Tuổi thọ của biến áp giảm một nửa với mỗi tăng 8°C? Hiểu về cơ chế lão hóa nhiệt

Thời gian mà biến áp có thể hoạt động bình thường dưới điện áp định mức và tải định mức được gọi là tuổi thọ của biến áp. Vật liệu sử dụng trong sản xuất biến áp thuộc hai loại chính: vật liệu kim loại và vật liệu cách điện. Vật liệu kim loại nói chung có thể chịu được nhiệt độ tương đối cao mà không bị hư hại, nhưng vật liệu cách điện sẽ nhanh chóng lão hóa và suy giảm khi nhiệt độ vượt quá một giá trị nhất định. Do đó, nhiệt độ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của biến áp. Trong một nghĩa nào đó, tuổi thọ của biến áp có thể được coi là tuổi thọ của vật liệu cách điện của nó.

Giảm nhiệt độ kéo dài tuổi thọ của biến áp

Thời gian mà biến áp có thể hoạt động bình thường dưới điện áp định mức và tải định mức được gọi là tuổi thọ của biến áp. Vật liệu sử dụng trong sản xuất biến áp thuộc hai loại chính: vật liệu kim loại và vật liệu cách điện. Vật liệu kim loại nói chung có thể chịu được nhiệt độ tương đối cao mà không bị hư hại, nhưng vật liệu cách điện sẽ nhanh chóng lão hóa và suy giảm khi nhiệt độ vượt quá một giá trị nhất định. Do đó, nhiệt độ là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của biến áp. Trong một nghĩa nào đó, tuổi thọ của biến áp có thể được coi là tuổi thọ của vật liệu cách điện của nó.

Sự mất dần các tính chất cơ học và cách điện ban đầu của vật liệu cách điện dưới tác động kéo dài của trường điện và nhiệt độ cao được gọi là lão hóa. Tốc độ lão hóa chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Nhiệt độ của vật liệu cách điện.

• Nội dung nước của vật liệu cách điện.

• Đối với biến áp ngâm dầu, lượng oxy hòa tan trong dầu cũng cần được xem xét.

Ba yếu tố này quyết định tuổi thọ của biến áp. Thực tế và nghiên cứu cho thấy, nếu cuộn dây có thể liên tục duy trì nhiệt độ 95°C, biến áp có thể được đảm bảo tuổi thọ 20 năm. Dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ và tuổi thọ, quy tắc "8°C" có thể được rút ra: lấy tuổi thọ ở nhiệt độ này làm cơ sở, cứ mỗi 8°C tăng lên của nhiệt độ cuộn dây, tuổi thọ của biến áp giảm đi một nửa.

Hầu hết các biến áp điện ở Trung Quốc sử dụng cách điện dầu giấy, tức là cách điện lớp A. Đối với biến áp cách điện lớp A, khi hoạt động bình thường, khi nhiệt độ không khí môi trường là 40°C, nhiệt độ hoạt động tối đa của cuộn dây là 105°C.

Theo dữ liệu và thực tế liên quan:

• Khi nhiệt độ hoạt động cách điện của biến áp là 95°C, tuổi thọ của nó là 20 năm.

• Khi nhiệt độ hoạt động cách điện của biến áp là 105°C, tuổi thọ của nó là 7 năm.

• Khi nhiệt độ hoạt động cách điện của biến áp là 120°C, tuổi thọ của nó là 2 năm.

Nhiệt độ cách điện bên trong biến áp, dưới điện áp hầu như không đổi, chủ yếu phụ thuộc vào mức độ dòng điện tải: dòng điện tải lớn hơn dẫn đến nhiệt độ cách điện cao hơn, trong khi dòng điện tải thấp hơn dẫn đến nhiệt độ cách điện thấp hơn.

Khi biến áp bị quá tải hoặc hoạt động ở tải định mức vào mùa hè, cách điện bên trong biến áp hoạt động ở nhiệt độ cao, đẩy nhanh sự mất mát tuổi thọ. Khi biến áp hoạt động ở tải nhẹ hoặc ở tải định mức vào mùa đông, cách điện bên trong biến áp hoạt động ở nhiệt độ thấp, làm chậm sự mất mát tuổi thọ. Do đó, để tận dụng tối đa khả năng tải của biến áp trong suốt cả năm mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ bình thường, tải hàng tháng có thể được điều chỉnh thích hợp.

