Nghiên cứu về Công nghệ Lắp đặt Thiết bị GIS trong Xây dựng Trạm biến áp 110 kV

Thiết bị đóng cắt cách điện khí (GIS) bao gồm các thiết bị như cầu chì, công tắc cách ly, công tắc tiếp đất, biến dòng, biến áp, chống sét, thanh bus, kết nối và đầu ra. Với độ tin cậy cao hơn, an toàn hơn và chiếm không gian tương đối nhỏ, nó được sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế và xây dựng trạm biến áp điện áp cao. Trong các khu vực đô thị và có mật độ dân số cao, GIS là lựa chọn ưu tiên do cấu trúc gọn gàng và hiệu suất cách điện tuyệt vời.

Tuy nhiên, các trạm biến áp lớp 110 kV gặp nhiều thách thức trong quá trình lắp đặt thiết bị GIS. Những thách thức này bao gồm việc định vị chính xác thiết bị, các kết nối điện phức tạp, và việc vận hành và kiểm tra hệ thống. Ngoài ra, thiết kế kỹ thuật của trạm biến áp cũng phải xem xét không gian cho việc vận hành và bảo trì thiết bị, đảm bảo rằng tất cả các thành phần điện hoạt động đáng tin cậy và có thể được nâng cấp hoặc bảo dưỡng dễ dàng trong tương lai.

Yêu cầu Lắp Đặt Thiết Bị GIS trong Trạm Biến Áp 110 kV

Lợi thế cốt lõi của thiết bị GIS chứng nhận IEC 62271 - 203 nằm ở thiết kế gọn gàng và hiệu suất điện tuyệt vời, cho phép nó thực hiện truyền tải và phân phối dòng điện cao áp trong không gian hạn chế. Do đó, trong quá trình lắp đặt tại các trạm biến áp 110 kV, cần phải xem xét kỹ lưỡng về cấu hình thiết bị, bố trí không gian và tính tương thích với các hệ thống hiện có.

Trước hết, trước khi lắp đặt, kích thước của vị trí lắp đặt đã xác định trước cần được đo đạc, và đảm bảo rằng vị trí này đáp ứng được các yêu cầu môi trường cho việc vận hành thiết bị, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và khả năng chịu lực động đất. Bước này rất quan trọng, vì hiệu suất của thiết bị GIS chứng nhận IEC 62271 - 203 bị ảnh hưởng đáng kể bởi môi trường lắp đặt.

Thứ hai, cần lập kế hoạch cẩn thận cho phương án lắp đặt điện để đảm bảo rằng tất cả các kết nối điện được thực hiện theo đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn của Mạng Điện Quốc Gia. Điều này bao gồm việc thiết kế và bố trí hệ thống tiếp đất, đường dây cáp và các hệ thống bảo vệ cho thiết bị GIS chứng nhận IEC 62271 - 203. Mỗi khía cạnh đều phải được thực hiện chính xác để tránh mọi rủi ro an toàn tiềm ẩn.

Công nghệ Lắp Đặt Thiết Bị GIS
Chuẩn Bị và Vận Chuyển Thiết Bị

Trong quá trình vận chuyển, thiết bị GIS—bao gồm các vỏ kim loại nặng (thường vài tấn) và các thành phần điện nhạy cảm—cần kiểm soát rung từ 3–60 Hz và gia tốc ≤0.3g (gia tốc trọng lực). Các giao thức vận chuyển phải tuân thủ các tiêu chuẩn thiết bị điện để giảm thiểu các cú sốc đến các thành phần nhạy cảm và giảm tỷ lệ hỏng hóc trước khi lắp đặt.

Bao bì nên sử dụng vật liệu chống rung và chống nước. Ví dụ, các công tắc chính phải được bọc hoàn toàn bằng bọt dày ≥10 cm và được củng cố bằng vỏ PVC cứng, theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Các chất hút ẩm nên duy trì độ ẩm bên trong ≤40% để ngăn chặn sự xâm nhập của độ ẩm.

Điều kiện lưu trữ yêu cầu kiểm soát nhiệt độ từ -10°C đến 40°C với độ ẩm tương đối ≤70% để bảo vệ các vật liệu kim loại và cách điện. Khu vực lưu trữ phải được che chắn khỏi nhiễu điện từ, bụi và các tác nhân ăn mòn. Do trọng lượng của thiết bị GIS thường vượt quá 25 tấn, thiết bị nâng cần có sức nâng ≥30 tấn với độ ổn định đáp ứng yêu cầu xây dựng. Tốc độ xử lý không nên vượt quá 2 m/phút để tránh hư hỏng do va chạm.

