Ở-các vùng địa chấn cao, khả năng chống địa chấn của thiết bị điện trong trạm biến áp và phòng phân phối điện công nghiệp và khai thác mỏ đóng vai trò là tuyến phòng thủ cuối cùng để duy trì nguồn điện sau thảm họa. So với cấu trúc tòa nhà, tủ thiết bị đóng cắt có trọng tâm cao, các bộ phận bên trong có độ chính xác cao và cách bố trí cáp phức tạp. Dưới sự rung động kết hợp của sóng P{3}}địa chấn và sóng S{4}}, chúng rất dễ bị hư hỏng như nghiêng tủ, biến dạng cấu trúc, vận hành công tắc ngoài ý muốn và gãy thanh cái. Theo tiêu chuẩn thiết kế địa chấn quốc gia, thiết bị năng lượng lõi phải vượt qua các bài kiểm tra bảng rung mô phỏng một trận động đất cấp 9 hiếm gặp để đảm bảo nó vẫn đứng thẳng, nguyên vẹn và hoạt động sau trận động đất. Có sự khác biệt đáng kể về độ cứng kết cấu, phương pháp lắp đặt và khả năng dự phòng địa chấn giữa các loại thiết bị đóng cắt khác nhau. Trong số đó,Thiết bị đóng cắt 24 kVVàthiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS)thường được sử dụng trong lưới điện cũng như các cơ sở công nghiệp và khai thác mỏ là thiết bị phổ biến được ưu tiên thử nghiệm, tối ưu hóa và nâng cấp ở các khu vực có-nguy cơ địa chấn{1}}cao; hiệu suất địa chấn của chúng trực tiếp xác định khả năng phục hồi sau động đất-của hệ thống phân phối điện.
Nhiều-nhân viên vận hành và bảo trì tại chỗ có quan niệm sai lầm: họ tin rằng thiết bị đóng cắt nặng vốn có khả năng chống động đất-. Trên thực tế, các tủ thiết bị đóng cắt thông thường không có lớp gia cố chống động đất rất dễ bị hỏng cộng hưởng khi có các rung động lặp đi lặp lại ở tần số cao. Để xác minh độ tin cậy của thiết bị trong các điều kiện khắc nghiệt, ngành thường sử dụng bàn thử nghiệm độ rung để mô phỏng dạng sóng địa chấn thực, tái tạo gia tốc, dải tần và thời gian của một trận động đất cấp 9 hiếm gặp, từ đó đánh giá toàn diện tính toàn vẹn cấu trúc, hiệu suất cơ học và độ ổn định điện của tủ. Bài viết này kết hợp các quy trình kiểm tra độ rung được tiêu chuẩn hóa để so sánh hiệu suất địa chấn của các loại khác nhau.các loại thiết bị chuyển mạch, tập trung phân tích các điểm yếu về địa chấn và các giải pháp gia cố cho thiết bị đóng cắt 24 kV và thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS).
1. Trận động đất cấp 9 hiếm gặp nghiêm trọng đến mức nào? Các yếu tố rủi ro cốt lõi gây ra sự cố địa chấn của thiết bị đóng cắt
Một trận động đất cấp 9 hiếm gặp tạo thành điều kiện vận hành khắc nghiệt vượt quá tiêu chí thiết kế, với gia tốc mặt đất cực đại vượt xa các tiêu chuẩn thiết kế địa chấn thông thường và tần số rung động trải rộng trong phạm vi cộng hưởng tự nhiên của thiết bị đóng cắt. Đối với thiết bị phân phối điện, hư hỏng do địa chấn không phải là một tác động đơn lẻ mà là một chuỗi các dao động, rung xoắn kéo dài hàng chục giây, có thể dễ dàng gây ra hiện tượng cộng hưởng của thiết bị và gây hư hỏng cả về kết cấu và điện.
