Chẩn đoán cách điện máy phát

CHẨN ĐOÁN CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN IV.1 Giới thiệu chung Cuộn dây stator là một trong các bộ phận quan trọng nhất của máy phát, cách điện của cuộn dây stator là yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Khả năng cách điện của cuộn dây stator giảm bởi nhiều tác động khi máy phát làm việc. Vì vậy cần biết trước thời điểm hư hỏng để xác định mức cách điện cần thiết cho quá trình làm việc trong giai đoạn trước đó. Việc này trở nên quan trọng để tiến hành sửa chữa phục hồi tại thời điểm thích hợp (thay đổi lõi stator, sắt từ...). Để quyết định phương pháp đánh giá tuổi thọ của cuộn dây stator, Công ty điện lực Tokyo đã tiến hành: Khảo sát liên tục sự thay đổi tính chất của cách điện trong khoảng thời gian hơn 30 năm. Phối hợp nghiên cứu về tuổi thọ cách điện cuộn dây cùng với nhà chế tạo. Tại TEPCO, theo các chính sách sau đó, phương pháp đánh giá tuổi thọ của cuộn dây được thiết lập và bắt đầu ứng dụng vào năm 1994. ở đây phương pháp đó bắt đầu bằng việc giải thích kỹ thuật cách điện cuộn dây stator, trước tiên là cơ chế hư hỏng cách điện. IV.2 Cấu tạo của cuộn dây stator IV.2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật cách điện Cùng với sự tăng lên nhanh chóng của công suất máy như máy quay sử dụng điện cao áp, máy phát cũng được nâng cấp bởi sự phát triển của hệ thống làm mát và ứng dụng các phương pháp cách điện mới. Vật liệu cách điện cơ bản của cuộn dây stator trong các máy quay này là bằng mica, kết cấu của cách điện được tăng cường bằng nhựa cứng. Trước đây, cách điện nhựa cứng thiên nhiên của cuộn dây stato được sử dụng dưới dạng nhựa cánh kiến và nhựa đường. Tuy nhiên nhựa cứng tổng hợp có tính chất tốt về điện, cơ khí, nhiệt, môi trường cùng với sự phát triển nhanh chóng của hoá học polymer trong những năm gần đây nên được các nhà sản xuất sử dụng để chế tạo cách điện.

Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 CHƯƠNG IV: CHẨN ĐOÁN CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN IV.1 Giới thiệu chung Cuộn dây stator phận quan trọng máy phát, cách điện cuộn dây stator yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy tuổi thọ thiết bị Khả cách điện cuộn dây stator giảm nhiều tác động máy phát làm việc Vì cần biết trước thời điểm hư hỏng để xác định mức cách điện cần thiết cho q trình làm việc giai đoạn trước Việc trở nên quan trọng để tiến hành sửa chữa phục hồi thời điểm thích hợp (thay đổi lõi stator, sắt từ ) Để định phương pháp đánh giá tuổi thọ cuộn dây stator, Công ty điện lực Tokyo tiến hành: - Khảo sát liên tục thay đổi tính chất cách điện khoảng thời gian 30 năm - Phối hợp nghiên cứu tuổi thọ cách điện cuộn dây với nhà chế tạo Tại TEPCO, theo sách sau đó, phương pháp đánh giá tuổi thọ cuộn dây thiết lập bắt đầu ứng dụng vào năm 1994 phương pháp bắt đầu việc giải thích kỹ thuật cách điện cuộn dây stator, trước tiên chế hư hỏng cách điện IV.2 Cấu tạo cuộn dây stator IV.2.1 Quá trình phát triển kỹ thuật cách điện Cùng với tăng lên nhanh chóng cơng suất máy máy quay sử dụng điện cao áp, máy phát nâng cấp phát triển hệ thống làm mát ứng dụng phương pháp cách điện Vật liệu cách điện cuộn dây stator máy quay mica, kết cấu cách điện tăng cường nhựa cứng Trước đây, cách điện nhựa cứng thiên nhiên cuộn dây stato sử dụng dạng nhựa cánh kiến nhựa đường Tuy nhiên nhựa cứng tổng hợp có tính chất tốt điện, khí, nhiệt, mơi trường với phát triển nhanh chóng hố học polymer năm gần nên nhà sản xuất sử dụng để chế tạo