Tường ngăn lửa máy biến áp lực dạng Composite

Trạm biến áp có thiết kế độc đáo này sử dụng thiết bị GIS lắp đặt ngoài trời, thông thường cần khoảng 2 hecta diện tích đất cho một thiết kế GIS gọn. Một trạm AIS thông thường chiếm khoảng 4 hecta diện tích đất hoặc thậm chí nhiều hơn. Tuy nhiên không thể có đủ không gian lớn gần đường cao tốc để xây dựng trạm Sinatra theo cách thông thường. Trên thực tế, tổng diện tích xây dựng trạm biến áp Sinatra là 0.6 hecta, vừa đủ để đấu nối các đường dây truyền tải và phân phối và cung cấp điện cho các hoạt động casino kề bên như Monte Carlo Resort, Hotel và Casino New York và trung tâm thành phố Las Vegas. Có một điều lưu ý ở đây đó là phụ tải của trung tâm thành phố vào khoảng hơn 100MW theo tính toán ban đầu.

Thử thách

Thông thường, đối với MBT có thể đáp ứng phụ tải trên, các kỹ sư của Công ty NV Energy tính toán cần ít nhất 9m cho khoảng cách giữa MBT và các thiết bị khác trong trạm. Tuy nhiên điều đó không thể thực hiện được do hạn chế về không gian trạm. Các kỹ sư đã nghiên cứu nhiều giải pháp khác nhau trong tất cả các trường hợp có thể xảy ra để giảm thiểu khả năng cháy MBT và đảm bảo không ảnh hưởng đến các phần tử quan trọng và đắt tiến liền kề trong trạm như thiết bị GIS nếu hỏa hoạn có xảy ra.

Trước tiên, các kỹ sư thiết kế xem xét giải pháp dùng tường chắn lửa kiểu truyền thống. Tuy nhiên, diện tích trạm quá nhỏ để có đủ không gian đưa cần trục vào hoặc lắp đặt MBT với tường chắn lửa. Điều này đòi hỏi một giải pháp mới, trong đó có tính đến khả thi của việc sử dụng tường chắn lửa loại linh động, có thể tháo lắp được.

Chuẩn bị

Sau khi nghiên cứu nhiều giải pháp khác nhau, các kỹ sư đã lựa chọn giải pháp dùng loại tường chắn lửa làm bằng vật liệu composite. Loại tường chắn lửa này có cấu tạo bao gồm nhiều khối kết cấu (modular panels) nhỏ; linh hoạt trong tháo lắp và đáp ứng yêu cầu bảo vệ như các loại tường thông thường. Bên cạnh đó, chi phí của loại tường này cũng khá cạnh tranh với hầu hết các loại tường bê tông. Các kỹ sư thiết kế trạm đã chọn 2 tường chắn lửa Intelli của Công ty Composite Support & Solution. Hai bức tường này có kích thước lần lượt là 12m x 9m và 18m x 9m (chiều rộng x chiều cao), có khả năng chịu được lửa hydrocarbon trong 4 giờ liền. 

Mỗi khối kết cấu (modular panel) có trọng lượng khoảng 145kg, dễ dàng vận chuyển và lắp đặt. Khối kết cấu rỗng bên trong, bề mặt sử dụng vật liệu có khả năng chịu nhiệt như vẫn hay được dùng để làm các tấm bề mặt của tàu con thoi NASA. Trong trường hợp của TBA Sinatra, sử dụng các khối kết cấu giúp cho việc tháo lắp dễ dàng và linh hoạt hơn khi có nhu cầu thay thế hoặc lắp đặt MBA tự ngẫu 230/138kV. Thực tế đã chứng minh rằng một bức tường chắn lửa composite có thể thi công lắp ráp hoặc tháo gỡ dưới 01 ngày, điều đó giúp giảm thiểu thời gian mất điện.

Cuối cùng đó là tường chắn lửa composite có mặt bên nhỏ hơn tường chắn lửa thông thường, do đó giúp cho việc bố trí tất cả các thiết bị dễ dàng hơn, đặc biệt là khi diện tích trạm khá nhỏ như trường hợp trạm Sinatra (0.6 hecta).

Khi đã hoàn tất lắp đặt, không ai biết chính xác các bức tường này sẽ hoạt động như thế nào khi xảy ra cháy kéo dài tại trạm. Tuy nhiên, các kỹ sư rất hài lòng vì đã có những biện pháp phòng ngừa cần thiết. Sau 2 năm, khả năng làm việc của tường lửa composite đã được kiểm chứng trong vụ cháy MBT trạm Sinatra.