Từ góc độ vận hành, các sự cố sau động đất trong thiết bị đóng cắt có thể được phân loại thành ba loại: thứ nhất, biến dạng khung tủ, lỏng bu lông neo và lật tủ, dẫn đến toàn bộ thiết bị bị hỏng; thứ hai, sự ngắt mạch ngoài ý muốn của cầu dao bên trong và công tắc cách ly do chấn động địa chấn, dẫn đến mất điện và sự cố đoản mạch-; và thứ ba, lỏng hoặc đứt thanh cái, chất cách điện và dây dẫn thứ cấp, gây hỏng mạch điện. Các loại thiết bị đóng cắt khác nhau có thiết kế cấu trúc riêng biệt và rủi ro hỏng hóc của chúng cũng khác nhau.
thông thườngthiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS)có thiết kế tủ mở với cấu trúc hỗ trợ tương đối nhẹ và độ cứng tổng thể thấp, khiến tủ dễ bị lắc lư quá mức và các bộ phận bị lỏng khi rung; Ngược lại, điện áp trung thế sơ cấpThiết bị đóng cắt 24 kVchứa nhiều bộ phận bên trong, có nhịp thanh cái rộng và có trọng tâm cao, khiến nó rất dễ bị cộng hưởng. Nó gây ra những rủi ro đáng kể như gãy chất cách điện và dịch chuyển thanh cái, do đó là trọng tâm chính của thử nghiệm địa chấn ở các vùng địa chấn mạnh.
2. Hiệu suất địa chấn của các thiết bị đóng cắt khác nhau: Sự khác biệt về thiết bị khi thử nghiệm bàn rung
Trong các điều kiện thử nghiệm bàn rung được tiêu chuẩn hóa mô phỏng một trận động đất cấp 9 hiếm gặp, nhiều loại thiết bị đóng cắt khác nhau thể hiện các mức hiệu suất khác nhau. Độ cứng của kết cấu, độ ổn định tổng thể và khả năng dự phòng địa chấn trực tiếp xác định sự thành công hay thất bại của các cuộc thử nghiệm, cung cấp cơ sở rõ ràng cho việc lựa chọn thiết bị ở những khu vực có-nguy cơ địa chấn-cao.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS), dựa trên khả năng cách nhiệt không khí và bố trí tủ mở, có cấu trúc đơn giản và trọng lượng tương đối nhẹ, dẫn đến rung lắc đáng kể khi có rung động địa chấn. Thiết bị AIS chưa trải qua quá trình gia cố địa chấn chuyên dụng sẽ dễ gặp phải các vấn đề như biến dạng tấm kim loại vỏ, kẹt cơ chế vận hành và lỏng dây dẫn bên ngoài trong quá trình thử nghiệm. Tuy nhiên, do ứng suất cấu trúc phân bố và không có các khoang kín, cứng gây ra lực kéo, độ ổn định địa chấn của nó có thể được tăng cường đáng kể-và các yêu cầu phân phối điện cơ bản cho các khu vực-có nguy cơ địa chấn-cao được đáp ứng-miễn là việc gia cố nền móng thích hợp và các biện pháp hạn chế-giới hạn vị trí được thực hiện.
Là thiết bị điện áp trung thế-cốt lõi cho công nghiệp và lưới điện, thiết bị đóng cắt 24 kV có cấu trúc tủ thông thường với tải tập trung; tuy nhiên, trọng tâm tổng thể của nó tương đối cao và nó chứa một loạt các bộ phận bên trong có độ chính xác dày đặc. Dưới các rung động tần số cao-cường độ 9, các tủ tiêu chuẩn rất dễ bị cộng hưởng, dẫn đến dịch chuyển ngăn kéo của cầu dao, nứt các giá đỡ cách điện khi chịu ứng suất và làm lỏng các đầu nối thanh cái. Do đó, thiết bị đóng cắt 24 kV đủ tiêu chuẩn phải kết hợp các thiết kế chuyên dụng-như gia cố kết cấu, tối ưu hóa giảm chấn và-bảo vệ dừng-giới hạn để vượt qua thành công các bài kiểm tra giới hạn bảng rung.
