Phân tích Nguyên Nhân và Biện Pháp Phòng Ngừa Sự Cố Cháy Nổ Ổ Đóng Mở Dưới Áp Suất

1. Phân tích Cơ chế Hư hỏng của Áp tô mát Chân không

1.1 Quá trình Tia lửa Khi Mở

Lấy ví dụ về việc mở áp tô mát, khi dòng điện kích hoạt cơ cấu hoạt động để nhảy, tiếp điểm di chuyển bắt đầu tách khỏi tiếp điểm cố định. Khi khoảng cách giữa tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm cố định tăng lên, quá trình diễn ra qua ba giai đoạn: tách tiếp điểm, tia lửa, và phục hồi điện môi sau tia lửa. Một khi tách tiếp điểm bước vào giai đoạn tia lửa, tình trạng của tia lửa đóng vai trò quyết định đối với sức khỏe của bộ ngắt chân không.

Khi dòng điện tia lửa tăng lên, tia lửa chân không phát triển từ vùng điểm cathode và cột tia lửa hướng về phía vùng anode. Với sự giảm liên tục của diện tích tiếp xúc, mật độ dòng điện cao tạo ra nhiệt độ cao, gây bay hơi vật liệu kim loại cathode. Dưới ảnh hưởng của trường điện, plasma khe hở ban đầu được hình thành. Các điểm cathode xuất hiện trên bề mặt cathode, phát ra electron và tạo ra dòng điện phóng thích trường, liên tục xói mòn vật liệu kim loại và duy trì hơi kim loại và plasma. Tại giai đoạn này, với dòng điện tia lửa tương đối thấp, chỉ có cathode hoạt động.

Khi dòng điện tia lửa tăng thêm, plasma bơm năng lượng vào anode, khiến chế độ tia lửa anode chuyển từ tia lửa phân tán sang tia lửa tập trung. Sự chuyển đổi này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như vật liệu điện cực và cường độ dòng điện.

1.2 Phân tích Hư hỏng do Xói mòn Tiếp điểm

Xói mòn tiếp điểm trực tiếp liên quan đến dòng điện ngắt. Ở dòng điện xoay chiều định mức, mức độ chảy tiếp điểm hầu như không đáng kể. Xói mòn tiếp điểm xảy ra trong điều kiện dòng điện lớn, nhiệt độ cao. Khi áp tô mát ngắt dòng ngắn mạch vượt quá dòng định mức, mức độ xói mòn vật liệu tăng mạnh, tạo điều kiện cho mất mát vật liệu.

Độ nhám bề mặt của tiếp điểm làm tăng sự tập trung dòng điện tại các gờ nổi, dẫn đến gia nhiệt cục bộ nghiêm trọng hơn. Ngoài ra, thời gian dòng điện tia lửa cũng rất quan trọng. Ngay cả khi dòng điện là dòng ngắn mạch, nếu thời gian của nó quá ngắn, lượng xói mòn vật liệu vẫn nhỏ.

Nguyên nhân gốc rễ của sự hỏng hóc tiếp điểm là mất khối lượng trong quá trình tia lửa. Sự hỏng hóc tiếp điểm xảy ra qua hai giai đoạn:

• Xói mòn Vật liệu: Xói mòn vật liệu anode được cung cấp bởi plasma. Mật độ lưu lượng năng lượng trên bề mặt anode là tham số chính đo lường tác động của plasma lên anode. Nghiên cứu cho thấy mật độ lưu lượng năng lượng anode tăng theo dòng điện tia lửa cao hơn, khoảng cách tiếp điểm lớn hơn, và bán kính tiếp điểm nhỏ hơn, thúc đẩy sự hình thành điểm anode và xói mòn vật liệu.

• Mất Vật liệu: Sau khi tia lửa tắt, các giọt kim loại nóng chảy bị đẩy ra khỏi bề mặt tiếp điểm do áp lực plasma. Quá trình này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tính chất vật liệu, với tác động tối thiểu từ tia lửa.

