Bài viết trình bày đánh giá khả năng mang tải của máy biến áp trung áp bằng phép thử độ tăng nhiệt, đánh giá tình trạng của máy biến áp bằng phương pháp thí nghiệm đáp ứng tần số quét.
620 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP TRUNG ÁP BẰNG PHÉP THỬ ĐỘ TĂNG NHIỆT Cơng ty TNHH MTV Thí nghiệm điện miền Bắc I ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP TRUNG ÁP BẰNG PHÉP THỬ ĐỘ TĂNG NHIỆT Việc thí nghiệm xác định tổn hao khơng tải, tổn hao ngắn mạch máy biến áp (MBA) biện pháp quan trọng nhằm kiểm soát chất lượng MBA nhà cung cấp Chất lượng MBA ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành an toàn, ổn định tổn thất hệ thống điện Đặc biệt nhiều máy biến áp phải làm việc trạng thái đầy tải, tải Ngoài các biện pháp kiểm sốt thơng qua thí nghiệm xác định tổn hao, hạng mục thí nghiệm tăng nhiệt việc quan trọng đánh giá khả mang tải MBA Thời gian mức độ tải quy định cho phép độ tăng nhiệt độ dầu không 50 oC, độ tăng nhiệt độ cuộn dây khơng q 55 oC Thí nghiệm tăng nhiệt độ máy biến áp phép thử điển hình để kiểm tra xem giới hạn nhiệt độ tăng cuộn dây biến áp dầu đạt yêu cầu kỹ thuật hay không, đảm bảo khả mang tải máy biến áp đưa vào vận hành 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến phép thử độ tăng nhiệt Thiết bị đo điện trở chiều cuộn dây Xác định nhiệt độ môi trường xung quanh Xác định nhiệt độ trung bình dầu Độ xác phép đo tổn thất tải (nhiệt độ, vị trí nấc, dịng điện vào cuộn dây, sai số biến dòng điện, biến điện áp, giải hệ số cosφ oát mét ) Độ xác phép đo tổn thất khơng tải (nhiệt độ, dạng sóng điện áp, điện áp đưa vào cuộn dây, sai số biến dòng điện, biến điện áp, giải hệ số cosφ oát mét ) Sai số đo điện trở nguội Mạch đấu nối (hai cuộn dây thời điểm) Khoảng thời gian đo điện trở chiều điểm cuối phép đo, đo điện trở thời điểm chờ dài dẫn đến sai số đáng kể việc xác định PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 621 đường cong nhiệt độ tắt máy Máy biến áp phân phối vừa nhỏ tồn vịng 10 phút đường cong làm mát xác định Xác định số lượng vị trí đầu cảm biến nhiệt độ 1.2 Quy trình thử độ tăng nhiệt 1.2.1 Sơ đồ thí nghiệm MBA nguån 250 kVA, 22/0.4 CD CTT 0.4kV-300A 0.4kV -300A MBAĐC MBATN 250kVA 380V/5450V 5,4,3,2,1kV MBA cần kiểm tra TI1 0.4kV-300/5 TI2 6kV- 150/5 C: Tô bï A A A Rơle bảo vệ dòng A N A A W W W TU 6/0.1 kV V V V Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm tăng nhiệt 1.2.2 Thí nghiệm độ tăng nhiệt lớp dầu Cuộn dây hạ áp máy biến áp ngắn mạch đảm bảo tiếp xúc tốt đủ tiết diện Nhiệt kế đặt vị trí đo nhiệt độ vỏ máy biến áp Hai cảm biến nhiệt độ khác đặt đầu vào đầu thiết bị tản nhiệt làm mát máy Điện áp cung cấp cho cuộn dây cao áp, cung cấp công suất đầu vào tổng tổn thất không tải tổn thất có tải quy nhiệt độ chuẩn 75 oC Tổng tổn thất kiểm soát Trong trình thử nghiệm, việc đo nhiệt độ lớp dầu theo đượất lõi từ máy biến áp phụ thuộc vào