Nghiên cứu, thiết kế máy lọc dầu cách điện cho máy biến áp công suất lớn

Tuy nhiªn, c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu chi tiÕt vÒ chu kú lÆp, kiÓm tra c¸c chuÈn th«ng sè trong qu¸ tr×nh läc sÏ ®­îc nghiªn cøu chi tiÕt b»ng kÕt qu¶ m« pháng vµ qua tr×nh thùc nghiÖm sÏ [r]

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY LỌC DẦU CÁCH ĐIỆN CHO MÁY BIẾN ÁP CÔNG SUẤT LỚN

Hoàng ngọc nhân

Túm tt: Ngy nay, việc sử dụng máy biến áp công suất lớn hệ thống truyền tải phân phối điện ngày lớn Dầu máy biến áp có ý nghĩa đặc biệt quan trọng việc làm mát máy biến áp trình làm việc Theo u cầu cơng nghệ điện áp đánh thủng dầu phải lớn (>70kV), hàm lượng nước dầu <2 ppm, hàm lượng khí dầu <0,1% (theo thể tích) Bài báo này trình bày số kết bước đầu nghiên cứu thiết kế máy lọc dầu cách điện cho máy biến áp công suất lớn nhằm đảm bảo chất lượng dầu theo yêu cầu nêu Các tính tốn thiết kế đề xuất cho trình hoạt động tự động, tuần hồn kết hợp tách cặn bẩn, nước, khí hệ thống chân không cho dầu gia nhiệt, đồng thời kết nối mạng cơng nghiệp việc đo lường, giám sát và chuẩn đoán lỗi từ xa

Từ khóa: Máy biến áp, Máy lọc dầu, Dầu cách điện, Điện áp đánh thủng

1 ĐặT VấN Đề

Ngy nay, mỏy bin áp cơng suất lớn đóng vai trị đặc biệt quan trọng hệ thống truyền tải điện toàn giới nói chung Việt nam nói riêng Trước máy biến áp công suất lớn thường nhập với giá thành cao Năm 2011, lần Việt Nam, Tổng công ty Thiết bị điện Đơng Anh sản xuất đóng điện thành cơng máy biến áp 500kV cho trạm 500kV-150MVA Nho Quan-Ninh Bình Điều chứng tỏ khả nội địa hóa sản phẩm có hàm lượng cơng nghệ cao Việt Nam có tính thực Dầu máy biến áp có vai trị đặc biệt quan trọng việc cách điện làm mát máy biến áp đặc biệt máy biến áp cơng suất lớn Do tính chất quan trọng dầu máy biến áp, nên máy biến áp 500kV ln có hệ thống giám sát dầu online để đo đạc thông số dầu cảnh báo sớm tình trạng máy biến áp Theo quy trình chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa, dầu cách điện phải đáp ứng thơng số kỹ thuật cao trước đưa vào máy biến áp như: hàm lượng nước dầu, hàm lượng khí gas dầu,và điện áp đánh thủng phải đủ lớn Do vậy, dầu trước sử dụng phải lọc để

tách nước, khí gas, tăng điện áp đánh thủng… đảm bảo thông số dầu đáp ứng

tốt cho máy biến áp Theo tiêu chuẩn ISO 4406 quy định dầu cách điện sử dụng

máy biến áp 500kV là: nồng độ khí dầu ≤0,03%, nồng độ nước dầu

≤2ppm, điện áp đánh thủng ≥70kV (đo theo chuẩn IEC 156 1995) Hiện nay, giới

đã có hãng sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp MAXEI (Pháp), KATO (Nhật),

Globecore (Ukraine) [1]…đều có bán thị trường, nhiên Việt nam chưa có đơn vị

nào nghiên cứu để sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp với chất lượng tương đương máy nước phát triển, để làm chủ công nghệ không phụ thuộc vào yếu tố nước ngồi Để đáp ứng u cầu trên, chúng tơi đề xuất nghiên cứu thiết kế lọc dầu cho máy biến áp công suất lớn

Sau chúng tơi trình bày số nội dung đề xuất, phân tích đưa hướng giải thiết kế máy lọc dầu chất lượng cao

phin lọc thô sử dụng trước dầu gia nhiệt Quá trình tách nước khí ga thực nhờ phận sấy nóng, phun sương chân không Sau kiêm tra chất lượng, dầu bơm trở lại máy biến áp

Hình Mơ hình máy lọc dầu kết nối với MBA trình xử lý dầu 2.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống lọc dầu

Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu cho máy biến áp theo nguyên lý chân không lọc tuần hồn thể hình

Hình Sơ đồ tổng thể máy lọc dầu.

