Nghiên cứu, đánh giá thực trạng và giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của máy biến áp chính trong các nhà máy nhiệt điện

Nhóm tác giả đã khảo sát tại 5 nhà máy điện (Cà Mau 1 & 2, Nhơn Trạch 1 & 2 và Vũng Áng 1) với các máy biến áp có công suất từ 231 - 300MVA, đã vận hành từ 6 - 13 năm. Từ kết quả đo đạc, nhóm tác giả đã xây dựng phần mềm CLET (Computing Losses and Efficiency of Transformer) để phân tích, đánh giá thực trạng hoạt động và hiệu quả làm việc của các máy biến áp, từ đó đề xuất chế độ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng để đảm bảo an toàn và nâng cao tuổi thọ của máy biến áp.

CƠNG NGHIỆP ĐIỆN TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2020, trang 40 - 49 ISSN 2615-9902 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY BIẾN ÁP CHÍNH TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Vũ Minh Hùng1, Lê Văn Sỹ1, Nguyễn Phan Anh1, Nguyễn Hà Trung2 Đại học Dầu khí Việt Nam Đại học Bách khoa Hà Nội Email: hungvm@pvu.edu.vn Tóm tắt Máy biến áp thiết bị điện quan trọng nhà máy điện giúp nâng điện áp từ khoảng 20 - 26kV đầu máy phát lên 220 - 230kV Sau thời gian sử dụng cần đánh giá lại tổn thất, hiệu suất, chế độ vận hành để có giải pháp tăng hiệu làm việc hạn chế cố, đồng thời kéo dài tuổi thọ máy biến áp Nhóm tác giả khảo sát nhà máy điện (Cà Mau & 2, Nhơn Trạch & Vũng Áng 1) với máy biến áp có công suất từ 231 - 300MVA, vận hành từ - 13 năm Từ kết đo đạc, nhóm tác giả xây dựng phần mềm CLET (Computing Losses and Efficiency of Transformer) để phân tích, đánh giá thực trạng hoạt động hiệu làm việc máy biến áp, từ đề xuất chế độ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng để đảm bảo an tồn nâng cao tuổi thọ máy biến áp Từ khóa: Máy biến áp, nhiệt điện, tổn thất, hiệu suất, CLET Giới thiệu Máy biến áp thiết bị điện quan trọng hệ thống truyền tải phân phối điện Trong nhà máy điện, máy biến áp thường sử dụng để biến đổi điện áp từ khoảng 20 - 30kV thành điện áp cao 110/220/500kV trước hòa vào lưới điện quốc gia Vì cơng suất máy biến áp thường lớn (có thể lên đến 200 - 750MVA) nên tổn thất khơng tải (hay gọi tổn thất sắt từ) tổn thất ngắn mạch (tổn thất đồng) lớn Đối với máy biến áp mới, loại tổn thất rõ bảng thông số kỹ thuật Tuy nhiên, hiệu suất thực tế máy biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: chế độ vận hành, chế độ làm mát nhiệt độ mơi trường Ngồi ra, theo thời gian sử dụng hiệu suất máy biến áp giảm dần chất lượng lõi sắt từ, dây quấn, hệ thống làm mát (quạt, bơm, dầu) lão hóa loại vật liệu bên làm tăng nguy cố Vì việc định kỳ phân tích thực trạng hoạt động, đánh giá loại tổn thất ước lượng hiệu suất thực máy biến áp yêu cầu cấp thiết, từ có giải pháp phù hợp để độ vận hành máy biến áp an toàn hiệu Ngày nhận bài: 26/11/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 26/11/2019 - 14/1/2020 Ngày báo duyệt đăng: 14/4/2020 40 DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 Nghiên cứu tổn thất hiệu suất máy biến áp, đặc biệt máy biến áp nhà máy điện thu hút quan tâm nhiều nhà nghiên cứu giới Gần có phân tích, đánh giá hiệu suất máy biến áp công suất lớn theo hệ số tải [1] Nhóm tác giả sử dụng phương pháp đo ngắn mạch hở mạch để xác định tham số máy biến áp; đề xuất ứng dụng phương pháp đo thực nghiệm để đánh giá tổn thất máy biến áp phân phối cho trường hợp tải phi tuyến [2] Thực nghiên cứu tổn thất hiệu suất máy biến áp châu Âu dựa việc mơ hình hóa lại máy dạng mạch điện [3] Trong loại tổn thất máy biến áp tổn thất tản khó đo đếm trực tiếp có phương pháp số để mô ước lượng biết xác mơ hình máy biến áp [4] Tổn thất tản hạn chế cách sử dụng vật liệu phi kim loại thay [5] vật liệu có tính chất đặc biệt [6, 7] Ngược lại, tổn thất đồng ước lượng dựa việc tính tốn, dự báo nhiệt độ cuộn dây [8, 9] Theo thời gian không tổn thất máy biến áp tăng lên mà vật liệu bên máy bị lão hóa đòi hỏi máy biến áp phải đánh giá tình trạng kỹ thuật, theo dõi kiểm tra chẩn đoán để phòng ngừa cố gia tăng tuổi thọ máy [10, 11] PETROVIETNAM Bảng Số liệu thu