điện áp Vì để tăng nhiệt độ thực tế dầu máy biến áp, phải đưa tổng tổn thất nhiệt độ cực đại cho phép vào máy biến áp Do dịng điện từ nguồn cung cấp lớn giá trị định mức máy biến áp, kiểm soát khả mang tải máy biến áp Trong năm qua, ngồi thí nghiệm thông thường, Tổng công ty Điện lực miền Bắc giao cho Cơng ty Thí nghiệm điện miền Bắc thí nghiệm bổ sung hạng mục thí nghiệm tăng nhiệt để đánh giá MBA trước đưa vào vận hành góp phần ổn định vận hành lưới điện Với thiết kế giải pháp hoàn hảo phần cứng phần mềm, hệ thống DTTS công cụ đắc lực, hiệu để kiểm soát chất lượng khả mang tải máy biến áp đánh giá xác tình trạng máy biến áp ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁP ỨNG TẦN SỐ QUÉT Từ năm 2004, giới nghiên cứu hạng mục thí nghiệm mới, tăng cường đánh giá giám sát bổ sung cho công tác đánh giá chất lượng máy biến áp hiệu Đó hạng mục đo đáp ứng tần số quét nhằm phát sớm tượng xô lệch mạch từ, bối dây hay kết cấu học nội máy biến áp Năm 2012 có tiêu chuẩn quốc tế IEC 6007618 tiêu chuẩn IEEE C57.149 ban hành Hạng mục sử dụng để ghi nhận liệu gốc lý lịch máy biến áp (đo chế tạo, lắp đặt nhà máy sản xuất trước vận chuyển đến vị trí vận hành) liệu sở (dữ liệu ban đầu) làm sở so sánh cho lần đo sau Hạng mục sử dụng trường hợp: Đo trước sau thử chịu đựng ngắn mạch nhà máy sản xuất máy biến áp 624 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Đo lấy liệu gốc để đánh giá tình trạng ban đầu máy biến áp Đo trước sau vận chuyển Đo sau máy biến áp bị cố ngắn mạch ngồi phía đường dây, dịng ngắn mạch lớn trì Đo sau máy biến áp tiến hành đại tu, bảo dưỡng rút ruột hay quấn lại cuộn dây Đo sau máy biến áp tiến hành đại tu, bảo dưỡng điều áp tải OLTC Đo sau máy biến áp trải qua tượng thiên tai động đất, sét đánh Đo sau có thay đổi lớn dầu máy tăng đột ngột hàm lượng khí cháy Đo thí nghiệm định kỳ máy biến áp 110 kV, 220 kV, 500 kV chưa có số liệu gốc nên đo để có sở số liệu để so sánh sau này, cần định kỳ sau khoảng thời gian vận hành 3 năm có biến đổi cấu trúc hay không 2.1 Cơ sở lý luận nguyên lý phép đo Phân tích đáp ứng tần số quét (SFRA) trở thành phương pháp xác hiệu để đánh giá nguyên vẹn khí cấu trúc lõi từ, cuộn dây gông từ máy biến áp cách đo chức dịch chuyển điện chúng với dải tần số rộng Phương pháp thực cách đưa tín hiệu điện áp thấp với tần số thay đổi vào đầu cuộn dây đo tín hiệu đáp ứng đầu dây khác máy biến áp Điều thực tất cuộn dây máy biến áp tiếp cận từ bên ngồi Sự so sánh tín hiệu đầu vào đầu tạo nên đáp ứng tần số, đáp ứng so sánh với liệu tham chiếu Kết cấu lõi từ cuộn dây máy biến áp xem mạng điện tổ hợp điện trở, điện cảm, điện dung đất, điện cảm ghép chuỗi điện dung nối tiếp hình Đáp ứng tần số mạng lưới thực đo ban đầu xuất xưởng cho máy biến áp xem dấu vân tay máy biến áp (finger print) Trong trình đo đáp ứng tần số ghi nhận giá trị biên độ góc pha tỉ số điện áp (Hình trái), thông thường để