Nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến áp khô có cuộn cao áp tẩm trong epoxy điện áp tới 35kv công suất tới 30000kva

NGUYỄN VĂN THẮNG 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP KHƠ CĨ CUỘN CAO ÁP TẨM TRONG EPOXY, ĐIỆN ÁP ĐẾN 35KV CÔNG SUẤT ĐẾN 30000KVA 2005 - NGUYỄN VĂN THẮNG HÀ NỘI 2007 HÀ NỘI 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY BIẾN ÁP KHƠ CĨ CUỘN CAO ÁP TẨM TRONG EPOXY, ĐIỆN ÁP TỚI 35KV CÔNG SUẤT TỚI 30000KVA NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: NGUYỄN VĂN THẮNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM VĂN BÌNH HÀ NỘI 2007 Danh mục bảng biểu TT Bảng Tên bảng biểu Trang Bảng 1.1 Thành phần khí sinh gia nhiệt epoxy 21 Bảng 3.1 Tính chất nhựa epoxy 200C 78 Bảng 3.2 Bảng so sánh tính chất epoxy khơng có phụ 84 gia có phụ gia Bảng 4.1 Số lớp băng đai thuỷ tinh đai 91 Bảng 4.2 Đặc tính cách điện giấy Nomex loại 414 96 Bảng 4.3 Đặc tính giấy Nomex loại 414 96 Bảng 4.4 ảnh hưởng độ ẩm đến độ bền giấy 96 Nomex loại 414 Bảng 4.5 Một số băng vải thuỷ tinh dùng máy biến 97 áp khô Bảng 4.6 Sự thay đổi tính chất giấy Nomex loại 410- 95 0,25mm độ ẩm tương đối thay đổi 10 Bảng 4.7 Kích thước đồng, nhơm thường gặp 99 11 Bảng 4.8 Khoảng cách đệm đầu máy biến áp khô 103 12 Bảng 5.1 Giá trị điện trở cách điện 122 13 Bảng 5.2 Nhiệt độ quy chiếu máy biến áp khô theo 123 cấp chịu nhiệt 14 Bảng 5.3 Giá trị điện áp thử nghiệm xoay chiều 124 15 Bảng 5.4 Giá trị điện áp thử nghiệm xoay chiều cảm ứng 125 16 Bảng 5.5 Điện áp thử nghiệm xung sét 126 17 Bảng 5.6 Độ tăng nhiệt cho phép máy biến áp khô 127 Danh mục hình vẽ TT Tên hình vẽ Hình Trang Hình 1.1 Các loại máy biến áp hệ thống điện 11 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp 13 Hình 1.3 Máy biến áp dầu 750kVA 22/0,4kV 15 Hình 1.4 Máy biến áp khô quấn giấy cách 16 điện Nomex Hình 1.5 Máy biến áp khơ có cuộn dây đúc nhựa 18 epoxy Hình 1.6 Khả chống cháy cuộn dây đúc epoxy 20 Hình 1.7 Chu trình tái sử dụng máy biến áp khơ 23 Hình 2.1 Mơ hình vật dẫn 27 Hình 2.2 Mơ hình vật dẫn có lực điện từ 28 10 Hình 2.3 Mặt cắt dây quấn máy biến áp 30 11 Hình 2.4 Phân bố từ áp dây quấn sơ cấp đặt xa trụ 33 máy biến áp 12 Hình 2.5 Phân bố từ áp dây quấn sơ cấp đặt gần trụ 33 máy biến áp 13 Hình 2.6 Lực điện từ dọc trục dây quấn đặt đối xứng 38 14 Hình 2.7 Lực hướng kính 40 15 Hình 2.8 Phân bố lực hướng kính theo chu vi dây quấn 40 đồng tâm 16 Hình 2.9 Đường sức từ trường tản 41 17 Hình 2.10 Phân bố từ trường tản làm đơn giản 41 18 Hình 2.11 Ký hiệu kích thước tính Ex 43 19 Hình 2.12 Dây quấn xen kẽ đối xứng 46 20 Hình 2.13 Dây quấn chia thành phần 46 21 Hình 2.14 Mặt cắt A-A cuộn dây 47 22 Hình 2.15 Lực hướng kính phân bố dây quấn sát trụ 48 23 Hình 2.16 Biến dạng dây quấn gần trụ với số dọc 49 khác 24 Hình 2.17 Số dọc phụ thuộc vào tỷ số a/Dtb 50 25 Hình 2.18 Từ trường ngang trục phân bố ampe không 52 đối xứng 26 Hình 2.19 Tấm đệm ép bối dây 53 27 Hình 2.20 Mơ hình dây quấn 54 28 Hình 2.21 Phân bố nhiệt độ theo hướng kính epoxy 55 sau thời điểm ngắn mạch 29 Hình 2.22 Mặt cắt ngang trụ rỗng