Dầu tách cặn bẩn phin lọc thô phin lọc tinh, mắt lọc bé chất lượng dầu tốt, nhiên ảnh hưởng đến lưu lượng dầu Thông thường lọc thô lưới lọc, lọc tinh với kích thước mắt lọc 1m Để tách khí nước dầu, dùng công nghệ chân không, dầu gia nhiệt, theo

nghiên cứu [2] thực tiễn hãng, nhiệt độ gia nhiệt nên 700C Nếu nhiệt độ

hóa Nếu nhiệt độ thấp việc tách nước khí hịa tan chậm hơn, dầu khó đạt thơng số u cầu Dầu làm nóng dẫn vào buồng chân khơng dạng đầu phun sương Khí hịa tan nước tách theo đường hút chân khơng ngồi Dầu sau lọc đưa ngồi qua hệ thống bơm dầu Q trình lọc thực cách tuần hoàn, đến dầu sau lọc đạt thông số yêu cầu 2.2 Thiết kế phần hệ thống

- HƯ thèng läc th«, läc tinh

Hệ thống lọc thơ: bố trí đầu vào hệ thống lọc Các hạt rắn có lẫn dầu cách điện làm giảm hoạt động an toàn Mối quan hệ tỷ lệ phần trăm hạt rắn dầu cách điện với điện áp đánh thủng thông qua luật logarit [3] Càng tham gia tạp chất độ cách điện dầu cao ngược lại Thông thường, phin lọc thô thường dùng sợi tự nhiên sợi tổng hợp Thông qua nghiên cứu, vật liệu chọn cho lọc thô làm polypropylene với tuổi thọ gấp đến lần vật liệu tổng hợp trước [2] Thơng thường lọc thơ lọc hạt rắn có đường kính lớn 10um

Hệ thống lọc tinh: Cũng thiết kế giống hệ thống lọc thơ, với đường kính mắt lọc thơng thường nhỏ 5um Hình thể nguyên lý hệ thống lọc hình ảnh phin lọc

Hình Hệ thống lọc hình ảnh phin lọc. - Thiết kế hệ thống tách nước buồng chân khơng

Hình trình bày thiết kế buồng chân khơng dầu đưa vào bình dạng phun sương áp lực hút chân không bơm chân

không Chiều dày vỏ bình tính tốn kiểm nghiệm lại phần mềm Inventor Autodest hai điều kiện làm việc: Bình chịu áp suất chịu áp suất ngồi Trong trường hợp chọn đường kính bình 1000mm, chiều cao thân bình 1500mm với giới hạn kéo cho phép, modul đàn hồi thép CT3 Theo cơng thức tính chiều dày sơ kết hợp với đại lượng bổ sung dung sai chiều dày bình điều kiện bình chịu áp suất tính 2,12mm điều kiện bình chịu áp suất ngồi tính 6,25mm

Víi hai kết chiều dày bình chân không trên, chọn chiều dày thành bình theo chuỗi tiêu chuẩn 8mm Kết kiểm chứng lại phần mềm Inventor cho kết tốt

Hình Thiết kế bình chân không.

1 Dầu vào

2 Dầu

3 Xả cặn bÈn

4 Lâi läc

5 Th«ng khÝ

6 Gioang kÝn

Đầu hút chân khơng nối với bình ngưng máy bơm chân khơng Tùy theo u cầu kỹ thuật chi phí giá thành mà chọn bơm chân không cho phù hợp Độ sâu bơm chân khơng tốt việc tách nước khí hịa tan khỏi dầu hiệu Trong hệ thống yêu cầu tốc độ lọc hiệu suất lọc cao nên để hệ thống bơm chân không hai cấp: bơm chân không bơm root

Theo nghiên cứu lưu lượng máy lọc dầu 6000l/h nên chọn bơm với tốc độ 240m3/hvà áp suất <8.10-2mbar, tương ứng với loại SV300B hãng

