Chương 1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN
1.2. Đặc điểm kết cấu các phần tử chính của hệ thống điện
1.2.3. Máy biến áp điện lực
Máy biến áp điện lực là thiết bị điện từ tĩnh dùng để biến đổi điện áp trong mạng điện xoay chiều.
1) Đặc điểm kết cấu
a. Mạch từ: Mạch từ của máy biến áp được làm bằng thép kỹ thuật điện gồm các lá thép dát mỏng có sơn cách điện để cách ly các lá thép với nhau với mục đích giảm dòng điện xoáy chạy trong lõi thép, do đó làm tăng hiệu suất của máy biến áp.
Hình 1.11. Hình dáng của máy biến áp
b. Các cuộn dây: Cuộn dây sơ cấp, và thứ cấp được lồng vào các trụ của mạch từ theo từng lớp. Các lớp dây được cách điện với nhau. Các cuộn dây của máy biến áp được đấu theo hình sao hoặc tam giác ứng với các tổ nối dây thích hợp.
c. Vỏ máy biến áp: Được chế tạo bằng thép có thể chịu được áp suất cao, bên trong vỏ biến áp cùng với ruột máy (mạch từ và các cuộn dây) là dầu biến thế có nhiệm vụ cách điện và làm mát cho máy. Quanh thùng máy biến áp người ta lắp các cánh tản để tăng bề mặt tiếp xúc của dầu với môi trường làm mát, bên trong thùng máy biến áp có trang bị thùng dãn dầu (bình thở hay bình hô hấp). Bình dãn dầu có nhiệm vụ chứa dầu thừa khi nhiệt độ trong máy tăng cao.
Để máy biến áp làm việc bình thường, các tiêu chuẩn của dầu biến thế phải được tuân thủ nghiêm ngặt.
Trong quá trình vận hành thể tích của dầu thay đổi theo nhiệt độ đốt nóng, hệ số dãn nở thể tích của dầu có giá trị trong khoảng 0,0007, Nhiệt độ dầu trong thùng có thể đạt tới 110 ÷ 1200C làm cho khối lượng dầu có thể tăng lên dến 10%. Bình dãn nở được trang bị để chứa lượng dầu tăng lên này, với phụ tải định mức, nhiệt độ của dầu không được vượt quá trị số cho phép ứng với các phương thức làm mát của máy.
Để đảm bảo thuận tiện cho quá trình vận hành và tránh những sai sót có thể xảy ra, trên vỏ của mỗi máy biến áp cũng như trên cửa của tất cả các phòng trong trạm biến áp nhất thiết phải được ghi số hiệu của máy, của trạm và cả của đơn vị quản lý, trên thùng của máy biến áp một pha phải được biểu thị màu sắc pha tương ứng.
Vỏ máy Cuộn dây
Mạch từ
2) Các phương thức làm mát MBA: Áp dụng các phương thức khác nhau
a. Làm mát bằng sự đối lưu tự nhiên của dầu: Các MBA có ký hiệu là TM là các loại máy được làm mát bằng sự đối lưu tự nhiên của dầu trong máy, theo nguyên tắc dầu nóng được đẩy lên phía trên còn dầu nguội hơn thì đi xuống phía dưới. Để tăng bề mặt làm mát, người ta chế tạo cánh tản nhiệt. Kiểu này thường áp dụng đối với MBA có công suất dưới 16MVA.
Hình 1.12. Làm mát máy biến áp bằng sự đối lưu dầu tự nhiên 1. thùng dầu; 2. phần tản nhiệt; 3. ống tản nhiệt
b. Làm mát bằng MBA bằng sự đối lưu của dầu có sự trợ giúp của các máy quạt: Các MBA có ký hiệu TMД được làm mát theo nguyên tắc giữa dầu và không khí thổi.
Hình 1.13. Hệ thống làm mát bằng dầu tự nhiên kết hợp với quạt thổi 1. thùng; 2. phần tản nhiệt; 3. ống góp; 4. ống tản nhiệt; 5. hệ thống quạt
c. Làm mát bằng MBA tuần hoàn cưỡng bức dầu và không khí
Các máy biến áp công suất từ 80MVA trở lên có ký hiệu TMДц được làm mát theo nguyên tắc làm đối lưu cả dầu và không khí. Một máy bơm được đặt ở mặt bích trên của MBA để hút dầu đẩy vào các bộ phận tản nhiệt cưỡng bức do các máy quạt thổi. Hiệu suất làm mát theo phương thức này tương đối.