thập nhà máy TT Nhà máy Thời gian thu thập Loại số liệu bên sơ cấp Nhà máy Điện Cà Mau 1, 11/2018 3/2019 Nhà máy Điện Nhơn Trạch - 8/2019 - Nhà máy Điện Nhơn Trạch 1 - 5/2019 - Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng - 5/2019 - - Điện áp Dòng điện P1 (cơng suất tác dụng máy phát) Q1 (công suất phản kháng máy phát) Công suất Ptd tự dùng Nhiệt độ dầu Nhiệt độ cuộn dây Chế độ làm mát Hiệu suất làm việc máy biến áp cải thiện thông qua phương thức vận hành hợp lý, cần cải thiện hiệu suất nhỏ máy biến áp có ý nghĩa lớn cán cân lượng kinh tế nhà máy Hiệu suất máy biến áp lớn (tổn thất nhỏ nhất) tổn thất đồng (thay đổi chế độ vận hành) tiến gần tới tổn thất sắt (gần không thay đổi nhiều chế độ vận hành) Vì vậy, để đánh giá thực trạng hoạt động, tổn thất hiệu suất thực máy biến áp cần thu thập số liệu vận hành khoảng - tháng gần (theo khoảng thời gian mà hệ thống đo đếm ghi lại được), gồm thông số máy phát, công suất tự dùng, bên sơ cấp (từ máy phát ra) bên thứ cấp (từ máy biến áp đấu lên truyền tải) Từ đó, phân tích liệu, xây dựng mơ hình máy biến áp, tính tốn hiệu suất máy biến áp chế độ làm việc Mặc dù máy biến áp nhà máy nhiệt điện Tập đồn Dầu khí Việt Nam đầu tư/tham gia đầu tư có chế độ làm mát: ONAN (làm mát tự nhiên), ONAF (dầu tự nhiên, quạt cưỡng bức) ODAF (dầu cưỡng bức, quạt cưỡng bức) phần lớn hoạt động chế độ ONAF Các chế độ vận hành làm mát có định đến độ bền máy biến áp tổn thất đồng Ngoài ra, chế độ vận hành tải ảnh hưởng đến tổn thất đồng dòng điện trực tiếp chạy qua cuộn dây gây nên tổn thất Bài báo trình bày kết khảo sát Trung tâm Điện lực Dầu khí: Nhơn Trạch, Cà Mau Vũng Áng (Bảng 1), từ phân tích, tính tốn thành phần tổn thất hiệu suất máy biến áp Do lượng số liệu thu thập lớn, đòi hỏi cần có phần mềm quản trị sở liệu để thuận tiện cho việc tra cứu, tính tốn tổn thất, hiệu suất hiển thị kết dạng biểu đồ trực quan, nhóm tác giả xây dựng phần mềm CLET (Computing Losses and Efficiency of Transformer) để hỗ trợ thực Loại số liệu bên thứ cấp - Điện áp Dòng điện P2 (cơng suất tác dụng máy biến áp) Q2 (công suất phản kháng máy biến áp) Nhiệt độ môi trường Nhiệt độ dầu Nhiệt độ cuộn dây Chế độ làm mát công việc Dựa thực tế khảo sát nhà máy nhiệt điện, nhóm tác giả đề xuất giải pháp đảm bảo vận hành an tồn, hiệu máy biến áp chính, đồng thời gia tăng tuổi thọ máy Tính tốn tổn thất, hiệu suất máy biến áp Hiệu suất máy biến áp tính cơng thức sau [1 - 3]: = = − (1) Trong đó: Pconst x2Pvar,của x= √máy phát; P1: Công suất tác= dụng P2: Công suất tác dụng đầu (tải tiêu thụ) máy biến áp; Ptd: Công suất tác dụng tự dùng thiết bị tiêu thụ điện nhà máy Tổn thất (Losess) máy biến áp tính sau: Losess = P1 ˗ Ptd ˗ P2 = ΔPst + ΔPđ + ΔPtan (2) Trong đó: ΔPst: Tổn thất sắt từ tổn thất không tải; ∆ Pđ = I 12 R1 + I 22 R2 = k Pn Trong đó: I1, R1: Dòng điện điện trở cuộn dây bên sơ cấp; I2, R2: Dòng điện điện trở cuộn dây bên thứ cấp; k = I2/I2đm: Hệ số tải; Pn: Tổn thất ngắn mạch; ΔPtan : Tổn thất tản dòng điện xốy DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 41 CƠNG NGHIỆP ĐIỆN Trong đó, loại tổn thất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất là: ∆Pst tổn thất sắt, gần không thay đổi theo hệ số tải, phụ thuộc vào điện áp làm việc (gần không thay đổi chế độ vận hành) Biểu thức tổn thất sắt: ∆Pst = Ph + Pe = KhB1,6f + KeB2f t2 Trong đó: Ph: Tổn thất tượng từ trễ; Pe: Tổn thất dòng xoay; B: Mật độ từ thông cực đại lõi sắt; f: Tần số; t: Bề dày thép ∆Pđ: Tổn thất đồng (tổn thất có tải), phụ thuộc vào bình phương hệ số tải có biểu thức sau: ∆Pđ = I12R1 + I22R2 = I’2Re Trong đó: I1: Dòng sơ cấp; I2: Dòng thứ cấp; R1: Điện trở dây quấn sơ cấp; I’2: Dòng thứ cấp quy đổi sơ cấp; Re = R1 + R’2 = điện trở tương đương máy biến áp quy đổi sơ cấp Giá trị tổn thất đồng ∆Pđ thay đổi theo bình phương hệ số tải bị ảnh hưởng nhiệt độ dây quấn Tổn thất từ trường tản ∆Ptan vào phần kết cấu sắt thép (bulông, vỏ máy, khung xà ) tạo tổn thất dòng xốy phụ thuộc vào dòng tải Ngồi có tổn thất điện mơi tổn thất chất cách điện ảnh hưởng điện