74
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
BÀI HỌC TỪ SỰ CỐ HƯ HỎNG MÁY CẮT 500kV VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ MÁY CẮT
ĐIỆN CHO KHÁNG ĐIỆN BÙ NGANG
LESSON LEART FROM 500KV CIRCUIT BREAKER FAILURE AND SOLUTION TO IMPROVE CIRCUIT BREAKER LIFETIME
OF SHUNT REACTOR
Nguyễn Đăng ToảnTrường Đại học Điện lực
Ngàynhậnbài:15/07/2024,Ngàychấpnhậnđăng:29/08/2024,Phảnbiện:PGSTSPhạmVănBình
Tóm tắt:Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị điều khiển đóng/mở đã được các công ty điện lực rất quan tâm nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của quá trình quá độ khi đóng/mở các tải phản kháng. Máy cắt điện 500kV là một thiết bị quan trọng và đắt tiền trong trạm biến áp. Khi mở máy cắt đối với các kháng điện bù ngang cần được nghiên cứu, tính toán cẩn thận vì điều khiển mở máy cắt không chính xác có thể dẫn đến hiện tượng đánh lửa trở lại, thậm chí có thể gây hư hỏng máy cắt. Bài báo tiến hành phân tích sự cố hư hỏng máy cắt điện 500kV khi mở kháng điện tại trạm biến áp 500kV Hiệp Hòa, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm hư hỏng máy cắt khi mở kháng điện trong tương lai. Từ khóa: Máy cắt điện (MC), Thiết bị điều khiển đóng mở (CSD), đánh lửa trở lại, kháng bù ngang, SynchroTeq. Abstract:The application of controlled switching device (CSD) in order to mitigate inuence of transient when energizing/de-energizing reactance loads has been taken into account by electrical utilities. The 500kV circuit breaker is an important and expensive device in the substation. When opening the circuit breaker of a shunt reactor, it is necessary to study and calculate carefully because incorrect control of opening the circuit breaker can lead to re-ignition, which can even cause damage to the circuit breaker. The paper investigates the failure of 500kV circuit breaker at Hiep Hoa 500kV substation and proposes the solutions to reduce the damage of the breaker when opening the shunt reactor in the future.Keywords: Circuit breaker, Controlled Switching Device, Re-ignition, Shunt reactor, SynchroTeq. 1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hiệnnay,cáccôngtyđiệnlựctrangbịcácthiếtbị
điềukhiểnđóng/mở(ControlledSwitchingDevice
–CSD)chocácmáycắtđiện(MC)đểgiảmthiểu
ảnhhưởngquáđộtronghệthốngđiện(HTĐ)và
cácnguycơhỏnghócthiếtbịđiện.CácCSDnày
đãchứngminhlàgiảiphápthaythếtốtnhấtsovới
cácgiảiphápkhác(nhưkỹthuậtsửdụngđiệntrở
đóngtrước[1]),vìCSDgầnnhưloạibỏcácvấn
đềliênquanđếnđóng/mởtảiphảnkhángvàđem
lạicáclợiíchnhư:
75
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
Kéodàituổithọcủacácthiếtbịhiệncóbằngcách
nângcaohiệusuấtcủaMC(giảmquáđộtrêncách
điệnthiếtbịvàxóimòntiếpxúccủaMC).
Cải thiện độtin cậycủa trạmbiến áp (TBA) và
nângcaoổnđịnhcủaHTĐ.
Nângcaochấtlượngđiệnnăng(giảmsónghài,các
daođộngtầnsốcao).
Mục đíchcủa CSDlà: điều khiển việcđóng/mở
MC tại một thời điểm chính xác (phương pháp
đóngvàosóng–Pointonwavemethod)đốivới
mỗiứngdụngcụthể,cótínhđếncácđặctínhMC
vàcácthôngsốvậnhànhnhấtđịnh.
Việcthuthậpthôngtinchínhxácvàđầyđủtrước,
trongvàsaukhivậnhànhlàrấtquantrọngđểđảm
bảohoạtđộnglâudàivàtốiưuchothiếtbịCSD.
