Sưu tầm-Lắp đặt đường dây siêu cao áp cách điện bằng chất khí giúp giảm tổn thất

Trong công trình mở rộng lưới điện gần sân bay Frankfurt (Đức), đường dây cách điện bằng chất khí (gas-insulated line – GIL) đã được lắp đặt, kết quả là tổn thất thấp hơn so với sử dụng cáp hoặc đường dây trên không.
Khi bắt đầu lập kế hoạch phát triển thêm hệ thống truyền tải siêu cao áp (extra-high voltage – EHV) ở bang Hesse (Đức), Cơ quan vận hành hệ thống truyền tải (transmission system operator – TSO) Amprion (trước đây là RWE TSO) đã phải tính đến kế hoạch mở rộng sân bay Frankfurt. Tuyến đường dây trên không 220 kV hiện có đi sát ngay cạnh khu vực dự kiến dành cho đường bay mới nên buộc phải hạ ngầm một đoạn khoảng 1 km.
Cũng trong kế hoạch mở rộng hệ thống nguồn điện tại khu vực Frankfurt là kế hoạch chuyển đổi trạm biến áp Kelsterbach hiện có, nằm dọc theo tuyến xa lộ và đối diện với sân bay Frankfurt, từ điện áp 220 kV lên điện áp 380 kV để tích hợp vào lưới truyền tải 380 kV hiện có. Amprion đã lắp đặt mới thiết bị đóng cắt cách điện bằng chất khí (GIS) điện áp 380 kV kiểu nhỏ gọn. Công trình này được nghiệm thu năm 2007 để thay cho công trình 220 kV ngoài trời. Việc đấu nối hệ thống 380 kV dự kiến hoàn thành vào giữa năm 2010.

Khi đặt vấn đề hạ ngầm đường dây truyền tải 220 kV hiện có, Amprion xem xét hai phương án: sử dụng cáp ngầm truyền thống và đường dây cách điện bằng chất khí (GIL). Amprion quyết định lắp đặt GIL, được nối thông qua sứ xuyên trên cột tháp đầu cuối của đường dây. GIL sẽ được chôn trực tiếp, tương tự như cách lắp đặt các đường ống chất lỏng, đầu bên kia của GIL được đấu nối với thiết bị đóng cắt 380 kV tại trạm Kelsterbach.

Công nghệ đường dây cách điện bằng chất khí (GIL)

Dây dẫn dạng ống của GIL có kết cấu đồng trục, bao gồm dây dẫn bằng nhôm đi bên trong ống bằng nhôm. Ống này được nạp đầy hỗn hợp khí cách điện bao gồm 80% nitơ và 20% sulfur hexafluorua (SF6). Do có khả năng truyền công suất tương đối cao so với đường dây trên không, nên GIL được thiết kế sao cho vỏ bọc không bị cháy trong trường hợp xảy ra phóng điện bên trong. GIL có nhiều đặc điểm kỹ thuật nổi trội, cụ thể như:
• Trường điện từ trong không gian bên ngoài rất thấp.
• Do tiết diện nhôm lớn nên tổn thất truyền tải thấp hơn so với cáp và đường dây trên không.
• Do điện môi ở dạng khí nên không cần đến các biện pháp bù công suất phản kháng.

Công trình GIL của Amprion

Các hệ thống GIL do Siemens lắp đặt đến nay thường được đặt trên mặt đất, các đầu nối dẫn tới trạm đóng cắt, hoặc đặt trong đường hầm, như trường hợp hệ thống đi bên dưới gian triển lãm tại Palexpo, Thụy Sĩ. Cần phải áp dụng các tiêu chuẩn lắp đặt bổ sung nếu ống được đặt trực tiếp trong lòng đất, nhằm đảm bảo chất lượng và độ tin cậy lâu dài của hệ thống. Nhờ có kỹ thuật hàn đặc biệt nên có thể đặt các đoạn ống dài mà không cần đến mối nối mặt bích và do đó đảm bảo được độ bền và độ kín khí tuyệt đối. Ngoài ra còn có lớp bọc bằng chất dẻo với chức năng bảo vệ chống ăn mòn thụ động và chủ động. Các hệ thống theo dõi nhiệt độ và mật độ khí được sử dụng để giám sát vận hành và cũng có hệ thống đo lường để ghi phóng điện cục bộ khi có yêu cầu.

