Đơn vị vòng SF₆ (RMUs) và Cải tạo lưới điện đô thị

Tổng quan​
Các mạng phân phối cũ chủ yếu có cấu trúc hình sao, với hầu hết các đường dây vào và ra là đường dây trên không. Thiết bị chuyển mạch thường bao gồm các cầu chì chân không cách điện bằng không khí hoặc cầu chì ít dầu. Các mạng này thường gặp sự cố thường xuyên, chi phí vận hành cao và mất điện kéo dài, rộng rãi khi xảy ra sự cố, làm cản trở đáng kể sự phát triển kinh tế.

Với sự tăng trưởng kinh tế nhanh chóng và việc thực hiện cải tạo lưới điện đô thị, nhu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao hơn đã tăng lên. Các đơn vị phân phối vòng SF₆ (RMUs) hoàn toàn cách điện, hoàn toàn kín, không cần bảo dưỡng và nhỏ gọn đã một lần nữa trở thành bảo đảm cho nguồn cung cấp điện đáng tin cậy.

​1 Loại và Đặc điểm Cấu trúc của RMUs SF₆​

​1.1 Loại RMUs SF₆​
RMUs SF₆ có thể được phân loại thành hai loại chính dựa trên cấu trúc: Loại Thùng Chung và Loại Đơn vị Mô-đun. Các RMUs Thùng Chung ban đầu thường có một đường vào, một vòng lặp và một đường ra, phù hợp cho tải nhỏ. Tuy nhiên, với nhu cầu tải ngày càng tăng, loại Đơn vị Mô-đun có thể mở rộng đã xuất hiện, cung cấp khả năng phân phối tối đa lên đến 10 MVA.

RMUs SF₆ có thể được phân loại theo chức năng thành Loại Dây dẫn, Loại Cầu chì và Loại Cầu chì SF₆:

• ​Loại Dây dẫn:​​ Được sử dụng cho các đường dây vào/ra. Dòng định mức là 630A.
• ​Loại Cầu chì:​​ Có thể kết nối trực tiếp với biến áp. Dòng định mức là 200A. Tuy nhiên, xét đến hiệu ứng tăng nhiệt của cầu chì, mỗi RMU thực tế chỉ có thể cung cấp cho biến áp lên đến 1600 kVA trong ứng dụng thực tế.
• ​Loại Cầu chì SF₆:​​ Được sử dụng để bảo vệ biến áp vượt quá 1600 kVA. Nó cũng có thể hoạt động như một đơn vị vào hoặc phần bus với bảo vệ quá dòng và cắt ngắt tức thì. Dòng định mức là 630A, với tổng thời gian cắt đứt sự cố là 95ms.
  Các cấu hình cơ bản của RMUs SF₆ được hiển thị trong hình dưới đây.

​1.2 Đặc điểm Cấu trúc của RMUs SF₆​
RMUs SF₆ Loại Thùng Chung thường bao gồm thùng khí, ngăn chứa cơ chế vận hành và ngăn kết nối dây cáp. Loại Đơn vị Mô-đun yêu cầu thêm ngăn kết nối thanh cái.

RMUs SF₆ có bốn đặc điểm chính sau:

