Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) thường là lựa chọn linh hoạt và kinh tế nhất khi có sẵn quỹ đất. Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) thường được ưu tiên khi không gian, khả năng chống ô nhiễm hoặc yêu cầu lắp đặt trong nhà quan trọng hơn chi phí thiết bị ban đầu. Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí lai (HGIS) nằm ở giữa hai loại trên: nó đóng gói các chức năng chính của ngăn lộ trong một mô-đun cách điện bằng khí nhỏ gọn trong khi vẫn giữ lại thanh cái cách điện bằng không khí hoặc các kết nối bên ngoài.
Lựa chọn đúng đắn không chỉ dựa trên điện áp. Các kỹ sư phải so sánh toàn bộ bố trí trạm biến áp, bao gồm chi phí đất đai và xây dựng, mức độ tiếp xúc với môi trường, chiến lược cắt điện, khả năng mở rộng trong tương lai, năng lực bảo trì, các quy định về môi chất cách điện và chi phí khi mạch điện không khả dụng.
Hướng dẫn này cung cấp một phương pháp có cấu trúc để so sánh AIS, GIS và HGIS mà không mặc định rằng một công nghệ nào đó luôn vượt trội hơn hẳn.
AIS so với GIS so với HGIS: So sánh nhanh
| Yếu tố lựa chọn | AIS | GIS | Thiết bị đóng cắt lai (HGIS) |
|---|---|---|---|
| Tên đầy đủ | Tủ đóng cắt cách điện bằng không khí | Tủ đóng cắt cách điện bằng khí | Tủ đóng cắt cách điện bằng khí hỗn hợp |
| Bố trí cách điện sơ cấp | Không khí xung quanh và khoảng cách vật lý cung cấp khả năng cách điện bên ngoài | Các thành phần mang điện chính được bao bọc trong các khoang kim loại nối đất chứa khí hoặc hỗn hợp khí cách điện | Các chức năng chính của ngăn tủ được cách điện bằng khí và bao bọc kín; thanh cái hoặc các kết nối bên ngoài vẫn được cách điện bằng không khí |
| Diện tích lắp đặt vật lý điển hình | Lớn nhất | Nhỏ nhất | Giữa AIS và GIS; thường nhỏ hơn nhiều so với một ngăn lộ AIS tương đương |
| Chi phí thiết bị ban đầu | Thường thấp nhất | Thường cao nhất | Thường nằm giữa AIS và GIS, nhưng tùy thuộc vào từng dự án cụ thể |
| Tiếp xúc với bụi, muối, độ ẩm và động vật hoang dã | Cao nhất | Thấp nhất đối với các bộ phận chính được bao kín | Thấp hơn AIS đối với các chức năng được bao kín, nhưng các giao diện cách điện bằng không khí vẫn bị lộ ra ngoài |
| Kiểm tra trực quan định kỳ | Trực tiếp và đơn giản | Hạn chế do các bộ phận chính được bao kín | Hỗn hợp: mô-đun bao kín cộng với các kết nối bên ngoài có thể tiếp cận |
| Đặc tính bảo trì | Nhiều bộ phận lộ ra ngoài hơn để kiểm tra và vệ sinh | Ít lộ ra ngoài hơn, nhưng công việc liên quan đến hệ thống khí và vỏ bọc đòi hỏi các quy trình chuyên biệt | Thiết bị lộ ra ngoài ít hơn với phạm vi cách điện bằng khí nhỏ hơn so với GIS toàn phần |
| Lắp đặt tại công trường | Nhiều thiết bị riêng lẻ và các kết nối trung gian hơn | Các ngăn lộ hoặc khối vận chuyển được lắp ráp tại nhà máy, sau đó lắp đặt tại công trường và thực hiện công tác đấu nối khí/giao diện | Các mô-đun ngăn lộ tích hợp cao đã qua kiểm thử tại nhà máy có thể giảm thiểu khối lượng công việc tại công trường |
| Mở rộng trong tương lai | Thường là dễ dàng nhất | Phải được lập kế hoạch dựa trên các giao diện GIS, thiết kế của nhà sản xuất và các yêu cầu về cắt điện | Thường hữu ích cho việc mở rộng hoặc thu gọn các trạm biến áp AIS hiện hữu |
| Môi trường phù hợp nhất | Các địa điểm có đủ diện tích đất và mức độ ô nhiễm có thể kiểm soát được | Các khu vực đô thị, ngầm, trong nhà, ven biển, công nghiệp hoặc các địa điểm bị hạn chế về không gian khác | Các dự án cải tạo trên nền đất cũ (brownfield), địa điểm ngoài trời bị hạn chế, ứng dụng ngoài khơi và các dự án cần đẩy nhanh tiến độ lắp đặt ngăn lộ |
| Sự đánh đổi chính trong thiết kế | Cần nhiều diện tích đất hơn và chịu tác động từ môi trường | Độ phức tạp về vốn cao hơn và phụ thuộc nhiều hơn vào thiết kế hệ thống kín | Sự thỏa hiệp giữa tính nhỏ gọn và các giao diện AIS truyền thống |
Đây là các xu hướng kỹ thuật, không phải là giá trị đảm bảo. Một sự so sánh có ý nghĩa phải sử dụng cùng một sơ đồ đơn tuyến, điện áp định mức, khả năng chịu ngắn mạch, sơ đồ thanh cái, yêu cầu dự phòng, điều kiện hiện trường và vòng đời dự án.
