Kéo dài tuổi thọ máy biến áp lực nhờ theo dõi tốt hơn

ImageMáy biến áp lực là thành phần thiết yếu của hệ thống truyền tải điện và thường là tài sản giá trị nhất trong trạm biến áp. Kết cấu các cuộn dây máy biến áp dựa trên công nghệ đã được kiểm nghiệm theo thời gian, đó là dây dẫn đồng bọc trong cách điện xenlulô được tẩm kỹ dầu cách điện. Trong nhiều thập kỷ qua, nhờ cải tiến công cụ thiết kế và công nghệ chế tạo, người ta đã giảm đáng kể được tổn thất, sử dụng vật liệu một cách tối ưu, nhờ đó giảm được kích thước máy và giá thành chế tạo. Với mức thời gian trung bình giữa hai sự cố (mean time between failure – MTBF) là trên 100 năm, máy biến áp được xem là loại thiết bị có độ tin cậy cao.

Tuy nhiên, đội ngũ máy biến áp ở Bắc Mỹ hiện đang ngày một già cỗi (tuổi trung bình của máy là khoảng 30 năm, nhiều máy còn trên 50 năm). Điều này tự nó đã làm tăng rủi ro sự cố, nhưng kèm theo đó lại là xu hướng ép buộc các máy biến áp phải mang tải cao hơn, trước sức ép kinh tế trong điều kiện hệ thống điện đã được tự do hóa. Mặt khác, áp lực kinh tế cũng đòi hỏi phải kéo dài tuổi thọ máy biến áp đồng thời cắt giảm chi phí bảo trì. Thật may mắn là đa phần những yêu cầu đối nghịch này xem ra vẫn có thể đáp ứng được nếu áp dụng rộng rãi công nghệ đỉnh cao về phương pháp theo dõi loại thiết bị lạc mốt này. Theo dõi trực tuyến liên tục cho phép phát hiện sớm hiện tượng xuống cấp cách điện có nguy cơ dẫn tới sự cố. Phát hiện sớm sự xuống cấp cách điện máy biến áp sẽ giúp giảm thiểu sự cố nghiêm trọng có thể dẫn tới cắt điện ngoài kế hoạch và yên tâm hơn trong trường hợp cho máy làm việc quá tải định mức.

Các loại hình sự cố

Hệ thống theo dõi toàn diện phải bao quát những loại sự cố khác nhau có thể xảy ra trong máy biến áp. Các nguyên nhân chính gây nên sự cố có thể được tóm tắt như sau:

Lão hóa cách điện

Theo thời gian, và dưới tác dụng của nhiệt độ, mạch phân tử cách điện dây quấn máy biến áp dần bị đứt, làm giảm độ bền cơ học của giấy cách điện. Độ ẩm trong giấy và khí ôxy trong dầu cách điện cũng là những yếu tố thúc đẩy quá trình xuống cấp này. Giảm đặc tính cơ học dẫn đến nguy cơ phá hủy cách điện dây quấn khi máy biến áp chịu tác động của lực điện động do dòng ngắn mạch gây nên. Những rạn nứt trong cách điện của cuộn dây làm giảm cường độ điện môi và có thể dẫn đến phóng điện mặt ngoài khi có điện áp quá độ, thậm chí ngay cả trong điều kiện làm việc bình thường. Những hiện tượng này có thể được theo dõi liên tục nhờ thuật toán dựa trên các đặc tính của máy biến áp kết hợp với việc sử dụng những giá trị đo được về nhiệt độ dầu, dòng tải và hàm lượng ẩm trong dầu.

Suy giảm độ bền điện môi

Với  máy biến áp mới, cường độ điện môi của kết cấu cách điện được xác định bằng các thử nghiệm điện môi để xác định độ dư an toàn của độ bền cách điện máy biến áp so với các điều kiện vận hành dự kiến. Độ dư an toàn này có thể bị suy giảm do bị nhiễm bẩn nước, các phần tử phụ phẩm của sự xuống cấp dầu, hoặc sự xuất hiện các bọt khí tự do thoát ra từ cách điện ướt quá bão hòa. Sự xuống cấp này có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện theo chu kỳ trên bề mặt cách điện. Việc đánh giá yếu tố này đòi hỏi phải theo dõi liên tục các lượng cực nhỏ phụ phẩm khí do phóng điện tạo ra và hòa tan trong dầu.

Điểm phát nóng cục bộ

Độ ổn định nhiệt của máy biến áp được chứng minh một phần bằng thử nghiệm nhiệt thực hiện khi mua máy, nhưng cũng còn có thể căn cứ vào quá khứ vận hành của máy. Khi máy biến áp lão hóa dần, các điểm nóng có thể sẽ phát triển do có những điểm kết nối không chặt hoặc việc làm mát bị suy giảm cục bộ do có sự chuyển vị cuộn dây máy biến áp hay trương nở cách điện. Các điểm phát nóng bất thường trên dây dẫn hoặc trong kết cấu cách điện sẽ làm phát sinh khí hòa tan vào trong dầu. Có thể phát hiện các điểm nóng cục bộ này nhờ bộ cảm biến đặt đâu đó dọc theo đường tuần hoàn dầu.

Bộ điều chỉnh điện áp

Đa số các máy biến áp đều được trang bị cuộn điều chỉnh và bộ điều chỉnh điện áp để thay đổi tỉ số biến áp sao cho phù hợp với điều kiện vận hành. Trên thực tế, đó là cơ cấu cơ khí duy nhất chuyển động bên trong máy biến áp và theo thời gian sẽ bị hư mòn.

Trên các tiếp điểm động có thể hình thành lớp màng mỏng làm giảm bề mặt tiếp xúc. Điện trở tiếp xúc tăng dần sẽ dẫn đến tăng nhiệt độ và hiện tượng tạo khí, và sự xuống cấp không thể đảo ngược của các tiếp điểm. Nói chung, bộ điều chỉnh điện áp có liên quan đến một tỉ lệ lớn các sự cố máy biến áp. Để khắc phục, người ta đã phát triển nhiều phương pháp theo dõi tình trạng cơ khí của chúng nhằm cảnh báo sớm người vận hành máy biến áp.

Leave a Reply

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *