Đo đặc Tuyến điện Trở động - Sự Cần Thiết Cho Bảo Dưỡng Máy Cắt ...

I. Đặt vấn đề:

Các máy cắt điện cao áp và siêu cao áp dập hồ quang bằng khí SF6 đang sử dụng với cấp điện áp 110kV trở lên hầu hết đều có 2 bộ tiếp điểm song song cùng vận hành gồm tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang. Mỗi loại tiếp điểm có cấu tạo, thiết kế và những chức năng khác nhau trong quá trình đóng hoặc cắt máy cắt.

Các tiếp điểm hồ quang có vai trò rất quan trọng nên phải được kiểm tra thường xuyên, phát hiện kịp thời các khuyết tật để có kế hoạch bảo dưỡng, xử lý hoặc thay thế kịp thời đảm bảo đóng cắt dòng tải, đóng vào điểm sự cố (ngắn mạch) hoặc khi cắt dòng ngắn mạch trên lưới điện không gây ra sự cố hay cháy nổ khoang cắt.

Muốn đánh giá được chất lượng bộ tiếp điểm hồ quang cần phải mở khoang cắt, nhưng đòi hỏi chi phí rất lớn do phải cắt điện trong thời gian dài, tháo lắp và xử lý các sản phẩm thứ cấp của khí SF6… cũng rất phức tạp.

Một trong những giải pháp để đánh giá được chất lượng bộ tiếp điểm hồ quang mà không cần phải mở khoang cắt là phép đo đặc tuyến điện trở động, chẩn đoán chuyên sâu các máy cắt cao thế. Kết quả đo đặc tuyến điện trở động là một trong những cơ sở quan trọng quyết định bảo dưỡng có điều kiện các máy cắt điện cao áp và siêu cao áp.

II- Cấu tạo, công dụng và quá trình làm việc của các tiếp điểm trong khoang cắt

1- Cấu tạo, công dụng các loại tiếp điểm trong khoang cắt 

- Tiếp điểm chính được mạ bạc hoặc bằng bạc có điện trở thấp, được thiết kế bằng vật liệu chịu sự tăng nhiệt đột ngột kém hơn rất nhiều so với tiếp điểm hồ quang, tiếp điểm chính có tác dụng khi máy cắt đã đóng, mang phụ tải vận hành bình thường. - Tiếp điểm hồ quang làm bằng vật liệu chịu tăng nhiệt đột biến lớn và có điểm nóng chảy cao như Wolfram-Copper dùng có tác dụng dập hồ quang khi cắt hoặc khi đóng phụ tải hoặc dòng ngắn mạch. Lúc đó, tiếp điểm sẽ đóng vào đầu tiên trong quá trình đóng và cắt ra cuối cùng trong quá trình cắt dòng tải hoặc dòng sự

- Đối với các máy cắt 500kV, ngoài khoang cắt chính còn có thêm các khoang phụ: Khoang điện trở đóng trước có tiếp điểm điện trở để hạn chế dao động quá điện áp khi đóng máy cắt vào đường dây siêu cao áp dài lúc không tải và khoang tụ phân áp dùng để chia đều điện áp trên các khoang khi máy cắt cắt và hạn chế tốc độ phục hồi điện áp.

Hình 1: Cấu tạo bên trong khoang cắt 110kV

2- Sơ đồ mô phỏng tương đương về phần điện các loại tiếp điểm trong khoang cắt

Trong quá trình cắt hoặc đóng tải, dòng sự cố chuyển dần từ tiếp điểm chính qua tiếp điểm hồ quang hoặc theo chiều ngược lại. Có thể mô phỏng tương đương các loại tiếp điểm trong khoang cắt về phần điện như sau:

a- Đối với máy cắt có 1 khoang cắt:

Các máy cắt 110 kV, 220 kV thường chỉ có 1 khoang cắt cho 1 pha có sơ đồ điện tương đương như hình vẽ dưới (hình 2)

Hình 2: Sơ đồ tương đương 1 khoang cắt

b- Đối với MC nhiều khoang cắt

Các máy cắt 500 kV thường có từ 2 đến 4 khoang cắt cho 1 pha có sơ đồ điện tương đương như hình vẽ dưới (hình 3)

Hình 3: Sơ đồ tương đương máy cắt có 4 khoang cắt trên 1 pha

1: Tiếp điểm chính MC; 2: Tiếp điểm hồ quang; 3: Tiếp điểm điện trở; 4: Tụ phân áp c

 Đối với MC có 2 hoặc 3 khoang cắt cấu tạo vẫn giống như trên chỉ bớt số khoang hoặc có loại không có tiếp điểm điện trở.