1. ​Thùng Khí:​​ Đây là phần quan trọng nhất của RMU. Thùng khí chứa công tắc tải, thanh cái, trục công tắc và khí SF₆.
• Công tắc tải là công tắc 3 vị trí, bao gồm dao cách ly và kênh dập hồ quang.
• Điểm tiếp xúc di động của dao cách ly có hai con đạn đặc biệt làm bằng hợp kim Nichrome, phục vụ hai mục đích:
• Cung cấp bôi trơn khô trong quá trình đóng/mở công tắc, đảm bảo độ kháng tiếp xúc giữa điểm tiếp xúc di động và cố định không tăng sau thời gian sử dụng lâu dài.
• Do điểm nóng chảy cao của hợp kim Nichrome, điểm tiếp xúc di động sẽ không bị chảy do nhiệt sinh ra bởi dòng ngắn mạch trong quá trình đóng hoặc chịu đựng.
• Kênh dập hồ quang chứa các tấm khử ion kéo dài hồ quang, giảm năng lượng hồ quang và giảm lượng hơi kim loại và sản phẩm phân hủy SF₆ được tạo ra khi công tắc tải ngắt dòng tải.
• Phần thanh cái tiếp xúc với dao cách ly là điểm tiếp xúc cố định. Ngoài việc đáp ứng yêu cầu về dòng định mức và ổn định động/làm nóng, thiết kế và chế tạo thanh cái cũng xem xét hiệu ứng trường điện từ để giảm thiểu tác động của trường từ.
• Trục công tắc xuyên qua thùng khí và kết nối với ngăn chứa cơ chế vận hành, cho phép người vận hành bên ngoài ngăn điều khiển trạng thái đóng, mở và nối đất của công tắc. Một cấu trúc niêm phong kép được sử dụng tại điểm xuyên qua (điểm kết nối duy nhất giữa thùng và bên ngoài), đảm bảo độ kín của thùng trong quá trình bơm hút chân không và nạp khí.
• Tốc độ rò rỉ khí SF₆ hàng năm chỉ là 0,0035%. Tốc độ rò rỉ thấp này rất quan trọng cho việc vận hành an toàn lâu dài của RMU.
• Ngoài khí SF₆ dùng để cách điện và dập hồ quang, thùng khí còn chứa Oxit Nhôm (Al₂O₃), giúp tăng tốc tái tạo khí SF₆ và hoạt động như chất hút ẩm tuyệt vời, duy trì chất lượng khí SF₆ và giảm thiểu sự cố hồ quang. Nếu xảy ra sự cố, màng chống nổ dưới thùng bảo vệ nhân viên bằng cách thoát khí nóng trực tiếp vào hố cáp dưới hoặc phía sau đơn vị, tránh xa người vận hành ở mặt trước.
• Thùng khí được chế tạo từ thép không gỉ dày 3mm, được hàn hai mặt.
2. ​Ngăn Cơ chế Vận hành:​​ Cơ chế vận hành bên trong kết nối với công tắc tải và công tắc nối đất thông qua trục công tắc. Sử dụng thanh vận hành chèn vào lỗ vận hành, người vận hành có thể dễ dàng thực hiện các thao tác đóng, mở và nối đất với lực nhỏ (chỉ cần 60 N·m).
• Do các điểm tiếp xúc công tắc không nhìn thấy, cơ chế vận hành có bộ chỉ báo vị trí liên kết trực tiếp với trục công tắc, rõ ràng hiển thị trạng thái hiện tại của công tắc tải và công tắc nối đất.
• Các khóa cơ học giữa công tắc tải, công tắc nối đất và tấm chắn phía trước được lắp đặt, đáp ứng năm yêu cầu khóa an toàn (chức năng chống thao tác sai).