AIS, GIS và HGIS là gì?
Tủ đóng cắt cách điện bằng không khí là gì?
Tủ đóng cắt cách điện bằng không khí sử dụng không khí trong khí quyển và các khoảng cách quy định để cách điện giữa các dây dẫn mang điện với các kết cấu nối đất và các pha khác. Trong một trạm biến áp AIS cao thế, máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, máy biến áp đo lường, thiết bị chống sét và thanh cái thường được lắp đặt như các thiết bị riêng biệt được kết nối bằng các dây dẫn hở.
AIS không giống với một hệ thống lắp đặt hở, không được bảo vệ. Thiết bị vẫn sử dụng các sứ cách điện, kết cấu nối đất, khóa liên động, hàng rào, rơ-le bảo vệ và các khoảng cách điện quy định. Đặc điểm xác định là cách điện bên ngoài giữa các bộ phận mang điện chính được cung cấp chủ yếu bằng không khí thay vì bằng vỏ kim loại kín cách điện bằng khí.
AIS vẫn hấp dẫn vì tính mô-đun, có thể kiểm tra trực quan, tương đối dễ mở rộng và được hỗ trợ bởi cơ sở nhà cung cấp và dịch vụ rộng khắp. Hạn chế chính của nó là không gian. Các khoảng cách pha-pha và pha-đất yêu cầu tăng theo điện áp định mức và các yêu cầu phối hợp cách điện, do đó diện tích chiếm đất của trạm biến áp có thể trở nên rất lớn.
Tủ đóng cắt cách điện bằng khí là gì?
Tủ đóng cắt cách điện bằng khí đặt các chức năng cao thế chính bên trong các vỏ kim loại nối đất. Cách điện được cung cấp ít nhất một phần bởi khí cách điện hoặc hỗn hợp khí có áp suất thay vì chỉ bằng không khí trong khí quyển.
Một ngăn GIS có thể tích hợp máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, thiết bị đo lường dòng điện và điện áp, các đoạn thanh cái, và các giao diện cáp hoặc đường dây vào một cụm thiết bị nhỏ gọn. Vỏ bọc được nối đất giúp hạn chế việc các bộ phận mang điện tiếp xúc với bụi, muối, độ ẩm, động vật hoang dã và các va chạm vô tình. Điều này làm cho GIS đặc biệt hữu ích ở những nơi đất đai đắt đỏ, trạm biến áp phải lắp đặt trong nhà hoặc dưới lòng đất, hoặc nơi ô nhiễm môi trường khiến việc bảo trì các thiết bị cách điện hở trở nên khó khăn.
GIS không nên mặc nhiên được coi là đồng nghĩa với thiết bị đóng cắt SF6. Lưu huỳnh hexafluoride (SF6) trong lịch sử là môi trường cách điện và dập hồ quang chủ đạo trong nhiều thiết kế GIS, nhưng các nhà sản xuất hiện nay cũng cung cấp công nghệ dập hồ quang bằng chân không và các hệ thống cách điện thay thế dựa trên không khí sạch hoặc các hỗn hợp khí khác. Môi trường cụ thể, tiềm năng nóng lên toàn cầu, yêu cầu về độ rò rỉ, quy trình thu hồi và tình trạng tuân thủ quy định khu vực phải được xác minh đối với thiết bị được đề xuất.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí lai (HGIS) là gì?
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí lai kết hợp các yếu tố của AIS và GIS trong một ngăn trạm biến áp. Máy cắt, các chức năng cách ly và tiếp địa, và đôi khi là các máy biến áp đo lường được tích hợp vào một mô-đun cách điện bằng khí có vỏ bọc nối đất. Sau đó, mô-đun này kết nối với các thanh cái, máy biến áp, đường dây hoặc các thiết bị ngoài trời cách điện bằng không khí truyền thống khác.
Kiến trúc này làm giảm số lượng các cấu trúc đỡ, móng, dây dẫn và các giao diện lắp ráp tại công trường mà không cần bao bọc toàn bộ hệ thống thanh cái như một hệ thống GIS hoàn chỉnh. Do đó, nó có thể giảm diện tích chiếm chỗ của một ngăn AIS trong khi vẫn duy trì các kết nối trạm biến áp cách điện bằng không khí quen thuộc.
HGIS đặc biệt phù hợp khi một trạm AIS hiện hữu cần thêm một ngăn nhưng không thể đáp ứng các khoảng cách an toàn theo yêu cầu của việc mở rộng AIS truyền thống. Nó cũng hữu ích ở những nơi mà thời gian thi công, các mô-đun đã được kiểm nghiệm tại nhà máy có thể vận chuyển, hoặc việc giảm số lượng các bộ phận đóng cắt hở mang lại giá trị đáng kể cho dự án.