trường, giá trị không đổi nhỏ Các tổn thất chia làm loại: tổn thất không đổi (chủ yếu phụ thuộc vào điện áp, có giá trị gần khơng đổi) tổn thất thay đổi (chủ yếu phụ thuộc vào dòng tải, có giá trị thay đổi theo hệ số tải) Giả sử x hệ số tải, hiệu suất tính: (3) với S cơng suất (MVA) định mức máy biến áp; Pconst: = =tải định tổn thất không đổi; Pvar: tổn thất thay đổi dòng − mức; cosθ2: hệ số cơng suất tải thứ cấp Giá trị hiệu suất máy biến áp đạt cực đại khi: tổn thất sắt = tổn thất đồng, nghĩa Pconst = x2Pvar, x= √ hiệu suất cực đại là: 42 DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 (4) Có thể thấy giá trị ηmax thay đổi theo cosθ2 Với máy biến áp làm việc gần tải định mức, hiệu suất làm việc đạt giá trị ηmax máy có tổn thất đồng (là thành phần chủ yếu tổn thất không tải) gần với tổn thất sắt (là thành phần chủ yếu tổn thất không đổi) Tuy nhiên, thực tế giá trị tổn thất không đổi (chủ yếu tổn thất sắt) có giá trị nhỏ so với tổn thất đồng (do chất lượng thép silic công nghệ cải thiện nhiều thập niên qua có suất tổn thất W/kg thấp, thực tế máy biến áp lực cơng suất lớn sử dụng tơn silic có chất lượng tốt, mặt khả dẫn từ qua hệ số từ thẩm μ cao, giá trị cực đại mật độ từ thông Bmax khoảng ~ 1,7T, suất tổn thất W/kg vào khoảng 0,85 - W/kg 1,7T) - giá trị 110,32kW máy biến áp Hyundai 300MVA, nên cho máy làm việc hệ số tải với tổn thất đồng tải định mức giá trị tổn thất sắt Tổn thất có tải máy biến áp Hyundai 782.868kW chế độ ODAF 300MVA, Tap No.0 Tổng tổn thất 893.188kW chế độ ODAF, 300MVA, 75oC, Tap No.0, hiệu suất chế độ làm việc 99,703% Như vậy, có phương pháp tính hiệu suất máy biến áp Trong báo này, nhóm tác giả sử dụng cơng thức (1) để tính hiệu suất cơng thức (2) để tính tổn thất R2: Điện trở dây quấn thứ cấp; ρ = (xScosθ2)/( xScosθ2 + Pconst + x2Pvar) ηmax = (xScosθ2)/(xScosθ2+ 2Pconst) Xây dựng phần mềm tính tốn tổn thất hiệu suất máy biến áp CLET Nhóm tác giả xây dựng phần mềm CLET để lưu trữ, quản lý lượng số liệu lớn máy biến áp nhà máy điện: Nhơn Trạch 1, Nhơn Trạch 2, Cà Mau 1, Cà Mau Vũng Áng Đồng thời, hiển thị theo lọc thời gian độ lớn Phần mềm CLET phát triển dựa ngơn ngữ lập trình JAVA hệ quản trị sở liệu mã nguồn mở MySQL Hiệu suất máy biến áp tính cơng thức (1) tổn thất máy biến áp tính cơng thức (2) Các giá trị tổn thất hiệu suất thực tế so sánh với ngưỡng chuẩn nhà thầu cung cấp điều kiện thử nghiệm cụ thể chạy nghiệm thu máy Phần mềm hiển thị kết dạng trực quan từ hỗ trợ người dùng diễn giải đưa phân tích, đánh giá tổn thất, hiệu suất máy biến áp Phần mềm CLET (Hình 1) bao gồm chức năng: - Có khả nhập số liệu từ file excel theo định dạng; - Lưu trữ, hiển thị số liệu máy biến áp theo bảng, biểu đồ đồ thị; PETROVIETNAM - Có lọc để tra cứu số liệu; - Tính tốn tổn thất, hiệu suất theo máy biến áp theo thời gian, kết hiển thị trực quan; - So sánh kết tổn thất, hiệu suất với ngưỡng chuẩn ban đầu nhà chế tạo; - Dự báo tổn thất, hiệu suất, nhiệt độ dầu cuộn dây Thực trạng giải pháp vận hành máy biến áp an toàn, hiệu 4.1 Thực trạng Tổn thất không tải (tổn thất sắt từ) tổn thất tải (tổn thất đồng + tổn thất tản) máy biến áp xét điều kiện định mức thể biểu đồ Hình cho thấy máy biến áp Hyundai Nhà máy Điện Nhơn Trạch 2, Nhà máy Điện Cà Mau & có cơng suất 300MVA tổn thất khơng tải khác đến khoảng 10% Nhà máy Điện Nhơn Trạch đầu tư sau hưởng lợi từ thay đổi công nghệ Tuy nhiên, tổn thất tải khơng có khác nhiều (787kW Nhà máy Điện Nhơn Trạch so với 792kW Nhà máy Điện Cà Mau 2) Hình cho thấy tổn thất không tải máy biến áp ALSTOM 231MVA Nhà máy Điện Nhơn Trạch máy Tổn hao máy biến áp công suất lớn số nhà máy nhiệt điện PVN 900 787 800 700 Tổn hao (kW) Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch sử dụng máy biến áp pha ngâm dầu Hyundai 300MVA Trong đó, Nhà máy Điện Nhơn Trạch dùng máy biếp áp pha Fortune 231MVA Riêng Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng sử dụng máy biến áp pha công suất 240MVA ABB Như vậy, Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng cần đến máy biến áp cho tổ máy cơng