đối xứng 55 30 Hình 2.23 Phần mặt cắt (a) biến dạng phần mặt cắt (b) 56 31 Hình 2.24 32 Hình 2.25 Mơ hình tính ứng suất 64 33 Hình 4.1a Tiết diện trụ máy biến áp dầu 87 34 Hình 4.1b Tiết diện trụ máy biến áp khơ 87 35 Hình 4.2 Hướng dẫn từ ghép vng góc ghép chéo góc 88 36 Hình 4.3a Cơng nghệ ghép Step - lap 89 37 Hình 4.3b Cơng nghệ ghép Step - lap 89 38 Hình 4.4 Lá tơn gơng máy biến áp khơ 90 39 Hình 4.5 Một vài kiểu cách điện ép gông bu 90 62 lơng xun 40 Hình 4.6 ép trụ đai 92 41 Hình 4.7 Kết cấu mạch từ máy biến áp khơ 94 42 Hình 4.8 ảnh hưởng độ ẩm đến độ bền cách điện 96 43 Hình 4.9 Dây quấn hạ áp máy biến dầu 98 44 Hình 4.10 Sơ đồ dây quấn đồng 99 45 Hình 4.11 Dây quấn hạ áp máy biến áp khô dạng “foil” 100 46 Hình 4.12 Cuộn dây hạ áp máy biến áp khơ 101 47 Hình 4.13 Dây quấn đồng tâm tiết diện trịn 103 48 Hình 4.14 Dây quấn đồng tâm galét tiết diện tròn 103 chữ nhật 49 Hình 4.15 Cách bố trí cuộn dây 103 50 Hình 4.16 Dây quấn xốy ốc liên tục 104 51 Hình 4.17a Dây quấn cao áp dạng “foil” 105 52 Hình 4.17b Dây quấn cao áp dạng “foil” 106 53 Hình 4.18 Điện áp lớp hai kiểu dây quấn 106 54 Hình 4.19 Cuộn dây cao áp khơng có thơng gió dọc trục 107 55 Hình 4.20 Cuộn dây cao áp có thơng gió dọc trục 107 56 Hình 4.21 Cách bố trí đầu điều chỉnh 108 57 Hình 4.22 Các đầu điều chỉnh điện áp 109 58 Hình 4.23 Khn đúc cuộn dây 111 59 Hình 4.24 Quấn cuộn dây cao mặt khn đúc 113 60 Hình 4.25 Sơ đồ đúc cuộn dây cao áp 115 61 Hình 4.26 Máy biến áp khơ 118 62 Hình 5.1 Sơ đồ tương đương phóng điện cục 128 63 Hình 5.2 Sơ đồ đo phóng điện cục 128 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Hệ thống truyền tải điện thiếu máy biến áp, máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống có điện áp U1 dịng điện I1 với tần số f1 thành hệ thống điện có điện áp U2 dịng điện I2 với tần số f2 tần số f1 Điện từ máy phát đưa đến nơi tiêu thụ thường phải biến đổi điện áp thành nhiều cấp Chúng ta tính kVA công suất đặt cần sử dụng phải cần đến 57 kVA cơng suất đặt máy biến áp Trong trình sản xuất sử dụng máy biến áp, người ta ln ln phải có biện pháp hồn thiện cấu trúc, hình dáng, tính …để đáp ứng nhu cầu đa dạng hệ thống truyền tải phân phối điện Những ngày đầu, máy biến áp dầu dường có ưu việt tuyệt đối hệ thống truyền tải điện năng, công suất máy nâng cao khả tuần hoàn làm mát tự nhiên dầu tốt Điện áp máy nâng cao dầu có khả nâng cao cách điện giấy cách điện số số vật liệu cách điện khác ngâm dầu Máy biến áp dầu chế tạo lên tới cơng suất hàng trăm kVA, hiệu suất đạt tới 99,8% Người ta tưởng máy biến áp ngâm dầu thoả mãn hầu hết yêu cầu đảm bảo an toàn truyền tải điện Hiện máy biến áp phân phối chiếm số lượng lớn máy có cơng suất nhỏ, làm nhiệm vụ phân phối điện đến hộ tiêu thụ điện Khi máy biến áp dầu sử dụng làm máy biến áp phân phối đặt khu trung cư, tồ nhà cao tầng, cơng sở, bệnh viện, hầm mỏ, nhà máy hoá chất, nơi có u cầu cao phịng chống cháy nổ v.v…thì máy biến áp dầu khơng cịn ưu việt mà lại trở thành đối tượng gây nguy hiểm Vì dầu ngun nhân gây cháy nổ, tạo khí độc hại thải môi trường xung quanh Thời