Xử lý sự cố tiếp đất một pha trên đường dây phân phối 35kV

Đường dây phân phối: Một thành phần quan trọng của hệ thống điện

Đường dây phân phối là một thành phần chính của hệ thống điện. Trên thanh cái cùng cấp điện áp, nhiều đường dây phân phối (để nhập hoặc xuất) được kết nối, mỗi đường có nhiều nhánh được sắp xếp theo hình bức xạ và liên kết với các biến thế phân phối. Sau khi được hạ xuống mức điện áp thấp bởi các biến thế này, điện được cung cấp cho một loạt rộng rãi người dùng cuối. Trong các mạng phân phối như vậy, các sự cố như ngắn mạch giữa pha, quá dòng (quá tải), và sự cố một pha đối đất thường xuyên xảy ra. Trong số đó, sự cố một pha đối đất là phổ biến nhất, chiếm hơn 70% tổng số sự cố của hệ thống. Hơn nữa, nhiều sự cố ngắn mạch bắt nguồn từ sự cố một pha đối đất mà sau đó phát triển thành sự cố đa pha đối đất.

Sự cố một pha đối đất đề cập đến tình huống bất kỳ một trong ba pha (A, B, hoặc C) trên đường dây phân phối bị đứt và rơi xuống đất, tiếp xúc với cây cối, công trình, cột hoặc tháp, tạo thành một đường dẫn điện với đất. Chúng cũng có thể do quá điện áp do sét hoặc các điều kiện khí quyển khác gây ra, làm hỏng cách điện của thiết bị phân phối, dẫn đến giảm đáng kể điện trở cách điện đối với đất.

Khi xảy ra sự cố một pha đối đất trong hệ thống tiếp đất dòng nhỏ, một vòng lặp sự cố hoàn chỉnh không được hình thành trực tiếp. Dòng tiếp đất dung lượng rất nhỏ so với dòng tải, và điện áp dòng của hệ thống vẫn giữ được đối xứng, do đó việc cung cấp điện cho người dùng không bị gián đoạn ngay lập tức. Do đó, quy định cho phép hoạt động tiếp tục với một sự cố đối đất trong tối đa 2 giờ. Tuy nhiên, điện áp trên các pha không có sự cố tăng lên so với đất, tạo ra mối đe dọa cho cách điện. Do đó, các đường dây có sự cố đối đất phải được xác định và xử lý nhanh chóng.

I. Xác định sự cố một pha đối đất trên thanh cái phụ 35kV

Khi xảy ra sự cố một pha đối đất, cộng hưởng sắt, mất pha, hoặc cháy cầu chì cao áp trong biến thế điện áp (VTs), các hiện tượng quan sát được có thể tương tự, nhưng phân tích kỹ sẽ cho thấy sự khác biệt rõ rệt.

• Sự cố một pha đối đất:
  Trạm biến áp và hệ thống SCADA sẽ phát tín hiệu như "thanh cái 35kV tiếp đất" hoặc "Cuộn chống hồ quang số X kích hoạt." Bảo vệ rơle không cắt nhưng kích hoạt tín hiệu báo động. Điện áp của pha có sự cố giảm, trong khi điện áp của hai pha còn lại tăng. Đèn chỉ báo VT của pha có sự cố mờ đi, trong khi hai đèn còn lại sáng hơn. Trong trường hợp sự cố tiếp đất chắc chắn (kim loại), điện áp pha có sự cố giảm về zero, và điện áp pha đối đất của hai pha còn lại tăng √3 lần, trong khi điện áp dòng không thay đổi. Đầu ra 3V₀ của VT đọc khoảng 100V, và đèn triệt tiêu sóng hài sáng. Cuộn chống hồ quang mang dòng, bằng dòng bù tương ứng với vị trí đầu mút của nó. Nếu có bộ chọn đường dây sự cố dòng nhỏ, nó sẽ kích hoạt và xác định đường dây có sự cố. Nếu sự cố nằm trong trạm, các dấu hiệu vật lý như hồ quang nhìn thấy, khói, và tiếng ồn điện lớn giúp dễ dàng xác định điểm sự cố.

• Cộng hưởng sắt:
  Một điện áp dịch chuyển điểm trung tính được tạo ra, thay đổi điện áp pha ba pha. Thông thường, điện áp một pha tăng trong khi hai pha còn lại giảm, hoặc ngược lại, và điện áp dòng cũng thay đổi theo. Vì điện áp trung tính không bằng zero, dòng chảy qua cuộn chống hồ quang, và tín hiệu "thanh cái tiếp đất" có thể xuất hiện tùy thuộc vào độ lớn của điện áp dịch chuyển.

