Đăng ký thành viên

Trải nghiệm với vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV ở khu vực bị nhiễm muối cao

Năm 1996, lần đầu tiên Peru lắp đặt các vật cách điện polyme với mục tiêu giảm nhu cầu rửa cách điện thường xuyên trên các đường dây điện truyền tải ở các khu vực ven biển bị ô nhiễm muối nặng, độ ẩm cao và lượng mưa khan hiếm. Tuy nhiên, chỉ sau vài năm dịch vụ đã xảy ra 17 sự cố do vỡ lõi cách điện. Điều này buộc TSO (Cơ quan điều hành hệ thống truyền tải điện) Red de Energia del Peru (REP) phải suy nghĩ lại chiến lược lựa chọn và bảo trì cách điện.

Bắt đầu từ năm 2009, Peru lắp đặt các vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV để thay thế các loại polyme trên các đường dây điện ở các khu vực ven biển có vấn đề. Tuy nhiên, mặc dù nghiên cứu về lớp phủ gợi ý rằng việc tăng cường khả năng chống chịu ô nhiễm đạt kết quả tốt thì các báo cáo từ hiện trường lại mô tả những trường hợp mà tính năng giảm xuống dưới mức kỳ vọng. Điều này là do nhiều yếu tố như mất đi nhanh chóng tính kỵ nước, suy giảm khả năng ngăn chặn hoạt động phóng điện cục bộ và nghiền lớp phủ thành bột.

Bài báo gửi đăng trên Tạp chí INMR đã mô tả trải nghiệm về các vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV đã được lắp đặt trên các đường dây truyền tải ở bờ biển Peru. Nhờ đó, REP đã đưa ra chiến lược bảo trì và thay thế tối ưu vật cách điện trong các điều kiện sử dụng khắc nghiệt.

Các đường dây truyền tải đầu tiên do REP xây dựng ở các khu vực ven biển được giới hạn ở cấp điện áp 220kV và đã sử dụng các vật cách  điện bằng sứ và thủy tinh. Các khu vực này thường được quan tâm đặc biệt do nhiệt độ và độ ẩm cao, sương mù dày đặc và mùa mưa ngắn không cho phép rửa các vật cách điện nhờ vào thiên nhiên.

Như thể hiện trên Hình 1, bờ biển Peru quanh năm bị ảnh hưởng bởi thành phần gió đến từ phía nam. Những cơn gió này thổi các hạt muối vào đất liền đọng lại trên bề mặt của các thành phần điện. Do đó, vật cách điện bằng sứ và thủy tinh được lắp đặt ở những khu vực này phải được vệ sinh thường xuyên. Tuy nhiên, chi phí cao khiến chiến lược bảo trì như vậy không còn khả thi về mặt kinh tế.

Hình 1: Tốc độ gió trung bình trong hai tháng trên bờ biển Peru tính bằng 10m/s (Ảnh st)

Bắt đầu từ những năm 1990, các vật cách điện bằng sứ và thủy tinh đã được thay thế bằng các loại polyme với kỳ vọng rằng các vật cách điện này sẽ không cần bảo trì trong vòng 15 năm. Thật không may, các vật cách điện polyme được chọn đã không hoạt động như kỳ vọng và trên thực tế đã gặp phải các sự cố gãy giòn. Dựa trên kinh nghiệm này, việc áp dụng các vật cách điện bằng thủy tinh phủ silicon RTV đã được triển khai từ năm 2009 để thay thế các loại bằng polyme trên các đường dây điện ở các khu vực ven biển có tỷ lệ ăn mòn và ô nhiễm cao.

Hình 2: Hỏng vật cách điện polyme 220kV ở Peru sau 7 năm lắp đặt (Ảnh st)

Chiến lược bảo trì ban đầu cho vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV

Do chưa có kinh nghiệm tại địa phương về vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV được lắp đặt ở các khu vực ven biển có điều kiện khắc nghiệt nên một loạt chiến lược bảo trì đã được phát triển nối tiếp nhau. Một phương pháp để theo dõi vật cách điện bị nhiễm mặn và nhiễm bẩn công nghiệp là thanh tra trực quan bằng cách sử dụng mức độ tỏa ra (hiện tượng phóng điện) để ước tính mức độ ô nhiễm bề mặt. Cách đánh giá như vậy được thực hiện tốt nhất bằng cách sử dụng camera quan sát ban đêm dựa vào việc không có ánh sáng nền ban ngày để dễ dàng hơn trong việc đặc tính hóa hiện tượng phóng điện.

Chiến lược ban đầu, dựa trên khuyến cáo của các nhà chế tạo lớp phủ, đã tính đến việc thay thế các vật cách điện có lớp phủ trong năm thứ 10 sau khi đưa vào vận hành. Không có bảo trì phòng ngừa nào được dự kiến trong thời gian từ lúc lắp đặt đến khi thay thế, ngoại trừ việc thanh tra trực quan định kỳ và đánh giá hiện tượng tỏa ra. Tuy nhiên, các điều kiện dịch vụ dọc theo bờ biển Thái Bình Dương của Nam Mỹ đã buộc phải đánh giá lại chiến lược này.

Thủy tinh cách điện phủ silicon RTV thực sự đã được phát hiện là cung cấp tính năng tuyệt vời dọc theo các khu vực ven biển và một số khu vực đã chứng kiến các vật cách điện này hoạt động tới 10 năm mà không gặp sự cố hay hỏng hóc nào do nhiễm muối cao từ biển. Tuy nhiên, bắt đầu từ năm thứ 5 sau khi đưa vào vận hành, từ năm 2015 đến năm 2017, các đường dây 220kV và 500kV nằm cách biển chưa đầy 5km nhưng vẫn bị ô nhiễm nặng bắt đầu gặp sự cố hoặc phóng điện do ô nhiễm.

Ví dụ, Hình 3 cho thấy một chuỗi cách điện bị ảnh hưởng được lắp đặt trên đường dây 220kV ở khu vực ven biển miền Trung giữa Huanza và Caraballo. Hình 4 cho thấy một vật cách điện đã gặp phải hiện tượng phóng điện bề mặt ô nhiễm trên đường dây truyền tải 500kV từ Chilca đến Carapongo.

Hình 3: Phóng điện do ô nhiễm trên vật cách điện thủy tinh 220kV có lớp phủ

Hình 4: Phóng điện do ô nhiễm trên vật cách điện 500kV bằng thủy tinh phủ RTV

Đường dây 500kV từ Chilca đến Carapongo chạy qua khu vực ven biển miền Trung của Peru bị ô nhiễm nặng đã ghi nhận 7 sự cố do vật cách điện bằng thủy tinh có lớp phủ bị nhiễm bẩn trong khoảng thời gian từ năm thứ 4 đến năm thứ 6 sau khi lắp đặt. Phân tích đã hé lộ:

• Sự có mặt của lớp ô nhiễm muối cao kèm các dấu hiệu phóng điện;

• Các vùng sự cố chủ yếu ở khu vực có độ ẩm cao, ô nhiễm cao và hầu như không có mưa

• Trong khi các tiêu chuẩn quốc tế coi mức độ ô nhiễm cực đoan với NSDD là 0,3 mg/cm² thì phân tích của một nhà chế tạo cách điện thủy tinh cho thấy NSDD là 1,2 mg/cm² ở khu vực này;

• Độ ẩm tăng cao trong mùa đông và mùa thu.

