Giải pháp giám sát, tìm kiếm sự cố chạm đất cho tủ nguồn DC220V

1/ Phân tích kỹ thuật

Sơ đồ nguyên lý của tủ nguồn DC220V phổ biến trong các trạm biến áp truyền tải tại Việt Nam.

Tủ DC220V bao gồm 2 thanh cái DC220V được cấp nguồn từ hai bộ Battery charger, có máy cắt liên lạc, mỗi hệ thanh cái này được nối tới mỗi tủ ắc quy riêng. Thanh cái pha Âm và Dương không nối đất (nguồn một chiều cách ly với đất).

Tải nguồn DC được chia làm hai loại: "tải thường" được cấp bởi một nguồn DC cung cấp và "tải ưu tiên" được cấp bởi hai nguồn DC tới.

Các hiện tượng gây sự cố tủ DC220V chủ yếu nguyên nhân là do chạm đất, hiện tượng này phổ biến và thường xuyên xẩy ra trong quá trình hoạt động của trạm đặc biệt với điều kiện thời tiết nóng ẩm, nhiệt đới tại Việt Nam.

Chúng ta phân tích các kịch bản xẩy ra khi có sự cố chạm đất tủ nguồn DC220V dưới đây:

Thứ nhất: Cả hai sự cố chạm đất đều xẩy ra trên một pha (âm, hoặc dương).

Trường hợp này hệ thống vẫn làm việc bình thường, chưa gây ra sự cố gì, đây cũng là trường hợp phổ biến hay xẩy ra và gây chủ quan cho người sử dụng khi có sự cố chạm đất báo từ Role bảo vệ.

Thứ hai: Sự cố chạm đất thứ 2 xẩy ra ở một pha khác. Trong trường hợp này: (i) Nếu tổng trở sự cố là nhỏ sẽ gây ra ngắn mạch tủ nguồn DC220V, tác động thiết bị bảo vệ quá tải trong tủ DC220V; (ii) Nếu tổng trở sự cố là lớn, dòng điện chạm đất nhỏ, thiết bị bảo vệ quá tải không tác động, dòng điện này chạy trong hệ thống nhị thứ, có thể gây ra tác động đóng cắt nhầm role, contactor như hình minh họa dưới đây.

Tóm lại, cả hai trường hợp trên đều rất nguy hiểm tới tính an toàn cung cấp điện của mạng lưới, tới an toàn điện hệ thống, đặc biệt là trường hợp tác động nhầm.

Như vậy, việc chúng ta cần làm là:

Một là: Giảm thiểu các nguyên nhân gây ra sự cố chạm đất trong thi công lắp đặt thiết bị, vệ sinh, bảo trì, bảo dưỡng…

Hai là: Nhanh chóng xác định nguyên nhân, vị trí sự cố chạm đất lần 1, cách ly, khắc phục, tránh để xẩy ra sự cố chạm đất thứ 2 khi sự cố thứ 1 chưa được khắc phục. Dẫn tới sự cần thiết phải có hệ thống giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất Online, tìm kiếm "nóng" không cần phải ngắt điện hay dừng hệ thống (chờ lịch sửa chữa định kỳ).

2/ Hiện trạng tại Việt Nam

Qua khảo sát tìm hiểu thực trạng các tủ DC220V tại các trạm truyền tải điện và các nhà máy điện tại Việt Nam, về thiết bị bảo vệ chạm đất cho tủ DC220V, chúng tôi có nhận xét sau.

Thứ nhất: Phổ biến sử dụng một role bảo vệ chạm đất như BA300 của GE, Alstom, hay CM-IWN ABB. Cá biệt có một số dự án tủ DC220V không có role bảo vệ chạm đất.

Thứ hai: Tính năng của thiết bị này RẤT CƠ BẢN. Cài đặt ngưỡng bảo vệ bằng vít vặn xoắn, báo tác động đầu ra bằng tiếp điểm khô khi cách điện hệ thống suy giảm tới ngưỡng bảo vệ, có thể có báo chạm đất pha dương hay âm. Không có theo dõi và cảnh báo sớm, không có Logging giá trị hệ thống, không có đo lường giá trị chạm đất hiện tại và hiển thị bằng LCD, không truyền thông RS485 hay Ethernet, không hỗ trợ tìm kiếm định vị sự cố chạm đất.

Khi có lỗi chạm đất lần 1 xẩy ra, người vận hành phải rất lâu mới tìm kiếm được sự cố chạm đất lần 2 vì: (i) Phương án tìm kiếm vị trí sự cố chạm đất phải thao tác thủ công, phân loại và tắt bật từng tải, dẫn tới phải dừng hệ thống mới làm được; (ii) Thời tiết nóng ẩm tại Việt Nam, những ngày mưa nhiều và lớn cũng làm suy giảm cách điện của toàn trạm, có thể về ngưỡng lỗi chạm đất, tuy nhiên lại không hẳn là chạm đất. Nếu không có thiết bị đo lường và giám sát giá trị, lập biểu đồ theo dõi thông số cách điện sẽ khó cho người vận hành phân tích, phán đoán lỗi và khắc phục lỗi.

3/ Đề xuất Phương án kỹ thuật

Qua phân tích ở trên, về tính năng bảo vệ chạm đất cho tủ DC220V các trạm truyền tải (đặc biệt là với các trạm truyền tải không người vận hành), chúng tôi đề xuất hai tiêu chí sau.

Một là: Role giám sát điện trở cách điện của tủ DC220V phải có màn hình LCD, giám sát giá trị chạm đất Realtime và phải có tính năng truyền thông kết nối với hệ thống phần mềm giám sát trung tâm, hoặc bảng giám sát từ xa realtime/Online.