Leybold Vacuum

- Tính toán, lựa chọn điều khiển gia nhiƯt cho dÇu

Dầu cần lọc gia nhiệt q trình lọc, nhiệt độ dầu điều khiển từ

50-700C Tốc độ tăng nhiệt Δt chu kỳ lọc thông qua máy lọc dầu cần chọn tỏng

khoảng từ đến 150C [2] để đảm bảo dầu không bị lão hóa Với lưu lượng 6000l/h, cơng

suất gia nhiệt tính khoảng 252kW Với 12 gia nhiệt lựa chọn hình chữ U hệ thống, có cơng suất 21kW bảm bảo nhiệt lượng cần thiết

- HƯ thèng èng dÉn dÇu

Cũng tương tự tính tốn chiều dày bình chân khơng, chúng tơi lựa chọn

®­êng kính ống dẫn dầu DN40, chiêu dày ống mm ống làm

thép cacbon Hệ thống ống hàn nối vào nhau, chất lượng mối hàn kiểm tra thiết bị siêu âm

3 kÕt qu¶, th¶o luËn

Từ tính tốn, hệ máy lọc dầu thiết kế trình bày hình Các phần tử máy vẽ chi tiết phần mềm Inventor Kích thước máy hồn thiện 1900x2530x2900mm tương đồng với máy chủng loại giới hãng

H×nh Bản vẽ tổng thể máy lọc dầu 6000l/h

Sau hoàn thiện, tham số kỹ thuật điện áp đánh thủng, kích thước hạt dầu, nồng độ ẩm, nồng độ khí hịa tan cần kiểm tra Để đến hồn thiện thiết kế, q trình mô lựa chọn tham số kỹ thuật tối ưu cần thực

4 kÕt luËn

Bài báo trình bày số phân tích, đề xuất nghiên cứu thiết kế máy lọc dầu cho máy biến áp với lưu lượng 6000l/h với chuẩn thơng số dầu sau lọc sử dụng máy biến áp động lực: Điện áp đánh thủng lớn 70kV, hàm lượng nước dầu <1ppm, khí dầu <0.1% (theo thể tích) Hệ thống thiết kế tính tốn mơ phần mềm Inventor Phần điều khiển hệ thống thực dựa điều khiển khả trình PLC S7-1200 Siemens Việc sử dụng điều khiển khả trình điều khiển hệ thống giúp cho hệ thống hoạt động cách linh hoạt, đo chuẩn đốn lỗi từ xa mà hệ thống có thị trường u khụng cú

Tuy nhiên, kết nghiên cứu chi tiết chu kỳ lặp, kiểm tra chuẩn thông số trình lọc nghiên cứu chi tiết kết mô qua trình thực nghiệm tiến hành thời gian tíi

Lời cảm ơn: Chúng tơi xin chân thành cảm ơn Bộ Công Thương, ủng hộ tài cho chúng tơi việc thực nghiên cu ny

TàI LIệU THAM KHảO

[1] web www.maxei-group.com; www.katofl.com vµ www.globecore.com

[2] CUI Liqin and all, “Study on the Insulating Oil Purification System of Ultra-High

Voltage (UHV) Transformer” Power and Energy Engineering Conference, 2009 APPEEC 2009 Asia-Pacific

[3] Wangwenchang, “The influence to the electrical properties on particles of

Abstract

STUDY AND DESIGN A INSULATING OIL PURIFICATION SYSTEM FOR ULTRA-HIGH VOLTAGE TRANSFORMER

Today, the use of Ultra-High Voltage (UHV) transformers in the transmission system and distribution of electricity is growing In transformer oil has special meaning important in transformer as cooling during transformer working According to the technical requirements, the breakdown voltage of oil must be greater than 70kV, the water content in oil <2ppm, gas content in oil <0.03% Due to strict requirements, in this paper presents the research and design of insulating oil purification systeme for UHV transformers Principle of operation of refineries base on the periodic filter, separated the residue by filtration systeme, dissolved air and water separation by vacuum systems for heating oil Advantage of this system compared to the existing system on the market: The system works fully automated, flexible and reliable operation in industrial environments, can be connected in the industrial network communication to measurement, monitoring and remote diagnostics

Keywords: Ultra-High Voltage Transformer, oil purification plant, Iisulation oil, Breakdown voltage

NhËn bµi ngµy 11 tháng 10 năm 2014

Hon thin ngy 10 tháng năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng năm 2015