Phân tích Sự cố Cách điện Nội bộ trong Thiết bị GIS và Phương pháp Kiểm tra Cách điện

Dây dẫn điện áp cao có gai

Trong quá trình lắp đặt dây dẫn điện áp cao, va chạm hoặc trầy xước tình cờ có thể gây ra các gai kim loại trên bề mặt dây dẫn, như được thể hiện trong Hình 1. Dưới điện áp tần số công nghiệp, hiệu ứng ion hóa của điện trường mạnh ở đầu gai tạo ra các hạt mang điện, có thể ức chế phóng điện cục bộ (PD) hoặc sự cố điện. Tuy nhiên, dưới điện áp xung, quá trình ion hóa do điện trường mạnh không có đủ thời gian để phát triển, khiến PD và sự cố điện dễ xảy ra hơn.

Chất bẩn trên bề mặt cách điện

Trong quá trình lắp ráp GIS, việc làm sạch tại chỗ thường không đủ, cho phép bụi lọt vào GIS và lắng đọng trên bề mặt cách điện. Trong một số trường hợp, quy trình sản xuất kém để lại chất dính trên cách điện. Những khuyết tật này thường gây ra sự cố điện trong các bài kiểm tra chịu điện áp tại chỗ. Năng lượng được giải phóng trong quá trình sự cố thường loại bỏ các chất bẩn, khiến việc tìm thấy dấu vết trên bề mặt cách điện hoặc các thành phần khác trở nên khó khăn trong quá trình phân tích sau sự cố. Hình 2 hiển thị một cách điện đã trải qua sự cố tại chỗ, không có bất kỳ dị thường nào nhìn thấy trên bề mặt.

Các thành phần kim loại lỏng lẻo

Trong quá trình vận chuyển hoặc hoạt động, rung động cơ học có thể khiến nắp che, các thành phần kim loại khác và vít cố định bị lỏng. Liên kết điện kém trong những trường hợp này dẫn đến phóng điện cục bộ (PD), theo thời gian có thể phát triển thành sự cố điện. Hình 3 minh họa cấu trúc lắp đặt của nắp che dễ gặp phải vấn đề này.

Bột kim loại bên trong vỏ bọc

Trong quá trình vận chuyển hoặc hoạt động, rung động cơ học có thể gây ma sát giữa các thành phần kim loại, tạo ra bột kim loại. Vệ sinh tại chỗ không đầy đủ trong quá trình lắp đặt có thể để lại bụi hoặc hạt kim loại trên bề mặt bên trong vỏ bọc. Ngoài ra, phóng điện cục bộ do liên kết điện kém có thể tạo ra hạt kim loại hoặc hợp chất kim loại. Hình 3 hiển thị bột được tạo ra bởi phóng điện từ liên kết kém của nắp che. Trong quá trình hoạt động, việc nhảy của bột kim loại có thể dẫn đến sự cố điện.

Phương pháp kiểm tra khuyết tật cách điện GIS
Thử nghiệm chịu điện áp

Các thử nghiệm chịu điện áp là cần thiết trong quá trình bàn giao và sau đại tu lớn. DL/T 555-2004 Hướng dẫn về thử nghiệm chịu điện áp và cách điện tại chỗ của thiết bị đóng cắt khí kín bằng kim loại quy định yêu cầu và phương pháp cho các thử nghiệm tại chỗ [4]. Điện áp xoay chiều nhạy cảm với các hạt dẫn điện tự do và các tạp chất khác, phù hợp để phát hiện khuyết tật như chất bẩn trên bề mặt cách điện, các thành phần kim loại lỏng lẻo và bột kim loại bên trong vỏ bọc. Điện áp xung, hiệu quả trong việc nhận biết các chất bẩn và cấu trúc điện trường bất thường, lý tưởng để phát hiện các gai kim loại và bột kim loại bên trong.

Thử nghiệm phóng điện cục bộ (PD)

Trong các thử nghiệm chịu điện áp tại chỗ, việc đo PD nên được thực hiện đồng thời. Phương pháp dòng xung hiện tại là cách tiếp cận chính để đo tín hiệu PD dưới điện áp thử nghiệm tần số công nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp này thường không phát hiện được khuyết tật như gai kim loại và bột kim loại bên trong. Do đó, việc đo PD trong các thử nghiệm chịu điện áp xung là cần thiết. Để tránh nhiễu trong mạch thử nghiệm dưới điện áp xung, các phương pháp phát hiện tần số cao, siêu tần số cao (UHF) hoặc siêu âm có thể được sử dụng.

Phát hiện PD trực tiếp và giám sát trực tuyến

Đối với các khuyết tật như các thành phần kim loại lỏng lẻo và bột kim loại được tạo ra trong quá trình hoạt động, phát hiện PD trực tiếp và giám sát trực tuyến nên được thực hiện tích cực. Tùy thuộc vào nguyên lý của cảm biến, các phương pháp phát hiện trực tiếp bao gồm UHF và siêu âm. Phát hiện trực tiếp phù hợp cho các cuộc kiểm tra định kỳ, trong khi giám sát trực tuyến lý tưởng cho việc theo dõi các khuyết tật đã biết.

Kết luận và triển vọng

Các khuyết tật cách điện nội bộ của GIS chủ yếu bao gồm bốn loại: gai dây dẫn điện áp cao, chất bẩn trên bề mặt cách điện, các thành phần kim loại lỏng lẻo và bột kim loại bên trong. Để ngăn chặn các khuyết tật này phát triển thành sự cố, các thử nghiệm cách điện và phát hiện PD nên được thực hiện trong quá trình bàn giao và hoạt động. Đối với các khuyết tật phổ biến như gai kim loại và bột kim loại trong các thử nghiệm bàn giao, việc phát hiện PD dưới điện áp xung nên được ưu tiên.