Phân tích Sự cố và Các biện pháp Bảo vệ cho Biến áp H59/H61

1. Nguyên nhân gây hư hỏng cho biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối nông thôn

1.1 Hư hại cách điện
Trong hệ thống cung cấp điện nông thôn thường sử dụng hệ thống hỗn hợp 380/220V. Do tỷ lệ tải đơn pha cao, biến áp ngâm dầu phân phối H59/H61 thường hoạt động dưới tình trạng mất cân đối tải ba pha đáng kể. Trong nhiều trường hợp, mức độ mất cân đối tải ba pha vượt xa giới hạn được phép theo quy định vận hành, gây lão hóa sớm, suy giảm và cuối cùng là hỏng cách điện cuộn dây, dẫn đến cháy nổ.

Khi biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối trải qua quá tải kéo dài, sự cố đường dây phía áp thấp, hoặc tăng đột ngột của tải lớn, và không có thiết bị bảo vệ được lắp đặt trên phía áp thấp—trong khi cầu chì rơi phía áp cao không hoạt động kịp thời (hoặc không hoạt động)—biến áp buộc phải chịu dòng điện lỗi vượt xa dòng điện định mức (đôi khi vài lần so với định mức) trong thời gian dài. Điều này dẫn đến nhiệt độ tăng đột ngột, làm tăng tốc độ lão hóa cách điện và cuối cùng gây cháy cuộn dây.

Sau thời gian hoạt động dài, các bộ phận kín như hạt cao su và gioăng trong biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối lão hóa, nứt vỡ và mất hiệu quả. Nếu không được phát hiện và thay thế kịp thời, điều này dẫn đến rò rỉ dầu và giảm mực dầu. Không khí ẩm từ bên ngoài sau đó xâm nhập vào dầu cách điện với lượng lớn, làm giảm đáng kể sức mạnh điện môi. Trong điều kiện thiếu dầu nghiêm trọng, bộ chuyển đổi dải có thể tiếp xúc với không khí, hấp thụ độ ẩm và gây ra phóng điện hoặc ngắn mạch, dẫn đến cháy biến áp.

Các quy trình sản xuất không đủ—như việc ngâm sơn giữa các lớp cuộn dây chưa hoàn thiện (hoặc chất lượng sơn cách điện kém), sấy khô không đủ, hoặc mối hàn cuộn dây không đáng tin cậy—để lại những khuyết tật cách điện ẩn trong biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối. Ngoài ra, trong quá trình đưa vào sử dụng hoặc bảo dưỡng, có thể thêm dầu cách điện không đạt chuẩn, hoặc độ ẩm và tạp chất xâm nhập vào dầu, làm giảm chất lượng dầu và sức mạnh cách điện. Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến sự phá vỡ cách điện và cháy biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối.

1.2 Quá áp
Kháng chống sét không đáp ứng tiêu chuẩn yêu cầu. Ngay cả khi ban đầu đã tuân thủ khi đưa vào sử dụng, ăn mòn, oxy hóa, gãy hoặc mối hàn kém của các thành phần thép trong hệ thống tiếp đất theo thời gian có thể gây tăng đột ngột kháng tiếp đất, dẫn đến hư hỏng biến áp trong trường hợp sét đánh.

Cấu hình chống sét không đúng là phổ biến: nhiều biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối nông thôn chỉ được trang bị một bộ cầu chì sét ở phía áp cao. Do hầu hết hệ thống điện nông thôn sử dụng biến áp kết nối Yyn0, sét đánh có thể gây ra cả quá áp biến đổi xuôi và ngược. Không có cầu chì sét ở phía áp thấp, những quá áp này làm tăng đáng kể nguy cơ hư hỏng biến áp.

Hệ thống điện 10kV nông thôn có xác suất xảy ra cộng hưởng sắt tương đối cao. Trong các sự kiện quá áp cộng hưởng, dòng điện phía sơ cấp của biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối tăng đột ngột, có thể gây cháy cuộn dây hoặc phóng điện sứ—even nổ.

1.3 Điều kiện vận hành khắc nghiệt
Trong thời kỳ nhiệt độ cao mùa hè hoặc khi biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối hoạt động liên tục dưới tình trạng quá tải, nhiệt độ dầu tăng quá mức. Điều này làm suy giảm nghiêm trọng khả năng tản nhiệt, làm tăng tốc độ lão hóa, suy giảm và hỏng cách điện, và cuối cùng rút ngắn tuổi thọ của biến áp.

1.4 Vận hành bộ chuyển đổi dải không đúng hoặc chất lượng kém
Tải điện nông thôn phân tán, có tính mùa vụ cao, với sự khác biệt lớn giữa đỉnh và thung lũng và đường dây áp thấp dài, dẫn đến biến động điện áp đáng kể. Do đó, kỹ thuật viên điện nông thôn thường điều chỉnh bộ chuyển đổi dải của biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối bằng tay. Phần lớn các điều chỉnh này không tuân theo quy trình được chỉ định, và sau khi điều chỉnh, hiếm khi đo và so sánh giá trị điện trở DC của mỗi pha trước khi tái cấp điện. Kết quả là, nhiều biến áp gặp phải vấn đề vị trí bộ chuyển đổi dải không chính xác hoặc tiếp xúc kém, gây tăng đột ngột điện trở tiếp xúc và cháy bộ chuyển đổi dải.

