Máy đóng cắt mạch đơn pha 12KV, chức năng đóng cắt lại theo giao tiếp DNP3.0, máy đóng cắt mạch cao áp trên cột 11KV

Đóng mạch lại pha đơn (Single phase reclosing) là một phương pháp đóng mạch lại tự động được sử dụng trong bảo vệ đường dây truyền điện trong kỹ thuật điện lực. Cách hoạt động của nó là: khi có hỏng pha đơn, chỉ ngắt pha hỏng và thực hiện đóng mạch lại; khi có hỏng giữa các pha thì ngắt cả ba pha và quyết định có thực hiện đóng mạch lại ba pha hay không tùy tình huống; nếu đóng mạch lại vào hỏng thì ngắt cả ba pha. Phương pháp này chủ yếu được áp dụng cho hệ thống dòng đất lớn từ 220kV trở lên, có thể nâng cao độ tin cậy cấp điện và ổn định tạm thời của hệ thống. Do dòng điện tiềm ẩn do pha bình thường kết hợp thông qua tụ điện và cảm kháng tương tác sẽ ảnh hưởng đến việc tắt điện lửa tại điểm hỏng, cần phải sử dụng các biện pháp như nối đất trung bình cuộn cảm cao áp hoặc đóng cắt đất ngắn thời gian để triệt tiêu điện lửa. Các linh kiện chọn pha bao gồm loại chọn pha theo khoảng cách, loại chọn pha theo biến độ thay đổi chênh lệch dòng điện pha và loại cắt nhanh dòng điện pha. Trên thế giới, nhiều đường dây siêu cao áp trên 1000kV đều sử dụng phương pháp đóng mạch lại pha đơn, còn các đường dây song song cùng cột thì sử dụng phương pháp đóng mạch lại theo từng pha.

Kinh nghiệm vận hành hệ thống điện cho thấy, hỏng hóc trên đường dây treo không dây phần lớn là tạm thời, ví dụ: sự chớp điện trên bề mặt cách điện do quá áp sét, va chạm tạm thời do gió mạnh, phóng điện qua cơ thể chim và sự cố ngắn mạch do cành cây rơi vào dây dẫn... Khi đường dây hỏng được ngắt nhanh, điện lửa sẽ tự tắt, cường độ cách điện tại điểm hỏng sẽ phục hồi lại, do đó sau khi ngắt đường dây rồi thực hiện đóng mạch lại một lần, có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy cấp điện. Hầu hết các đường dây dưới 110kV đều sử dụng phương pháp đóng mạch lại ba pha một lần, theo kinh nghiệm vận hành trên đường dây treo không dây cao áp của hệ thống dòng đất lớn trên 110kV, hơn 70% sự cố ngắn mạch là sự cố ngắn mạch đất pha đơn, đặc biệt là các đường dây treo không dây trên 220kV, do khoảng cách giữa các pha lớn, tỷ lệ sự cố ngắn mạch đất pha đơn thậm chí đạt khoảng 90%. Trong trường hợp này, nếu chỉ ngắt pha xảy ra sự cố rồi thực hiện đóng mạch lại pha đơn, còn hai pha không xảy ra sự cố vẫn tiếp tục hoạt động trong chu kỳ đóng mạch lại, có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy cấp điện và ổn định hoạt động song song của hệ thống. Do đó, trong hệ thống dòng đất lớn trên 220kV, phương pháp đóng mạch lại pha đơn được sử dụng rộng rãi. Khi bảo vệ hỏng đất pha đơn tạm thời ngắt một pha, pha bình thường sẽ cấp dòng điện tụ cho điểm hỏng thông qua tụ điện giữa các pha và tụ điện đối đất, đồng thời dòng điện tải pha bình thường sẽ tạo ra suất điện cảm ứng trên pha hỏng thông qua máy biến áp tương tác giữa các pha, cấp dòng điện cảm tính cho điểm hỏng thông qua tụ điện giữa các pha và đối đất. Hai dòng điện này cùng tạo thành dòng điện tiềm ẩn. Cường độ dòng điện tiềm ẩn liên quan đến tham số đường dây. Nói chung, điện áp đường dây càng cao, dòng điện tải càng lớn, dòng điện tiềm ẩn cũng càng lớn. Do sự tồn tại của dòng điện tiềm ẩn, điện lửa tại điểm hỏng khó tắt, làm chậm thời gian đóng mạch lại pha đơn. Khi sử dụng phương pháp đóng mạch lại pha đơn nhanh, có thể làm thất bại quá trình đóng mạch lại pha đơn và ngắt cả ba pha.

