Thiết bị giảm áp máy biến áp và lựa chọn rơle áp suất đột ngột Định cỡ PRD Tốc độ dòng chảy Đồng hồ đo chất lượng và bảo vệ quá áp nhanh

Tại sao bảo vệ quá áp bể chứa lại quyết định sự an toàn của tài sản trạm biến áp

Khi xảy ra sự cố về điện bên trong thùng máy biến áp ngâm trong dầu, năng lượng hồ quang sẽ làm bay hơi chất lỏng cách điện thành khí hydrocarbon dễ cháy trong vòng một phần nghìn giây. Nếu sự giãn nở thể tích đó không được thông hơi hoặc cách ly ngay lập tức, áp suất bên trong sẽ tăng từ mức vận hành danh nghĩa từ 2 đến 4 psi (14 đến 28 kPa) cho đến ngưỡng vỡ cấu trúc thảm khốc vượt quá 15 đến 20 psi (103 đến 138 kPa). Ngăn ngừa vỡ bể, cháy phụ và phun dầu điện môi mạnh đòi hỏi phải có hệ thống phòng thủ hai lớp phối hợp: một cơ khíthiết bị giảm áp máy biến ápđể xả khí thể tích và điện tửrơle áp suất đột ngộtđể ngắt cầu dao cực nhanh.

Việc chỉ định giảm thiểu quá áp không chỉ đơn giản là chọn nắp giảm áp chung từ danh mục. Một đơn vị phân phối thương mại 500 kVA và một máy biến áp trạm biến áp tiện ích 30 MVA 115 kV có động lực học năng lượng sự cố rất khác nhau. Các nhà xác định phải tính toán tốc độ dòng xả feet khối mỗi phút (SCFM) tiêu chuẩn, đánh giá các đặc tính bịt kín lại bằng lò xo và định cấu hình các tín hiệu ngắt microswitch theo yêu cầu nghiêm ngặt.Hiệp hội tiêu chuẩn IEEEtiêu chuẩn bao gồm IEEE C57.12.00 và IEEE C57.12.10.

Quá áp suất nhiệt chậm so với quá áp suất hồ quang nhanh: Định cỡ vật lý

Bể biến áp phải đối mặt với hai cơ chế tăng áp suất riêng biệt đòi hỏi các công nghệ bảo vệ khác nhau về cơ bản. Đầu tiên là hiện tượng quá áp nhiệt chậm, gây ra bởi chu kỳ nhiệt độ môi trường xung quanh, sự giãn nở tải cao điểm vào mùa hè hoặc quá nóng cục bộ ở lõi. Trong các bể kín, đệm nitơ hoặc không khí khoảng trống phía trên nén dần dần với tốc độ dưới 0,1 psi mỗi phút. Sự tích tụ dần dần này bị chi phối bởi biên độ giãn nở của bể và các lỗ thông hơi tiêu chuẩn.

Cơ chế thứ hai là quá áp động nhanh được kích hoạt bởi sự đánh thủng cách điện giữa các vòng năng lượng cao hoặc phóng điện cuộn dây. Một hồ quang điện tiêu tán vài megajoule năng lượng, tạo ra bong bóng hydro, axetylen và metan tạo ra sóng xung kích âm thanh tốc độ cao trong dầu. Mặt trước áp suất ban đầu di chuyển qua chất điện môi lỏng với tốc độ khoảng 1.200 đến 1.400 mét mỗi giây, đập vào thành bể rất lâu trước khi các lỗ thông hơi cơ học số lượng lớn có thể tháo rời về mặt vật lý. Đó là lý do tại sao kỹ thuật trạm biến áp hiện đại kết hợp cơ khí dòng chảy caothiết bị giảm áp máy biến ápvới tốc độ tăng năng độngrơle áp suất đột ngột.

Hiểu được thời điểm linh hoạt này là rất quan trọng đối với các nhóm mua sắm công nghiệp và tiện ích. Theo các cơ sở an toàn cơ sở hạ tầng lưới điện được nhấn mạnh bởiBộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), sự cố vỡ bể máy biến áp không được giải quyết là một trong những dạng sự cố trạm biến áp tốn kém nhất, dẫn đến ngừng hoạt động cưỡng bức kéo dài và chi phí dọn dẹp môi trường làm giảm vốn đầu tư ban đầu của phần cứng bảo vệ Qualitrol cao cấp.

Thiết bị giảm áp suất cơ học (PRD): Định cỡ tốc độ dòng chảy và áp suất hàn lại

Một cơ khíthiết bị giảm áp máy biến áphoạt động bằng lực lò xo vi sai trực tiếp. Một đĩa thép không gỉ được giữ chặt vào miếng đệm kín Viton hoặc silicone bằng lò xo nén đã được hiệu chỉnh. Khi áp suất bên trong vượt quá điểm vận hành được hiệu chuẩn trước - thường được nhà máy đặt trong khoảng từ 7,0 psi đến 10,0 psi (48 đến 69 kPa) đối với máy biến áp điện hoặc 8 đến 12 psi đối với các bể phân phối nhỏ hơn - đĩa sẽ nâng lên ngay lập tức trong vòng 2 đến 4 mili giây.

Công suất xả được đánh giá bằng SCFM (feet khối tiêu chuẩn mỗi phút) tương đương với không khí ở mức áp suất quá mức quy định. Các thiết bị gắn trên miếng đệm nhỏ sử dụng thao tác kéo bằng tayvan giảm áp biến áp gắn trên padđược đánh giá ở mức 35 đến 50 SCFM ở mức 15 psi. Ngược lại, các trạm biến áp lớn có thể tích dầu trên 5.000 gallon yêu cầu các thiết bị cơ khí mặt bích hạng nặng (chẳng hạn như dòng Qualitrol 208 hoặc 204) có khả năng xả 6.000 đến 10.000 SCFM thông qua ống xả định hướng tích hợp.

Điều quan trọng là phải tuân thủthiết bị giảm áp máy biến ápphải có khả năng hàn kín tích cực. Khi áp suất cực đại giảm xuống khoảng 4 đến 6 psi, cơ cấu lò xo bên trong sẽ buộc đĩa van trở lại vị trí của nó, ngăn chặn độ ẩm, mưa hoặc oxy trong khí quyển xâm nhập có thể làm ô nhiễm dầu cách nhiệt nóng. Một chốt chỉ báo cơ học có màu sắc rực rỡ bật lên khi vận hành, vẫn được khóa ở vị trí mở rộng cho đến khi được nhân viên bảo trì đặt lại theo cách thủ công, trong khi các công tắc vi mô SPDT hoặc DPDT tích hợp sẽ gửi tín hiệu cảnh báo hoặc tín hiệu cắt ngay lập tức đến hệ thống SCADA của trạm biến áp.

Rơ-le áp suất đột ngột (SPR/RPRR): Nguyên lý hoạt động và mạch chống rung

Trong khi PRD cơ khí xả một lượng lớn khí để tránh biến dạng bể, thì một thiết bị điện tử hoặc được dẫn động bằng ống thổirơle áp suất đột ngột(còn được gọi là Rơle tăng áp suất nhanh hoặc RPRR) cung cấp khả năng khởi động ngắt điện theo chu kỳ phụ. Không giống như các công tắc áp suất tĩnh chờ áp suất bể tuyệt đối đạt 10 psi, SPR cảm nhận được tốc độ thay đổi áp suất (dP/dt). Nó bỏ qua sự dao động nhiệt chậm xung quanh (dưới 0,1 psi/giây) nhưng hoạt động trong 10 đến 30 mili giây khi áp suất tăng nhanh hơn 0,5 đến 1,5 psi mỗi giây.

Người chỉ định có thể chọn giữa cấu hình lắp trong không gian khí và lắp dưới dầu. Rơle khí-không gian (chẳng hạn như Qualitrol Series 900) gắn trên mức dầu tối đa và sử dụng hộp xếp vi sai hai buồng được ngăn cách bằng một lỗ đã hiệu chỉnh. Rơ-le dưới dầu (chẳng hạn như Qualitrol Series 910) gắn dưới mức dầu tối thiểu trên thành bên của bể, cảm nhận sự thay đổi áp suất thủy lực trực tiếp trong cột chất lỏng không nén được.

Đây là phần mà hầu hết các kỹ sư vận hành đều bỏ qua: vì cảm biến áp suất đột ngột cực kỳ nhạy cảm với sốc cơ học, rung động địa chấn, lực điện từ do lỗi bên ngoài hoặc khởi động bơm đột ngột có thể làm rung chuyển tiếp điểm đầu ra trong giây lát. IEEE C57.12.10 và các hướng dẫn bảo vệ tiện ích bắt buộc phải kết nối đầu ra rơle với rơle phụ gắn kín chuyên dụng (chẳng hạn như Thiết bị ANSI 63X) với mạch lọc tối thiểu 20 mili giây và chốt khóa (Thiết bị 86) trước khi gửi lệnh ngắt đến bộ ngắt mạch chính.

Cái nhìn sâu sắc về kỹ thuật hiện trường: Vận hành các biện pháp bảo vệ quá áp mà không gây phiền toái

Khi chúng tôi vận chuyển máy biến áp ngâm trong dầu và gắn trên tấm đệm cho các khách hàng công nghiệp trên khắp Bắc Mỹ, việc phối hợp bảo vệ hiện trường là một trong những bước xác minh quan trọng nhất. Trong dự án vận hành thử một trạm biến áp 10 MVA 34,5 kV tại một nhà máy sản xuất nặng ở Ohio, nhóm kỹ thuật của chúng tôi đã phát hiện ra rằng một nhà thầu tại chỗ đã đấu dây trực tiếp các tiếp điểm rơle áp suất đột ngột vào đầu vào kỹ thuật số PLC không chốt mà không có rơle bịt kín.

Trong quá trình cấp điện ban đầu trong thời tiết lạnh, rung động cơ học nặng nề từ các máy ép rèn liền kề đã gây ra tiếng ồn tiếp xúc, dẫn đến các cảnh báo vấp ngã không liên tục gây phiền toái. Nhóm của chúng tôi đã nối lại mạch cắt thông qua rơle gắn kín phụ trợ chuyên dụng 20 mili giây và xác minh rằng cơ khíthiết bị giảm áp máy biến ápcông tắc giới hạn đã được hạ cánh đúng cách trên các kênh cảnh báo giám sát. Sau những điều chỉnh tại hiện trường đó, trạm biến áp đã hoạt động mà không có cảnh báo sai nào trong khi vẫn duy trì khả năng xử lý sự cố ở mức tối đa một phần nghìn giây.

Tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn về phòng cháy chữa cháy điện do cơ quan ban hànhHiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia (NFPA), bao gồm các khuyến nghị của NFPA 850 dành cho các nhà máy phát điện và trạm biến áp, yêu cầu tất cả các cảnh báo quá áp tự động phải trải qua quá trình xác minh chuyến đi từ đầu đến cuối trước khi đổ dầu và đóng điện lần đầu tiên.

Hướng dẫn so sánh: Phần cứng quá áp giữa các loại máy biến áp

Việc lựa chọn sự kết hợp chính xác của phần cứng bảo vệ quá áp phụ thuộc vào công suất máy biến áp, kiểu vỏ, thể tích điện môi và tiêu chuẩn kết nối tiện ích. Bảng dưới đây phác thảo các cấu hình tiêu chuẩn của các loại thiết bị chính:

Lợi thế của Ryan Electric Engineering: Tích hợp bảo vệ và thử nghiệm tại nhà máy

Tại Ryan Electric, mọi máy biến áp ngâm trong chất lỏng và gắn trên tấm đệm đều được thiết kế để có khả năng phục hồi quá áp động và cấu trúc toàn diện. Sản xuất trên cơ sở rộng 120.000 mét vuông của chúng tôi với các bộ máy chính xác 180+ và 37 bằng sáng chế tiện ích độc quyền, chúng tôi chế tạo các bể biến áp sử dụng phân tích phần tử hữu hạn cấu trúc (FEA) để đảm bảo rằng bể chịu được áp suất ít nhất 12 đến 15 psi mà không bị lệch đường may vĩnh viễn.

Là đối tác liên doanh chính thức của Eaton kể từ năm 2023, Ryan Electric tích hợp đồng hồ đo Qualitrol chính hãng cao cấp, rơle tăng áp suất nhanh và công suất caothiết bị giảm áp máy biến áphội đồng như là đệ trình tiêu chuẩn hóa. Mỗi van xả và cảm biến áp suất đột ngột đều trải qua quá trình hiệu chỉnh áp suất khí tự động, kiểm tra điện trở cách điện bằng công tắc vi mô và xác minh độ nảy tiếp xúc trong các khoang thử nghiệm tại nhà máy được CNAS công nhận của chúng tôi trước khi gửi đi.

Cho dù dự án của bạn yêu cầu giá đỡ ba pha tùy chỉnh cho lưới điện siêu nhỏ tái tạo ở Bắc Mỹ hay máy biến áp điện trạm biến áp 115 kV với van giảm áp Qualitrol 208 kép và tích hợp SCADA đầy đủ, Ryan Electric đều cung cấp các gói đệ trình kỹ thuật hoàn chỉnh với các tính toán SCFM chính xác và sơ đồ nối dây ANSI trong vòng 48 giờ.

Danh sách kiểm tra của bộ xác định: Bảy bước để có thông số kỹ thuật quá áp không có lỗi

Trước khi hoàn thiện lịch trình kỹ thuật mua sắm máy biến áp của bạn, hãy xác minh bảy thông số quá áp tới hạn sau:

• Xác minh thiết kế bể chịu được áp suất vượt quá áp suất nứt của thiết bị giảm nhẹ ít nhất là 25%.
• Chỉ định tốc độ dòng phóng SCFM dựa trên tổng thể tích chất lỏng điện môi và kVA ngắn mạch tiềm năng tối đa.
• Xác nhận định tuyến đường ống xả theo hướng cách xa các đầu cáp trung áp chính và lối đi dành cho người đi bộ.
• Yêu cầu các công tắc vi mô cảnh báo SPDT hoặc DPDT với hộp đầu cuối chịu được thời tiết NEMA 4X hoặc IP66.
• Kết hợp một rơle gắn kín phụ trợ (Thiết bị 63X) với khả năng lọc chống nhiễu 20ms cho tất cảrơle áp suất đột ngộtmạch hành trình.
• Đảm bảo các chốt ngắt cơ học trực quan cung cấp chỉ báo màu vàng hoặc cam 360 độ có khả năng hiển thị cao.
• Xác minh chứng nhận hiệu chuẩn của nhà máy tuân thủ các tiêu chuẩn IEEE C57.12.00, UL và CSA trước khi nghiệm thu tại hiện trường.

Về tác giả:Đội bảo vệ trạm biến áp cấp cao của Ryan Electric. Với hơn 18 năm kinh nghiệm sản xuất máy biến áp và kỹ thuật trạm biến áp cao áp, đội ngũ của chúng tôi chuyên về phân phối tùy chỉnh và máy biến áp điện được chứng nhận theo tiêu chuẩn UL, CSA, IEEE và IEC.