Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí: Linh kiện, Công dụng và Bảo trì

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí là gì và nó hoạt động như thế nào

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí, thường được viết tắt là GIS, là một tổ hợp nhỏ gọn gồm các thiết bị bảo vệ và chuyển mạch điện được đặt bên trong vỏ kim loại kín chứa đầy khí cách điện, phổ biến nhất là sulfur hexafluoride (SF6). Khí này cung cấp độ bền điện môi và đặc tính dập hồ quang tuyệt vời, cho phép các bộ phận điện áp cao như cầu dao, bộ ngắt kết nối, công tắc nối đất, máy biến dòng và thanh cái được đóng gói trong một diện tích nhỏ hơn nhiều so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí truyền thống (AIS). Điều này làm cho GIS đặc biệt có giá trị trong các trạm biến áp đặt tại khu vực đô thị, địa hình đồi núi, giàn khoan ngoài khơi hoặc bất kỳ nơi nào có quỹ đất hạn chế hoặc tốn kém.

Bởi vì tất cả các thành phần sống được bao bọc và cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài, GIS cũng cung cấp khả năng bảo vệ mạnh mẽ chống ô nhiễm, phun muối, độ ẩm và bụi, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên ở các vùng ven biển hoặc khu vực bị ô nhiễm công nghiệp nặng, nếu không sẽ làm suy giảm thiết bị cách nhiệt không khí tiếp xúc theo thời gian.

Các thành phần chính của một hội đồng GIS

A thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí khoang được xây dựng từ một số thành phần mô-đun, mỗi thành phần được đặt trong ngăn kín khí riêng và được kết nối với các mô-đun liền kề thông qua các thanh chắn cách nhiệt. Hiểu rõ các thành phần này giúp làm rõ cách hệ thống thực hiện các chức năng chuyển mạch, bảo vệ và cách ly một cách an toàn trong vỏ kín.

• Bộ ngắt mạch: ngắt dòng điện sự cố bằng khả năng dập hồ quang của khí SF6, thường được định mức cho công suất ngắt hàng chục nghìn ampe.
• Bộ ngắt kết nối (bộ cách ly): cung cấp khả năng ngắt mạch có thể nhìn thấy để đảm bảo an toàn khi bảo trì, mặc dù nó không thể làm gián đoạn dòng tải.
• Dao nối đất: nối đất phần đã ngắt điện của thanh cái hoặc bộ cấp nguồn để bảo vệ nhân viên bảo trì.
• Máy biến dòng điện và điện áp: cung cấp tín hiệu đo chính xác đến rơle bảo vệ và hệ thống đo đếm.
• Ngăn chứa thanh cái: mang dòng điện giữa các ngăn và thường là phần chứa đầy khí lớn nhất trong tổ hợp.
• Đầu cuối đường dây cách điện bằng cáp hoặc bằng khí: kết nối thiết bị đóng cắt với các đường dây hoặc đường truyền đi.

GIS so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí

Việc lựa chọn giữa GIS và AIS phụ thuộc vào điều kiện địa điểm, ngân sách và các cân nhắc bảo trì dài hạn. Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt chính mà các kỹ sư cân nhắc khi lập kế hoạch trạm biến áp.

So sánh GIS và AIS

Các loại điện áp và ứng dụng điển hình

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí được sản xuất trên phạm vi điện áp rộng, từ hệ thống phân phối trung thế khoảng 12 đến 40,5 kV cho đến các ứng dụng truyền tải điện áp cực cao trên 550 kV. Ở cấp độ truyền tải, GIS thường được chọn cho các trạm biến áp kết nối các nhà máy điện lớn, trang trại gió ngoài khơi hoặc kết nối giữa các lưới điện khu vực, nơi độ tin cậy và tiết kiệm không gian phù hợp với chi phí thiết bị cao hơn. Ở cấp độ phân phối, GIS phổ biến ở các trạm biến áp đô thị được xây dựng bên trong các tòa nhà hoặc hầm ngầm, nơi kích thước nhỏ gọn cho phép thiết bị đóng cắt được đặt gần các trung tâm phụ tải mà không cần sân có hàng rào rộng.

Những cân nhắc về cài đặt và trang web

Do vỏ bọc của GIS được lắp ráp tại nhà máy và được thử nghiệm với dung sai chính xác nên việc lắp đặt đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến việc chuẩn bị và xử lý địa điểm để tránh gây ô nhiễm vào các ngăn chứa khí.

• Đảm bảo tòa nhà hoặc vỏ bọc trạm biến áp có đủ khoảng trống để vận chuyển mô-đun và tiếp cận bảo trì trong tương lai.
• Duy trì độ sạch nghiêm ngặt trong quá trình lắp ráp tại chỗ, vì bụi hoặc hơi ẩm bên trong ngăn chứa khí có thể làm giảm độ bền điện môi.
• Xác minh áp suất và độ tinh khiết của khí thông qua thử nghiệm phóng điện cục bộ trước khi cấp điện cho thiết bị đóng cắt.
• Lập kế hoạch tính toán tải trọng nền móng một cách cẩn thận, vì các khoang GIS tuy nhỏ gọn nhưng nặng hơn trên một đơn vị diện tích so với các hệ thống AIS tương đương.

Bảo trì, giám sát và xử lý khí

Bảo trì định kỳ cho GIS tập trung chủ yếu vào việc theo dõi áp suất và mật độ khí thay vì kiểm tra vật lý thường xuyên cần thiết đối với các bộ phận AIS bị lộ. Hầu hết các hệ thống GIS hiện đại đều bao gồm bộ giám sát mật độ kích hoạt cảnh báo nếu áp suất khí giảm xuống dưới ngưỡng an toàn, điều này có thể cho thấy sự rò rỉ hoặc suy thoái của vòng đệm. Vì SF6 là một loại khí nhà kính mạnh nên nhiều cơ sở tiện ích hiện nay cũng theo dõi tỷ lệ rò rỉ khí tích lũy như một phần của báo cáo tuân thủ môi trường và một số nhà sản xuất đã giới thiệu các hỗn hợp khí cách nhiệt thay thế với tác động môi trường thấp hơn nhằm đáp ứng các quy định thắt chặt.

Các hệ thống giám sát phóng điện cục bộ ngày càng được lắp đặt cùng với GIS để phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm chất cách điện trước khi xảy ra sự cố, cho phép các công ty điện lực lên lịch bảo trì một cách chủ động thay vì phản ứng với sự cố mất điện ngoài kế hoạch.

Những cân nhắc về an toàn cho nhân sự

Mặc dù vỏ bọc của GIS giảm đáng kể nguy cơ tiếp xúc ngẫu nhiên với các bộ phận mang điện so với thiết bị ngoài trời, nhưng nhân viên làm việc xung quanh GIS vẫn phải tuân theo các quy trình nghiêm ngặt, đặc biệt là đối với các ngăn chứa khí. Trong trường hợp hiếm gặp xảy ra lỗi bên trong, sản phẩm phụ phân hủy của khí SF6 có thể độc hại, vì vậy các kỹ thuật viên được đào tạo để thông gió các ngăn đúng cách và sử dụng thiết bị phân tích khí trước khi mở bất kỳ bộ phận nào để bảo trì. Quy trình khóa thẻ, được xác nhận thông qua điểm ngắt có thể nhìn thấy được do bộ ngắt kết nối cung cấp, vẫn cần thiết trước khi bắt đầu bất kỳ công việc thực hành nào, mặc dù thiết kế kín của thiết bị đóng cắt đã giảm thiểu nhiều mối nguy hiểm liên quan đến việc lắp đặt ngoài trời truyền thống.