Mộttrongnhữngtháchthứclớnnhấtcủahệthống
CSDlàgửicáclệnhđiềukhiểnsaochokhitiếp
điểmMC bắtđầu di chuyểnvà cóthể đạtđược
các mục tiêu về điện và cơ học mong muốn tại
thờiđiểmtốiưu.ĐểđạtđượcđiềuđóCSDcầndự
đoánthờigianhoạtđộngcủaMCtrongmọitrường
hợpcóthể(kểcảkhimộtsốthôngsốcủaMCthay
đổisauthờigianvậnhànhdàingày,nhưthờigian
đóng/mở,nhiệtđộ…).
MặcdùMClàthiếtbịcơkhíkháphứctạpnhưng
chutrìnhđóng/mởcủaMCkhádễđoándựatrên
cácđiềukiệnhoạtđộngcủanó[2].Vớimỗicông
nghệ MC, các nhà sản xuất thường công bố dữ
liệucủachúngdựatrêncácthửnghiệmđiểnhình
như:Đườngcongđặctínhthờigianđóng/mởcủa
MC,đặcđiểmRDDS(Tỷlệgiảmcườngđộđiện
môi)củathiếtbị,…đâylànhữngcơsởđầutiên
đểxácnhậnxemMCcóphùhợpđểápdụngkết
hợpvớiCSDhaykhông.Tuynhiên,thôngtinnày
thườngchỉđềcậpđếnloạiđóngmởđơncựctrên
MCđiểnhìnhtrongđiềukiệnphòngthínghiệm.
Dođócầnphảithựchiệnkiểmtrabổsungtạichỗ
trướckhibắtđầucácthínghiệmvậnhànhMCvà
quytrìnhvậnhànhnghiêmngặtsauđó.Babước
rấtquantrọngđểmôhìnhhóađúnghoạtđộngcủa
MCgồm:
KiểmtrathờigianMC(thínghiệmthờigianđóng,
mở của tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và phải
thựchiệnítnhất10lần),
Thínghiệmchỉnhđịnhkhôngtảiđểhiệuchỉnhsự
sailệchgiữathôngsốdựđoánvàthôngsốthựctế,
đồngthờithínghiệmcótảiđểhiệuchỉnh,
Theodõikhivậnhànhtronghệthốngđểkiểmtra,
giámsátcácsựkiện.
Bàibáosẽđivàophântíchcácthôngsố,cáchthức
lựachọnthôngsốchocácthiếtbịCSDcóxétđến
kinhnghiệmthựctế.Phântíchđốivớimộtsựcố
hưhỏngmáycắt500kVvànhữngbiệnphápđược
ápdụngvàoviệclựachọnthờiđiểmđóngmởMC
chocáckhángđiệnbùngangtạimộtsốtrạmbiến
ápTBA500kVtạiViệtNam.
2. PHÂN TÍCH SỰ CỐ HƯ HỎNG MC 500kV DÙNG MỞ KHÁNG ĐIỆN2.1. Mô tả sự cố tại TBA 500kV Hiệp Hòa
SơđồkếtnốikhángKH503nhưhìnhvẽ
Hình 1. Sơ đồ nối Kháng điện KH503, 50MVAr
76
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
Sơđồkếtdâycơbản,điềukiệnthờitiếtvàchế
độtràolưucôngsuấtbìnhthường(truyềntảitừ
QuảngNinhvềHiệpHòa).
-Lúc16h39’29’’ngày13/4/2023,nhânviênvận
hànhthaotácmởmáycắtcủakhángKH503.Đến
thờiđiểmlúc16h39’32’’ngày13/4/2023(2,8giây
saukhicắtmáycắtkhángKH503)hệthốngmáy
tínhtạitrạmxuấthiệncảnhbáosựcốnhảymáycắt
583,584.BảovệsolệchdọcF87L(7SD522),bảo
vệsolệchthanhcáiF87S(PCS-924)tácđộng,các
rơleghinhậnsựcốphaA-B(đườngdây583Hiệp
Hòa-574QuảngNinh).
- Kiểm tra trên 02 rơ le bảo vệ so lệch kháng
KH503(PCS-978),02bộrơlebảovệquádòng
khángPCS-921,Lúc16h39’29.701rơleghinhận
tínhiệumáycắtkhángK503cắt3pha,dòngđiện
phaA,phaCvề0(A),tuynhiêndòngđiệnphaB
vẫnduytrì577mAtrong2,8s(dòngthứcấp).
