Nguyên nhân tiềm ẩn gây ra hiện tượng cháy lan bên trong vỏ xi-lanh

Khi xảy ra hiện tượng phóng điện bên trong vỏ trụ cách điện VS1, phản ứng tức thì hầu như luôn giống nhau: quy trách nhiệm cho sự cố quá áp, ghi nhận lỗi, thay thế linh kiện và tiếp tục hoạt động. Tại các trạm biến áp năng lượng tái tạo — nơi các hệ thống thu thập năng lượng của trang trại năng lượng mặt trời và thiết bị đóng cắt tổng hợp của trang trại gió hoạt động trong các chu kỳ chuyển mạch liên tục, chịu áp lực nhiệt và tiếp xúc với hiện tượng quá độ lưới điện — cách tiếp cận phản ứng này không chỉ là không đủ, mà còn nguy hiểm. Lỗi tương tự sẽ tái diễn, thường là trong vòng vài tháng, vì nguyên nhân gốc rễ thực sự chưa bao giờ được xác định. Nguyên nhân tiềm ẩn của hiện tượng phóng điện bên trong vỏ trụ cách điện VS1 hầu như không bao giờ là sự cố quá áp đã gây ra sự cố hỏng hóc cuối cùng — mà chính là những cơ chế suy giảm dần dần, không thể nhìn thấy bằng mắt thường, đã hình thành bên trong trụ cách điện trong nhiều tháng hoặc nhiều năm trước khi xảy ra sự cố, làm giảm biên độ cách điện bên trong đến mức bất kỳ dao động chuyển mạch nào cũng đủ để gây ra hiện tượng phóng điện hồ quang. Đối với các kỹ sư điện đang khắc phục sự cố điện áp trung thế trong các hệ thống năng lượng tái tạo, cũng như các quản lý bảo trì chịu trách nhiệm về chiến lược bảo vệ chống hồ quang, bài viết này cung cấp một khung chẩn đoán và phòng ngừa toàn diện – điều mà ngành công nghiệp này vẫn chưa thể đáp ứng được.

Mục lục

• Xilanh cách điện VS1 là gì và hiện tượng phóng điện bên trong bắt nguồn từ đâu?
• Những nguyên nhân thực sự ẩn sau hiện tượng phóng điện bên trong vỏ xi-lanh VS1 là gì?
• Làm thế nào để khắc phục sự cố và chẩn đoán nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng phóng điện bên trong trong các ứng dụng năng lượng tái tạo?
• Những biện pháp bảo vệ và phòng ngừa hồ quang nào có thể loại bỏ nguy cơ hiện tượng phóng điện lặp lại?

Xilanh cách điện VS1 là gì và hiện tượng phóng điện bên trong bắt nguồn từ đâu?

Cái Xilanh cách nhiệt VS1 là bộ phận vỏ cách điện chính của cầu dao chân không trung áp loại VS1, hoạt động ở 12 kV trong các tủ điện được lắp đặt tại các trạm biến áp công nghiệp, mạng lưới phân phối điện và — ngày càng phổ biến — các hệ thống thu thập và tập trung năng lượng tái tạo. Thân trụ bao bọc cụm thiết bị ngắt chân không, vừa đảm bảo sự hỗ trợ cơ học vừa tạo ra sự cách ly điện giữa giao diện dây dẫn cao áp và kết cấu vỏ tủ được nối đất.

Các thông số kỹ thuật chính:

• Chất liệu: Nhựa epoxy APG¹ (đúc nguyên khối) hoặc BMC/SMC nhiệt rắn (phương pháp truyền thống)
• Điện áp định mức: 12 kV
• Khả năng chịu điện áp tần số công nghiệp: 42 kV (1 phút, bên trong khô)
• Khả năng chịu đựng xung sét: 75 kV (1,2/50 μs)
• Khả năng chịu xung chuyển mạch: 60 kV (250/2500 μs)
• Chất lỏng thủy lực bên trong: Epoxy rắn (loại bao bọc) hoặc khe hở không khí (loại truyền thống)
• Khoảng cách cách điện: Khoảng cách rò điện² ≥ 25 mm/kV (Cấp độ ô nhiễm III theo tiêu chuẩn IEC 60815)
• Mức phóng điện cục bộ (mới): < 5 pC ở 1,2 × Un (IEC 60270)
• Tiêu chuẩn: IEC 62271-100, IEC 60270, IEC 60815

Nguồn gốc của hiện tượng phóng điện bên trong — ba khu vực quan trọng:

Khu vực 1 — Giao diện khe hở không khí (Xi lanh truyền thống)
Trong các thiết kế xi lanh BMC/SMC truyền thống, có một khe hở không khí giữa thiết bị ngắt chân không³ bề mặt ngoài và thành trong của xilanh. Khoảng trống không khí này là thành phần có độ bền điện môi thấp nhất trong toàn bộ cụm thiết bị — không khí bị phá vỡ ở mức khoảng 3 kV/mm trong điều kiện trường điện từ đồng đều, và mức này giảm đáng kể trong điều kiện trường điện từ không đồng đều do các bất thường trên bề mặt, các hạt bụi bẩn hoặc lớp màng ẩm trên bề mặt thiết bị ngắt mạch gây ra.

Khu vực 2 — Giao diện chuyển tiếp của bộ điều khiển
Điểm tiếp giáp giữa đầu nối dây dẫn đồng và thân vỏ bằng epoxy hoặc vật liệu nhiệt rắn là một điểm tập trung trường điện từ về mặt hình học. Bất kỳ lỗ rỗng vi mô, hiện tượng bong tróc lớp hay sự không đồng đều trên bề mặt nào tại giao diện này đều tạo ra một vùng cục bộ có ứng suất trường điện từ tăng cao — đây chính là vị trí thuận lợi nhất để gây ra hiện tượng Phóng điện cục bộ⁴ điều này dần dần làm mòn lớp cách điện cho đến khi đạt đến ngưỡng phóng điện.

Khu vực 3 — Hỗn hợp epoxy (Bọc kín dạng rắn)
Trong các thiết kế vỏ bọc rắn, hiện tượng phóng điện bên trong bắt nguồn từ chính thân vỏ epoxy — cụ thể là tại các lỗ rỗng do quá trình sản xuất, các vùng chưa đóng rắn hoàn toàn hoặc các mặt tách lớp giữa ma trận epoxy và bề mặt bộ ngắt chân không. Những khuyết tật này không thể nhìn thấy từ bên ngoài và không thể phát hiện được bằng các thử nghiệm nghiệm thu tiêu chuẩn tại nhà máy, trừ khi thực hiện đo hiện tượng phóng điện phần tử (PD) với độ nhạy cao ở điện áp cao.

Những nguyên nhân thực sự ẩn sau hiện tượng phóng điện bên trong vỏ xi-lanh VS1 là gì?

Lời giải thích thông thường trong ngành về hiện tượng phóng điện trong buồng VS1 — do quá áp từ các dao động chuyển mạch hoặc sét đánh — hầu như luôn chỉ là nguyên nhân trực tiếp, chứ không phải nguyên nhân gốc rễ. Nguyên nhân thực sự ẩn sau đó là những tình trạng suy giảm đã tồn tại từ trước, khiến biên độ điện môi bên trong buồng giảm xuống dưới mức cần thiết để chịu đựng được các dao động trong điều kiện vận hành bình thường. Trong các ứng dụng năng lượng tái tạo, nơi tần suất chuyển mạch cao và tiếp xúc liên tục với các dao động lưới điện, những nguyên nhân ẩn này phát triển nhanh hơn và ít có dấu hiệu cảnh báo hơn so với các ứng dụng điện lưới truyền thống.