hiển thị giải thích kết cách trực quan sử dụng thông tin biên độ Tuy nhiên, liệu đáp ứng tần số tham số hóa hệ thống tự động lấy mẫu dựa biểu diễn đơn vị đo lường so với giá trị điểm cần đến thơng tin biên độ góc pha Trên hình hiển thị đáp ứng tần số theo biểu đồ logarit biểu đồ tuyến tính Người ta cần sử dụng biểu đồ logarit dễ dàng đưa phân tích tồn khuynh hướng đáp ứng tần số PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 625 Hình 1 Nguyên lý hoạt động SFRA (trái) giản đồ đặc tính mạng thành phần động máy biến áp (phải) Hình 2: Biểu đồ đáp ứng tần số 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng phép đo 2.2.1 Cuộn dây thứ ba đấu tam giác Cuộn dây đấu tam giác có điểm đầu cuộn dây pha đấu vào điểm cuối cuộn dây pha Cách đấu trực tiếp có ảnh hưởng lớn đến đáp ứng tần số pha máy biến áp có cuộn dây đấu tam giác đặc biệt miền tần số chịu ảnh hưởng tác động lẫn cuộn dây 2.2.2 Đấu nối có trung tính Nếu pha máy biến áp pha có trung tính riêng (mở rộng điểm đấu sao) nối chung tách riêng điểm trung tính trình đo FRA 626 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 2.2.3 Vị trí nấc chuyển nấc điện áp, điều chỉnh điện áp tải Khi so sánh đáp ứng tần số pha, khó nhận biết khác miền tần số chịu ảnh hưởng lõi thép Nguyên nhân ảnh hưởng dây dẫn bên đấu từ tiếp điểm điều chỉnh điện áp đến đầu phân nấc cuộn dây điều chỉnh dài ngắn khác làm cho điện dung dây dẫn tổng pha khác Đối với cuộn dây hạ áp không dễ phát khác dải tần từ 20 kHz đến 200 kHz 2.2.4 Chiều đấu nguồn phát nguồn thu nhận tín hiệu đáp ứng Trong phương pháp đo có chi tiết quan trọng cực nguồn phát tín hiệu đầu vào cực đo đáp ứng 2.2.5 Ảnh hưởng loại chất lỏng cách điện Trong máy biến áp người ta thường dùng dầu cách điện, sử dụng loại chất lỏng cách điện khác este tự nhiên loại tạo sai lệch đáp ứng tần số dọc theo dải tần số 2.2.6 Ảnh hưởng thí nghiệm đưa dòng DC vào đối tượng đo (bao gồm thí nghiệm xung) Trong thí nghiệm đo điện trở chiều cuộn dây (bao gồm thí nghiệm xung) nguyên nhân gây sai lệch kết đo đáp ứng tần số, đặc biệt miền ảnh hưởng lõi thép dải tần số thấp Vì vậy, cần xếp trình tự thí nghiệm đo đáp ứng tần số trước thí nghiệm đo điện trở chiều 2.2.7 Ảnh hưởng sứ xuyên Sứ xuyên sử dụng trình sản xuất xưởng khác với sứ xuyên lắp thực tế trường Điều nguyên nhân tạo sai khác dải tần số cao 2.2.8 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ tác động đến đáp ứng tần số sai lệch nhiệt độ lớn khoảng 50 oC làm thay đổi biên độ đáp ứng tần số 2.2.9 Ảnh hưởng đấu nối Tiếp xúc đấu nối không đầu cực đối tượng đo dây đo tạo đáp ứng tần số bị nhiễu dải tần số thấp khuynh hướng biên độ thấp Khi so sánh với liệu gốc kết đo trước đó, nhận thấy có sai khác điều quan trọng trước tiên phải kiểm chứng lại phép đo cách lặp lại phép đo để đảm bảo sai lệch nguyên nhân đấu nối sơ đồ bị tiếp xúc thực đấu nối sơ đồ khác với sơ đồ cần so sánh PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 627 2.3 Đánh giá kết đo Để đánh giá kết đo đáp ứng tần số so sánh kết với liệu gốc kết đo từ trước (nếu có) Nếu khơng có kết đo từ trước so sánh với kết máy biến áp tương tự (máy biến áp chế tạo giống vẽ thiết kế nhà sản xuất) Để phát vấn đề xảy máy biến áp người ta dùng phương pháp so sánh phép đo đáp ứng tần số sử dụng tiêu chí sau: Thay đổi hình dạng tổng thể đáp ứng tần số Thay đổi số điểm cộng hưởng (cực đại) ngược cộng hưởng (cực tiểu) Dịch chuyển vị trí tần số cộng hưởng Độ tin cậy xác định vấn đề máy biến áp dựa theo tiêu chí phụ thuộc vào biên độ thay đổi so sánh với mức thay đổi kỳ vọng kiểu so sánh (so sánh với liệu gốc lần đo trước đó, máy biến áp giống y hệt nó, máy biến chủng loại pha với nhau) Trong chẩn đoán cần xem xét khả thay đổi quan sát đấu nối sơ đồ đo khác thay đổi khác Khi so sánh pha máy biến áp khác biệt lớn xem “bình thường” chiều dài dây dẫn bên khác nhau, đấu nối bên cuộn dây khác trạng thái gần pha đến vỏ máy khác Dây nối đất, dây đo tạo độ lệch vị trí chuyển nấc điều áp tải OLTC có ảnh hưởng lớn đến kết đo Khi giải thích kết đo đáp ứng tần số để tránh kết luận sai quan trọng phải xác định loại bỏ yếu tố gây sai lệch Khi sử dụng hiệu hạng mục đo đáp ứng tần số cơng cụ chẩn đốn quan trọng phải thực tốt phép đo Một giám sát thay đổi để chẩn đốn xác u cầu người thí nghiệm phải có kiến thức cấu tạo máy biến áp phản ứng máy biến áp tần số cao Việc đánh giá MBA thơng qua hạng mục thí nghiệm đáp ứng tần số diễn đạt sau: Đáp ứng tần số chia thành miền tần số, miền tần số thấp bị chi phối lõi thép, miền tần số bị chi phối tác động qua lại cuộn dây miền tần số cao bị chi phối cấu trúc riêng cuộn dây, đấu nối bên miền tần số cao đầu dây đấu Trong miền ảnh hưởng lõi thép (đến khoảng kHz), đáp ứng bị chi phối điện cảm từ hóa lõi thép điện dung lớn máy biến áp Với máy biến áp lực ba pha ba lõi điển hình, pha có điểm ngược cộng hưởng miền tần số đường từ trở có từ thơng nhau, đối xứng pha lõi thông qua hai 628 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 pha cịn lại Thường hai pha ngồi có hai điểm ngược cộng hưởng có hai đường dẫn từ trở khác đường thông qua pha gần (ở giữa) đường thông qua pha xa (pha nằm cùng) Trong miền tần số từ dư lõi thép ảnh hưởng đến đáp ứng tần số lí phần lõi thép có đáp ứng khác Đáp ứng miền tần số (từ kHz đến 20 kHz) gần ảnh hưởng chỗ ghép cuộn dây, điều phụ thuộc đáng kể vào việc lắp ráp đấu nối cuộn dây, ví dụ cấu hình cuộn dây đấu tam giác, đấu máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp pha ba pha Trong miền ảnh hưởng cấu trúc cuộn dây (trong trường hợp tần số cao từ 20 kHz đến MHz), đáp ứng xác định điện kháng tản cuộn dây với điện dung cuộn dây đất Trong miền này, điện dung nối tiếp yếu tố ảnh hưởng lớn đến xác định hình dạng đường đáp ứng tần số Điển hình đáp ứng cuộn dây cao áp máy biến áp lực lớn với