Đăng ký thành viên

Một nghiên cứu trước đây đã nghiên cứu sự cố cơ học của một vật cách điện composite 500kV trong một môi trường tương đối sạch ở miền Hoa Trung (Trung Quốc). Sự cố này không thể hiện các đặc điểm điển hình của hiện tượng nứt vỡ của vật liệu giòn. Nó là do tích tụ ẩm bên trong khi liên kết kém giữa lớp bọc và thanh lõi trong quá trình chế tạo. Sau đó, lõi của vật cách điện bị xuống cấp dần do quá trình lão hóa bởi nước gây ra cho đến khi không còn đủ sức bền để chịu tải.

Sau đó, nhiều sự cố cơ học khác cũng đã được báo cáo ở miền Hoa Nam, một trong số đó liên quan đến vật cách điện hình chữ I (vật cách điện hình thanh) trên đường dây 500kV. Ban đầu người ta lo ngại rằng đây là một ví dụ khác của cùng một chế độ sự cố liên quan đến sai sót chế tạo. Tuy nhiên, khảo sát sau đó đã hé lộ một cách giải thích khác: Vỏ bọc cao su silicone bị xói mòn nghiêm trọng do phóng điện vầng quang cường độ cao, dẫn đến hơi ẩm và axit xâm nhập vào lõi, làm xói mòn vật liệu thanh cách điện. Thật vậy, san bằng điện trường gần đầu dây mang điện là một yêu cầu quan trọng đối với vật cách điện composite làm việc trên đường dây điện áp cao, đặc biệt là ở những khu vực có mức độ ô nhiễm cao kết hợp với tình trạng ẩm ướt thường xuyên.

Thay thế chuỗi cách điện hình chữ I bị hỏng trên cột điện 500kV bị ảnh hưởng tại  Nhà máy điện hạt nhân Vịnh Đại Á cấp điện cho khu vực, bao gồm cả đặc khu hành chính Hồng Kông gần đó  (Ảnh st)

Đường dây 500kV Lĩnh Thâm là một trong số nhiều đường dây tỏa ra khắp vùng nông thôn xung quanh Nhà máy điện hạt nhân Vịnh Đại Á ở miền Đông Nam Trung Quốc. Đường dây hai mạch điện này do Cục Điện lực Thâm Quyến (thuộc Công ty Lưới điện miền Nam Trung Quốc) vận hành và chạy trên địa hình đồi núi. Ở một số đoạn đường dây, các mạch điện này chạy trên cùng cột điện nhưng dọc theo các đoạn khác lại sử dụng các cột điện khác nhau.

Các cột điện điển hình đỡ một và hai mạch điện của Đường dây 500kV Lĩnh Thâm (Ảnh st)

Phơi nhiễm đường dây này chủ yếu đến từ biển, điểm gần nhất chỉ cách biển khoảng 2km. Các kỹ sư đánh giá môi trường dịch vụ của đường dây này là khoảng từ Cấp II đến Cấp IV trên thang ô nhiễm được sử dụng ở Trung Quốc, tùy thuộc vào đoạn đường dây và mức độ phơi nhiễm của gió từ bờ biển.

 Hai lớp phủ silicone RTV (lưu hóa ở nhiệt độ phòng) khác nhau bọc trên thanh thủy tinh cách điện chịu lực căng trên dây đường dây Lĩnh Thâm (Ảnh st)

Ảnh chụp cận cảnh các đĩa thủy tinh phủ silicone RTV hé lộ hình mẫu lắng đọng ô nhiễm, với sự “nhỏ giọt” rõ ràng ra khỏi các cạnh dưới của lớp phủ (ảnh trái) cũng như bằng chứng về hoạt động phóng điện trên đĩa gần dây dẫn nhất (ảnh phải) (Ảnh st)

Được xây dựng cách đây hơn một thập kỷ, đường dây ban đầu được cách điện bằng chuỗi cách điện mũ và ti nhưng sau đó được thay thế bằng các thanh cách điện dài silicone do vấn đề về độ ồn cao. Các thanh thủy tinh đã được sử dụng trong các ứng dụng kéo nhưng sau đó được phủ bằng vật liệu silicone RTV để cải thiện tính năng.

Vật cách điện bị nứt vỡ được tháo ra để thanh tra (Ảnh st)

Thật may mắn là vật cách điện silicone bị sự cố này nằm trong một cấu hình chuỗi hình chữ I kép nên không xảy ra gián đoạn dịch vụ. Các kỹ sư tại Cục Điện lực Thâm Quyến coi đây là sự xác thực về việc nên áp dụng không chỉ các cấu hình chuỗi kép trên các đường dây quan trọng mà còn cả các điểm treo riêng biệt. Do vậy, nếu một chuỗi bị đứt vỡ, như trong trường hợp này, chuỗi kia vẫn có thể chịu được điện áp và tải trọng làm việc.

Thật vậy, dựa trên kinh nghiệm này, để tăng độ tin cậy của đường dây Lĩnh Thâm, hầu hết các cột điện chuỗi composite đơn có sự khác biệt tương đối lớn về độ cao so với cột liền kề hoặc có độ dài nhịp dài hơn bình thường sau đó đã được cải tạo thành chuỗi kép.