Nguyên nhân tiềm ẩn 1 — Sự hình thành các lỗ rỗng siêu nhỏ trong quá trình đóng gói bằng epoxy
Trong quá trình đúc epoxy APG, bất kỳ sự sai lệch nào về nhiệt độ khuôn, áp suất phun nhựa hoặc các thông số chu trình xử lý sau khi đóng rắn đều có thể tạo ra các lỗ rỗng siêu nhỏ bên trong ma trận epoxy — thường xuất hiện tại giao diện với dây dẫn hoặc bên trong vật liệu xung quanh bộ ngắt chân không. Các lỗ rỗng này, thường có đường kính < 0,5 mm và không thể nhìn thấy bằng mắt thường, chứa không khí bị kẹt với độ bền điện môi ~3 kV/mm. Dưới điện áp hoạt động, điện trường bên trong lỗ rỗng vượt quá ngưỡng phá vỡ không khí, gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ bên trong. Mỗi sự cố PD làm xói mòn thành lỗ rỗng khoảng 1–5 nm mỗi lần phóng điện — không thể nhận thấy riêng lẻ nhưng sẽ tích lũy qua hàng triệu chu kỳ chuyển mạch trong hệ thống thu năng lượng tái tạo hoạt động ở tần số chuyển mạch cao.

Nguyên nhân tiềm ẩn 2 — Quá trình xử lý sau chưa hoàn tất và nhiệt độ chuyển pha thủy tinh thấp
Các nhà sản xuất rút ngắn chu kỳ xử lý sau khi đóng rắn để đẩy nhanh tiến độ sản xuất sẽ cung cấp các xi lanh với Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh⁵ (Tg) trong khoảng 75–90°C thay vì mức quy định ≥ 110°C. Trong các trạm biến áp năng lượng tái tạo, nơi nhiệt độ môi trường mùa hè đạt 40–48°C và sự gần gũi của máy biến áp làm tăng thêm nhiệt độ cục bộ, ma trận epoxy tiến gần đến Tg của nó và bắt đầu mềm ra. Sự mềm ra làm giảm độ bền điện môi, tăng tốc độ hấp thụ độ ẩm và cho phép ứng suất cơ học từ chu kỳ nhiệt tạo ra các mạng lưới vết nứt vi mô mới — mỗi vết nứt là một điểm khởi đầu tiềm ẩn cho hiện tượng phóng điện.

Nguyên nhân tiềm ẩn 3 — Độ ẩm xâm nhập vào khe hở (Ống lò truyền thống)
Trong các thiết kế xi lanh truyền thống được triển khai tại các trạm biến áp năng lượng tái tạo — đặc biệt là các hệ thống thu năng lượng tại các trang trại năng lượng mặt trời ở các vùng khí hậu nhiệt đới hoặc ven biển — hơi ẩm xâm nhập vào khe hở không khí giữa bộ ngắt chân không và lòng xi lanh qua các điểm đi dây cáp, sự xuống cấp của gioăng cửa hoặc các chu kỳ giãn nở nhiệt. Độ ẩm trong khe hở làm giảm điện áp đứt của chất điện môi bên trong từ giá trị trong không khí khô là ~3 kV/mm xuống còn 1–1,5 kV/mm trong điều kiện ngưng tụ. Quá trình chuyển mạch cường độ cao đầu tiên sau sự cố ngưng tụ sẽ làm giảm biên độ điện môi xuống 50% hoặc hơn — dẫn đến hiện tượng phóng điện.

