Phân tích và Phòng ngừa Sự cố Cầu chì chống sét: Các Nguyên nhân Chính gây ra Sự cố của Cầu chì chống sét 10 kV trong Phân phối

1. Giới thiệu

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, thiết bị chính phải đối mặt với các mối đe dọa từ quá áp bên trong và quá áp khí quyển. Bộ chống sét, đặc biệt là bộ chống sét oxit kim loại (MOA) với đặc tính volt-ampere phi tuyến xuất sắc, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ do hiệu suất tốt, khả năng chịu dòng điện lớn và khả năng kháng ô nhiễm mạnh mẽ. Tuy nhiên, việc tiếp xúc lâu dài với điện áp tần số công nghiệp, cùng với chất lượng linh kiện, quy trình sản xuất và môi trường bên ngoài, khiến MOA dễ bị nóng bất thường hoặc nổ, đòi hỏi phải xác định, đánh giá và ngăn ngừa một cách khoa học.

Bài viết này đề cập đến sự cố lớn của bộ chống sét phân phối 10 kV ở một khu vực. Phân tích cho thấy các bộ chống sét nổ chủ yếu tập trung vào một mẫu của một nhà sản xuất. Ba pha hỏng và hai pha bình thường của mẫu này được tháo rời và kiểm tra để xác định nguyên nhân và biện pháp khắc phục.

2. Tổng quan về Sự cố

Các bộ chống sét hỏng được phân bố trên đường dây phân phối 10 kV của một trạm biến áp 35 kV. Sự cố xảy ra thường xuyên trong mùa mưa dông, và các bản ghi bất thường/sự cố của trạm biến áp không thể tương ứng với các bộ chống sét pha hỏng. Năm bộ chống sét mẫu không có thông tin bảo vệ chính xác và ghi chép sự cố. Hệ thống định vị sét cho thấy trong năm 2020, có 516 tia sét trong bán kính 10 km quanh trạm biến áp này.

Sau khi lắp đặt tại hiện trường, các thử nghiệm bàn giao đã được thực hiện (bao gồm thử nghiệm điện trở cách điện, thử nghiệm điện áp DC tham chiếu 1 mA và thử nghiệm dòng rò ở 0,75 lần điện áp DC tham chiếu 1 mA), tất cả đều đạt kết quả合格的输出应该是： ```html

1. Giới thiệu

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, thiết bị chính phải đối mặt với các mối đe dọa từ quá áp bên trong và quá áp khí quyển. Bộ chống sét, đặc biệt là bộ chống sét oxit kim loại (MOA) với đặc tính volt-ampere phi tuyến xuất sắc, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ do hiệu suất tốt, khả năng chịu dòng điện lớn và khả năng kháng ô nhiễm mạnh mẽ. Tuy nhiên, việc tiếp xúc lâu dài với điện áp tần số công nghiệp, cùng với chất lượng linh kiện, quy trình sản xuất và môi trường bên ngoài, khiến MOA dễ bị nóng bất thường hoặc nổ, đòi hỏi phải xác định, đánh giá và ngăn ngừa một cách khoa học.

Bài viết này đề cập đến sự cố lớn của bộ chống sét phân phối 10 kV ở một khu vực. Phân tích cho thấy các bộ chống sét nổ chủ yếu tập trung vào một mẫu của một nhà sản xuất. Ba pha hỏng và hai pha bình thường của mẫu này được tháo rời và kiểm tra để xác định nguyên nhân và biện pháp khắc phục.

2. Tổng quan về Sự cố

Các bộ chống sét hỏng được phân bố trên đường dây phân phối 10 kV của một trạm biến áp 35 kV. Sự cố xảy ra thường xuyên trong mùa mưa dông, và các bản ghi bất thường/sự cố của trạm biến áp không thể tương ứng với các bộ chống sét pha hỏng. Năm bộ chống sét mẫu không có thông tin bảo vệ chính xác và ghi chép sự cố. Hệ thống định vị sét cho thấy trong năm 2020, có 516 tia sét trong bán kính 10 km quanh trạm biến áp này.

Sau khi lắp đặt tại hiện trường, các thử nghiệm bàn giao đã được thực hiện (bao gồm thử nghiệm điện trở cách điện, thử nghiệm điện áp DC tham chiếu 1 mA và thử nghiệm dòng rò ở 0,75 lần điện áp DC tham chiếu 1 mA), tất cả đều đạt kết quả hợp lệ.