cách điện 71 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Quá trình phát triển kỹ thuật cách điện thể bảng IV.1 Năm Loại cách điện 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 Hợp chất asphalt Nhựa cứng polyester Nhựa cứng epoxy Bảng IV Quá trình phát triển kỹ thuật cách điện cuộn dây stator Mặc dù nhựa cứng polyeste nhựa cứng epoxy sử dụng giống nhựa cứng tổng hợp nhựa cứng epoxy cách điện muộn sử dụng Mica có đặc tính tốt phóng điện cục vật liệu thiếu sử dụng rộng rãi chế tạo cách điện cuộn dây Tuy mica lột vỏ tự nhiên sử dụng trước bìa mica với tính chất điện thoả mãn ứng dụng để sản xuất cách điện năm gần Phương pháp cách điện cuộn dây stator cần hạn chế khuyết tật cách điện cuộn dây tới mức để ngăn chặn tượng phóng điện cục Q trình chế tạo cách điện cuộn dây thể hình IV.1, bao gồm giai đoạn tẩm áp suất chân không tăng cường cách điện nhựa cứng giai đoạn tẩm cách điện chân không, người ta tiến hành tẩm chất liệu cho cách điện cuộn dây đơn sau cho toàn cuộn dây, giai đoạn áp dụng cho máy móc sử dụng điện áp cao loại máy móc lớn thơng thường Mặt cắt cuộn dây thể hình IV.2, ví dụ cuộn dây stator bố trí rãnh máy phát hình IV.3 72 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thy in v bo dng sa cha (1) Giai đoạn tẩm cuộn dây đơn Giai đoạn tẩm toàn cuộn dây Cuốn dải cách điện Cuốn dải cách điện JE-HYO-MG-01 Tẩm áp suất chân không Tẩm áp Cấy ghép suất chân Khử khí nhựa cứng không Đa vào rÃnh Nối phần với Tẩm cách điện cuộn dây áp suất chân không Cuốn dải cách Giai đoạn điện đà đợc tăng cờng tăng cờng bằng nhựa nhựa cứng cứng Tẩm áp suất chân không Ph¶n øng nhiƯt Ph¶n øng nhiƯt KÕt thóc KÕt thóc Định hình nhiệt Kết thúc Định hình nhiệt KÕt thóc Hình IV.1 Q trình sản xuất cách điện cun dõy stator Cuộn dây cách điện Cuộn dây cách điện nhựa đờng nhựa cứng tổng hợp Cách điện (Vòng dây đợc bao bọc mica nhựa đờng Cách điện (Vòng dây đợc bao bọc mica nhựa cứng tổng hợp Vòng dây (Vòng dây đợc bọc Cotton Amiăng) Vòng dây (Vòng dây đợc bọc băng thuỷ tinh) Lớp vỏ bọc Amiăng (để bảo vệ) sau xử lý ngăn chặn vầng quang Lớp vỏ bọc thuỷ tinh (để bảo vệ) sau xử lý ngăn chặn vầng quang Hỡnh IV.2 Mặt cắt cuộn dây Stator 73 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Miếng ngăn Miếng đệm trung gian Miếng đệm dới nêm Nêm Cuộn dây Miếng đệm đáy Cách điện Miếng ®Ưm tr−ỵt Lâi thÐp stator MiÕng ®Ưm èng dÉn khÝ Hình IV.3 Sắp xếp cuộn dây rãnh IV.2.2 Các nhân tố gây hư hỏng cách điện cuộn dây stator Hư hỏng cách điện cuộn dây stator máy phát kết tổ hợp yếu tố có liên quan tới tình trạng làm việc, bao gồm thời gian làm việc máy phát, tần suất khởi động dừng máy, điều kiện mơi trường bên ngồi Các yếu tố định q trình lão hóa chia làm bốn loại sau: nhiệt, điện, khí, mơi trường Hư hỏng cách điện thông thường không phụ thuộc vào yếu tố riêng lẻ nêu mà luôn tổ hợp tác động Yếu tố thứ xét mặt tác dụng xem cở sở yếu tố khác c Lão hóa nhiệt Các vật liệu cách điện bị lão hóa tăng lên nhiệt độ trình làm việc Phạm vi phần bị lão hóa nhiệt thay đổi phụ thuộc vào trở nhiệt vật liệu sử dụng, thông số máy phát nhiệt độ tăng đặc tính thời gian Vật liệu cách điện đối tượng thay đổi chất lượng biến dạng Các khuyết tật có khuynh hướng phát triển tróc Tại vị trí định cách điện, trình lão hóa có khuynh hướng phát triển phương diện phóng điện giảm sút sức bền khí cách điện Q trình làm cho cách điện bị hư hại hút ẩm, với tác động khác làm tăng ứng lực hư hỏng môi trường 74 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 d Lão hóa mang tính