Phân tích và cải thiện hiện tượng cháy của cuộn đóng do lỗi lưu trữ năng lượng của cầu chì cao áp SF6
Cầu chì SF₆ điện áp cao là thiết bị điện ngoài trời điện áp cao ba pha tần số 50Hz. Chúng sử dụng cấu trúc buồng dập hồ quang tự năng lượng và được trang bị cơ cấu vận hành lò xo. Những cầu chì này có cấu trúc đơn giản, dễ dàng vận hành, an toàn và tin cậy cao. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi để điều khiển và bảo vệ các đường dây truyền tải và phân phối, cũng như có thể đóng vai trò là cầu chì liên kết.
Hệ thống 110kV của một trạm biến áp cụ thể sử dụng loại cầu chì này. Tuy nhiên, theo thời gian hoạt động, những khuyết điểm trong mạch thứ cấp dần lộ ra. Đặc biệt, sự cố do cuộn đóng bị cháy do vấn đề trong mạch tích trữ năng lượng xảy ra thường xuyên. Bài viết này lấy một lỗi đặc biệt xảy ra trong quá trình vận hành loại cầu chì này làm ví dụ để phân tích và đề xuất các biện pháp cải tiến tương ứng.
1 Hiện tượng lỗi
Cầu chì SF₆ 110kV trong một trạm biến áp 220kV sử dụng cơ cấu vận hành lò xo làm thiết bị tích trữ năng lượng. Khi cầu chì ở trạng thái mở và mạch điện đóng chỉ báo bình thường, nhân viên vận hành gửi tín hiệu vận hành đóng. Tuy nhiên, cầu chì không chỉ không đóng mà còn có cuộn đóng bị cháy. Tại sao lỗi đặc biệt này lại xảy ra khi tất cả các điều kiện đóng đều được đáp ứng? Để ngăn chặn sự tái diễn của các lỗi tương tự, cần phải thực hiện nghiên cứu và phân tích nghiêm túc.
2 Phân tích lỗi
Trong mạch điều khiển đóng của loại cầu chì này, YF là công tắc chuyển đổi "địa phương/xa" (như hình 1). Khi cần đóng từ xa, cực dương của nguồn điện vận hành đi qua C7→điểm tiếp xúc 3 - 4 của YF→điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle phụ trợ chống nhảy 52Y→điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của rơle tích trữ năng lượng lò xo 99CN→điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle 49MX→điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle giám sát trạng thái lò xo đóng 33HBX→điểm tiếp xúc phụ trợ thường đóng 1 - 2 và 5 - 6 của cầu chì→cuộn đóng 52C→điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle khóa áp suất thấp SF₆ 63GLX→cực âm của nguồn điện điều khiển vận hành. Khi áp suất nguồn điện được áp dụng cho cuộn đóng 52C, nam châm điện hoạt động để đóng cầu chì.
Dựa trên phân tích mạch trên, để cuộn đóng 52C được kích hoạt, phải đáp ứng bốn điều kiện sau:
Cuộn 52Y, 49MX, và 33HBX không được kích hoạt, và các điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của chúng được kết nối trong mạch điều khiển đóng;
Cuộn 99CN không được kích hoạt, và điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của nó được kết nối vào mạch điều khiển đóng;
52B ở vị trí mở, và các điểm tiếp xúc phụ trợ thường đóng 1 - 2 và 5 - 6 của nó được kết nối vào mạch điều khiển đóng;
Điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle khí SF₆ 63GLX được đóng, kết nối mạch điều khiển đóng.
Qua phân tích, có thể thấy khi tất cả các điều kiện trên được đáp ứng, điện áp điều khiển có thể được áp dụng cho cuộn, dẫn đến việc cuộn đóng bị cháy. Khi kiểm tra ban đầu, phát hiện rằng đồng hồ áp suất khí SF₆ chỉ báo bình thường, trong khi chỉ báo cơ học của lò xo đóng cho thấy không có năng lượng tích trữ. Tại sao mạch đóng có thể thông khi không có năng lượng tích trữ? Do đó, cần phải kiểm tra thêm mạch tích trữ năng lượng lò xo.