Bộ chuyển đổi dải chất lượng kém—with tiếp xúc không đủ giữa các tiếp điểm tĩnh và di động, hoặc chỉ báo vị trí bên ngoài không khớp với vị trí thực tế bên trong—có thể gây ra phóng điện hoặc ngắn mạch sau khi cấp điện, dẫn đến phá hủy bộ chuyển đổi dải hoặc thậm chí toàn bộ cuộn dây.

1.5 Vấn đề tiếp đất lõi biến áp
Do các vấn đề về chất lượng nội tại của biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối, sơn cách điện giữa các tấm thép silic lão hóa theo thời gian hoặc suy giảm sớm do các lý do khác, gây ra tiếp đất đa điểm của lõi và dẫn đến hư hỏng.

1.6 Hoạt động quá tải kéo dài
Với sự phát triển của nền kinh tế nông thôn, nhu cầu điện đã tăng đột biến. Tuy nhiên, các biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối mới chưa được lắp đặt kịp thời, cũng như các đơn vị hiện có chưa được thay thế bằng mô hình công suất cao hơn. Kết quả là, các biến áp hiện đang hoạt động dưới tình trạng quá tải kéo dài. Kết hợp với tỷ lệ tải đơn pha cao ở nông thôn—mà không cho phép tải ba pha cân đối—một pha thường xuyên chịu quá tải nặng nề trong thời gian dài, và dòng điện dây trung tính vượt xa giới hạn cho phép. Những điều kiện này cuối cùng dẫn đến cháy biến áp ngâm dầu H59/H61 phân phối.

2. Biện pháp đối phó
Theo quy định liên quan, mỗi biến áp phân phối ngâm dầu H59/H61 phải được trang bị ba biện pháp bảo vệ cơ bản: chống sét, ngắn mạch và quá tải. Bảo vệ chống sét yêu cầu có arrester trên cả phía cao áp và thấp áp, với arrester oxit kẽm (ZnO) được ưu tiên. Bảo vệ ngắn mạch và quá tải nên được xem xét riêng biệt: cầu chì rớt áp cao chủ yếu bảo vệ chống ngắn mạch bên trong, trong khi quá tải và ngắn mạch đường dây áp thấp nên được xử lý bằng cách sử dụng cầu chì hoặc cầu dao điện áp thấp được lắp đặt trên phía áp thấp.

Trong quá trình vận hành, ampe kẹp cần được sử dụng thường xuyên để đo dòng điện tải ba pha và kiểm tra xem sự mất cân bằng có nằm trong giới hạn quy định hay không. Nếu mất cân bằng vượt quá giá trị cho phép, việc phân phối lại tải phải được thực hiện ngay lập tức để đưa nó trở lại phù hợp.

Kiểm tra định kỳ của biến áp phân phối ngâm dầu H59/H61 phải được tiến hành theo quy định, kiểm tra màu dầu, mức dầu và nhiệt độ dầu để đảm bảo bình thường và tìm kiếm dấu hiệu rò rỉ dầu. Bề mặt các sứ cách điện cần được kiểm tra để phát hiện dấu hiệu phóng điện hoặc đánh lửa. Bất kỳ bất thường nào cũng phải được giải quyết ngay lập tức. Bên ngoài biến áp, đặc biệt là các sứ cách điện, cần được làm sạch định kỳ để loại bỏ bụi bẩn và chất ô nhiễm.

Trước mùa mưa dông hàng năm, arrester cao áp và thấp áp cũng như dây dẫn nối đất phải được kiểm tra kỹ lưỡng. Các arrester không đạt tiêu chuẩn phải được thay thế. Dây dẫn nối đất không được có sợi đứt, mối hàn kém hoặc gãy. Không được sử dụng dây nhôm; thay vào đó, dây nối đất nên được làm bằng thép tròn đường kính 10–12 mm hoặc thép dẹt 30×3 mm.

Độ kháng tiếp đất phải được kiểm tra hàng năm vào thời tiết khô hanh mùa đông (sau ít nhất một tuần trời quang mây). Hệ thống tiếp đất không đạt tiêu chuẩn phải được sửa chữa. Khi kết nối các đầu cắm của biến áp với dây dẫn treo ở phía cao áp và thấp áp, phải sử dụng các bộ chuyển đổi đồng-đồng hoặc kẹp thiết bị đồng-đồng. Trước khi kết nối, bề mặt tiếp xúc của các bộ chuyển đổi này phải được đánh bóng bằng giấy nhám số 0 và phủ một lượng thích hợp mỡ dẫn điện.

Các hoạt động điều chỉnh tap changer trên biến áp phân phối ngâm dầu H59/H61 phải tuân thủ nghiêm ngặt quy định. Sau khi điều chỉnh, biến áp không được tái cấp điện ngay lập tức. Thay vào đó, phải so sánh các giá trị điện trở DC của tất cả các pha trước và sau hoạt động bằng cây cầu Wheatstone. Nếu không thấy sự thay đổi đáng kể, các giá trị điện trở DC pha-pha và dây-dây sau hoạt động phải được so sánh: sai lệch giữa các pha không được vượt quá 4%, và sai lệch giữa các dây phải nhỏ hơn 2%. Nếu không đáp ứng các tiêu chí này, nguyên nhân phải được xác định và khắc phục. Chỉ sau khi đáp ứng các yêu cầu này, biến áp phân phối ngâm dầu H59/H61 mới được đưa trở lại vào hoạt động.