Phân tích nguyên nhân cốt lõi của các sự cố này chỉ ra sự cần thiết phải rà soát lại chiến lược bảo trì ban đầu áp dụng cho vật cách điện bằng thủy tinh có lớp phủ hoạt động ở những khu vực bị ô nhiễm nặng. Việc ra soát chiến lược này đã đề xuất một hoạt động mới bao gồm việc làm sạch thủ công các vật cách điện phủ silicon RTV bằng vải ướt. Ví dụ, năm 2017, các kết luận từ việc phân tích chi phí, rủi ro và tính năng của việc vệ sinh thủ công Đường dây 500 kV Chilca – Carapongo bằng vải ướt là:

 Làm sạch vật cách điện bằng thủy tinh phủ silicon RTV bằng vải ướt, được thực hiện với tần suất sau tùy theo điều kiện sử dụng tại địa phương:

• Các khu vực có độ nhiễm bẩn và độ ẩm cao (tức là đoạn đường dây giữa các trụ T-111 đến T-173): 4 năm một lần.

• Khu vực ô nhiễm trung bình, có độ ẩm cao (tức là đoạn đường giữa các trụ T-1 đến T-110): 6 năm một lần.

Người ta quyết định rằng tiêu chí tương tự này cũng nên được áp dụng cho các đường dây 220kV và 500kV khác được trang bị các vật cách điện thủy tinh có lớp phủ. Hình 5 cho thấy cách làm sạch thủ công các vật cách điện có lớp phủ.

Hình 5: Làm sạch thủ công chuỗi cách điện bằng thủy tinh phủ silicon RTV 500kV

Chiến lược bảo trì cho các đường dây điện quan trọng

Chiến lược bảo trì mô tả ở trên ban đầu đã được đề xuất áp dụng cho tất cả các đường dây được trang bị vật cách điện bằng thủy tinh có lớp phủ và hoạt động ở những khu vực có mức độ ô nhiễm rất cao. Tuy nhiên, do hạn chế về ngân sách cũng như tình trạng bất ổn kéo dài, năm 2018 đã có quyết định chỉ áp dụng chính sách này cho đường dây 500kV nối Chilca và Carapongo. Việc bảo trì cách điện trên các đường dây khác sau đó sẽ chỉ được tiến hành khi cần thiết.

Đồng thời, trong trường hợp đường dây 500kV Fenix-Chilca và Olleros-Chilca, người ta nhận thấy rằng chỉ 12 tháng sau khi vệ sinh cách điện, dòng rò thoát ra đã đạt tới mức nghiêm trọng (xem Hình 6). Hai đường dây này hoạt động ở những khu vực được đánh giá là có mức độ ô nhiễm muối từ biển rất cao. Tình huống như vậy lẽ ra đã không xảy ra vì, dựa trên tuyên bố của nhà chế tạo, lớp phủ silicon RTV dự kiến ​​sẽ phục hồi một phần tính kỵ nước ban đầu sau khi làm sạch. Do đó, không cần thiết phải làm sạch lại trong thời gian ngắn.

Hình 6: Đường dây 500kV trang bị vật cách điện bằng thủy tinh phủ RTV (tháng 2 năm 2017) (Ảnh st)

Dựa trên kinh nghiệm mới nhất này, chúng tôi thấy cần phải xem lại chiến lược bảo trì để làm sạch vật cách điện theo cách thủ công. Về vấn đề này, đánh giá chi phí, rủi ro và tính năng đã được thực hiện để điều chỉnh tần suất làm sạch trên các đường dây 500kV quan trọng (Fenix ​​– Chilca và Olleros – Chilca) cũng như trên đường dây 220kV nối Zapallal và Huacho, tất cả đều đi qua khu vực ô nhiễm muối biển cao

Đường dây 500kV Fénix-Chilca (L5011)

Đường dây truyền tải này kết nối Trạm biến áp phát điện Fenix ​​​​580MW với Trạm biến áp Chilca. Mặc dù chỉ dài 7,5km nhưng đây là đường dây điện quan trọng vì khu vực này nơi nó hoạt động bị ô nhiễm muối biển nặng nề với độ ẩm cao, đặc biệt là vào mùa đông.

