Ở những khu vực khai thác cực kỳ lạnh ở phía bắc, chẳng hạn như Mohe, nơi nhiệt độ mùa đông thường xuyên giảm xuống -40 độ, thiết bị điện được triển khai ngoài trời phải đối mặt với những thách thức khắc nghiệt quanh năm-, bao gồm đóng băng, đóng băng, hiện tượng giòn ở nhiệt độ-thấp và nhiễu cơ học. Trong môi trường nhiệt độ cực-thấp{7}}, thiết bị đóng cắt tiêu chuẩn rất dễ xảy ra hỏng hóc như kẹt cơ học, hỏng cách điện, cứng phốt và đông đặc chất bôi trơn, ngăn cản việc đóng và khởi động bình thường. Điều này trực tiếp dẫn đến thời gian ngừng hoạt động của thiết bị-khai thác lộ thiên và làm tê liệt hệ thống phân phối điện. Nhiều kỹ sư cho rằng việc vấp ngã ở nhiệt độ thấp và lỗi khởi động là chuyện bình thường trong ngành, trong khi trên thực tế, thiết bị này đơn giản là thiếu khả năng thích ứng trong thiết kế chuyên dụng cho thời tiết cực lạnh. Thiết bị chuyển mạch chuyên dụng này, được thiết kế-tùy chỉnh cho các điều kiện vận hành khắc nghiệt của mỏ lộ thiên Mohe{13}}, khắc phục các giới hạn-nhiệt độ thấp của thiết bị thông thường và đạt được khả năng đóng-một lần đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện đóng băng cực độ dưới 0. Trong số khác nhaucác loại thiết bị chuyển mạchđược điều chỉnh cho phù hợp với các tình huống công nghiệp và khai thác mỏ, thiết bị-được thiết kế tùy chỉnh dành cho thời tiết cực lạnh này đã xác định lại các tiêu chuẩn vận hành cho việc phân phối điện-ở mỏ lộ thiên ở các khu vực phía Bắc. Cả haiThiết bị đóng cắt 24 kVcho nguồn điện chính của mỏ và thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) thường được sử dụng ngoài trời đã trải qua quá trình nâng cấp nhiệt độ-thấp chuyên dụng, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên để phân phối điện ở những khu vực khai thác cực lạnh.
Phần lớn các thiết bị đóng cắt có mục đích chung-được thiết kế để chịu được nhiệt độ chỉ từ -20 độ đến +40 độ, khiến chúng hoàn toàn không phù hợp với điều kiện ngoài trời khắc nghiệt của Mohe. Thời tiết cực lạnh có thể ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ của thiết bị thông thường trên nhiều khía cạnh-bao gồm cấu trúc cơ khí, hiệu suất cách điện, mạch điện và vật liệu bịt kín-dẫn đến lỗi khởi động. Dựa trên một dự án-thực tế tại một mỏ lộ thiên-ở Mohe, bài viết này sẽ phân tích logic kỹ thuật cốt lõi đằng sau lần đóng-thành công đầu tiên của thiết bị đóng cắt cực lạnh-, so sánh sự khác biệt về khả năng thích ứng nhiệt độ-thấp giữa các loại thiết bị đóng cắt khác nhau và trình bày chi tiết các giải pháp sửa đổi chính cho thiết bị đóng cắt 24 kV và thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) trong điều kiện cực lạnh.
Điều kiện cực lạnh 1. -40 độ: Bốn nguyên nhân cốt lõi dẫn đến lỗi khi đóng thiết bị đóng cắt thông thường
Mỏ lộ thiên{0}}Mohe đại diện cho một môi trường ngoài trời không có mái che với nhiệt độ cực lạnh, nơi nhiệt độ thấp vào ban đêm kết hợp với gió, tuyết và sương giá khiến các lớp băng và sương giá mỏng dễ dàng hình thành trên cả bề mặt bên ngoài và bên trong của tủ thiết bị đóng cắt. Trong những điều kiện này, thiết bị đóng cắt thông thường thường xuyên gặp trục trặc và không thể đóng đúng cách. Nguyên nhân cốt lõi tập trung ở bốn khía cạnh chính-điểm yếu chung được chia sẻ bởi tất cả các tiêu chuẩncác loại thiết bị chuyển mạchtrong môi trường có nhiệt độ-thấp.
Đầu tiên, các bộ phận cơ khí bị đóng băng và kẹt cứng. Ở -40 độ, chất bôi trơn được sử dụng trong các lò xo cơ khí, thanh truyền và cơ cấu vận hành thông thường sẽ đông cứng hoàn toàn, mất chức năng bôi trơn. Điều này làm tăng đáng kể lực cản cơ học và giảm mô-men xoắn cần thiết cho hoạt động đóng và mở, trực tiếp dẫn đến cơ chế đóng bị kẹt và lỗi vận hành.