gian đầu, vật liệu cách điện cao phân tử dùng để chế tạo máy biến điện áp máy biến dòng, tiếp đến vào năm 60 kỷ 20 vật liệu nghiên cứu hoàn thiện nâng dần chất lượng để ứng dụng vào sản xuất máy biến áp khô cuộn dây tẩm đúc epoxy Sự đời máy biến áp khô giải nhược điểm máy biến áp dầu an tồn phịng chống cháy nổ phân phối điện Đối với nước ta nhu cầu sử dụng máy biến áp khô việc phân phối, truyền tải điện ngày nhiều Nguyên nhân trình thị hố nhanh thành phố lớn với phát triển kinh tế nên nhiều trung tâm thương mại, nhà cao ốc, khu đô thị mới, nhà hàng khách sạn, khu vui chơi giải trí, khu liên hiệp thể thao, bệnh viện, khu công nghiệp mọc lên Việt Nam nay, chưa có sở sản xuất máy biến khô đúc epoxy Một số sở sản xuất chế tạo máy biến áp triển khai nghiên cứu công nghệ để bước chế tạo sản xuất máy biến áp khô bọc dây quấn cao áp dây quấn hạ áp epoxy Một số công ty sản xuất máy biến áp nước công ty HANAKA, công ty Chế tạo Điện Hà Nội, công ty sản xuất thiết bị điện THIBIDI mua cuộn dây quấn chế tạo sẵn nước ngoài, công ty chế tạo lõi tôn Việt Nam sau lắp ráp thành máy hồn chỉnh, thử nghiệm đưa vào sử dụng Những máy biến áp đánh giá đảm bảo chất lượng, nhiên giá thành cao gấp khoảng từ 3,5 lần máy biến dầu tương đương Hiện Cơng ty Chế tạo Điện Hà Nội có đăng ký đề tài khoa học cấp nhà nước, nghiên cứu công nghệ chế tạo máy biến áp khô trọn Việt Nam Tuy nhiên bước đầu khuôn đúc, vật liệu epoxy, dây truyền đúc dự kiến nhập toàn từ nước nước trung tâm nghiên cứu Polyme trường đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu epoxy cách điện bước đưa vào ứng dụng sản xuất vật liệu cách điện Máy biến áp khơ có dây quấn tẩm đúc epoxy có ưu điểm trội nâng cao an toàn phân phối truyền tải điện Những ưu điểm bật kể sau: - Ưu điểm lớn an tồn sử dụng - Khơng gây cháy nổ, khơng tạo khí độc hại - Chịu ẩm tốt bị tác động môi trường bụi bẩn - Chịu ngắn mạch áp tốt - Có khả tải tốt - Có thể đặt gần tải tiêu thụ - Giảm khơng gian lắp đặt - Chi phí bảo dưỡng thấp Để sản xuất máy biến áp khô Việt Nam cần quan tâm đến nhiều vấn đề mặt lý thuyết công nghệ chế tạo Những vấn đề chủ yếu cần quan tâm nghiên cứu để ứng dụng vào sản xuất máy biến áp khô nay: Tính tốn lực ngắn mạch máy biến khô, cuộn dây tẩm epoxy, kết cấu dây quấn thay đổi… Tính tốn ứng suất nhiệt dây quấn máy biến áp khô xảy ngắn mạch khơng có dầu làm mát điều kiện làm mát khó hơn, epoxy dẫn nhiệt tốt Kết cấu dây quấn máy biến áp khô để phù hợp với điều kiện làm mát chịu lực ngắn mạch Công nghệ tẩm đúc cuộn dây máy biến áp khô Phương pháp thử nghiệm máy biến áp khơ có khác biệt so với máy biến áp dầu ý nghĩa khoa học thực tiễn Để góp phần giải vấn đề luận văn tập trung nghiên cứu phần sau: - Luận văn nghiên cứu tìm hiểu máy biến áp khô, ưu điểm nhược điểm máy biến áp khô so với máy biến áp dầu - Luận văn nghiên cứu tính tốn lực điện từ tính tốn ứng suất nhiệt dây quấn máy biến áp khô ngắn mạch - Luận văn nghiên cứu vật liệu epoxy sử dụng máy biến áp khô - Luận văn đưa quy trình cơng nghệ chế tạo cuộn dây, quy trình tẩm đúc cuộn dây máy biến áp khô - Luận văn