Thảo luận về Các Sự Cố của Máy Biến áp Phân phối Mạng Điện Nông Thôn

1. Giới thiệu

Do hoạt động lâu dài, các lỗi và sự cố của máy biến áp phân phối trong lưới điện nông thôn không thể tránh khỏi hoàn toàn. Những lỗi và sự cố này do nhiều yếu tố gây ra, chẳng hạn như lực bên ngoài như hư hỏng và va đập, và thiên tai không thể cản trở như sét đánh. Trong khi đó, ở một số vùng nông thôn, đường dây hạ thế được bảo trì không đầy đủ, thường xuyên dẫn đến quá tải và ngắn mạch, gây cháy máy biến áp phân phối. Điều này đã trở thành một yếu tố chính góp phần vào các sự cố.

Để ngăn chặn máy biến áp phân phối bị cháy và giảm thiểu các sự cố vận hành trong lưới điện nông thôn, bài viết này tổng hợp và phân tích một số loại lỗi điển hình và nguyên nhân của máy biến áp phân phối, tìm hiểu các biện pháp phòng ngừa, tiếp tục điều tra và giải quyết các mối nguy hiểm tiềm ẩn và điểm yếu của máy biến áp phân phối, hiệu quả ngăn ngừa và kiểm soát sự xảy ra của lỗi cháy máy biến áp phân phối, từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện nông thôn.

Hiện nay, máy biến áp phân phối được sử dụng trong lưới điện nông thôn chủ yếu là máy biến áp phân phối ngâm dầu. Các lỗi của loại máy biến áp này thường được phân loại thành lỗi nội bộ và lỗi ngoại vi. Lỗi nội bộ đề cập đến các sự cố xảy ra bên trong thùng máy biến áp. Các loại chính bao gồm ngắn mạch giữa cuộn dây, ngắn mạch giữa vòng dây trong cuộn dây, và lỗi nối đất khi cuộn dây hoặc đầu ra tiếp xúc với vỏ ngoài. Lỗi ngoại vi là các sự cố xảy ra trên các bích cách điện bên ngoài thùng máy biến áp và đầu ra của chúng. Các loại chính là nối đất do phóng điện hoặc vỡ bích cách điện, và ngắn mạch hoặc nối đất của đường dây xuất hạ thế.

Vì lỗi của máy biến áp phân phối bao gồm một phạm vi rộng, có nhiều phương pháp phân loại cụ thể. Ví dụ, từ góc độ của mạch, chúng chủ yếu được phân loại thành lỗi mạch, lỗi mạch từ, và lỗi mạch dầu. Nếu phân loại theo cấu trúc chính của máy biến áp phân phối, chúng có thể được chia thành lỗi cuộn dây, lỗi lõi, lỗi chất lượng dầu, và lỗi phụ kiện. Theo thông lệ, các loại lỗi của máy biến áp phân phối thường được phân loại dựa trên các khu vực dễ xảy ra lỗi, như lỗi cách điện, lỗi lõi, lỗi công tắc đổi dải, v.v. Trong đó, lỗi ngắn mạch tại đầu ra của máy biến áp phân phối có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đối với máy biến áp và tỷ lệ xảy ra hiện nay cao nhất. Ngoài ra, còn có lỗi rò rỉ của máy biến áp phân phối, v.v. Tất cả các loại lỗi khác nhau này có thể đại diện cho lỗi nhiệt, lỗi điện, hoặc cả hai lỗi nhiệt và phóng điện đồng thời. Tuy nhiên, lỗi rò rỉ của máy biến áp phân phối có thể không biểu hiện các đặc tính lỗi nhiệt hoặc điện dưới điều kiện bình thường.

Do đó, rất khó để phân loại các loại lỗi của máy biến áp phân phối trong một khung cụ thể. Bài viết này sử dụng các loại lỗi phổ biến và chung của máy biến áp phân phối, như lỗi ngắn mạch, lỗi phóng điện, lỗi cách điện, lỗi lõi, lỗi công tắc đổi dải, lỗi rò rỉ dầu khí, lỗi hư hỏng do lực bên ngoài, và lỗi bảo vệ cầu chì. Mỗi loại được thảo luận riêng biệt về nguyên nhân và các biện pháp kỹ thuật tương ứng.

2. Phân tích lỗi của máy biến áp phân phối
2.1 Lỗi ngắn mạch
2.1.1 Phân tích nguyên nhân lỗi

Lỗi ngắn mạch của máy biến áp phân phối chủ yếu đề cập đến ngắn mạch tại đầu ra của máy biến áp phân phối, cũng như ngắn mạch giữa các đầu ra nội bộ hoặc cuộn dây với đất, và ngắn mạch giữa các pha, dẫn đến sự cố.

Trong quá trình vận hành bình thường của máy biến áp phân phối, thiệt hại do lỗi ngắn mạch tại đầu ra khá nghiêm trọng. Theo các thống kê liên quan, các lỗi trực tiếp do dòng điện ngắn mạch tác động lên máy biến áp phân phối trong lưới điện nông thôn chiếm khoảng 40% tổng số lỗi. Có rất nhiều trường hợp như vậy. Đặc biệt, khi xảy ra ngắn mạch tại đầu ra hạ thế của máy biến áp phân phối, cuộn dây thường cần được thay thế. Trong trường hợp nghiêm trọng, tất cả cuộn dây có thể cần được thay thế, dẫn đến hậu quả và tổn thất cực kỳ nghiêm trọng. Do đó, nó nên được chú ý đầy đủ.

