Phân tích Sự cố Dây chuyền của Công tắc Tải Loại Bơm 10kV
1. Tổng quan về sự cố
Trong tháng 6 năm công tắc điện áp cao đang hoạt động ở một khu vực đô thị cụ thể đã xảy ra sự cố, gây ra việc cắt mạch của đường dây 10kV. Điều tra tại hiện trường cho thấy thiết bị chuyển mạch có lỗi là thiết bị chuyển mạch tải điện áp cao kiểu vòng khí (loại HXGN2 - 10), và đặc điểm sự cố là ngắn mạch hồ quang ba pha. Sau khi cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện cho người dùng, cần lưu ý rằng cùng loại thiết bị chuyển mạch trong khu vực này, được đưa vào sử dụng từ năm 1999 đến 2000 (với thời gian hoạt động hơn 12 năm, dòng định mức thiết kế là 630A, và dòng hoạt động thực tế chủ yếu ≤ 300A), đã gặp phải nhiều sự cố tương tự, đe dọa đến vận hành đáng tin cậy của lưới điện.
2. Nguyên lý làm việc của công tắc tải khí nén
Tủ mạng vòng khí nén được đặt tên vì được trang bị công tắc tải khí nén. Thanh tiếp xúc di động cũng đóng vai trò như xy-lanh khí nén - cấu trúc rỗng chứa "cụm piston" được niêm phong, được dẫn động bởi trục chính để thực hiện chuyển động thẳng đóng và mở. Khi mở, piston nhanh chóng nén không khí trong thanh tiếp xúc di động (xy-lanh), và không khí nén được thổi về phía hồ quang do tách rời các tiếp xúc diệt hồ quang thông qua đầu phun nhựa chịu hồ quang ở trên cùng, tiêu diệt hồ quang bằng cách kéo dài nó; luồng khí tốc độ cao nhanh chóng khôi phục cường độ điện môi tại điểm ngắt, ngăn chặn hồ quang tái phát sinh.
Do khả năng ngắt dòng điện lỗi của công tắc bị hạn chế (chỉ áp dụng cho hệ thống dưới 35kV), một phương án thiết kế "tách phần dẫn điện khỏi phần tạo hồ quang" được áp dụng:
Khi mở, bề mặt ngoài của thanh tiếp xúc di động đầu tiên tách ra khỏi các tiếp xúc tĩnh, sau đó vòng tạo hồ quang tách ra khỏi thanh tạo hồ quang. Hồ quang bị giới hạn cháy giữa các thành phần tạo hồ quang, tránh hư hỏng các tiếp xúc chính; thanh tiếp xúc di động và đầu cuối dưới được kết nối bằng các tiếp xúc hình mận để đảm bảo dẫn điện.
3. Phân tích sâu nguyên nhân sự cố
(1) Khảo sát ban đầu (Yếu tố bên ngoài)
Dòng định mức thiết kế của loại công tắc này là 630A, nhưng dữ liệu điều độ cho thấy dòng hoạt động của công tắc xuất tuyến của trạm biến áp là 283A, và dòng lý thuyết đi qua tủ phân phối trên đường là ≤ 283A. Kết hợp với môi trường hiện trường (thời tiết nắng, không có ô nhiễm trên thân tủ), các yếu tố bên ngoài như quá dòng, quá áp và chập do ô nhiễm có thể được loại trừ trực tiếp, và sự cố được quy cho các khuyết tật của thiết bị chuyển mạch.
(2) Kiểm tra và xác minh bằng cách tháo dỡ
Sau khi tháo dỡ tủ có lỗi, ban đầu suy đoán rằng "tiếp xúc kém giữa tiếp xúc di động và tĩnh dẫn đến quá nhiệt và cháy", nhưng không thể đưa ra kết luận chắc chắn do tủ bị hư hại nghiêm trọng. Do đó, tiến hành kiểm tra mẫu đối với cùng loại thiết bị chuyển mạch đang hoạt động:
(3) Xác định nguyên nhân gốc rễ
Kiểm tra toàn diện và phân tích cấu trúc cho thấy sự cố bắt nguồn từ sự thất bại của hệ thống tiếp xúc, cụ thể thể hiện như sau:
4. Biến đổi và giải pháp tối ưu hóa thiết bị
(1) Nâng cấp quy trình: Kiểm soát chính xác chất lượng tiếp xúc
Đối với vấn đề cốt lõi "tiếp xúc kém", cải tiến được thực hiện từ cả hai đầu vật liệu và chế tạo:
Lựa chọn lò xo: Sử dụng lò xo có khả năng chống mệt mỏi cao để đảm bảo lực lò xo ổn định trong suốt tuổi thọ thiết kế (bao gồm điều kiện đóng và ngắt dòng định mức), tránh các vấn đề tiếp xúc do lò xo hỏng;
Chế tạo tiếp xúc hình mận: Kiểm soát chặt chẽ độ chính xác chế tạo bề mặt cung và phẳng của các tiếp xúc hình mận để đảm bảo phù hợp hoàn toàn với bề mặt cung trụ của thanh tiếp xúc di động, loại bỏ nguy cơ tiếp xúc đường/điểm, và đảm bảo khả năng dẫn dòng và tuân thủ tăng nhiệt của các tiếp xúc.
(2) Tối ưu hóa thiết kế: Giám sát trạng thái toàn bộ quá trình
Tích hợp chức năng "giám sát trực tuyến" vào thiết kế cấu trúc tủ để thực hiện trạng thái trực quan:
Cửa sổ đo nhiệt độ và đầu dò: Đặt cửa sổ đo nhiệt độ tiện lợi, lắp đầu dò nhiệt độ tại tiếp xúc tĩnh, và hiển thị nhiệt độ phần tiếp xúc bên trong tủ theo thời gian thực thông qua đồng hồ trên bảng điều khiển;
Lưu trữ dữ liệu và cảnh báo sớm: Cấu hình thiết bị lưu trữ để ghi dữ liệu hoạt động. Ngay cả khi thiết bị già cỗi, các tình huống bất thường có thể được nhận biết trước thông qua phân tích dữ liệu, kích hoạt quy trình thay thế và bảo dưỡng, chuyển từ sửa chữa thụ động sang vận hành và bảo dưỡng chủ động.
(3) Tăng cường vận hành và bảo dưỡng: Xử lý khuyết tật động
Đối với thiết bị đang hoạt động, tối ưu hóa phương pháp vận hành và bảo dưỡng:
5. Cảnh ứng dụng và đề xuất phát triển
Với sự tăng trưởng trong tiêu thụ điện, các đường dây chính của mạng phân phối được nâng cấp thành cáp lớn có tiết diện 300 - 400㎡, và công suất của trạm biến áp tiếp tục tăng. Những nhược điểm về khả năng ngắt dòng không đủ và tiếp xúc dễ bị hỏng của thiết bị chuyển mạch khí nén ngày càng trở nên nổi bật. Đề xuất rằng:
