Phương pháp kiểm tra cho tủ đấu nối cách điện khí GIS 35 kV mới lắp đặt

GIS (Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí) mang lại những ưu điểm như cấu trúc gọn nhẹ, vận hành linh hoạt, liên kết đáng tin cậy, tuổi thọ dài, không cần bảo dưỡng và diện tích chiếm dụng nhỏ. Nó cũng có nhiều ưu điểm không thể thay thế về hiệu suất cách điện, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng, và ngày càng được áp dụng trong các doanh nghiệp công nghiệp và khai thác mỏ, sân bay, đường sắt, tàu điện ngầm, trạm gió và các lĩnh vực khác.

Một doanh nghiệp nhất định có trạm biến áp trong nhà 35 kV ban đầu được trang bị thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí gồm 10 ngăn. Lần nâng cấp này thêm 4 ngăn mới. Tuy nhiên, diện tích khu vực ban đầu không thể đáp ứng yêu cầu mở rộng ngăn. Ngoài ra, khi xem xét số năm sử dụng của thiết bị và hiệu suất an toàn, trạm biến áp 35 kV đang được cải tạo với thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí SF₆ trong vỏ kim loại. Diện tích phòng thiết bị hiện tại có thể đáp ứng yêu cầu mở rộng, và hiệu suất an toàn tổng thể của thiết bị điện sẽ được cải thiện đáng kể.

Bài viết này nghiên cứu, dựa trên các thành phần chính của thiết bị đóng cắt, các thử nghiệm sau đây: thử nghiệm cách điện vỏ và thanh cái, thử nghiệm cầu chì chân không, thử nghiệm biến áp điện áp, thử nghiệm biến áp dòng, thử nghiệm arrester sét oxit kim loại, và thử nghiệm cáp điện.

1. Phân loại và sắp xếp thứ tự các mục thử nghiệm
Phần Bus III của trạm biến áp 35 kV bao gồm hệ thống hai bus được hình thành bởi 14 đơn vị thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí SF₆ loại ZX2. Tất cả các bộ phận dẫn điện chính bên trong tủ đều được lắp đặt trong vỏ chứa khí kín, khiến việc thử nghiệm phòng ngừa trực tiếp trở nên khó khăn. Do đó, thử nghiệm phải được thực hiện bằng cách tạo mạch thử nghiệm sử dụng các đơn vị thiết bị đóng cắt lân cận. Nhiều bộ phận dẫn điện, như biến áp điện áp và thanh cái, sử dụng kết nối cắm. Để đảm bảo tiếp xúc tốt ở tất cả các khớp cắm thanh cái, phải thực hiện đo điện trở tiếp xúc DC trên tất cả các khớp. Trong quá trình thử nghiệm, phải lắp đặt các cắm thử nghiệm tạm thời tại các ổ cắm cáp để phục vụ làm điểm tiếp cận thử nghiệm, điều này làm tăng độ khó và khối lượng công việc thử nghiệm. Do đó, thứ tự thử nghiệm nên được sắp xếp hợp lý để giảm thiểu khối lượng công việc. Cân nhắc các yếu tố trên, thử nghiệm thiết bị điện cho Phần Bus III 35 kV được thực hiện thông qua hai phương pháp: thử nghiệm bên trong tủ và thử nghiệm bên ngoài tủ.

2. Các thử nghiệm đặc trưng của thiết bị bên trong thiết bị đóng cắt
Thử nghiệm bên trong tủ được thực hiện trong hai vòng. Vòng đầu tiên, sử dụng cắm thử nghiệm tiêm dòng điện thấp; các cắm này dễ dàng lắp đặt—chỉ cần cắm trực tiếp vào các ổ cắm lắp đặt cáp bên trong thiết bị đóng cắt. Vòng thứ hai, cắm thử nghiệm cao áp được cắm vào các ổ cắm lắp đặt cáp bên trong thiết bị đóng cắt và cố định bằng vít để đưa điện áp thử nghiệm vào thiết bị được thử nghiệm.