3- Quá trình làm việc và chức năng của các tiếp điểm trong khoang cắt

Hình 4: Quá trình cắt của khoang cắt 110 kV - ABB

Thứ tự làm việc các tiếp điểm trong khoang cắt máy cắt như sau :

3.1- Đối với máy cắt 110 – 220 kV :

a- Khi máy cắt đóng: Tiếp điểm hồ quang 2 đóng trước để dập hồ quang rồi đến tiếp điểm chính 1 đóng để mang tải vận hành.

b- Khi máy cắt cắt: Tiếp điểm chính 1 cắt trước, dòng tải chuyển qua tiếp điểm hồ quang 2, rồi đến tiếp điểm hồ quang 2 cắt cô lập máy cắt, hồ quang được dập tắt trong tiếp điểm hồ quang.

3.2- Đối với máy cắt 500kV :

a- Khi máy cắt đóng: Tiếp điểm điện trở 3 đóng trước, đến tiếp điểm hồ quang 2 đóng để dập hồ quang rồi đến tiếp điểm chính 1 đóng để mang dòng tải vận hành.

b- Khi máy cắt cắt:

+ Loại máy cắt có tiếp điểm điện trở tham gia vào quá trình cắt (kiểu FX-32D, 3AP5FI…): tiếp điểm điện trở cắt trước, đến tiếp điểm chính 1 cắt lúc này dòng tải chuyển qua tiếp điểm hồ quang 2, rồi đến tiếp điểm hồ quang 2 cắt cô lập máy cắt, hồ quang được dập tắt trong tiếp điểm hồ quang.

+ Loại máy cắt có tiếp điểm điện điện trở không tham gia vào quá trình cắt (kiểu 550MHMe-4Y, tiếp điểm điện trở đã cắt lại khi tiếp điểm máy cắt đóng): Tiếp điểm chính 1 cắt lúc này dòng tải chuyển qua tiếp điểm hồ quang 2, rồi đến tiếp điểm hồ quang 2 cắt cô lập máy cắt, hồ quang được dập tắt trong tiếp điểm hồ quang.

III- Những sự cố bất thường nằm ngoài phạm vi đánh giá của các hạng mục thí nghiệm thông thường của máy cắt.

- Các hạng mục thí nghiệm máy cắt hiện nay đang áp dụng tại các đơn vị như: Chụp sóng đo thời gian hoạt động máy cắt, đo điện trở tiếp xúc, kiểm tra chức năng phần điện, kiểm tra phần truyền động cơ, kiểm tra khí SF6 … để đánh giá tổng quan một máy cắt vận hành bình thường hay không.

- Ở một góc độ nào đó các kết quả này không đủ cơ sở tin cậy để chẩn đoán sâu các chi tiết của máy cắt. Có những trục trặc bất thường trên các tiếp điểm hồ quang mà các hạng mục thí nghiệm máy cắt thông thường chỉ có thể phát hiện được khi các trục trặc đã lớn ở giai đoạn cuối, còn các giai đoạn trước đó thì hầu hết không phát hiện được để có kế hoạch thay thế bão dưỡng phù hợp. Đối với các trục trặc này cần hạng mục chẩn đoán chuyên sâu hơn như hạng mục đo đặc tuyến điện trở động máy cắt.

- Hạng mục đo đặc tuyến điện trở động máy cắt có thể tìm ra được các trục trặc trong các khoang cắt như sau: (xem cụ thể ở các hình ảnh thực tế đi kèm)

1- Các trục trặc bất thường tại các điểm tách ra cuối cùng hoặc tiếp xúc đầu tiên của các tiếp điểm hồ quang (hình 5, 6)

2- Độ ăn mòn của các tiếp điểm hồ quang và tiếp điểm chính máy cắt vượt quá mức thông thường hay tới mức dị thường mà không cần mở khoang cắt ra (hình 5)

3- Tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh của máy cắt không thẳng hàng (lệch tâm), các tiếp điểm hồ quang hoạt động không được trơn tru (hình 6)