PASS phù hợp ở đâu?
PASS không phải là một danh mục thiết bị đóng cắt IEC phổ quát. Đây là tên gọi dòng thiết bị đóng cắt lai của Hitachi Energy và được viết tắt từ Hệ thống Cắm và Đóng cắt (Plug and Switch System). PASS là một ví dụ thực tế của HGIS: các chức năng ngăn lộ cao thế được bao bọc trong vỏ cách điện bằng khí, trong khi các thanh cái cách điện bằng không khí kết nối mô-đun với phần còn lại của trạm biến áp.
Sự phân biệt này rất quan trọng trong các thông số kỹ thuật. Hồ sơ mời thầu cần xác định các chức năng, định mức, giao diện, môi chất cách điện, tiêu chuẩn, điều kiện vận hành và hiệu suất yêu cầu. Không nên sử dụng tên dòng sản phẩm độc quyền như thể đó là định nghĩa chung cho tất cả các thiết bị đóng cắt lai.
Hệ thống phân cấp chung bao gồm:
- AIS: kiến trúc trạm biến áp cách điện bằng không khí.
- GIS: Kiến trúc thiết bị đóng cắt bọc kim loại cách điện bằng khí.
- HGIS hoặc thiết bị đóng cắt lai: Các chức năng ngăn lộ cách điện bằng khí tích hợp kết hợp với các kết nối ngoài trời cách điện bằng không khí.
- PASS: Một phương án triển khai thiết bị đóng cắt lai của nhà sản xuất.
Những khác biệt kỹ thuật quan trọng
1. Diện tích chiếm đất và công trình dân dụng
AIS cần khoảng cách an toàn điện trong không khí hở nên thường chiếm nhiều diện tích đất nhất. Nó cũng có thể yêu cầu nhiều móng riêng lẻ, kết cấu đỡ, mương cáp và các kết nối lắp đặt tại công trường hơn.
GIS nén các chức năng đóng cắt và thanh cái vào trong các khoang kín bằng kim loại. Nó thường cung cấp diện tích lắp đặt thiết bị đóng cắt nhỏ nhất và giúp cho các trạm biến áp trong nhà, dưới lòng đất hoặc trong đô thị trở nên khả thi về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, diện tích lắp đặt thiết bị đóng cắt không giống với tổng diện tích của trạm biến áp. Các máy biến áp, cuộn kháng, đầu cáp, lối đi tiếp cận, hệ thống ngăn cháy, thông gió và các hệ thống phụ trợ vẫn cần có không gian.
HGIS làm giảm diện tích lắp đặt của từng ngăn lộ nhưng nhìn chung không đạt được độ nhỏ gọn như hệ thống thanh cái cách điện bằng khí hoàn toàn. Lợi thế về xây dựng dân dụng của nó thường thể hiện rõ nhất trong việc mở rộng trạm AIS, nơi mà việc xây dựng một tòa nhà GIS hoàn chỉnh là không cân xứng nhưng một ngăn lộ AIS truyền thống lại không đủ diện tích lắp đặt.
Quy tắc quyết định: Hãy so sánh bố trí tổng thể của trạm, không chỉ so sánh kích thước ngăn lộ trong catalog.
2. Tiếp xúc với môi trường
Các sứ cách điện và các kết nối mang điện của AIS tiếp xúc trực tiếp với môi trường tại trạm. Hơi muối, ô nhiễm công nghiệp, bụi, độ ẩm, băng giá, chim và động vật nhỏ có thể làm tăng yêu cầu kiểm tra, vệ sinh hoặc ảnh hưởng đến thiết kế cách điện. Độ cao lớn hơn cũng làm thay đổi hiệu suất điện môi của cách điện không khí bên ngoài và có thể yêu cầu điều chỉnh khoảng cách an toàn.
GIS bảo vệ các bộ phận chính bên trong các vỏ bọc nối đất, giúp hiệu suất điện môi của chúng ít phụ thuộc vào ô nhiễm bên ngoài hơn. Các sứ xuyên, đầu cáp và thiết bị phụ trợ bên ngoài vẫn cần được đánh giá môi trường, nhưng mạch chính được cách ly đáng kể khỏi các điều kiện môi trường xung quanh.
HGIS bảo vệ các chức năng đóng cắt tích hợp trong khi vẫn để hở các thanh cái cách điện bằng không khí và các giao diện thiết bị. Do đó, nó cải thiện khả năng chống chịu với môi trường so với một ngăn lộ AIS hoàn toàn lộ thiên, nhưng nó không loại bỏ được việc phải nghiên cứu về cách điện bên ngoài.
Quy tắc quyết định: GIS phát huy giá trị khi mức độ ô nhiễm, mức độ tiếp xúc với thời tiết, các hạn chế về độ cao hoặc hậu quả của phóng điện bề mặt bên ngoài tăng lên.
3. Kiểm tra, Bảo trì và Sửa chữa
AIS cho phép các đội bảo trì quan sát trực tiếp hầu hết các thiết bị chính. Các thành phần thường có thể được kiểm tra, thử nghiệm, làm sạch hoặc thay thế riêng lẻ. Đánh đổi lại là lớp cách điện, cơ cấu, mối nối và kết cấu lộ thiên có thể đòi hỏi sự chú ý thường xuyên hơn.