Thời gian đóng mạch lại pha đơn (thời gian từ khi ngắt nguồn tại điểm hỏng đến khi đặt lại điện áp làm việc) phải lớn hơn thời gian cần thiết để điện lửa tại điểm hỏng tắt và cách điện đường dây phục hồi. Khác với đóng mạch lại ba pha, trong quá trình đóng mạch lại pha đơn chỉ ngắt pha hỏng, trước khi điện lửa tại điểm hỏng tắt, điểm hỏng vẫn qua tụ điện giữa các pha, hai pha còn lại đang hoạt động cung cấp dòng điện để duy trì điện lửa, và sau khi điện lửa bị ngắt, điểm hỏng chủ yếu sẽ chịu điện áp phân phối được tạo thành bởi hai pha đang hoạt động qua tụ điện đối đất của pha hỏng. Khi điện lửa bị kéo dài và ngắt do dòng điện qua không, nếu tốc độ phục hồi cách điện tại điểm hỏng thấp hơn tốc độ tăng lên của sóng điện áp nối ngắn, tại khoảng giá trị đỉnh của sóng điện áp này, cách điện tại điểm hỏng sẽ bị đột phá một lần nữa. Lúc này ngoài việc cung cấp dòng điện lửa bởi hai pha không hỏng, năng lượng lưu trữ trên tụ điện hỏng cũng sẽ giải phóng vào điểm hỏng, tạo ra dòng điện chập lại có giá trị đỉnh lớn hơn nhiều so với dòng điện lửa ổn định giai đoạn đầu, hiện tượng này lặp lại mỗi nửa chu kỳ công suất, ảnh hưởng đến thời gian tắt điện lửa cuối cùng. Điện áp vận hành đường dây càng cao, chiều dài đường dây càng dài, thời gian tắt điện lửa cuối cùng sẽ càng dài, thí nghiệm tắt điện nhân tạo và hồ sơ vận hành thực tế đã xác nhận kết luận này. Để rút ngắn thời gian đóng mạch lại pha đơn về một con số hợp lý, ví dụ không quá khoảng 1s, để đáp ứng yêu cầu ổn định hệ thống (thời gian đóng mạch lại), phối hợp bảo vệ tự động và các yêu cầu khác, đồng thời không làm giảm tỷ lệ thành công đóng mạch lại, trên các đường dây dài trung bình có điện áp 500kV trở lên, đã được sử dụng rộng rãi các biện pháp triệt tiêu điện lửa hỗ trợ, chủ yếu có hai loại: ① Tại vị trí nối đất trung bình cuộn cảm cao áp dùng để bù tụ điện của đường dây, nối đất với điện trở cảm có giá trị phù hợp, tác dụng tương đương với một cuộn cảm cộng hưởng song song với nó, do đó làm giảm đáng kể dòng điện liên tục qua điểm hỏng và điện áp phục hồi vượt qua điểm hỏng, tạo điều kiện cho điện lửa tắt nhanh chóng và thành công cuối cùng. Phương pháp này đã được sử dụng thành công và rộng rãi trong hệ thống điện. ② Trong quá trình đóng mạch lại pha đơn, tại hai bên đường dây pha hỏng sau khi ngắt, đóng cắt đất trong thời gian ngắn, làm điểm hỏng ở điện áp cơ bản bằng không, đạt mục tiêu tắt điện lửa nhanh chóng. Đối với các đường dây tải nặng đặc biệt quan trọng (đường dây song song cùng cột), nếu cân nhắc thực hiện đóng mạch lại theo từng pha thành công trong trường hợp hỏng pha cùng tên (ví dụ pha A đường甲 và pha B đường乙), cắt đất là một phương pháp khả thi.