Phân tích Nồng độ Khí trong Máy biến áp Điện áp Cao của Bộ phát điện Thủy điện Lớn

Trường dữ liệu: Kiểm tra và Thử nghiệm

China

1. Nguyên lý sinh khí và phân tích của máy biến áp điện áp cao

Máy biến áp điện áp cao sử dụng dầu và giấy cách điện để cách điện. Trong quá trình hoạt động bình thường, có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ hoặc phóng điện (ví dụ: vấn đề ở lõi sắt/cuộn dây, ngắn mạch giữa các vòng) gây nứt cách điện và tạo ra các khí như hydrocarbon (methane, v.v.), $CO$ , $CO 2$ , $H 2)$ . Các khí này phản ánh tình trạng cách điện bên trong, cho phép theo dõi thời gian thực.

Đối với máy biến áp ngâm dầu kín, lão hóa cách điện và oxy hóa dầu liên tục tạo ra $(CO)$ / $(CO 2)$ . Nồng độ của chúng tăng dần theo thời gian do sự tích tụ, vì vậy việc tăng đơn thuần $(CO)$ / $(CO 2)$ không thể xác định lỗi. Tuy nhiên, tốc độ sản xuất khí (lượng khí trung bình hàng ngày) giúp phân biệt giữa lão hóa bình thường và lỗi:

Ở đây: γ_a = tốc độ sản xuất khí tuyệt đối ( $mL/d$ ); $(C i,2)$ / $(C i,1)$ = nồng độ khí của lần lấy mẫu thứ hai/thứ nhất (μ $L/L$ ); Δ_$t$ = khoảng thời gian hoạt động thực tế (d); $m$ = tổng lượng dầu (t); ρ = mật độ dầu ( $t/m 3$ ).

1.2 Phương pháp phân tích nồng độ khí cho máy biến áp điện áp cao

Các xét nghiệm sắc ký dầu định kỳ theo dõi nồng độ khí trong dầu lâu dài, thể hiện lão hóa/bệnh tật cách điện. Sử dụng dữ liệu từ máy biến áp ba pha để phân tích khoa học. Theo dõi liên tục và tính toán tốc độ sản xuất khí giúp xác định chính xác tình trạng cách điện và cảnh báo sớm về lỗi.

2. Trường hợp thực tế

Trong quá trình kiểm tra định kỳ của máy biến áp điện áp cao tại một trạm điện (mô hình: BKD - 16700/550 - 66), nồng độ CO ba pha là 1089.08 μL/L (A), 1152.71 μL/L (B), 1338.24 μL/L (C); Dữ liệu CO₂ ba pha: 4955.73 μL/L (A), 5431.25 μL/L (B), 6736.33 μL/L (C). Một số giá trị vượt quá ngưỡng cảnh báo (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). Lão hóa cách điện giấy bình thường và nứt do lỗi đều tạo ra CO/CO₂. Lão hóa cách điện rắn phản ánh trong CO/CO₂ hòa tan trong dầu, với biên giới/mô hình không rõ ràng. Để xác định xem các nồng độ cảnh báo này có phải là bình thường, các báo cáo thử nghiệm khí hòa tan trước đó đã được phân tích để xác định xu hướng sản xuất khí và đánh giá tình trạng hiện tại của máy biến áp.

2.1 Phân tích tốc độ sản xuất CO & CO₂ trong dầu máy biến áp

Tốc độ sản xuất CO hàng năm tuyệt đối được liệt kê trong Bảng 1, với xu hướng trong Hình 1. Tốc độ sản xuất CO₂ hàng năm được liệt kê trong Bảng 2, với xu hướng trong Hình 2.

2.2 Phân tích tỷ lệ tăng khí trong dầu của máy biến áp điện áp cao tại một trạm điện cụ thể

Theo đánh giá về CO và $CO 2$ trong mục 10.3 của tiêu chuẩn DL/T722, khi nghi ngờ lão hóa vật liệu cách điện rắn của thiết bị, thường $CO2/CO > 7$ ; khi nghi ngờ lỗi liên quan đến vật liệu cách điện rắn, $CO 2 /CO < 3$ .

