Ứng dụng của bộ hô hấp biến áp không cần bảo dưỡng trong trạm biến áp

Hiện nay, các bộ thở truyền thống được sử dụng rộng rãi trong máy biến áp. Khả năng hấp thụ độ ẩm của gel silic vẫn được nhân viên vận hành và bảo dưỡng đánh giá thông qua quan sát trực quan sự thay đổi màu sắc của hạt gel silic. Phán đoán chủ quan của nhân viên đóng vai trò quyết định. Mặc dù đã có quy định rõ ràng rằng gel silic trong bộ thở máy biến áp cần được thay thế khi hơn hai phần ba đã thay đổi màu sắc, nhưng vẫn chưa có phương pháp định lượng chính xác để xác định mức giảm khả năng hấp thụ ở các giai đoạn cụ thể của sự thay đổi màu sắc.

Ngoài ra, trình độ kỹ năng của nhân viên vận hành và bảo dưỡng khác nhau đáng kể, dẫn đến sự chênh lệch lớn trong việc nhận dạng trực quan. Một số nhà sản xuất và cá nhân đã tiến hành nghiên cứu liên quan, chẳng hạn như phát hiện hàm lượng độ ẩm trong không khí sau khi lọc bằng gel silic hoặc theo dõi trọng lượng thực tế của gel silic. Máy tính nhúng được sử dụng để điều khiển, phát hiện và truyền dữ liệu để tự động điều khiển sưởi ấm và loại bỏ độ ẩm từ gel silic.

1.Phân tích tình hình kỹ thuật hiện tại
1.1 Nghiên cứu về bộ thở máy biến áp của các tổ chức nước ngoài
Nhiều năm qua, dựa trên nghiên cứu học thuật và ứng dụng thực tế ở nước ngoài, việc phát hiện hàm lượng độ ẩm trong không khí sau khi gel silic hấp thụ được coi là phương pháp phổ biến, rộng rãi và hiệu quả nhất để đánh giá mức bão hòa của gel silic. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn không thể định lượng trực tiếp mức độ bão hòa độ ẩm của gel silic; nó chỉ chỉ ra một cách định tính—qua các phương tiện gián tiếp—rằng khả năng hấp thụ đã giảm và cần xử lý làm khô.

Công ty MR hiện cung cấp một sản phẩm tương tự giải quyết vấn đề này, sử dụng nguyên tắc cảm biến độ ẩm để đánh giá mức độ ẩm của gel silic, sử dụng gel silic trắng (loại không chỉ báo). Nhược điểm của nó bao gồm: cảm biến độ ẩm thường hỏng khi tiếp xúc với độ ẩm bão hòa (ngưng tụ thành giọt nước), gel silic trắng không cho phép người dùng xác nhận trực quan tác dụng hấp thụ độ ẩm, và quá trình làm khô/tái tạo không thể kiểm chứng.

ABB cũng cung cấp một giải pháp tương tự với cấu trúc ống kép. Trong quá trình hoạt động, van điện từ kết nối một ống với kênh hô hấp của bình chứa trong khi ống kia trải qua quá trình làm khô và tái tạo. Tuy nhiên, do kích thước lớn, trọng lượng nặng và chi phí cao, nó không phù hợp để cải tạo các bộ thở truyền thống hiện có tại chỗ.

1.2 Nghiên cứu về bộ thở máy biến áp của các tổ chức trong nước
Một số doanh nghiệp trong nước đã phát triển các bộ thở không cần bảo dưỡng. Các thiết bị này sử dụng đo lường trọng lượng trực tuyến để xây dựng mô hình bão hòa độ ẩm của gel silic và làm khô bằng nhiệt theo thời gian. Áp dụng lý thuyết điều khiển mờ, chúng đạt được việc làm khô không khí lý tưởng và làm khô khoa học. Để đảm bảo phụ kiện bộ thở phù hợp với tuổi thọ của máy biến áp, vi xử lý quân sự hóa và hệ điều hành VxWorks được sử dụng, cùng với các thành phần cảm biến và hoạt động cực kỳ ổn định. Điều này thực sự hiện thực hóa việc vận hành không cần bảo dưỡng cho bộ thở máy biến áp, cải thiện đáng kể hiệu quả công việc tại chỗ và an toàn, đồng thời tăng cường độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện.