chất điện Khi phóng điện xảy khuyết tật phát triển lớp cách điện tác dụng điện áp bình thường trình làm việc, lớp cách điện bị mài mòn tất yếu Sự mài mòn phụ thuộc vào q trình phóng điện cục bắt đầu vật liệu hữu (của lớp cách điện) sau khuyết tật riêng lẻ nối liền lại với Phóng điện với quy mơ lớn xảy điều kiện lan rộng sang vật liệu vô mica sợi thủy tinh Hư hỏng cách điện phóng điện cục xảy phía rãnh lõi thép tác động điện áp chiều Hơn hư hỏng có xu hướng phát triển từ vị trí gần phần dẫn điện nơi tập trung điện trường Khi hư hỏng cách điện xảy nguyên nhân khuyết tật tróc mảng tăng lên phía lớp cách điện, q trình hư hỏng phát triển dẫn đến giảm sút chất lượng cách điện phóng điện cục Cuộn dây cung cấp điện áp bình thường q trình hoạt động có điện áp khơng bình thường tác động lên Khi xung điện áp vượt giới hạn cho phép lặp lặp lại dẫn đến q trình lão hóa cách điện phóng điện hình (“treeing”) phóng điện cục Trong trường hợp này, suy giảm cường độ điện môi cách điện pha cần lưu ý e Lão hóa mang tính học Cuộn dây máy phát phận chịu tác dụng học lặp lặp lại trình làm việc Các tác động học kết hoạt động khởi động dừng máy, lực điện từ sinh trình làm việc thời gian hư hỏng hệ thống, rung xảy trình làm việc chu kỳ nhiệt Dưới tác động ứng lực học hoạt động khởi động dừng máy, ứng lực uốn, xoắn tập trung đầu lõi thép cuộn dây Hiện tượng lặp lặp lại ứng lực uốn làm chia tách lớp cách điện ranh giới chúng hình thành phát triển vết nứt phần cuộn dây buộc chặt dây bện hay dây thừng nhỏ Trong số trường hợp, dao động điện từ xảy q trình làm việc cịn dẫn đến chia tách hình thành vết nứt lớp cách điện Khi dây buộc bị lỏng ra, ma sát xảy cuộn dây lõi thép phụ thuộc vào độ rung vịng dây dẫn đến q trình hư hỏng sau Tình trạng tải biến đổi đột ngột chu kỳ nhiệt hoạt động khởi động dừng máy gây ứng lực lặp lặp lại lớp cách điện dẫn đến chia cắt lớp cách điện tăng tốc độ hình thành khuyết tật làm cho q trình hư hỏng phát triển nhanh chóng 75 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Trong trường hợp, tượng có khuynh hướng tập trung vùng cuối vịng dây Các biểu khó phát kiểm tra mắt thường trình kiểm tra chi tiết Các hư hỏng học thể dạng: chia tách lớp cách điện, hình thành vết nứt lớp cách điện, mài mòn, tạo khe hở làm hỏng lớp bảo vệ phóng điện vầng quang (corona) Kết với hư hỏng có tính chất điện phá hỏng cách điện Các hư hỏng đề cập phần trước làm cho trình hút ẩm mạnh hơn, làm bẩn loại hư hỏng khác môi trường Đây nhân tố làm giảm trị số điện trở cách điện cuối phá hỏng cách điện f Lão hóa mơi trường Các ví dụ điển hình lão hóa mơi trường hư hỏng dầu, bụi, ẩm ướt Lão hóa dầu biểu dạng chia tách tan rã cách điện nở vật liệu cách điện Sự có mặt dầu cho phép mẩu bụi nhỏ dễ dàng bám vào bề mặt cách điện làm cho điện trở bề mặt cách điện giảm Tình trạng trở nên trầm trọng trình lão hóa Thậm chí mảnh bụi nhỏ thân chúng dẫn điện chúng nguyên nhân làm giảm điện trở cách điện hút ẩm Hơn nữa, nguy hiểm bụi gây trở ngại cho ống dẫn khí làm cho nhiệt độ làm việc tăng lên Sự hút ẩm mức nước lụt tượng ngưng tụ sương nhân tố trực tiếp gây hư hỏng cách điện Trong giai đoạn dừng làm việc kéo dài khoảng thời gian thời tiết ẩm mùa mưa, cường độ điện môi cách điện thường giảm sút tác động hút ẩm Thiết bị làm việc cách điện ẩm làm tăng tốc độ phân ly thuỷ phân với tham gia ẩm nhiệt Sự hấp thụ ẩm tác động nhiều đến lớp cách điện q trình lão hóa Tương tự hư hại bẩn, hư hại hạn chế việc tăng cường làm làm khô Các tượng hư hỏng môi trường nêu thường xuất bề