2.1 Thử nghiệm vòng đầu tiên
2.1.1 Thử nghiệm cầu chì chân không
Vòng này, trước tiên thực hiện các thử nghiệm đặc trưng cơ học và thử nghiệm cơ chế hoạt động, cả hai đều sử dụng máy thử nghiệm đặc trưng động cơ cầu chì. Hai đơn vị thiết bị đóng cắt lân cận được nhóm lại. Dây thử nghiệm ba pha được kết nối ở một đầu, và đầu kia được nối đất. Đặc trưng cơ học và điện áp cuộn dây hoạt động của hai cầu chì nối tiếp được đo riêng biệt—tức là, khi đo đặc trưng cơ học của một cầu chì, cầu chì kia được đóng để làm đường thử nghiệm. Phương pháp thử nghiệm giống với quy trình tiêu chuẩn. Đối với ngăn cầu chì bus-tie 9AH, kết nối giữa bus chính và bus phụ của hệ thống hai bus, nó có thể được nối tiếp với cầu chì bên trái 10AH và cầu chì bên phải 8AH (tổng cộng ba cầu chì) để sử dụng các đường thử nghiệm của 10AH và 8AH.

2.1.2 Thử nghiệm điện trở tiếp xúc DC của mạch dẫn điện và khớp cắm thanh cái
Để đo điện trở tiếp xúc của tất cả các cầu chì chân không, công tắc cách ly bus chính/phụ, và khớp cắm bus chính/phụ, các đơn vị thiết bị đóng cắt lân cận vẫn được nhóm theo cặp, nhưng thử nghiệm tuần tự—tức là, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Đối với mỗi cặp, khi các công tắc cách ly bus chính (hoặc phụ) của hai đơn vị thiết bị đóng cắt lân cận được đóng, điện trở tiếp xúc DC ba pha của đường bus chính (hoặc phụ) tương ứng được đo. Máy đo điện trở vòng được sử dụng với dòng thử nghiệm khoảng 100 A. Ví dụ, đối với cầu chì bus-tie 9AH, nó có thể được nối tiếp với 10AH bên trái và 8AH bên phải để tạo hai đường thử nghiệm: 10AH–bus chính–9AH–bus phụ–8AH và 10AH–bus phụ–9AH–bus chính–8AH. Phương pháp thử nghiệm giống với các đơn vị thiết bị đóng cắt khác, với giá trị điện trở từ 200 đến 300 μΩ.

2.1.3 Thử nghiệm biến áp dòng
Các bộ phận dẫn điện chính của biến áp dòng chuyên dụng cách điện bằng khí được lắp đặt bên trong tủ được kín trong vỏ; do đó, các thử nghiệm của chúng phải được hoàn thành đồng thời trong quá trình thử nghiệm bên trong tủ. Vòng này, trước tiên thực hiện các thử nghiệm tỷ lệ, kiểm tra cực, và thử nghiệm đường cong đặc trưng kích thích. Các thử nghiệm này được thực hiện bằng máy thử nghiệm biến áp đa chức năng tự động hoàn toàn.

Đối với các thử nghiệm tỷ lệ và kiểm tra cực: cấu hình mạch thử nghiệm giống với các thử nghiệm đặc trưng cơ học của cầu chì—tức là, hai đơn vị thiết bị đóng cắt lân cận được nhóm, với các cầu chì và công tắc cách ly bus cùng phía được đóng. Dòng lớn được tiêm theo từng pha, và dòng cảm ứng thứ cấp được lấy từ các đầu cuối dòng thứ cấp tương ứng để đo tỷ lệ và cực của tất cả các biến áp dòng nối tiếp trong mạch. Phương pháp thử nghiệm giống với quy trình tiêu chuẩn.

Đối với thử nghiệm đường cong đặc trưng kích thích: thử nghiệm này chỉ yêu cầu mạch sơ cấp mở và có thể được thực hiện bất cứ lúc nào. Cân nhắc rằng nó sử dụng cùng thiết bị thử nghiệm và chia sẻ các đầu cuối dòng thứ cấp với thử nghiệm tỷ lệ—tức là, dòng thử nghiệm được tiêm qua các đầu cuối dòng thứ cấp tương ứng—it có thể được thực hiện đồng thời với thử nghiệm tỷ lệ để cải thiện hiệu quả công việc.

