Các khuyết tật cách điện và phương pháp thử nghiệm điện áp chịu đựng cho máy biến áp ngâm dầu UHV

1 Khảo sát các khuyết tật cách điện trong máy biến áp dầu chìm UHV

Các thách thức chính đối với máy biến áp dầu chìm cao áp trong quá trình hoạt động bao gồm lỗi cách điện, nhiệt do rò rỉ từ trường của lõi sắt, rung/chấn và rò rỉ dầu.

1.1 Lỗi Cách Điện

Máy biến áp mắc song song, khi được kết nối với cuộn dây chính của lưới điện và đưa vào sử dụng, hoạt động ở công suất tối đa trong thời gian dài. Áp suất cao kéo dài làm tăng nhiệt độ hoạt động, đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu cách điện cuộn dây và dầu. Các lỗi tiềm ẩn: sự cố cách điện giữa cuộn dây và đất, ngắn mạch giữa các lớp. Máy biến áp ba pha cũng gặp rủi ro về sự cố cách điện giữa các pha.

1.2 Nhiệt Do Rò Rỉ Từ Trường Của Lõi Sắt

Khoảng cách không khí khiến mật độ rò rỉ từ trường của máy biến áp cao hơn nhiều so với máy biến áp. Gần lõi sắt, yoke và giá đỡ cuộn dây, cường độ rò rỉ là vài lần so với máy biến áp. Rò rỉ qua thép silic gây mất năng lượng thêm và nóng cục bộ, đặc biệt là nơi rò rỉ cắt ngang yoke sắt (ví dụ, kẹp sắt, tấm thép). Đây là thách thức lớn cho máy biến áp dầu chìm trong lưới điện UHV.

1.3 Rung và Tiếng Ồn

Khoảng cách không khí chia đường từ trường của máy biến áp thành các vùng có cực từ độc lập. Sự thay đổi lực hút giữa các cực gây ra rung. Khung lõi sắt, gioăng và yoke có thể kích hoạt cộng hưởng cơ học, khiến rung/ồn của máy biến áp vượt quá máy biến áp. Các lỗi như hoạt động sai của rơle khí, gãy tấm nhôm, mòn cách điện, lỏng tấm lõi và xả thiết bị giới hạn lõi là kết quả của rung lâu dài. Tiếng ồn liên quan chặt chẽ đến rung lõi.

1.4 Rò Rỉ Dầu

Rò rỉ dầu làm gián đoạn hoạt động ổn định, ô nhiễm môi trường và gây rủi ro an toàn. Cả máy biến áp dầu chìm nội địa và nhập khẩu đều thường rò rỉ dầu, do kiểm soát quy trình sản xuất kém của nhà sản xuất và rung trong quá trình vận chuyển/hoạt động làm tăng rò rỉ.

2 Nguyên lý và Đặc điểm của Hai Phương Pháp Thử Đèn Cách Điện
2.1 Phương Pháp Thử Đèn Cách Điện Bằng Cộng Hưởng Song Song

Phương pháp thử đèn cách điện bằng cộng hưởng song song là một chiến lược hiệu quả cao để phát hiện cách điện của thiết bị điện cao áp. Nó thể hiện tính hữu ích không thể thay thế, đặc biệt trong đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp trong trạm biến áp siêu cao áp. Công nghệ này chủ yếu đạt được hiệu ứng tạo ra điện áp thử nghiệm tương đối cao ngay cả với nguồn điện cung cấp công suất nhỏ, thông qua sự cộng hưởng giữa trở kháng cảm của máy biến áp và trở kháng dung của tụ bù ở tần số cụ thể. Nguyên lý của nó được thể hiện trong Hình 1. Các đặc điểm chính của phương pháp này như sau:

• Công suất thử nghiệm nhỏ. Trong trạng thái cộng hưởng, trở kháng vòng giảm xuống mức tối thiểu. Do đó, công suất nguồn điện thực tế cần chỉ là một phần nhỏ, thấp hơn nhiều so với công suất đầy đủ cần thiết để tạo ra điện áp thử nghiệm. Nó đặc biệt phù hợp cho sử dụng tại chỗ, đặc biệt trong môi trường có công suất nguồn điện hạn chế.

