Nguyên nhân và Giải pháp cho Tỷ lệ Hư hỏng Cao của Máy biến áp Phân phối

1. Nguyên nhân hỏng hóc của biến áp phân phối nông nghiệp

(1) Hư hỏng cách điện

Cung cấp điện nông thôn thường sử dụng hệ thống cung cấp hỗn hợp 380/220V. Do tỷ lệ tải một pha cao, biến áp phân phối thường hoạt động dưới tình trạng mất cân bằng tải ba pha đáng kể. Trong nhiều trường hợp, mất cân bằng vượt quá phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn, gây lão hóa sớm, suy giảm và hỏng hóc cách điện cuộn dây biến áp, cuối cùng dẫn đến cháy nổ.

Khi biến áp phân phối trải qua tình trạng quá tải kéo dài, sự cố đường dây phía hạ thế, hoặc tăng tải đột ngột, có thể xảy ra hư hỏng do bảo vệ không đủ. Sự thiếu vắng các thiết bị bảo vệ trên phía hạ thế, kết hợp với cầu chì rơi phía cao thế không hoạt động kịp thời (hoặc không hoạt động), cho phép biến áp phải chịu dòng điện vượt xa giá trị định mức (đôi khi vài lần giá trị định mức). Điều này gây tăng nhiệt độ đáng kể, làm đẩy nhanh quá trình lão hóa cách điện và dẫn đến cháy cuộn dây.

Sau thời gian hoạt động kéo dài, các thành phần kín như hạt cao su và gioăng bị lão hóa, nứt và hỏng. Nếu không được phát hiện và thay thế kịp thời, điều này dẫn đến rò rỉ dầu và mức dầu giảm. Không khí ẩm ướt sau đó xâm nhập vào dầu cách điện với lượng lớn, làm giảm đáng kể cường độ điện môi. Thiếu dầu nghiêm trọng có thể để lộ bộ chuyển mạch tap ra không khí, gây hấp thụ hơi ẩm, phóng điện, ngắn mạch và cháy biến áp.

Lỗi sản xuất cũng góp phần vào hỏng hóc. Quá trình sản xuất không đầy đủ, lớp sơn varnish của cuộn dây chưa thấm hoàn toàn (hoặc chất cách điện varnish kém chất lượng), sấy khô không đủ, và mối hàn cuộn dây không đáng tin cậy có thể tạo ra điểm yếu về cách điện. Ngoài ra, việc thêm dầu cách điện kém chất lượng trong quá trình bảo dưỡng hoặc cho phép hơi ẩm và tạp chất xâm nhập trong quá trình sửa chữa làm giảm chất lượng dầu và cường độ cách điện, cuối cùng dẫn đến hỏng cách điện và hỏng biến áp.

(2) Quá áp

Bảo vệ sét đánh thường thất bại do giá trị điện trở tiếp đất không đạt yêu cầu. Ngay cả khi ban đầu tuân thủ, hệ thống tiếp đất có thể bị xuống cấp theo thời gian do thép bị ăn mòn, oxi hóa, gãy hoặc mối hàn kém, gây tăng đáng kể điện trở tiếp đất và làm biến áp dễ bị hỏng do sét đánh.

Cấu hình bảo vệ sét đánh không đúng là phổ biến. Nhiều biến áp phân phối nông nghiệp chỉ có bộ chống sét lắp ở phía cao thế. Do hệ thống điện nông thôn chủ yếu sử dụng biến áp kết nối Yyn0, sét đánh có thể tạo ra cả quá áp biến đổi dương và ngược. Không có bảo vệ sét đánh phía hạ thế, biến áp trở nên dễ bị hỏng hơn từ những quá áp này.

Hệ thống điện 10kV nông thôn thường xuyên gặp hiện tượng cộng hưởng từ. Trong các sự kiện quá áp cộng hưởng, dòng điện sơ cấp của biến áp phân phối có thể tăng đáng kể, gây cháy cuộn dây hoặc phóng điện và thậm chí nổ sứ.

(3) Điều kiện vận hành kém

Trong thời gian nhiệt độ cao mùa hè hoặc khi biến áp hoạt động liên tục dưới tình trạng quá tải, nhiệt độ dầu tăng quá mức. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tản nhiệt và đẩy nhanh quá trình lão hóa, suy giảm và hỏng cách điện, rút ngắn đáng kể tuổi thọ biến áp.

(4) Vận hành bộ chuyển mạch tap không đúng hoặc chất lượng kém

Tiêu thụ điện nông thôn có đặc điểm tải phân tán, tính mùa vụ mạnh, chênh lệch đỉnh-thung lũng lớn, đường dây hạ thế dài, và giảm điện áp đáng kể, dẫn đến dao động điện áp đáng kể. Điều này khiến kỹ sư điện nông thôn thường xuyên tự điều chỉnh bộ chuyển mạch tap của biến áp. Phần lớn các điều chỉnh này không tuân theo quy trình đúng, và giá trị điện trở DC không được đo và so sánh sau khi vận hành trước khi đưa vào sử dụng. Kết quả, nhiều biến áp hỏng do vị trí chuyển mạch tap không đúng, tiếp xúc kém, tăng điện trở tiếp xúc, và cháy bộ chuyển mạch tap.

Bộ chuyển mạch tap chất lượng kém với tiếp xúc tĩnh và động không đủ, hoặc chỉ báo vị trí không khớp (khi các dấu hiệu bên ngoài không tương ứng với vị trí thực tế bên trong), có thể gây ra sự cố phóng điện và ngắn mạch sau khi đưa vào sử dụng, dẫn đến hỏng bộ chuyển mạch tap hoặc toàn bộ cuộn dây.

(5) Vấn đề tiếp đất lõi biến áp

Vấn đề chất lượng của biến áp phân phối có thể gây lão hóa sớm của sơn cách điện giữa các tấm thép silic trong quá trình hoạt động lâu dài, dẫn đến tiếp đất đa điểm của lõi và hỏng biến áp.

(6) Hoạt động quá tải kéo dài

Với sự phát triển kinh tế nông thôn, nhu cầu điện đã tăng đáng kể. Tuy nhiên, việc bổ sung biến áp mới hoặc thay thế bằng các đơn vị công suất cao hơn không đủ, buộc biến áp hiện tại phải hoạt động liên tục dưới tình trạng quá tải. Ngoài ra, tỷ lệ tải một pha cao ở vùng nông thôn khiến việc cân bằng tải ba pha khó khăn, khiến một số pha phải chịu quá tải kéo dài trong khi dòng điện trung tính vượt xa giá trị cho phép. Những điều kiện này cuối cùng dẫn đến cháy biến áp.

2. Biện pháp khắc phục

Theo các tiêu chuẩn liên quan, mỗi biến áp phân phối phải có ba biện pháp bảo vệ cơ bản: bảo vệ sét đánh, bảo vệ ngắn mạch, và bảo vệ quá tải.

Đối với bảo vệ sét đánh, bộ chống sét phải được lắp đặt ở cả hai phía cao thế và hạ thế của biến áp, với bộ chống sét oxit kẽm là lựa chọn ưu tiên.

Bảo vệ ngắn mạch và quá tải nên được xem xét riêng biệt. Fuse rớt ở phía điện áp cao chủ yếu bảo vệ chống lại các lỗi ngắn mạch nội bộ trong biến áp, trong khi điều kiện quá tải và ngắn mạch đường dây điện áp thấp nên được xử lý bởi cầu chì hoặc aptomat lắp đặt ở phía điện áp thấp.

Trong quá trình hoạt động, dòng điện tải pha nên được theo dõi định kỳ bằng ampe kẹp để xác minh rằng sự mất cân đối tải ba pha vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Khi phát hiện mất cân đối quá mức, cần phải phân phối lại tải ngay lập tức để đưa sự mất cân đối về trong giới hạn tiêu chuẩn.

Việc kiểm tra và thử nghiệm định kỳ các biến áp phân phối theo lịch trình quy định là rất quan trọng. Các thanh tra nên kiểm tra màu sắc, mức và nhiệt độ dầu để đảm bảo bình thường, và tìm kiếm dấu hiệu rò rỉ dầu. Bề mặt của đầu nối cách điện nên được kiểm tra để tìm dấu hiệu phóng điện hoặc đánh lửa. Bất kỳ bất thường nào cũng phải được xử lý ngay lập tức. Việc làm sạch định kỳ bên ngoài biến áp để loại bỏ bụi bẩn và chất gây ô nhiễm từ đầu nối cách điện và các bề mặt khác cũng được khuyến nghị.

Trước mỗi mùa mưa dông hàng năm, một cuộc kiểm tra kỹ lưỡng của cả thiết bị chống sét điện áp cao và thấp cũng như dây nối đất phải được thực hiện. Các thiết bị chống sét không tuân thủ phải được thay thế. Dây nối đất phải không có sợi đứt, mối hàn kém hoặc gãy. Không nên sử dụng dây dẫn nhôm cho dây nối đất; thay vào đó, nên sử dụng thanh thép đường kính 10-12mm hoặc dải thép phẳng 30×3mm.

Độ kháng tiếp đất phải được kiểm tra hàng năm vào mùa đông dưới điều kiện thời tiết thuận lợi (ít nhất một tuần trời nắng liên tục). Hệ thống tiếp đất không tuân thủ phải được khắc phục.

Kết nối giữa các đầu cuối biến áp và dây dẫn đường dây trên cả hai phía điện áp cao và thấp nên sử dụng các thành phần chuyển đổi đồng-nhôm hoặc kẹp thiết bị đồng-nhôm. Trước khi kết nối, bề mặt của các thành phần này nên được mài bóng bằng giấy nhám mịn và phủ một lượng thích hợp mỡ dẫn điện.

Khi vận hành công tắc chọn tap biến áp, các quy trình phải được tuân thủ nghiêm ngặt. Sau khi điều chỉnh, biến áp không nên được đưa trở lại hoạt động ngay lập tức. Thay vào đó, giá trị điện trở DC của mỗi pha nên được đo bằng cầu trước và sau khi vận hành và so sánh. Nếu không có sự thay đổi đáng kể, giá trị điện trở DC pha-pha và dây-dây sau khi vận hành nên được so sánh, với sự khác biệt pha không vượt quá 4% và sự khác biệt dây nhỏ hơn 2%. Nếu những tiêu chí này không được đáp ứng, nguyên nhân phải được xác định và khắc phục. Chỉ sau khi đáp ứng những yêu cầu này, biến áp mới nên được đưa trở lại hoạt động.