Dù rằng đã có một số phương pháp tính toán chỉ số tình trạng vận hành được ứng dụng để đánh giá tình trạng của thiết bị điện, hiện vẫn chưa có giải pháp để các đơn vị quản lý lưới điện
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Hiện nay, Tổng Công ty Điện Lực miền Nam (EVN SPC) đang quản lý lưới điện 110kV trên địa bàn 21 tỉnh thành phía Nam từ Ninh Thuận đến Cà Mau (trừ thành phố Hồ Chí Minh) Tính đến năm 2022, EVN SPC đang quản lý vận hành 241 trạm biến áp (TBA) với 428 máy biến áp lực (MBA) ở cấp điện áp 110kV, với các mức công suất là 16 MVA, 25 MVA, 40 MVA và 63 MVA Số lượng MBA cụ thể nêu trong bảng 1.1 và 1.2 [1], trong đó loại công suất 40 MVA chiếm tỉ lệ 47.2% và loại
Bảng 1.1: Thống kê số lượng MBA 110 kV thuộc quản lý của EVN SPC (năm 2022)[1]
(MVA) Số lượng Ghi chú
1 16 2 TBA 110Kv Phát Thanh Nam
Bảng 1.2: Thống kê chủng loại MBA 110 kV thuộc quản lý của EVN SPC (năm 2022)[1]
Số MBA theo công suất
Tỷ lệ MBA theo NSX (%)
3 Cơ Điện Thủ Đức (EMC) 0 5 14 7 26 6.07
4 Công ty cổ phần thiết bị điện Cẩm Phả (VEE)
Số MBA theo công suất
Tỷ lệ MBA theo NSX (%)
Tỷ lệ MBA theo công suất (%) 0.47 7.71 47.20 44.63
MBA là thiết bị quan trọng nhất trong các trạm biến áp cao áp với chi phí đầu tư lớn, đắt tiền nhất Dù không có cam kết chính thức nào từ các nhà sản xuất, tuổi thọ của MBA có thể lên tới 40 năm [2], nhưng theo kinh nghiệm thực tiễn trên lưới điện miền Nam thì hầu hết các MBA vận hành trên 20 năm đều có khả năng bị sự cố bất ngờ Để đảm bảo máy biến áp hoạt động được hết vòng đời theo thiết kế, đơn vị quản lý cần giữ cho thiết bị vận hành đúng theo chế độ danh định, đồng thời phải thực hiện đầy đủ các chế độ duy tu và bảo dưỡng định kỳ theo đúng hạn MBA có vai trò quan trọng trong vận hành hệ thống điện của điện lực cả nước nói chung điện lực miền Nam nói riêng Do đó, các MBA cần thiết phải được đánh giá “chỉ số tình trạng vận hành” cho trạng thái hiện tại, từ đó đưa ra các quyết định về khả năng vận hành, kế hoạch bảo trì, thay thế kịp thời
Chỉ số tình trạng vận hành là một phương cách có thể giúp đơn vị quản lý vận hành đưa ra quyết định trong việc sửa chữa hoặc thay thế MBA một cách hợp lý và
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
3 khoa học Một số thông tin như dữ liệu vận hành, kết quả thí nghiệm hoặc giám sát tình trạng sẽ được thu thập và phân tích định lượng thông qua một bảng tiêu chí chấm điểm thành phần Các điểm thành phần sau đó được tổng hợp lại thành chỉ số tình trạng vận hành, với giá trị thể hiện chất lượng và tình trạng của MBA đang vận hành Căn cứ vào giá trị này, đơn vị quản lý có thể phân loại MBA tùy theo tình trạng và mức độ quan trọng của phụ tải và chọn lựa chế độ vận hành phù hợp
Vì những lí do trên, học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu cải tiến chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và dự báo tuổi thọ còn lại cho máy biến áp lực lưới điện 110kV miền Nam” nhằm giúp Tổng công ty điện lực miền Nam tránh được việc bị động trong công tác quản lý vận hành Việc nghiên cứu cải tiến phương pháp tính toán chỉ số tình trạng, kết hợp với ước lượng tuổi thọ còn lại cho MBA lực trên lưới điện phân phối 110kV sẽ giúp chủ động hơn trong công tác bảo trì, bảo dưỡng thiết bị và góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện an toàn, liên tục.