1.3 Hai quan điểm hiện tại về việc thay thế bộ thở truyền thống
Hiện nay, ngành điện lực chưa có sự đồng thuận thống nhất về tác động của việc thay thế gel silic trong bộ thở máy biến áp chính đối với bảo vệ Buchholz (khí). Mặc dù được đồng ý chung rằng trong quá trình thay thế gel silic, bảo vệ khí nặng phải được chuyển từ chế độ "trượt" sang chế độ "báo động", nhưng vẫn tồn tại sự bất đồng đáng kể về cách cấu hình lại bảo vệ sau khi thay thế.

Một quan điểm cho rằng việc thay thế gel silic của bộ thở có thể gây ra sự trượt giả của bảo vệ khí; do đó, sau khi thay thế, máy biến áp nên trải qua 24 giờ thử nghiệm (với bảo vệ khí nặng đặt ở chế độ báo động) trước khi chuyển trở lại chế độ trượt.

Quan điểm khác cho rằng sau khi hoàn thành việc thay thế gel silic, không còn tác động nào nữa đối với bảo vệ khí nặng, vì vậy bảo vệ nên được khôi phục ngay lập tức về chế độ trượt.

Hiện nay, một công ty cung cấp điện áp dụng quy trình sau: trước khi thay thế, họ yêu cầu sự chấp thuận của điều độ để chuyển liên kết bảo vệ khí nặng từ chế độ trượt sang chế độ tín hiệu; sau khi hoàn thành, họ yêu cầu sự chấp thuận của điều độ lần nữa để khôi phục về chế độ trượt. Họ kiểm tra rằng một đầu của liên kết bảo vệ khí nặng mang –110V trong khi đầu kia không có điện trước khi nối lại liên kết.

1.4 Tình hình ứng dụng hiện tại của bộ thở máy biến áp
Công ty cung cấp điện hiện đang sử dụng hai loại bộ thở: bình chứa thủy tinh hữu cơ có thể tháo rời và bình chứa không thể tháo rời. Đối với bộ thở có thể tháo rời, quá trình thay thế đòi hỏi độ chính xác cao từ phía người vận hành về quy trình và lực vặn vít; nếu không, thủy tinh hữu cơ dễ bị hư hại. Quá trình này mất nhiều thời gian, và việc thay thế lặp đi lặp lại thường dẫn đến niêm phong kém tại các mối nối, cho phép không khí ẩm không được lọc vào bình chứa và có thể gây ẩm dầu máy biến áp.

Bộ thở không thể tháo rời tránh được những vấn đề này nhưng lại gặp phải vấn đề khác: lỗ nạp nhỏ gây rò rỉ gel silic trong quá trình thay thế, gây ô nhiễm môi trường.

Trong số 64 trạm biến áp của công ty, gel silic đã được thay thế 178 lần vào năm 2015, tổng cộng 541 kg. Tần suất thay thế tăng đáng kể trong mùa mưa do độ ẩm cao, đòi hỏi nguồn nhân lực và vật tư lớn. Trong vùng núi, nguy cơ như sạt lở đường và sụt lún đá trong mùa mưa làm tăng thêm nguy hiểm trong vận chuyển.

2. Nguyên lý hoạt động của bộ thở máy biến áp không cần bảo dưỡng
Series JY-MXS bộ thở không cần bảo dưỡng được lắp đặt trên bình chứa của máy biến áp ngâm dầu. Khi dầu máy biến áp giãn nở hoặc co lại do tải hoặc thay đổi nhiệt độ môi trường, khí trong bình chứa đi qua chất hút ẩm bên trong bộ thở không cần bảo dưỡng, loại bỏ bụi và độ ẩm từ không khí để duy trì sức mạnh cách điện của dầu máy biến áp.

Sau thời gian sử dụng dài, khi chất hút ẩm trở nên ẩm ướt, bộ thở sẽ tự động kích hoạt chức năng sưởi ấm để loại bỏ độ ẩm. Hệ thống chủ yếu bao gồm bình lọc, ống thủy tinh, trục chính, cảm biến trọng lượng (cảm biến tải), các cảm biến nhiệt độ/độ ẩm, phần tử sưởi ấm, bảng điều khiển và gel silic.

Khi thiết bị bảo quản hít không khí, không khí trước tiên đi qua lưới lọc kim loại đúc, loại bỏ bụi. Không khí đã được lọc sau đó chảy qua buồng làm khô, nơi độ ẩm được hấp thụ hoàn toàn bởi chất hút ẩm.