GIS giảm thiểu tác động từ môi trường và việc làm sạch định kỳ các thành phần chính. Tuy nhiên, các lỗi bên trong, cảnh báo khí, công việc trên vỏ bọc và sửa chữa lớn đòi hỏi các quy trình chuyên biệt, nhân sự được đào tạo, thiết bị xử lý tương thích và kiểm soát cẩn thận môi chất cách điện. Khả năng tiếp cận để sửa chữa và ảnh hưởng đến việc ngừng cung cấp điện phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế phân đoạn và tính liên tục của dịch vụ.
HGIS giảm số lượng thiết bị đóng cắt lộ thiên trong khi hạn chế lượng thiết bị cách điện bằng khí. Công tác bảo trì vẫn ở mức hỗn hợp: kỹ thuật viên cần cả năng lực của trạm biến áp ngoài trời truyền thống và kiến thức chuyên biệt về sản phẩm cho mô-đun tích hợp.
Quy tắc quyết định: Đánh giá riêng biệt gánh nặng bảo trì và khả năng phục hồi sau sửa chữa. Bảo trì định kỳ thấp không đồng nghĩa với việc sửa chữa sự cố đơn giản.
4. Độ tin cậy và Tính sẵn sàng
Độ tin cậy không thể chỉ dựa vào công nghệ cách điện. Nó phụ thuộc vào sơ đồ đấu nối đơn tuyến, thiết kế thành phần, chất lượng lắp đặt, điều kiện môi trường, ranh giới phân đoạn, hệ thống bảo vệ, chương trình bảo trì, chiến lược phụ tùng thay thế và năng lực của người vận hành.
GIS có thể giảm thiểu các lỗi do nhiễm bẩn và tiếp xúc ngẫu nhiên vì mạch chính được bao bọc kín. AIS giúp các lỗi dễ quan sát hơn và các thành phần riêng lẻ dễ cách ly hoặc thay thế hơn. HGIS giảm các giao diện bên ngoài trong một ngăn lộ nhưng vẫn sử dụng các kết nối trạm biến áp lộ thiên.
Đối với một dự án quan trọng, hãy đặt ra các câu hỏi ảnh hưởng trực tiếp đến tính sẵn sàng:
- Một đoạn thanh cái, ngăn lộ hoặc khoang khí có thể được cách ly mà không cần ngắt điện các mạch lân cận hay không?
- Thời gian sửa chữa cho một máy cắt, dao cách ly, sứ xuyên hoặc khoang khí bị lỗi là bao lâu?
- Các mô-đun dự phòng, cơ cấu truyền động, gioăng làm kín, thiết bị giám sát mật độ khí và kỹ thuật viên chuyên môn có sẵn tại địa phương không?
- Trạm biến áp có thể tiếp tục vận hành trong quá trình mở rộng hoặc bảo trì không?
- Sơ đồ thanh cái có cung cấp đủ độ dự phòng vận hành cần thiết không?
Quy tắc quyết định: Hãy quy định rõ tính liên tục của dịch vụ và thời gian trung bình để khôi phục, thay vì chỉ yêu cầu “độ tin cậy cao”.”
5. Lắp đặt và Thử nghiệm nghiệm thu
Việc thi công AIS bao gồm lắp đặt và căn chỉnh từng thiết bị riêng lẻ, dựng kết cấu, thực hiện các kết nối dây dẫn và kiểm tra khoảng cách an toàn tại hiện trường. Đây là công việc quen thuộc, nhưng khối lượng lắp ráp tại công trường có thể rất lớn.
GIS được vận chuyển dưới dạng các ngăn hoặc khối vận chuyển đã được kiểm nghiệm tại nhà máy, tuy nhiên các mối nối tại hiện trường, vùng khí, giao diện cáp, hệ thống dây bảo vệ, liên kết vỏ và các thử nghiệm điện áp cao vẫn đòi hỏi các quy trình được kiểm soát chặt chẽ. Dung sai xây dựng và giới hạn vận chuyển có thể ảnh hưởng đến kích thước mô-đun và trình tự lắp đặt.
Các mô-đun HGIS có thể được vận chuyển đến với một số chức năng ngăn lộ đã được lắp ráp và kiểm nghiệm tại nhà máy. Điều này giúp rút ngắn thời gian thi công tại công trường và giảm số lượng các kết nối điện áp cao cần lắp ráp ngoài trời. Lợi ích này rất giá trị đối với các dự án cải tạo, các địa điểm ở xa và các dự án có thời gian thi công hạn chế.
Quy tắc quyết định: Hãy so sánh toàn bộ tiến độ lắp đặt, bao gồm công tác chuẩn bị hạ tầng dân dụng, vận chuyển, lắp ráp, thử nghiệm, thời gian cắt điện và đóng điện, thay vì chỉ xem xét thời gian sản xuất tại nhà máy.
