Xử lý Sự cố Không Mở Được Cầu Dao Cao Áp tại Trạm Biến Áp 110 kV

Theo các quy định liên quan, công tắc cách ly điện áp cao được phép thực hiện các thao tác sau:

• Điều khiển (mở/đóng) biến áp điện áp hoạt động bình thường (PTs) và bộ chống sét;

• Điều khiển công tắc cách ly nối đất trung tính của máy biến áp chính trong điều kiện hoạt động bình thường;

• Điều khiển các mạch dòng nhỏ để cân bằng dòng điện tuần hoàn.

Công tắc cách ly điện áp cao là một thành phần điện không có khả năng dập hồ quang. Do đó, nó chỉ có thể được vận hành khi ở vị trí mở. Việc vận hành công tắc cách ly dưới tải—tức là khi cầu chì liên kết đang đóng hoặc thiết bị đang có điện—có thể tạo ra hồ quang điện mạnh. Trong trường hợp nghiêm trọng, điều này có thể gây ra ngắn mạch pha, hỏng thiết bị và thậm chí đe dọa an toàn cho người lao động.

Khi công tắc cách ly ở trạng thái mở, phải có sự tách biệt rõ ràng và đáng tin cậy giữa các tiếp điểm di chuyển và cố định, đáp ứng khoảng cách cách ly yêu cầu. Ngược lại, khi đóng, nó phải có khả năng chịu tải cả dòng điện tải bình thường và dòng điện ngắn mạch một cách đáng tin cậy. Chức năng chính của công tắc cách ly là cung cấp một điểm cách ly đáng tin cậy giữa các phần dẫn điện điện áp cao và nguồn điện hoặc thanh cái, đảm bảo sự ngắt mạch rõ ràng để bảo trì an toàn các đường dây đã mất điện.

Công tắc cách ly điện áp cao cũng có thể được sử dụng phối hợp với các đường truyền tải tại trạm biến áp để thực hiện các thao tác chuyển mạch, do đó thay đổi cấu hình vận hành của trạm biến áp. Ví dụ, tại một trạm biến áp hoạt động với hai thanh cái, thanh cái đang hoạt động có thể được chuyển sang thanh cái dự phòng—hoặc các thành phần điện trên một thanh cái được chuyển sang thanh cái khác—bằng cách sử dụng cầu chì liên kết và công tắc cách ly điện áp cao ở cả hai bên cầu chì liên kết. Tuy nhiên, do việc chuyển mạch thường xuyên, có thể xảy ra các lỗi như không thể mở hoặc đóng công tắc cách ly. Các lỗi này cần được chẩn đoán và phân tích một cách hệ thống. Nếu tồn tại các khuyết tật nội tại trong công tắc cách ly, cần có cải tiến về thiết kế.

1. Đặc điểm của Công tắc Cách ly

Thông thường, một công tắc cách ly được lắp đặt ở mỗi bên của cầu chì để tạo ra một điểm ngắt mạch rõ ràng—tăng cường an toàn và thuận tiện cho việc bảo trì. Điện được cung cấp từ thanh cái trên thông qua tủ phân phối đến đường dây ra. Công tắc cách ly phía trước cầu chì chủ yếu cách ly nguồn điện. Tuy nhiên, điện có thể được cung cấp từ phía sau—ví dụ, qua dòng điện ngược từ các mạch khác hoặc tụ điện—yêu cầu một công tắc cách ly thứ hai phía sau cầu chì.

Một trạm biến áp 110 kV cụ thể sử dụng công tắc cách ly điện áp cao loại GW16B/17B-252. Các thông số kỹ thuật của nó được liệt kê trong Bảng 1. Công tắc cách ly này là thiết bị điện áp cao ngoài trời ba cực được thiết kế cho các thao tác chuyển mạch không tải tại trạm biến áp 110 kV, cung cấp sự cách ly điện giữa thiết bị đang bảo trì và các mạch có điện.

Các tính năng chính của công tắc cách ly này bao gồm cấu trúc nhỏ gọn, khả năng chống oxy hóa cao, hoạt động ổn định và khả năng chịu rung chấn mạnh. Hệ thống tiếp xúc cơ học của nó sử dụng thiết kế đơn giản với cánh tay đòn đơn, với các thành phần truyền dẫn được đặt bên trong ống dẫn điện để bảo vệ chúng khỏi sự can thiệp của môi trường bên ngoài. Bên trong ống dẫn điện có một cặp lò xo cân bằng và một bộ lò xo kẹp: cựơng độ trước đảm bảo cân bằng cơ học đáng tin cậy trong quá trình đóng và mở, trong khi cựơng độ sau cung cấp áp lực tiếp xúc đủ để kẹp chặt.