suất 1.200MW, nhà máy điện khí cơng suất nhỏ cần máy biến áp loại pha Hình Giao diện phần mềm CLET 792 641 600 508 500 400 300 200 100 98 109 120 81 Tổn hao không tải Tổn hao tải Nhà máy Điện Nhơn Trạch (231 MVA, pha) Nhà máy Điện Nhơn Trạch (300MVA, 3pha) Nhà máy Điện Cà Mau 1, (300MVA, 3pha) Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng (240 MVA, pha) Hình Tổn thất khơng tải tổn thất tải máy biến áp biến áp Hyundai 300MVA Nhà máy Điện Cà Mau chiếm khoảng 13% Như vậy, tổng tổn thất đồng tổn thất tản gọi chung tổn thất tải chiếm khoảng 87% Riêng máy biến áp ABB 240MVA Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng có tỷ lệ tổn thất không tải cao với mức 14% Thực tế, dòng máy biến áp pha thường có tỷ lệ tổn thất khơng tải nhỏ dòng máy biến áp pha Do số lượng liệu lớn nên nhóm tác giả minh họa kết khảo sát phân tích cho Nhà máy Điện Nhơn Trạch 2, nhà máy khác thực tương tự Tổn thất tải gồm tổn thất đồng tổn thất tản có giá trị thay đổi lớn phụ thuộc vào công suất sử dụng máy biến áp Biểu đồ dạng cột (Hình 4) cho thấy tổn thất tản tăng gấp gần lần công suất máy tăng gấp lần từ 90MVA lên 180MVA Tổn thất tản tăng khoảng 10 lần từ ngưỡng 10.633W 90MVA lên mức 114.483W tương ứng với công suất định mức 300MVA Tổn thất đồng tăng khoảng 10 lần từ 60.563kW 90MVA lên mức 672.925W 300MVA DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 43 Tổn haobiến máyáp biến áp ởmáy NhàĐiện máyNhơn Điện Trạch Nhơn Trạch Tổn hao máy Nhà Tổn haobiến máyáp biến áp ởmáy NhàĐiện máyCà Điện Cà1Mau Tổn hao máy Nhà Mau Tổn hao Tổn hao tải khơngkhơng tải 13% 13% CƠNG NGHIỆP ĐIỆN Tổn hao Tổn hao tải khôngkhông tải 13% 13% Tổn hao tải Tổn Tổnmáy hao biến máy áp biến áp ởhao Nhàtải máy Nhơn Điện Nhơn Tổn hao Nhà máy Điện TrạchTrạch 87% 87% Tổn hao Tổn hao khôngkhông tải tải 13% 13% Tổn Tổn hao không tải Tổn hao tảihao tải Tổn hao không tải Tổnmáy hao biến máy áp biến áp ởmáy Nhà máytải Điện Cà 1Mau Tổn hao ởTổn Nhà Cà Mau Tổn hao hao tảiĐiện 87% 87% Tổn hao Tổn hao khôngkhông tải tải 13% 13% Tổn Tổn hao không tải Tổn hao tảihao tải Tổn hao không tải Tổntải hao tải Tổn hao 87% 87% Tổntải hao tải Tổn hao Tổnkhông hao không Tổn hao tải tải Tổn haobiến máyáp biến áp ởmáy NhàĐiện máyNhơn Điện Trạch Nhơn Trạch Tổn hao máy Nhà Tổn hao Tổn hao tải khôngkhông tải 12% 12% Tổntải hao tải Tổn hao Tổnkhông hao không Tổn hao tải tải Tổn haobiến máyáp biến áp ởmáy NhàNhiệt máyđiện NhiệtVũng điện Áng Vũng1 Áng Tổn hao máy Nhà Tổn hao Tổn hao tải khôngkhông tải 14% 14% Tổnmáy hao biến máy áp biến áp Nhà máy Điện Tổn haoNhơn tải Nhơn Tổn hao Nhà Điện TrạchTrạch Tổnởmáy hao tải 88% 88% Tổn hao Tổn hao không tải máy Điện Nhơn Trạch không tải Nhà Tổn hao máy biến áp 180MVA 12% Tổn hao máy biến áphao 180MVA Nhà máy Điện Nhơn Trạch Tổn tản12% Tổn hao11% tản Tổn Tổn hao tảihao tải 11% Tổntải hao tải Tổn hao 87% 87% Tổn hao hao Tổn tải TổnTổn hao khôngkhông tải hao Tổnmáy hao biến máy áp biến áp ởhao Nhà máy Nhiệt điện Vũng Tổn hao tải tải Tổn hao Tổn Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1Áng 86% 86% Tổn hao Tổn hao Tổn tảihao tản (W) theo khôngkhông tải hao Tổn tảnáp (W)ởtheo công suất máy biến Nhà máy Điện Nhơn Trạch 14% công suất của14% máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch Tổn Tổn hao không không tải tải Tổn hao tảihao tải Tổn hao 114483 sắt Hình28% Tỷ lệ tổn thất khơng tải tổn thất tải máy biến áp 150000 114483 sắt 150000 Tổntải hao tải Tổn28% hao tải Tổn hao Tổn hao tải 100000 41768 88% 86% 88%Điện Nhơn Trạch hao theo 100000 86% áp 180MVA Nhà TổnTổn hao41768 tản tản (W)(W) theo TổnTổn haohao máymáy biếnbiến áp 180MVA Nhà máymáy Điện Nhơn Trạch 10633 công Nhà Điện Nhơn Trạch 50000 công suấtsuất máymáy biếnbiến áp ởápNhà máymáy Điện Nhơn Trạch 2 Tổn hao tản 10633 Tổn hao tản 50000 Tổn hao 11% Tổn hao Tổn hao 11% Tổn hao đồng 114483 90MVA 180MVA114483 300MVA sắt sắt đồng61% 150000 28% 90MVA 180MVA 300MVA Tổn hao không Tổn hao tải Tổn hao tải Tổn hao không tải 150000 28% Tổn hao không tải tải Tổn hao tải Tổn hao tải Tổn hao không tải 