Hình 2. Hình ảnh phóng điện tại các vòng đẳng thế pha A, BHình 3. Hư hỏng tại buồng cắt pha B
-QuansátnhậnthấycácvòngđẳngthếcủaphaA
vàphaBmáycắtK503cóvếtphóngđiện,lỗthủng
đường kính khoảng 2cm (hình2,3). Lúc 18h45’
ngày13/04/2023,thựchiệncôlậpkhángKH503
vàkhôiphụclạiđườngdây583HiệpHòa-574
QuảngNinh.
-Ngày14/04/2023,kiểmtra,thínghiệmlạimáy
cắtK503củakhángKH503nhậnthấy:PhaBmáy
cắtK503cóđiệntrởtiếpxúckhôngđạttiêuchuẩn
vậnhànhR=546µΩ(kếtquảthínghiệmgầnnhất
là35µΩ).
-Ngày17/04/2023,khitháobuồngcắtphaA,B
máycắtK503pháthiệnbuồngcắtphaBbịphóng
điệnbêntrongdẫnđếnhưhỏngbộtiếpđiểmsố1,
bộtiếpđiểmsố2cómuộiđendoảnhhưởngcủa
quátrìnhphóngđiện[3].
2.2. Phân tích sau sự cố
a)ThiếudòngđiệnphaC
Khi nghiên cứu bản ghi sự cố của thiết bị điều
khiểnkháng,nhậnthấy:DòngđiệncủaphaCcủa
khángbằng0,ngaycảtrướckhicólệnhcắtvàsau
khicólệnhcắt.
Hình 4. Bản ghi sự cố dòng, áp các pha
77
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
Hình 5. Lệnh điều khiển pha C, Điện áp pha C và dòng pha C
Đốivới bộđiệnkhángKH503cótrungtínhnối
đất,chiếnlượclà cắttừngphađộclập,cáchxa
khỏiđiểmcắtdòngđiệngiaovới0.Thiếtbịđiều
khiểncắtkhángđãralệnhcắtphaB(màuxanh
nướcbiển)trước,sauđólàphaA(màuđỏ)vàsau
cùnglàphaC(màuxanhlácây).Tuynhiênkhông
códòngđiệnđốivớiphaC.Điềunàycóthểđược
giảithíchrằngbiếndòngđiệncủaphaCkhông
hoạtđộnghoặcphaCđãthựcsựbịcắtđiệntrước
khilệnhcắtđượcđưarabởithiếtbịđiềukhiển.
b.Cáclỗinốidây
Đầutiên,thứtựphađiệnáplàkhôngchínhxác.
Điểmsóngđiệnápgiaovới0điệnápphaBđược
nhậndạngbằngmũitênxanhđilên(nằmởđặt
contrỏdọcmàuxanh)và1200chậmsaukhipha
Atheohướngđilên(nhậndạngbằngmũitênmàu
đỏ)và1200vượttrướcphaCtheohướngđilên
(nhậndạngbằngmũitênxanhlácây).
Hình 6. Thứ tự các pha theo bản ghi
Thứhai,trênmộtkhángđiệnbùngang,dòngđiện
phảichạy sau điệnáp900.Tuynhiên trêndạng
sóngđãkhôngthấysựlệchphanày.Điềunàycó
xuhướngchỉrarằngcácphépđođiệnápkhông
phảilàđiệnáppha.
Hình 7. Độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp các pha
Khixâydựnglạidạngsóngcủabaphatrênmột
trụctọađộ(Hình8).Vớiđườngnétliềnthểhiện
điệnáp,cácđườngnétđứtthểhiệnchocácdòng
điệnvà các đườngnétđứt - gạch- chấmlà các
dòngđiệnbịdịchngượclại900nhưthểchúnglà
cácđiệnáp.
Tacóthểnhậnthấy:
Ở vùng được khoanh tròn màu xanh lam, Us-C
đồngphavớiIs-Abịdịchlại900,
Ởvùngđượckhoanhtrònmàuxanhlácây,Us-A
đồngphavớiIs-Bbịdịchlại900.