Kiểm tra trên hiện trường trước khi lắp đặt là rất quan trọng, bao gồm điện trở cách điện, điện trở tiếp đất và kiểm tra pha. Tất cả các kết quả phải tuân thủ các tiêu chuẩn để đảm bảo hiệu suất thiết bị đạt yêu cầu thiết kế. Yêu cầu kỹ thuật cho vận chuyển và chuẩn bị được chi tiết trong Bảng 1. Ngoài ra, giá cầu chì 145kV là yếu tố quan trọng trong việc mua sắm và đánh giá chi phí tổng thể của dự án.

Xử Lý và Định Vị Thiết Bị
Khi di chuyển thiết bị GIS, tải trọng thiết kế của thiết bị nâng thường cao hơn 25% so với trọng lượng tự thân của thiết bị để đảm bảo một biên độ an toàn trong quá trình di chuyển. Ví dụ, khi trọng lượng mô-đun GIS là 20 tấn, thì cần sử dụng cần cẩu có sức nâng ít nhất 25 tấn. Đồng thời, độ ổn định của cần cẩu cần được đánh giá để tránh ngã đổ do sai lệch tải trọng trong quá trình hoạt động. Trong quá trình vận chuyển thực tế của thiết bị GIS, tốc độ vận chuyển không nên vượt quá 2 m/phút. Điều này giúp giảm rung động và hư hỏng tiềm ẩn của thiết bị do tốc độ quá cao. Trước mỗi lần di chuyển, cần kiểm tra xem có đủ không gian và mặt phẳng hỗ trợ ổn định trên đường đi hay không để tránh việc thiết bị nghiêng hoặc rơi do hoạt động trên mặt đất không bằng phẳng. Trong quá trình định vị, độ chính xác là yếu tố quan trọng. Độ lệch vị trí khi lắp đặt thiết bị GIS phải được kiểm soát trong ±5mm để đảm bảo kết nối chính xác giữa các giao diện thiết bị và tính toàn vẹn của hệ thống. Việc đạt được độ chính xác này thường được hỗ trợ bởi máy đo khoảng cách laser độ chính xác cao và mức điện tử. Công việc chuẩn bị tại điểm lắp đặt bao gồm việc đo độ phẳng của mặt đất, với tiêu chuẩn là không quá 3mm chênh lệch chiều cao mỗi mét vuông. Yêu cầu môi trường cho việc lắp đặt thiết bị GIS là số hạt có đường kính lớn hơn 0,5 µm trong không khí khu vực lắp đặt không vượt quá 352.000 hạt mỗi mét khối. Vì vậy, thường thiết lập một môi trường phòng sạch tạm thời tại hiện trường lắp đặt, và sử dụng bộ lọc không khí hiệu suất cao (HEPA) để duy trì chất lượng không khí và ngăn chặn bụi và hạt vào thiết bị trong quá trình lắp đặt. Yêu cầu kỹ thuật cho việc xử lý và định vị thiết bị được hiển thị trong Bảng 2.

Lắp Ráp Thành Phần

Các mối ghép của thành phần phải có khả năng kín cực kỳ cao để ngăn ngừa rò rỉ khí. Đối với thiết bị GIS, tỷ lệ rò rỉ khí SF₆ hàng năm không nên vượt quá 0,5%. Chỉ số này liên quan trực tiếp đến cường độ cách điện và khả năng chống hồ quang của thiết bị. Để đáp ứng yêu cầu này, vật liệu đệm kín sử dụng trong quá trình lắp ráp phải có tính chịu nhiệt và chịu áp suất tốt. Hơn nữa, độ nén của đệm kín nên được đặt từ 35% - 50% để đảm bảo hiệu quả kín lâu dài.

Trong quá trình lắp ráp cụ thể, tất cả các điểm kết nối phải được xiết chặt bằng tuốc nơ vít lực theo lực xiết quy định của nhà sản xuất. Ví dụ, đối với các bulông chủ yếu mang dòng điện, lực xiết nên là 100 - 120 N·m để đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy của kết nối điện.

Kết Nối Điện

Nhiệm vụ chính của kết nối điện là đảm bảo rằng tất cả các thành phần dẫn điện và các điểm kết nối đều có độ dẫn điện và độ ổn định cơ học đủ. Trong quá trình kết nối, lực xiết tại tất cả các điểm kết nối điện phải tuân theo yêu cầu của nhà sản xuất để đảm bảo các kết nối chắc chắn và ổn định lâu dài. Tất cả các bulông và bề mặt tiếp xúc phải được làm sạch và xử lý trước, thường bao gồm việc loại bỏ lớp oxit và phủ chất bôi trơn dẫn điện để giảm điện trở tiếp xúc.

Đo điện trở tiếp xúc là bước quan trọng trong kiểm soát chất lượng kết nối điện. Điện trở tiếp xúc tại các điểm kết nối không nên vượt quá mức micro-ohm, với các giá trị cụ thể được xác định theo loại và kích thước của mối ghép [5]. Để đáp ứng tiêu chuẩn này, mỗi điểm kết nối phải được kiểm tra bằng máy đo điện trở chính xác để đảm bảo rằng tất cả các kết nối nằm trong phạm vi điện trở quy định.

