Phân tích xả cục bộ của thanh cái GIS cùng nhau

CIS (Thiết bị đóng cắt cách điện khí) đề cập đến bộ phận đóng cắt cách điện khí được bao kín. Busbar là đường dẫn chung mà nhiều thiết bị được kết nối song song. Trong CIS, không gian bên trong của busbar tương đối nhỏ, nhưng nó hoạt động dưới điện áp và dòng điện cao. Nếu xảy ra phóng điện cục bộ, điều này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến cách điện giữa các pha và tạo ra mối đe dọa lớn cho việc vận hành an toàn và ổn định của thiết bị. Bài viết này trình bày phân tích và giải pháp cho sự cố phóng điện cục bộ trong busbar CIS, và giới thiệu một phương án siết chặt mới cho bulông busbar CIS để tham khảo.

Tình huống Sự cố

Một CIS 220 kV tại một trạm biến áp cụ thể đã được đưa vào hoạt động vào ngày 20 tháng 12 năm 2016. Vào tháng 3 năm 2017, trong quá trình kiểm tra trực tiếp tại trạm biến áp, nhân viên vận hành và bảo dưỡng đã phát hiện tín hiệu tần số rất cao (VHF) rõ ràng trên busbar, xác định sơ bộ rằng có sự cố phóng điện cục bộ trong busbar.

Khi sử dụng máy phát hiện phóng điện cục bộ (mô hình PDT-840MS) để kiểm tra trực tiếp, nhân viên vận hành và bảo dưỡng đã phát hiện tín hiệu VHF rõ ràng trên cảm biến tích hợp của busbar giữa cầu dao 204 ở phía 220 kV của máy biến áp chính số 4 và cầu dao 225 của đường dây 220 kV Xinguo. Các tín hiệu hiển thị hai cụm riêng biệt và đối xứng, với lượng phóng điện lớn. Amplitude tối đa đạt 67 dB, và âm thanh phóng điện bất thường có thể nghe thấy tại chỗ, chỉ ra sơ bộ sự tồn tại của phóng điện cục bộ trong thiết bị. Công ty đã sắp xếp cho trung tâm bảo dưỡng tiến hành đo lại, và đồng thời phát hiện tín hiệu VHF và siêu âm bất thường.

Kiểm tra siêu âm cho thấy giá trị đỉnh trong chế độ liên tục khoảng 120 mV, với một mức tương quan tần số 100 Hz nhất định, và giá trị tối đa trong chế độ pha khoảng 70 mV. Sau khi phân tích, đã xác định rằng phóng điện lơ lửng là do rung động của cách điện giữa các pha bên trong buồng khí busbar 2B giữa ngăn cầu dao 204 ở phía 220 kV của máy biến áp chính số 4 và ngăn cầu dao 225 của đường dây 220 kV Xinguo.

Phân tích Nguyên nhân Sự cố
Thống kê Tải và Kiểm tra Ngăn Busbar Bị Sự cố

Tải của đường dây 220 kV Xinguo và cầu dao 204 của máy biến áp chính số 4 đã được thống kê. Tải của busbar phần B 220 kV không có sự thay đổi đáng kể và không vượt quá giá trị định mức.

Nhân viên bảo dưỡng, cùng với kỹ thuật viên của nhà sản xuất, đã tiến hành kiểm tra tháo rời ngăn busbar nơi xảy ra phóng điện cục bộ. Đoạn busbar này dài 7 m và có 6 thanh cách điện giữa các pha bên trong. Sau khi tháo rời busbar, đã phát hiện ba bulông lỏng: pha V của thành phần cách điện giữa các pha đầu tiên, pha V của thành phần cách điện giữa các pha thứ năm, và pha W của thành phần cách điện giữa các pha thứ sáu. Trong đó, bulông đầu tiên là lỏng nhất, có thể tháo ra được, và xung quanh có nhiều bụi.

Răng của các cắm kim loại trên các thanh cách điện khác không có dấu hiệu hư hỏng rõ rệt, và bề mặt vật liệu cách điện không có vết nứt, vết xước hoặc lõm bất thường. Các bộ phận khác của ba pha dẫn điện của các thanh cách điện khác và các điểm kết nối khác không có bất thường. Mômen siết của các bulông kết nối giữa 15 thanh cách điện khác và các dẫn điện đáp ứng yêu cầu quy định.