Hình 8. Ba pha A,B,C được vẽ trên cùng trục tọa độ
Vìdòngđiệncủakhángđiệnphảitrễsovớiđiện
áp900,tacóthểkếtluậnrằng,nếuUs-Athựcsự
78
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
làđiệnápcủaphaAthì:
Us-B(đườngnétliềnmàutím)chưakếtluậnđược
làsónggìvìbiênđộsónghìnhsinđógầngấpđôi
sovớicácsóngcònlại,vànótrễsovớiđiệnáppha
A1600,trongkhilẽrasựlệchphalà1200
Us-ClàđiệnápnốiđấtcủaphaC(dựkiếnđúng
thứtự)
Is-AthựcsựlàdòngđiệncủaphaC(thayvìphaA)
Is-BthựcsựlàdòngđiệncủaphaA(thayvìphaB)
Vớisựkếtnốichưađúngnhưvậycóthểlànguyên
nhânthiếtbịđiềukhiểnmởkhángđiệnđãkhông
ngănchặnđượcsựđánhlửatrởlạikhicắtMC
c.ĐánhlửalạitạiphaA
ĐãxảyrasựđánhlửalạitrênphaA,thểhiệnbằng
mộtsựgiánđoạnnhỏtrênsóngdòngđiệntạiđiểm
cắtvới0trướckhidòngđiệntắt.Nơi xảy rasự
đánhlửalại(khoanhtrònmàuđỏ).Nócũnghiển
thịbằngbiênđộcủađỉnhcuốicùng(khoanhtròn
màutím)-nhỏhơnmộtchútsovớiđỉnhtrướcđó
(đượcđềcậpbằngmũitêntím).
Hình 9. Đánh lửa lại (re-ignitions) tại pha A
d.TiếptụcđánhlửalạitrênphaB
Cóthểquansátthấysựđánhlửalạitươngtựởpha
B(đượcminhhọabằngvòngmàuđỏ),nhưnglần
nàyphaBkhôngthểngắtdòngđiện.Điềunàyđã
dẫnđếnbuồngcắtphaBbịpháhủybởinhiệtđộ
lớngâyrabởihồquangliêntục(khôngdậpđược
hồquang). Điều này thể hiệnmáy cắtđã không
đượcđiềukhiểnđểmởchínhxác,giảmthiểuđánh
lửatrởlại.
Hình 10. Đánh lửa lại (re-ignitions) tại pha B3. PHƯƠNG PHÁP ĐÓNG VÀO SÓNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỞ MÁY CẮT
NếuMCcủakhángđiệnbùngangđượcmởngẫu
nhiêncóthểgâyđánhlửatrởlạiđốivớiMC.Điều
này,cóthểlàmhỏngkhángđiệnvàMC.Dođó
CSDloạibỏvấnđềnàybằngcáchđiềuchỉnhthời
gianmởcủamỗipha,dựatrêncácđiềukiệnbên
ngoàivàcácthôngsốbêntrongtạithờiđiểmđó
[4,5,6].
MộtyếutốquantrọngkháccủaCSDđólà:thời
lượngtốithiểucủahồquangtrongthờigianmở
MC.Giátrịnàylàthờigiantínhtừlúctáchvậtlý
củatiếpđiểmđếnlúcdòngđiệngiaovới0lầnđầu
tiênmàkhôngcóđánhlửalại.
Sựtáchcáctiếpđiểmphảibắtđầubênngoài“vùng
tránh”(Hình11).Thờigiannàyphảilớnhơnthời
gianhồquangtốithiểucầnthiếtcủaMCvàcung
cấpmộtvùngantoànđủđểngănchặnsựđánhlửa
trởlạidosựphântáncủathờigianmởcơhọcMC.
Khi biết thời gian hồ quang tối thiểu của MC
(MAT°) vàphântán khimở±3σđượcbiểu thị
bằngđộ(ởđịnhdạng±Y°,trongđó3600ứngvới
1chukỳcủatầnsố),giátrịmởtốiưu(OT°)cóthể
đượctínhbằngcôngthức1và2[5,6]:
SGVYMAT
2
1802
0000
)=--(1)
()
OT
MA
TS
GV
Y
0000
=-++(2)