Thứ hai, vật liệu bịt kín trở nên giòn ở nhiệt độ thấp. Các gioăng cao su thông thường cứng lại và nứt khi trời cực lạnh, tạo điều kiện cho gió, tuyết và hơi ẩm xâm nhập vào tủ và tạo thành băng tích tụ bên trong, cản trở hoạt động của công tắc.
Thứ ba, hiệu suất cách nhiệt suy giảm. Vật liệu cách nhiệt tiêu chuẩn trở nên giòn hơn và kém đàn hồi hơn ở nhiệt độ cực thấp, khiến chúng dễ bị nứt-vi mô và làm giảm đáng kể biên độ cách nhiệt.
Thứ tư, hiện tượng trôi điện xảy ra ở các mạch thứ cấp. Nhiệt độ thấp gây ra sự thay đổi thông số trong rơle và thiết bị bảo vệ, dẫn đến logic đóng không chính xác và kích hoạt cơ chế khóa.
Những vấn đề này cùng nhau dẫn đến sự gia tăng mạnh về tỷ lệ thất bại đối với các sản phẩm tiêu chuẩn.thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS)trong môi trường khai thác lộ thiên,{0}}rất lạnh. Ngay cả thông thườngThiết bị đóng cắt 24 kV, nếu không được thiết kế đặc biệt để vận hành ở nhiệt độ-thấp thì sẽ thường xuyên gặp phải lỗi đóng và thiết bị từ chối vận hành, không thể đáp ứng hoàn toàn nhu cầu cung cấp điện cho hoạt động sản xuất khai thác mỏ-lộ thiên liên tục.
2. Lựa chọn và điều chỉnh thiết bị trong điều kiện cực lạnh: Sự khác biệt về khả năng chịu nhiệt độ-thấp giữa các loại thiết bị đóng cắt khác nhau
Trong số các loại thiết bị đóng cắt thường được sử dụng trong phân phối điện công nghiệp và khai thác mỏ, thiết bị có cấu trúc và phương pháp cách nhiệt khác nhau thể hiện sự khác biệt đáng kể về khả năng thích ứng với thời tiết lạnh-. Những khác biệt này làm cho việc lựa chọn phổ quát trở nên không thực tế; thay vào đó, việc tùy chỉnh chính xác theo-điều kiện vận hành mỏ lộ thiên là điều cần thiết.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS), dựa trên khả năng cách nhiệt không khí và thiết kế thông gió mở, có cấu trúc đơn giản và khả năng tản nhiệt tuyệt vời. Tuy nhiên, nó có khả năng chống chịu nhiệt độ đóng băng kém. Các thiết bị AIS thông thường thiếu cơ chế cách nhiệt kín và cơ chế làm tan băng-hoạt động, khiến chúng rất dễ bị hình thành băng bên trong khi cực lạnh. Sự tích tụ sương giá và băng trên các bề mặt cách điện có thể dẫn đến hiện tượng bám vết, phóng điện và gây nhiễu cơ học trên bề mặt. Do đó, thiết bị AIS tiêu chuẩn chỉ có thể hoạt động đáng tin cậy trong môi trường có nhiệt độ-trong nhà, xung quanh. Để hoạt động hiệu quả trong điều kiện lạnh giá khắc nghiệt của các mỏ lộ thiên-của Mohe, cần phải có những sửa đổi chuyên biệt.
Là cốt lõi của hệ thống phân phối điện chính của khu vực khai thác, thiết bị đóng cắt 24kV cung cấp điện cho tất cả các thiết bị liên quan đến hoạt động khai thác, vận chuyển và thoát nước ở các mỏ lộ thiên{1}}, đòi hỏi độ tin cậy cực cao khi đóng cửa và độ ổn định trong vận hành. Thiết bị đóng cắt 24kV tiêu chuẩn thường có thiết kế cơ học phức tạp và nhiều bộ phận chính xác, dễ bị thiếu mô-men xoắn và độ lệch tham số trong môi trường-nhiệt độ thấp. Điều này khiến những thiết bị như vậy trở thành trọng tâm chính để thích ứng với-thời tiết lạnh và cũng là mô hình tùy chỉnh chính trong dự án Mohe này.
3. Giải pháp kỹ thuật cốt lõi: Năm thiết kế tùy chỉnh để đạt được một-đóng cực duy nhất ở -40 độ trong điều kiện băng giá
Để đối phó với các điều kiện vận hành khắc nghiệt tại-mỏ lộ thiên{1}}Mohe, bao gồm nhiệt độ xuống tới -40 độ, bề mặt bị băng-bao phủ cũng như gió và tuyết khắc nghiệt-, nhóm dự án đã tiến hành tùy chỉnh toàn diện-nhiệt độ thấp và nâng cấp thiết bị phân phối điện cốt lõi. Bằng cách giải quyết năm khía cạnh chính-cấu trúc, vật liệu, kiểm soát nhiệt độ, logic và bảo vệ-, nhóm đã giải quyết hoàn toàn các thách thức của việc đóng-ở nhiệt độ thấp, cho phép thiết bị đóng cắt 24 kV được thiết kế-tùy chỉnh và thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí-được trang bị thêm (AIS) để đạt được khả năng đóng-chính xác ngay cả trong điều kiện có băng bao phủ.
1. Hệ thống cơ nhiệt độ-thấp chuyên dụng để ngăn chặn sự đóng băng và thu giữ các cơ chế vận hành
Tất cả cơ chế vận hành đã được thay thế bằng chất bôi trơn giảm chấn chuyên dụng chịu được nhiệt độ cực thấp, cho phép vận hành trên phạm vi nhiệt độ rộng từ -45 độ đến +55 độ và loại bỏ hoàn toàn nguy cơ đông đặc ở nhiệt độ-thấp; Các tham số mô-men xoắn của cơ chế lưu trữ-năng lượng{6}}lò xo đã được tối ưu hóa với khả năng dự phòng khả năng chịu nhiệt độ-thấp-thấp nhằm bù đắp lực cản cơ học tăng lên trong môi trường cực lạnh, đảm bảo đủ điện cho các thao tác đóng và mở cũng như loại bỏ lỗi kẹt đóng và lỗi vận hành- tại nguồn của chúng. Giải pháp này đồng thời tương thích với kết cấu cơ khí của tất cả các loại thiết bị đóng cắt trong dự án.
2. Hệ thống khử băng-nhiệt độ không đổi hoạt động: Loại bỏ băng-Các mối nguy hiểm liên quan bên trong tủ
Tủ được trang bị hệ thống sưởi và hút ẩm-có nhiệt độ không đổi thông minh-tích hợp sẵn để theo dõi nhiệt độ và độ ẩm bên trong theo thời gian thực. Nó tự động kích hoạt hệ thống sưởi ở nhiệt độ thấp và hút ẩm ở mức độ ẩm cao, ngăn chặn sự ngưng tụ, hình thành băng và tích tụ sương giá bên trong tủ. Để giải quyết các hạn chế thiết kế của cấu trúc mở trongthiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS), các bộ phận cách nhiệt và chống bụi{0}}có thể điều khiển, kèm theo được lắp đặt. Các bộ phận này cân bằng khả năng thông gió và tản nhiệt với khả năng chống đóng băng ở nhiệt độ thấp, ngăn gió và tuyết xâm nhập và khiến thiết bị bị đóng băng.
3. Vật liệu chịu nhiệt độ thấp-, giòn-được nâng cấp để đảm bảo khả năng cách nhiệt và bịt kín ổn định
Tất cả các vòng đệm tủ đã được thay thế bằng cao su silicon chịu-nhiệt độ-thấp, duy trì độ kín linh hoạt ngay cả ở -40 độ mà không bị nứt hoặc rò rỉ không khí. Các bộ phận cách nhiệt được làm bằng nhựa epoxy-ở nhiệt độ thấp đã được cải tiến, loại bỏ các vấn đề như độ giòn ở nhiệt độ thấp và sự xuống cấp của lớp cách điện. Điều này đảm bảo hiệu suất cách nhiệt ổn định choThiết bị đóng cắt 24 kVtrong điều kiện nhiệt độ-cực thấp, không có nguy cơ rò rỉ hoặc hỏng hóc.
4. Thiết kế chống rung-nhiệt độ thấp cho mạch thứ cấp, đảm bảo logic đóng ổn định
Các thiết bị bảo vệ, rơ-le và các bộ phận phụ đều là thiết bị cấp công nghiệp-được xếp hạng cho phạm vi nhiệt độ rộng, phù hợp để vận hành ở nhiệt độ cực-thấp -40 độ, nhờ đó tránh được các vấn đề như trôi tham số và hiểu sai tín hiệu ở nhiệt độ thấp; logic khóa liên động đóng đã được tối ưu hóa và chương trình tự kiểm tra-trong điều kiện nhiệt độ-thấp đã được thêm vào – các lệnh đóng chỉ được thực thi sau khi trạng thái thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn bắt buộc, loại bỏ nguy cơ vận hành sai hoặc không vận hành được.
5. Cấu trúc tủ chống đông-ngoài trời được tối ưu hóa
Cấu trúc tủ cách nhiệt có-thành kép được sử dụng, với lớp xen kẽ chứa đầy vật liệu cách điện và chống cháy-để nâng cao khả năng chống đóng băng và cách nhiệt của tủ. Cấu trúc ngăn chặn tuyết- và băng-được lắp đặt ở mặt trên và mặt bên của tủ để ngăn tuyết và băng tích tụ đè nặng lên thiết bị, đảm bảo thích ứng toàn diện với điều kiện cực lạnh của các mỏ lộ thiên-không có nơi trú ẩn.
