Phân tích và Xử lý Sự cố Chập Cách điện trong Cầu Dao Không khí Trừ chân không 35kV Ngoài trời

Mô tả thiết bị

Cầu chì chân không ngoài trời loại ZW7 - 40.5 là thiết bị điện áp cao sử dụng chân không làm môi trường dập hồ quang, được lắp đặt ngoài trời, ba pha, AC 50 Hz. Nó chủ yếu được sử dụng để đóng cắt dòng điện định mức và dòng điện sự cố trong hệ thống truyền tải và phân phối điện áp cao 40.5 kV [1], và đặc biệt phù hợp cho các nơi yêu cầu thao tác thường xuyên.

Cấu trúc tổng thể của sản phẩm này là kiểu cột sứ, như được hiển thị trong Hình 1. Cột sứ trên cùng là cột sứ của bộ phận ngắt mạch chân không, trong đó bộ phận ngắt mạch chân không được lắp đặt, và cột sứ dưới cùng là cột sứ đỡ. Cả cột sứ của bộ phận ngắt mạch chân không và cột sứ đỡ đều được điền đầy bằng chất cách điện chân không có tính năng cách điện xuất sắc. Ba cột sứ ba pha được lắp đặt trên một khung chung.

Các biến áp đo dòng ba pha được lắp đặt bên trong khung này và được kết nối tương ứng với mạch chính của cầu chì trong ba cột sứ đỡ. Khung được trang bị các tấm niêm phong ở bốn phía và dưới đáy để thích ứng với môi trường ngoài trời.

Đầu di chuyển của bộ phận ngắt mạch chân không được kết nối với trục ra của cơ cấu điều khiển thông qua cánh tay đòn và thanh kéo cách điện. Các hoạt động đóng cắt của cầu chì, cũng như dây dẫn kiểm soát và bảo vệ, được dẫn ra bởi các thành phần và đầu nối bên trong hộp cơ cấu. Hoạt động liên kết ba pha được thực hiện thông qua cấu trúc điều khiển và cấu trúc truyền lực.

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc của cầu chì chân không

Phân tích nguyên nhân sự cố

Vào ngày 18 tháng 3 năm 2010, trong quá trình bảo dưỡng theo tình trạng của thiết bị tại một trạm biến áp, nhân viên kiểm tra phát hiện rằng đã xảy ra sự cố đánh thủng cách điện ở pha A của cầu chì chân không 3515 (mô hình: ZW7 - 40.5/T1250 - 25) trong quá trình thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều.

Nhân viên kiểm tra đã tiến hành phân tích và thử nghiệm liên quan đến sự cố đánh thủng cách điện ở pha A của cầu chì 3515. Dữ liệu cụ thể được hiển thị trong Bảng 1 như sau:

Theo quy định thử nghiệm thông thường của Tổng Công ty Điện lực Quốc gia, điện trở cách điện của cầu chì chân không ở 35 kV và cao hơn không nên thấp hơn 3000 MΩ, và điện áp thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều nên là 80% giá trị thử nghiệm từ nhà máy, tức là 76 kV/phút. Trước khi nhân viên kiểm tra tiến hành thử nghiệm chịu điện áp đối với cầu chì chân không 3515, điện trở cách điện của mạch chính trong cả ba pha đều đáp ứng yêu cầu của quy định.

Sau đó, nhân viên kiểm tra tiến hành thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều trên mạch chính của ba pha lần lượt. Đã phát hiện rằng khi điện áp của mạch chính pha A tăng lên 35 kV, dòng điện tăng đột ngột và xảy ra sự cố đánh thủng.

Sau khi hiện tượng này xảy ra, nhân viên kiểm tra đã tiến hành các thử nghiệm sau dựa trên cấu trúc của loại cầu chì này:

• Cầu chì chân không được mở, và thử nghiệm điện trở cách điện được tiến hành trên cột sứ trên cùng của cầu chì. Dữ liệu thử nghiệm đáp ứng yêu cầu của quy định, xác nhận rằng phần lỗi nằm ở cột sứ dưới cùng.