3. Phân tích Nguyên nhân Sự cố

Ba pha hỏng (Số 1, Số 2, Số 3) được tháo rời; hai pha bình thường (Số 4, Số 5) được kiểm tra và tháo rời để so sánh, nhằm xác định nguyên nhân gây ra sự cố lớn.

3.1 Thông tin Bảng tên Không đầy đủ

Trong ba pha hỏng và hai pha bình thường: 4 có ngày sản xuất nhưng không có số seri; 1 có số seri nhưng không có ngày; thông tin khác tương đối đầy đủ.

Bảng tên rất quan trọng để nhân viên vận hành và bảo dưỡng có thể lấy thông tin cơ bản về thiết bị. Việc thiếu ngày sản xuất/số seri làm cản trở việc tính toán tuổi thọ và theo dõi chất lượng, cản trở quản lý tập trung các khuyết điểm.

3.2 Các Varistor Đều Là Mảnh Vỡ

Khi tháo rời bộ chống sét hỏng Số 1, phát hiện: 6 varistor giữa hai điện cực, một số bề mặt có dấu vết cháy và bột trắng; ngoại trừ các bề mặt trên/dưới tương đối phẳng, các varistor có hình dạng không đều, không có kích thước hoặc sắp xếp đồng đều. Độ dày bao gồm 18 mm, 20 mm, 23 mm và 25 mm. Ba varistor có cung tròn bên ngoài đều (có thể từ các vòng tròn bên ngoài của varistor đĩa/đai hoàn chỉnh). Các vấn đề tương tự tồn tại trong hai bộ chống sét pha hỏng khác.

Bộ chống sét Số 5 nguyên vẹn được tháo rời (không bị hư hại trong quá trình, kết quả như Hình 4). Bên trong: 5 mảnh varistor + 3 đệm kim loại. Varistor có bề mặt trên/dưới phẳng, các mảnh khác không đều, tương tự như các mảnh khác: 3 mảnh ~22mm dày, 1 mảnh 20mm, 1 mảnh 17mm. 3 mảnh có cung tròn bên ngoài đều (từ các vòng tròn bên ngoài của varistor đĩa/đai hoàn chỉnh); 2 mảnh có cung tròn bên trong đều (từ các vòng tròn bên trong của varistor đai hoàn chỉnh).

Varistor của bộ chống sét oxit kim loại tiêu chuẩn là đĩa, đai hoặc trụ. Kích thước của chúng liên kết chặt chẽ với tỷ lệ điện áp (điện áp dư/điện áp tham chiếu), gradient điện thế, khả năng chịu dòng điện, nguyên liệu và quy trình thiêu kết. Trước khi lắp ráp lõi, mỗi varistor đều trải qua các thử nghiệm toàn diện (tần số công nghiệp, DC, xung dòng điện cao, sóng vuông, v.v.). Chỉ những mảnh vượt qua mới được lắp ráp.

Việc tháo rời cho thấy các bộ chống sét này sử dụng varistor không theo tiêu chuẩn: số lượng varistor/đệm kim loại không nhất quán giữa các đơn vị cùng mẫu; hình dạng không đều, độ dày khác nhau, và cung tròn bên ngoài không đều. Do đó, lõi được ghép từ các mảnh của varistor tiêu chuẩn (các thông số/kỹ thuật điện khác nhau), không phải là varistor tiêu chuẩn 10 kV. So sánh giữa pha hỏng và pha bình thường xác nhận đây là lỗi nhà máy, không phải do sự cố gây ra.

Các varistor như vậy có hiệu suất điện kém. Diện tích tiếp xúc không đồng đều làm giảm khả năng chịu quá áp, khả năng chịu dòng điện và ổn định - dễ gây ra sự cố trong các xung dòng điện trên đường dây.

3.3 Chất Lượng Kín Của Áo Composite Kém

Khi tháo rời bộ chống sét hỏng Số 3: một đầu của áo composite được kín tốt với điện cực (Hình 5); đầu còn lại không có lớp kín đúc. Chỉ có một ít vật liệu kín điền vào khoảng cách giữa điện cực và màn chắn cung - không hiệu quả trong việc bảo vệ, gây ra khoảng cách và gỉ nghiêm trọng (Hình 6).

Chất lượng kín kém này xuất phát từ việc đúc không đầy đủ trong quá trình sản xuất, không phải do sự cố.