Nguyên nhân tiềm ẩn 4 — Hiện tượng kết nối các hạt ô nhiễm trong khe hở không khí
Các hạt dẫn điện — bao gồm bụi kim loại từ các điểm nối thanh dẫn của tủ điện, cặn carbon từ các sự cố hồ quang trước đó, hoặc mảnh vụn lắp ráp do quy trình sản xuất không đảm bảo độ sạch — khi xâm nhập vào khe hở không khí của ống điện từ truyền thống sẽ tạo ra các phần nhô ra làm tăng cường từ trường, từ đó làm giảm điện áp phá hủy hiệu dụng của khe hở từ 30–60% tùy thuộc vào hình dạng và vị trí của các hạt. Trong thiết bị đóng cắt năng lượng tái tạo phải bảo trì thường xuyên để bảo dưỡng biến tần và máy biến áp, mỗi lần mở bảng điều khiển là một cơ hội để các hạt bụi xâm nhập vào khe hở không khí của xi lanh.

Nguyên nhân tiềm ẩn số 5 — Áp lực chuyển mạch tích lũy trong các ứng dụng năng lượng tái tạo tần số cao
Thiết bị đóng cắt thu thập năng lượng tái tạo — đặc biệt là trong các hệ thống tập trung của trang trại năng lượng mặt trời — hoạt động ở tần suất đóng cắt cao hơn nhiều so với các ứng dụng điện lưới thông thường. Một bộ ngắt mạch chân không (VCB) trên đường dây phân phối trong một trang trại năng lượng mặt trời 50 MW có thể thực hiện 5.000–15.000 lần đóng cắt mỗi năm, so với 500–1.000 lần đối với một đường dây phân phối điện lưới tương đương. Mỗi lần chuyển mạch tạo ra điện áp quá áp nhất thời gấp 2–4 lần điện áp định mức. Áp lực chuyển mạch tích lũy làm suy giảm dần bề mặt epoxy tại giao diện dây dẫn thông qua hoạt động phóng điện vi mô, tạo ra bề mặt gồ ghề, nứt vi mô, làm tập trung điện trường và làm giảm ngưỡng phóng điện hiệu quả theo từng năm.

So sánh các nguyên nhân tiềm ẩn gây ra hiện tượng flashover: Năng lượng tái tạo so với các ứng dụng truyền thống

Cơ chế phân hủy	Ứng dụng tiện ích truyền thống	Ứng dụng năng lượng tái tạo	Hệ số gia tốc rủi ro
Sự xói mòn do khoảng trống PD trong quá trình sản xuất	Chậm (tần số chuyển mạch thấp)	Nhanh (tần số chuyển mạch cao)	5–15 lần
Áp lực do chu kỳ nhiệt	Trung bình (tải ổn định)	Nặng (chu kỳ phát điện hàng ngày)	3–8 lần
Nguy cơ thấm ẩm	Thấp – Trung bình	Cao (các khu vực hẻo lánh, ven biển)	2–5 lần
Tiếp xúc với hiện tượng quá độ khi chuyển mạch	500–1.000 ca phẫu thuật/năm	5.000–15.000 ca phẫu thuật/năm	10–15 lần
Mức suy giảm biên độ điện môi lũy tiến	< 5% mỗi năm	10–25% mỗi năm	3–5 lần
Thời gian trung bình đến khi xảy ra hiện tượng cháy lan (bình khí không đạt tiêu chuẩn)	8–12 tuổi	2–4 năm	3–6 lần

Câu chuyện khách hàng — Hệ thống thu gom điện mặt trời, Đông Nam Á:
Một nhà thầu EPC trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã liên hệ với Bepto Electric sau khi xảy ra bốn sự cố phóng điện nội bộ tại hai trạm biến áp hệ thống thu gom điện áp 12 kV trong vòng 18 tháng kể từ khi đưa vào vận hành một trang trại năng lượng mặt trời công suất 75 MW. Cả bốn sự cố đều xảy ra trong quá trình khởi động vào buổi sáng — thời điểm hoạt động chuyển mạch đạt đỉnh — và ban đầu được cho là do quá áp lưới. Phân tích sau sự cố do đội ngũ kỹ thuật của Bepto thực hiện đã tiết lộ nguyên nhân gốc rễ thực sự: các ống ban đầu được sản xuất với chu kỳ đóng rắn tổng cộng 2,5 giờ, dẫn đến Tg là 83°C và hàm lượng lỗ rỗng từ 0,8–1,4% theo thể tích. Sự kết hợp giữa hiện tượng mềm hóa do Tg thấp trong điều kiện nhiệt độ cao vào buổi chiều và sự gia tăng PD do lỗ rỗng gây ra dưới tác động của hoạt động chuyển mạch tần số cao hàng ngày đã làm giảm biên độ điện môi bên trong ước tính 45% trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện đầu tiên. Việc thay thế bằng các xi lanh đóng gói rắn được xử lý hoàn toàn sau khi đóng rắn của Bepto — Tg ≥ 115°C, hàm lượng lỗ rỗng < 0,1%, PD < 5 pC — đã loại bỏ hoàn toàn mọi sự tái diễn trong 30 tháng vận hành tiếp theo.

Làm thế nào để khắc phục sự cố và chẩn đoán nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng phóng điện bên trong trong các ứng dụng năng lượng tái tạo?

Để khắc phục hiệu quả hiện tượng phóng điện bên trong xi lanh VS1 trong các ứng dụng năng lượng tái tạo, cần có một quy trình chẩn đoán có hệ thống, vượt ra ngoài phương pháp xử lý tiêu chuẩn là “thay thế và cấp điện lại”. Khung quy trình sau đây giúp xác định nguyên nhân gốc rễ với độ chính xác cao, từ đó ngăn ngừa sự cố tái diễn.

Bước 1: Lập hồ sơ ngay sau khi xảy ra sự cố

• Chụp ảnh tất cả các vết hư hỏng do hồ quang có thể nhìn thấy trên xi lanh bị hỏng, các thanh dẫn điện liền kề và bên trong vỏ bọc trước khi tiến hành vệ sinh
• Ghi lại chuỗi sự cố chính xác từ nhật ký sự kiện của rơle bảo vệ — cường độ dòng điện sự cố, thời gian kéo dài của sự cố và thao tác đóng/mở ngay trước khi xảy ra sự cố
• Ghi nhận nhiệt độ môi trường, độ ẩm và điều kiện thời tiết tại thời điểm sự cố xảy ra — đây là những yếu tố quan trọng để phân tích nguyên nhân gốc rễ liên quan đến độ ẩm và nhiệt độ

Bước 2: Phân tích vật lý xi lanh bị hỏng

Phương pháp phân tích	Điều đó cho thấy điều gì	Thiết bị cần thiết
Kiểm tra bằng mắt thường dưới kính lúp	Điểm gốc theo dõi bề mặt, hình học kênh cung	Kính lúp 10× hoặc camera macro
Cắt và kiểm tra mặt cắt ngang	Vị trí lỗ rỗng bên trong, mặt phân lớp, độ sâu theo dõi	Cưa kim cương, kính hiển vi quang học
Đo nhiệt độ chuyển pha (DSC)	Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh thực tế so với thông số kỹ thuật	Máy đo nhiệt lượng quét vi sai
Chụp X-quang hoặc chụp cắt lớp vi tính	Phân bố và kích thước của các khoảng trống bên trong	Máy quét tia X công nghiệp hoặc máy quét CT
Phân tích bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)	Mạng lưới vết nứt vi mô, độ sâu xói mòn tại giao diện dây dẫn	Kính hiển vi điện tử quét

Bước 3: Đánh giá tình trạng bình khí

Đừng cho rằng các bình khí chưa bị hỏng trong cùng một bảng điều khiển là không bị hư hỏng — chúng thuộc cùng một lô sản xuất và có cùng lịch sử vận hành:

1. Kiểm tra PD tất cả các xi lanh còn nguyên vẹn theo tỷ lệ 1,2 × Un theo tiêu chuẩn IEC 60270 — bất kỳ giá trị đo nào lớn hơn 20 pC đều phải thay thế, bất kể tình trạng bên ngoài ra sao
2. Đo hồng ngoại ở điện áp 2,5 kV DC — các giá trị < 500 MΩ cho thấy có sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc tình trạng xuống cấp nghiêm trọng
3. Chụp ảnh nhiệt trong quá trình vận hành thực tế — Các điểm nóng tại giao diện dây dẫn cho thấy tổn thất điện trở tăng cao do sự suy giảm bên trong
4. Giám sát hiện tượng quá độ khi chuyển mạch — Lắp đặt thiết bị ghi điện áp thoáng qua trong vòng 48–72 giờ để xác định đặc điểm của môi trường quá áp thực tế mà các xi lanh đang hoạt động

Bước 4: Phân loại nguyên nhân gốc rễ và biện pháp khắc phục

• Xác nhận có khoảng trống trong cấu trúc (chụp cắt lớp vi tính / mặt cắt ngang): Thay thế tất cả các xi lanh thuộc cùng một lô sản xuất; yêu cầu cung cấp chứng nhận hàm lượng khí trống (< 0,11 TP3T) và tài liệu về nhiệt độ chuyển pha thủy tinh (Tg) (≥ 110°C) cho các sản phẩm thay thế
• Đã xác nhận nhiệt độ chuyển pha thấp (kết quả đo DSC < 100°C): Thay thế tất cả các xi lanh; yêu cầu phải có chứng nhận sau quá trình xử lý hoàn chỉnh kèm theo biểu đồ thời gian-nhiệt độ cho lô hàng thay thế
• Đã xác nhận có sự xâm nhập của hơi ẩm (điện trở IR < 200 MΩ, có cặn hơi ẩm trong khe hở): Thay thế các xi lanh; lắp đặt hệ thống sưởi chống ngưng tụ và nâng cấp hệ thống bịt kín vỏ; yêu cầu thiết kế vỏ bọc kín hoàn toàn đạt tiêu chuẩn IP67 cho các thiết bị thay thế
• Đã xác nhận hiện tượng kết nối giữa các hạt ô nhiễm (phát hiện các hạt trong khe hở không khí khi kiểm tra): Thay thế các xi lanh; áp dụng quy trình đảm bảo vệ sinh trong quá trình lắp ráp cho tất cả các đợt bảo trì trong tương lai; yêu cầu thiết kế bao bọc kín để loại bỏ khe hở không khí
• Đã xác nhận sự tích tụ ứng suất do chuyển mạch (số lần hoạt động cao, hiện tượng mài mòn bề mặt tại giao diện dây dẫn): Thay thế các ống điện; yêu cầu chỉ định mức chịu xung tăng cường (≥ 95 kV) cho các ứng dụng chuyển mạch tần suất cao trong lĩnh vực năng lượng tái tạo

Những biện pháp bảo vệ và phòng ngừa hồ quang nào có thể loại bỏ nguy cơ hiện tượng phóng điện lặp lại?

Để loại bỏ nguy cơ phóng điện nội bộ tái diễn trong vỏ xi-lanh VS1, cần áp dụng một chiến lược phòng ngừa theo từng tầng, đồng thời giải quyết các vấn đề về chất lượng linh kiện, bảo vệ hệ thống và giám sát vận hành. Không có biện pháp nào riêng lẻ là đủ — cả ba tầng này đều phải được triển khai.