Hình 1.14. Hệ thống làm mát bằng dầu và không khí cưỡng bức 1.thùng; 2.bộ phận tản nhiệt; 3.bơm dầu; 4.bộ phận tản nhiệt;5.hệ thống quạt
d. Làm mát bằng sự lưu thông của dầu và nước: Các máy biến áp có công suất rất lớn ký hiệu TMц, được làm mát theo nguyên tắc lưu thông tuần hoàn của cả dầu và nước.
Một máy bơm ly tâm được lắp vào mặt bích trên của máy biến áp để hút dầu nóng đưa đến bộ phận làm mát bằng nước, nơi có đặt một máy bơm ly tâm khác đưa nước lạnh tới hệ thống này. Dầu sau khi được làm nguội lại trở về thùng từ phía đáy.
Loại làm mát này khá hiệu quả nhưng rất cồng kềnh, nên chỉ áp dụng đối với loại MBA đặc biệt có công suất lớn.
Hình 1.15. Hệ thống làm mát bằng dầu và nước tuần hoàn cưỡng bức 1. bơm dầu; 2. bộ phận trao đổi nhiệt; 3. bộ phận phân ly không khí.
e. Làm mát bằng không khí tự nhiên: Các MBA làm mát bằng không khí tự nhiên gọi là MBA khô, ở đó luồng không khí tự nhiên tràn qua MBA và làm mát nó. Cách làm mát này hiệu quả rất thấp nên người ta phải sử dụng cách điện tăng cường, làm cho giá thành của máy cao hơn so với các máy biến áp dầu đến trên ba lần. loại MBA khô chỉ chế tạo với công suất đến 750kVA.
3) Khả năng mang tải của MBA
Quá tải MBA là lượng phụ tải qua máy mà làm cho hao mòn cách điện của các cuộn dây vượt quá giá trị so với chế độ làm việc bình thường. Tồn tại hai dạng quá tải là quá tải sau sự cố và quá tải theo chu kỳ:
a. Quá tải sau sự cố: Theo qui trình qui phạm về vận hành TBA, cho phép trong thời gian sự cố một trong MBA làm việc song song, MBA còn lại có thể làm việc quá tải 40% liên tục không quá 6giờ trong thời gian không quá 5 ngày, nếu hệ số điền kín đồ thị phụ tải không lớn hơn 0,75 (kđk 0,75). Tức là điều kiện làm việc quá tải của MBA được xác định theo biểu thức :
75 , . 0
4 ,
1
nBA đk ssc
S k S
Trong đó : Sssc phụ tải sau sự cố trong một MBA
b. Quá tải chu kỳ của MBA: ở giờ cao điểm được xác định do MBA làm việc non tải ở các thời điểm khác trong ngày. Quá tải chu kỳ và thời gian quá tải cho phép của MBA phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị phụ tải, hệ số mang tải trước đó, nhiệt độ của môi trường xung quanh, hằng số thời gian đốt nóng...Hệ số quá tải chu kỳ phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị và thời gian làm việc quá tải của MBA dầu .
Hình 1.16. Biểu đồ quá tải của MBA dầu phụ thuộc vào hệ số điền kín đồ thị phụ tải Sự quá tải theo chu kỳ còn phụ thuộc vào hệ số mang tải trước đó ký hiệu là k1, nhiệt độ môi trường xung quanh và hằng số thời gian đốt nóng như trên hình vẽ 1.17
Hình 1.17. Biểu đồ xác định quá tải chu kỳ của các MBA
a. Snđm =1÷1000 kVA ở 0 = 200C; b. Snđm =1000÷32000 kVA ở 0 = 200C Qui tắc quá tải 3%: Khả năng làm việc quá tải MBA cũng có thể được xác định theo qui tắc“quá tải 3%’’. Tất cả các MBA có hệ số điền kín đồ thị phụ tải (kđk) nhỏ hơn 100% thì cứ mỗi 10% giảm của Kđk sẽ cho phép quá tải 3% so với công suất định mức, nếu giá trị trung bình của nhiệt độ môi trường xung quanh không lớn hơn 350C.
10 % 100
% 3
kđk
k