61% o Tổn hao tản (W) 70 C Tổn hao sắt Tổn hao đồng Tổn hao tản 100000 41768 100000 41768 Tổn hao tản (W) 70oC Tổn hao sắt Tổn hao đồng Tổn hao tản 10633 50000 10633 50000 Tổn hao Tổn hao đồng 0 90MVA 180MVA 180MVA 300MVA 300MVA đồng 90MVA 61% 61% TổnTổn haohao sắt sắt đồng TổnTổn haohao đồng TổnTổn haohao tảntản Tổn hao máy biến áp 300MVA Nhà máy Điện Nhơn Trạch Tổn hao máy biếnTổn áp 300MVA Điện Nhơn Trạch hao tản Nhà máyTổn hao sắt Tổn hao13% tản Tổn hao12% sắt 13% 12% Tổn hao Tổn máy hao đồng biến áp 300MVA Nhà Điện Nhơn Trạch TổnTổn haohao máy biến áp 300MVA Nhà máymáy Điện Nhơn Trạch 2 đồng75% Tổn hao tản Tổn hao sắt tản Tổn hao sắt 75%Tổn hao 13%13% 12%12% 44 70oC TổnTổn haohao tản tản (W)(W) 70ởoC Tổn hao đồng (W) theo công suất máy biến áp Tổn hao đồng ở(W) theo công củaTrạch máy biến Nhà máy Điệnsuất Nhơn áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch 672925 672925 1000000 1000000 242253 500000 242253 60563 Tổn hao đồng (W) theo công suất 500000 Tổn hao đồng (W) theo công suất củacủa máymáy biếnbiến áp áp 60563 Điện Nhơn Trạch Nhà Nhà máymáy Điện Nhơn Trạch 90MVA 180MVA 300MVA 672925 672925 180MVA 300MVA 1000000 90MVA 1000000 o Tổn hao đồng (W) 70 C Tổn hao đồng (W) 70 oC 242253 242253 500000 500000 60563 60563 Tổn hao sắt Tổn hao đồng Tổn hao tản hao TổnTổn hao Tổn hao sắt Tổn hao đồng Tổn hao tản đồng Hình Các loại tổn thất máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch đồng 75%75% 0 90MVA 180MVA 180MVA 300MVA 300MVA 90MVA DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 đồng TổnTổn TổnTổn haohao sắt sắt TổnTổn haohao đồng haohao tảntản o đồng TổnTổn haohao đồng (W)(W) 70ở o70 C C PETROVIETNAM Nhà máy Điện Nhơn Trạch Công suất tác dụng tự dùng Ptd (MW) Công suất tác dụng máy phát P1 (MW) Nhà máy Điện Nhơn Trạch Số mẫu liệu thu thập từ tháng - 8/2019 Số mẫu liệu thu thập từ tháng - 8/2019 Nhà máy Điện Nhơn Trạch Tổn thấy máy biến áp (MW) Công suất tác dụng máy biến áp P2 (MW) Nhà máy Điện Nhơn Trạch Số mẫu liệu thu thập từ tháng - 8/2019 Số mẫu liệu thu thập từ tháng - 8/2019 Hình Số liệu máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thời gian từ tháng - 8/2019 Nhà máy Điện Nhơn Trạch Tổn thấy máy biến áp (kW) Tổn thấy máy biến áp (MW) Nhà máy Điện Nhơn Trạch Công suất máy biến áp (MVA) Công suất máy biến áp (MVA) (b) (a) Hình Ngưỡng tổn thất tổn thất thực máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thời gian từ tháng - 8/2019 DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 45 CÔNG NGHIỆP ĐIỆN Nhà máy Điện Nhơn Trạch Hiệu suất máy biến áp (%) Hiệu suất máy biến áp (%) Nhà máy Điện Nhơn Trạch Hệ số tải (a) Hệ số tải (b) Hình Ngưỡng hiệu suất hiệu suất thực máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thời gian từ tháng - 8/2019 Công suất phát (MW) Nhà máy Điện Nhơn Trạch Nhiệt độ HV (oC) Nhiệt độ LV (oC) Tổn thất đồng (MW) Hệ số tải Số liệu cho máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thời gian từ tháng - 8/2019 (Hình 5) cho thấy cơng suất tác dụng P1 (MW) máy phát có dao động đáng kể từ 150 - 250MW tập trung nhiều khoảng 230MW Công suất tác dụng bên thứ cấp P2 (MW) máy biến áp dao động từ khoảng 145 - 245MW, tập trung nhiều dải công suất 230MW Trong đó, cơng suất tác dụng tự dùng Ptd (MW) dao động khoảng - 5MW Như vậy, tổn thất (losses) nằm khoảng 0,7 - 1,8MW Số mẫu liệu thu thập từ tháng - 8/2019 Hình Kết xếp lại số liệu khoảng thời gian từ tháng - 8/2019 Nhà máy Điện Nhơn Trạch theo thứ tự từ nhỏ đến lớn Biểu đồ Hình minh họa tỷ lệ thành phần tổn thất: sắt, đồng tản nhiệt độ 75oC tương ứng với mức công suất khác nhau: 180MVA 300MVA Các biểu đồ cho thấy công suất sử dụng tăng lên tỷ lệ tổn thất sắt giảm xuống tỷ lệ tổn thất đồng tăng lên Ví dụ mức công suất 180MVA, tổn thất sắt chiếm đến 28%, 46 tổn thất đồng 61% Nhưng sử dụng công suất định mức 300MVA, tổn thất đồng chiếm 75%, tổn thất sắt chiếm 12% DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 Tổn thất không tải thay đổi chậm theo thời gian giả định số Đối với máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch tổn thất khơng tải có giá trị khoảng 109.737kW (đo định mức) Tổn thất tải phụ thuộc vào tải nhiệt độ cuộn dây Hình 6a Khi công suất máy biến áp thay đổi từ 90 - 300MVA, tổn thất tải tăng mạnh từ 98 - 700kW (ở nhiệt độ 24oC) 790kW (ở nhiệt độ 75oC) Đường tổn thất tải ứng với nhiệt độ cao nằm phía Hình 6b minh họa tổn thất thực tế (chấm đỏ) thời điểm từ tháng - 8/2019 so với ngưỡng chuẩn (đường đặc tính xanh) nhà chế tạo Từ thấy rằng, khoảng 75% số liệu có tổn thất nằm đường chuẩn Ngưỡng tổn thất chuẩn nhà thầu cung cấp (đã kiểm tra lúc ban đầu trước bàn giao máy) điều kiện xác định, giới hạn giá trị lớn tổn thất Nếu số liệu nằm ngưỡng chuẩn coi nằm giới hạn cho phép Hiệu suất máy biến áp phụ thuộc vào hệ số tải Hình 7a cho thấy máy biến áp hoạt động mức công PETROVIETNAM khoảng 0,35 - 0,8; Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng có hệ số tải từ 0,5 - 0,8; Nhà máy Điện Nhơn Trạch hệ số tải từ khoảng 0,5 - 0,7 - Điện áp máy biến áp (nối với tải) Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau tương đối ổn định mức 230kV; Nhà máy Điện Nhơn Trạch dao động từ 225 - 230kV; Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng dao động mức cao hơn, từ 228 - 232kV Hình Tỷ lệ nguyên nhân gây cố máy biến áp - Tổn thất máy biến áp nhà máy cao ngưỡng chuẩn nhà thầu cung cấp Hiệu suất máy biến áp Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch dao động từ 99 - 99,8% Trong đó, hiệu suất máy biến áp Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng thấp hơn, dao động từ 98,6 99,6% suất trung bình (180MVA) hiệu suất lớn hệ số tải khoảng 0,6 Trường hợp máy vận hành với công suất định mức 300MVA, hiệu suất cực đại hệ số tải 0,4 Hiệu suất máy biến áp Nhà máy Điện Nhơn Trạch khoảng thời gian tháng - 8/2019 thể Hình 7b Kết đo cho thấy hiệu suất máy cao, dao động khoảng 99 - 99,8% Tuy nhiên, hiệu suất (chấm xanh) chủ yếu nằm ngưỡng hiệu suất chuẩn Số liệu nằm ngưỡng chuẩn coi nằm giới hạn cho phép - Nhiệt độ cuộn dây Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau dao động từ 70 - 85oC; Nhà máy Điện Nhơn Trạch dao động khoảng 50 - 78oC; Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng dao động từ 40 - 65oC Để tìm quy luật thay đổi hệ số tải, tổn thất đồng, nhiệt độ cuộn cao áp (HV) thấp áp (LV) số liệu xếp lại theo thứ tự từ nhỏ đến lớn kết thể Hình Kết cho thấy đường hệ số tải tổn thất đồng có quan hệ phương trình ∆Pđ = k2Pn, k = I2­­/I2đm hệ số tải Pn tổn thất ngắn mạch Nhiệt độ cuộn LV tăng từ khoảng 45 - 70oC công suất phát tăng từ 120 - 250MW, nhiệt độ cuộn HV tăng cao từ khoảng 50 - 79oC 4.2 Đề xuất giải pháp vận hành máy biến áp an tồn, hiệu Qua q trình khảo sát nhà máy điện, nhóm tác giả có nhận xét sau: - Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch có cơng suất phát từ khoảng 110 - 250MW (định mức) cho tổ máy khoảng 30% thời lượng hoạt động mức 200MW Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng có cơng suất phát từ khoảng 380 600MW cho tổ máy khoảng 30% thời lượng hoạt động 400MW Nhà máy Điện Nhơn Trạch có cơng suất phát tương đối thấp, từ khoảng 120 - 170MW - Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch có hệ số tải dao động từ - Tổn thất sắt từ (hay tổn thất không tải) gần khơng đổi; tổn thất đồng cao mức giới hạn cho phép; riêng tổn thất tản tăng cao không đo đếm trực tiếp Qua khảo sát thực tế nhà máy nhiệt điện PVN phân tích số liệu thống kê cho thấy tỷ lệ tổn thất máy biến áp tăng cao từ khoảng 30 - 80% so với ngưỡng tổn thất lớn nhà chế tạo Trong có thành phần tổn thất không đo đếm gồm: tổn thất điện môi (Dielectric loss), tổn thất từ trễ (Hysteresis loss), tổn thất dòng điện xốy (Eddy current losses), tổn thất tản (Stray losses) tổn thất hài bậc cao (Extra losses due to Harmonics) Việc gia tăng tổn thất khơng làm giảm hiệu mà tiềm ẩn nguy phóng điện cục Vì vậy, máy biến áp vận hành 10 năm cần phải có hệ thống giám sát để đảm bảo an toàn phát sớm cố Tại thời điểm nhiệt độ cuộn dây tăng cao so với mức chuẩn công suất phát Do vậy, cần phải kiểm tra chất lượng dầu làm mát định kỳ, lọc khí để đảm bảo hiệu làm mát Đặc biệt hệ thống quạt bơm dầu phải bảo dưỡng kiểm tra số vòng quay/phút, tốc độ gió, độ rung lắc trục cánh quạt để đảm bảo cung cấp đủ công suất làm mát DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 47 CƠNG NGHIỆP ĐIỆN Để giữ gia tăng tuổi thọ máy biến áp so với tuổi thọ thiết kế máy biến áp phải vận hành điều kiện danh định (giá trị định mức cơng suất, dòng điện, điện áp) [10, 11] Thực tế cho thấy, máy biến áp phải vận hành điều kiện tải làm giảm tuổi thọ máy Tỷ lệ cố máy biến áp tuổi thọ dự tính bị ảnh hưởng yếu tố bên lẫn bên ngoài, nguyên nhân điện, nhiệt Các ứng suất điện đột ngột chuyển mạch, xung chớp tải thường xuyên dần làm giảm sức bền điện môi lớp cách điện, dẫn đến làm hỏng máy biến áp Điện trở tiếp xúc tăng lên, phóng điện cục (Partial Discharge - PD) vấn đề hệ thống làm mát làm tăng nhiệt cuộn dây dầu, biến dạng tăng có dòng ngắn mạch truyền tải Các ứng suất nhiệt biến dạng cơ, kết hợp với độ ẩm ô nhiễm, tăng tốc độ lão hóa lớp cách điện gây hư hại Thống kê nguyên nhân thường gặp gây cố máy biến áp thể Hình [10] Ngồi ra, ống bọc cách điện, đổi đầu lối phận phụ trợ khác góp phần khơng nhỏ làm ảnh hưởng tới tuổi thọ máy biến áp Để đảm bảo trì gia tăng tuổi thọ máy biến áp, cần thực kỳ bảo trì bảo dưỡng quy trình thí nghiệm, kiểm tra (Bảng 2) [10]: Các sai hỏng theo dõi online, kiểm tra hàng ngày kiểm tra chẩn đoán định kỳ Sau phát bất thường phận có giải pháp tương ứng Bảng Các hạng mục cần thực bảo trì, bảo dưỡng TT Hạng mục cần thực bảo trì, bảo dưỡng định kỳ Kiểm tra chất lượng dầu Kiểm tra nhiệt kế hồng ngoại Thử nghiệm dòng kích thích Kiểm tra hệ số công suất/yếu tố điện môi Đo số phân cực Đo điện dung Đo chức chuyển Điều kiện chuyển Tap Thí nghiệm lại cách điện giấy cellulose 10 Phân tích đáp ứng điện mơi 11 Phân tích phóng điện cục 12 Phân tích đáp ứng trở ngắn mạch rò rỉ 13 Kiểm tra điện trở cuộn dây 14 Kiểm tra điện trở nối đất lõi thép 15 Phân tích đáp ứng tần số Sweep 48 DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 Việc sử dụng công nghệ siêu cao tần (UHF) để theo dõi phát điểm phóng điện cục phát sinh chuyên gia đánh giá cao Công nghệ UHF phát triển nhanh ứng dụng rộng rãi giúp đảm bảo thiết bị điện, đặc biệt máy biến áp, vận hành an toàn, với độ tin cậy cao nâng cao tuổi thọ vận hành máy Đây công nghệ tiên tiến, giúp quản lý vận hành máy, trợ giúp thay người việc quản lý vận hành máy biến áp, đảm bảo an toàn tin cậy Kết luận Nhóm tác giả thực khảo sát máy biến áp nhà máy điện: Nhơn Trạch & 2, Cà Mau & Vũng Áng Các số liệu dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng bên sơ cấp thứ cấp; nhiệt độ dầu, cuộn dây nhiệt độ môi trường thu thập thời gian từ - tháng theo chu kỳ lấy mẫu - giờ/lần Số liệu khảo sát sở để phân tích, đánh giá thực trạng vận hành, tổn thất hiệu suất máy biến áp so với điều kiện thử nghiệm ban đầu Nhóm tác giả xây dựng phần mềm CLET hỗ trợ vận hành máy biến áp với chức năng: quản trị sở liệu, tính tốn tổn thất hiệu suất, phân tích mơ hình nhiệt, dự báo đưa báo để đạt chế độ vận hành tối ưu, trì/kéo dài tuổi thọ máy biến áp Phần mềm tính tốn số liệu cho máy biến áp Hyundai 300MVA Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy Điện Nhơn Trạch cho thấy giữ hiệu suất tương đối cao 99 - 99,8% suốt tháng vận hành từ 11/2018 - 3/2019 Máy biến áp pha ABB 240MVA Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng có hiệu suất từ 98,6 - 99,6% Tổn thất thực tế máy biến áp cao 30 - 80% so với mức chuẩn Trong đó, có tổn thất không đo đếm như: tổn thất điện môi, tổn thất từ trễ, tổn thất dòng điện xốy, tổn thất tản tổn thất hài bậc cao… Để dự báo nhiệt độ dầu cuộn dây, tính tốn trước giá trị tổn thất hiệu suất theo chế độ tải, mơ hình nhiệt cho máy biến áp cần phân tích, tính tốn mơ Tài liệu tham khảo [1] R.Gouws and O.Dobzhanskyi, "Efficiency analysis of a three-phase power transformer", Energize, pp 61 - 65, 2014 [2] Aleksandar Damnjanovic, "The measurement and evaluation of distribution transformer losses under non- PETROVIETNAM linear loading", IEEE Power Engineering Society General Meeting, Denver CO, June, 2004 [3] Angelo Baggini, "Power transformers Introduction to measurement of losses", Industrial and Tertiary Product Testing and Application of Standard, 2016 [4] Ankit M.Patel, Aniruddha S.Jhala and Hitesh M.Karkar, "Analysis of stray losses calculation in autotransformer using coupled IEM and FEM technique", International Journal of Advance Engineering and Research Development (IJAERD), Vol 1, No 3, 2014 [5] Manmohan Singh, Madhu Verma, Anuj Kanaujia, Sakshi Rai and Anagha Soman, "Reduction of stray losses in distribution transformer using different materials of clamping", International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Vol 5, No 5, pp 2738 - 2740, 2018 [6] Juan Carlos Olivares-Galvan, Salvador MagdalenoAdame and Rafael Escarela, "Reduction of stray losses in flange-bolt regions of large power transformer tanks", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 6, No 8, pp 4455 - 4463, 2014 [7] Masood Moghaddami, Arif I.Sarwat and Francisco de Leon, "Reduction of stray loss in power transformers using horizontal magnetic wall shunts", IEEE Transactions on Magnetics, Vol 53, No 2, 2017 [8] Yun Zhang, "Research on hot spot temperature calculation and analysis of online, monitoring method of oil-immersed power transformer winding", Advances in Computer Science Research, 2017 [9] Longnv Li, Wei Liu, Hai Chen and Xiaoming Liu, "Prediction of oil flow and temperature distribution of transformer winding based on multi-field coupled approach", The Journal of Engineering, Vol 16, pp 2007 2012, 2019 [10] Md Mominul Islam, Gareth Lee and Sujeewa Nilendra Hettiwatte, "A review of condition monitoring techniques and diagnostic tests for lifetime estimation of power transformers", Electrical Engineering, Vol 100, pp 581 - 605, 2018 [11] Kelvinkumar Kalariya, Hardik Kannad, Dipesh Vyas and Pallav Gandhi, "A review on ageing of power transformer and insulation life assessment", Advanced Research in Electrical and Electronic Engineering, Vol 2, No 2, pp 117 - 122, 2014 EVALUATING THE SITUATION AND SOLUTIONS TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF MAIN TRANSFORMER’S OPERATION IN THERMAL POWER PLANTS Vu Minh Hung1, Le Van Sy1, Nguyen Phan Anh1, Nguyen Ha Trung2 Petrovietnam University Hanoi University of Science and Technology Email: hungvm@pvu.edu.vn Summary The transformer is an important electrical equipment in power plants, converting the voltage from 20 - 26kV at the generator output to 220 - 230kV After a period of use, it is necessary to re-evaluate losses, efficiency, and operation mode to have suitable measures to increase working efficiency and limit incidents, as well as prolong the transformer’s life The authors conducted surveys at power plants (Ca Mau and 2, Nhon Trach and 2, and Vung Ang) The transformers here have a capacity between 231 - 300MVA, and have been operating for - 13 years Based on measurement data, the authors have built the CLET software (Computing Losses and Efficiency of Transformer) to analyse and evaluate the status of operation and performance results of the above machines From there, the authors made suggestions on operation and maintenance to ensure safety and prolong the life of the machine Key words: Transformer, thermal power, losses, efficiency, CLET DẦU KHÍ - SỐ 4/2020 49 ... - SỐ 4/2020 43 Tổn haobiến máy p biến áp máy Nhà iện máyNhơn Điện Trạch Nhơn Trạch Tổn hao máy Nhà Tổn haobiến máy p biến áp máy Nhà iện máyCà Điện Cà1Mau Tổn hao máy Nhà Mau Tổn hao Tổn hao... máy biến áp ALSTOM 231MVA Nhà máy Điện Nhơn Trạch máy Tổn hao máy biến áp công suất lớn số nhà máy nhiệt điện PVN 900 787 800 700 Tổn hao (kW) Nhà máy Điện Cà Mau 1, Nhà máy Điện Cà Mau Nhà máy. .. tải Tổn haobiến máy p biến áp máy Nh Nhiệt máy iện NhiệtVũng điện Áng Vũng1 Áng Tổn hao máy Nhà Tổn hao Tổn hao tải khôngkhông tải 14% 14% Tổnmáy hao biến máy áp biến áp Nhà máy Điện Tổn haoNhơn