Áo composite không có lớp kín đúc ở một bên của ống cách ly cung, và bề mặt ren của khối điện cực bị gỉ nghiêm trọng. Điều này cho thấy ngay cả khi có vật liệu kín, độ ẩm vẫn có thể thấm vào ống cách ly cung thông qua các khe ren. Trong quá trình vận hành, độ ẩm bám vào bề mặt lắp ráp lõi varistor làm tăng dòng rò và thành phần điện trở, gây ra nhiệt độ cao. Vận hành lâu dài dẫn đến nhiệt độ tăng bên trong ống cách ly cung, có thể làm chảy và nổ thành ống, dần dần làm suy giảm chất lượng hoạt động của bộ chống sét.

Khi kiểm tra bộ chống sét Số 4, phát hiện độ dày không đều của áo composite ở một đầu điện cực. Micrometer đo độ dày nhất là 4,985 mm và mỏng nhất chỉ 0,275 mm, như Hình 7. Hình cũng cho thấy lỗ xuyên tâm của cột điện cực của áo không phải là hình tròn tiêu chuẩn, cho thấy chất lượng kín kém ở đây.

Áo composite chủ yếu được làm bằng cao su silicone. Độ dày không đều do kiểm soát quy trình kém và lệch tâm trong giai đoạn lưu hóa. Đối với bộ chống sét 10 kV tiêu chuẩn, áo composite có độ dày đồng đều từ 3-5 mm. Cao su silicone quá mỏng có khả năng chống lão hóa kém và dễ nứt. Nó không chỉ cho phép độ ẩm thấm vào và bám vào bề mặt của ống cách điện, gây ra sự cố do độ ẩm, mà còn có thể làm suy giảm hiệu suất cách điện bên ngoài của thiết bị, trở thành yếu tố quan trọng hạn chế chất lượng sản phẩm.

3.4 Hợp Lệ Trong Các Thử Nghiệm Thường Quy, Không Hợp Lệ Trong Các Thử Nghiệm Đặc Biệt

Các thử nghiệm liên quan đến điện áp DC đã được thực hiện trên bộ chống sét Số 5 bình thường, kết quả được hiển thị trong Bảng 1.

Để xác minh khả năng chịu dòng điện cao, một thử nghiệm xung dòng điện cao đã được thực hiện trên bộ chống sét Số 4 bình thường. Ngay cả khi dòng xung thử nghiệm thấp hơn nhiều so với giá trị quy định, bộ chống sét vẫn bị phá vỡ và nổ, dẫn đến thất bại trong thử nghiệm. Dữ liệu chi tiết được trình bày trong Bảng 2.

4. Đề Xuất

Khi đấu thầu và mua sắm bộ chống sét (đặc biệt cho mạng phân phối), cần rõ ràng về điều kiện kỹ thuật và thông số kỹ thuật của nhà cung cấp. Chọn nhà cung cấp có quy trình sản xuất chín muồi và hiệu suất tốt; tránh các gói thầu giá quá thấp.

Trong quá trình chấp nhận bộ chống sét mạng phân phối, các đơn vị xây dựng và vận hành phải tuân theo các tiêu chuẩn như "Năm Tiêu Chuẩn". Kiểm tra từng mục, giữ lại các báo cáo thử nghiệm nhà máy để đảm bảo tỷ lệ đạt yêu cầu.

Sử dụng các nền tảng thử nghiệm của trung tâm kiểm tra vật liệu tỉnh. Thực hiện các thử nghiệm mẫu (AC/DC, xung dòng điện cao, kín) cho bộ chống sét 10 kV để chặn các sản phẩm không đạt yêu cầu khỏi kết nối lưới.

Sau khi lắp đặt, trước khi đưa vào vận hành, tuân thủ nghiêm ngặt GB 50150—2016 cho các thử nghiệm tại hiện trường. Cung cấp các báo cáo chuẩn, lưu trữ theo yêu cầu. Đảm bảo quản lý dữ liệu toàn bộ quá trình (sản xuất → vận chuyển → chấp nhận → thử nghiệm bàn giao → đưa vào vận hành). Sau khi đưa vào vận hành, tăng cường tuần tra/ghi chép. Trong mùa mưa, sử dụng hình ảnh hồng ngoại. Đối với hiện tượng nóng bất thường, ngắt điện và thay thế kịp thời để ngăn chặn sự mở rộng của sự cố.