Mức độ bão hòa của gel silic được đo bằng cảm biến trọng lượng được lắp đặt bên trong bộ thở. Khi mức độ bão hòa vượt quá ngưỡng cài đặt, các phần tử sưởi ấm từ sợi carbon bên trong buồng làm khô sẽ được kích hoạt để làm khô chất hút ẩm. Hơi nước kết quả sẽ khuếch tán ra ngoài thông qua đối lưu, đi qua lưới kim loại, ngưng tụ trên ống thủy tinh và chảy xuống flăng kim loại ở đáy, thoát ra khỏi bộ thở.

Nếu cảm biến độ ẩm hỏng, bộ điều khiển theo thời gian bên trong hộp điều khiển đảm bảo sưởi ấm định kỳ theo khoảng thời gian cài đặt, đạt được vận hành thực sự không cần bảo dưỡng.

3. Ứng dụng của Bộ thở Transformer Không Cần Bảo Dưỡng
Công ty cung cấp điện đã lắp đặt bộ thở không cần bảo dưỡng series JY-MXS trên các bộ thay đổi tap có tải (OLTC) và thân chính của máy biến áp số 1 tại hai trạm biến áp 110 kV địa lý khác nhau (Trạm A và Trạm B).

Sau hơn một năm vận hành:

• Tại Trạm A, máy biến áp số 1 không yêu cầu thay thế gel silic nào cho cả bộ thở OLTC và thân chính. Ngược lại, máy biến áp số 2 đã trải qua 5 lần thay thế bộ thở thân chính (tổng cộng 15 kg) và 6 lần thay thế bộ thở OLTC (tổng cộng 6 kg).

• Tại Trạm B, máy biến áp số 1 cũng không yêu cầu thay thế. Máy biến áp số 2 đã có 3 lần thay thế bộ thở thân chính (9 kg) và 5 lần thay thế bộ thở OLTC (5 kg).

Dữ liệu vận hành và kiểm tra điểm cho thấy tất cả chức năng của bộ thở không cần bảo dưỡng hoạt động bình thường. Khi gel silic đạt đến mức bão hòa nhất định, bộ sưởi sẽ kích hoạt kịp thời dựa trên tín hiệu từ cảm biến để làm khô hạt. Hơn nữa, bằng cách phân tích dữ liệu trọng lượng trong sáu tháng, bộ điều khiển đã xác lập mô hình hấp thụ độ ẩm và triển khai chiến lược lai kết hợp giữa kiểm soát trọng lượng và kiểm soát theo thời gian, giảm khối lượng công việc của nhân viên, tăng cường tự động hóa và mang lại lợi ích kinh tế và xã hội.

4. Kết luận
Tóm lại, việc lắp đặt bộ thở không cần bảo dưỡng trên cả bộ thay đổi tap có tải và thân chính của máy biến áp trong trạm biến áp giúp:

• Sưởi ấm do cảm biến điều khiển để làm khô gel silic bão hòa,

• Theo dõi trực tiếp từ xa thông qua chức năng truyền thông,

• Các khả năng chẩn đoán tự động để bảo trì dễ dàng hơn.

Những tính năng này chứng tỏ rằng bộ thở không cần bảo dưỡng có thể thay thế hoàn toàn hệ thống truyền thống, giải quyết hiệu quả nhu cầu hấp thụ độ ẩm của máy biến áp và đạt được vận hành thực sự không cần bảo dưỡng. Ngoài ra, do việc thay thế gel silic được loại bỏ, cuộc tranh luận kéo dài về cài đặt bảo vệ khí nặng sau khi thay thế cũng được giải quyết.

Việc sử dụng bộ thở không cần bảo dưỡng cho phép công ty cung cấp điện theo dõi trạng thái phụ kiện trực tuyến, nhận được trạng thái thiết bị theo thời gian thực và triển khai các biện pháp phòng ngừa trước khi xảy ra sự cố—ngăn chặn máy biến áp hoạt động dưới tải đầy đủ trong khi vẫn tồn tại rủi ro tiềm ẩn. Điều này lấp đầy khoảng trống mà bộ thở truyền thống không thể hỗ trợ theo dõi trực tuyến.

Ngoài ra, nó giảm đáng kể chi phí lao động và chi phí kiểm tra định kỳ, thúc đẩy tái chế rác, và giảm thiểu rủi ro tai nạn lớn do lỗi nhỏ của phụ kiện. Điều này cho phép lên lịch bảo trì hiệu quả và khoa học hơn, loại bỏ chi tiêu không cần thiết, đảm bảo vận hành máy biến áp bền vững và an toàn, và cuối cùng đạt được mục tiêu tăng năng suất, hiệu quả, an toàn và bảo vệ môi trường.