3. Vượt qua thành công bài kiểm tra địa chấn cấp độ 9-: Logic thiết kế cốt lõi đằng sau cơ chế "Weeble-Wobble" của thiết bị đóng cắt
Thiết bị đóng cắt có khả năng vượt qua thử nghiệm bàn rung động đất cấp độ 9-độ hiếm-không dựa vào trọng lượng của chính nó để chịu được áp suất. Thay vào đó, nó sử dụng phương pháp thiết kế địa chấn có hệ thống-bao gồm "gia cố kết cấu, tránh cộng hưởng, khóa giới hạn và phân tán ứng suất"-để cung cấp nhiềucác loại thiết bị chuyển mạchvới khả năng tự phục hồi và ổn định sau địa chấn, thực sự đảm bảo rằng thiết bị "không bị lật, không bị sập và không gặp trục trặc" khi có động đất.
Đầu tiên, tăng cường độ cứng của khung tổng thể để tăng cường nền kết cấu
Để khắc phục những điểm yếu củaThiết bị đóng cắt 24 kV-cụ thể là sử dụng trọng tâm cao và khả năng cộng hưởng-một khung được hàn hoàn toàn-với các gân gia cố. Điều này giúp tăng cường độ cứng tổng thể của tủ và giảm biên độ biến dạng do rung-gây ra. Các tấm kết nối đế dày hơn và cấu trúc bắt vít-kép ngăn chặn sự trượt và lỏng chân đế trong các sự kiện địa chấn, nhờ đó loại bỏ nguy cơ tủ bị nghiêng hoặc lật tại nguồn.
Thứ hai, thiết kế khóa dừng giới hạn{0}}chuyên dụng giúp ngăn cản sự dịch chuyển thành phần
Các thiết bị chặn-giới hạn địa chấn được lắp đặt trên các bộ phận có thể di chuyển được như bộ phận rút cầu dao, công tắc cách ly và thiết bị đầu cuối thứ cấp để hạn chế độ lệch dịch chuyển do rung động địa chấn gây ra. Giải quyết cụ thể sự lỏng lẻo vốn có trong cấu trúc mở củathiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS),các điểm dừng cơ học và-chốt chống nới lỏng được thêm vào để ngăn chặn cơ chế vận hành và các bộ phận bên ngoài bị lệch, kẹt hoặc bong ra do rung chấn địa chấn.
Thứ ba, tối ưu hóa tần số cộng hưởng để tránh phạm vi rung động địa chấn
Bằng cách điều chỉnh các đối trọng kết cấu và mô-đun giảm chấn, tần số rung tự nhiên của tủ được thay đổi sao cho phạm vi cộng hưởng của nhiều loại thiết bị đóng cắt khác nhau tránh được dải rung tần số cao-có liên quan đến trận động đất cấp 9. Điều này ngăn chặn sự biến dạng do khuếch đại-cộng hưởng và giảm đáng kể thiệt hại do địa chấn gây ra đối với hiệu suất điện và cấu trúc của thiết bị.
Thứ tư, tối ưu hóa tính linh hoạt của kết nối điện để chịu được lực căng do biến dạng{0}}gây ra
Cấu trúc kết nối linh hoạt được áp dụng cho thanh cái và hệ thống dây điện thứ cấp, cho phép biến dạng-do rung động gây ra. Điều này ngăn chặn các biến dạng nhỏ của tủ khi kéo cáp và thiết bị đầu cuối, từ đó loại bỏ các lỗi thứ cấp như đứt dây sau động đất, đoản mạch và hư hỏng lớp cách điện, đồng thời đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng hoạt động liên tục của các mạch điện trong thiết bị đóng cắt 24 kV và thiết bị đóng cắt cách điện không khí (AIS) sau một trận động đất.