4- Chất lượng tiếp xúc của các tiếp điểm hồ quang xấu do quá trình cắt sự cố ngắn mạch hoặc cắt dòng tải trong vận hành. Đối với máy cắt khí SF6, các sản phẩm thứ cấp của khí SF6 sinh ra trên mặt tiếp điểm làm giảm chất lượng tiếp xúc của các tiếp điểm hồ quang (xem hình 5, 7)

                                                                                                           

 

Hình 7: Chất lượng tiếp xúc của các tiếp điểm hồ quang xấu do các sản phẩm thứ cấp của khí          SF6 sinh ra trên mặt tiếp điểm làm giảm chất lượng tiếp xúc của các tiếp điểm hồ quang

IV– Đặc tuyến điện trở động.

1- Đặc tuyến điện trở động các tiếp điểm máy cắt cao thế

- Khi đo điện trở tiếp xúc, chỉ có thể đo được điện trở tiếp điểm chính ở trạng thái tĩnh khi MC đã đóng, còn tiếp điểm hồ quang đã bị nối tắt không đánh giá được. Có những trường hợp, tiếp điểm hồ quang đã bị hỏng, nhưng điện trở tiếp xúc vẫn tốt, dẫn đến thiếu sót trong đánh giá mức độ vận hành an toàn của máy cắt

- Phép đo đặc tính điện trở động chính là đo điện trở tiếp xúc, nhưng điều khác biệt ở đây là đo đặc tuyến điện trở tiếp xúc của tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh theo hành trình (hoặc thời gian) hoạt động của máy cắt, điện trở được đo và so sánh theo thời gian xuyên suốt trong toàn bộ quá trình đóng hoặc cắt của máy cắt và kết quả đo là một đồ thị đặc tính điện trở động theo thời gian hoặc theo hành trình cắt hoặc đóng của máy cắt : Rđộng = F (hành trình hoặc thời gian). Quan hệ giữa điện trở động với hành trình hoặc thời gian tuân theo dạng hàm số với 2 biến số là điện trở động và hành trình hoặc thời gian.

2- Tầm quan trọng của phép đo đặc tuyến điện trở động

- Bình thường giá trị điện trở tiếp xúc chỉ đánh giá được tiếp điểm chính chịu dòng tải bình thường ở trạng thái tĩnh, hạng mục này chưa đánh giá được trình trạng chất lượng tiếp điểm hồ quang, nhưng độ ăn mòn chủ yếu của tiếp điểm máy cắt  lại xảy ra trên tiếp điểm hồ quang do nhiệt và năng lượng được sinh ra bởi hồ quang trong mỗi lần thao tác đóng và cắt máy cắt. Tiếp điểm hồ quang sẽ bị  ăn mòn theo thời gian do cắt dòng ngắn mạch, cắt dòng tải.

- Nếu tiếp điểm hồ quang quá ngắn hoặc trong trình trạng xấu, máy cắt  hoạt động không tin cậy, giảm dung lượng cắt sự cố máy cắt, bề mặt tiếp điểm chính bị hủy hoại bởi hồ quang do quá nhiệt, điện trở tiếp xúc tiếp điểm hồ quang tăng, trong trường hợp xấu hơn sẽ gây nổ khoang cắt.

- Hạng mục đo điện trở động là hạng mục chính kiểm tra các tiếp điểm dập hồ quang trong máy cắt và cho phép xác định một cách rõ ràng hơn hiện trạng xảy ra trong khoang cắt máy cắt mà các hạng mục thí nghiệm khác không thể hiện rõ hoặc không tìm ra trục trặc, khuyết tật trên bộ tiếp điểm hồ quang.

3- Nguyên lý đo và những vấn đề cần lưu ý khi thực hiện:

- Nguyên lý chung là bơm dòng DC và đo điện áp rơi trên 2 cực khoang cắt trong thao tác cắt hoặc đóng, từ đó đặc tuyến điện trở động được xác định theo Định luật Ôm. - Tính toán điện trở theo thời gian hoặc theo hành trình máy cắt nhờ các thiết bị phân tích chụp sóng và một số phụ kiện lắp thêm. Yêu cầu thiết bị phải có độ nhậy cao, phản ánh chính xác quá trình quá độ chuyển trạng thái của các tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang trong thời gian ngắn trên đặc tuyến.