mặt lớp cách điện Khi cung cấp điện áp cao điều kiện điện trở cách điện giảm, hư hỏng dạng rãnh bề mặt phát triển dịng điện rị phóng điện nhỏ Các hư hỏng dạng rãnh nguyên nhân hình thành kênh đường dẫn điện sản phẩm cácbon phá hỏng bề mặt cách điện Theo yếu tố làm lão hóa cách điện mơ tả, cường độ điện môi cuộn dây stator suy giảm sau nhiều năm gây hư hỏng sớm điện môi Đối với cuộn dây cách điện nhựa đường, lão hóa nhiệt xảy trước tiên Loại lão hóa làm mềm, chọc thủng, hoá vật liệu tăng cường cho cách điện Giai đoạn q trình lão hóa hình thành khe hở lớp cách điện chia tách lớp cách điện gây phóng điện cục Sự phát triển thông 76 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 thường trình dẫn đến hư hỏng cách điện sau oxi hố mài mịn diễn Cách điện nhựa cứng tổng hợp có khả chống ẩm nhiệt dễ bị phá hại ứng lực lặp lặp lại độ giãn nở nhiệt chất dẫn điện cách điện khác gây chu kỳ nhiệt có liên quan tới hoạt động khởi động dừng máy Do ứng lực này, khe hở bắt đầu xuất lớp cách điện làm chúng bong đặc biệt phần cuối cuộn dây hư hỏng cách điện diễn nhanh phóng điện Cuộn dây cách điện nhựa cứng co lại thể tích theo thời gian làm hình thành khe hở nhỏ cách điện cuộn dây Phóng điện khe hở tăng tác động mạnh đến hệ thống bơm làm việc điện áp cao việc sơn phủ lại vành thay nêm (sử dụng hệ thống lị xo đàn hồi) q trình kiểm tra định kỳ hệ thống Hơn nữa, chí cuộn dây có cách điện băng nhựa cứng, tỷ lệ suy giảm cường độ điện môi so sánh với cách điện vật liệu tổng hợp asphalt đề cập Tỷ lệ suy giảm cường độ điện môi hàng năm thông thường 2,5% /năm cho cách điện tổng hợp tăng cường (0,5 - 1,2)%/năm cho cách điện nhựa cứng tăng cường Các số nên thay trị số cảnh báo tin cậy Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy vài trường hợp tỷ lệ (2,1 - 4,1)%/năm cho cách điện nhựa cứng tăng cường Cần chắn việc đánh giá xác cường độ điện môi cách điện thực q trình kiểm tra thơng thường q trình chẩn đốn cách điện, để có biện pháp khắc phục thích hợp thay trước q trình hư hỏng làm phá huỷ vịng dây 77 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dng sa cha (1) JE-HYO-MG-01 Phần cuối cuộn dây Phần nằm rÃnh a) Cuộn dây máy phát Lớp cách điện Lớp băng cách điện Khuyết tật Tróc mảng Cuộn dây Chia tách cuộn dây b) Mặt cắt phần cuối cuộn dây Hỡnh IV Vớ d v tình trạng lão hóa cuộn dây stator máy phát IV.2.3 Hiện trạng kỹ thuật chẩn đoán hư hỏng cách điện Để đánh giá xác tình trạng hư hỏng (cường độ điện môi dư) cách điện vòng dây đòi hỏi tiến hành thử nghiệm phá huỷ điện môi Tuy nhiên, để thực thử nghiệm điện mơi cần thiết phải tháo máy phát kéo rotor Hơn nữa, cuộn dây mà thử nghiệm phá huỷ điện mơi thực khơng thể sử dụng mà cần tiến hành sửa chữa Vì cơng việc địi hỏi ngừng máy phát thời gian dài chi phí lớn Để tránh gặp phải vấn đề này, chẩn đoán hư hỏng thơng qua chẩn đốn từ bên ngồi khác (thử nghiệm không phá hủy) nghiên cứu phát triển Ngày chẩn đoán hư hỏng sử dụng phổ biến Nhật Bản, Viện trung tâm nghiên cứu công nghiệp điện lực đưa báo cáo số 67001 Báo cáo cho biết cần đảm bảo cường độ điện môi 2E+1 (E sức điện động định mức) cho cách điện tổ hợp cuộn dây với đất (điện áp định mức 3,3kV, 6,6kV, 11kV) Hiện phương pháp chẩn đoán áp dụng cho cách điện nhựa cứng tổng hợp, TEPCO tiến hành chẩn đoán hư hỏng cách điện dựa phương pháp Sau khái quát phương pháp chẩn đốn hư hỏng nói Ngồi cần đảm bảo ba điều kiện tiến hành thử nghiệm: 78 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 c Nhiệt độ cuộn dây nhiệt độ thông thường (68F ±27F/200C±150C) d Điện áp thử nghiệm xoay chiều lớn sức điện động định mức E (hoặc 1,25E/ ) e Không tiếp đất pha thử nghiệm Cường độ điện môi đòi hỏi cho thử nghiệm xác định theo phối hợp cách điện với thiết bị chống sét xuất điện áp khơng bình thường hệ thống Có quy định khác xác định Bảng IV.2 Cường độ điện môi yêu cầu Hãng quy định Hunt,Vivan Wieseman Johnson,Kamnosono Báo cáo kỹ thuật số 67001 Cường độ điện môi yêu cầu 1,5E, AC, phút (2E+1.000V)*0,65, AC, phút 6/5E+400V, AC, phút 2E+1.000V, thời gian ngắn (1) Thử nghiệm dịng điện chiều Theo ngun tắc chẩn đoán hư hỏng áp dụng cho cuộn dây tình trạng khơ Do số phân cực PI tính tốn thử nghiệm dịng điện chiều (điện áp thử nghiệm 1KV) điều kiện cuộn dây khô Khi cung cấp điện áp cao chiều cho cách điện nhận dịng điện giảm dần theo thời gian tiến dần đến hng s nh trờn hỡnh IV.5 I Ia(t): dòng điện hấp thụ Id(t): dòng điện nạp tức thời Ir: dòng ®iƯn rß I(t): dßng ®iƯn tỉng t Hình IV.5 79 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Dòng cách điện bao gồm dòng điện nạp tức thời Id(t), dòng điện hấp thụ Ia(t), dòng điện rò Ir thể công thức sau: I(t) = Id(t) + Ia(t) + Ir (IV.1) Dòng điện nạp tức thời dòng điện sinh tượng phân cực điện tử điện mơi, phân cực ngun tử,v.v , dịng điện tồn khoảng thời gian ngắn Dòng điện hấp thụ dòng điện sinh tượng phân cực lưỡng cực phân cực điện tích khơng gian, tồn khoảng thời gian dài giảm dần theo thời gian Dòng điện rò bao gồm dòng ion dòng electron Dòng điện dò loại dòng điện dẫn sinh chuyển động phần tử mang điện cách điện, không thay đổi theo thời gian Cách điện tốt dịng điện rị nhỏ, chất lượng cách điện giảm dần tuyến tính theo thời gian, ảnh hưởng dòng điện rò xuất từ từ, dịng điện tương ứng với đường cong có độ dốc mềm Khi cách điện hút ẩm bề mặt bẩn dịng điện rị lớn tốc độ suy giảm dòng điện nhỏ Tỷ số điện áp dòng điện cung cấp trị số điện trở cách điện, sau cung cấp điệp áp dịng điện làm việc bình thường, trị số điện trở cách điện sau phút 10 phút đo đếm PI tính tốn theo cơng thức sau.(được xác định điều kiện cuộn dây khô) PI = Dòng điện(sau phút)/Dòng điện(sau 10 phút) = Điện trở cách điện (sau phút)/Điện trở cách điện (sau 10 phút) (IV.2) (2) Thử nghiệm góc tổn thất điện mơi Khi đặt điện áp xoay chiều lên cách điện xuất tổn thất Tổn thất bao gồm tổn thất dòng điện rò, tổn thất phân cực điện mơi tổn thất phóng điện cục Đối với tổn thất này, mô tả hình IV.6, tất dịng bị trễ sau thành phần dịng nạp góc trễ gọi góc tổn thất điện mơi tang góc gọi tang góc tổn thất điện mơi (tgδ) Ví dụ điển hình đặc tính tang góc tổn thất điện áp thể hình IV.7 Dòng điện nạp Dòng điện (I) Điện áp (V) Hình IV.6 Biểu đồ véc tơ điện áp - dòng điện xoay chiều cách điện 80 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 cung cấp sức điện động định mức cung cấp E (hoặc 1,25E/ ) trì quan hệ tỷ lệ tăng tuyến tính theo biểu thc ny Dòng điện xoay chiều I = ((I-I0)/I0)*100(%) (IV.4) I I0 Pi1 E Điện áp cung cấp (kV) Hỡnh IV.8 c tớnh V-A xoay chiu (I0,I) Dòng điện xoay chiều Điện áp cung cấp Pi1 Pi2 Hình IV.9 Đặc tính V-A xoay chiều (Pi1,Pi2) Hơn nữa, cuộn dây bị hư hỏng cách điện rõ rệt, trị số điện áp tăng điểm Pi2 thể hình IV.9, nhiên Pi2 cần thoả mãn ba điều kiện sau: c Trị số Pi2 lớn 1,68 lần Pi1 82 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 d Hệ số tăng tỷ lệ dòng Pi2 lớn 1,7, m = tgθ2/tgθ0 e Tốc độ tăng lên dòng từ Pi2 đến 1,2 Pi2 không đổi Các trị số sử dụng để đánh giá hư hỏng cách điện: ∆I, Pi1, Pi2 (4) Thử nghiệm phóng điện cục Khi khe hở tồn