4. Giá trị của việc thử nghiệm: Khả năng chống địa chấn không phải là mánh lới quảng cáo-Nó là đường cơ sở an toàn để phân phối điện ở các khu vực có nguy cơ-địa chấn-cao
Một trận động đất cấp 9 hiếm gặp thể hiện một kịch bản cực kỳ có-xác suất thấp,{2}}nguy cơ cực đoan cao. Tầm quan trọng cốt lõi của thử nghiệm bàn lắc nằm ở việc mô phỏng các tình huống thảm họa cực đoan để xác minh khả năng-khả năng chịu lỗi và khả năng sẵn sàng sau-thảm họa của thiết bị đóng cắt. Đối với hệ thống điện ở những khu vực có-nguy cơ địa chấn{8}}cao, thiết bị phân phối điện không cần phải "không bị tổn hại" sau trận động đất nhưng phải "vẫn đứng vững, tránh bị sập và có khả năng khôi phục nguồn điện nhanh chóng".
Thiết bị chuyển mạch 24 kV được tối ưu hoá hoàn toàn cho địa chấn có thể duy trì sự ổn định của cơ sở hạ tầng cung cấp điện chính ngay cả trong điều kiện địa chấn khắc nghiệt; thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) được gia cố và nâng cấp có thể ngăn chặn hiệu quả tình trạng bong tróc thành phần và hỏng hóc cơ học, đảm bảo hoạt động bình thường của các mạch nhánh. Nâng cấp địa chấn được tiêu chuẩn hóa cho nhiều loạicác loại thiết bị chuyển mạchthiết lập một-hệ thống bảo vệ địa chấn nhiều lớp cho mạng lưới phân phối điện ở các khu vực có-địa chấn{2}}có nguy cơ cao, cung cấp hỗ trợ cốt lõi để nhanh chóng khôi phục lưới điện sau-thảm họa và duy trì nguồn điện cho cả nhu cầu dân dụng và công nghiệp.
Phần kết luận
Thiết bị đóng cắt thực sự đáng tin cậy không chỉ xử lý các điều kiện vận hành thông thường một cách trơn tru mà còn chịu được các thử nghiệm khắc nghiệt của thiên tai. Thử nghiệm bàn rung địa chấn cấp 9 hiếm hoi cho thấy khả năng phục hồi địa chấn thực sự của thiết bị phân phối điện. Từ thiết bị đóng cắt lõi 24 kV đến thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) phù hợp với nhiều ứng dụng, tất cả các loại thiết bị đóng cắt đều phải trải qua quá trình kiểm tra địa chấn nghiêm ngặt để có thể triển khai ở các vùng địa chấn cường độ cao-. Thông qua tối ưu hóa cấu trúc, bảo vệ giới hạn, tránh cộng hưởng và thích ứng linh hoạt, thiết bị điện được thiết kế để có khả năng phục hồi của một "đồ chơi đa năng xoay tròn", đảm bảo rằng mọi thiết bị đóng cắt đều trở thành bức tường thành vững chắc cho khả năng phục hồi địa chấn của lưới điện và an ninh nguồn cung cấp.
Về chúng tôi
Chiết Giang Lvma Electric Co., Ltd., được thành lập vào năm 2018, có 17 năm kinh nghiệm chuyên môn trong ngành. Với tư cách là nhà sản xuất được chứng nhận ISO 9001:2015{7}}, chúng tôi chuyên về hệ thống thiết bị đóng cắt thông minh và cả máy biến áp phân phối loại khô và loại ngâm dầu-. Sản phẩm của chúng tôi tiếp cận khách hàng ở Châu Âu, Trung Đông, Nam Mỹ, Đông Nam Á và Châu Phi.
Với hơn 40 bằng sáng chế do nhóm R&D của chúng tôi nắm giữ, chúng tôi đang phát triển từ một nhà sản xuất truyền thống trở thành nhà cung cấp các giải pháp năng lượng thông minh dựa trên công nghệ. Hệ thống sản xuất kỹ thuật số và giám sát thời gian thực-đảm bảo thiết bị của chúng tôi mang lại sự an toàn, hiệu quả và độ tin cậy nhất quán.