Phân tích nguyên nhân và xử lý sự cố phóng điện thanh cách ly của cầu chì SF₆ 500kV
Là một thành phần quan trọng của cầu chì, thanh cách điện kéo là một bộ phận cách điện và truyền dẫn quan trọng của thiết bị GIS (Gas-Insulated Switchgear). Nó cần có độ tin cậy cao về mặt cơ học và điện. Thông thường, thanh cách điện kéo hiếm khi gặp sự cố, nhưng nếu xảy ra sự cố, nó có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho cầu chì.
Cầu chì 550kV tại một nhà máy điện nhất định có bố trí ngang đơn điểm, với model 550SR - K và cơ cấu vận hành thủy lực. Nó có khả năng cắt dòng 63kA, điện áp định mức 550kV, dòng điện định mức 4000A, dòng điện cắt định mức 63kA, điện áp chịu đựng xung sét định mức 1675kV, điện áp chịu đựng xung chuyển mạch định mức 1300kV, và điện áp chịu đựng xoay chiều định mức 740kV. Thanh cách điện của cầu chì được làm bằng nhựa epoxy, dày 15mm, rộng 40mm, và mật độ từ 1.1 - 1.25g/cm³.
Quá trình Sự Cố
Một nhà máy thủy điện đang chuẩn bị khôi phục truyền tải điện cho biến áp chính số 4. Sơ đồ kết nối điện chính của nhà máy điện được hiển thị trong Hình 1. Máy tính cấp trên đã mở cầu chì 5032 trước, sau đó mở cầu chì 5031. Máy tính cấp trên báo các tín hiệu như "Báo động đường dây TV Mở" và "Thiết bị Bảo vệ Cầu chì 5031 Bất thường". Kiểm tra tại chỗ cho thấy cả thiết bị bảo vệ và thiết bị an toàn-khống chế của cầu chì 5031 đều có báo động đường dây TV mở. Kiểm tra máy tính cấp trên phát hiện rằng đối với các biến áp điện áp trong khu vực T của cầu chì 5032 và 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, và Ubc = 305kV. Kiểm tra thực tế tại chỗ cho thấy cả hai cầu chì 5032 và 5031 đều ở trạng thái mở.
Nhân viên bảo trì đo điện áp cuộn thứ cấp của pha C là 55V và của pha A và B là 0V tại hộp đầu cuối của biến áp điện áp trong khu vực T của cầu chì 5032 và 5031. Ban đầu, được xác định rằng có sự cố ở pha C của cầu chì 5031.
Tình hình Kiểm tra Tại Chỗ
Sau khi sự cố xảy ra, nhà máy điện ngay lập tức tìm kiếm điểm sự cố tại chỗ và phân tích nguyên nhân. Họ cũng liên hệ với trung tâm điều độ tỉnh để chuyển cầu chì 5031 sang trạng thái bảo dưỡng. Sau khi nhân viên từ nhà sản xuất cầu chì đến nơi, họ kiểm tra lại cơ cấu vận hành của cầu chì 5031. Phát hiện vị trí thanh vận hành của cơ cấu ở trạng thái "mở" bình thường, không phát hiện bất kỳ bất thường nào trong cơ cấu, như được hiển thị trong Hình 2. Ban đầu, được xác định rằng sự cố do vấn đề nội bộ của cầu chì.
Có xét rằng điện trở đóng của cầu chì nhỏ hơn nhiều so với điện trở tiếp đất, nếu trạng thái nội bộ thực tế của cầu chì ở trạng thái đóng, điện trở tiếp đất của cầu chì này sẽ thấp hơn đáng kể so với hai pha khác. Điện trở tiếp đất của ba pha cầu chì 5031 được đo mà không mở công tắc cách ly tiếp đất ở hai bên cầu chì. Kết quả đo như sau: Pha A là 273.3 μΩ, Pha B là 245.8 μΩ, và Pha C là 256.0 μΩ. Không phát hiện dữ liệu bất thường cho Pha C.