2.2 Kiểm tra cách điện của thiết bị bên trong tủ phân phối
Trong vòng kiểm tra thứ hai, các kiểm tra cách điện của tủ phân phối và thanh cái được thực hiện đồng thời, bao gồm: kiểm tra cách điện của bộ phận dẫn điện của cầu chì đối với đất và giữa các tiếp điểm, kiểm tra cách điện của bộ phận dẫn điện của công tắc thanh cái chính/ phụ đối với đất và giữa các tiếp điểm, kiểm tra cách điện từ phía sơ cấp đến phía thứ cấp và đối với đất của biến dòng, và kiểm tra cách điện của tất cả các thanh cái chính/ phụ nội bộ và các bộ phận dẫn điện đối với đất và giữa các pha.

Mỗi đơn vị tủ phân phối được áp dụng điện áp hai lần. Đầu tiên, thanh cái chính và phụ bên trong tủ được nối đất thông qua một đơn vị tủ phân phối được chọn—tức là, cầu chì và hoặc công tắc thanh cái chính (hoặc phụ) của đơn vị tủ phân phối được chọn được đóng. Sau đó, công tắc cầu nối và các công tắc thanh cái chính/ phụ của nó được đóng, và dây nối đất tạm thời được lắp đặt tại ổ cắm cáp của đơn vị tủ phân phối đó, do đó nối đất toàn bộ hệ thống thanh cái chính và phụ bên trong tủ.

Đơn vị tủ phân phối đang được kiểm tra sử dụng cắm thử nghiệm điện áp cao, được vặn chặt vào ổ cắm cáp để đưa điện áp thử nghiệm vào.

Trong lần áp dụng điện áp đầu tiên lên đơn vị tủ phân phối, cầu chì của nó mở, và công tắc ba vị trí của thanh cái chính được đặt ở vị trí nối đất (hoặc đặt ở vị trí dịch vụ với thanh cái được nối đất ở nơi khác), cho phép kiểm tra chịu điện áp giữa sơ cấp-thứ cấp của biến dòng và sơ cấp-đối với đất, cũng như giữa các tiếp điểm của cầu chì.

Trong lần áp dụng điện áp thứ hai, cầu chì được đóng, và cả hai công tắc ba vị trí của thanh cái chính và phụ đều ở vị trí mở, cho phép kiểm tra chịu điện áp của toàn bộ cụm cầu chì đối với đất và giữa các tiếp điểm của công tắc thanh cái chính/ phụ.

Đối với ngăn đặc biệt của cầu nối thanh cái 9AH, các kiểm tra có thể được lên lịch cùng với kiểm tra chịu điện áp của thanh cái chính và phụ, yêu cầu tổng cộng ba lần áp dụng điện áp. Trong lần áp dụng điện áp đầu tiên, cầu nối thanh cái và công tắc thanh cái chính được đóng, trong khi công tắc thanh cái phụ mở. Thanh cái phụ được nối đất thông qua một đơn vị tủ phân phối khác, và điện áp thử nghiệm được đưa vào thanh cái chính thông qua một đơn vị tủ phân phối nhất định. Kiểm tra chịu điện áp sau đó được thực hiện trên hệ thống thanh cái chính, toàn bộ cầu nối thanh cái đối với đất, và khoảng cách tiếp điểm của công tắc thanh cái phụ, như được minh họa trong Hình 1.

Trong lần áp dụng điện áp thứ hai, cầu nối thanh cái và công tắc ngắt thanh cái phụ được đóng, trong khi công tắc ngắt thanh cái chính mở. Thanh cái chính được nối đất thông qua một đơn vị tủ phân phối khác, và điện áp thử nghiệm được đưa vào thanh cái phụ thông qua một đơn vị tủ phân phối nhất định. Một kiểm tra chịu điện áp sau đó được thực hiện trên hệ thống thanh cái phụ, toàn bộ cầu nối thanh cái đối với đất, và khoảng cách tiếp điểm của công tắc ngắt thanh cái chính.

Trong lần áp dụng điện áp thứ ba, khoảng cách tiếp điểm của cầu nối thanh cái được kiểm tra thông qua thanh cái phụ. Cụ thể, công tắc ngắt thanh cái phụ của cầu nối được đóng, cầu nối thanh cái được mở, và công tắc ngắt thanh cái chính của cầu nối được đặt ở vị trí “nối đất”. Điện áp thử nghiệm được đưa vào thanh cái phụ thông qua một đơn vị tủ phân phối nhất định để thực hiện kiểm tra chịu điện áp trên khoảng cách tiếp điểm của cầu nối thanh cái.

