Phân tích Nguyên nhân của Sự cố Phá hủy Cách điện trong Các Bộ cắt SF6 ở trạng thái Mở

Thiết bị đóng cắt cách điện khí (GIS) sử dụng khí SF₆ làm chất cách điện và dập hồ quang. Nó có nhiều ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, độ tin cậy cao, an toàn tuyệt đối và dễ bảo trì. Mạch đứt SF₆, là một phần không thể thiếu của thiết bị GIS, chiếm vị trí chủ đạo ở các mức điện áp từ 110 kV trở lên.

Bài viết này mô tả sự cố xảy ra trong quá trình phát điện và đồng bộ hóa của Đơn vị 1 tại một nhà máy điện cụ thể. Cụ thể, khi mạch đứt SF₆ 220 kV 2201 trên phía cao áp của biến áp chính đang ở trạng thái mở, điện môi của Pha C bị hỏng. Kết quả là, bảo vệ mất mạch đứt và bảo vệ dòng ngược thứ tự âm đã được kích hoạt, dẫn đến việc khởi động và nối lưới của đơn vị bị thất bại.

1 Quá trình Sự cố và Thủ tục Xử lý

Trong quá trình khởi động phát điện của Đơn vị 1 và quá trình đồng bộ hóa sau đó, hệ thống giám sát báo cáo việc kích hoạt bảo vệ mất mạch đứt, hoạt động của bảo vệ dòng ngược thứ tự âm thời gian nghịch, rớt điện của bảo vệ điện, và thông báo hạ áp của Đường dây 220 kV Jia và Yi. Không có cảnh báo bảo vệ khác cho đơn vị.

Đơn vị 1 thực hiện thủ tục dừng máy. Mạch đứt 220 kV 2211 của Đường dây Jia và Yi đã rớt, và mạch đứt của biến áp phụ trợ (2200 Jia) cũng đã rớt, trong khi thiết bị chuyển đổi tự động của nguồn phụ trợ đã được kích hoạt. Sau khi xác nhận với nhân viên điều độ và kiểm soát lưới, đã xác định rằng không có sự cố trên Đường dây 220 kV Jia và Yi. Ban đầu, được đánh giá rằng mạch đứt chính 2201 có lỗi.

Khi mạch đứt 2201 được mở để kiểm tra, đã tìm thấy một lượng lớn bụi và các vật liệu khác tại chỗ gãy của buồng dập hồ quang Pha C của mạch đứt 2201, phân tán bên trong buồng khí. Không có điểm ngắn mạch rõ ràng trên bề mặt mạch đứt, và không phát hiện hiện tượng ngắn mạch đất của mạch đứt. Ban đầu, được phân tích và đánh giá rằng điện môi giữa các điểm đứt của Pha C của mạch đứt 2201 đã bị hỏng.

Để đảm bảo vận hành an toàn và ổn định của đơn vị và tiến hành phân tích sự cố, ba pha của mạch đứt 2201 đã được thay thế đồng loạt. Các thử nghiệm phòng ngừa điện và thử nghiệm khởi động tay, tăng áp không tải, và nối lưới của đơn vị đã được thực hiện.

2 Phân Tích Hành Động Bảo Vệ

Qua việc kiểm tra bản đồ dao động sự cố của Đơn vị 1, phát hiện rằng khi bảo vệ tác động, Đơn vị 1 vẫn đang trong quá trình đồng bộ hóa và quá trình này kéo dài 25 giây (thời gian đóng đồng bộ hóa bình thường khoảng 80 giây), và không có lệnh đóng đồng bộ hóa được phát hành trong thời gian này. Tiếp theo, qua việc kiểm tra bản đồ dao động bảo vệ của tổ hợp máy phát-biến áp, phát hiện rằng có dòng điện trong Pha B và Pha C trên phía hạ áp của biến áp chính, trong khi không có dòng điện trong Pha A (cấu hình đấu dây biến áp là Yｎ／Ｄ１１).

