Cách Chẩn đoán và Loại bỏ Sự cố Đất Lõi Biến áp

Các cuộn dây và lõi biến áp là những thành phần chính chịu trách nhiệm truyền tải và biến đổi năng lượng điện từ. Đảm bảo hoạt động ổn định của chúng là vấn đề quan trọng hàng đầu. Dữ liệu thống kê cho thấy các sự cố liên quan đến lõi chiếm nguyên nhân thứ ba gây ra hỏng hóc biến áp. Các nhà sản xuất ngày càng chú ý hơn đến các khuyết tật của lõi và đã thực hiện các cải tiến kỹ thuật liên quan đến nối đất lõi đáng tin cậy, giám sát nối đất lõi, và đảm bảo nối đất một điểm duy nhất. Các bộ phận vận hành cũng đặc biệt nhấn mạnh việc phát hiện và nhận diện các lỗi ở lõi. Tuy nhiên, các sự cố về lõi biến áp vẫn xảy ra thường xuyên, chủ yếu do nối đất nhiều điểm và nối đất lõi kém. Bài viết này giới thiệu các phương pháp chẩn đoán và xử lý hai loại sự cố này.

1. Loại bỏ sự cố nối đất nhiều điểm

1.1 Biện pháp tạm thời khi không thể đưa biến áp ra khỏi vận hành

• Nếu có dây nối đất bên ngoài và dòng sự cố tương đối lớn, dây nối đất có thể được ngắt tạm thời trong quá trình vận hành. Tuy nhiên, cần theo dõi sát để ngăn ngừa lõi xuất hiện điện thế nổi sau khi điểm sự cố biến mất.

• Nếu sự cố nối đất nhiều điểm không ổn định, có thể mắc nối tiếp một biến trở (rheostat) vào mạch nối đất làm việc để hạn chế dòng điện xuống dưới 1 A. Giá trị điện trở được xác định bằng cách chia điện áp đo được trên dây nối đất bình thường bị hở mạch cho dòng điện chạy qua dây nối đất.

• Cần sử dụng phân tích sắc ký để giám sát tốc độ sinh khí tại vị trí sự cố.

• Sau khi xác định chính xác vị trí điểm sự cố thông qua đo đạc, nếu không thể sửa chữa trực tiếp, dải nối đất lõi bình thường có thể được chuyển đến cùng vị trí với điểm sự cố nhằm giảm đáng kể dòng điện vòng.

1.2 Biện pháp bảo dưỡng triệt để

Ngay khi giám sát xác nhận sự cố nối đất nhiều điểm, các biến áp có thể ngừng hoạt động cần được cắt điện kịp thời và sửa chữa hoàn toàn để loại bỏ triệt để sự cố. Cần lựa chọn các phương pháp bảo dưỡng phù hợp dựa trên loại và nguyên nhân gây ra sự cố nối đất nhiều điểm. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ngay cả sau khi ngừng hoạt động và tháo lõi, vẫn không thể tìm thấy điểm sự cố. Để xác định chính xác vị trí nối đất tại hiện trường, có thể sử dụng các phương pháp sau:

• Phương pháp DC: Ngắt dải nối giữa lõi và khung kẹp. Đặt điện áp một chiều 6 V lên các lá thép silic ở hai bên gông. Sau đó dùng vôn kế một chiều lần lượt đo điện áp giữa các lá kề nhau. Vị trí mà điện áp đọc được bằng không hoặc đảo cực tính chính là điểm nối đất sự cố.

• Phương pháp AC: Đặt điện áp xoay chiều 220–380 V vào cuộn dây hạ áp, tạo từ thông trong lõi. Khi dải nối giữa lõi và khung kẹp đã bị ngắt, dùng ampe kế miligiây phát hiện dòng điện cho thấy sự cố nối đất nhiều điểm. Di chuyển đầu dò của ampe kế miligiây dọc theo từng cấp lá của gông; điểm mà dòng điện giảm về không chính là vị trí sự cố.

2. Hiện tượng bất thường do nối đất nhiều điểm gây ra

• Dòng điện xoáy được cảm ứng trong lõi, làm tăng tổn hao lõi và gây nóng cục bộ.

• Nếu sự cố nối đất nhiều điểm nghiêm trọng kéo dài mà không được xử lý, việc vận hành liên tục sẽ làm dầu và cuộn dây quá nhiệt, dần làm già hóa cách điện giấy-dầu. Điều này có thể khiến lớp phủ cách điện giữa các lá bị suy giảm và bong tróc, dẫn đến hiện tượng quá nhiệt lõi nghiêm trọng hơn và cuối cùng làm cháy lõi.

• Việc nối đất nhiều điểm kéo dài làm suy giảm chất lượng dầu cách điện trong các biến áp ngâm dầu, sinh ra khí dễ cháy có thể kích hoạt rơ le Buchholz (rơ le khí).

• Quá nhiệt ở lõi có thể làm cacbon hóa các khối gỗ và các chi tiết kẹp bên trong thùng biến áp.

• Sự cố nối đất nhiều điểm nghiêm trọng có thể làm cháy đứt dây nối đất, dẫn đến mất nối đất một điểm bình thường của biến áp – đây là tình trạng cực kỳ nguy hiểm.

• Nối đất nhiều điểm cũng có thể gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ.

3. Lý do vì sao lõi phải được nối đất chỉ tại một điểm trong vận hành bình thường

Trong vận hành bình thường, tồn tại điện trường giữa các cuộn dây có điện và thùng biến áp. Lõi và các bộ phận kim loại khác nằm trong điện trường này. Do sự phân bố điện dung không đều và cường độ điện trường khác nhau, nếu lõi không được nối đất chắc chắn, sẽ xảy ra hiện tượng phóng-nạp điện, làm hư hại cả cách điện rắn và cách điện dầu. Vì vậy, lõi phải được nối đất tại đúng một điểm.

Lõi được cấu tạo từ các lá thép silic. Để giảm dòng điện xoáy, mỗi lá được cách điện với lá liền kề bằng điện trở nhỏ (thường chỉ vài ôm đến vài chục ôm). Tuy nhiên, do điện dung giữa các lá rất cao, các lá này hoạt động như một đường dẫn điện trong điện trường xoay chiều. Do đó, chỉ cần nối đất lõi tại một điểm là đủ để giữ toàn bộ chồng lá ở điện thế đất.

Nếu lõi hoặc các bộ phận kim loại của nó có hai điểm nối đất trở lên (nối đất nhiều điểm), một vòng kín sẽ hình thành giữa các điểm đó. Vòng kín này cắt một phần từ thông, cảm ứng sức điện động và dòng điện tuần hoàn, gây quá nhiệt cục bộ và thậm chí có thể làm cháy lõi.

Chỉ khi nối đất một điểm duy nhất ở lõi biến áp mới được coi là nối đất đáng tin cậy và bình thường – tức là lõi phải được nối đất, và phải được nối đất tại đúng một điểm.

Các lỗi lõi chủ yếu được gây ra bởi hai yếu tố: (1) các phương pháp xây dựng kém dẫn đến ngắn mạch, và (2) phụ kiện hoặc các yếu tố bên ngoài gây ra tiếp đất nhiều điểm.