• Cả công tắc tải và công tắc nối đất đều được trang bị cơ chế đóng/mở nhanh, đảm bảo tốc độ đóng/mở độc lập với tốc độ của người vận hành.
• Các công tắc có bảo vệ cầu chì (thiết bị chuyển mạch loại TS) cũng có thiết bị cắt tự động, có sẵn phiên bản cơ học hoặc điện. Nguyên lý cắt cơ học: Trong trường hợp sự cố ngắn mạch trong mạch của đơn vị, cầu chì tan chảy trong nửa chu kỳ đầu tiên (~10ms) của dòng sự cố. Chốt kích của cầu chì tác động vào cơ chế cắt, khiến công tắc tải mở. Tổng thời gian cắt đứt sự cố chỉ là 35ms, bảo vệ hiệu quả đơn vị và ngăn chặn sự cố lan sang các đơn vị lân cận. Hơn nữa, do hiệu suất cơ học xuất sắc, dòng chuyển của thiết bị chuyển mạch loại Fuse có thể đạt 2300A.
• Có thể thêm ổ khóa vào các cần vận hành trên bảng điều khiển phía trước của ngăn chứa cơ chế vận hành để ngăn chặn thao tác không được phép.
• Để vận hành an toàn, đồng hồ đo áp suất khí, kết nối trực tiếp với thùng khí và được niêm phong chống ẩm (ngăn ngừa sương mù trên mặt số), được lắp đặt trong ngăn, cho phép nhân viên bảo trì giám sát chính xác tình trạng của RMU mọi lúc.
• Một bộ chỉ báo điện áp cũng được lắp đặt trong ngăn chứa cơ chế vận hành, cho phép người vận hành giám sát dòng điện (bộ chỉ báo đèn neon) và kiểm tra pha (sử dụng ổ cắm thử nghiệm).
3. ​Ngăn Kết nối Dây cáp:​​ Nằm ở phía trước của RMU với chiều cao 1220mm, cung cấp không gian đủ cho việc kết thúc dây cáp.
• Kết nối dây cáp với các bu-gi của RMU sử dụng phụ kiện dây cáp silicone không chứa Asbestos (AFTS) hoặc phụ kiện dây cáp silicone không chứa Asbestos (AWK).
• Diện tích tiết diện dây cáp đồng hoặc nhôm từ 25–240 mm² (cho thiết bị chuyển mạch loại Fuse) hoặc 35–400 mm² (cho thiết bị chuyển mạch loại Dây dẫn).
4. ​Ngăn Kết nối Thanh cái (Đơn vị Mô-đun):​​ Nằm dưới thùng khí. Ba bu-gi được sắp xếp theo cấu hình "bậc thang" xen kẽ, hiệu quả giảm thiểu yêu cầu về không gian và thuận tiện cho việc kết nối thanh cái.
• Bu-gi là loại dẫn điện rỗng, cho phép thanh cái ống đồng được bắt trực tiếp vào thanh cái bên trong thùng khí.
• Sử dụng thanh cái ống đồng cách điện bằng silicone, hiệu quả tăng cường khả năng dẫn điện và giảm khoảng cách pha (chỉ 110mm).
• Kết nối giữa thanh cái và bu-gi sử dụng các kết nối silicone (kết nối cuối E và kết nối kéo dài T) và nắp vít để kết nối điện liền mạch trực tiếp trên bu-gi. Các thanh cái này chịu được điều kiện khắc nghiệt như ngưng tụ ẩm, bụi dẫn điện và muối lắng mà không bị hỏng.
• Ngoài ra, phía trước của ngăn thanh cái được che chắn bởi một tấm thép riêng biệt có nối đất, tách nó khỏi ngăn kết nối dây cáp.

