Giải pháp Chẩn đoán Sự cố Ngân hàng tụ điện áp cao

17yrs 700++ staff 108000m²+m² US$150,000,000+ China

1 Các mục chẩn đoán sau khi hỏng
1.1 Xác định nguyên nhân sự cố và xác định đơn vị kiểm tra
Lấy ví dụ về một băng tụ điện được lắp trong tủ, mỗi đơn vị tụ điện thường được trang bị cầu chì loại xả bên ngoài làm thiết bị bảo vệ chính. Nếu một tụ điện bị hỏng, các tụ điện song song sẽ xả qua điểm lỗi. Cầu chì và phần dẫn của tụ điện bị hỏng có thể nổ nhanh, cách ly phần lỗi để đảm bảo hoạt động liên tục của băng.
Tuy nhiên, nếu tụ điện phát triển các mạch hở hoặc lỗi khác, chúng có thể tiếp tục hoạt động mà không cần nổ cầu chì. Rủi ro lan truyền quan trọng: Sự nổ sớm của các cầu chì lân cận kích hoạt phản ứng dây chuyền. Việc ngắt quá nhiều tụ điện gây mất cân bằng vượt quá giới hạn thiết kế, cuối cùng dẫn đến sự hỏng hóc của toàn bộ cầu chì băng. Ví dụ, trong băng tụ điện 10kV số 2 pha B của trạm biến áp 220kV, một tụ điện chỉ có lệch đo 14% đã khởi phát chuỗi này, gây ra sự hỏng hóc hoàn toàn của nhóm cầu chì.

Kết luận: Khi xảy ra sự nổ của nhóm cầu chì, mỗi tụ điện phải được kiểm tra riêng lẻ để phát hiện:

Sự xâm nhập của độ ẩm vào bên trong
Hỏng hóc/bị ngắn mạch của các thành phần
Sự suy giảm cách điện
Điều này giúp xác định các đơn vị bị lỗi, giảm tỷ lệ hỏng hóc và loại bỏ rủi ro vận hành.

1.2 Lựa chọn các mục kiểm tra điều tra sự cố
1.2.1 Kiểm tra trực quan
Tập trung kiểm tra:

Sạch sẽ/mịn màng của thân máy
Rò rỉ dầu, nứt, dấu vết phóng điện
Quá nhiệt, đổi màu
Phình cục bộ/đổi hình dạng
Những vấn đề này cho thấy sự thay đổi cấu trúc bên trong, hư hỏng thành phần hoặc sự trôi dạt điện dung tạo ra rủi ro vận hành. Đổi màu đặc biệt yêu cầu tháo rời để phân tích quá nhiệt/hư hỏng, tăng độ phức tạp của việc kiểm tra.

1.2.2 Đo điện trở cách điện từ đầu ra đến vỏ
Mục đích kiểm tra: Phát hiện sự suy giảm cách điện do độ ẩm, lão hóa hoặc hỏng hóc bằng cách theo dõi sự giảm điện trở.
Hạn chế: Thử nghiệm này chỉ phục vụ như tham khảo phụ trợ khi có các lỗi khác cùng tồn tại.
Áp dụng:

✅ Thực hiện trên tụ điện hai đầu
❌ Không cần thiết cho tụ điện một đầu (vỏ làm điện cực)

Phương pháp thử minh họa dưới đây:

1.2.3 Đo điện dung

Băng tụ điện được lắp trong tủ thường sử dụng cấu hình nối series-parallel của các phần tử tụ điện để đáp ứng yêu cầu về điện áp và điện dung.

Tăng điện dung: Chỉ ra số đoạn series giảm do lỗi bên trong (ngắn mạch/hư hỏng). Độ ẩm xâm nhập (hằng số điện môi cao của nước) hoặc cầu chì phần tử nổ cũng có thể gây tăng điện dung.
Giảm điện dung: Báo hiệu số đường song song giảm do mạch hở, kết nối lỏng lẻo hoặc hoạt động của cầu chì bên trong. ⚠️ Rủi ro quan trọng: Áp suất điện trên các phần tử khỏe mạnh tăng, đẩy nhanh hỏng hóc và giảm công suất phản kháng.
Tác động của rò rỉ dầu: Hằng số điện môi cao hơn của dầu so với không khí gây ra sự trôi dạt điện dung có thể đo lường được.

Ý nghĩa chẩn đoán: Sự lệch điện dung trực tiếp phản ánh tính toàn vẹn bên trong và rất quan trọng cho việc khắc phục sự cố trên thực địa.

Phạm vi chấp nhận: ±5% đến +10% giá trị ghi trên nhãn.
Thủ tục đo lường:

Loại trừ sự can thiệp của điện tích dư
Lặp lại với nhiều cây cầu điện dung
Nếu sự lệch vẫn tồn tại:

Ngắt cầu chì
Gỡ bỏ kết nối phía điện áp cao

Đo lại. Sự lệch nhất quán xác nhận lỗi bên trong.