Áp suất cao tăng tốc độ lão hóa của biến áp

Ví dụ, quy định rằng điện áp hoạt động của biến áp không được vượt quá 5% của điện áp định mức. Điện áp quá cao làm tăng dòng điện từ hóa trong lõi biến áp, có thể gây bão hòa lõi, tạo ra luồng từ hài, tăng thêm tổn thất lõi, và dẫn đến quá nhiệt lõi. Điện áp quá cao cũng làm tăng tốc độ lão hóa của biến áp, làm ngắn tuổi thọ của nó; do đó, điện áp hoạt động của biến áp không được quá cao.

Khi vật liệu cách điện lão hóa đến một mức độ nhất định, dưới tác động của rung động vận hành và lực điện từ, cách điện có thể bị nứt, làm tăng khả năng xảy ra lỗi phóng điện điện và giảm tuổi thọ của biến áp.

Điều chỉnh tải biến áp để đạt được tuổi thọ lý tưởng

Nhiệt độ cách điện bên trong biến áp, dưới điện áp hầu như không đổi, chủ yếu phụ thuộc vào mức độ dòng điện tải: dòng điện tải lớn hơn dẫn đến nhiệt độ cách điện cao hơn, trong khi dòng điện tải thấp hơn dẫn đến nhiệt độ cách điện thấp hơn.

Khi biến áp bị quá tải hoặc hoạt động ở tải định mức vào mùa hè, cách điện bên trong biến áp hoạt động ở nhiệt độ cao, đẩy nhanh sự mất mát tuổi thọ. Khi biến áp hoạt động ở tải nhẹ hoặc ở tải định mức vào mùa đông, cách điện bên trong biến áp hoạt động ở nhiệt độ thấp, làm chậm sự mất mát tuổi thọ. Do đó, để tận dụng tối đa khả năng tải của biến áp trong suốt cả năm mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ bình thường, tải hàng tháng có thể được điều chỉnh thích hợp.

Bảo dưỡng đúng cách giúp tối đa hóa tuổi thọ của biến áp
Nó được biết rằng, một khi biến áp hỏng, không chỉ chi phí sửa chữa và chi phí ngừng hoạt động là đáng kể, mà việc quấn lại cuộn dây hoặc xây dựng lại biến áp công suất lớn có thể mất từ 6 đến 12 tháng. Do đó, một chương trình bảo dưỡng phù hợp sẽ giúp biến áp đạt được tuổi thọ tối đa.

Ba điểm chính của chương trình bảo dưỡng tốt

Lắp đặt và vận hành

A. Đảm bảo tải vẫn nằm trong giới hạn thiết kế của biến áp. Đối với biến áp làm mát bằng dầu, theo dõi cẩn thận nhiệt độ dầu trên cùng.
B. Địa điểm lắp đặt biến áp nên phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế và xây dựng của nó. Nếu lắp đặt ngoài trời, đảm bảo biến áp phù hợp để vận hành ngoài trời.
C. Bảo vệ biến áp khỏi sét đánh và thiệt hại từ bên ngoài.

Kiểm tra dầu

Khả năng chịu điện của dầu biến áp giảm mạnh khi hàm lượng nước tăng. Chỉ với 0,01% hàm lượng nước có thể làm giảm gần một nửa khả năng chịu điện của nó. Ngoại trừ các biến áp phân phối nhỏ, mẫu dầu từ tất cả các biến áp nên được kiểm tra phá vỡ định kỳ để phát hiện chính xác hàm lượng nước và loại bỏ nó thông qua lọc.

Phân tích khí lỗi trong dầu nên được thực hiện. Sử dụng thiết bị giám sát trực tuyến cho tám khí lỗi trong dầu biến áp, liên tục đo nồng độ các khí hòa tan trong dầu khi lỗi phát triển. Bằng cách phân tích các loại và nồng độ của các khí này, loại lỗi có thể được xác định. Các thử nghiệm về tính chất vật lý của dầu nên được thực hiện hàng năm để xác minh hiệu suất cách điện của nó, bao gồm các thử nghiệm về sức chịu điện, độ axit, sức căng bề mặt, v.v.