cách điện, đặt điện áp xoay chiều tăng dần theo thời gian lên cách điện điện áp khe hở tăng Khi điện áp đạt tới trị số phóng điện khe hở phóng điện khe hở tăng lên Cường độ phóng điện phụ thuộc vào chiều dài khe hở điện tích sinh khe hở lớp cách điện Vì mức độ hư hỏng lớp cách điện đánh giá việc đo đếm q Mạch đẳng trị phóng điện bên cách điện trường hợp có khe hở lớp cách điện mô tả hình IV 10 Ca Cg Vg Cb Hình IV.10 Sơ đồ mạch thử nghiệm phóng điện cục Cg điện dung khuyết tật cách điện mà phóng điện phát sinh Cb điện dung cách điện nối tiếp với Cg Ca điện dung phần khác so với Cg Cb Vg điện áp phóng điện chỗ khuyết tật Khi tăng điện áp xoay chiều đặt lên cách điện tới trị số điện áp phóng điện Vg hình IV.11 xảy tượng phóng điện khe hở điện áp khe hở q trình phóng điện giảm nhanh chóng tới trị số điện áp dư Vr Tuy nhiên tăng lên điện áp đặt lên cách điện làm cho khe hở mở rộng hình thành khe hở Khi sụt áp cách điện ∆V thể công thức sau 83 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Hình IV.11 × : ®iĨm x¶y phãng ®iƯn khe hë ∆V = (Vg - Vr).Cb/(Ca+Cb) ≈ (Vg - Vr).Cb/Ca Vì Ca>>Cb (IV.5) Như độ sụt áp ∆V xuất q trình phóng điện với điện tích ∆V.Ca q = ∆V.C gọi điện tích phóng điện biểu kiến Trị số q tính tốn đo đếm thực tế Trong thử nghiệm phóng điện cục bộ, số lần xảy phóng điện mối quan hệ (các đặc tính phân bố phóng điện) với tổng lượng điện tích đề cập tới, trị số điện tích phóng điện lớn qm coi đặc điểm để đánh giá q trình hư hỏng Khơng giống đặc điểm khác cho biết mức độ hư hỏng cuộn dây, trị số qm, tgδ, ∆I mức độ trung bình cịn cho thấy mức độ hư hỏng vùng hư hỏng lớn cuộn dây (hư hỏng cục bộ) Một “tiêu chuẩn hư hỏng cách điện” giới thiệu bảng IV.3 Tiêu chuẩn thiết lập sở sử dụng liệu tương ứng với đặc điểm đánh giá hư hỏng cách điện điện áp phá huỷ xoay chiều thời gian ngắn cuộn dây máy phát có cách điện tổng hợp Điện áp thử nghiệm lớn Vm (kV) Sức điện động định mức E (kV) E 1,25E/ 3,3 6,6 11 6,6 11 ∆tgδ (%) 0,7 6,5 6,5 0,9 2,5 ∆I (%) qm (C) 4,0 - 8,5 1.10-8 12,0 1.10-8 2,5 1.10-8 5,0 1.10-8 Bảng IV.3 Tiêu chuẩn hư hỏng cuộn dây cách điện vật liệu tổng hợp asphalt 84 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 Khi áp dụng tiêu chuẩn hư hỏng cách điện, tiêu chuẩn không thoả mãn điều kiện sau đánh giá “Cuộn dây khơng có cường độ điện mơi cần thiết cho q trình hoạt động” c Khi Pi2 xuất khoảng sức điện động định mức có thơng tin d Khi Pi2 không tồn - Đối với cuộn dây điện áp định mức 3,3kV, có hai thơng tin ∆I ∆tgδ - Đối với cuộn dây điện áp định mức 6,6kV 11kV, có hai ba thơng tin ∆I ∆tgδ qm Ví dụ trình thử nghiệm tiến hành kiểm tra hư hỏng cách điện minh họa hình IV.12 85 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 § an g vËn h µn h so ng son g N g õn g vận hàn h so ng son g M áy ® Ĩ k h « n g N h iƯt ® é cu é n d ©y 68F±27F 0 C ± 15 C D õ n g m ¸y T hư n gh iƯm b»n g d òn g điện m ột ch iều L àm k h ô P I> ,5 Sai Đ úng T h ng h iƯm b »ng d ß ng ® iƯn x o ay chiỊu ∆ I< G i¸ trị ch u ẩn V m : Đ iện áp th ng h iƯm lí n n hÊt E : Đ iện áp địn h m ứ c Sai: V m = ,2 E / § óng: V m=E T h n gh iƯm b ằn g dò n g điện xo ay ch iều T h nghiƯm tỉ n thÊt ® iƯn m «i T hư n gh iƯm tỉn th Êt ®iƯn m ô i T nghiệm phón g điện cục bé T hư nghiƯm phãn g ®iƯn cơc bé X ö lý Hình IV.12 Trình tự trình thử nghiệm hư hỏng cách điện Cần có thử nghiệm để kiểm tra nhiệt độ độ khô cuộn dây, tiến hành thử nghiệm dòng điện xoay chiều với điện áp thử ngiệm cao 1,25E/ , để xem trị số ∆I có vượt tiêu chuẩn không xác định trị số Vm