- Dòng điện đo phải lớn để có độ phân giải tốt, tránh độ rung cục bộ của tiếp điểm trên đồ thị, đảm bảo lấy được đặc tuyến điện trở động sạch, chính xác, tin cậy, thường dòng đo > 100A đến 1000A, dòng đo lớn phản ánh gần với thực tế vận hành hơn. Khi đo dòng cao cấp có độ chính xác cao hơn, do tín hiệu điện áp và dòng đưa vào máy phân tích cao hơn, hạn chế được các tín hiệu nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng đến kết quả đo.

- Có thể đo đặc tính điện trở động đối với cả hai thao tác đóng và cắt. Tuy nhiên, thường đo và đánh giá trong quá trình cắt, tốt nhất là đo ở tốc độ cắt thấp (nếu MC có chức năng thao tác chậm) - Cách đo đo ít sử dụng hơn đối với quá trình đóng do phần truyền động cơ khí không ổn định bằng quá trình cắt thường có các rung động nhỏ gây nên các sai số không cần thiết trên đặc tính, hơn nữa sự quá độ dòng một chiều tại thời điểm khi tiếp điểm hồ quang tiếp xúc tạo ra các mức nhiễu không mong muốn, không quan sát được rõ nét sự thay đổi điện trở trên đặc tính.

V- Các thông số chủ yếu cần xác định khi đo

1. Các thông số cần thiết :

- Đo đặc tuyến điện trở động kết hợp với đo hành trình tiếp điểm động để xác định (chẩn đoán) được 6 thông số trọng yếu sau:

+ Đặc tuyến điện trở tiếp xúc tiếp điểm chính

+ Đặc tuyến điện trở tiếp xúc tiếp điểm hồ quang

+ Chiều dài và thời gian tiếp điểm chính

+ Chiều dài và thời gian tiếp điểm hồ quang

+ Vị trí tiếp xúc tại phần tiếp điểm hồ quang

+ Diện tích tích lũy dưới đặc tuyến điện trở  (mΩ x mm)

- Phép đo đánh giá được các vấn đề về cơ khí và tuổi thọ về điện của tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang trong suốt quá trình hoạt động của máy cắt

Hình 8: Đặc tuyến điện trở động đo được với phần mềm CABA Win

2. Cơ sở đánh giá đặc tuyến điện trở động:

+ Đặc tuyến điện trở động được đo lần đầu đưa vào vận hành và trong các đợt thí nghiệm định kỳ tiếp theo để so sánh mức độ suy giảm chất lượng tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang qua thời gian vận hành..

+ Đặc tuyến của các máy cắt cùng loại: Kiểm tra tính bất thường khác biệt đơn lẻ so với các MC cùng đời sản xuất, cùng kiểu kết cấu thiết kế, có cùng loại vật liệu chế tạo như nhau + So sánh với đặc tuyến được cung cấp bởi nhà chế tạo (nếu có).

3. Mô tả kết quả đo của một máy cắt:

Các hình ảnh sau đây mô tả số liệu đo đặc tuyến điện trở động của một máy cắt SF6 qua quá trình vận hành và đại tu bảo dưỡng

Hình 9: Các thông số trên đặc tuyến điện trở động

 

            Hình 10: Máy cắt có các tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang tốt

 

                                                Hình 11: Tiếp điểm hồ quang bị khuyết tật qua quá trình vận hành

                                    Hình 12: Tiếp điểm hồ quang trở lại bình thường sau khi đại tu

 

Hình 13: Tiếp điểm hồ quang bị phóng điện lại bên trong

Chỉ tiêu đánh giá về trị số Ra x Da (theo các tài liệu nước ngoài ):

+ Ra x Da nằm trong khoảng 3 ÷ 5 mW.mm: tiếp điểm hồ quang bình thường + Ra x Da lớn hơn > 10 mW.mm: tiếp điểm hồ quang có khuyết tật

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1- Tài liệu máy cắt của nhà chế tạo ABB, Siemens, Areva… 2- Tài liệu máy chụp sóng của hãng Programma-Thụy Điển : EGIL, TM1600, TM1800, DRM 1800. 3- Tài liệu máy chụp sóng của hãng Doble-USA: TDR 9000 4- Tài liệu máy chụp sóng của hãng Weis-Đức : SA100 5- Các phần mềm dùng cho các máy chụp sóng: CABA, T-Doble, BTA

 

Phan Bản Thiện

Share