Phân tích sự cố hỏng hóc của cầu chì cắt đứt SF6 trong trạm biến áp 750 kV

Felix Spark

Trường dữ liệu: Hư hỏng và Bảo trì

China

Do dự tính chất cách điện điện tuyệt vời và khả năng dập hồ quang, khí lưu huỳnh hexafluoride (SF₆) đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện áp cao và siêu cao. So với các thiết bị cắt truyền thống, thiết bị cắt SF₆ đáng tin cậy hơn và có tuổi thọ dài hơn. Tuy nhiên, khi thời gian sử dụng và tải tăng lên, các lỗi của thiết bị cắt SF₆ dần xuất hiện, đặc biệt là lỗi phóng điện, đã trở thành mối nguy tiềm tàng đối với hoạt động an toàn của lưới điện. Lỗi phóng điện không chỉ làm hỏng thiết bị mà còn có thể dẫn đến mất điện lớn và ảnh hưởng đến sự ổn định của lưới điện. Khi xảy ra sự cố, đi kèm với hồ quang và nhiệt độ cao, nó có thể làm hỏng vật liệu cách điện và các bộ phận kim loại bên trong, thậm chí gây cháy nổ. Do đó, việc nghiên cứu cơ chế lỗi phóng điện của thiết bị cắt SF₆, xác định nguyên nhân gốc rễ và đề xuất các biện pháp phòng ngừa là rất quan trọng để đảm bảo an toàn vận hành của hệ thống điện.

Hiện nay, các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành nhiều nghiên cứu về cơ chế lỗi của thiết bị cắt SF₆, chủ yếu tập trung vào các khía cạnh như kiểm tra hiệu suất điện, phân tích lão hóa vật liệu và mô phỏng phân bố trường điện. Tuy nhiên, do cấu trúc nội bộ phức tạp của thiết bị cắt SF₆ và sự liên quan của nhiều yếu tố, các nghiên cứu hiện tại vẫn còn hạn chế. Đặc biệt, đối với lỗi phóng điện trong quá trình vận hành thực tế, do hạn chế về điều kiện trên hiện trường và khó khăn trong việc tháo rời thiết bị, thiếu vắng nghiên cứu hệ thống và toàn diện.

Do đó, bài báo này tiến hành phân tích toàn diện, bao gồm điều tra lỗi tại hiện trường, phân tích tháo rời thiết bị và kiểm tra hiệu suất điện, cho lỗi phóng điện của thiết bị cắt SF₆ tại một trạm biến áp cụ thể. Mục đích là để tiết lộ toàn diện cơ chế lỗi và cung cấp cơ sở khoa học và hỗ trợ kỹ thuật cho cải tiến thiết kế, vận hành và bảo trì, cũng như phòng ngừa lỗi cho các thiết bị tương tự trong tương lai.

(2) Phát hiện Sản phẩm Phân giải Khí SF₆, Nước Micro và Độ Tinh Khiết

Các thử nghiệm tại hiện trường đã được thực hiện đối với sản phẩm phân giải khí SF₆, hàm lượng nước micro và độ tinh khiết của thiết bị cắt có lỗi. Dữ liệu thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 1. Theo phân tích kết quả thử nghiệm, sản phẩm phân giải khí SF₆ và hàm lượng nước micro trong buồng dập hồ quang của pha C của thiết bị cắt có lỗi vượt xa giới hạn tiêu chuẩn quy định trong "Quy chuẩn Kiểm tra Bảo dưỡng Điều kiện Thiết bị Truyền tải và Biến đổi Điện" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, nước micro ≤ 300 μL/L) [5]. Trong khi đó, kết quả thử nghiệm của các buồng khí của các thiết bị cắt còn lại đều bình thường, không phát hiện bất thường. Dựa trên dữ liệu trên, ban đầu suy đoán rằng có thể có lỗi phóng điện bên trong buồng dập hồ quang của pha C của thiết bị cắt có lỗi.

