Phương pháp vận hành cho cộng hưởng PT trong trạm chuyển mạch GIS 500kV

1. Nguyên nhân gây ra cộng hưởng

Một trạm chuyển mạch GIS 500kV được thiết kế theo nguyên tắc “thiết bị chính thông minh và thiết bị phụ mạng lưới”. Bên cao áp của PT không có cầu chì và được kết nối trực tiếp với bus GIS. Qua phân tích sơ đồ ghi lỗi, khi cầu chì 5021 mở, điện dung khe hở và PT tạo thành mạch chuỗi. Hơn nữa, sau khi điện áp bus được song song bởi cảm ứng của PT, nó thể hiện đặc tính cảm ứng. Điện dung bị quấy rối, kích hoạt cộng hưởng.

Dòng điện bão hòa kéo dài hơn 1 giờ 40 phút, gây ra nguy cơ nóng lên và hư hỏng của PT. Mạch tương đương bao gồm điện áp nguồn (Es), cầu chì (CB), điện dung khe hở (Cs), điện dung từ bus đến đất (Ce), và điện trở và cảm ứng cuộn dây chính của PT (Re, Lcu).

Để điều tra nguyên nhân, đường dây thứ hai đã được ngắt điện. Kiểm tra điện trở cách điện, điện trở DC, và áp suất khí SF₆ của PT không phát hiện bất thường nào. Do PT điện từ là một cuộn cảm phi tuyến với lõi sắt và các thành phần thiết bị GIS có điện dung, trong những tình huống cụ thể, mạch chuỗi LC đáp ứng điều kiện cộng hưởng, gây ra cộng hưởng liên tục.

2. Giải pháp Khoa học để Khắc phục
2.1 Đề xuất Giải pháp

Cộng hưởng PT là phổ biến ở trạm chuyển mạch GIS 500kV. Độ thẩm thấu của vật liệu từ tính thay đổi theo trường từ ngoại vi: khi trường từ tăng → cường độ từ cảm tăng. Sau khi bão hòa, độ thẩm thấu đạt giá trị đỉnh. Với sự gia tăng thêm, độ thẩm thấu giảm. Theo công thức cảm ứng cuộn dây:

(N là số vòng, μ là độ thẩm thấu, S là diện tích mặt cắt ngang tương đương của mạch từ, và l_m là chiều dài mạch từ tương đương), số vòng và các thông số mạch từ của PT điện từ là cố định, và cảm ứng có mối quan hệ tuyến tính với độ thẩm thấu; khi lõi sắt bão hòa, độ thẩm thấu giảm mạnh, cảm ứng trở nên nhỏ hơn, thể hiện đặc tính phi tuyến. Nếu điện áp tần số thấp xuất hiện trong mạch, lõi sắt của PT bão hòa, cảm ứng tương đương giảm, và dòng điện kích thích cuộn dây tăng gấp hàng trăm lần, gây ra cộng hưởng và nóng lên.

Đối với cộng hưởng, các giải pháp sau được đề xuất:

• Thay đổi trình tự đóng/ngắt điện: Khi ngắt điện bus, tắt PT trước, sau đó là bus; khi cấp điện, sạc bus trước, sau đó đưa PT vào hoạt động. Điều này có thể phá vỡ điều kiện cộng hưởng nhưng yêu cầu điều chỉnh trình tự vận hành và PT cần được trang bị cầu dao.

• Loại bỏ điện dung khe hở cầu chì: Có thể loại bỏ điều kiện cộng hưởng nhưng sẽ làm giảm khả năng cắt đứt của cầu chì.

• Kết nối điện trở giảm chấn: Cân nhắc thực tế, kết nối điện trở giảm chấn vào bộ cáp còn lại của PT bus để ức chế quá áp và quá dòng do cộng hưởng.

2.2 Xử lý Sự cố

PT đường dây vào của một trạm chuyển mạch GIS 500kV đã xảy ra cộng hưởng lặp đi lặp lại trong quá trình ngắt điện, gây hư hỏng PT và ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị. Trong quá trình ngắt điện đường dây vào (chuyển sang trạng thái sẵn sàng nóng → lạnh, v.v.), PT vẫn cộng hưởng. Do đó, các thông số PT được tính toán, số vòng cuộn dây chính/phụ được điều chỉnh để giảm mật độ từ thông và thay đổi cảm ứng; cuộn dây chống cộng hưởng được lắp đặt, và PT mới cùng PT đường dây vào được thay thế. Sau quan sát và thống kê, không có cộng hưởng xảy ra tại trạm chuyển mạch, và thiết bị hoạt động bình thường.

3. Biện pháp Phòng ngừa: Lắp đặt Thiết bị Loại bỏ Tự động Cộng hưởng

Khi PT bus được kết nối trực tiếp với bus GIS, không xem xét điện trở từ PT đến đất. Giả sử cảm ứng của PT là L và điện dung từ bus đến đất là C; hai thành phần này được song song để tạo thành trở kháng Z, và công thức tính là

Bằng cách lắp đặt thiết bị loại bỏ cộng hưởng tự động, cộng hưởng có thể được ức chế dựa trên đặc tính trở kháng.

Để giảm tác động của cộng hưởng PT đối với PT đường dây vào 500kV GIS, các công tắc không khí và điện trở phi tuyến được thêm vào cuộn dây dư PT (qua phối hợp với nhà sản xuất trong thời gian ngừng toàn bộ) để loại bỏ cộng hưởng tự động. Cần có kế hoạch khẩn cấp cho sự cố cộng hưởng bus không tải.

Bus 500kV GIS sử dụng lắp đặt dạng mở; các thiết bị khác được cách điện bằng SF₆ (chiếm ít diện tích, độ tin cậy cao, khoảng thời gian bảo dưỡng hơn 20 năm, như được sử dụng trong Dự án Tam Hiệp). Các thiết bị loại bỏ cộng hưởng tự động đáng tin cậy (ví dụ: loại LXQ với SiC, nhỏ gọn và dễ lắp đặt; WXZ196 dựa trên máy tính, tích hợp cao để loại bỏ hài thực thời) có thể ngăn chặn cộng hưởng.

3.2 Cải tiến Qui định Vận hành

Đối với vận hành GIS 500kV:

• Phân tích trước: Xác định rủi ro cộng hưởng PT; làm rõ vai trò của người vận hành điện/NCS.

• Kiểm soát thiết bị: Trước khi tắt cầu chì cuối cùng, tách bus. Đóng K1/K2 trong hộp PT; tại cổng trạm, kích hoạt thiết bị loại bỏ cộng hưởng bus (đóng K3, chuẩn bị điện trở).

• Theo dõi thực thời: NCS theo dõi cầu chì và điện áp bus. Điện áp bằng không = không có cộng hưởng; điện áp dao động = cộng hưởng được phát hiện.

• Phản ứng: Đối với cộng hưởng, đóng K3 để kích hoạt điện trở. Nếu không hiệu quả, mở cầu chì để loại bỏ thủ công.

4. Kết luận

Trong quá trình thiết kế GIS 500kV, mô phỏng cộng hưởng PT bus để chọn PT chắc chắn (ngăn chặn bão hòa lõi trong quá trình chuyển mạch). Đối với cộng hưởng hiện có, thực hiện các hành động cụ thể (ví dụ: thay thế bus/PT) để đảm bảo vận hành an toàn. Hệ thống “phòng ngừa - vận hành - thiết kế” này nâng cao khả năng chống cộng hưởng.