Tầng 1: Phòng ngừa ở cấp độ thành phần

Các yêu cầu nâng cấp bắt buộc đối với các ứng dụng năng lượng tái tạo:

1. Chỉ định thiết kế vỏ bọc kín hoàn toàn — loại bỏ khe hở không khí, vốn là khu vực chính gây ra hiện tượng phóng điện bên trong ở các bình chứa truyền thống
2. Yêu cầu nhiệt độ chuyển pha (Tg) ≥ 115°C kèm theo chứng chỉ thử nghiệm DSC — đảm bảo tính ổn định nhiệt trong toàn bộ dải nhiệt độ của chu trình phát điện hàng ngày
3. Yêu cầu nội dung trống < 0.1% kèm theo giấy chứng nhận chụp X-quang hoặc CT — loại bỏ các vị trí khởi phát PD do lỗ rỗng trong quá trình sản xuất
4. Chỉ định PD < 5 pC ở 1,2 × Un kèm theo chứng chỉ thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60270 — xác nhận không có điểm xả thải nội bộ nào đang hoạt động tại thời điểm giao hàng
5. Yêu cầu khả năng chịu xung tăng cường ≥ 95 kV dành cho các ứng dụng thu thập năng lượng tái tạo có tần suất chuyển mạch cao
6. Yêu cầu cung cấp đầy đủ tài liệu về chu trình xử lý sau khi đóng rắn — Biểu đồ thời gian-nhiệt độ cho từng lô sản xuất

Lớp 2: Bảo vệ chống sét ở cấp hệ thống

Yêu cầu đối với hệ thống phát hiện và bảo vệ chống tia lửa điện:

• Rơle phát hiện tia lửa điện: Lắp đặt cảm biến tia lửa quang học bên trong mỗi tủ điện — thời gian phát hiện < 1 ms, thời gian ngắt mạch < 40 ms tổng cộng, giới hạn năng lượng tia lửa ở mức < 1 kJ tại điểm sự cố
• Bảo vệ chống quá áp thoáng qua: Lắp đặt thiết bị chống sét (IEC 60099-4 Loại II) tại các cực vào của tủ điện — hạn chế các dao động điện áp do chuyển mạch xuống dưới 2,5 lần điện áp định mức để giảm áp lực tích lũy do chuyển mạch lên lớp cách điện của ống
• Bảo vệ chênh lệch dòng điện trên thanh cái: Áp dụng biện pháp bảo vệ thanh cái tốc độ cao nhằm giảm thiểu thời gian sự cố và năng lượng hồ quang trong trường hợp xảy ra hiện tượng phóng điện qua xi lanh
• Giám sát tình trạng thiết bị ngắt chân không: Triển khai hệ thống giám sát tình trạng tiếp điểm trên các bộ ngắt mạch VS1 có tần suất hoạt động cao — các tiếp điểm bị hư hỏng sẽ tạo ra điện áp quá áp khi đóng/mở cao hơn, từ đó làm gia tăng tốc độ ăn mòn điện môi của ống cách điện

Tầng 3: Giám sát và bảo trì hoạt động

Các yêu cầu về giám sát liên tục đối với trạm biến áp năng lượng tái tạo:

• Theo dõi PD trực tuyến: Lắp đặt các cảm biến giám sát PD kết nối cố định trên các bảng điện có giá trị cao hoặc tần suất đóng ngắt cao — ngưỡng báo động 10 pC, ngưỡng khuyến nghị ngắt mạch 50 pC
• Hình ảnh nhiệt: Thực hiện chụp ảnh nhiệt hồng ngoại vào các thời điểm sản xuất cao điểm cứ sau 6 tháng — các điểm nóng tại giao diện dây dẫn là dấu hiệu sớm nhất có thể phát hiện được về sự suy giảm chất điện môi bên trong
• Bộ đếm số lần chuyển mạch: Ghi lại số lần chuyển mạch tích lũy cho mỗi VCB — lên lịch kiểm tra xi lanh sau 10.000 lần chuyển mạch và đánh giá việc thay thế sau 20.000 lần chuyển mạch, bất kể tuổi thọ
• Giám sát độ ẩm: Lắp đặt cảm biến độ ẩm liên tục trên mỗi bảng điều khiển kèm theo hệ thống báo động khi độ ẩm vượt quá 75% — đây là yêu cầu bắt buộc đối với các trạm biến áp năng lượng tái tạo từ xa nơi ít khi có người đến kiểm tra