thử nghiệm đặc tính xoay chiều IV.2.4 Các vấn đề phương pháp Phương pháp xác định mức độ hư hỏng cách điện thời điểm kiểm tra Vì để tính tốn tuổi thọ cần phải thực hai nhiều lần chọn độ sụt áp thời điểm Tuy nhiên hư hỏng cách điện phát triển khơng giống nhau, 86 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 vị trí mà tốc độ phát triển tăng hư hỏng xảy trước Khi mức độ thay đổi khác thường máy phát, ước lượng trung bình mang tính thống kê khơng thể đánh giá Vì lý này, thời gian tu sửa lại cuộn dây stator, cường độ điện mơi cịn lại khơng đủ Đặc tính hư hỏng cách điện theo thời gian phục v : Các cuộn dây đợc tháo : Máy đợc tháo Điện áp 100 phá huỷ 80 Khởi động dừng máy 12.452 lần 60 40 Cờng độ điện môi nhỏ (2E+1KV) 20 0 10 Năm lµm viƯc 20 30 Hình IV.13 Ví dụ suy giảm điện áp phá huỷ (Theo liệu thử nghiệm phá huỷ mẫu máy phát cuộn dây) IV.3 Nâng cao độ xác đánh giá tuổi thọ cách điện cuộn dây máy phát điện IV.3.1 Độ xác đánh giá tuổi thọ dựa kiểm tra xem xét hư hỏng (1) Đánh giá tuổi thọ Như đề cập trên, trình kiểm tra xem xét hư hỏng trước tuổi thọ khơng thể tính tốn sau lần kiểm tra mà cần phải tiến hành hai nhiều lần chọn độ sụt áp thời điểm Nếu cường độ điện mơi đảm bảo 20 năm đầu kể từ hoàn thành trình lắp ráp máy phát thay vòng dây, thử nghiệm đánh giá hư hỏng cách điện tiến hành kiểm tra chi tiết máy phát 10 năm Sau phát triển hư hỏng nhanh hơn, việc tính tốn đánh giá tiến hành với chu kỳ năm Khi trình hư hỏng đánh giá trình kiểm tra này, chu rút ngắn lại thời điểm cường độ điện môi 2E +1kV lấy làm thời điểm thay cuộn dây 87 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) Năm Kiểm tra chi tiết máy phát Thử nghiệm đánh giá tình trạng cách điện (a) 10 20 µ µ (b) (b) JE-HYO-MG-01 25 27 28 30 λ (c) (d) (e) (f) (a) Nắm tính chất ban đầu : Tại thời điểm hồn thành q trình lắp ráp máy phát thay cuộn dây (b) Thử nghiệm định kì: lắp ráp, kiểm tra chi tiết máy phát (đại tu) (c) Thử nghiệm định kì: sau 20 năm trở nên, tiến hành thử nghiệm với chu kỳ năm Các tình trạng hư hỏng phát lưu trữ (d) Quan sát phát triển hư hỏng: phát thấy hư hỏng thời điểm đưa định thay cuộn dây (e) Quan sát phát triển hư hỏng: đánh giá tình trạng trình hư hỏng (f) Thay cuộn dây, tiến hành kiểm tra chi tiết máy phát (2) Đánh giá tuổi thọ thử nghiệm phá huỷ điện môi Sự căng thẳng thời gian dài, nhân cơng chi phí cần cho thử nghiệm phá huỷ nói để đánh giá tuổi thọ thực tế trường hợp thay cuộn dây máy phát Ví dụ việc đánh giá tuổi thọ sử dụng kết nhà máy thuỷ điện Azumi số Cường độ điện môi cần thiết để máy phát tiếp tục làm việc ổn định 2E+1(kV) Vì thời điểm điện áp phá huỷ giảm tới 2E+1(kV) xem tuổi thọ thiết bị Mặc dù cường độ điện mơi địi hỏi : ×15,4 + = 31,8 kV (sức điện động định mức máy phát E = 15,4kV), nhà máy Azumi, điện áp phá huỷ Vs = 39,6 kV Vì thời điểm thay cuộn dây, cường độ điện môi dư 7,8kV Với giả thiết tốc độ hư hỏng cách điện trước sau thời điểm nhau, từ biết cường độ điện môi 2E+1 (kV) vào khoảng tháng năm 1997, thời điểm thay cuộn dây sai số khoảng năm 88 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) 100 Điện áp phá huỷ điện môi thời ®iĨm s¶n xt V0 = 92,4kV JE-HYO-MG-01 Ti thä gi¶ định cuộn dây Tuổi thọ cuộn dây theo kiểm tra 3ữ4 năm 50 Điện áp phá huỷ điện môi thời điểm kiểm tra Cờng độ điện môi yêu cầu nhỏ 31,8kV Aug-70 Jan-76 Jul-81 Jan-87 Jul-92 Dec-97 Jun-03 Hình IV.14 (3) Độ xác trình đánh giá tuổi thọ Trước hết, điều kiện kỹ thuật thời điểm thay cuộn dây lấy làm tuổi thọ Sự sai khác so với tuổi thọ theo