• Thử nghiệm điện trở cách điện được tiến hành trên cột sứ dưới cùng. Dữ liệu thử nghiệm không đáp ứng yêu cầu của quy định, xác nhận thêm rằng phần lỗi nằm ở cột sứ dưới cùng.

• Cột sứ dưới cùng bao gồm thân cột sứ dưới cùng, thanh liên kết cách điện, và bình sứ đỡ. Do đó, nhân viên kiểm tra đã ngắt cánh tay đòn giữa thanh liên kết cách điện và bình sứ đỡ, và tiến hành thử nghiệm điện trở cách điện trên thanh liên kết cách điện và bình sứ đỡ riêng biệt. Điện trở cách điện của cả bình sứ đỡ và thanh liên kết cách điện đều đáp ứng yêu cầu của quy định, xác định rằng phần lỗi nằm ở thân cột sứ dưới cùng.

• Thân cột sứ dưới cùng bao gồm chất cách điện chân không và biến áp đo dòng. Sự giảm điện trở cách điện có thể do độ ẩm của chất cách điện chân không và sự đánh thủng của biến áp đo dòng.

Xử lý sự cố

Cuối tháng 10 năm 2010, nhà sản xuất đã tháo dỡ và kiểm tra cầu chì pha A. Các bước thử nghiệm và kết quả như sau:

• Cột sứ trên cùng và giá đỡ của cầu chì chân không được tháo ra, và thử nghiệm điện trở cách điện được tiến hành trực tiếp bên trong bình sứ đỡ. Kết quả thử nghiệm xác nhận rằng phân tích trên là chính xác.

• Chất cách điện chân không và biến áp đo dòng của cầu chì chân không được tách ra, và thử nghiệm điện trở cách điện được tiến hành riêng biệt. Điện trở cách điện của chất cách điện chân không khoảng 50 MΩ, trong khi điện trở cách điện của biến áp đo dòng đáp ứng yêu cầu của quy định. Được xác định rằng sự đánh thủng cách điện do chất cách điện chân không gây ra.

• Sau khi thay thế chất cách điện chân không, thử nghiệm điện trở cách điện và thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều được tiến hành trên pha A của cầu chì chân không. Dữ liệu thử nghiệm đều đáp ứng yêu cầu của quy định.

Biện pháp phòng ngừa

Cầu chì chân không loại ZW7 - 40.5 sử dụng chất cách điện chân không, là một môi trường cách điện lỏng. Trong quá trình vận hành và lắp đặt thiết bị, hàm lượng độ ẩm của môi trường lỏng sẽ tăng lên. Độ ẩm tồn tại trong trạng thái treo trong chất cách điện của thiết bị điện. Dưới tác dụng của lực điện trường, nước sẽ dần sắp xếp thành một "cầu" theo đường sức điện.

"Cầu" này chạy qua hai cực và có khả năng làm giảm đáng kể điện áp đánh thủng. Điều này cũng giải thích tại sao điện trở cách điện rất thấp dưới điện áp 5 kV trong quá trình đo điện trở cách điện, nhưng nguy cơ tiềm ẩn này không được phơi bày dưới điện áp hoạt động.

Qua phân tích trên, để tránh sự cố đánh thủng cách điện do độ ẩm của chất cách điện chân không của cầu chì chân không, đề xuất các biện pháp phòng ngừa sau:

• Lắp đặt thiết bị theo đúng quy trình lắp ráp để tránh việc trộn lẫn tạp chất và ngăn chặn môi trường tiếp xúc với khí quyển.

• Tăng cường công tác kiểm tra và tiến hành thử nghiệm phóng điện cục bộ bằng thiết bị đo tia cực tím.

• Tiến hành thử nghiệm theo đúng quy định thử nghiệm điện, bao gồm thử nghiệm kín, thử nghiệm độ chân không, thử nghiệm cách điện, v.v.