4.-Thử nghiệm hiện trường tại chỗ: Thử nghiệm thực tế về việc đóng một chu trình-trong điều kiện băng giá
Trong kịch bản thử nghiệm ở trường nhiệt độ-cực thấp ở Mohe vào mùa đông, thiết bị được để yên trong 72 giờ liên tục ở -40 độ trong điều kiện đóng băng. Sương giá hình thành ở bên ngoài tủ thiết bị đóng cắt và lớp băng mỏng bao phủ một số khu vực nhất định, mô phỏng các điều kiện ngừng hoạt động nghiêm trọng nhất ở khu vực khai thác mỏ. Sau khi tùy chỉnh đặc biệtThiết bị đóng cắt 24 kVvà đã sửa đổithiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS)đã bắt đầu quy trình tự-kiểm tra của mình, hệ thống-được kiểm soát nhiệt độ đã nhanh chóng làm tan lượng sương giá tối thiểu tích tụ. Mô-men xoắn vận hành, các thông số cách điện và tín hiệu mạch đều đáp ứng các tiêu chuẩn bắt buộc và thao tác đóng đã hoàn tất thành công trong lần thử đầu tiên-mà không bị kẹt, không hoạt động hoặc có báo động. Các thông số vận hành của thiết bị hoàn toàn tuân thủ các tiêu chuẩn phân phối điện công nghiệp và khai thác mỏ.
Các thử nghiệm hiện trường chứng minh rằng độ tin cậy khi khởi động của thiết bị đóng cắt ở điều kiện cực lạnh không bao giờ là vấn đề may mắn mà là kết quả của thiết kế tùy chỉnh nhiệt độ thấp, có hệ thống. Sự cố-ở nhiệt độ thấp trong thiết bị tiêu chuẩn có thể hoàn toàn tránh được thông qua sửa đổi kỹ thuật, cho phép tất cảcác loại thiết bị chuyển mạchđể thích nghi với cái lạnh khắc nghiệt của môi trường ngoài trời phía Bắc.
Phần kết luận
Từ việc thiết bị thông thường thường xuyên không thể hoạt động ở nhiệt độ thấp cho đến việc đóng thành công-lần đầu tiên thiết bị tùy chỉnh cực-lạnh-ở -40 độ trong điều kiện băng giá, việc nâng cấp công nghệ đã khắc phục hoàn toàn những thách thức về phân phối điện ở các khu vực khai thác mỏ phía Bắc có nhiệt độ cực lạnh. Cho dù đó là thiết bị đóng cắt 24 kV để phân phối điện chính hay thiết bị đóng cắt cách điện không khí ngoài trời-có mục đích chung (AIS), hoạt động ổn định của tất cả các loại thiết bị đóng cắt trong điều kiện khắc nghiệt đều phụ thuộc vào khả năng thích ứng thiết kế có mục tiêu với các điều kiện vận hành cụ thể. Logic cốt lõi của việc phân phối điện trong điều kiện cực lạnh không chỉ đơn thuần là buộc thiết bị thích ứng với nhiệt độ thấp mà còn tái cấu trúc toàn diện hiệu suất của thiết bị trên mọi khía cạnh{10}}bao gồm vật liệu, cấu trúc, kiểm soát nhiệt độ và logic vận hành – để xây dựng một tuyến phòng thủ cung cấp điện đáng tin cậy nhằm sản xuất an toàn ở các khu vực khai thác ngoài trời cực kỳ lạnh như Mohe.
Về chúng tôi
Kể từ năm 2018, Công ty TNHH Điện lực Chiết Giang Lvma đã có 17 năm kinh nghiệm thực tế-trong lĩnh vực điện. Là một doanh nghiệp được chứng nhận ISO 9001:2015{8}}, chúng tôi vượt trội trong việc sản xuất các hệ thống thiết bị chuyển mạch thông minh và máy biến áp phân phối loại khô và ngâm dầu đáng tin cậy-, xuất khẩu sang Châu Âu, Trung Đông, Nam Mỹ, Đông Nam Á và Châu Phi.
Được hỗ trợ bởi hơn 40 bằng sáng chế, sức mạnh R&D của chúng tôi thúc đẩy sự phát triển của chúng tôi theo hướng phân phối điện thông minh và thân thiện với môi trường. Thông qua các hoạt động số hóa và giám sát thông minh, chúng tôi luôn cung cấp các sản phẩm kết hợp sự đổi mới, an toàn và độ bền-lâu dài.