Vật cách điện bị nứt gãy đã được tháo ra và gửi đi phân tích để xác định nguyên nhân hư hại. Phát hiện chính là hoạt động phóng điện cục bộ ở mức cao không thể chấp nhận được ở gần đầu cuối mang điện dưới cường độ điện trường cao. Điều này dẫn đến xói mòn nghiêm trọng lớp vỏ cao su silicone của vật cách điện. Suy ra rằng, do môi trường làm việc của đường dây là ô nhiễm và ẩm ướt, các vòng chống vầng quang đã không được thiết kế thích hợp cho các điều kiện như vậy.

Các góc nhìn khác nhau về vật cách điện hỏng hé lộ bằng chứng về sự xói mòn nghiêm trọng ở thân cũng như mũ vật cách điện. Cũng có bằng chứng về hoạt động phóng điện vầng quang trên đầu mang điện của phụ kiện (Ảnh st)

Với mối quan ngại này, Văn phòng Điện lực Thâm Quyến đã thiết lập một chương trình để thanh tra tất cả các vật cách điện của đường dây để xác định xem vấn đề này có tính phổ biến hay chỉ cá biệt với một vật cách điện có thể bị khiếm khuyết hoặc do lắp đặt không đúng cách. Tổng cộng hơn 600 chuỗi đã được xem xét trong những tháng tiếp theo như một phần của chương trình thanh tra có hệ thống bằng cách sử dụng máy ảnh hồng ngoại cầm tay. Quá trình cho thấy khoảng 85 vật cách điện dạng chuỗi đang “nóng”, tức là có nhiệt độ cao bất thường ở gần đầu dây mang điện của chúng so với môi trường xung quanh.

Thanh tra bảo trì sử dụng máy ảnh IR cầm tay để theo dõi nhiệt độ gần đầu cuối phụ kiện của vật cách điện trên đường dây Lĩnh Thâm (Ảnh st)

Để thu thập thêm dữ liệu về vấn đề này, các vật cách điện “nóng” đã được tháo ra và phân chia thành năm loại dựa trên gradient nhiệt độ tăng cao của chúng: 1-3°C; 3-5°C; 5-7°C; 7-10°C; và cao hơn 10°C. Mỗi vật cách điện đều được gắn thẻ với thông tin chi tiết, bao gồm cột cụ thể, thứ tự pha, vị trí ở bên phải hoặc bên trái, v.v. Tổng cộng 20 vật cách điện từ 5 loại này (mỗi loại 4 vật cách điện) sau đó đã được gửi đi thử nghiệm để nghiên cứu các nguyên nhân phát nóng quá mức có thể có.

Theo ý kiến tư vấn của các chuyên gia của Đại học Thanh Hoa cơ sở Thâm Quyến và từ Công ty Lưới điện Phương Nam (Trung Quốc), một chương trình bảo trì sau đó đã được thiết lập để theo dõi đường cong nhiệt độ của tất cả các vật cách điện của đường dây. Theo các chuyên gia này cũng như Hướng dẫn kỹ thuật chẩn đoán hồng ngoại của thiết bị điện áp cao mang điện (DL/T 664-2008), bất kỳ chuỗi nào có nhiệt độ tối đa được phát hiện cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh ít nhất 5°C đều phải được thay thế bằng một chuỗi kép trong hầu hết nhưng không phải tất cả các trường hợp.

Cuối cùng, vài chục chuỗi đã được thay thế bằng vật cách điện từ một nhà cung cấp khác có cùng hình dạng và đường rò cơ bản nhưng có thiết kế vòng chống vầng quang khác. Trong khi các vật cách điện ban đầu được trang bị các vòng có bề mặt dưới lõm, các vòng trên vật cách điện thay thế có bề mặt trên và dưới lồi.

 (Từ trên bên trái) Chuỗi chữ V với vật cách điện ban đầu (trái) và thiết bị thay thế với vòng chống vầng quang khác (phải). Chuỗi kép với vật cách điện thay thế mới. Phần cứng trên chuỗi kép với vật cách điện ban đầu cho thấy bằng chứng về chống vầng quang dưới dạng các vết cacbon trên bề mặt. (dưới cùng bên phải). Chuỗi đơn với vật cách điện thay thế mới (Ảnh st)

Ví dụ về quét tia hồng ngoại của các vật cách điện chuỗi đơn và kép dọc theo đường dây Lĩnh Thâm (Ảnh st)

Theo các chuyên gia tại Đại học Thanh Hoa cơ sở Thâm Quyến, kinh nghiệm này đã khẳng định tính quan trọng của việc kiểm soát vầng quang trên các vật cách điện bằng cao su silicone do hoạt động phóng điện cục bộ dưới cường độ trường điện cao. Nó cũng cung cấp cái nhìn sâu sắc về một số biện pháp xử lý thực tế có thể được thực hiện nếu những tình huống như vậy xảy ra. Quan trọng không kém là nó nhấn mạnh sự cần thiết phải theo dõi một cách có hệ thống tình trạng của vật cách điện composite thông qua các quy trình chẩn đoán đã được xác lập, chẳng hạn như quét tia hồng ngoại về đường cong nhiệt của chúng, để phát hiện các vấn đề ban đầu trước khi chúng dẫn đến sự cố.