Ý nghĩa của luận văn
3 khoa học Một số thông tin như dữ liệu vận hành, kết quả thí nghiệm hoặc giám sát tình trạng sẽ được thu thập và phân tích định lượng thông qua một bảng tiêu chí chấm điểm thành phần Các điểm thành phần sau đó được tổng hợp lại thành chỉ số tình trạng vận hành, với giá trị thể hiện chất lượng và tình trạng của MBA đang vận hành Căn cứ vào giá trị này, đơn vị quản lý có thể phân loại MBA tùy theo tình trạng và mức độ quan trọng của phụ tải và chọn lựa chế độ vận hành phù hợp
Vì những lí do trên, học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu cải tiến chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và dự báo tuổi thọ còn lại cho máy biến áp lực lưới điện 110kV miền Nam” nhằm giúp Tổng công ty điện lực miền Nam tránh được việc bị động trong công tác quản lý vận hành Việc nghiên cứu cải tiến phương pháp tính toán chỉ số tình trạng, kết hợp với ước lượng tuổi thọ còn lại cho MBA lực trên lưới điện phân phối 110kV sẽ giúp chủ động hơn trong công tác bảo trì, bảo dưỡng thiết bị và góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện an toàn, liên tục
1.2 Tính thiết thực của nghiên cứu
Hiện nay, các công ty điện lực đã và đang rất quan tâm đến công tác dịch vụ khách hàng, việc sự cố MBA sẽ gây mất điện trên diện rộng làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch vụ khách hàng Thời gian qua, các MBA đang vận hành trên lưới điện đều đã được thu thập dữ liệu về vận hành, lịch sử mang tải, dữ liệu bảo trì… nhằm sớm đưa ra giải pháp ngăn ngừa sự cố xảy ra Tuy nhiên, với dữ liệu thu thập được hiện nay việc ngăn ngừa và dự báo tình trạng vận hành của MBA chưa thực sự đáp ứng hoàn toàn như mong muốn, và các đơn vị quản lý cũng chưa có được công cụ để đánh giá xem MBA đã thật sự hết niên hạn sử dụng hay chưa
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của luận văn
Việc phát triển các kỹ thuật ước lượng và dự báo nguồn vận hành thiết bị điện đã có từ lâu Hiện tại, giải pháp cho vấn đề này đang có một hướng đi mới—dự báo tuổi thọ còn lại của máy biến áp bằng các hệ thống giám sát online Về vấn đề này, triển vọng triển khai các thuật toán để tính toán tuổi thọ còn lại bằng một tập hợp các tham số được đo liên tục bằng cách sử dụng chẩn đoán đa thông số đã xuất hiện Trước hết,
4 giải pháp cho vấn đề này cho phép đánh giá khả năng áp dụng các kết quả thí nghiệm hiện hữu vào các hệ thống đánh giá tuổi thọ của MBA
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Việc nghiên cứu đề xuất cải tiến phương pháp tính toán tuổi thọ còn lại cho MBA lực trên lưới điện phân phối rất hữu ích, giúp cho các công ty điện lực có tầm nhìn dài hạn trong tương lai để chủ động lên kế hoạch thay thế, bảo trì, sửa chữa và đầu tư kịp thời, qua đó góp phần nâng cao độ tin cậy, cung cấp điện an toàn, liên tục.
Các đóng góp của luận văn
Luận văn đã đóng góp thêm phương pháp chấm điểm tình trạng cho MBA khi áp dụng các chính sách sửa chữa bảo dưỡng tân tiến như bảo dưỡng theo tình trạng (Condition-based maintenance – CBM) hay bảo dưỡng theo hướng đảm bảo tin cậy vận hành (Reliability-centered maintenance – RCM) [2] và dự báo tuổi thọ còn lại của MBA.