• Điện áp đầu ra cao. Trong điều kiện cộng hưởng, nguồn điện có thể tạo ra điện áp đáp ứng yêu cầu thử nghiệm cao ngay cả ở tần số tương đối thấp. Điều này tạo điều kiện cho đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp siêu cao áp.

• Chất lượng sóng hình tốt. Thử nghiệm cộng hưởng song song có thể đảm bảo đầu ra của sóng hình sin ổn định ở tần số nguồn điện cố định, giảm đáng kể ảnh hưởng của hài trên kết quả thử nghiệm và đảm bảo độ chính xác của thử nghiệm.

• Thiết bị thử nghiệm đơn giản. Các thiết bị cần thiết cho thử nghiệm này tương đối đơn giản, chủ yếu bao gồm nguồn điện biến tần, biến áp kích thích và tụ điều chỉnh, v.v., thuận tiện cho vận chuyển và lắp đặt nhanh chóng tại chỗ.

• An toàn cao. Nếu mẫu thử nghiệm bị hỏng trong quá trình thử nghiệm cộng hưởng song song, vòng sẽ ngay lập tức mất trạng thái cộng hưởng, và dòng điện đầu ra của nguồn điện sẽ giảm mạnh, do đó hạn chế hiệu quả thiệt hại cho mẫu thử nghiệm và thiết bị thử nghiệm.

Tóm lại, việc khảo sát khuyết tật cách điện cung cấp dữ liệu quan trọng cho đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp trạm, hướng dẫn lựa chọn phương pháp thử nghiệm. Nghiên cứu trong tương lai sẽ tối ưu hóa công nghệ đánh giá tại chỗ để nâng cao độ chính xác/tín nhiệm của đánh giá tình trạng cách điện cho máy biến áp dầu chìm cao áp.

2.2 Phương Pháp Thử Đèn Cách Điện Bằng Điện Áp Dao Động

Phương pháp thử đèn cách điện bằng điện áp dao động là phương pháp thường được sử dụng trong phát hiện cách điện cho hệ thống điện. Nó thể hiện tầm quan trọng đặc biệt, đặc biệt trong phát hiện cách điện giữa các vòng của máy biến áp khô lõi không khí. Công nghệ này áp dụng sóng điện áp dao động tần số cao lên vật thử để áp dụng điện áp, từ đó gây ra và nhận biết các khuyết tật hệ thống cách điện như phóng điện cục bộ. Nguyên lý của nó được thể hiện trong Hình 2. Các đặc điểm chính của thử nghiệm điện áp dao động và các yếu tố cần xem xét là như sau:

• Nguyên lý phát hiện: Thử nghiệm này dựa trên đặc điểm của sóng hình dao động tần số cao. Bằng cách so sánh các sóng hình dòng điện của mẫu thử nghiệm dưới điện áp tham chiếu và điện áp thử nghiệm, nó đánh giá xem tình trạng cách điện có lý tưởng hay không. Tỷ lệ suy giảm sóng hình và sự thay đổi điểm qua zero là các tham số chính để đo chất lượng cách điện.

• Sóng hình thử nghiệm: Sóng hình dao động do phương pháp này tạo ra chứa nhiều thành phần tần số cao. Thời gian mặt sóng của nó ngắn hơn nhiều so với mặt sóng xung sét, có thể kích hoạt hiệu quả tín hiệu phóng điện cục bộ do khuyết tật thiết bị.

• Thiết bị thử nghiệm: Thiết bị cần thiết cho thử nghiệm điện áp dao động bao gồm nguồn điện DC, tụ sạc, bán dẫn điều khiển cao áp, khe kích, điện trở mặt sóng, v.v. Cấu trúc tương đối phức tạp và đòi hỏi khá cao về môi trường thử nghiệm tại chỗ.

• Yếu tố môi trường: Thử nghiệm điện áp dao động cực kỳ nhạy cảm với các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm. Nó phải được thực hiện trong điều kiện được kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo độ chính xác của kết quả thử nghiệm.

• Hiệu suất chống nhiễu: Do điện áp và tần số dao động cao được tạo ra bởi thử nghiệm điện áp dao động, yêu cầu về tiếp đất và hiệu ứng che chắn của thiết bị thử nghiệm và điều kiện môi trường của hệ thống thử nghiệm rất nghiêm ngặt. Cần thực hiện các biện pháp ngăn chặn nhiễu hiệu quả.