6. Mở rộng và Sự phụ thuộc vào Công nghệ
AIS thường là cấu trúc dễ mở rộng nhất vì các giao diện vật lý của nó có thể nhìn thấy được và theo tiêu chuẩn thông thường. Nếu đáp ứng được các yêu cầu về đất đai, khoảng cách an toàn, định mức thanh cái, vùng bảo vệ và phương án cắt điện, thiết bị từ các dự án khác nhau thường có thể được tích hợp một cách linh hoạt hơn.
Việc mở rộng GIS đòi hỏi sự phối hợp chi tiết với thiết kế đã lắp đặt. Các giao diện khoang khí, kích thước vỏ, cách bố trí thanh cái, hệ thống điều khiển, ranh giới đã thử nghiệm điển hình và vấn đề lỗi thời có thể làm tăng sự phụ thuộc vào nhà sản xuất ban đầu hoặc một nền tảng kế thừa tương thích.
HGIS có thể là cầu nối hiệu quả để mở rộng AIS vì nó sử dụng các kết nối bên ngoài thông thường trong khi vẫn thu gọn được ngăn lộ mới. Tuy nhiên, bản thân mô-đun tích hợp vẫn mang tính đặc thù của từng sản phẩm.
Quy tắc quyết định: Dự phòng không gian vật lý và xác định các yêu cầu giao diện trong tương lai ngay từ dự án ban đầu, bất kể công nghệ nào.
7. Chi phí đầu tư và Chi phí vòng đời
AIS thường có chi phí thiết bị thấp nhất, nhưng có thể đòi hỏi nhiều diện tích đất và công trình dân dụng lớn hơn. GIS thường có chi phí thiết bị và chi phí lắp đặt chuyên dụng cao hơn, tuy nhiên nó có thể tránh được việc mua đất đắt đỏ hoặc giúp thực hiện các dự án đô thị nhỏ gọn. HGIS thường nằm ở giữa hai loại trên, đặc biệt là khi nó giúp tránh việc mở rộng mặt bằng quy mô lớn hoặc giảm thời gian ngừng hoạt động.
So sánh vòng đời cần bao gồm:
- Thiết bị đóng cắt và thiết bị bảo vệ.
- Đất đai, tòa nhà, nền móng, kết cấu và hệ thống đi cáp.
- Vận chuyển, lắp dựng, thử nghiệm tại hiện trường và chạy thử.
- Xử lý môi chất cách điện và các nghĩa vụ pháp lý.
- Kiểm tra, vệ sinh, thử nghiệm và bảo trì chuyên sâu theo định kỳ.
- Phụ tùng thay thế, đào tạo, công cụ dụng cụ và hỗ trợ từ nhà sản xuất.
- Các điều khoản về mở rộng và cải tạo hệ thống.
- Chi phí dự kiến khi mất điện và thời gian khôi phục hệ thống.
- Ngừng vận hành, thu hồi khí, tái chế và xử lý chất thải.
Quy tắc quyết định: Tính toán tổng chi phí lắp đặt và chi phí vòng đời dựa trên cùng một thông số kỹ thuật chức năng. Chỉ so sánh giá mua là chưa đầy đủ.
Các cân nhắc về môi trường và khí SF6.
Thiết bị GIS truyền thống và một số thiết bị lai sử dụng khí SF6 nhờ đặc tính cách điện và dập hồ quang của nó. Nhược điểm về môi trường là tác động gây nóng lên toàn cầu rất cao. Do đó, các quy định, chính sách mua sắm, nghĩa vụ báo cáo và yêu cầu cuối vòng đời đang làm thay đổi tính kinh tế và mức độ chấp nhận đối với các thiết kế dựa trên khí SF6.
Tiêu chuẩn IEC 62271-203:2022 hiện áp dụng cho cả khí SF6 và các loại khí thay thế đối với thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) trên 52 kV, đồng thời phân biệt các yêu cầu về độ kín dựa trên tiềm năng nóng lên toàn cầu của khí. Tại Liên minh Châu Âu, Quy định (EU) 2024/573 đưa ra các hạn chế theo từng giai đoạn đối với thiết bị đóng cắt điện sử dụng khí nhà kính flo hóa, với phạm vi và thời hạn phụ thuộc vào điện áp và các điều kiện kỹ thuật.
Đối với mỗi gói thầu GIS hoặc HGIS, cần xác minh:
- Môi chất cách điện và dập hồ quang được sử dụng trong mỗi khoang.
- Tiềm năng nóng lên toàn cầu của khí và tổng khối lượng khí được nạp.
- Các yêu cầu về giám sát rò rỉ và cảnh báo.
- Các quy trình nạp, thu hồi, tái chế và chứng nhận kỹ thuật viên.
- Tính khả dụng của sản phẩm theo các quy định có hiệu lực tại thời điểm lắp đặt.
- Chiến lược về khí dự phòng và xử lý cuối vòng đời trong suốt tuổi thọ dự kiến của tài sản.
Quy tắc quyết định: Không nên chỉ định “GIS” và mặc định hồ sơ môi trường. Hãy chỉ định và đánh giá công nghệ cách điện thực tế.