Tình hình nghiên cứu hiện nay
Hiện nay, các hướng nghiên cứu về lĩnh vực đánh giá tình trạng của MBA chủ yếu xoay quanh 3 chủ đề chính, bao gồm: (1) cải tiến và giới thiệu thêm phương pháp thí nghiệm, (2) cải tiến phương pháp tính chỉ số tình trạng vận hành, và (3) dự báo tuổi thọ còn lại của MBA Trong đó, 2 chủ đề đầu tiên đã được các nhóm nước ngoài như: Jahromi (năm 2009) [3], Tanasescu (năm 2013) [4], Hernanda (năm 2014) [5], Wattakapaiboon (năm 2016) [6] khai thác rất nhiều, và đã cung cấp gần như đầy đủ công cụ để chẩn đoán sớm sự cố cũng như đánh giá tình trạng vận hành của MBA Tiêu biểu có thể kể đến nghiên cứu của nhóm Jahromi năm 2009 [2] Nghiên cứu này đã xây dựng được một phương pháp chấm điểm tình trạng MBA dựa trên các kết quả thí nghiệm và kiểm tra định kỳ, tạo tiền đề cho nhiều nghiên cứu khác phát triển thêm Đối với các nghiên cứu trong nước, để có cơ sở tính toán chỉ số tình trạng vận hành có thể áp dụng cho các Công ty Điện lực tại Việt Nam, một số nghiên cứu trước đây đã đóng góp trong việc cải tiến phương pháp chấm điểm và tiêu chí đánh giá phù hợp hơn với hiện trạng tại lưới điện mà họ khảo sát Trong giai đoạn từ 2017 đến
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
2021, đã có 2 nghiên cứu tiêu biểu của Nguyễn Diệp Đăng Khoa (năm 2017) [7] và Âu Khương Tình (năm 2021) [8] thực hiện để nghiên cứu tính toán chỉ số vận hành Các nghiên cứu tính toán chỉ số tình trạng trong các nghiên cứu trên chỉ phản ánh tình trạng của MBA tại một thời điểm, chứ chưa phổ quát được quá trình vận hành lâu dài Do đó, chỉ số tình trạng hiện nay chỉ có thể ứng dụng để giúp người quản lý đưa ra quyết định sửa chữa hoặc thay thế trong một vài thời điểm nhất định, khó có thể ứng dụng để dự báo tuổi thọ còn lại của MBA trong một chính sách bảo dưỡng chủ động dự phòng như RCM.
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chung của đề tài là nhằm cải tiến chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và dự báo tuổi thọ còn lại cho máy biến áp lực lưới điện 110kV miền Nam nhằm giúp Tổng công ty điện lực Miền Nam tránh được việc bị động trong công tác quản lý vận hành Cụ thể hơn, đề tài sẽ tính toán nhiệt độ điểm nóng bên trong cấu trúc cuộn dây của MBA, tính toán hệ số Polymer hóa (DP) của giấy cách điện [2], xây dựng mô hình thể hiện sự suy giảm DP theo thời gian để tích hợp vào cải tiến phương pháp tính toán chỉ số tình trạng MBA lưới điện Miền Nam
Phạm vi đề tài sẽ khảo sát 37 MBA 110kV tiêu biểu trên khắp các tỉnh miền Nam có kết quả thí nghiệm hóa bất thường trong năm 2023 được Công ty Thí Nghiệm Điện miền Nam ghi nhận, chi tiết trong bảng 1.3 Ngoài ra, do tỉnh Long An là địa bàn có số lượng trạm biến áp lớn với phụ tải trong năm khá cao, các MBA 110kV tại khu vực này cũng có tình trạng khá đa dạng, và nguồn dữ liệu để tính toán chỉ số tình trạng là tương đối đầy đủ Vì vậy, 38 MBA 110kV tại khu vực tỉnh Long An cũng sẽ được xem xét tính toán thí điểm trong nghiên cứu
Bảng 1.3: Danh sách các MBA 110kV được khảo sát trên lưới điện miền Nam
STT MBA Tỉnh Năm sản xuất Tình trạng
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 06/07/2023, không phát hiện các khí cháy bất thường
STT MBA Tỉnh Năm sản xuất Tình trạng
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện So với kết quả CBM 2022, khí
033-95 - ALSTOM Bình Phước 2003 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
VN00215 - ABB Cà Mau 2009 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả CBM
2022, khí CO và CO 2 tăng nhanh
Trong máy có hiện tượng phóng điện cục bộ Quá nhiệt vật liệu cách điện (dầu, giấy) So với kết quả CBM 2022, các khí cháy tăng nhanh
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện So với kết quả ngày 15/09/2023, các khí cháy tiếp tục tăng thêm Tốc độ sinh khí cháy là C = 3.2 ppm/ngày
VN00047 - ABB Bạc Liêu 2005 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
VN00072 - ABB Bình Dương 2005 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
VN00071 - ABB Bình Dương 2005 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
So với kết quả ngày 15/09/2023, các khí cháy tiếp tục tăng thêm Tốc độ sinh khí cháy là C = 3.6 ppm/ngày
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 31/10/2021, các khí cháy có tăng thêm
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
STT MBA Tỉnh Năm sản xuất Tình trạng
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 22/02/2023, các khí cháy có tăng thêm
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả 10/05/2022, khí CO tiếp tục tăng thêm
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả CBM
2022, các khí cháy tăng nhanh
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 09/03/2022, khí CO và CO 2 tăng cao
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 24/5/2022, các khí cháy tăng thêm Rút ngắn tần suất lấy mẫu 6 tháng/ lần
154734-107 - EEMC Bình Phước 2015 Quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
1370042T - VEE Bến Tre 2015 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
10 - EEMC Cần Thơ 2016 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose Khí CO tăng cao
VN1294 - ABB Bình Phước 2017 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose Khí CO tăng nhanh
40M0312126 - EMC Kiên Giang 2014 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả CBM
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 08/03/2022, khí CO tăng cao
STT MBA Tỉnh Năm sản xuất Tình trạng
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 06/02/2023, các khí cháy không tăng thêm Duy trì chế độ vận hành và tần suất theo dõi 06 tháng/lần
49 - EEMC Bình Dương 2017 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
49 - EEMC Đồng Tháp 2016 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện (dầu, giấy)
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 08/03/2022, khí CO tăng cao
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose So với kết quả ngày 14/03/2023, các khí cháy có tăng nhẹ
40M1004152 - EMC Bến Tre 2014 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện (dầu, giấy)
4611672 Hậu Giang 2013 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
04 Tây Ninh 2012 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện
VN051004T Bình Dương 2006 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose (CO2/CO>10)
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose (CO2/CO > 10) So với kết quả ngày 09/02/2023, các khí cháy không tăng thêm
154734-115 - EEMC Trà Vinh 2016 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện (dầu, giấy) So với kết quả CBM
2022, các khí cháy tăng thêm
174735-323 - EEMC Bình Dương 2019 Trong máy có hiện tượng quá nhiệt vật liệu cách điện cellulose
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Về nhiệm vụ nghiên cứu, các nội dung cụ thể bao gồm:
- Nghiên cứu các phương pháp ước lượng hệ số Polymer hóa (DP) của giấy cách điện
- Nghiên cứu về mô hình phân bố nhiệt bên trong MBA
- Nghiên cứu về phương pháp tính toán nhiệt độ điểm nóng (Hot-spot temperature - HST) bên trong cấu trúc cuộn dây của MBA
- Nghiên cứu mô hình suy giảm hệ số DP theo thời gian
CÁC KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP LỰC 10 2.1 Các kỹ thuật thí nghiệm hóa
Phân tích chất lượng dầu cách điện
Theo thống kê thì xác suất xảy ra sự cố liên quan đến vật liệu cách điện MBA chiếm hơn 30% tổng số sự cố [2] Do vậy, việc lấy mẫu và phân tích chất lượng của dầu cách điện là rất quan trọng Cụ thể, dầu MBA phải được kiểm tra trước khi MBA được đưa vào vận hành và kể cả trong quá trình thí nghiệm định kỳ Kết quả thí nghiệm chất lượng dầu cách điện được xem như yếu tố quan trọng nhất để quyết định xem MBA có cần được sấy lọc, bảo trì, bảo dưỡng hay không Bảng 2.1 liệt kê các phương pháp thí nghiệm chất lượng mẫu dầu được tổng hợp từ tiêu chuẩn IEC và ASTM, trong đó phân thành 3 nhóm chức năng chính [9]
Bảng 2.1: Các hạng mục kiểm tra chất lượng dầu MBA
Hạng mục Đơn vị Phương pháp thí nghiệm
Nhóm / Chức năng Độ nhớt ở 40°C cSt ASTM D445-18 ≤ 12 Nhóm 1
Phân tích các đặc tính chức năng làm mát và cách điện của dầu
Hàm lượng nước ppm IEC 60814: 1997 ≤ 40 Điện áp phóng điện kV IEC 60156: 2018 ≥ 30 Điện áp phóng điện
(Sau sấy lọc) kV IEC 60156: 2018 ≥ 70
Tỷ trọng ở 20°C g/ml ASTM D1298-17 ≤ 0.895 Đếm hạt IEC 60970 Nhóm 2
Phân tích các thành phần hoá
Trị số axit mgKOH/g ASTM D664 ≤ 0.01
CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP LỰC
Hạng mục Đơn vị Phương pháp thí nghiệm
Sức căng bề mặt mN/m ASTM D971 ≥ 40 học, độ tinh khiết, độ ổn định, đánh giá chất lượng dầu
Lưu huỳnh ăn mòn ASTM D1275-15 Không ăn mòn Hàm lượng Dibenzyl disulfide (DBDS) mg/kg IEC 62697 -
Chất phụ gia chống oxy hoá
Kim loại thụ động mg/kg IEC 60666 -
Phân tích cấu trúc dầu IEC 60590 Độ ổn định Oxy hoá Phút ASTM 3487 -
Xu hướng giải phóng khí àl/min IEC 60628 -
Nhiệt độ chớp cháy 0 C ASTM D93-18 ≥ 135 Nhóm 3
Phân tích các tính chất ảnh hưởng đến sức khoẻ, độ an toàn và ảnh hưởng đến môi trường của dầu MBA
Hàm lượng PCB trong dầu ppm EPA 9079 / EPA
Phân tích khí hòa tan trong dầu
Dầu khoáng cách điện vốn có nguồn gốc từ các phân tử hydrocarbon Trong quá trình vận hành MBA, dầu cách điện làm việc ở nhiệt độ cao, trong cường độ trường điện từ cao, bị phân hủy theo cơ chế phá vỡ mạch C-H và C-C tạo thành hydro nguyên
12 tử và các radical hydrocarbon Các sản phẩm này rất hoạt hóa vừa mới sinh ra này kết hợp với nhau hình thành khí Hydro (H2), Metan (CH4), Ethylen (C2H4), Ethan (C2H6) và Acetylne (C2H2) Khi có các nguồn nhiệt lớn sinh ra trong MBA (quá nhiệt mối nối, phóng điện cục bộ hoặc phóng hồ quang…) sự phân hủy diễn ra mạnh hơn và sản sinh thêm khí C2H4 và C2H2 và thậm chí là cả carbon dạng hạt Ngâm trong dầu có giấy cách điện và các vật liệu cách điện rắn Liên kết hóa học C-O trong giấy cách điện bị bẻ gãy trong trường hợp nhiệt độ tương đối thấp tại 100ºC và tại 300ºC giấy có thể bị quá trình carbon hóa Kết quả là những phân tử khí CO và CO2 được hình thành từ những nguyên tử không ổn định này Bên cạnh CO và CO2, nước, furans và những sản phẩm phân hủy khác của giấy cũng hình thành và hòa tan (một phần) trong dầu [10, 11]
Trong lĩnh vực thí nghiệm hóa, kỹ thuật sắc ký khí (gas chromatography) được ứng dụng để xác định hàm lượng các khí cháy hòa tan trong dầu cách điện Phương pháp thí nghiệm này được gọi là “Phân tích khí hòa tan trong dầu” (Dissolved Gas Analysis – gọi tắt là DGA), và hiện được coi như một công cụ giúp người quản lý vận hành chuẩn đoán sớm các vấn đề bất thường bên trong hệ thống cách điện của MBA [10, 10] Hình 2.1 miêu tả giản đồ sinh khí cháy theo nhiệt độ, và tính chất của lỗi gây phát sinh khí cháy Trong đó, có thể nhận thấy các khí được xem xét bao gồm Hydro (H2), Metan (CH4), Ethylen (C2H4), Ethan (C2H6) và Acetylne (C2H2) Dựa vào hàm lượng của các khí này, kỹ thuật viên phân tích có thể phán đoán được dạng sự cố mà MBA đang gặp phải, từ đó có những khuyến cáo sớm về tình trạng của MBA [10, 11]