diện dung (xen kẽ tạo chắn) cho thấy xu hướng tăng biên độ với vài điểm cộng hưởng ngược cộng hưởng Ở tần số cao MHz (> 72,5 kV) MHz (≤ 72,5 kV), sơ đồ đo khơng ảnh hưởng lặp lại đến đáp ứng, đặc biệt khoảng cách đấu nối tiếp địa dọc theo chiều dài sứ xuyên có ảnh hưởng đến kết đáp ứng Mối quan hệ đáp ứng tần số cấu tạo máy biến áp, khác ảnh hưởng đến phần khác dải tần số thường thấy rõ từ hình Hình 3: Mối quan hệ chung đáp ứng tần số cấu tạo máy biến áp (Phép đo thực tế cho cuộn dây cao áp máy biến áp tự ngẫu công suất lớn) Miền ảnh hưởng: A- Lõi thép; B- Tương tác cuộn dây; C- Cấu trúc cuộn dây; D- Thiết lập phép đo đấu dây PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 629 2.4 Ứng dụng phép đo để đánh giá tình trạng MBA thực tế Phân tích đáp ứng tần số quét (SFRA) trở thành phương pháp xác hiệu để đánh giá nguyên vẹn khí cấu trúc lõi từ, cuộn dây gông từ máy biến áp cách đo chức dịch chuyển điện chúng với dải tần số rộng Đánh giá trình vận chuyển máy biến áp, sau lần cố ngắn mạch ngồi có ảnh hưởng đến cấu trúc MBA ứng dụng phổ biến ngày phát triển phương pháp SFRA Điều hợp lý khả cung cấp thông tin chuyên sâu SFRA cấu trúc lõi từ, cuộn dây gông từ, với tập hợp thử nghiệm Tất phần dễ bị hỏng hóc q trình vận chuyển, lực động điện sinh cố Phép đo SFRA, thực thí nghiệm điều kiện quan trọng để có kết xác Điều quan trọng cần ý thí nghiệm SFRA nên thí nghiệm sau trước vận chuyển thí nghiệm sau vận chuyển Các thí nghiệm SFRA khác với máy biến áp lắp đặt, vận hành nên thực để sử dụng liệu vân tay liệu sở cho thí nghiệm tương lai Cơng ty Thí nghiệm điện miền Bắc qua năm áp dụng phép đo SFRA triển khai thử nghiệm 100 máy biến áp 110 kV trở lên vận hành sau lắp đặt, vận chuyển đánh giá tình trạng máy phát nhiều máy biến áp có khiếm khuyết để khắc phục trước đưa vào vận hành Phân tích đáp ứng tần số quét phương pháp hiệu cho phát chẩn đoán khiếm khuyết thành phần động máy biến áp Nó đem lại thơng tin có ích tình trạng khí điện lõi từ, cuộn dây, đấu nối tiếp xúc bên Khơng có phương pháp thí nghiệm đơn khác cho đánh giá tình trạng máy biến áp đem đến nhiều thơng tin Phương pháp thí nghiệm SFRA đo lường trực tiếp miền tần số chiếm ưu Từ có thêm cơng cụ quản lý chất lượng máy biến áp hiệu quả, đóng góp cho ngành điện vận hành an tồn, liên tục kinh tế ... lực, hiệu để kiểm sốt chất lượng khả mang tải máy biến áp đánh giá xác tình trạng máy biến áp ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ? ?ÁP ỨNG TẦN SỐ QUÉT Từ năm 2004, giới... lõi từ máy biến áp phụ thuộc vào điện áp Vì để tăng nhiệt độ thực tế dầu máy biến áp, phải đưa tổng tổn thất nhiệt độ cực đại cho phép vào máy biến áp Do dịng điện từ nguồn cung cấp lớn giá trị... nghiệm tăng nhiệt 1.2.2 Thí nghiệm độ tăng nhiệt lớp dầu Cuộn dây hạ áp máy biến áp ngắn mạch đảm bảo tiếp xúc tốt đủ tiết diện Nhiệt kế đặt vị trí đo nhiệt độ vỏ máy biến áp Hai cảm biến nhiệt