Các tính toán được thực hiện trên dữ liệu qua nhiều năm, và không có giá trị nào nhỏ hơn 3 hoặc lớn hơn 7. Không có sự thay đổi đột ngột trong xu hướng tăng trưởng, cho thấy không có lỗi hoặc lão hóa liên quan đến vật liệu rắn. Đường cong tỷ lệ của dữ liệu ngoại tuyến $CO 2 /CO$ qua các thời điểm trước đây được hiển thị trong Hình 3.

Theo Hướng dẫn phân tích và đánh giá khí hòa tan trong dầu biến áp (DL/T722), tỷ lệ tăng hàng năm của CO₂ và CO và tốc độ sản xuất khí đều được duy trì trong phạm vi tiêu chuẩn. Không có sự xuất hiện của lỗi cách điện rắn hoặc hiện tượng lão hóa (tiêu chuẩn cho tốc độ sản xuất khí tuyệt đối của CO₂ là 200 mL/d, và CO là 100 mL/d).

2.3 Phân tích dữ liệu

Xu hướng nồng độ khí
Kể từ khi đưa vào sử dụng, CO/CO₂ trong máy biến áp có xu hướng tăng chung. Các dao động liên quan đến sai số đo và thay đổi nhiệt độ; không có sự tăng đột ngột, với đường dốc của đường cong sản xuất khí ổn định.
Tốc độ sản xuất CO
Tốc độ sản xuất CO tuyệt đối hàng năm (6-22 mL/d kể từ khi hoạt động) theo mô hình "giảm-tăng-giảm-tăng", dần dần phẳng. Theo DL/T722, tốc độ dưới mức cảnh báo 100 mL/d. Độ tan thấp của CO trong dầu và sự bay hơi do nhiệt độ (không có sự tăng trưởng bền vững) xác nhận không có lỗi.
Tốc độ sản xuất CO₂
Tốc độ sản xuất CO₂ tuyệt đối hàng năm (40-100 mL/d kể từ khi hoạt động) giảm hàng năm, xu hướng phẳng. Theo DL/T722 - 2014, tốc độ dưới mức cảnh báo 200 mL/d. Sản xuất ban đầu cao phù hợp với hoạt động bình thường; không có sự tăng trưởng bền vững (do nhiệt độ) xác nhận không có lỗi.
Tỷ lệ CO₂/CO
Tỷ lệ CO₂/CO ngoại tuyến (4-7 kể từ khi đưa vào sử dụng) phù hợp với DL/T722 - 2014 (10.2.3.1: sử dụng tỷ lệ tăng CO₂/CO cho lỗi cách điện rắn). Tỷ lệ tăng hàng năm (4-6, Hình 3) nằm trong khoảng 3-7, xác nhận không có lỗi/lão hóa cách điện rắn.
Cách điện điện áp cao
Các kiểm tra mới nhất cho thấy:
Kháng cách điện ≥ 200 GΩ;
tanδ cuộn dây < 0.6 (≤30% tăng so với lịch sử); thay đổi điện dung ≤ 3%;
Sự khác biệt về điện trở DC: <2% so với trung bình 3 pha (không có dây trung hoà: <1% trung bình); ≤2% so với giá trị lịch sử.

Tất cả dữ liệu đáp ứng yêu cầu của DL/T 596 - 2021.

Trong 5 năm (không lọc dầu), nồng độ CO/CO₂ tăng nhanh hơn do tích tụ trong môi trường kín và nhiệt độ hoạt động cao (tối đa 66°C), thúc đẩy quá trình oxy hóa/vỡ cách điện. Không có lỗi nội bộ hoặc lão hóa cách điện.

3. Đề xuất

Phân tích các khí đặc trưng để xác định lỗi/hư hỏng nhằm bảo dưỡng có mục tiêu, đảm bảo sự ổn định của lưới điện. Đối với bảo dưỡng và vận hành máy biến áp lâu dài:

Kiểm tra các gioăng kín (thân máy biến áp, bình chứa dầu) để ngăn chặn sự tăng chậm của nồng độ khí; thay thế nếu cần.
Nâng cao sắc ký dầu: đo nồng độ furfural/nitơ-oxy (trước khi lọc) để đánh giá quá trình oxy hóa dầu/giấy.
Thực hiện lọc dầu; theo dõi các mẫu sau khi lọc.
Theo dõi hoạt động để phát hiện quá tải, dòng điện ngắn hạn tăng đột ngột và tăng nhiệt độ dầu bất thường.