Máy cắt SF6 110kV – Thiết bị đóng cắt cao áp cho trạm biến áp và nhà máy điện

Máy cắt SF6 110kV là gì?

Máy cắt SF6 110kV là thiết bị đóng cắt cao áp sử dụng khí SF6 (Sulfur Hexafluoride) làm môi trường cách điện và hỗ trợ dập hồ quang điện. Thiết bị được sử dụng phổ biến trong các trạm biến áp 110kV, nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện gió, điện mặt trời và hệ thống truyền tải – phân phối điện cao áp.

Trong hệ thống điện, máy cắt không chỉ thực hiện thao tác đóng hoặc cắt dòng điện trong điều kiện vận hành bình thường mà còn phải có khả năng cắt nhanh dòng điện sự cố, đặc biệt là dòng ngắn mạch có giá trị lớn.

Do đó, máy cắt 110kV là một trong những thiết bị nhất thứ quan trọng nhất của trạm biến áp.

Chức năng của máy cắt SF6 110kV

Máy cắt SF6 110kV được lắp đặt nhằm thực hiện các chức năng chính như:

• Đóng và cắt mạch điện 110kV trong chế độ vận hành bình thường.
• Cắt dòng điện ngắn mạch khi hệ thống xảy ra sự cố.
• Phối hợp với relay bảo vệ để cô lập nhanh khu vực bị lỗi.
• Bảo vệ máy biến áp, đường dây, thanh cái và các thiết bị cao áp khác.
• Cho phép thao tác đóng/cắt từ xa thông qua hệ thống SCADA hoặc điều khiển tại trạm.
• Hỗ trợ tự động đóng lặp lại đối với các đường dây có trang bị chức năng Auto Reclose.

Khi relay bảo vệ phát hiện sự cố, tín hiệu TRIP được đưa tới cuộn cắt của máy cắt. Cơ cấu truyền động sẽ nhanh chóng mở tiếp điểm và ngắt dòng điện sự cố ra khỏi hệ thống.

Cấu tạo máy cắt SF6 110kV

Một bộ máy cắt khí SF6 110kV ngoài trời thường bao gồm ba cực tương ứng với ba pha của hệ thống điện.

Các bộ phận quan trọng gồm:

1. Buồng dập hồ quang

Đây là phần trực tiếp thực hiện việc đóng và cắt dòng điện.

Bên trong buồng cắt có:

• Tiếp điểm tĩnh.
• Tiếp điểm động.
• Cơ cấu tạo dòng khí SF6.
• Vòi phun dập hồ quang.
• Buồng chứa khí cách điện.

Khi tiếp điểm tách ra, hồ quang điện hình thành giữa hai tiếp điểm. Khí SF6 có khả năng cách điện và dập hồ quang rất tốt, giúp hồ quang nhanh chóng bị triệt tiêu.

2. Sứ cách điện

Các cực của máy cắt được cách điện với đất thông qua các cột sứ hoặc vật liệu composite chịu điện áp cao.

Sứ cách điện phải đáp ứng yêu cầu về:

• Điện áp chịu đựng.
• Khoảng cách rò.
• Khả năng chịu ô nhiễm môi trường.
• Độ bền cơ khí.

3. Cơ cấu truyền động

Cơ cấu truyền động cung cấp năng lượng để thực hiện thao tác CLOSE/TRIP.

Tùy thiết kế của nhà sản xuất, máy cắt có thể sử dụng:

Cơ cấu lò xo, cơ cấu thủy lực hoặc các dạng cơ cấu truyền động chuyên dụng khác.

Đối với nhiều dòng máy cắt 110kV hiện nay, cơ cấu tích năng bằng lò xo được sử dụng khá phổ biến.

4. Tủ điều khiển máy cắt

Tủ điều khiển thường được lắp phía dưới máy cắt và chứa các thành phần như:

• Cuộn đóng.
• Cuộn cắt.
• Motor tích năng.
• Relay trung gian.
• Auxiliary contact.
• Bộ giám sát mạch Trip/Close.
• Thiết bị giám sát khí SF6.
• Terminal đấu dây.
• Bộ sấy chống ẩm.

Từ tủ điều khiển, máy cắt có thể kết nối với hệ thống relay bảo vệ, RTU, PLC hoặc SCADA của trạm điện.

Nguyên lý hoạt động của máy cắt SF6 110kV

Khi máy cắt ở trạng thái đóng, tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh tiếp xúc với nhau, cho phép dòng điện chạy qua.

Khi có lệnh cắt, cơ cấu truyền động kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh.

Trong quá trình hai tiếp điểm tách khỏi nhau sẽ xuất hiện hồ quang điện.

Dòng khí SF6 được đưa qua khu vực hồ quang với tốc độ cao. Khí SF6 hấp thụ các electron tự do, làm tăng nhanh độ bền điện môi giữa hai tiếp điểm.

Khi dòng điện đi qua điểm zero của chu kỳ AC, hồ quang bị dập tắt và khoảng cách cách điện giữa các tiếp điểm nhanh chóng được phục hồi.

Nhờ đặc tính này, máy cắt SF6 có khả năng ngắt dòng sự cố lớn trong thời gian rất ngắn.

Thông số kỹ thuật máy cắt SF6 110kV

Thông số thực tế phụ thuộc vào từng nhà sản xuất và thiết kế của trạm. Một cấu hình máy cắt dùng cho hệ thống 110kV thường có các thông số tham khảo như sau:

Khi lựa chọn máy cắt, cần căn cứ vào sơ đồ hệ thống điện, dòng tải, dòng ngắn mạch tính toán, cấp cách điện và yêu cầu của đơn vị quản lý vận hành thay vì chỉ căn cứ vào điện áp 110kV.

Ưu điểm của máy cắt khí SF6 110kV

SF6 được sử dụng rộng rãi trong thiết bị cao áp nhờ khả năng cách điện và dập hồ quang tốt.

Máy cắt SF6 có một số ưu điểm nổi bật:

Khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn: Thiết bị có thể xử lý dòng sự cố cao và cô lập sự cố nhanh.

Độ tin cậy cao: Phù hợp với các hệ thống yêu cầu vận hành liên tục như trạm truyền tải và nhà máy điện.

Khoảng cách cách điện tương đối nhỏ: Khả năng cách điện cao của SF6 giúp tối ưu kích thước buồng cắt.

Ít phải bảo dưỡng buồng tiếp điểm: So với một số công nghệ máy cắt cũ, số lần bảo dưỡng cơ cấu dập hồ quang có thể được giảm đáng kể.

Điều khiển từ xa dễ dàng: Máy cắt có thể tích hợp với relay bảo vệ, hệ thống điều khiển trạm và SCADA.

Ứng dụng của máy cắt SF6 110kV

Máy cắt 110kV được sử dụng tại nhiều vị trí trong hệ thống điện.

Trạm biến áp 110kV

Máy cắt được bố trí tại:

• Ngăn lộ đường dây 110kV.
• Ngăn máy biến áp.
• Ngăn liên lạc thanh cái.
• Ngăn phân đoạn.
• Các ngăn lộ cao áp khác.

Nhà máy thủy điện

Trong nhà máy thủy điện, máy cắt 110kV thường được sử dụng phía cao áp của máy biến áp tăng áp để kết nối tổ máy với hệ thống điện.

Nhà máy điện mặt trời và điện gió

Các nhà máy năng lượng tái tạo có trạm nâng áp 110kV thường sử dụng máy cắt cao áp để kết nối nhà máy với lưới điện.

Hệ thống điện công nghiệp

Những nhà máy công nghiệp lớn có trạm 110kV riêng cũng sử dụng máy cắt SF6 để bảo vệ đường dây và máy biến áp chính.

Máy cắt SF6 110kV phối hợp với những thiết bị nào?

Trong một ngăn lộ 110kV, máy cắt thường hoạt động cùng nhiều thiết bị nhất thứ và nhị thứ khác.

Một cấu hình có thể bao gồm:

Chống sét van 110kV → Dao cách ly → Máy biến dòng CT → Máy cắt SF6 → Dao cách ly → Thanh cái 110kV.

Ngoài ra còn có:

• Máy biến điện áp VT/CVT.
• Relay bảo vệ.
• Tủ điều khiển.
• Hệ thống DC 110VDC hoặc 220VDC.
• SCADA.
• Thiết bị đo lường và giám sát.

Trong đó, CT 110kV cung cấp tín hiệu dòng điện cho relay. Khi relay phát hiện ngắn mạch hoặc sự cố cần cắt, relay gửi tín hiệu đến máy cắt để cô lập phần tử bị sự cố.

Lưu ý khi lựa chọn máy cắt SF6 110kV

Khi đặt mua thiết bị, ngoài điện áp định mức cần xác định đầy đủ các thông số kỹ thuật.

Đặc biệt cần kiểm tra:

Điện áp định mức của máy cắt phù hợp với cấp điện áp hệ thống.

Dòng điện định mức phải lớn hơn dòng tải vận hành lớn nhất.

Dòng cắt ngắn mạch phải đáp ứng kết quả tính toán ngắn mạch của trạm.

Mức cách điện phải phù hợp với tiêu chuẩn và thiết kế hệ thống.

Khoảng cách pha và khoảng cách cách điện phải phù hợp với kết cấu trạm hiện hữu.

Điện áp mạch điều khiển, ví dụ 110VDC hoặc 220VDC, phải tương thích với nguồn DC của trạm.

Đối với trường hợp thay thế máy cắt cũ, cần kiểm tra thêm kích thước móng, vị trí chân đế, chiều cao đầu cực, khoảng cách pha và giao diện điều khiển để hạn chế việc cải tạo cơ khí.

Kiểm tra và bảo dưỡng máy cắt SF6

Để đảm bảo khả năng vận hành lâu dài, máy cắt cần được kiểm tra định kỳ theo hướng dẫn của nhà sản xuất và quy trình vận hành của đơn vị sử dụng.

Các nội dung thường được quan tâm gồm tình trạng áp suất hoặc mật độ khí SF6, cơ cấu truyền động, motor tích năng, cuộn đóng/cắt, điện trở tiếp xúc, thời gian đóng/cắt, độ đồng thời giữa các pha, mạch điều khiển, tiếp điểm phụ và tình trạng cách điện.

Đối với khí SF6, cần hạn chế rò rỉ và thực hiện thu hồi, nạp hoặc xử lý khí bằng thiết bị chuyên dụng. SF6 có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính rất cao, vì vậy việc quản lý khí trong quá trình vận hành và bảo dưỡng cần thực hiện đúng quy trình kỹ thuật và quy định môi trường.

Một số lỗi thường gặp ở máy cắt SF6 110kV

Trong quá trình vận hành có thể xuất hiện các hiện tượng như:

• Áp suất hoặc mật độ khí SF6 thấp.
• Motor tích năng không hoạt động.
• Lò xo không tích năng.
• Máy cắt không nhận lệnh CLOSE.
• Máy cắt không TRIP.
• Hỏng cuộn đóng hoặc cuộn cắt.
• Tiếp điểm phụ báo sai trạng thái.
• Thời gian đóng/cắt giữa các pha không đồng đều.
• Điện trở tiếp xúc tăng.
• Rò rỉ khí SF6.

Việc xác định nguyên nhân cần kết hợp kiểm tra điện, cơ khí, tín hiệu bảo vệ và lịch sử vận hành của máy cắt.

Mua máy cắt SF6 110kV cần cung cấp thông tin gì?

Để lựa chọn và báo giá chính xác, khách hàng nên cung cấp tối thiểu:

Điện áp định mức – dòng định mức – dòng cắt ngắn mạch – tần số – điện áp điều khiển – kiểu cơ cấu truyền động – tiêu chuẩn áp dụng – số lượng – hãng yêu cầu và yêu cầu CO/CQ.

Nếu thay thế thiết bị đang vận hành, nên cung cấp thêm ảnh nameplate, catalogue, bản vẽ kích thước và sơ đồ đấu dây của máy cắt cũ.

Cung cấp máy cắt SF6 110kV và thiết bị trạm điện

Chúng tôi cung cấp và hỗ trợ tìm kiếm các dòng máy cắt SF6 110kV, phụ kiện máy cắt và thiết bị nhất thứ cho trạm biến áp, nhà máy thủy điện và hệ thống điện công nghiệp.

Danh mục có thể bao gồm:

Máy cắt SF6 110kV – Dao cách ly 110kV – Máy biến dòng CT 110kV – Máy biến điện áp VT/CVT 110kV – Chống sét van 110kV – phụ kiện và thiết bị điều khiển trạm.

Khách hàng có thể gửi model, thông số kỹ thuật hoặc ảnh nameplate để kiểm tra đúng thiết bị và lựa chọn phương án thay thế phù hợp.