳng thích hợp nhất trong phần đầu sóng của xung nằm giữa 30% và 90% của biên độ đỉnh, các giao điểm của đường này với biên độ 30% và 90% được chỉ định lần lượt bởi những điểm A và B.
Xung bị cắt được xác định bởi :
– Điện áp đỉnh U;
– Khoảng thời gian đầu sóng Tc;
– Độ dốc quy ước S = U/Tc
Đây là độ dốc của đường thẳng chạy qua các điểm A và B, được biểu thị bằng kV/μs.
Xung bị cắt này được xem như gần tuyến tính nếu đầu sóng, từ biên độ 30% tới thời điểm cắt, hoàn toàn nằm giữa hai đường thẳng song song với đường AB, nhưng được dịch chuyển về thời gian bằng ± 0,05 T1.
Theo tiêu chuẩn IEC 60060-1, xung sét tiêu chuẩn là dạng xung 1,2/50 µs có giá trị T1=1,2µs(±30%) và T2=50µs(±20%), giá trị đỉnh: ± 5% .
III. THỬ NGHIỆM XUNG SÉT ĐỐI VỚI MBA MỘT PHA 500kV.
MBA là thiết bị đắt tiền, để tránh làm hư hỏng trong quá trình TN xung sét, cần sử dụng khe hở cầu như một thiết bị bảo vệ ngoại vi. Dây dẫn sẽ được nối từ điện cực cao áp, qua khe hở phóng điện đến điện cực của MBA. Khe hở lựa chọn lớn hơn không quá 10%UTN xung sét lớn nhất của thiết bị theo tiêu chuẩn IEC. Khi TN MBA, phần thân vỏ, khung đế và tất cả các điện cực còn lại phải được nối đất (NĐ) vào hệ thống nối đất chung của hệ thống TN xung áp.
3.1. Các thông số cần đo đạc:
– Dòng trung tính (đối với cuộn dây nối sao hoặc ziczac, dây trung tính có thể NĐ);
– Dòng qua cuộn dây (đối với tất cả các cuộn dây còn lại khi trung tính không NĐ);
– Dòng đi qua các cuộn dây được nối ngắn mạch và không TN), trong một số trường hợp, dòng điện này coi như dòng điện dung;
– Dòng rò qua vỏ;
– Điện áp tại cuộn dây không TN.
Quy trình TN xung áp cho MBA như sau:
– Mức điện áp chịu đựng xung sét cho từng cấp điện áp khác nhau;
– Các khoảng cách tối thiểu cho từng cấp điện áp TN;
– Sơ đồ nối đất tương ứng với từng dạng cuộn dây.
Cần lưu ý rằng đối với MBA cách điện dầu, xung áp TN phải đặt ở dạng xung âm để hạn chế khả năng phóng điện chọc thủng hệ CĐ (IEC 60076-3).
3.2. Chuỗi xung sét thử nghiệm:
Đối với xung áp dạng xung sét đầy, quá trình TN bao gồm:
– 1 xung 50%, 75% giá trị điện áp chịu đựng;
– 3 xung ở giá trị 100% điện áp chịu đựng.
Khi xảy ra phóng điện trong quá trình TN, hoặc khi thiết bị đo dạng xung đưa ra dạng sóng không thích hợp, vật thử không thông qua TN, thử nghiệm được ngừng lại và tiến hành các TN khác thích hợp.
Đối với xung áp dạng xung sét cắt, quá trình TN bao gồm:
– 1 xung đầy ở mức điện áp giảm;
– 1 xung đầy ở mức điện áp chịu đựng;
– 1 hoặc nhiều xung cắt ở mức điện áp giảm;
– 2 xung cắt ở mức điện áp thử;
– 2 xung đầy ở mức điện áp thử.
Kết quả thu được so sánh với các dạng xung chuẩn để xác định các hư hỏng trong CĐ, các cách xác định được giới thiệu trong IEC 70076-3, -4. Biên độ xung cắt không quá 1,1 lần điện áp chịu đựng tối đa. Tchop nằm trong khoảng 2¸6 µs.
Tải toàn bộ bài viết Bai bao xung set MBA 500kV.pdf