Về cơ bản, các đặc tính của GIL cho phép lắp đặt GIL ở mọi địa hình, kể cả các đoạn dốc đứng và các đoạn thẳng đứng. Thông qua các hệ thống đặt trên mặt đất hoặc trong đường hầm, Siemens đã tích luỹ được rất nhiều kinh nghiệm trong việc kết nối với các nhà máy điện hoặc trạm đóng cắt trong hầm ngầm kể từ khi công nghệ này được triển khai lần đầu tiên vào những năm 1970.

Năm 2009, Amprion trao hợp đồng cho Siemens Energy để triển khai lắp đặt hệ thống GIL ba pha 380 kV kép tại sân bay Frankfurt. Hệ thống GIL chôn trực tiếp dưới mặt đất sẽ có công suất truyền tải liên tục bằng 2 x 1.800 MVA (hai mạch). Dự án thí điểm này đánh dấu việc ứng dụng công nghệ này lần đầu tiên trong thực tiễn do Amprion thực hiện. Công ty Amprion sẽ được hưởng lợi ích từ kinh nghiệm thử nghiệm nguyên mẫu của công nghệ truyền tải này do Siemens đảm nhận, với sự hợp tác của E.ON Vattenfall và Amprion.

Công nghệ cho tương lai

Bên cạnh ưu điểm là nhỏ gọn, thiết bị đóng cắt cách cách điện bằng chất khí (GIS) 380 kV đã được lựa chọn với mục đích dài hạn hơn để kết nối với các đường dây cách điện bằng chất khí (GIL) được chọn cho dự án hạ ngầm đường dây truyền tải này.

Một số dữ liệu

Chiều dài tuyến của mỗi pha là khoảng 900 m, do vậy đối với cả hệ thống Kelsterbach gồm hai mạch ba pha, tổng chiều dài các ống GIL chôn dưới đất sẽ là 5,4 km. Đây sẽ là hệ thống có chiều dài lớn nhất mà Siemens đã lắp đặt cho đến nay. Khoảng 500 cấu kiện (môđun) riêng lẻ sẽ được chuyển tới và hàn tại chỗ để được ống một pha với tổng chiều dài 5,4 km. Công tác thi công lắp đặt các cấu kiện GIL dưới cốt mặt đất dọc theo tuyến đã chọn bắt đầu triển khai từ tháng 5 năm 2009, dự kiến các mạch truyền tải GIL sẽ hoàn tất để nối với hệ thống 380 kV vào năm 2010.

Các nhà chế tạo và nhà thầu xây dựng có ý định thông qua dự án thí điểm liên kết Amprion này tích lũy kinh nghiệm tối ưu hóa công nghệ lắp đặt cho các khoảng cách lớn cũng như nghiên cứu khả năng quá tải nhiệt ngắn hạn và dài hạn của công nghệ này. Do đó, dự án GIL này là mốc quan trọng trong lĩnh vực đường dây siêu cao áp cách điện bằng chất khí. Việc lắp đặt GIL ngầm dưới đất lần đầu tiên tại Đức sẽ giúp cơ quan vận hành lưới điện và nhà chế tạo thử nghiệm công nghệ truyền tải này như một giải pháp thay thế cho cáp ngầm truyền thống. Kinh nghiệm loại này có ý nghĩa hết sức quan trọng trong tình hình nhu cầu các hệ thống truyền tải điện ngầm đang gia tăng trên toàn cầu.

Theo: QLNĐ số 8/2010

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s