AIS, GIS hay HGIS: Bạn nên chọn loại nào?
| Điều kiện dự án | Điểm khởi đầu ưu tiên | Tại sao nó xứng đáng được đánh giá đầu tiên |
|---|---|---|
| Trạm biến áp nông thôn xây mới với quỹ đất đầy đủ | AIS | Chi phí thiết bị thấp, bảo trì quen thuộc và dễ dàng mở rộng trong tương lai |
| Trạm biến áp trong khu vực đô thị mật độ cao hoặc trạm ngầm | GIS | Diện tích lắp đặt thiết bị đóng cắt tối thiểu và thiết bị sơ cấp dạng kín |
| Khu vực ven biển, sa mạc, khai thác mỏ hoặc địa điểm bị ô nhiễm nặng | GIS hoặc HGIS | Giảm thiểu sự tiếp xúc của các chức năng đóng cắt quan trọng với môi trường ô nhiễm |
| Trạm biến áp AIS hiện hữu cần thêm một ngăn lộ | HGIS | Ngăn lộ nhỏ gọn có thể kết nối với thanh cái cách điện bằng không khí hiện hữu mà không cần chuyển đổi toàn bộ trạm sang GIS |
| Dự án có thời gian cắt điện dự kiến rất ngắn | HGIS hoặc GIS dạng mô-đun | Các cụm thiết bị tích hợp tại nhà máy có thể giảm thiểu các kết nối tại hiện trường và thời gian lắp đặt |
| Trạm biến áp phải được lắp đặt bên trong tòa nhà | GIS; AIS trong nhà nếu không gian cho phép | GIS giảm thiểu thể tích tòa nhà cần thiết cho các khoảng cách an toàn điện |
| Chi phí đầu tư ban đầu thấp nhất là ràng buộc chính | AIS | Thông thường có chi phí thiết bị thấp nhất khi điều kiện đất đai và mặt bằng thuận lợi |
| Khả năng mở rộng nhiều giai đoạn trong tương lai là rất cao | AIS hoặc GIS được thiết kế chuyên biệt để mở rộng | AIS thường linh hoạt hơn; GIS đòi hỏi giao diện và kế hoạch cắt điện nghiêm ngặt |
| Kết nối ngoài khơi hoặc kết nối năng lượng tái tạo bị hạn chế về không gian | GIS hoặc HGIS chuyên dụng cho ứng dụng cụ thể | Sự nhỏ gọn, bảo vệ môi trường và khả năng cung cấp theo mô-đun có thể quan trọng hơn chi phí đầu tư |
| Hạn chế nghiêm ngặt đối với các loại khí flo | GIS không chứa SF6, giải pháp lai không chứa SF6 hoặc AIS | Công nghệ phải được sàng lọc dựa trên môi trường cách điện thực tế và lộ trình quy định tại địa phương |
Bảng này là điểm khởi đầu, không thay thế cho các nghiên cứu hệ thống. Điện áp định mức, dòng điện liên tục, dòng chịu đựng ngắn hạn, mức cách điện, sơ đồ thanh cái, khả năng chịu địa chấn, điều kiện môi trường, yêu cầu về hồ quang nội bộ và các tiêu chí độ tin cậy của lưới điện có thể làm thay đổi kết quả.
Khung lựa chọn gồm năm bước
Bước 1: Xác định các yêu cầu kỹ thuật điện
Xác định sơ đồ đơn tuyến, điện áp và tần số định mức, dòng điện định mức, dòng điện ngắn mạch và thời gian chịu đựng, mức cách điện, nhiệm vụ đóng cắt, bố trí thanh cái, yêu cầu về máy biến áp đo lường, vùng bảo vệ và khái niệm tiếp địa. Việc so sánh các phạm vi kỹ thuật điện khác nhau sẽ dẫn đến quyết định công nghệ sai lệch.
Bước 2: Định lượng các hạn chế tại công trường
Phát triển các bố trí sơ bộ cho AIS, GIS và HGIS. Bao gồm khoảng cách an toàn, lối đi, máy biến áp, đầu cáp, phòng điều khiển, khu vực phòng cháy, đường giao thông, đường vận chuyển thiết bị và các ngăn lộ dự phòng trong tương lai. Chuyển đổi sự khác biệt về diện tích đất và tòa nhà thành chi phí dự án thay vì coi “nhỏ gọn” là một lợi ích trừu tượng.
Bước 3: Xác định yêu cầu về độ khả dụng
Nêu rõ thời gian ngừng hoạt động cho phép, thời gian bảo trì định kỳ, yêu cầu vận hành N-1, kỳ vọng về tính liên tục của dịch vụ, nhu cầu cách ly ngăn tủ và mục tiêu khôi phục. Xem xét liệu sơ đồ thanh cái và phân vùng thiết bị được đề xuất có đáp ứng các mục tiêu đó hay không.
Bước 4: Sàng lọc các rủi ro về môi trường và quy định
Ghi lại độ cao, mức độ ô nhiễm, độ mặn, độ ẩm, nhiệt độ, tình trạng đóng băng, gió, điều kiện địa chấn, mức lũ lụt và vị trí lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời. Đối với thiết bị cách điện bằng khí, cần đánh giá môi chất cách điện, quản lý rò rỉ, các quy định về khí F áp dụng, năng lực kỹ thuật viên và quy trình thu hồi khi hết vòng đời.