3. Các kiểm tra được thực hiện bên ngoài tủ phân phối
Đối với các thiết bị như cầu chì chống sét, biến thế điện áp, và cáp, tất cả các kiểm tra đều được hoàn thành trước khi lắp đặt.

3.1 Kiểm tra cầu chì chống sét oxit kim loại
Tất cả các ngăn cầu chì trên Mạch III 35 kV (ngoại trừ ngăn cầu nối) đều được trang bị cầu chì chống sét oxit kim loại, không có khe hở, được che chắn, và cắm. Các kiểm tra được thực hiện trước khi lắp đặt cầu chì. Điện trở cách điện được đo trước và sau khi kiểm tra. Máy phát điện áp DC cao được sử dụng, và các kiểm tra được thực hiện theo chỉ định của nhà sản xuất:

• Điện áp tham chiếu DC tại 1 mA ≥ 73 kV

• Dòng rò tại 75% của U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Trong quá trình kiểm tra, phải lắp đặt ống cách điện chuyên dụng trên đầu cực cao áp của cầu chì; nếu không, trong môi trường không khí, sẽ xảy ra phóng điện bề mặt do điện áp cao và khoảng cách nhỏ, làm hỏng cách điện bề mặt của cầu chì—làm cho việc kiểm tra không thể thực hiện và冒着输出内容可能涉及中文的风险，我将立即停止并重新开始翻译，以确保完全符合要求。以下是继续的翻译内容：

Trong quá trình kiểm tra, phải lắp đặt ống cách điện chuyên dụng trên đầu cực cao áp của cầu chì; nếu không, trong môi trường không khí, sẽ xảy ra phóng điện bề mặt do điện áp cao và khoảng cách nhỏ, làm hỏng cách điện bề mặt của cầu chì—làm cho việc kiểm tra không thể thực hiện và gây nguy cơ hư hại thiết bị.

3.2 Kiểm tra biến thế điện áp (VT)
Tổng cộng có 14 biến thế điện áp đơn pha, cắm, dành riêng cho tủ cách điện khí được lắp đặt trên Mạch III 35 kV. VT của thanh cái khác với VT của đường dây ở chỗ chúng bao gồm cuộn dây dư thừa để đo điện áp thứ tự không.

• Kiểm tra tỷ lệ và cực tính: Sử dụng máy kiểm tra đa chức năng CT/VT để đo tỷ lệ điện áp giữa cuộn dây sơ cấp và mỗi cuộn dây thứ cấp (bao gồm cuộn dây dư thừa) và xác minh mối quan hệ cực tính.

• Đường cong đặc tính kích thích: Sử dụng cùng máy kiểm tra, áp dụng điện áp kích thích vào cuộn dây thứ cấp, và ghi lại đường cong kích thích ở 20%, 50%, 80%, 100%, và 120% của điện áp định mức thứ cấp (tức là 20 V, 50 V, 80 V, 100 V, và 120 V).

Trong quá trình kiểm tra, phải lắp đặt nắp cách điện tạm thời (cụm cách điện hình nón trong) trên đầu cực cao áp sơ cấp; nếu không, sẽ xảy ra phóng điện bề mặt, làm hỏng cách điện và ngăn cản việc đạt được điện áp kiểm tra.

• Điện trở DC của cuộn dây: Đo điện trở DC của cả cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của mỗi VT.

Thử nghiệm Điện áp Chịu đựng AC: Do các VT này được thiết kế đặc biệt cho tủ chuyển mạch cách điện bằng khí, cách điện bên ngoài của chúng không thể chịu được điện áp thử nghiệm cao khi được thử nghiệm bên ngoài tủ. Do đó, không thực hiện thử nghiệm chịu đựng AC tần số công nghiệp trên cuộn sơ cấp. Thay vào đó, sử dụng thử nghiệm điện áp cảm ứng. Thử nghiệm cảm ứng này có thể kết hợp với thử nghiệm đặc tính kích thích—áp dụng điện áp 120 V trong 1 phút ở phía thứ cấp.

• Áp dụng 3 kV AC (tần số công nghiệp) trong 1 phút giữa đầu cuối N của cuộn sơ cấp và tất cả các cuộn dây/khác/đất.

• Áp dụng 2 kV AC (tần số công nghiệp) trong 1 phút giữa mỗi cuộn thứ cấp (hoặc dư) và tất cả các cuộn dây/khác/đất.