Như có thể thấy từ mạch tích trữ năng lượng động cơ trong Hình 1, khi lò xo đóng của cầu chì này không được kích hoạt, điểm tiếp xúc thường đóng C - NC của công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB được lắp ở phía sau cơ cấu cầu chì kiểm soát đồng thời rơle 99CN và 33HBX, kết nối cực dương của nguồn điện điều khiển DC:
Rơle tích trữ năng lượng lò xo 99CN được kích hoạt và hoạt động, và nguồn điện của nó kết nối mạch động cơ, và lò xo đóng được kích hoạt để tích trữ năng lượng; cùng lúc đó, điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của 99CN được ngắt trong mạch điều khiển đóng, tránh việc cầu chì đóng ngẫu nhiên trong quá trình tích trữ năng lượng lò xo.
Khi cuộn rơle giám sát trạng thái lò xo đóng 33HBX được kích hoạt, điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của 33HBX được kết nối trong mạch điều khiển đóng được ngắt. Điều này đảm bảo rằng trong quá trình tích trữ năng lượng lò xo, mạch đóng thứ cấp của cầu chì ở vị trí mở, có chức năng khóa kép đáng tin cậy với điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của 99CN.
Khi năng lượng lò xo được tích trữ đầy đủ, các bộ phận cơ khí của cơ cấu tích trữ năng lượng ngắt điểm tiếp xúc thường đóng C - NC của công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB. Cuộn 99CN và 33HBX mất điện, và quá trình tích trữ năng lượng kết thúc. Điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của 99CN và điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của 33HBX kết nối mạch điều khiển đóng. Từ chức năng của các điểm tiếp xúc trong sơ đồ đấu dây, chỉ khi rơle 99CN và 33HBX ở trạng thái kích hoạt, mạch đóng mới có thể được khóa. Do đó, dựa trên phân tích trên, có thể xác định rằng sự hỏng hóc của điểm tiếp xúc thường đóng C - NC của công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB có thể là nguyên nhân khiến động cơ không thể tích trữ năng lượng.
Nhân viên bảo dưỡng đã mở nắp sau của cơ cấu cầu chì tại chỗ và tháo bỏ công tắc giới hạn tích trữ năng lượng. Sau khi kiểm tra và đo lường, phát hiện rằng các điểm tiếp xúc bên trong của công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB bị hỏng trong quá trình tích trữ năng lượng, ngăn cản nguồn điện đi qua điểm tiếp xúc thường đóng C - NC của nó. Kết quả là, cuộn 99CN và 33HBX không nhận được điện. Rơle 99CN không hoạt động, và nguồn điện không thể kết nối với động cơ tích trữ năng lượng. Đồng thời, điểm tiếp xúc thường đóng 21 - 22 của 99CN và điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của 33HBX được kết nối vào mạch đóng trong thời gian dài. Vì cơ cấu lò xo của cầu chì không được kích hoạt và mạch đóng thứ cấp đang thông, không chỉ cầu chì không đóng bình thường, mà cuộn đóng cũng bị cháy.
