Sự cố thanh cái RMU 35kV do lỗi lắp đặt phân tích

Bài viết này giới thiệu một trường hợp hỏng hóc do sự cố cách điện của thanh cái trong tủ phân phối vòng 35kV, phân tích nguyên nhân sự cố và đề xuất giải pháp [3], cung cấp tham khảo cho việc xây dựng và vận hành các trạm điện năng lượng mới.

1 Tổng quan về Sự cố 

Ngày 17 tháng 3 năm 2023, tại một dự án kiểm soát sa mạc hóa bằng năng lượng mặt trời đã báo cáo một vụ tai nạn rò rỉ đất làm ngắt mạch trong tủ phân phối vòng 35kV [4]. Nhà sản xuất thiết bị đã bố trí một đội chuyên gia kỹ thuật đến hiện trường để điều tra nguyên nhân gây ra sự cố. Qua kiểm tra, phát hiện rằng đầu nối bốn chiều ở trên đỉnh tủ đã bị phá vỡ do tiếp xúc với đất. Hình 1 thể hiện tình trạng của thanh cái pha B tại hiện trường. Có thể thấy từ Hình 1, có chất bột màu trắng trên thanh cái pha B, nghi ngờ là dấu vết sau khi xảy ra sự cố điện. Hệ thống này chỉ mới hoạt động có tải trong 8 ngày.

Theo kết quả kiểm tra và thử nghiệm tại hiện trường, phát hiện rằng đội thi công không tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu trong hướng dẫn lắp đặt và vận hành thiết bị, dẫn đến tiếp xúc dây dẫn kém và quá nhiệt, sau đó gây ra sự cố cách điện thanh cái.

2 Kiểm tra và Thử nghiệm tại Hiện trường

2.1 Thử nghiệm Cách điện 

Đầu tiên, nguồn điện vào bên ngoài được ngắt để làm mất điện toàn bộ trạm biến áp nhằm xác định vị trí lỗi. Thiết bị đóng cắt được điều chỉnh về trạng thái dẫn (công tắc cách ly đóng, công tắc đóng, công tắc nối đất mở). Điện trở cách điện được đo lần lượt ở các pha A, B, và C tại đầu ra của thiết bị. Kết quả thử nghiệm cho thấy, giá trị đồng hồ megohm cho các pha A và C của thiết bị gần như vô cùng (cách điện tốt), trong khi giá trị đồng hồ megohm cho pha B nhỏ hơn 5MΩ, cho thấy hiệu suất cách điện kém ở pha B của thiết bị. Điều này ban đầu gợi ý rằng có vấn đề về cách điện ở một vị trí nào đó trong pha B của thiết bị.

2.2 Kiểm tra Ghi chép Sự cố

Ghi chép sự cố tại hiện trường được thể hiện trong Hình 2. Có thể thấy từ Hình 2, tại thời điểm xảy ra sự cố, điện áp của các pha A và C trên thanh cái 35kV số 1 tăng lên điện áp đường dây, trong khi điện áp của pha B gần như bằng không.

2.3 Kiểm tra Thị giác Thiết bị tại Hiện trường 

Thanh cái phần I có 9 tủ. Qua kiểm tra thị giác thiết bị tại hiện trường, phát hiện có chất bột màu trắng trên thanh cái pha B, nghi ngờ là dấu vết sau khi xảy ra sự cố điện. Điều này xác định rằng sự cố cách điện thanh cái xảy ra tại tủ 1AH8 của thanh cái phần I.

2.4 Mở và Kiểm tra Vị trí Lỗi 

Sau khi mở nắp cách điện của thanh cái pha B, phát hiện rằng nút cách điện không được cố định đúng như thể hiện trong Hình 3, và các đoạn dây dẫn thanh cái không được ép chặt lại với nhau như thể hiện trong Hình 4.

2.5 Mở và Kiểm tra Lần hai Thanh cái Cách điện 

Cổng nối bốn chiều bị hỏng đã được cắt mở để phân tích. Phát hiện rằng cấu trúc bên trong cổng nối bốn chiều có hiện tượng cháy nham nhở do nhiệt độ cao như thể hiện trong Hình 5. Nút cách điện gần khu vực dây dẫn cũng có hiện tượng cháy nham nhở do nhiệt độ cao như thể hiện trong Hình 6.

2.6 Kiểm tra Thanh cái Cách điện Trên đỉnh Tủ của Pha A và Pha C 

Qua kiểm tra các thanh cái cách điện còn lại của pha A và C, công nghệ lắp đặt được phát hiện là chính xác, không có hiện tượng đổi màu hoặc cháy nham nhở tại các vị trí dẫn dòng của dây dẫn thiết bị.

3 Phân tích Nguyên nhân Hỏng hóc Cách điện Thanh cái

3.1 Xác định Phạm vi Sự cố 

Thử nghiệm điện trở cách điện được tiến hành đối với thiết bị tại hiện trường. Phát hiện rằng các pha A và C đã vượt qua thử nghiệm cách điện, trong khi pha B thất bại. Ngoài ra, dữ liệu ghi chép sự cố tại hiện trường cho thấy thanh cái pha B đã gặp sự cố ngắn mạch với đất. Khi sự cố xảy ra, điện áp của các pha A và C trên thanh cái 35kV số 1 tăng lên điện áp đường dây, trong khi điện áp của pha B gần như bằng không. Đây là đặc trưng của sự cố ngắn mạch kim loại đơn pha điển hình (sự cố cách điện thanh cái pha B xuống đất). Qua điều tra, vị trí sự cố được xác định tại khớp nối thanh cái pha B trong tủ 1AH8.