Trong môi trường điện áp cao, cách điện điện cũng là một khía cạnh quan trọng của kết nối điện. Mỗi điểm kết nối và thành phần cách điện phải chịu được ít nhất 1,5 lần điện áp hoạt động bình thường. Đối với thiết bị GIS 110 kV, điều này có nghĩa là chịu được ít nhất 165 kV. Xử lý chống thấm nước và chống ẩm cho tất cả các kết nối điện là cần thiết, đặc biệt là cho các cơ sở trạm biến áp hoạt động ngoài trời hoặc trong môi trường ẩm ướt. Các mối ghép và thiết bị đầu cuối nên sử dụng công nghệ kín đạt tiêu chuẩn bảo vệ IP65 hoặc cao hơn để ngăn chặn độ ẩm và chất ô nhiễm xâm nhập vào hệ thống điện. Yêu cầu kỹ thuật chính cho kết nối điện được hiển thị trong Bảng 3.

Kiểm Tra Hoạt Động

Các kiểm tra hoạt động thường bắt đầu từ các kiểm tra đơn vị và dần tiến đến các kiểm tra hệ thống tổng thể. Trong các kiểm tra điện trở cách điện, mục tiêu là đảm bảo rằng tất cả các vật liệu cách điện vẫn ở trạng thái tốt và không bị hư hại trong quá trình lắp đặt. Để đánh giá sức mạnh cách điện của thiết bị GIS, các kiểm tra chịu điện áp là cần thiết. Đối với thiết bị GIS 110 kV, điện áp thử nghiệm xoay chiều áp dụng trong kiểm tra chịu điện áp ít nhất là 230 kV, kéo dài 1 phút, để kiểm tra hiệu suất của hệ thống trong điều kiện điện áp cao.

Các kiểm tra phóng điện cục bộ (PD) đặc biệt quan trọng để đánh giá sự an toàn của thiết bị GIS. Phóng điện cục bộ là dấu hiệu sớm của sự suy giảm vật liệu cách điện. Do đó, giám sát và kiểm soát hoạt động PD là quan trọng để ngăn ngừa sự hỏng hóc của thiết bị. Số lượng phóng điện ghi nhận trong quá trình kiểm tra không nên vượt quá 5 pC. Các kiểm tra PD được thực hiện bằng các thiết bị phát hiện âm thanh tại các tần số cụ thể để đảm bảo rằng tất cả các hoạt động phóng điện được phát hiện và đánh giá chính xác.

Các kiểm tra hoạt động cơ khí của cầu chì cũng là một phần của các kiểm tra hoạt động. Chúng bao gồm nhiều lần mở và đóng liên tiếp của cầu chì. Thông thường, ít nhất 50 lần hoạt động cơ khí mà không có sự hỏng hóc là cần thiết để xác minh độ tin cậy hoạt động. Thời gian cho mỗi hoạt động được ghi lại và so sánh với thời gian hoạt động chuẩn do nhà sản xuất cung cấp, thường nằm trong khoảng 30 - 50 ms. Các kiểm tra đồng bộ hóa hệ thống cũng là không thể thiếu. Kiểm tra này được sử dụng để xác minh hiệu suất đồng bộ của các thành phần như cầu chì và công tắc cách ly trong quá trình hoạt động thực tế. Sai số đồng bộ phải được kiểm soát trong ±10 ms để đảm bảo rằng tất cả các hoạt động được hoàn thành mượt mà trong khoảng thời gian yêu cầu của lưới điện.

Cuối cùng, các kiểm tra chức năng hệ thống tổng thể được thực hiện, bao gồm việc kiểm tra các hệ thống bảo vệ và kiểm soát. Bước này đảm bảo rằng tất cả các rơ-le bảo vệ, các mô-đun kiểm soát và các thiết bị truyền thông có thể phản hồi chính xác với các tình huống lỗi và hoạt động được đặt trước. Các tình huống lỗi khác nhau được mô phỏng trong quá trình kiểm tra để xác minh thời gian phản ứng và độ chính xác của các hành động. Thời gian phản ứng cho tất cả các hành động thường yêu cầu nằm trong 100 ms.

Kết Luận

Việc áp dụng thiết bị GIS trong các trạm biến áp 110 kV không chỉ tối ưu hóa quy trình lắp đặt hiện tại và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống, mà còn cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ cho sự tiến bộ công nghệ trong ngành điện. Bằng cách nghiên cứu sâu kỹ thuật lắp đặt thiết bị GIS, các tài liệu tham khảo quý giá có thể được cung cấp cho các nhà thiết kế. Điều này giúp họ đưa ra các quyết định khoa học và hiệu quả hơn khi đối mặt với các thách thức kỹ thuật phức tạp, từ đó cải thiện tỷ lệ thành công của các dự án trạm biến áp.