XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU PHỤC VỤ KHAI THÁC PHỊNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM QUỐC GIA ĐIỆN CAO ÁP THE ESTABLISHMENT OF PROCEDURES FOR AC TESTING IN KEY LABORATORY FOR HIGH VOLTAGE TECHNIQUES TS Nguyễn Hữu Kiên; ThS Vũ Thanh Hải; KS Trần Việt Sơn Viện Năng lượng – Bộ Cơng Thương TĨM TẮT Bài báo nhằm xây dựng quy trình thử nghiệm điện áp xoay chiều (AC) tăng cao tần số công nghiệp cho Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia Điện cao áp (HVLAB), dựa sở nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật điện cao áp đặc tính kỹ thuật hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp (AC Dielectric Test Set Type 600CD) Phenix sản xuất ABSTRACT This paper present the procedures for AC testing in Key Laboratory for High Voltage Techniques based on fundamental research in high voltage testing theory and technical characteristics of AC Dielectric Test Set Type 600CD produced by Phenix Technology Co., USA I ĐẶT VẤN ĐỀ HVLAB sau thời gian tiến hành xây dựng đến hoàn thành đưa vào hoạt động với hệ thống thử nghiệm (HTTN) có cấp điện áp, cơng suất, dải đối tượng thử nghiệm lần trang bị Việt Nam Các quy trình thử nghiệm (QTTN) hữu ngành điện chưa đáp ứng khai thác HTTN Mặc dù phòng thí nghiệm điện cao áp giới nghiên cứu xây dựng QTTN phục vụ công tác nghiên cứu khoa học, đào tạo, sản xuất thiết bị vật liệu điện, nhiên quy trình ln mang tính đặc thù, phụ thuộc nhiều vào đặc tính kỹ thuật HTTN đối tượng thử nghiệm (cấp điện áp, công suất, tính chất tải, ) Hiện nay, hạng mục lắp đặt thiết bị cho HTTN AC-600CD hoàn thành, cán HVLAB bước nghiên cứu, xây dựng quy trình vận hành nhằm khai thác hệ thống cách tốt Hệ thống AC-600CD hệ thống phức tạp, từ phần động lực, điều khiển, đo lường đến khí, kết cấu Vì vậy, để vận hành khai thác bảo dưỡng hệ thống cần cán có kiến thức sâu kinh nghiệm định lĩnh vực thử nghiệm điện cao áp đo lường - điều khiển,… Kết đề tài bước khởi đầu nhằm tạo sở biên soạn quy trình chi tiết hạng mục thử nghiệm AC phục vụ khai thác HVLAB II LÝ THUYẾT CHUNG VỀ THỬ NGHIỆM AC Máy biến áp (MBA) thử nghiệm sử dụng cho mục đích có cơng suất định mức thấp đáng kể tỷ số biến đổi điện áp lớn nhiều so với MBA lực Cuộn dây cao áp thiết kế để chịu đựng phá hủy thông thường, thường xuất vật thử Dòng điện sơ cấp thường cung cấp thơng qua MBA điều chỉnh từ nguồn cung cấp hoặc, trường hợp đặc biệt, máy phát điện đồng Điện áp thử nghiệm xoay chiều (Utn) khoảng tần số 45–65Hz Upeak /Urms=± 5% cấp từ MBA tăng áp mạch cộng hưởng Utn phải đủ ổn định để không bị ảnh hưởng dòng điện rò khác Thử chịu điện áp thỏa mãn giá trị đỉnh Utn không khác 5% chu kỳ liên tiếp, sụt áp tức thời lúc phóng điện khơng chọc thủng khơng vượt q 20% Uđỉnh Hiện MBA thử nghiệm thường dùng mạch MBA xếp tầng trình bày hình 1 K P K E 3P ~ 3P E P P E 2P 2P H P 2U P 3U 3P U H Hình MBA thử nghiệm kết nối tầng E: Cuộn dây kích từ, H: Cuộn dây cao áp, K: Cuộn dây kết nối Hiện MBA tạo điện áp sử dụng HVLAB thuộc loại với bố trí hình 2, điện áp thứ cấp tầng 400kV, điện áp cực đại với cấu hình 1.200kV, dòng điện 2A Hình Hệ thống tạo đo điện áp xoay chiều HVLAB Hình Bộ đo điện áp (3 modules) tụ điện cao áp HVLAB III QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG AC-600CD Thử nghiệm điện áp chịu thử Điện áp xoay chiều phải đặt đối tượng thử nghiệm giá trị đủ thấp để ngăn ngừa tác động điện áp đóng mạch Điện áp thử nghiệm phải tăng đủ chậm phép đọc dụng cụ đo khơng q chậm gây nên kéo dài không cần thiết ứng suất điện đối tượng thử nghiệm gần điện áp thử nghiệm U Các yêu cầu thường thỏa mãn tốc độ tăng điện áp 2% Utn giây, điện áp đặt 75% Utn Điện áp thử nghiệm phải trì thời gian qui định sau giảm nhanh, khơng bị cắt đột ngột gây độ thao tác làm thiệt hại gây nên kết thử nghiệm bất thường Thời gian thử nghiệm quy định độc lập với tần số phạm vi từ 45Hz đến 60Hz Nếu khơng có quy định khác, thông thường thời gian thử nghiệm chịu điện áp phải 60s Yêu cầu thử nghiệm thỏa mãn khơng xảy phóng điện đánh thủng đối tượng thử nghiệm Thử nghiệm điện áp chọc thủng: Điện áp đặt tăng liên tục đối tượng thử nghiệm có phóng điện chọc thủng xảy Giá trị điện áp thử nghiệm thời điểm đánh thủng ghi lại Chuẩn bị mẫu thử kiểm tra an toàn trước tiến hành thử nghiệm - Vệ sinh mẫu thử tạo môi trường cho mẫu trước đưa vào thử nghiệm - Đưa mẫu thử vào khu vực thử nghiệm, tiến hành nối đầu vào mẫu thử với đầu cao áp thiết bị, nối đầu mẫu thử với đất - Kiểm tra khoảng cách an tồn phóng điện từ thiết bị thử nghiệm tới thiết bị vật thể có khả dẫn điện xung quanh khu vực thử nghiệm Trong trường hợp vật thiết bị khác nằm phạm vi khả gây phóng điện cần nối đất tất thiết bị để đảm bảo cho an toàn thiết bị tính xác kết thử nghiệm - Tháo sào tiếp địa khỏi thiết bị thử nghiệm, kiểm tra điện áp đầu vào (6,6kV) Các bước thao tác ban đầu trình tiến hành thử nghiệm Sau kiểm tra an toàn bước chuẩn bị mẫu thử thiết bị thử nghiệm, người vận hành cho tiến hành thử nghiệm theo bước sau: Bước 1: Mở nguồn cho bàn điều khiển Bước 2: Nhả nút nhấn EMERGENCY trường hợp nút đóng Bước 3: Sau hệ thống điều khiển khởi động thành cơng, hình điều khiển xuất để tiến hành thao tác bước Bước 4: Chọn chế độ thử nghiệm theo phím F1, F2, F3, F4 tương ứng * Nhấn phím chức F1 để chọn chế độ điều khiển tay hiển thị hình điều khiển tay * Nhấn phím chức F2 để chọn chế độ tự động điều chỉnh điện áp theo thời gian hình theo dõi chế độ * Nhấn phím chức F3 để chọn chế độ tự động điều chỉnh điện áp theo chương trình Từ hình chế độ: Tự động điều chỉnh điện áp theo chu kỳ, theo cấp theo tần suất tự thiết lập xuất để người vận hành lựa chọn * Nhấn phím chức F4 để chọn chế độ điều khiển từ xa máy tính hình điều khiển Người vận hành chọn chế độ điều khiển máy tính từ hình * Nhấn phím chức F5 để chọn chế độ hiệu chỉnh Màn hình khóa bảo vệ mật mã số Nhấn phím chức F8 để kích hoạt ô nhập số Sử dụng bàn phím số để nhập mật mã bảo vệ sau nhấn phím ↵ (Enter) sau nhập xong Nếu mật mã xác hình hiệu chỉnh hiển thị Các giá trị số hình điều khiển thay đổi cách nhấn phím ◄ ► xuất dấu nháy phía bên trái mục cần thay đổi Khi dấu nháy xuất vị trí , sử dụng phím số để nhập vào giá trị cần thiết Ơ nhập số kích hoạt nhấn phím số Nhấn nút ↵ để chấp nhận giá trị nhập số Sử dụng phím ← để xóa giá trị nhập sai ngồi nhập số không thay đổi giá trị ban đầu Quy trình thao tác 5.1 Quy trình thao tác thử nghiệm theo chế độ vận hành tay Sau thực bước mục phần này, người