Hình 2.1: Biểu đồ sự gia tăng các khí cháy trong dầu theo nhiệt độ [10]
- PD: phóng điện cục bộ
- D1: phóng điện năng lượng thấp
- D2: phóng điện năng lượng cao
CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP LỰC
Phân tích hàm lượng furan trong dầu
Các thành phần cách điện rắn như giấy thường, giấy ép và bìa cách điện rất quan trọng trong hệ thống cách điện của MBA; chúng không chỉ đóng vai trò là phần tử cách điện chính, mà còn tạo nên độ bền cơ học cần thiết để cố định cấu trúc các vòng dây Các vật liệu này có nguồn gốc từ cellulose, cấu trúc chủ yếu của giấy cách điện gồm các phân tử polymer dạng thẳng tạo nên bởi một chuỗi các mắt xích glucose gắn với nhau bởi các liên kết glycoside (gọi là monomer) Số monomer trung bình trong những chuỗi cellulose được gọi là hệ số polymer hóa (DP), đặc trưng cho độ bền cơ học của vật liệu cách điện giấy Vật liệu cách điện giấy mới đưa vào sử dụng có DP khoảng 1000-1300 Dưới tác dụng của nhiệt lượng sinh ra trong quá trình vận hành MBA, liên kết giữa các monomer bị bẻ gãy và hệ số DP sẽ giảm theo thời gian; khi
DP nhỏ hơn 200 thì vật liệu cách điện giấy không còn độ bền cơ học nữa [2]
Phương pháp truyền thống để xác định DP, được gọi là phương pháp trực tiếp, yêu cầu phải lấy mẫu giấy thực sự và vì vậy đây là phương pháp xâm phạm MBA và tốn kém Ngày nay phương pháp gián tiếp được sử dụng để ước tính DP từ những hợp chất furan hòa tan trong dầu cách điện, sinh ra khi vật liệu cách điện giấy trong MBA già cỗi và xuống cấp Các hợp chất này hòa tan trong dầu, bao gồm 2-furfuraldehyde (2FAL), 5-methyl 2-furfuraldehyde (5M2F), 5-hydroxy-methyl 2-furfuraldehyde (5H2F), 2-acetylfuran (2ACF), 2-furfuryl-alcohol (2FOL) Hàm lượng các hợp chất này có thể được phân tích bằng phương pháp “Sắc ký lỏng hiệu năng cao” (HPLC) theo tiêu chuẩn IEC 61198 [12]
Bảng 2.2: Các sản phẩm gốc furan sinh ra trong quá trình lão hóa giấy cách điện [13, 14]
Quá trình Sản phẩm Công thức hóa học
Quá nhiệt mãnh liệt, cục bộ
(5M2F) Oxy hóa 5-hydroxy-methyl 2- furfuraldehyde (5H2F)
Bức xạ ánh sáng 2-acetylfuran (2ACF) Độ ẩm cao trong giấy 2-furfuryl-alcohol (2FOL)
Trong 5 hợp chất này, chỉ có 2-furfuraldehyde (2FAL) là thành phần ổn định nhất và được dùng như công cụ để tính toán DP, qua đó gián tiếp ước lượng tuổi thọ còn lại của giấy cách điện Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được thực hiện để tìm ra mối liên hệ giữa hàm lượng 2FAL và DP của giấy cách điện, các công thức tiêu biểu được liệt kê trong bảng 2.3 [13, 14] Tuy rằng các công thức này không phải là chính xác tuyệt đối, nhưng nó cũng giúp các chuyên gia ước lượng tuổi thọ còn lại của máy biến áp
Bảng 2.3: Các công thức miêu tả mối quan hệ giữa hàm lượng 2-furfuraldehyde và hệ số polymer hóa [13, 14]
Hàm lượng 2-furfuraldehyde được tính bằng đơn vị phần triệu (ppm), hàm lượng này càng cao thì hệ số DP tương ứng của giấy cách điện sẽ càng thấp Ví dụ, với hàm lượng 2-furfuraldehyde < 0.1 ppm, cả 4 công thức quy đổi đều cho kết quả giá trị DP
> 1000 Khi hàm lượng này tăng lên tới 1 ppm, hệ số DP tương ứng sẽ chỉ còn lại 431 khi tính bằng công thức (2.1).
Các kỹ thuật thí nghiệm điện
2.2 Các kỹ thuật thí nghiệm điện
2.2.1 Đo điện trở cách điện / chỉ số phân cực
Hạng mục đo điện trở cách điện có thể được tiến hành để kiểm tra sơ bộ tình trạng cách điện của cuộn dây và các sứ đầu vào của máy biến áp Về cơ bản, hạng mục này đôi khi cũng không thể đánh giá được tình trạng cách điện thật sự, bởi nó sử dụng điện áp một chiều với giá trị không cao (