Danh sách kiểm tra lắp đặt để phòng ngừa hiện tượng bùng cháy

1. Kiểm tra tất cả các xi-lanh khi nhận hàng — Loại bỏ bất kỳ sản phẩm nào có vết nứt bề mặt, bị đổi màu hoặc không đạt tiêu chuẩn về kích thước
2. Xác minh chứng chỉ kiểm tra PD phải trùng khớp với số sê-ri cụ thể của thiết bị được giao — không chấp nhận chứng chỉ lô hàng đối với tiêu chuẩn cấp năng lượng tái tạo
3. Giữ gìn vệ sinh khu vực lắp ráp — Thực hiện việc lắp đặt bình chứa trong môi trường sạch sẽ, khô ráo; sử dụng găng tay không xơ; che kín các khoang bảng điều khiển khi không đang làm việc
4. Tiến hành kiểm tra PD trước khi cấp điện trên mỗi xi lanh đã lắp đặt trước khi đưa vào vận hành — đo lường ban đầu để theo dõi xu hướng trong tương lai
5. Kiểm tra việc lắp đặt và tình trạng của thiết bị chống sét trước khi cấp điện cho hệ thống thu gom
6. Hệ thống phát hiện tia lửa điện của Ủy ban và xác nhận thời gian di chuyển < 40 ms trước lần cấp điện đầu tiên

Kết luận

Các hiện tượng phóng điện bên trong vỏ ống cách điện VS1 không phải là những sự cố ngẫu nhiên — chúng là kết quả có thể dự đoán được của các quá trình suy giảm tiềm ẩn và diễn ra dần dần, bắt đầu từ giai đoạn sản xuất và gia tăng dưới tác động của các yêu cầu vận hành cụ thể trong các ứng dụng năng lượng tái tạo. Các lỗ rỗng vi mô trong quá trình sản xuất, quá trình xử lý sau đóng rắn không hoàn chỉnh, sự xâm nhập của độ ẩm, hiện tượng cầu nối do các hạt bụi bẩn gây ra, cùng với ứng suất chuyển mạch tích lũy chính là những nguyên nhân gốc rễ thực sự mà ngành công nghiệp thường xuyên nhầm lẫn là các sự cố quá áp. Tại Bepto Electric, mỗi ống cách điện VS1 được cung cấp cho các ứng dụng năng lượng tái tạo đều được sản xuất theo tiêu chuẩn bao bọc rắn không có lỗ rỗng, được xử lý nhiệt hoàn toàn đến nhiệt độ Tg ≥ 115°C, được kiểm tra PD với giá trị < 5 pC tại 1.2 × Un, và được hỗ trợ bởi tài liệu truy xuất nguồn gốc sản xuất đầy đủ — bởi vì trong hệ thống thu năng lượng của trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió, nguyên nhân tiềm ẩn của sự cố phóng điện tiếp theo đã tồn tại trong một ống cách điện không đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp về nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa hiện tượng phóng điện bên trong xi lanh cách điện VS1

1. Hiểu rõ các tính chất vật liệu và quy trình sản xuất của epoxy APG được sử dụng trong cách điện cao áp. ↩

2. Tham khảo tiêu chuẩn quốc tế về việc xác định khoảng cách cách ly dựa trên mức độ ô nhiễm môi trường. ↩

3. Tổng quan kỹ thuật về công nghệ chân không và vai trò của nó trong việc dập tắt hồ quang điện trong quá trình đóng cắt. ↩

4. Tìm hiểu về các tiêu chuẩn quốc tế về phát hiện và đo lường các hiện tượng phóng điện cục bộ trong vật liệu cách điện. ↩

5. Tìm hiểu xem độ ổn định nhiệt của nhựa epoxy ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chịu được ứng suất điện áp cao của nó. ↩