• Hạn chế: Thử nghiệm điện áp dao động có một số hạn chế trong ứng dụng tại chỗ cho máy biến áp siêu cao áp. Đặc biệt, trong thử nghiệm máy biến áp ở cấp 1000kV, các phương tiện kỹ thuật hiện có khó đáp ứng yêu cầu thử nghiệm về điện áp và công suất lớn.

3 So sánh Hai Phương Pháp Thử Đèn Cách Điện

Trong đánh giá hiệu suất cách điện tại chỗ của máy biến áp dầu chìm cao áp trong trạm biến áp, các kỹ thuật phổ biến bao gồm thử nghiệm cộng hưởng song song và thử nghiệm điện áp dao động. Nghiên cứu này tiến hành phân tích so sánh sâu sắc hai phương pháp này, nhằm tìm ra giải pháp phù hợp hơn cho đánh giá tại chỗ của máy biến áp trạm biến áp siêu cao áp.

• Yêu cầu Thiết Bị: Thử nghiệm cộng hưởng song song dựa trên nguồn điện biến tần, biến áp kích thích và tụ điều chỉnh. Thử nghiệm điện áp dao động yêu cầu nguồn điện DC, tụ sạc và bán dẫn điều khiển cao áp. Phương pháp trước có thiết bị đơn giản, nhỏ gọn hơn, dễ dàng vận hành tại chỗ.

• Điều Kiện Thử Nghiệm: Thử nghiệm cộng hưởng song song thích ứng tốt với môi trường tại chỗ, ít phụ thuộc vào yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm. Ngược lại, thử nghiệm điện áp dao động đặt yêu cầu môi trường nghiêm ngặt hơn để đảm bảo độ chính xác của kết quả.

• Quy Trình Thử Nghiệm: Thử nghiệm cộng hưởng song song tương đối đơn giản, đạt được cộng hưởng bằng cách điều chỉnh tần số của nguồn điện biến tần. Trong khi đó, thử nghiệm điện áp dao động đòi hỏi kiểm soát chính xác việc tạo và suy giảm sóng hình điện áp.

• Xác Định Kết Quả: Thử nghiệm cộng hưởng song song đơn giản hóa quy trình thông qua điều chỉnh tần số để đạt cộng hưởng. Thử nghiệm điện áp dao động yêu cầu kiểm soát chính xác sóng hình.

• An Toàn: Cả hai phương pháp đều đảm bảo an toàn cao. Tuy nhiên, thử nghiệm cộng hưởng song song có thể giảm điện áp nhanh chóng trong trường hợp mẫu bị hỏng, hạn chế thiệt hại cho thiết bị và thiết lập thử nghiệm.

Qua so sánh sâu sắc về thiết lập thí nghiệm, cấu hình môi trường tại chỗ, quy trình thử nghiệm và tiêu chuẩn xác định kết quả, thử nghiệm cộng hưởng song song chứng tỏ phù hợp hơn cho đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp dầu chìm cao áp. Nó có thiết lập đơn giản, khả năng thích ứng mạnh, bước thử nghiệm rõ ràng, kết quả dễ nhận biết và an toàn cao. Ngược lại, thử nghiệm điện áp dao động có yêu cầu môi trường nghiêm ngặt hơn, thiết lập phức tạp hơn và có hạn chế trong ứng dụng thực tế của máy biến áp. Do đó, nghiên cứu này đề xuất ưu tiên thử nghiệm cộng hưởng song song cho đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp dầu chìm cao áp trong trạm biến áp.

4 Kết Luận

Bài viết này đầu tiên khảo sát các khuyết tật cách điện điển hình của máy biến áp và công nghệ đánh giá cách điện tại chỗ. Sau đó, đối với hai phương pháp đánh giá cách điện của máy biến áp, nó giới thiệu nguyên lý cơ bản và loại thiết bị của thử nghiệm cộng hưởng song song, cùng với các tiêu chuẩn, nguyên lý và logic phát hiện liên quan đến thử nghiệm điện áp dao động. Bằng cách so sánh ưu và nhược điểm từ bốn khía cạnh (thiết bị thử nghiệm, cấu hình điều kiện tại chỗ, quy trình thử nghiệm và phương pháp xác định kết quả), nó kết luận rằng phương pháp cộng hưởng song song phù hợp hơn cho đánh giá cách điện tại chỗ của máy biến áp dầu chìm cao áp trong trạm biến áp.