Phân tích và Xác minh

• Chất lượng các thành phần mô-đun busbar và lắp đặt. Qua kiểm tra, chất lượng vỏ ống busbar và dẫn điện tuân thủ yêu cầu kỹ thuật về chất lượng theo bản vẽ của nhà sản xuất. Độ thẳng của các thành phần tự thân đáp ứng yêu cầu dung sai hình dạng theo bản vẽ. Các thanh cách điện và các cắm kim loại phân cấp của chúng được sản xuất bằng cách đúc và làm cứng trong khuôn. Trong quá trình lắp ráp tại nhà máy, một dụng cụ đặc biệt được sử dụng để định vị các vị trí không gian tương đối của ba pha dẫn điện. Tuy nhiên, mômen siết của các bulông kết nối giữa dẫn điện và thanh cách điện không hoàn toàn đáp ứng yêu cầu của nhà sản xuất trong một số trường hợp.

• Khi busbar đang hoạt động trực tiếp, ba pha dòng điện đối xứng, và mỗi pha dẫn điện chịu cùng lực điện động xoay chiều. Ba pha được phân bố đối xứng trong không gian. Dẫn điện busbar là dẫn điện rỗng, có độ bền uốn cao hơn so với dẫn điện. Trong lắp đặt bình thường, ba pha dẫn điện sẽ không lệch về bất kỳ vị trí góc cố định nào do lực điện động trong quá trình hoạt động.

• Tính toán Độ bền Cơ học. Nhà sản xuất tính toán độ bền kết nối của các chi tiết kết nối và xác định rằng chiều dài kết nối giữa ren ngoài của bulông và ren trong của cắm thanh cách điện cần phải lớn hơn thiết kế hiện tại là 16 mm, và độ dày của miếng đệm kim loại cần tăng lên ít nhất 7 mm (hiện tại là 4 mm). Điều này có thể đáp ứng yêu cầu độ bền cơ học trong điều kiện kết nối một bulông và lực điện động 10 kN trong trường hợp ngắn mạch busbar.

• Thử nghiệm Loại. Kết quả thử nghiệm ổn định nhiệt (chịu dòng ngắn hạn) 500 A/3 s, thử nghiệm ổn định động (chịu dòng đỉnh) 135 kA, đặc biệt là thử nghiệm tăng nhiệt dưới dòng busbar 7 h/4000 A, cho thấy không có sự lỏng lẻo cơ học hoặc kết nối bất thường sau các thử nghiệm. Điều này cho thấy thiết kế hiện tại để siết chặt dẫn điện busbar là đáng tin cậy trong điều kiện thử nghiệm loại.

Xác định Nguyên nhân

Qua kiểm tra thực tế và phân tích lý thuyết, nguyên nhân chính của sự cố này được xác định như sau: Mômen siết của bulông trong quá trình lắp ráp của nhà sản xuất không đáp ứng tiêu chuẩn, và chiều dài kết nối của bulông và độ dày của miếng đệm không đáp ứng yêu cầu vận hành.

Phương án Xử lý

Dựa trên kết quả kiểm tra thực tế và phân tích lý thuyết, một phương án siết chặt bulông mới đã được đề xuất để đảm bảo vận hành đáng tin cậy của busbar.

• Sử dụng vít hai đầu được kết nối phù hợp với ren trong của cắm kim loại của thanh cách điện vòng (ở phía ren ngắn hơn của vít). Áp dụng keo Loctite 603 số 2 lên bề mặt ren ngoài của vít. Áp dụng ba dải keo Loctite 603 cách nhau khoảng 120° dọc theo chu vi của chiều dài ren 24 mm, đảm bảo rằng toàn bộ bề mặt 360° của ren được phủ keo sau khi vặn vào. Sau khi bulông được gắn đầy đủ, sử dụng giấy lau đặc biệt để loại bỏ bất kỳ keo dư thừa nào.

• Sử dụng đai ốc tự khóa/ chống lỏng kết hợp để ngăn chặn hiệu quả bulông lỏng. Sử dụng thành phần đệm tổng hợp có độ dày 8 mm.

• Sử dụng cờ lê lực để siết bulông, lấy giá trị 75 N·m, nằm ở cuối trên của phạm vi (70±7) N·m. Để đảm bảo mômen của mỗi bulông đạt tiêu chuẩn, thực hiện hệ thống một người làm và một người kiểm tra.

Sau khi siết chặt hoàn tất, sử dụng máy hút bụi, giấy lau đặc biệt và cồn để làm sạch triệt để các khu vực đã siết chặt và các khu vực hốc của dẫn điện.

Xử lý Thực tế

Sử dụng bulông hai đầu để tăng cường lực siết của bulông, và sử dụng đai ốc tự khóa để ngăn chặn bulông lỏng do lực điện động trong quá trình vận hành bình thường. Nhà sản xuất đã tiến hành công việc cải tạo bulông cho busbar GIS này theo phương án đã đề cập, và kết quả sau cải tạo là thỏa đáng.