3.2 Giá trị Dòng điện Thứ tự Không và Dòng điện Thanh cái 

419 miligiây sau khi sự cố xảy ra, bảo vệ quá dòng thứ tự không của máy biến áp nối đất hoạt động 452 miligiây sau khi sự cố, dòng điện sự cố biến mất. Kiểm tra máy tính của máy biến áp nối đất, nó ghi nhận hoạt động bảo vệ dòng điện thứ tự không, như thể hiện trong Hình 7. Giá trị hoạt động là 0.552A (với tỷ lệ dòng điện CT thứ tự không là 100/1), phù hợp với giá trị ghi chép sự cố, như thể hiện trong Hình 8.

Theo ghi chép lỗi, giá trị RMS của dòng điện thứ cấp của busbar nhánh điện áp thấp số 1 là 0.5-0.6A. Do tỷ lệ dòng điện CT là 2000/1, được tính toán rằng dòng điện của busbar đoạn I lúc đó đạt 1000-1200A.

3.3 Tác động của chất lượng lắp đặt

Qua việc tháo dỡ và kiểm tra busbar cách điện pha B tại vị trí lỗi (tủ 1AH8), phát hiện rằng nút cách điện pha B không được khóa và xiết chặt đúng cách, dẫn đến các thanh dẫn bên trong đầu nối bốn chiều không được ép chặt lại với nhau. Điều này làm giảm diện tích tiếp xúc tại điểm kết nối busbar chính, gây ra sự tăng trở tại vị trí này.

trong đó: R là điện trở mạch (Ω); ρ là độ dẫn điện của dây dẫn (Ω·m); L là chiều dài dây dẫn (m); S là diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn (m²). Từ công thức (1), có thể thấy rằng khi diện tích tiếp xúc nhỏ hơn, điện trở mạch thiết bị sẽ lớn hơn. Theo công thức (2), nhiệt sinh ra mỗi đơn vị thời gian trong quá trình hoạt động nhiều hơn. Khi tản nhiệt ít hơn so với sinh nhiệt, nhiệt liên tục tích tụ tại vị trí này. Sau khi đạt đến một mức độ nhất định (điểm tới hạn), cách điện tại vị trí này bị hỏng, dẫn đến sự cố cách điện và kích hoạt sự cố đất.

trong đó: Q là nhiệt (J); I là dòng điện (A); R là điện trở (Ω); t là thời gian (s).

Tóm lại, nhiệt độ cao đã làm suy giảm hiệu suất cách điện của busbar, từ đó kích hoạt sự cố cách điện busbar. Khi đầu nối bốn chiều từ tủ 1AH8 được tháo rời tại hiện trường, đai ốc và vít đã bị chảy dính do phóng điện và mài mòn nhiệt, khiến chúng không thể tháo rời, như hình 9.

4 Xử lý sự cố và khuyến nghị

4.1 Biện pháp xử lý sự cố

Chuẩn bị vật liệu, thiết bị và công cụ liên quan, hoàn thành thủ tục giấy phép làm việc tại hiện trường, thay thế busbar cách điện bị hỏng tại hiện trường, chẳng hạn như ba cổng cách điện, bốn cổng cách điện và ống thẳng cách điện, thay thế cổng F bị đổi màu do nhiệt độ cao, tiến hành các thử nghiệm liên quan, và cuối cùng khôi phục nguồn điện.

4.2 Khuyến nghị phòng ngừa

Trước khi lắp đặt thiết bị, nhân viên kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị cần cung cấp đào tạo chuyên nghiệp cho các thành viên đội thi công tại hiện trường và giải thích các biện pháp phòng ngừa liên quan. Trong quá trình lắp đặt busbar, đội thi công nên tuân theo nghiêm ngặt quy trình lắp đặt trong sách hướng dẫn vận hành của nhà sản xuất. Sau khi hoàn thành lắp đặt tại hiện trường, cần sử dụng dụng cụ vặn lực để kiểm tra, đảm bảo rằng việc lắp đặt busbar được xiết chặt đúng cách. 

Sau khi hoàn thành việc lắp đặt thiết bị, nhân viên kiểm tra tại hiện trường cần thực hiện các thử nghiệm điện trở mạch và thử nghiệm chịu điện áp tần số công nghiệp trên thiết bị. Các thử nghiệm này có thể phát hiện vấn đề trước, ngăn chặn sự cố lan rộng. Thiết bị chỉ có thể chính thức đưa vào sử dụng sau khi vượt qua kiểm tra chấp nhận. Trong quá trình vận hành thiết bị, các trạm phân phối có thể xem xét triển khai chiến lược kiểm tra phân tán theo thời gian và không gian cho các phòng trạm phân phối để sớm phát hiện các rủi ro vận hành tiềm ẩn của thiết bị.

5 Kết luận 

Bài viết này giới thiệu về sự cố cách điện busbar của thiết bị phân phối điện 35kV, tiến hành kiểm tra lỗi tại hiện trường, phân tích dạng sóng lỗi và nguyên nhân gây lỗi. Cầu dao đã nhảy do lớp cách điện busbar bị hỏng, gây ra sự cố đất, kích hoạt hành động bảo vệ. Sự cố này cho thấy chất lượng lắp đặt có tác động đáng kể đến hoạt động lâu dài của thiết bị. 

Mặc dù chất lượng và dịch vụ của các sản phẩm điện liên quan trong nước ở Trung Quốc đã cải thiện đáng kể trong những năm gần đây, nhưng các tai nạn do vấn đề xây dựng và lắp đặt, như nóng bất thường và thậm chí nổ tại các đầu thiết bị, vẫn xảy ra không ngừng. Với sự phát triển liên tục của ngành công nghiệp điện Trung Quốc, việc tăng cường đào tạo chuyên nghiệp cho các nhân viên liên quan có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp điện Trung Quốc.