• Mất pha:
  Điện áp phía thượng lưu của pha mất tăng lên 1,5 lần điện áp bình thường, trong khi điện áp phía hạ lưu giảm về zero. Dòng của pha có sự cố trở thành zero, và điện áp của hai pha còn lại giảm nhẹ. Điện áp dòng không thay đổi. 3V₀ đọc khoảng 50V, cuộn chống hồ quang mang dòng, và tín hiệu tiếp đất được phát. Người dùng có khả năng báo cáo mất điện.

• Cháy cầu chì cao áp VT:
  Điện áp của pha cháy giảm đáng kể (thông thường dưới nửa điện áp pha bình thường), trong khi điện áp của các pha khác không tăng. Điện áp dòng trở nên không cân bằng. Tất cả các mạch ra trên thanh cái kích hoạt báo động "mạch điện áp mở." 3V₀ đọc khoảng 33V, và tín hiệu tiếp đất được phát.

Mặc dù bốn điều kiện—một pha đối đất, cộng hưởng sắt, mất pha, và cháy cầu chì VT—hiển thị các triệu chứng tương tự, phân tích kỹ lưỡng về điện áp pha, điện áp dòng, 3V₀, dòng cuộn chống hồ quang, tín hiệu tự động hóa SCADA, và báo cáo từ nhân viên phòng điều khiển có thể phân biệt chính xác sự cố một pha đối đất.

II. Quy trình xử lý sự cố một pha đối đất trên thanh cái phụ 35kV

Khi xảy ra sự cố tiếp đất đường dây 35kV, thanh cái 35kV của trạm biến áp Wan’an phát tín hiệu báo động tiếp đất. Nhân viên tại trạm điều khiển trung tâm cần được thông báo ngay để kiểm tra thiết bị và trạng thái bảo vệ trong trạm (bao gồm điện áp 3V₀, trạng thái bộ chọn đường dây sự cố dòng nhỏ, nhiệt độ/dòng cuộn chống hồ quang, v.v.), và đội vận hành đường dây được điều động để tuần tra đường dây. Sau khi nhận phản hồi từ trạm trung tâm xác nhận sự cố tiếp đất, thử đóng/mở (thử cắt) các đường dây. Trước khi thử đóng/mở, người dùng quan trọng phải được thông báo. 

Đối với các hệ thống không có thiết bị thử đóng/mở, có thể thực hiện cắt xa qua SCADA, nhưng tải ở các trạm hạ thế phải được chuyển trước. Trong các hệ thống có kết nối cầu nội bộ, các bộ chuyển đổi tự động (ATS) phải được tắt để ngăn chúng chuyển sự cố sang các phần lành mạnh.Khi xác định được một đường dây cụ thể có sự cố, ưu tiên chuyển tải của nó trước khi đưa đường dây có sự cố ra khỏi dịch vụ. Đội vận hành đường dây và nhân viên trạm trung tâm sau đó được thông báo để tuần tra đường dây 35kV và kiểm tra thiết bị 35kV trong trạm biến áp 35kV liên quan. 

Để ngăn sự cố phát triển thành ngắn mạch giữa pha—gây ra mất điện đột ngột—thiết bị có sự cố phải được tìm kiếm và cách ly nhanh chóng. Ngoài ra, để ngăn quá nhiệt và hư hỏng cuộn chống hồ quang, thiết bị có sự cố nên được cách ly trong vòng 2 giờ. Nhiệt độ tăng của cuộn phải được theo dõi và giữ dưới 55°C. Nếu vượt quá, hoạt động một pha đối đất phải được dừng ngay lập tức, và thiết bị có sự cố được ngắt. Nếu tình trạng tiếp đất kéo dài hơn 2 giờ, tình huống phải được báo cáo lên quản lý cấp cao.

III. Kết luận

Khi xảy ra sự cố một pha đối đất trên đường dây phân phối, độ lớn và pha của điện áp đường dây không thay đổi, cho phép tiếp tục hoạt động trong thời gian ngắn mà không cần ngắt thiết bị có sự cố. Điều này cải thiện độ tin cậy cung cấp, nhưng điện áp của hai pha lành mạnh tăng lên mức điện áp giữa pha, tăng nguy cơ phá vỡ cách điện và dẫn đến ngắn mạch hai pha đối đất. Điều này tạo ra rủi ro đáng kể cho an toàn và kinh tế vận hành thiết bị trạm biến áp và mạng phân phối. Do đó, các sự cố này nên được ngăn chặn nếu có thể, và khi xảy ra, điểm sự cố phải được xác định và loại bỏ nhanh chóng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện tổng thể.