Bước 5: So sánh chi phí vòng đời và khả năng cung ứng
Yêu cầu các nhà cung cấp gửi đề xuất có thể so sánh được và chấm điểm dựa trên chi phí thiết bị, công tác xây dựng dân dụng, tiến độ, bảo trì, phụ tùng thay thế, đào tạo, mở rộng, rủi ro mất điện, rủi ro pháp lý và tháo dỡ. Ghi lại các giả định để đảm bảo một hồ sơ dự thầu thấp hơn không thể thắng thầu bằng cách loại bỏ các giao diện thiết yếu hoặc các công việc trong tương lai.
Các tiêu chuẩn và phạm vi kỹ thuật
Bộ tiêu chuẩn IEC 62271 cung cấp khung tiêu chuẩn quốc tế chính cho thiết bị đóng cắt và điều khiển xoay chiều trung thế và cao thế:
- IEC 62271-1:2017 cùng với Bản sửa đổi 1:2021 cung cấp các thông số kỹ thuật chung cho thiết bị đóng cắt và điều khiển xoay chiều trên 1 kV.
- IEC 62271-200:2021 kèm Sửa đổi 1:2024 áp dụng cho thiết bị đóng cắt bọc kim loại xoay chiều lắp ráp sẵn có điện áp trên 1 kV và lên đến 52 kV. Thiết bị có thể bao gồm các ngăn cách điện bằng không khí và chứa chất lỏng.
- IEC 62271-203:2022 áp dụng cho thiết bị đóng cắt bọc kim loại cách điện bằng khí xoay chiều có điện áp trên 52 kV.
- IEC 62271-100 bao gồm các máy cắt xoay chiều.
- IEC 62271-102 bao gồm các dao cách ly và dao tiếp địa xoay chiều.
Danh mục tiêu chuẩn chính xác phụ thuộc vào cấp điện áp, các thành phần, loại hình lắp đặt, quy định áp dụng tại khu vực và yêu cầu của bên mua. HGIS không được miễn trừ các yêu cầu về thành phần hoặc lắp ráp chỉ vì nó kết hợp nhiều công nghệ. Mỗi chức năng tích hợp và toàn bộ hệ thống phải được quy định và kiểm chứng trong phạm vi của tiêu chuẩn áp dụng.
Bài viết này tập trung chủ yếu vào việc lựa chọn công nghệ trạm biến áp. Không nên nhầm lẫn với việc lựa chọn tủ điện hạ thế theo tiêu chuẩn IEC 61439. Đối với chủ đề riêng biệt đó, vui lòng xem tại VIOX. Hướng dẫn thiết kế tủ điện hạ thế theo tiêu chuẩn IEC 61439. Nếu bản thân ranh giới thuật ngữ không rõ ràng, hãy bắt đầu với Tủ điện so với Tủ đóng cắt.
Các lỗi đặc tả phổ biến
Coi PASS là tên chung cho HGIS
PASS là một dòng sản phẩm, trong khi HGIS hoặc thiết bị đóng cắt lai là mô tả công nghệ chung. Hãy sử dụng các yêu cầu về chức năng và hiệu suất trong các thông số kỹ thuật cạnh tranh.
So sánh giá thiết bị thay vì chi phí lắp đặt
GIS có vẻ đắt đỏ cho đến khi tính đến chi phí đất đai, quy mô tòa nhà, công trình dân dụng và các hạn chế về thời gian ngừng hoạt động. Ngược lại, một địa điểm nhỏ gọn không tự động biện minh cho việc sử dụng GIS nếu AIS phù hợp và tình trạng ô nhiễm có thể kiểm soát được.
Giả định rằng GIS luôn đồng nghĩa với SF6
Thị trường hiện nay đã bao gồm các giải pháp khí thay thế và không khí sạch. Hãy nêu rõ các môi chất cách điện được phép sử dụng và các tiêu chí về môi trường.
Giả định thiết bị dạng tủ kín không cần bảo trì
GIS giúp giảm thiểu sự tiếp xúc và nhu cầu vệ sinh định kỳ, nhưng việc giám sát, cơ cấu vận hành, mạch phụ trợ, hệ thống khí và kiểm tra chuyên biệt cho sản phẩm vẫn là cần thiết.
Bỏ qua việc mở rộng trong tương lai
Một trạm biến áp phù hợp với hiện tại có thể trở nên khó mở rộng nếu các giao diện thanh cái, không gian, vùng bảo vệ và trình tự cắt điện trong tương lai không được quy hoạch.
Chỉ định công nghệ trước khi xác định tính sẵn sàng
Bố trí thanh cái, ranh giới ngăn tủ, chiến lược sửa chữa và kế hoạch phụ tùng thay thế thường ảnh hưởng đến tính liên tục của dịch vụ trực tiếp hơn là nhãn hiệu AIS/GIS.