2. Nguyên Nhân Gây Cháy Hỏa Hoạn ở Áp tô mát Chân không

(1) Mòn Điện và Biến Đổi Khoảng Cách Tiếp Điểm Gây Tăng Kháng Tiếp Điểm
Áp tô mát chân không được niêm phong trong bộ ngắt chân không, với tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm cố định tiếp xúc trực tiếp mặt đối mặt. Trong quá trình ngắt, xói mòn tiếp điểm xảy ra, gây mòn tiếp điểm, giảm độ dày tiếp điểm, và thay đổi khoảng cách tiếp điểm. Khi mòn tiến triển, bề mặt tiếp điểm bị suy giảm, tăng kháng tiếp điểm giữa tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm cố định. Mòn cũng thay đổi khoảng cách tiếp điểm, giảm áp lực lò xo giữa các tiếp điểm, làm tăng kháng tiếp điểm.

(2) Hoạt Động Không Đồng Pha Gây Tăng Kháng ở Pha Hỏng
Nếu hiệu suất cơ học của áp tô mát chân không kém, các hoạt động lặp đi lặp lại có thể dẫn đến hoạt động không đồng pha do vấn đề cơ khí. Điều này kéo dài thời gian mở và đóng, ngăn chặn việc dập tia lửa hiệu quả. Tia lửa có thể dẫn đến hàn (dính) tiếp điểm, làm tăng đáng kể kháng tiếp điểm giữa tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm cố định.

(3) Giảm Độ Chân Không Gây Oxy Hóa Tiếp Điểm và Tăng Kháng
Bộ phận co giãn trong bộ ngắt chân không được làm bằng thép không gỉ mỏng và đóng vai trò là phần niêm phong, duy trì độ chân không trong khi cho phép thanh dẫn di chuyển. Tuổi thọ cơ học của bộ phận co giãn được xác định bởi lực nén và giãn trong quá trình hoạt động của áp tô mát. Nhiệt chuyển từ thanh dẫn đến bộ phận co giãn làm tăng nhiệt độ, ảnh hưởng đến độ bền mệt mỏi.

Nếu vật liệu hoặc quy trình sản xuất của bộ phận co giãn bị lỗi, hoặc nếu áp tô mát trải qua rung động, va đập, hoặc hư hại trong quá trình vận chuyển, lắp đặt, hoặc bảo dưỡng, có thể xuất hiện rò rỉ hoặc vết nứt vi mô. Theo thời gian, điều này dẫn đến giảm độ chân không. Độ chân không giảm cho phép oxy hóa tiếp điểm, hình thành oxit đồng có độ kháng cao, làm tăng kháng tiếp điểm.

Dưới dòng điện tải, tiếp điểm liên tục nóng quá mức, làm tăng nhiệt độ của bộ phận co giãn và có thể gây hỏng bộ phận co giãn. Ngoài ra, với độ chân không giảm, áp tô mát mất khả năng dập tia lửa định mức. Khi ngắt dòng tải hoặc dòng hỏng, khả năng dập tia lửa không đủ dẫn đến tia lửa kéo dài, cuối cùng gây cháy áp tô mát.

3. Biện Pháp Phòng Ngừa Tai Nạn Cháy Hỏa Hoạn ở Áp tô mát Chân không

3.1 Biện Pháp Kỹ Thuật

Nguyên nhân gây giảm độ chân không là phức tạp. Tránh rung động và va đập trong quá trình vận chuyển, lắp đặt, và bảo dưỡng. Tuy nhiên, chất lượng sản xuất và lắp ráp tại nhà máy là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chân không.

(1) Cải Thiện Chất Lượng Vật Liệu và Lắp Ráp Bộ Phận Co Giãn
Bộ ngắt chân không sử dụng bộ phận co giãn cho chuyển động cơ học. Sau nhiều lần mở và đóng, có thể hình thành vết nứt vi mô, làm giảm độ chân không. Do đó, nhà sản xuất phải nâng cao độ bền vật liệu và chất lượng lắp ráp của bộ phận co giãn để đảm bảo độ tin cậy của niêm phong.

(2) Đo Định Kỳ Đặc Tính Cơ Học và Kháng Tiếp Điểm
Trong quá trình bảo dưỡng hàng năm, kiểm tra định kỳ mòn điện và biến đổi khoảng cách tiếp điểm. Thực hiện các bài kiểm tra về đồng bộ, hành trình dư, và các đặc tính cơ học khác. Sử dụng phương pháp sụt áp DC để đo kháng vòng. Đánh giá oxy hóa và mòn tiếp điểm dựa trên giá trị kháng, và xử lý kịp thời các vấn đề.

(3) Kiểm Tra Định Kỳ Độ Chân Không
Đối với áp tô mát chèn, người vận hành thường không thể phát hiện trực quan sự phóng điện bên ngoài trên bộ ngắt trong quá trình tuần tra. Trên thực tế, các bài kiểm tra chịu điện xoay chiều thường được sử dụng để đánh giá định kỳ độ chân không. Mặc dù đây là một bài kiểm tra phá hủy, nhưng nó hiệu quả trong việc xác định các khuyết tật chân không. Thay vào đó, sử dụng thiết bị kiểm tra chân không để đo định tính độ chân không là phương pháp tốt nhất để đánh giá độ chân không. Nếu phát hiện độ chân không giảm, bộ ngắt chân không phải được thay thế ngay lập tức.

(4) Cài Đặt Thiết Bị Giám Sát Độ Chân Không Trực Tuyến
Với sự sử dụng rộng rãi của truyền thông không dây và hệ thống SCADA trong lưới điện, giám sát độ chân không trực tuyến đã trở nên khả thi. Các phương pháp bao gồm cảm biến áp suất, ghép dung, chuyển đổi điện-quang, phát hiện siêu âm, và cảm biến vi sóng không tiếp xúc.

• Cảm biến Áp Suất: Nhúng cảm biến áp suất vào bộ ngắt trong quá trình sản xuất. Khi độ chân không giảm, mật độ khí và áp suất nội bộ tăng. Sự thay đổi áp suất được truyền đến hệ thống kiểm soát để giám sát theo thời gian thực.

• Cảm biến Vi Sóng Không Tiếp Xúc: Sử dụng cảm biến thụ động để phát hiện tín hiệu vi sóng, nắm bắt các tín hiệu phản hồi độc đáo khi độ chân không bị suy giảm, cho phép giám sát trực tuyến theo thời gian thực.

3.2 Biện Pháp Quản Lý

Trong các sự cố trước đây, người vận hành không nhận biết đúng sự cố của áp tô mát, dẫn đến cháy và sự cố lan rộng. Điều này nhấn mạnh sự thiếu hiểu biết về hệ thống SCADA, thiết bị hiện trường, và quy trình vận hành, cũng như thiếu ý thức ứng phó khẩn cấp. Do đó, quản lý vận hành tại các trạm chính phải được tăng cường.

• Thực hiện nghiêm túc các hệ thống kiểm tra để phát hiện sớm các vấn đề.

• Tăng cường đào tạo cho người vận hành về hệ thống SCADA, vận hành và bảo dưỡng thiết bị chuyển mạch, và quy trình ứng phó khẩn cấp.

• Tiến hành các cuộc tập huấn định kỳ về kế hoạch chống tai nạn và ứng phó khẩn cấp.

3.3 Cải Thiện Chức Năng Liên Khóa "Năm Phòng Ngừa" trong Tủ Chuyển Mạch Trung Tâm

Cải tiến kỹ thuật chức năng liên khóa "Năm Phòng Ngừa" của tủ chuyển mạch trung tâm để hoàn toàn đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn. Tủ chuyển mạch điện cao áp hoàn chỉnh phải có đầy đủ chức năng "Năm Phòng Ngừa" với hiệu suất đáng tin cậy.

• Cài đặt các chỉ báo dòng điện trực tiếp trên phía ra của tủ chuyển mạch. Các chỉ báo này phải có chức năng tự kiểm tra và được liên kết với công tắc nối đất phía đường.

• Đối với các lắp đặt có khả năng cấp nguồn ngược, cửa ngăn phòng phải được trang bị khóa bắt buộc được điều khiển bởi chỉ báo dòng điện trực tiếp.

Qua phân tích các tai nạn cháy áp tô mát chân không do giảm độ chân không—gây oxy hóa tiếp điểm, tăng kháng tiếp điểm, quá nhiệt, và hỏng hóc cuối cùng—bài viết này đề xuất các biện pháp nhắm mục tiêu như cải thiện chất lượng vật liệu và lắp ráp của bộ phận co giãn, và cài đặt thiết bị giám sát độ chân không trực tuyến. Các biện pháp này giúp ngăn ngừa và giám sát sự suy giảm độ chân không theo thời gian thực, tránh tái diễn các tai nạn tương tự.