3 Xử lý và cải tiến
Chỉ thay thế công tắc giới hạn tích trữ năng lượng không thể giải quyết được lỗi đặc biệt được mô tả trong bài viết này. Do thiết kế không hợp lý và cơ chế khóa không hoàn thiện, một khi công tắc giới hạn tích trữ năng lượng bị hỏng, sẽ dẫn đến sự cố trong mạch đóng. Do đó, các cải tiến sau đây được thực hiện đối với mạch tích trữ năng lượng và mạch điều khiển đóng:
(1) Công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB bao gồm một cặp điểm tiếp xúc thường đóng và một cặp điểm tiếp xúc thường mở, với hai cặp điểm tiếp xúc được khóa cơ khí. Dựa trên đặc tính của công tắc hành trình, các cải tiến sau đây được thực hiện: Kết nối điểm tiếp xúc thường đóng C - NC của 33HB với cuộn 99CN, như Hình 2. Cải tiến này giữ nguyên chức năng của mạch đóng của cầu chì bị ngắt và không thể đóng trong quá trình tích trữ năng lượng. Kết nối điểm tiếp xúc thường mở O - NO của 33HB với cuộn 33HBX. Sau khi năng lượng lò xo được tích trữ đầy đủ, điểm tiếp xúc thường mở O - NO của 33HB đóng để kết nối cuộn 33HBX. Đồng thời, loại bỏ điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle 33HBX được kết nối trong mạch điều khiển đóng và thay thế bằng điểm tiếp xúc thường mở 43 - 44 của 33HBX. Cải tiến trên thay đổi từ một cặp điểm tiếp xúc kiểm soát hai rơle sang mỗi cặp điểm tiếp xúc kiểm soát một rơle. Điều này đảm bảo rằng mạch điều khiển đóng không thể thông trong quá trình không tích trữ năng lượng và tích trữ năng lượng. Chỉ sau khi năng lượng lò xo được tích trữ đầy đủ, khi cuộn 33HBX được kích hoạt và điểm tiếp xúc thường mở 43 - 44 đóng, mạch điều khiển đóng mới có thể được kết nối. Đồng thời, cũng giảm tải lâu dài lên công tắc giới hạn tích trữ năng lượng và kéo dài tuổi thọ của nó.
(2) Thêm rơle thời gian T. Kết nối điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 của rơle 33HBX thành chuỗi với cuộn rơle thời gian, và đặt thời gian hoạt động của rơle thời gian là 15s, hơi dài hơn thời gian tích trữ năng lượng lò xo của cầu chì. Việc thêm rơle thời gian có thể đạt được: Trong 15s khi lò xo không được kích hoạt và trong quá trình tích trữ năng lượng, cuộn 33HBX không được kích hoạt, điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 được đóng, và rơle thời gian gửi tín hiệu không có năng lượng tích trữ. Sau khi năng lượng lò xo được tích trữ đầy đủ, 33HBX được kích hoạt và hoạt động, điểm tiếp xúc thường đóng 31 - 32 được ngắt, và rơle thời gian ngừng gửi tín hiệu không có năng lượng tích trữ, chỉ báo rằng năng lượng tích trữ thành công.
4 Kết luận
Bài viết này tập trung vào việc sửa chữa các khuyết điểm trong mạch điều khiển của cầu chì SF₆ 110kV. Điểm tiếp xúc thường mở của công tắc giới hạn tích trữ năng lượng được kết nối thành chuỗi vào mạch điều khiển động cơ của 99CN, và điểm tiếp xúc thường đóng của rơle 33HBX được kết nối thành chuỗi trong mạch điều khiển đóng được thay thế bằng điểm tiếp xúc thường mở. Điều này đảm bảo rằng chỉ khi các bộ phận cơ khí nhấn công tắc giới hạn tích trữ năng lượng 33HB, tức là sau khi năng lượng lò xo được tích trữ đầy đủ và rơle 33HBX hoạt động, mạch điều khiển đóng mới có thể được kết nối.
Đồng thời, việc thêm rơle thời gian cung cấp chức năng báo động cho tín hiệu tích trữ năng lượng. Mạch điều khiển đóng của cầu chì sau khi cải tiến không chỉ có kết cấu dây đơn giản và tin cậy mà còn giúp nhân viên vận hành nhanh chóng xác định xem có tích trữ năng lượng hay không, hiệu quả ngăn chặn sự hỏng hóc cuộn đóng do thiếu năng lượng tích trữ. Sau khi cải tiến và đưa vào sử dụng, tất cả các chỉ số của mạch thứ cấp của loại cầu chì này hoạt động bình thường, các bài kiểm tra tham số chính xác, và không có sự cố bất thường nào xảy ra trong quá trình đóng và mở.
