Thông thường, trạm biến áp của các nhà máy thủy điện được đặt ngoài trời, gần nhà máy. Với công nghệ cũ việc dẫn điện từ các tổ máy đến trạm biến áp có độ an toàn không cao, dễ xảy ra sự cố. Trạm biến áp cũng tốn nhiều diện tích mặt bằng, việc thao tác cắt đóng điện, bảo dưỡng khá phức tạp và nhiều khâu phải làm thủ công gây nguy hiểm cho công nhân. 

Dẫn chúng tôi đi thăm trạm biến áp GIS trong Nhà máy Thủy điện (NMTĐ) Lai Châu, anh Lưu Khánh Toàn - Phó Giám đốc Công ty Thủy điện Sơn La, đơn vị quản lý, vận hành NMTĐ Lai Châu giải thích, Trạm biến áp GIS là một loại trạm biến áp công nghệ, GIS là từ viết tắt của Gas Insulation Switchgear. Khí SF6 chính là cốt lõi của trạm biến áp GIS. Được cách điện nhờ vào khí SF6 với áp suất cao, trạm biến áp sử dụng một hệ thống đóng cắt kín theo công nghệ hiện đại hàng đầu hiện nay trong ngành điện.

Công nhân Nhà máy Thủy điện Lai Châu vận hành trạm biến áp 500kV.

Vì đặc thù của mình, ngành điện một trong những ngành xuất hiện trong các danh mục thuộc ngành độc hại và nguy hiểm của tất các quốc gia. Do đó, việc cải tiến các công nghệ trong ngành điện ngoài việc nâng cao sản lượng, hiệu suất cũng như khả năng truyền tải, còn luôn tập trung phát triển các công nghệ nâng cao độ an toàn của các thiết bị vận hành đặc biệt là các thiết bị đóng cắt mạch điện trong các mạng điện cao thế và siêu cao thế, giúp giảm nguy cơ xảy ra các vụ tai nạn đáng tiếc. Công nghệ GIS hiện đại giúp đưa ra lời giải cho tất cả các bài toán đó. Và đặc biệt công nghệ GIS đã được ứng dụng tại NMTĐ Lai Châu, Sơn La để đặt những trạm biến áp công suất rất cực lớn ngay trong thân đập thủy điện, không phải đặt ngoài trời như các NMTĐ khác. 

Trạm GIS 500kV NMTĐ Lai Châu được thiết kế theo kiểu ZF15-550 là loại thiết bị đóng cắt được bao bọc toàn bộ trong khí SF6 bao gồm: MC, DCL (DS), DTĐ (ES) và DTĐ tác động nhanh (FES), máy biến dòng điện (CT), máy biến điện áp (VT), chụp bịt đầu cáp (CSE), thanh cái (BUS) và các tủ điều khiển thiết bị sợ cấp. Hệ thống thiết bị điện 500kV được chia làm thành nhiều mô đun để thuận tiện trong việc vận chuyển. Với kết cấu đặc biệt như thế nên thành phần cách điện của hệ thống thiết bị bao gồm chất khí (SF6) và cách điện rắn (thanh truyền động epoxy). Trạm phân phối 500kV NMTĐ Lai Châu có nhiệm vụ phân phối công suất từ 03 khối máy phát - máy biến áp lên hệ thống điện qua 2 mạch đường dây 500kV. 

Phạm vi thiết bị phân phối 500kV của NMTĐ Lai Châu được tính từ đầu ra sứ 500kV MBA tăng áp, thiết bị trạm GIS 500kV, chống sét van 500kV, đầu ra sứ xuyên chuyển tiếp lên đường dây và kháng điện 500kV. Toàn bộ thiết bị 500kV được chia thành các phân đoạn khí gồm 159 khoang khí kín ngăn cách với nhau bằng lớp cách điện đảm bảo độ kín không lọt khí. Mỗi phân đoạn có trang bị hệ thống quan sát khí SF6 riêng đấu với màn hình kiểm tra nồng độ khí SF6. Đấu nối giữa các máy biến áp chính 3 pha, kháng điện và trạm GIS được thực hiện bằng các thanh dẫn dòng cách điện khí SF6 thông qua các sứ xuyên cao áp kiểu dầu/SF6. Đấu nối từ trạm GIS với các mạch đường dây 500kV được thực hiện bằng các thanh dẫn dòng cách điện khí SF6 thông qua các sứ xuyên cao áp kiểu SF6/không khí. Bố trí trạm GIS NMTĐ Lai Châu được bố trí phía thượng lưu nhà máy ở cao trình 220m phía tổ máy 1 và 2.

Kỹ sư Đỗ Việt Bách - Quản đốc phân xưởng vận hành phân tích cho chúng tôi rõ hơn về công nghệ hiện đại nhất trong xây dựng trạm biến áp của ngành điện thế giới: Trong công nghệ GIS, khí SF6 là cốt lõi của trạm biến áp GIS vì với độ bền điện môi của khí SF6 nên khoảng cách pha - pha giảm đi rất nhiều. Dẫn đến kết cấu hệ thống đóng cắt được rút gọn rất nhiều. Giúp tiết kiệm nguồn lực, giảm kích thước, diện tích mặt bằng xây dựng và hiệu suất, độ tin cậy cao. Cụ thể, nếu trạm biến áp 500kV thông thường khoảng cách pha - pha tối thiểu là 5.000cm thì trong trạm GIS tại NMTĐ Lai Châu được rút xuống gần 170 lần chỉ còn 30cm. Việc giảm diện tích xây dựng trạm biến áp có thể thấy rõ như sau: nếu như cùng thông số kỹ thuật về điện áp như NMTĐ Lai Châu mà đặt trạm biến áp ngoài trời cần tối thiểu đến 30.000 mét vuông mặt bằng. Nhưng với công nghệ GIS thì chỉ cần 2.730 mét vuông. Chính vì vậy mà trạm biến áp 500kV ở NMTD Lai Châu đã đặt được ngay trong thân đập mà không cần đặt ở ngoài như nhiều NMTĐ khác. 

Ngoài ra, trạm biến áp GIS còn có ưu điểm là độ an toàn cao, hợp lý hóa trong công tác bảo dưỡng và hài hòa với môi trường. Nhờ toàn bộ thiết bị được đặt trong thân đập (trong nhà, có mái che, kín, không tiếp xúc khói bụi, ánh nắng…), được cách điện bằng khí và đặt trong đường ống sử dụng loại cách điện bằng khí SF6, không tiếp xúc với môi trường và bụi bẩn nên thiết bị đóng cắt công nghệ GIS rất an toàn khi vận hành. Số lần bảo trì bảo dưỡng ít hơn nhiều so với trạm điện kiểu hở sử dụng thiết bị đóng cắt truyền thống. Theo thông số kỹ thuật, trạm biến áp GIS đặt trong thân đập NMTĐ Lai Châu phải 20 năm mới bảo dưỡng 1 lần. 

Với công nghệ hiện đại hàng đầu của ngành điện thế giới được áp dụng, nhưng hiện nay đội ngũ kĩ sư, công nhân của NMTĐ Lai Châu đã làm chủ hoàn toàn được công nghệ trong vận hành, xử lý sự cố, bảo dưỡng, sửa chữa. Đây là niềm tự hào rất lớn thể hiện tài năng, trí tuệ của các kỹ sư Việt Nam trên công trình trọng điểm quốc gia.