Vì công tắc cách ly thường được lắp đặt ở ngoài trời, chúng phải chịu ảnh hưởng từ các yếu tố bên ngoài như gió và hoạt động địa chấn. Để tăng cường độ tin cậy trong hoạt động, một cơ chế khóa được tích hợp vào thân công tắc cách ly để đảm bảo đóng cửa ổn định và an toàn. Cả công tắc cách ly và công tắc nối đất đều sử dụng ống dẫn điện bằng hợp kim nhôm, với các tiếp điểm di chuyển và cố định được mạ bạc hoặc vàng để đảm bảo khả năng chịu mài mòn, độ chắc chắn cơ học và ổn định điện tại các khớp quay.

Công tắc nối đất có cấu trúc cánh tay đòn đơn. Trong quá trình đóng, tiếp điểm di chuyển đầu tiên quay và sau đó di chuyển thẳng đứng lên để kết nối với tiếp điểm cố định, ngăn chặn hiện tượng nảy hoặc bật trở lại. Thiết kế này đảm bảo đóng cửa đáng tin cậy và ổn định động và nhiệt dưới điều kiện dòng ngắn mạch định mức.

2. Cấu trúc và Nguyên lý Hoạt động của Công tắc Cách ly

Quá trình hoạt động của công tắc cách ly bao gồm hai hành động chính: hành động uốn cong và hành động kẹp.

2.1 Hành động Uốn Cong

Được hướng dẫn bởi cơ chế quay ngang, một cặp bánh răng được gắn trên sứ cách điện quay sẽ dẫn động hai bộ liên kết bốn thanh để thực hiện chuyển động phẳng. Dưới sự dẫn động này, ống dẫn điện phía dưới quay về phía trước để đóng (hoạt động đóng) hoặc quay ngược lại để mở (hoạt động mở). Thanh dẫn động có bản lề ở trên cùng của vít điều khiển do đó tạo ra dịch chuyển trục tương đối so với ống dẫn điện phía dưới.

Phía trên cùng của thanh dẫn động có bản lề được kết nối với bộ phận bánh răng-xích. Khi thanh di chuyển, nó làm quay xích, từ đó dẫn động bánh răng. Điều này khiến ống dẫn điện phía trên—được cố định trên trục bánh răng—di chuyển tương đối so với ống dẫn điện phía dưới, hoặc làm thẳng (đóng) hoặc uốn cong (mở).

Đồng thời, khi thanh dẫn động có bản lề trải qua chuyển động trục, các lò xo cân bằng bên trong ống dẫn điện liên tục lưu trữ và giải phóng năng lượng. Điều này hiệu quả cân bằng mômen phanh lớn, đảm bảo hoạt động mượt mà và ổn định trong suốt chu kỳ chuyển mạch.

2.2 Hành động Kẹp

Khi công tắc cách ly di chuyển từ vị trí mở đến vị trí đóng và gần như thẳng hàng (tức là cấu hình gần như thẳng), bánh răng bắt đầu tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng trên hộp số và tiếp tục trượt dọc theo nó. Tại thời điểm này, dưới phản lực của lò xo hồi, thanh dẫn động có bản lề—kết nối với bộ phận bánh răng-xích—di chuyển về phía trước.

Chuyển động về phía trước này được truyền qua bộ phận tiếp xúc di chuyển, nơi thanh đẩy chuyển chuyển động tuyến tính thành hành động kẹp của các ngón tiếp xúc. Một khi thanh tiếp xúc cố định được kẹp chặt, bánh răng trượt nhẹ lên dọc theo mặt phẳng nghiêng để đạt được đóng cơ khí hoàn toàn.

Ở giai đoạn này, lò xo kẹp bên trong ống dẫn điện bị nén thêm và tác dụng lực lên thanh đẩy, đảm bảo lực đẩy ổn định duy trì áp lực tiếp xúc nhất quán và đáng tin cậy giữa các ngón tiếp xúc và thanh cố định.

Trong quá trình mở, bánh răng tiếp tục di chuyển ra ngoài dọc theo mặt phẳng nghiêng cho đến khi hoàn toàn tách rời. Lò xo hồi sau đó kéo thanh đẩy, khiến các ngón tiếp xúc mở ra theo hình chữ "V", do đó cắt đứt kết nối điện.

3. Nghiên cứu Trường hợp

3.1 Quan sát và Phân tích Sự cố

Trong một năm nhất định, trong quá trình chuyển mạch tại trạm biến áp 110 kV, một công tắc cách ly cao áp không thể mở. Ngay lập tức, một cuộc kiểm tra toàn diện đã được tiến hành trên hệ thống nối đất, hệ thống dẫn điện chính, cơ cấu khóa cơ khí, ống dẫn điện phía trên/phía dưới, và cơ cấu vận hành bằng động cơ. Kết quả điều tra cho thấy bánh răng truyền động bên trong hộp động cơ bị hỏng, và các thành phần như chốt và khớp bị gãy. Nhân viên vận hành và bảo dưỡng đã báo cáo lỗi, và các biện pháp khắc phục đã được thực hiện theo lịch bảo dưỡng hàng năm.