Tóm tắt lựa chọn cuối cùng
Chọn AIS Khi có sẵn quỹ đất, các tác động môi trường có thể kiểm soát được, ưu tiên khả năng tiếp cận để bảo trì thông thường và sự linh hoạt trong việc mở rộng tương lai là yếu tố quan trọng.
Chọn GIS khi không gian bị hạn chế nghiêm trọng, thiết bị chính phải được bảo vệ khỏi sự nhiễm bẩn, hoặc việc lắp đặt trong nhà, dưới lòng đất hoặc trong đô thị đòi hỏi mức độ bao bọc và tích hợp hệ thống cao hơn.
Chọn HGIS khi một dự án cần sự nhỏ gọn và tích hợp tại nhà máy của GIS nhưng vẫn muốn tận dụng lợi ích từ thanh cái cách điện bằng không khí và các giao diện trạm biến áp truyền thống. Đây thường là lựa chọn tối ưu cho việc mở rộng AIS, các địa điểm ngoài trời bị hạn chế và thời gian thi công ngắn.
Quyết định cuối cùng nên dựa trên phạm vi điện chung và bảng so sánh bằng văn bản về tổng chi phí lắp đặt, tính sẵn sàng, điều kiện môi trường, chiến lược mở rộng, các quy định pháp lý và hỗ trợ trong suốt vòng đời sản phẩm.
Câu hỏi thường gặp
Sự khác biệt chính giữa AIS và GIS là gì?
AIS sử dụng không khí trong khí quyển và khoảng cách vật lý làm lớp cách điện bên ngoài chính giữa các bộ phận mang điện. GIS bao bọc các thành phần mang điện chính trong các khoang kim loại nối đất chứa khí cách điện hoặc hỗn hợp khí. Điều này giúp GIS nhỏ gọn hơn và ít bị nhiễm bẩn hơn, trong khi AIS thường dễ kiểm tra, sửa đổi và mở rộng hơn.
HGIS có giống với GIS không?
Không. GIS toàn phần thường bao bọc các chức năng đóng cắt và hệ thống thanh cái trong các khoang kim loại cách điện bằng khí. HGIS bao bọc một số chức năng ngăn lộ trong một mô-đun tích hợp nhưng sử dụng thanh cái cách điện bằng không khí hoặc các kết nối bên ngoài với phần còn lại của trạm biến áp.
PASS trong thiết bị đóng cắt có nghĩa là gì?
PASS là viết tắt của Plug and Switch System (Hệ thống cắm và chuyển mạch). Đây là tên dòng sản phẩm thiết bị đóng cắt cao áp lai của Hitachi Energy. PASS là một ví dụ về HGIS, không phải là tên gọi chung cho mọi thiết kế thiết bị đóng cắt lai.
GIS có luôn đáng tin cậy hơn AIS không?
Không hoàn toàn. GIS ít bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm và thời tiết hơn, nhưng độ tin cậy tổng thể còn phụ thuộc vào thiết kế thiết bị, chất lượng lắp đặt, sự phân khoang, bố trí thanh cái, công tác bảo trì, phụ tùng thay thế và khả năng sửa chữa. Độ tin cậy và thời gian khôi phục cần được đánh giá riêng biệt.
Loại nào đắt hơn, AIS hay GIS?
AIS thường có chi phí thiết bị ban đầu thấp hơn. GIS thường có chi phí thiết bị cao hơn nhưng có thể giảm diện tích đất, nhà xưởng và một số yêu cầu về xây dựng dân dụng. Việc so sánh chính xác phải dựa trên tổng chi phí lắp đặt và chi phí vòng đời cho cùng một chức năng trạm biến áp.
Có phải tất cả thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí đều sử dụng SF6?
Không. SF6 đã được sử dụng rộng rãi, nhưng GIS hiện đại cũng có thể sử dụng các hỗn hợp khí thay thế, không khí sạch và công nghệ đóng cắt chân không. Môi chất cách điện và dập hồ quang thực tế phải được xác minh trong tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.
Loại thiết bị đóng cắt nào dễ mở rộng hơn?
AIS thường dễ mở rộng hơn nhờ các giao diện thông thường và dễ tiếp cận. GIS cũng có thể mở rộng, nhưng cần lập kế hoạch cẩn thận về khả năng tương thích giao diện, các khoang khí, thiết kế của nhà sản xuất, thay đổi bảo vệ và thời gian ngừng hoạt động cần thiết. HGIS có thể hữu ích khi thêm một ngăn lộ nhỏ gọn vào trạm biến áp AIS hiện có.
Tiêu chuẩn IEC nào áp dụng cho GIS?
Đối với GIS xoay chiều trên 52 kV, tiêu chuẩn lắp ráp chính là IEC 62271-203:2022. Thiết bị đóng cắt xoay chiều bọc kim loại trên 1 kV và lên đến 52 kV thuộc phạm vi của IEC 62271-200:2021 cùng với Bản sửa đổi 1:2024. IEC 62271-1 cung cấp các thông số kỹ thuật chung, trong khi các thành phần riêng lẻ được quy định bởi các phần khác của bộ tiêu chuẩn IEC 62271.