Sau khi cầu chì 5031 được chuyển sang trạng thái bảo dưỡng, quá trình thu hồi khí cho cầu chì pha 5031C được khởi động, và chuẩn bị mở nắp để kiểm tra. Phần flange trên của cầu chì pha 5031C được nâng lên. Kiểm tra cho thấy các tiếp điểm di chuyển và tĩnh của cầu chì này ở trạng thái mở bình thường, cấu trúc tổng thể của cầu chì vẫn còn nguyên vẹn, không phát hiện vật lạ hay dấu vết phóng điện rõ rệt. Sử dụng đồng hồ đa năng, điện trở tiếp xúc giữa các tiếp điểm di chuyển và tĩnh của cầu chì được đo là 0.6 Ω (trong phạm vi bình thường), và không có kết nối điện giữa các tiếp điểm di chuyển và tĩnh với thanh cách điện kéo, như được mô tả trong Hình 3.
Sau khi nâng phần flange trên và lỗ tiếp cận dưới của cầu chì để kiểm tra, phát hiện mùi cháy rõ rệt trong buồng khí. Có các chất bột màu nâu đen ở đáy buồng khí và tại vị trí màng chống nổ phía dưới, như được hiển thị trong Hình 4.
Đã tiến hành thử nghiệm đóng chậm tay cho cầu chì pha 5031C. Việc đóng hoạt động bình thường, không phát hiện hiện tượng bất thường. Sau khi hoàn thành việc đóng chậm tay, kiểm tra lại bên ngoài thân cầu chì. Phát hiện có hai vết phóng điện trên thanh cách điện kéo của cầu chì. Một trong số chúng bị nứt rõ rệt, như được hiển thị trong Hình 5. Có các dấu vết theo dõi trên bề mặt thanh cách điện kéo, và các dấu vết này lan khắp thanh cách điện kéo.
Sau khi kiểm tra thanh cách điện kéo và không phát hiện điểm phóng điện mới, đã tiến hành thử nghiệm mở chậm tay cho cầu chì pha 5031C. Việc mở hoạt động bình thường. Sau khi hoàn thành việc mở, kiểm tra lại thanh cách điện kéo, vẫn không phát hiện điểm phóng điện mới. Sử dụng kính soi để kiểm tra kỹ bên trong cầu chì, không phát hiện hiện tượng bất thường khác.
Phân Tích Nguyên Nhân Sự Cố
Sau khi tháo thanh cách điện kéo hỏng, đã quan sát và đo. Thanh kéo dài 570mm, rộng 40mm, và dày 15mm. Có hai điểm cháy do phóng điện rõ rệt trên toàn bộ thanh cách điện kéo, nằm ở khoảng cách 182mm và 315mm từ các đầu. Một trong số chúng có vết nứt dài khoảng 53mm. Có các dấu vết theo dõi rõ rệt trên bề mặt toàn bộ thanh cách điện kéo, nối các lỗ bên trong ở cả hai đầu thanh kéo.
Đã đo điện trở cách điện của thanh cách điện kéo hỏng. Khi đo bằng đồng hồ đa năng, điện trở cách điện giữa các lỗ liền kề ở các đầu là bình thường. Điện trở cách điện giữa hai lỗ bên trong ở cả hai đầu là 1.583MΩ. Khi đo bằng đồng hồ điện trở cách điện, giá trị điện trở là 643kΩ (tại điện áp 1010V), và điện trở cách điện giữa hai lỗ bên ngoài ở cả hai đầu là 1.52TΩ (tại điện áp 5259V). Đối với thanh cách điện kéo bình thường, điện trở cách điện giữa hai lỗ bên trong ở cả hai đầu đo tại điện áp 5259V lớn hơn 5.26TΩ.
Dựa trên kết quả kiểm tra trên, có thể xác định rằng điện trở cách điện của thanh cách điện kéo của cầu chì pha 5031C đã bị thủng, và nó có tính dẫn điện dưới điều kiện điện áp tương đối thấp.
Khi cắt thanh cách điện kéo của cầu chì pha 5031C để kiểm tra, phát hiện rằng, ngoại trừ các đầu của thanh kéo không có lỗ khí nhìn thấy, có các lỗ khí dài dọc theo kênh theo dõi bên trong thanh kéo, như được hiển thị trong Hình 6.
Chỉ có sự phá vỡ tổng thể; thứ hai, tỷ lệ phối hợp hoặc thời gian đông cứng của thanh cách điện kéo không đáp ứng các yêu cầu liên quan, dẫn đến độ cách điện không đồng đều của các phần khác nhau của thanh cách điện kéo. Dưới tác động của trường điện mạnh, các khu vực có độ cách điện thấp hơn sẽ bị thủng trước, sau đó các khu vực có độ cách điện thấp khác cũng theo sau, cuối cùng dẫn đến sự phá vỡ tổng thể của thanh cách điện kéo.