Hai là: Phải có hệ thống giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất realtime, online cố định hoặc bằng tay để nhanh chóng phát hiện, loại trừ các sự cố chạm đất ngay khi xẩy ra.

Hình ảnh tham khảo thiết bị của hãng BENDER-CHLB Đức.

4/ Giải pháp thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất cho tủ DC220V (hãng BENDER - CHLB Đức)

Hãng Bender GmbH & Co. KG có trụ sở đặt tại Londorfer Straße 65, 35305 Grünberg, Germany, ra đời từ năm 1937, hiện có mạng lưới đối tác phân phối trên 70 quốc gia trên toàn thế giới, trong đó tại Việt Nam, Công ty CP MES-Engineering Việt Nam là nhà phân phối chính thức. (Xem chi tiết tại: www.bender.de và www.mese.vn)

Tổng quan về giải pháp của BENDER:

Sơ đồ giải pháp thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất của hãng BENDER cho tủ DC220V.

Hệ thống tìm kiếm sự cố chạm đất của BENDER được chia ra làm bốn phần.

Phần 1: Thiết bị giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất: IRDH575, Iso685-..-P với màn hình LCD lớn hiển thị các giá trị đo lường, kết nối truyền thông Ethernet.

Phần 2: Thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất các xuất tuyến: EDS440,460,490, EDS150.

Phần 3: Biến dòng độ nhạy cao: W../W..-8000; WS../WS...-8000.

Phần 4: Bộ chuyển đổi, kết nối truyền thông: COM465IP, COM465DP.

Ngoài ra, hệ thống có thể sử dụng kết hợp thêm với bộ tìm kiếm sự cố chạm đất bằng tay EDS195P.

Nguyên lý làm việc của hệ thống tìm kiếm sự cố chạm đất của BENDER

Giả sử chúng ta có sơ đồ làm việc như hệ thống, nguồn DC220V với 6 tải lộ ra. Điện trở cách điện khi làm việc bình thường là 100kOhm, ngưỡng chạm đất cài đặt báo lỗi là 10kOhm.

Hệ thống giám sát tìm kiếm sự cố chạm đất gồm: 1 role giám sát tìm kiếm sự cố chạm đất IRDH575 hoặc Iso685-..-P; 1 bộ đinh vị sự cố chạm đất, có thể giám sát tới 12 xuất tuyến: EDS460/440 và 6 Biến dòng độ nhạy cao W/WS...

Kết nối mạng truyền thông: IRDH57 đóng vai trò là Master (địa chỉ 01); bộ định vị sự cố EDS460 là Slave (địa chỉ 02) các kênh lộ ra giám sát bới các biến dòng W tại các kênh ký hiệu là K1,2,3,4,5,6.

Giả sử, có sự cố chạm đất xẩy ra ở thiết bị thứ 3 (k3); sự cố chạm đất này làm suy giảm cách điện của toàn hệ thống về 10kOhm; Role IRDH575 sau khi đo lường giá trị được là 10kOhm sẽ báo lỗi: Isolation fault 10kOhm. Ngay lập tức Role này sẽ yêu cầu bộ tìm kiếm sự cố chạm đất EDS460 làm việc, đồng thời rơle IRDH575 sẽ bơm ra một xung tìm kiếm sự cố chạm đất Ip (có các ngưỡng cài đặt: 10-50mA và 1-2,5mA), đây là một xung vuông một chiều đặc biệt (chỉ đi qua và cảm nhận được bởi thiết bị của BENDER); dòng Ip này sẽ chạy trong mạch DC220V, chạy qua điểm sự cố chạm đất, chạy tới dây PE (đất) và quay về Rơle IRDH575 (dòng Ip này, việc chạy tạo thành mạch vòng kín với IRDH575 là rất dễ dàng, trong IRDH575 có bộ lọc bên trong).

Như vậy, dòng Ip sẽ chạy thành một mạch vòng từ IRDH575 qua cáp điện, xuyên qua biến dòng độ nhạy cao W/Ws ở kênh K3, qua điểm chạm đất và về lại IRDH57. Dòng Ip này chạy qua W/WS, biến dòng này biết được và đưa giá trị đo lường về Bộ tìm kiếm sự cố chạm đất EDS460, bộ EDS460 này ngay lập tức báo lỗi, cảnh báo kênh K3 bị lỗi trên thiết bị này cũng như truyền thông báo về cho IRDH57 biết là: "Tôi" thiết bị Slave địa chỉ 2 phát hiện lỗi ở vị trí K3 có dòng chạm đất đo lường chạy qua (giả sử là 12mA); từ đó chúng ta biết chính xác được sự cố chạm đất đang xẩy ra tại đâu để khắc phục, sửa lỗi.

5/ Một số dự án đã thực hiện tại Việt Nam (cập nhật tháng 9/2017)

Trên thế giới, có nhiều nhà máy điện, trạm truyền tải điện sử dụng thiết bị của BENDER cho việc tìm kiếm sự cố chạm đất. Tại Việt Nam, chúng tôi liệt kê một số dự án điển hình đã sử dụng giải pháp/ thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất của BENDER sau đây.

KS. BÙI SỸ GIANG - GIÁM ĐỐC MES-ENGINEERING VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

- Protective measures with Insulation monitoring: Application of Unearthed IT power systems in Industry, Mining, Railways, Marine/Oil and Electric/Rail Vehicles – tác giả Wolfgang Hofheinz (vde-verlag.de)

- Isulation Monitoring and Earth Fault Detection in 220 V D.C. network in a new power plane - tác giả Holger Kuhl (EDS470 in Power Plants)

- Báo cáo kết quả và hình ảnh dự án thực hiện tại: PVD5, Nhiệt điện Thái Bình 1.

- Các tài liệu sản phẩm của BENDER tại bender.de và của MES-Engineering VN tạiwww.mese.vn