Bảng 1 Dữ liệu Thử nghiệm Sản phẩm Phân giải Khí SF₆, Nước Micro và Độ Tinh Khiết

(3) Kiểm tra Điện trở Cách điện Chính của Thiết bị Cắt
Trong quá trình thử nghiệm điện trở cách điện của pha C của thiết bị cắt có lỗi, phải tuân theo quy trình vận hành chuẩn và đảm bảo rằng thiết bị cắt đang ở trạng thái mở mạch. Trong quá trình thử nghiệm, một đầu sứ được nối đất trong khi điện áp được áp dụng vào đầu kia. Bằng cách này, hiệu suất cách điện của mỗi cổng của thiết bị cắt, cũng như giữa mạch dẫn điện và vỏ, được đánh giá toàn diện.
Qua phân tích dữ liệu thử nghiệm, đã phát hiện rằng hiệu suất cách điện của pha C của thiết bị cắt nói chung không đủ, đặc biệt là vấn đề hiệu suất cách điện tại cổng ngắt phía bus Ⅱ của thiết bị cắt rất nổi bật. Dữ liệu thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 2.

Bảng 2 Dữ liệu Thử nghiệm Cách điện tại Cổng Ngắt trên Phía Bus Ⅱ của Thiết bị Cắt

(4) Thử nghiệm Dung lượng và Mất mát Dielectric của tụ Đồng song giữa Cổng Ngắt của Thiết bị Cắt

Trong điều kiện thử nghiệm tại hiện trường, do không thể thử nghiệm dung lượng của từng tụ cổng ngắt riêng lẻ, phương pháp thử nghiệm so sánh dung lượng và mất mát dielectric của tụ đồng song giữa các cổng ngắt của thiết bị cắt pha ABC đã được áp dụng. Trong quá trình vận hành cụ thể, với thiết bị cắt ở trạng thái mở mạch, các phương pháp thử nghiệm giữa hai đầu sứ (kết nối dương) và đầu sứ - đất (kết nối âm) đã được sử dụng để thực hiện thử nghiệm dung lượng và mất mát dielectric. Dữ liệu thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 3.

Bảng 3 Dữ liệu Thử nghiệm Dung lượng và Mất mát Dielectric của Thiết bị Cắt Có Lỗi

Qua phân tích so sánh Bảng 3, đã phát hiện rằng giá trị dung lượng thu được từ thử nghiệm kết nối dương giữa hai đầu sứ khá gần với giá trị thực. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của dung lượng rò rỉ bên trong thiết bị cắt, vẫn còn một mức độ sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị tính toán. Tuy nhiên, từ kết quả thử nghiệm của tụ đồng song giữa các cổng ngắt của pha ABC, sự khác biệt về dung lượng giữa ba pha tương đối nhỏ. Dựa trên điều này, ban đầu đánh giá rằng trạng thái của tụ đồng song của cổng ngắt pha C là bình thường.

(5) Kiểm tra Bên trong Thùng chứa Thiết bị Cắt

Tại hiện trường xử lý sự cố, khí của pha C của thiết bị cắt có lỗi đã được thu hồi chuyên nghiệp. Sau đó, một ống nội soi đã được sử dụng để kiểm tra sâu bên trong thùng chứa. Sau khi kiểm tra chi tiết, đã phát hiện rằng điện trở đóng gần phía bus Ⅱ đã bị phá hủy. Các mảnh vỡ của chip điện trở màu đen nằm rải rác dưới đáy thùng. Ngoài ra, cũng phát hiện rằng ống bảo vệ polytetrafluoroethylene của một trong các điện trở đóng đã bị nứt và rơi xuống đáy thùng.

2.1.1 Kiểm tra Công tắc Ngắt

Sau khi kiểm tra chi tiết tại hiện trường, đã phát hiện dấu vết cháy rõ ràng trên các phần ngón hồ quang của tiếp điểm di chuyển ở cả hai bên của công tắc ngắt pha C của cả hai bên của thiết bị cắt có lỗi. Sau đó, bằng cách vận hành công tắc ngắt pha C tại hiện trường, toàn bộ quá trình vận hành diễn ra suôn sẻ, không có tình trạng kẹt. Hơn nữa, trong quá trình kiểm tra, đã quan sát thấy không có hiện tượng hàn giữa tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm tĩnh. Sau khi hoàn thành thao tác mở, đã tiến hành kiểm tra chi tiết thêm về đế tiếp điểm tĩnh và ngón tiếp điểm, và không phát hiện dấu vết cháy nghiêm trọng.

2.1.2 Kiểm tra Thiết bị Thứ cấp

Vào lúc 12:31:50.758 ngày 18 tháng 6 năm 2022, pha C của thiết bị cắt có lỗi tại trạm biến áp 750kV đã được nối đất. Sau khi xảy ra sự cố, bảo vệ chênh lệch quang tuyến và bảo vệ chênh lệch bus 750kV Bus - Ⅱ đều hoạt động chính xác. Qua phân tích sâu về dòng điện sự cố và hoạt động của bảo vệ chênh lệch bus và bảo vệ tuyến, khi công tắc ngắt ở trạng thái đóng (trong đó điện áp hệ thống ổn định, không có quá điện áp), đã quan sát thấy 750kV Bus - Ⅱ cung cấp dòng điện sự cố đến điểm sự cố. Đáng chú ý, CT₇ và CT₈ tham gia vào bảo vệ chênh lệch bus của thiết bị cắt có lỗi không phát hiện sự tồn tại của dòng điện sự cố. Dựa trên quan sát này, đã xác định rằng điểm sự cố nên nằm trong khu vực giữa CT₇ của thiết bị cắt và bus. Trong khi đó, CT₁ và CT₂ cho bảo vệ tuyến đã phát hiện sự tồn tại của dòng điện sự cố, và giá trị của dòng điện sự cố đạt đến 4.5kA. Do đó, đã suy luận thêm rằng điểm sự cố nằm trong khu vực giữa CT₂ của thiết bị cắt có lỗi và cổng ngắt phía bus Ⅱ của thiết bị cắt. Suy luận này phù hợp với vị trí điểm sự cố được tìm thấy trong kiểm tra nội bộ tại hiện trường.

2.2 Kiểm tra Tháo Rời

Như được hiển thị trong Hình 2, trong quá trình kiểm tra bên trong thùng chứa khi tháo rời thiết bị cắt, các mảnh vỡ của điện trở đóng và ống bảo vệ của nó được quan sát rải rác xung quanh. Một số chip điện trở của điện trở đóng cột thứ tư, được kết nối song song với cổng ngắt chính phía cơ cấu của thiết bị cắt, đã nổ, và hai ống bảo vệ tương ứng cũng đã bị vỡ. Màn chắn A của điện trở có dấu vết ablation do phóng điện trên thành thùng, và màn chắn B cũng có dấu vết ablation trên A. Ngoài ra, bề mặt thanh đỡ cách điện có dấu vết đen. Bằng cách kiểm tra dữ liệu lắp ráp, thử nghiệm nhà máy và lắp đặt tại hiện trường của thiết bị cắt, và kiểm tra các bộ phận cách điện chính, không phát hiện bất thường.

3 Phân tích Nguyên nhân Sự cố

Qua phân tích tháo rời, đã rút ra các kết luận sau: Trong quá trình đóng công tắc ngắt, màn chắn A của điện trở đã phóng điện trước tiên đến thành thùng. Điều này dẫn đến dòng điện bất thường trong các điện trở đóng cột thứ tư, thứ ba và thứ hai. Sau đó, màn chắn B đã phóng điện đến A, khiến các điện trở cột thứ hai và thứ ba ngắn mạch, và dòng điện chủ yếu tập trung ở cột thứ tư. Hiện tượng này đã làm tăng nhiệt độ của chip điện trở trong cột thứ tư, cuối cùng dẫn đến nổ, và ống bảo vệ điện trở bị vỡ và rơi ra. Trong quá trình phóng điện, sự tạo ra hồ quang nhiệt độ cao đã làm bề mặt thanh đỡ cách điện bị đen.

Đóng góp và khuyến khích tác giả!

Chủ đề:

Sự cố và Bảo trì

cầu chì đường điện SF6

Về chuyên gia

Felix Spark

China

Lĩnh vực chuyên môn

Failure and maintenance

Bài viết chuyên ngành

207