3.2 Biện pháp Cải thiện

(1) Cập nhật Các Thành Phần Phụ trợ
Chốt và khớp được thay thế bằng thép không gỉ chất lượng cao để ngăn ngừa ăn mòn trong quá trình hoạt động lâu dài. Các ổ đỡ thấm grafit và composite—có khả năng chống ăn mòn và hệ số ma sát thấp—được sử dụng để cải thiện hiệu suất truyền động. Tất cả các bộ phận sắt thép lộ ra bên ngoài được mạ kẽm nhúng nóng, cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn. Kinh nghiệm thực tế xác nhận rằng mạ kẽm nhúng nóng rất phù hợp cho các ứng dụng ngoài trời.

(2) Nâng cấp Cơ cấu Vận hành Bằng Động cơ
Cơ cấu động cơ CJ7A ban đầu được thay thế bằng mô hình CJ11 mới hơn. Hình ảnh của cơ cấu CJ11 đã được nâng cấp được hiển thị trong Hình 1.

(3) Thiết kế Mới cho Công tắc Phụ trợ
Công tắc phụ trợ là một thành phần thứ cấp quan trọng cung cấp tín hiệu trạng thái đóng/mở. Sự cố có thể dẫn đến tín hiệu sai và hoạt động không đúng. Thiết kế mới sử dụng cơ chế công tắc vi mô được dẫn động bằng cam tiên tiến quốc tế, đảm bảo chuyển mạch đáng tin cậy, quay mượt mà và miễn nhiễm với sự cố trong quá trình chuyển đổi đóng/mở.

(4) Bảo vệ Điều khiển Động cơ
Sau khi hoàn thành hoạt động đóng hoặc mở, nguồn điện động cơ đầu tiên được cắt bởi công tắc phụ trợ. Nếu công tắc phụ trợ bị hỏng, các công tắc giới hạn cuối cùng ở cả hai phía đóng và mở sẽ ngắt nguồn điện động cơ. Nếu những công tắc này cũng bị hỏng, các chốt cơ khí ở cả hai phía sẽ kích hoạt rơle nhiệt để cắt nguồn. Hệ thống bảo vệ ba tầng này đáng tin cậy dừng động cơ sau mỗi lần hoạt động, ngăn chặn chuyển động không kiểm soát và hư hại cơ khí tiềm tàng.

(5) Hệ thống Truyền động Cơ khí
Một hệ thống liên kết vít me được sử dụng. Vít me, các liên kết và các thành phần giảm tốc khác được gia công chính xác và được niêm kín trong vỏ hợp kim nhôm. Thiết kế này đảm bảo hoạt động mượt mà, ít tiếng ồn và không có cú sốc.

(6) Hệ thống Điều khiển Thứ cấp
Bảng điều khiển có bố cục hợp lý và thẩm mỹ với cấu trúc cửa gập, thuận tiện cho việc đấu dây và bảo dưỡng tại chỗ, đồng thời đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của hệ thống thứ cấp.

(7) Niêm kín Thùng chứa
Thùng chứa cơ chế sử dụng niêm kín bằng đệm hơi ở cửa. Cả cửa và nắp trên đều được làm từ thép không gỉ dày 2,5 mm, trong khi thân chính sử dụng thép không gỉ dày 2 mm, cung cấp khả năng chống gió, cát và ăn mòn tuyệt vời.

4. Kết luận

Dựa trên nhiều năm kinh nghiệm vận hành và phân tích lỗi của cơ chế mô tơ cách ly tại trạm biến áp 110 kV này, cơ chế ban đầu đã được nâng cấp lên mô hình CJ11 do Tập đoàn Pinggao phát triển - một cơ chế vận hành mô tơ kiểu vít me được thiết kế mới và phát triển độc lập. Thiết kế cải tiến này khắc phục được những hạn chế trước đây về kỹ thuật và sản xuất, mang lại độ tin cậy cao, chuyển động mượt mà, hiệu suất truyền động cao, không có tác động quán tính, ít tiếng ồn, khả năng hoán đổi mạnh mẽ và vẻ ngoài hấp dẫn.

Ngoài việc vận hành điện từ xa và địa phương, cơ chế CJ11 cũng hỗ trợ vận hành thủ công. Các thử nghiệm thực tế dưới tải định mức đã chứng minh khả năng thực hiện hơn 10.000 lần vận hành cơ học một cách đáng tin cậy.