Các Biện Pháp Xử Lý
Xử Lý Chung
Sau khi xác định nguyên nhân sự cố của cầu chì pha 5031C, nhà máy điện đã sắp xếp thay thế thanh cách điện kéo của cầu chì pha C. Sau khi hoàn thành việc thay thế, buồng khí được hút chân không, nạp khí đến áp suất định mức 0.45MPa, và để yên trong 24 giờ. Sau đó, các bài kiểm tra thông thường được thực hiện, bao gồm đo lượng nước trong buồng khí, kiểm tra điện trở đóng, kiểm tra đặc tính, và kiểm tra rò rỉ khí. Sau khi các bài kiểm tra thông thường đạt yêu cầu, các bài kiểm tra chịu điện áp xoay chiều và phóng điện cục bộ được thực hiện cho cầu chì 5031 ở cả trạng thái đóng và mở. Các phụ kiện được lắp đặt lại, và nộp đơn xin khôi phục truyền tải điện.
Kiểm Tra Chịu Điện Áp Xoay Chiều và Phóng Điện Cục Bộ
Điện áp thử nghiệm được áp dụng từ đường dự phòng 3E. Trước khi thử nghiệm, các mạch thứ cấp của tất cả các biến dòng (TAs) ở cả hai bên của cầu chì 5031 và 5032 được nối ngắn và nối đất tại thân. Ngoài ra, các mạch thứ cấp của tất cả các TA trên đường dự phòng 3E cũng được nối ngắn và nối đất tại thân, và các biến áp điện áp trong phạm vi thử nghiệm được tháo bỏ. Các bài kiểm tra chịu điện áp xoay chiều và phóng điện cục bộ được thực hiện lần lượt khi cầu chì 5031 ở trạng thái đóng và mở.
Đối với thiết bị GIS 500kV tại nhà máy điện, điện áp hoạt động tối đa , điện áp pha , điện áp thử nghiệm nhà máy , và điện áp chịu đựng tối đa tại chỗ , với thời gian .
Như được hiển thị trong Hình 7, trình tự kiểm tra chịu điện áp đóng và phóng điện cục bộ như sau: GIS được lão hóa và làm sạch tại điện áp trong 5 phút, và busbar được lão hóa và làm sạch tại điện áp trong 3 phút. Bài kiểm tra chịu điện áp xoay chiều sau đó được tăng lên và duy trì trong 60 giây. Điện áp sau đó được giảm nhanh xuống , và phóng điện cục bộ của buồng khí của cầu chì 5031 được kiểm tra trong 3 phút. Sau khi kiểm tra, điện áp được giảm nhanh xuống 0kV.
Như được hiển thị trong Hình 8, trình tự kiểm tra chịu điện áp mở và đo phóng điện cục bộ như sau: Điện áp thử nghiệm được tăng đều lên và duy trì trong 60 giây. Sau khi hoàn thành bài kiểm tra chịu điện áp, điện áp được giảm nhanh xuống , và phóng điện cục bộ của buồng khí của cầu chì 5031 được kiểm tra. Sau khi kiểm tra, điện áp được giảm nhanh xuống 0kV.
Kết Luận
Chất lượng của thanh cách điện kéo của cầu chì SF₆ loại thùng 500kV rất quan trọng đối với sự an toàn của cầu chì và an ninh của lưới điện. Các nhà sản xuất thiết bị cần thực hiện kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Trước khi lắp ráp thiết bị, nên tiến hành các bài kiểm tra phóng điện cục bộ trên thanh cách điện kéo, và có thể sử dụng các phương pháp kiểm tra như phát hiện lỗi nếu cần thiết. Sau khi cầu chì được đưa vào hoạt động, cần thực hiện các công việc kiểm tra phóng điện cục bộ trực tiếp theo định kỳ bằng các phương pháp như tần số rất cao và siêu âm. Đồng thời, kiểm tra phóng điện cục bộ trực tiếp ngoại tuyến nên được kết hợp với bảo dưỡng cầu chì. Đối với các cầu chì có mức phóng điện cục bộ bất thường, có thể tiến hành phân tích các sản phẩm phân hủy khí SF₆ đồng thời để chẩn đoán sức khỏe cách điện của cầu chì SF₆ ở giai đoạn sớm, ngăn ngừa sự cố thiết bị và đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của lưới điện.