vận hành nhấn phím F1 để chọn chế độ vận hành tay, tiếp thực thao tác thử nghiệm theo bước sau: Bước 1: Sau hình chế độ điều khiển tay xuất hình đây, người vận hành kiểm tra cấu hình cài đặt hình điều khiển xem với cấu hình thực tế thiết bị hay chưa Cụ thể kiểm tra cấu hình đầu Module cao áp (ơ hiển thị 20), cấu hình theo Module chọn OUTPUT “1 SINGLE”, cấu hình Module song song chọn OUTPUT “2 PARALLEL” … Tương ứng cấp điện áp đầu (ô hiển thị 13), để cài đặt cấp điện áp đầu nhấn phím F10 Cấu hình Module cao áp điện áp đầu phải cài đặt với thực tế lắp ráp thiết bị thử nghiệm Cấu hình cài đặt Module cấp điện áp thử nghiệm cho theo bảng điều khiển Hình Màn hình điều khiển tay Bảng 1: Cấp điện áp cài đặt theo cấu hình Cầu hình Cấu hình Cấp điện lắp đặt OUTPUT cài áp cài đặt thực tế đặt Module Single 400kV Module PARALLEL 400kV song song Module SERIES 1200kV nối tiếp Module PARALLEL 400kV song song Bước 2: Cài đặt mức điện áp bảo vệ (phím F4) Mức điện áp bảo vệ mức điện áp trường hợp đầu Module cao áp đạt tới hệ thống tự động ngắt để bảo vệ mẫu thử Ví dụ cài đặt điện áp thử nghiệm 350kV, điện áp bảo vệ 450kV lý (do cố, ảnh hưởng mơi trường, chất lượng mẫu thử …), điện áp đầu Module cấp qua vật thử bị tăng vọt lên cao nhiều so với điện áp cài đặt để thử nghiệm điện áp đạt tới mức điện áp bảo vệ cài đặt hệ thống tự động ngắt để bảo vệ mẫu thử tránh khỏi cố Bước 3: Sau kiểm tra thơng số cài đặt cấu hình cài đặt bảo vệ, nhấn phím ON bàn điều khiển để mở cấp nguồn cho đầu vào Regulator Bước 4: Nhấn giữ nút RAISE để bắt đầu trình nâng điện áp Quan sát giá trị điện áp đầu thời hình điều khiển hiển thị (1) Khi giá trị điện áp đầu đạt mức điện áp cần thử nghiệm nhả tay khỏi nút RAISE để hệ thống trì điện áp đầu giá trị thời Bước 5: để bấm thời gian ngâm điện áp cho mẫu thử nhấn phím F1 mà điều khiển để bắt đầu chạy đồng hồ bấm Trong trường hợp muốn bấm lại từ đầu nhấm phím F2 để đưa giá trị thời gian bấm mức 00:00:00 ban đầu Bước 6: Sau ngâm điện áp mẫu thử khoảng thời gian cần thiết, tiến hành hạ thấp mức điện áp mức điện áp ban đầu cách nhấn giữ nút bấm LOWER bàn điều khiển Điện áp lúc giảm dần tới mức thấp (0 kV) Bước 7: Khi điện áp mức kV nhấn nút STOP bàn điều khiển để ngắt điện cấp vào, nhấn nút EMERGENCY stop để kết thúc trình thử nghiệm 5.2 Các bước thao tác thử nghiệm theo chế độ chu kỳ tự động Thực bước mục phần này, người vận hành nhấn phím F2 để chọn chế độ vận hành chu kỳ tự động, tiếp thực thao tác thử nghiệm theo bước sau: Bước 1: Sau hình chế độ điều khiển tự động xuất hình đây, người vận hành kiểm tra cấu hình cài đặt hình điều khiển xem với cấu hình thực tế thiết bị hay chưa Cụ thể kiểm tra cấu hình đầu Module cao áp (ô hiển thị 20), cấu hình theo Module chọn OUTPUT “1 SINGLE”, cấu hình Module song song chọn OUTPUT “2 PARALLEL” … Tương ứng cấp điện áp đầu (ô hiển thị 13), để cài đặt cấp điện áp đầu nhấn phím F10 Cấu hình Module cao áp điện áp đầu phải cài đặt với thực tế lắp ráp thiết bị thử nghiệm Cấu hình cài đặt Module cấp điện áp thử nghiệm cho theo bảng Hình Màn hình điều khiển tự động Bước 2: Cài đặt mức điện áp bảo vệ (phím F4) Mức điện áp bảo vệ mức điện áp trường hợp đầu Module cao áp đạt tới hệ thống tự động ngắt để bảo vệ mẫu thử Ví