nghiên cứu phương pháp kiểm tra thử nghiệm máy biến áp khô Kết luận văn góp phần hồn thiện nghiên cứu mặt lý thuyết hồn thiện cơng nghệ chế tạo máy biến áp khô Kết luận văn sở mặt lý thuyết thực tế từ bước làm chủ cơng nghệ chế tạo máy biến áp khô ứng dụng đưa vào chế tạo sản xuất máy biến áp khô Việt Nam Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Mục đích Nội dung luận văn nhằm vào mục đích nghiên cứu mặt lý thuyết thực tế để đưa công nghệ chế tạo máy biến áp khô phù hợp nhằm làm chủ công nghệ sản xuất bước sản xuất máy biến khô Việt Nam với giá thành cạnh tranh với máy biến áp khô nhập ngoại 3.2 Đối tượng Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo máy biến áp phân phối có cuộn dây đúc epoxy điện áp tới 35kV công suất tới 30000kVA 127 Chương Thử nghiệm máy biến áp khô Máy biến áp sau khô sau sản xuất phải kiểm tra đầy đủ mục theo tiêu chuẩn mà nhà sản xuất áp dụng mục thử khác thoả thuận nhà sản xuất khách hàng Đối với máy biến áp khô áp dụng tiêu chuẩn IEC 76 IEC 726 quy định riêng cho máy biến áp khơ Tồn thơng số thử nghiệm phải theo tiêu chuẩn IEC tổ chức tương đương quy định Có loại thử nghiệm sau: Thử nghiệm thường xuyên: Là loại thử nghiệm tiến hành máy Thử nghiệm điển hình: Là thử nghiệm tiến hành máy đại diện cho máy biến áp khác nhằm chứng minh máy biến áp thoả mãn điều kiện quy định không nằm thử nghiệm thường xuyên Thử nghiệm đặc biệt: Là thử nghiệm tiến hành theo thoả thuận nhà chế tạo bên sử dụng Thử nghiệm khác với thử nghiệm thường xuyên khác với thử nghiệm điển hình a, Những yêu cầu chung môi trường làm việc máy biến áp khơ - Vị trí đặt máy trạm biến áp đặt vỏ tủ bảo vệ mà khơng khí chuyển động làm mát lõi thép cuộn dây cách trực tiếp - Máy làm việc nơi có độ cao không vượt 1000m so với mực nước biển - Nhiệt độ khơng khí làm mát: + Khơng vượt 40OC + Không thấp -25OC máy biến áp khô làm việc ngồi trời + Khơng thấp -5OC máy biến áp khô làm việc nhà 128 + Nhiệt độ trung bình tháng 30OC + Nhiệt độ trung bình hàng năm 20 OC - Điện áp nguồn cung cấp phải có dạng sóng gần hình sin - Đối với máy biến áp ba pha, điện áp nguồn cung cấp ba pha gần đối xứng b, Phương pháp làm mát máy biến áp Máy biến khơ làm mát khơng khí trực tiếp làm mát cưỡng khơng khí loại khí Các ký hiệu phương pháp làm mát máy biến áp khô: Máy biến áp khô sử dụng chữ viết hoa để phương pháp làm mát A- Air: Làm mát không khí tự nhiên G- Gas: Làm mát khí N-Nature: Khơng khí chuyển động tự nhiên F-Forced: Khơng khí chuyển động cưỡng Hiện máy biến áp khơ có dạng làm mát sau: ANAN: Làm mát trực tiếp khơng khí tự nhiên GNAN: Làm mát trực tiếp khí làm mát GNAF: Làm mát cưỡng khơng khí tự nhiên khí làm mát Ta xét thử nghiệm máy biến áp khô: 5.1 Thử nghiệm thường xuyên: Thử nghiệm điện trở cách điện Với máy biến áp khơ có điện áp nhỏ 35kV sử dụng Mêgơm 2500V để đo điện trở cách điện Điện trở cách điện đượcđo cuộn dây cao áp vỏ máy lõi tôn, hạ áp với vỏ máy lõi tôn, cuộn dây cao áp hạ áp Giá trị điện trở cách điện tham khảo bảng sau: 129 Điện áp Điện trở cách điện dây quấn dây quấn(kV) 20OC 30OC 40OC 50OC 60OC