Giá trị không cân bằng của dòng ngược thứ tự âm thời gian nghịch của Đơn vị 1 trong quá trình phát điện vượt quá ngưỡng và tích lũy để kích hoạt phần rớt, gây ra bảo vệ rớt. Bảo vệ dòng ngược thứ tự âm thời gian nghịch của Đơn vị 1 trong quá trình phát điện rớt mạch đứt 2201. Do mạch đứt vẫn ở trạng thái mở vào thời điểm này, nó không thể cắt dòng điện hỏng của Pha C. Tại thời điểm này, bảo vệ RCS - 921A của mạch đứt 2201 nhận tín hiệu bảo vệ mất do rớt ba pha của tổ hợp máy phát-biến áp. Đồng thời, có dòng điện trong Pha C, vượt quá giá trị cài đặt mất, và bảo vệ mất tác động, khiến Đơn vị 1 thực hiện thủ tục dừng máy. Bảo vệ mất tác động để rớt từ xa mạch đứt 220 kV Đường dây Jia và Yi 2211 qua bảo vệ đường dây RCS - 931AM. Do đó, hành động bảo vệ này là do sự hỏng hóc của điểm đứt của mạch đứt 2201 khi không đóng được, và tất cả các hành động bảo vệ đều chính xác.

3 Phân Tích Nguyên Nhân Sự Cố

Khi sự cố xảy ra, điện áp ở phía máy phát của đơn vị đã đạt đến giá trị định mức, nhưng phần dẫn điện của công tắc chưa đóng. Trong thời điểm này, điện áp qua công tắc đạt giá trị tối đa. Trước khi điện môi của điểm đứt Pha C của mạch đứt 2201 bị hỏng, hệ thống giám sát không phát ra cảnh báo về áp suất thấp trong buồng khí SF₆, và kiểm tra tại chỗ cho thấy các rơle mật độ SF₆ đều nằm trong vùng xanh.

Tổng số lần hoạt động của mạch đứt 2201 là 535 lần, còn xa so với số lần hoạt động định mức được thiết kế là 5000 lần. Dựa trên dữ liệu bản đồ dao động sự cố tại chỗ, tình trạng thực tế của mạch đứt bị lỗi, và dữ liệu bảo dưỡng liên quan của mạch đứt của Đơn vị 1, các nguyên nhân có thể của sự hỏng hóc điện môi giữa các điểm đứt của Pha C của mạch đứt 2201 được phân tích sơ bộ như sau:
(1) Có vấn đề về cấu trúc bên trong buồng dập hồ quang của mạch đứt Pha C. Các thành phần bên trong có thể bị lỏng, dẫn đến phóng điện và hỏng hóc giữa các cổng.
(2) Có vấn đề về tạp chất trong buồng dập hồ quang của mạch đứt Pha C. Trong quá trình hoạt động nhiều lần của mạch đứt, một kênh phóng điện dần hình thành, gây hỏng hóc điện môi.
(3) Có vấn đề về vật liệu của điểm đứt của mạch đứt Pha C. Sử dụng vật liệu điểm đứt không đúng cách gây ra tạp chất trong quá trình hoạt động của mạch đứt và bám lâu dài trên bề mặt ngoài của cổng. Dần dần, một kênh phóng điện hình thành, cuối cùng dẫn đến hỏng hóc điện môi giữa các điểm đứt.

Buồng dập hồ quang Pha C bị lỗi được vận chuyển về nhà máy để tháo rời và phân tích. Đồng thời, Pha A hoặc Pha B không bị lỗi (bất kỳ một pha nào) được vận chuyển về nhà máy để tháo rời và phân tích so sánh. Kết luận của báo cáo phân tích là có phóng điện giữa các tiếp điểm A và B của buồng dập hồ quang.

4 Các Biện Pháp Phòng Ngừa

Nâng cao quản lý mua sắm và sử dụng khí SF₆, và nghiêm ngặt thực hiện công việc theo yêu cầu của hướng dẫn vận hành và quy định bảo dưỡng trong quá trình bảo dưỡng. Trong quá trình thay thế và lắp đặt buồng dập hồ quang, cần thực hiện các biện pháp phòng chống bụi hiệu quả. Khi mở các lỗ, nắp, v.v., cần sử dụng nắp che bụi. Nếu môi trường lắp đặt xấu và có nhiều bụi, nên ngừng lắp đặt.

5 Kết Luận

Toàn cầu, loại mạch đứt này chưa từng xảy ra sự cố khi ở trạng thái mở. Sự cố này có thể thuộc về sự trùng hợp ngẫu nhiên hoặc, có khả năng hơn, các yếu tố ảnh hưởng ngoài phạm vi lỗi thống kê bình thường. Nhà máy điện này là nhà máy điện tích trữ bơm, và đơn vị thường xuyên chuyển đổi giữa chế độ phát điện và bơm mỗi ngày với số lần hoạt động lớn, khiến việc so sánh trực tiếp không thể thực hiện. Để điều tra sâu hơn, cần lắp đặt các thiết bị ghi chép tạm thời ở hai bên mạch đứt để tìm kiếm nguyên nhân có thể dựa trên kết quả quan sát lâu dài.