4.Lưu ý Khi Thử nghiệm

4.1 Điều kiện Cơ bản Trước Khi Thử nghiệm

• Bảng chỉ thị áp suất khí SF₆ phải nằm trong phạm vi xanh bình thường.

• Vỏ tủ chuyển mạch phải được nối đất đáng tin cậy, với điện trở nối đất đáp ứng yêu cầu.

• Xác minh rằng vị trí và chỉ báo trạng thái thực tế của các bộ ngắt ba vị trí và cầu chì là chính xác.

• Tất cả các ổ cắm không sử dụng trên thiết bị đang được thử nghiệm phải được niêm phong bằng nút cách điện.

• Trong các thử nghiệm chịu đựng AC, các lỗ kết thúc cáp, lỗ lắp đặt arrester, và lỗ lắp đặt VT trong các ngăn nhận điện áp phải được niêm phong bằng nút cách điện chuyên dụng; các khu vực không có điện không cần niêm phong.

• Xác nhận rằng các đầu busbar được niêm phong bằng nút cách điện và cả hai tủ đầu đều được đóng kín hoàn toàn.

4.2 Đặc điểm Riêng biệt của Các Thử nghiệm Điện áp Cao
Do sức mạnh cách điện bên ngoài của VTs bên ngoài tủ không đủ, thử nghiệm điện áp cảm ứng trên cuộn sơ cấp phải được kết hợp với thử nghiệm kích thích ở điện áp giảm, điều này không sao chép đầy đủ các điều kiện chịu đựng tiêu chuẩn. Ngoài ra, việc đo điện trở tiếp xúc DC phản ánh tổng điện trở của toàn bộ đường dẫn series—bao gồm các cầu chì, bộ ngắt, mối nối bus plug, và cuộn sơ cấp CT—làm cho việc xác định cụ thể thành phần nào vượt quá giới hạn cho phép khó khăn nếu giá trị tổng cộng vượt quá quy định.

4.3 Tính Chất Đặc biệt của Phương pháp Thử nghiệm Điện áp Cao
Vì việc thử nghiệm trực tiếp thiết bị được niêm phong bên trong vỏ chứa khí là không thể, các mạch thử nghiệm phải được hình thành bằng cách sử dụng các đơn vị chuyển mạch liền kề và busbar. Do đó, việc thử nghiệm toàn diện hệ thống Bus 35 kV Phần III chỉ có thể được thực hiện khi hệ thống bus đã được ngắt điện. Tuy nhiên, một số thử nghiệm có thể được thực hiện trên các ngăn riêng lẻ đã được ngắt điện:

• Tất cả các thử nghiệm CT (trừ thử nghiệm tỷ lệ)

• Thử nghiệm chịu đựng trên khe tiếp xúc cầu chì và các phần phía đường dây

• Các thử nghiệm đặc tính cơ học của cầu chì (trừ cầu chì liên kết bus)

• Tất cả các thử nghiệm trên các thành phần tháo rời như cáp, arrester sét, và VTs

4.4 Lưu ý Đặc biệt về Tiêu chuẩn Thử nghiệm
Trong các thử nghiệm chịu đựng AC nội bộ, do các cầu chì, bộ ngắt, CT, và busbar được thử nghiệm đồng thời, điện áp thử nghiệm phải được giới hạn ở mức chịu đựng thấp nhất trong số chúng—76 kV (tiêu chuẩn CT)—kết quả là mức độ căng thẳng thấp hơn so với tối ưu cho các thành phần khác. Sau khi loại bỏ các cuộn thứ cấp để thử nghiệm, dây dẫn ban đầu phải được khôi phục ngay lập tức để tránh tiếp xúc kém hoặc mạch mở.

5.Kết luận
Thử nghiệm điện áp cao trên thiết bị chuyển mạch cách điện bằng khí nhỏ gọn đòi hỏi những thách thức và yêu cầu vận hành phức tạp. Do đó, hiểu rõ đặc điểm của thiết bị là rất quan trọng. Việc lựa chọn thiết bị và phương pháp thử nghiệm phù hợp với các đặc điểm này, và tóm tắt các quy trình và tiêu chuẩn thử nghiệm hiệu quả, cung cấp tài liệu tham khảo và cơ sở kỹ thuật quý giá để giải quyết các thách thức kỹ thuật tương tự.