kết thử nghiệm phá huỷ điện môi xem sai số Kết bảng IV.4 Nhà máy/Tổ máy Bắt đầu vận hành Thời điểm thực thử nghiệm Số năm qua Điện áp định mức V0 (kV) Vs (kV) Tuổi thọ cuộn dây theo kiểm tra Sai số (%) Trung bình Azumi /Tổ máy Kuriyama /Tổ máy Iwamoto Iwamoto Yagisawa Yagisawa /Tổ máy /Tổ máy /Tổ máy /Tổ máy 08/1970 11/1963 03/1965 03/1965 12/1965 12/1965 10/1993 12/1990 10/1992 10/1992 10/1990 09/1989 23,2 15,4 92,4 39,6 27,1 11,0 80,0 13,5 27,6 11,0 57,5 36,8 27,6 11,0 57,5 31,0 24,8 13,8 85,0 30,0 23,8 13,8 85,0 41,0 03/1997 01/1987 11/2010 02/2001 05/1991 06/1996 +12,8 -16,9 2,3 22,2 +39,6 23,2 (19,5%) Bảng IV.4 Sai số trình đánh giá tuổi thọ (trong điều kiện kỹ thuật tại) Trong đánh giá tuổi thọ tại, hầu hết máy phát có độ dư cường độ điện môi, theo đánh giá thay cuộn dây thực Tuy nhiên, cịn trở nên rõ ràng suốt năm hoạt 89 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Thiết bị Máy phát thủy điện bảo dưỡng sửa chữa (1) JE-HYO-MG-01 động cường độ điện môi nhỏ 2E+1(Kuriyama)/Tổ máy 2) Vì vậy, việc thực đánh giá tuổi thọ xác, hợp lý hố thời gian đầu tư vấn đề trước đó, sau tránh tượng điện áp trào lên phía phía ngồi gây phá huỷ cách điện Các tính tốn đề cập cho biết sai số trình đánh giá vào khoảng 20% tuổi thọ thực tế IV.3.2 Thảo luận kỹ thuật đánh giá tuổi thọ 1) Sự phát triển trình hư hỏng hư hỏng Quá trình hư hỏng cách điện cuộn dây stator máy phát phụ thuộc vào điều kiện làm việc (thời gian làm việc, tần suất khởi động dừng máy, mơi trường bên ngồi, ) yếu tố gây hư hỏng khác (a) Các đặc tính lão hóa nhiệt Đặc tính hư hỏng cách điện đánh giá qua việc sử dụng tham số nhiệt độ cuộn dây máy phát làm việc khoảng từ 800C - 1200C (176F 248F) Tiến hành thử nghiệm đánh giá tuổi thọ trở nhiệt cuộn dây cách điện polyester sử dụng ngày nay, nhiệt độ làm việc nâng lên tới trị số mà tuổi thọ trở nhiệt giảm nửa Kết tuổi thọ cuộn dây giảm nửa nhiệt độ tăng 8,30C (14,9F) (b) Đặc tính q trình lão hóa điện Đặc tính V-t sử dụng để mô tả phụ thuộc tuổi thọ cách điện theo điện qua điện áp cung cấp (IV.6) C = Vn L Trong đó: n- số vật liệu C - số (trị số hư hỏng giới hạn) Theo đó, tác dụng điện áp tích luỹ dần đạt tới trị số C tuổi thọ hết (quy tắc gọi “quy tắc tích lũy hư hỏng”) Khi đánh giá kết kiểm tra thực tế theo cơng thức cần tiến hành thử nghiệm phá huỷ thời gian ngắn để đánh giá hư hỏng sau kiểm tra Công thức cho ta biết cường độ điện trường lại ( = điện áp phá huỷ Vs/điện áp phá huỷ ban đầu Vo) thể công thức: (IV.7) Vs/V0 = (1 - te/L)1/(n-1) Trong cơng thức tính tốn ta lấy n = hệ thống cách điện polyester Cho nên mức suy giảm cường độ điện môi nửa đầu tuổi thọ vào khoảng 0,5%/năm, tương đối phù hợp với liệu đưa thông thường (c) Đặc tính q trình lão hóa khí Các yếu tố gây hư hỏng cuộn dây stator bao gồm ứng lực xoắn mạnh tác động lên cuộn dây đầu vào đầu lõi thép có quan hệ với giãn nở 90 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) ... Dịng điện( sau phút)/Dịng điện( sau 10 phút) = Điện trở cách điện (sau phút) /Điện trở cách điện (sau 10 phút) (IV.2) (2) Thử nghiệm góc tổn thất điện môi Khi đặt điện áp xoay chiều lên cách điện. .. (IV.3) C: điện dung tĩnh điện cách điện Dòng điện phụ thuộc vào biên độ điện áp cung cấp, tần số, điện dung tĩnh điện, cách điện bị hư hỏng hút ẩm số điện môi ε tăng lên làm cho dòng điện tăng... lớp cách điện mơ tả hình IV 10 Ca Cg Vg Cb Hình IV.10 Sơ đồ mạch thử nghiệm phóng điện cục Cg điện dung khuyết tật cách điện mà phóng điện phát sinh Cb điện dung cách điện nối tiếp với Cg Ca điện