​2 Các Thông số Kỹ thuật và Ứng dụng của RMUs SF₆​

​2.1 Các Thông số Kỹ thuật​

​2.2 Ứng dụng của RMUs SF₆​
Do kích thước nhỏ gọn, không cần bảo dưỡng và độ tin cậy cao, RMUs SF₆ đặc biệt phù hợp cho việc phân phối điện trong các cơ sở quan trọng, tòa nhà cao tầng, khu dân cư và lưới điện đô thị. Chúng giảm đáng kể chi phí vận hành và diện tích chiếm dụng.

• ​Loại Thùng Chung 3 Đơn vị:​​ Kích thước chỉ 980mm × 635mm × 1050mm, phù hợp cho các biến áp kiosk và ứng dụng ngoài trời.
• ​Loại Dây dẫn Mô-đun:​​ Có thể kết hợp các hộp chuyển mạch nhánh, hỗ trợ cấu hình lên đến một đường vào và ba đường ra (tức là đường vào qua ngăn thanh cái, với ba đường ra được kết nối song song qua ngăn kết nối dây cáp).
• ​Loại Cầu chì Mô-đun:​​ Phù hợp cho các vị trí xa trạm biến áp nơi chỉ có một biến áp đang hoạt động. Để đạt được việc điều khiển biến áp cục bộ mà không cần đơn vị vào bổ sung, dây cáp vào có thể được kết nối trực tiếp với ngăn thanh cái của đơn vị chuyển mạch loại TS, cung cấp cùng chức năng.
• ​Thiết bị chuyển mạch loại Cầu chì:​​ Được trang bị bảo vệ quá dòng và cắt ngắt tức thì. Nó có thể hoạt động như một đơn vị bảo vệ biến áp, một đơn vị vào hoặc một đơn vị phần bus. Để cho phép cắt ngắt từ xa hoặc cắt ngắt khi relay bảo vệ khí biến áp hoạt động (cho thiết bị chuyển mạch loại Cầu chì), chỉ cần thêm cuộn từ cắt điện từ vào cơ chế vận hành và cung cấp nguồn điện 220V AC hoặc 24V DC cho mạch.
  ​Vận hành bằng động cơ điện:​​
• Để tự động hóa phân phối, có thể thêm một động cơ điện vào ngăn chứa cơ chế vận hành, cùng với hộp điều khiển cao 350mm được gắn trên đỉnh. Vẫn có thể vận hành bằng nút nhấn tại chỗ (mở/đóng).
• Thêm thiết bị chuyển mạch tự động (ATS) cho phép chuyển đổi tự động giữa hai nguồn cấp, có hoặc không có cấu hình chính/phụ.
• Động cơ điện thường có sẵn ở nhiều cấp điện áp (220V AC, 220V DC, 110V DC, 48V DC, 24V DC) để người dùng lựa chọn.
• Một bộ chỉ báo sự cố ngắn mạch có thể được lắp đặt trên bảng điều khiển phía trước của ngăn chứa cơ chế vận hành, với tín hiệu được truyền đến phòng điều khiển từ xa. Bộ chỉ báo này có thể được đặt lại tự động, thủ công hoặc từ xa.
• Các biến dòng xuyên tâm điện áp thấp có thể được thêm vào ngăn kết nối dây cáp để đo dòng điện.
• Các arrester sét cũng có thể được lắp đặt trong các đơn vị chuyển mạch loại Dây dẫn để bảo vệ RMU.
  Chức năng tự động hóa phân phối chủ yếu tập trung vào năm lĩnh vực: Thu thập dữ liệu, Giám sát & Kiểm soát, Cách ly Sự cố & Phục hồi Dịch vụ, Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và Thống kê & Báo cáo Dữ liệu.
• Việc thực hiện tự động hóa phân phối yêu cầu thiết bị chính có cơ chế vận hành bằng động cơ và các đơn vị đầu cuối đường dây (FTUs) hoặc các đơn vị đầu cuối từ xa (RTUs).
• Cáp quang là phương tiện truyền thông được ưu tiên. Các giao thức truyền thông nên là các tiêu chuẩn quốc tế được người dùng quen thuộc, như IEC 870, DNP 3.0 hoặc TCP/IP.
• Nền tảng phần mềm SCADA trong phòng điều khiển nên có khả năng đa nhiệm và đa người dùng, như UNIX.
• Cơ sở dữ liệu được khuyến nghị là ổn định với khả năng xử lý đủ, như Oracle.
  Giải pháp này đặc biệt phù hợp cho RMUs nằm ngoài trời hoặc xa nguồn điện áp thấp, vì nó đảm bảo hoạt động đồng thời của hai động cơ 150W hơn 50 lần.

​3 Tuổi thọ​
Tuổi thọ của RMUs SF₆ thường là 25–30 năm, và chúng có thể được nâng cấp thuận tiện với thiết bị tự động hóa phân phối. Do đó, RMUs SF₆ nên là lựa chọn ưu tiên cho các dự án cải tạo lưới điện đô thị.