Tác động của ngắn mạch tại đầu ra đối với máy biến áp phân phối chủ yếu bao gồm hai khía cạnh sau:
Lỗi quá nhiệt cách điện do dòng điện ngắn mạch
Do bảo dưỡng không đầy đủ của một số đường dây hạ thế nông thôn, tình trạng quá tải và ngắn mạch thường xuyên xảy ra. Khi máy biến áp phân phối gặp phải ngắn mạch đột ngột, cuộn dây cao thế và hạ thế có thể cùng lúc truyền qua dòng điện ngắn mạch gấp hàng chục lần giá trị định mức. Điều này tạo ra một lượng lớn nhiệt, khiến máy biến áp phân phối quá nhiệt nghiêm trọng và nhiệt độ cuộn dây tăng nhanh, dẫn đến lão hóa cách điện. Khi khả năng chịu đựng dòng điện ngắn mạch của máy biến áp phân phối không đủ và ổn định nhiệt kém, vật liệu cách điện của máy biến áp phân phối sẽ bị hư hỏng nghiêm trọng, dẫn đến chập và hư hỏng máy biến áp phân phối.
Lỗi biến dạng cuộn dây do lực điện động của ngắn mạch
Khi máy biến áp phân phối bị tác động bởi ngắn mạch, nếu dòng điện ngắn mạch nhỏ và cầu chì nổ đúng cách, biến dạng cuộn dây sẽ nhẹ. Nếu dòng điện ngắn mạch lớn và cầu chì nổ chậm hoặc không nổ, phía thứ cấp sẽ tạo ra dòng điện ngắn mạch cao hơn 20-30 lần so với dòng điện định mức. Phía sơ cấp của máy biến áp phân phối chắc chắn sẽ tạo ra dòng điện lớn để chống lại hiệu ứng demagnetization của dòng điện ngắn mạch phía thứ cấp. Dòng điện lớn tạo ra một lực cơ học đáng kể bên trong cuộn dây, khiến cuộn dây bị nén, dịch chuyển hoặc biến dạng, các tấm cách điện và đệm bị lỏng, các vít kẹp lõi bị lỏng, cuộn dây cao thế bị méo hoặc nổ, và cuối cùng dẫn đến sự cố của máy biến áp phân phối. Đồng thời, cuộn dây chịu một mô men điện từ tương đối lớn, và vật liệu cách điện bị bong tróc, lộ thân dây và gây ngắn mạch giữa các vòng dây. Đối với các biến dạng nhỏ, nếu không sửa chữa kịp thời, như khôi phục vị trí của đệm, siết chặt các đinh ép cuộn dây và thanh kéo và thanh yoke, và tăng cường lực kẹp của các đầu ra, hiệu ứng tích lũy sau nhiều lần tác động ngắn mạch cũng sẽ làm hỏng máy biến áp phân phối.

2.1.2 Biện pháp giảm lỗi ngắn mạch

• Tối ưu hóa yêu cầu lựa chọn. Khi lựa chọn máy biến áp phân phối, hãy chọn loại có thể vượt qua thử nghiệm ngắn mạch mượt mà. Xác định hợp lý dung lượng của máy biến áp phân phối và lựa chọn trở kháng ngắn mạch của nó một cách hợp lý. Cố gắng sử dụng máy biến áp phân phối S11 tiết kiệm năng lượng và loại bỏ máy biến áp tiêu thụ năng lượng cao.

• Tối ưu hóa điều kiện và môi trường vận hành. Cải thiện mức cách điện của đường dây điện, đặc biệt là mức cách điện của đường dây xuất hạ thế của máy biến áp phân phối trong một khoảng cách nhất định. Đồng thời, nâng cao các tiêu chuẩn về hành lang an toàn và yêu cầu khoảng cách an toàn của đường dây hạ thế để giảm tác động và nguy hiểm của các sự cố gần đó. Điều này bao gồm chú ý đến chất lượng lắp đặt và bảo dưỡng của các đầu giắc hạ thế (vì nổ đầu giắc hạ thế chủ yếu tương đương với ngắn mạch thứ cấp), ngăn chặn sự xâm nhập của động vật nhỏ, và cải thiện yêu cầu chất lượng của cầu chì hạ thế để ngăn chặn tình huống như cầu chì không nổ.

• Tối ưu hóa chế độ vận hành. Khi xác định chế độ vận hành, tính toán dòng điện ngắn mạch và hạn chế tác hại của nó. Đặc biệt, ngăn chặn việc máy biến áp phân phối hoạt động trong tình trạng quá tải. Cố gắng tính toán và điều chỉnh tải điện của máy biến áp phân phối.

• Cải thiện mức quản lý vận hành. Đầu tiên, ngăn chặn tác động ngắn mạch do vận hành sai. Nâng cao giám sát và bảo dưỡng kịp thời của máy biến áp phân phối, phát hiện kịp thời mức độ biến dạng của máy biến áp phân phối, và đảm bảo vận hành an toàn. Đồng thời, tăng cường công tác kiểm tra tiêu thụ điện của người dùng trong khu vực máy biến áp phân phối để ngăn chặn vấn đề quá tải do ăn cắp điện của người dùng.

2.2 Lỗi phóng điện

Dựa trên mật độ năng lượng của phóng điện, lỗi phóng điện của máy biến áp phân phối thường được phân loại thành phóng điện cục bộ, phóng điện tia lửa, và phóng điện năng lượng cao. Phóng điện có hai loại tác động phá hủy đối với cách điện: một là hạt phóng điện trực tiếp tấn công cách điện, gây hư hỏng cục bộ và dần mở rộng cho đến khi cách điện bị chập. Hai là tác động hóa học của các khí hoạt tính như nhiệt, ozon và nitơ oxit do phóng điện tạo ra ăn mòn cách điện cục bộ, tăng tổn hao điện介质损耗增加，并最终导致热击穿。