Sự cố cháy tại trạm Sinatra

Vào lúc 12:15 am ngày chủ nhật, 15/3/2011, một vụ nổ dẫn đến cháy đã xảy ra tại trạm biến áp Sinatra. Kết quả của vụ cháy là sứ xuyên của MBT vỡ thành nhiều mảnh văng ra khỏi MBT 230/138 kV cắm dính vào 2 bức tường chắn lửa. Ngọn lửa lan rộng vào dầu MBT và phát hỏa toàn bộ MBT. Những nhân chứng có mặt tại khách sạn nhìn thấy khói ngọn lửa bốc lên bầu trời đen cao khoảng 24m. Ngay lập tức, vụ hỏa hoạn đã lên trang nhất bản tin quốc gia.

Phải mất gần 90 phút, ngọn lửa mới tự dập tắt. May mắn thay không có ai bị thương tổn trong sự cố này. Nhờ có sự phối hợp nhịp nhàng giữa đơn vị quản lý vận hành phân phối và truyền tải của Công ty NV Energy, cũng như các cán bộ tại hiện trường, các lộ ra phân phối chính đã được khôi phục sau một vài giờ và tất cả các khách hàng được trả điện trong buổi sáng chủ nhật hôm đó. 

Trong vụ nổ và hỏa hoạn kéo dài hàng giờ, MBT đã bị thiêu rụi; tuy nhiên cả 2 bức tường chắn lửa composite bao quanh vẫn nguyên vẹn. Quan trọng hơn, thiết bị GIS ngay cạnh bên MBT đã không bị hư tổn do ảnh hưởng của vụ nổ và hỏa hoạn, sẵn sàng khôi phục hoạt động. 

Sự kiện này đã chứng tỏ được hệ thống tường chắn lửa composite có kết cấu module hoạt động tốt trong việc duy trì ngọn lửa trong phạm vi gây hỏa hoạn và không lan truyền sang các thiết bị bên cạnh. Theo đó, nó cũng giảm thiểu việc tái thiết khôi phục lại trạm.

Khắc phục sự cố

Vụ nổ sứ cách điện xuyên của MBT đã làm hư tổn một số khối kết cấu của tường composite. Trên thực tế, một mặt của bức tường đã bị xuyên thủng và các mảnh vỡ gim sâu vào khối kết cấu. Do các khối kết cấu được chế tạo rỗng ruột bên trong nên không có bất cứ hư tổn đến tính nguyên vẹn cấu trúc của từng khối.

May mắn là phần lớn các khối kết cấu không bị đâm thủng và đã được thử nghiệm từng phần để xác định cấu trúc vẫn nguyên vẹn. Thử nghiệm này là hoàn toàn có thể vì tường chắn lửa Intelli được xây dựng với các khối kết cấu dạng kẹp rỗng bên trong. Người vận hành có kinh nghiệm có thể sử dụng một cái búa gõ để kiểm chứng tính nguyên vẹn của từng khối. Quy trình thử nghiệm này không yêu cầu phải tháo gỡ, có thể tiến hành nhanh chóng.

Tất cả chỉ có 12 khối kết cấu cần được thay mới trong vụ hỏa hoạn dữ dội và kéo dài vừa qua. Bên cạnh đó, một số vỏ bọc của các xà - cột thẳng đứng bị hư hỏng và cũng cần thay mới. Một lần nữa, việc thay thế có thể thực hiện nhanh chóng và không yêu cầu thêm bảo trì, khôi phục hoặc thay thế các xà - cột.

Nhóm bảo trì của Công ty NV Energy hoàn tất cả quá trình bao gồm tháo gỡ và thay thế những tấm/khối kết cấu hư hỏng và đặt 2 bức tường chắn lửa để hoạt động trở lại chỉ trong vài ngày. Nhóm bảo trì đã tháo những phần hư hỏng của bức tường (gồm các khối kết cấu và vỏ xà - cột đứng), thay mới phần hư hỏng và sơn lại tường chắn lửa. Lượng nhiệt lớn từ lửa MBT đã ảnh hưởng đến kết cấu móng bê tông, làm lộ ra những thanh chịu lực ở một vài vị trí. Do hư hại quá nặng nế, phần móng MBT đã được làm lại và đưa MBT mới vào. Kết quả là Công ty NV Energy đã khôi phục vận hành trạm Sinatra trong 4 tháng.

Nguồn: hcmpc/T&D World