dụ cài đặt điện áp thử nghiệm 350kV, điện áp bảo vệ 450kV lý (do cố, ảnh hưởng môi trường, chất lượng mẫu thử …), điện áp đầu Module cấp qua vật thử bị tăng vọt lên cao nhiều so với điện áp cài đặt để thử nghiệm điện áp đạt tới mức điện áp bảo vệ cài đặt hệ thống tự động ngắt để bảo vệ mẫu thử tránh khỏi cố Bước 3: Sau kiểm tra thông số cài đặt cấu hình cài đặt bảo vệ, nhấn phím ON bàn điều khiển để mở cấp nguồn cho đầu vào Regulator, lúc hệ thống bắt đầu trình thử nghiệm tự động theo chu kỳ Sau điện áp nâng tới giá trị thử nghiệm trì khoảng thời gian đặt trước, hệ thống tự động tiến hành hạ thấp mức điện áp mức ban đầu kV Bước 4: Khi điện áp mức kV nhấn nút STOP bàn điều khiển để ngắt điện cấp vào, nhấn nút EMERGENCY để kết thúc trình thử nghiệm IV KẾT LUẬN Thử nghiệm AC hạng mục thử nghiệm quan trọng kỹ thuật thử nghiệm điện cao áp nhằm kiểm tra cách điện TBĐ cao áp Tuy nhiên điều kiện trước nước chưa có HTTN để thực cơng việc này, nên phần lớn TBĐ cao áp trước đưa vào vận hành lưới điện quốc gia chưa tiến hành thử nghiệm hạng mục điều kiện mơi trường Việt Nam Chính cơng tác kiểm định thử nghiệm trước, sau đưa vào vận hành trang bị điện cao áp nhu cầu cần thiết sản xuất, nên nhà nước đầu tư hệ thống thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp để thử nghiệm cho TBĐ tới cấp điện áp 500kV giao cho HVLAB-Viện Năng lượng quản lý Qua nghiên cứu số vấn đề lý luận thử nghiệm AC, đề tài sâu nghiên cứu, phân tích sở lý thuyết phương pháp luận KTĐ cao áp Trên sở đó, vấn đề quy trình thử nghiệm hệ thống mục đích, dạng xung, mạch đấu nối thử nghiệm, đo lường tín hiệu, xử lý số liệu,… xem xét cách bản, làm sở biên soạn QTTN AC để thử nghiệm TBĐ tới cấp điện áp 500kV chi tiết phục vụ khai thác HVLAB mục tiêu đề ban đầu đề tài Kiến nghị Bộ Công Thương xây dựng khung pháp lý công tác thử nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp cho TBĐ cao áp trước, sau đưa vào vận hành, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, công nghệ điều kiện Việt Nam, phát huy hết hiệu hệ thống thử nghiệm nhà nước đầu tư TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phenix technologies (2011), “AC DIELECTRIC TEST SET TYPE 600CD”, USA [2] E Kuffel (2000), “High Voltage Engineering Second edition”, University of Manitoba, Winnipeg, Canada [3] Dieter Kind, Kurt Feser (2005), “High Voltage Test Techniques Second edition” [4] Harald Schwarz (1999), “Megavolts in Cottbus” [5] Hylten, Cavallius (1986), “High Voltage Laboratory Planning” [6] Frank H (1991), “3 MV AC Voltage Testing Equipment with Switching Voltage Extension” [7] IEC 60076-3 (2009), “Power transformers - Part 3: Insulation levels, dielectric tests and external clearances in air” [8] IEC 60060-1 (2009), “High-voltage test techniques Part 1: General definitions and test requirements” [9] Audoli A et Drommi J L (1991), “Analysis of Partial Discharges Measurments and Generator Technology Evolution”, Proceeding of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, Tokyo, Japan, pp.687-690 Địa liên hệ: Phòng Nghiên cứu Kỹ thuật điện cao áp vật liệu cách điện – Viện Năng lượng; số Tôn Thất Tùng – Đống Đa – Hà Nội; Điện thoại: Nguyễn Hữu Kiên; Mobile: 091.352.7553 Email: kien_p18@yahoo.com