 Một cuộc khảo sát đã được tiến hành để xác định tần suất tối ưu để làm sạch các vật cách điện có lớp phủ trên đường dây này dựa trên phân tích chi phí, rủi ro và tính năng.

Tần suất bảo trì 6 hoặc 18 tháng có nghĩa là các nhiệm vụ này phải được thực hiện trong các tháng khác nhau, điều này sẽ gây ra thách thức cho việc lập kế hoạch do nhà máy điện này chỉ gián đoạn dịch vụ mỗi năm một lần trong thời gian ngừng hoạt động để bảo trì hàng năm. Đây là lý do tại sao khoảng thời gian 12 tháng được chọn và cũng được chứng minh là lựa chọn tốt nhất. Ví dụ, một cuộc thanh tra ban đêm vào tháng 3 năm 2019 giúp chẩn đoán dòng rò thoát ra trên các vật cách điện. Cuộc thanh tra này đã hé lộ rằng 50% số chuỗi cách điện được làm sạch chỉ 12 tháng trước đó đã cho thấy lượng phóng điện thoát ra ở mức độ từ Cấp 2 đến Cấp 3 (xem Hình 7). Điều này chỉ ra rằng các vật cách điện này phải được làm sạch. Nếu việc thanh tra tương tự này được thực hiện trong một mùa chỉ có độ ẩm trung bình thì khi mùa đông đến với độ ẩm cao hơn, lượng phóng điện thoát ra nhiều khả năng đã đạt mức cao hơn, có thể dẫn đến hỏng vật cách điện.

Hình 7: Thanh tra ban đêm trụ điện T-20 L5011 vào tháng 3 năm 2019, 12 tháng sau khi vệ sinh cách điện (Ảnh st)

Đường dây 500kV Olleros-Chilca (L5013)

Đường dây 5013 kết nối Trạm biến áp Santo Domingo de Olleros với Trạm biến áp SE Chilca với chiều dài xấp xỉ 1,76km ở cấp điện áp 500kV và công suất 700MVA. Cân nhắc cùng các chi phí bảo trì, bảy kịch bản khác nhau đã được phân tích với khoảng thời gian 6 tháng giữa mỗi kịch bản. Trong trường hợp này, tần suất vệ sinh 36 tháng là khoảng thời gian bảo trì cuối cùng được chọn vì có tổng chi phí thấp nhất.

Kết luận

• 10 năm sau khi lắp đặt các vật cách điện bằng thủy tinh phủ silicon RTV trên đường dây truyền tải ISA-REP, người ta đã xác minh rằng các vật cách điện này cung cấp tính năng vượt trội so với các vật cách điện bằng thủy tinh không có lớp phủ và cũng tốt hơn nhiều so với vật cách điện polyme thông thường vì tỷ lệ hỏng hóc và chi phí bảo trì giảm thấp.

• Kinh nghiệm sử dụng dịch vụ trong giai đoạn này đã cho phép hiểu được tính năng thực tế của loại cách điện này trên các đường dây truyền tải hoạt động ở các khu vực ven biển Nam Mỹ, với những đặc điểm khí hậu độc đáo của chúng.

• Cần rà soát lại thiết kế và thử nghiệm các vật cách điện polyme cho các khu vực ven biển để đưa ra các giải pháp thay thế tương đương hoặc cao hơn tính năng của vật cách điện bằng thủy tinh có lớp phủ.

• Tính năng thực tế của vật cách điện bằng thủy tinh có lớp phủ ở các vùng ven biển của Peru đã giúp xác định rằng chiến lược phù hợp nhất để duy trì loại cách điện này, dựa trên đánh giá kinh tế-kỹ thuật cũng như phân tích chi phí, rủi ro và tính năng, là tiến hành vệ sinh thủ công 4 đến 6 năm một lần đối với các đường dây hoạt động trong khu vực dịch vụ bị ô nhiễm nặng.

Biên dịch: Chu Thanh Hải

Theo “INMR”, tháng 3/2024