Ví dụ: Băng tụ điện 10kV 11A (Đơn vị B2) của trạm biến áp 110kV

Tham số	Giá trị
Điện dung ghi trên nhãn (Cₓ)	8.03 μF
Đo (Cᵧ) với điện áp cao được kết nối	10.04 μF
Đo (Cᵧ) sau khi gỡ bỏ điện áp cao	10.05 μF
Sự lệch	+25.16%
Kết luận: Đơn vị B2 vượt quá giới hạn dung sai → Hỏng hóc.

1.3 Kỹ thuật thử điện áp xoay chiều chịu đựng

Mục đích: Kiểm tra tính toàn vẹn của cách điện chính (bộ phận nhô ra/niêm phong) bằng cách áp dụng điện áp xoay chiều giữa các đầu nối được nối ngắn và vỏ.
Giá trị thử nghiệm: Phát hiện:

Mức dầu thấp
Độ ẩm bên trong
Bộ phận nhô ra bị hỏng
Lỗi cơ học

Xử lý đầu nối:

Nối ngắn cả hai đầu nối
Áp dụng điện áp giữa các đầu nối được nối ngắn và vỏ được nối đất

Ghi chú ngành: Thử nghiệm chịu đựng AC thường xuyên không cần thiết do cường độ cách điện đầu-casing tự nhiên cao của tụ điện.

2. Lựa chọn hợp lý phương pháp đo điện dung

Các kỹ thuật phổ biến:

Phương pháp	Trường hợp sử dụng điển hình
Ammeter/Voltmeter (I/V)	Thử nghiệm thực địa ★ Ưu tiên
Máy đo điện dung kỹ thuật số	Thử nghiệm thực địa
Cây cầu điện dung	Chấp nhận tại nhà máy

Ưu điểm của phương pháp I/V:

Lợi thế về điện áp: Điện áp thử nghiệm áp dụng > điện áp hoạt động của tụ điện
Phát hiện lỗi bị che giấu: Kích hoạt các điểm hỏng hóc nơi:

Các phần tử hỏng giữ lại điện trở cách điện còn lại
Máy đo điện dung hiển thị đọc bình thường giả

Thủ tục: Xem Hình 2 (Thử nghiệm phản kháng điều khiển bởi điện áp)

Số hiệu thiết bị	B2
Điện dung ghi trên nhãn, Cₓ (μF)	8.03
Đo Cᵧ (μF) trước khi ngắt dây điện áp cao	10.04
Đo Cᵧ (μF) sau khi ngắt dây điện áp cao	10.05
% Sai lệch (so với giá trị ghi trên nhãn)	25.16%

3. Điểm kỹ thuật quan trọng cho thử nghiệm Ammeter/Voltmeter

3.1 Dạng sóng và tần số nguồn thử nghiệm tuân thủ tiêu chuẩn

Lựa chọn điện áp: ≤5× điện áp định mức (dựa trên dung lượng nguồn và phạm vi mét)
Độ ổn định tần số: Giữ dạng sóng sin ổn định
Thủ tục đo lường:

Ổn định điện áp ở giá trị định mức
Ghi đồng thời điện áp, dòng điện và tần số
Tính toán điện dung:
Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx=2πfVI

Yêu cầu quan trọng:

Dạng sóng sin tinh khiết (±3% THD giới hạn)
Độ dao động tần số ≤±0.5%
Ưu tiên điện áp đường dây (giảm harmonics thứ ba)

Rủi ro không tuân thủ >10% lỗi đo do đặc tính XC∝1/fX_C \propto 1/fXC∝1/f của tụ điện.

3.2 Lựa chọn thiết bị chính xác cao, chống nhiễu tốt

Thông số tối thiểu:

Lớp độ chính xác: 0.5 hoặc tốt hơn
Khả năng tương thích điện từ: Tuân thủ IEC 61000-4

Ví dụ - trạm biến áp 220kV:

Thiết bị	Kết quả thử nghiệm
T51 Ammeter AC/DC	84 đơn vị cho thấy >20% lệch
T15 Ammeter AC	Lệch trong giới hạn
Nguyên nhân gốc: T51 dễ bị nhiễu từ tải phi tuyến gây méo dạng sóng.

3.3 Thủ tục tăng điện áp kiểm soát

Phản ứng của tụ điện khỏe:

Dòng điện tăng tuyến tính theo điện áp tăng

Dấu hiệu lỗi:

Dòng điện ngừng dưới 60V → mối hàn lạnh
Dòng điện đột ngột tăng >60V → sự hỏng hóc cách điện yếu
Thủ tục an toàn quan trọng:

Tăng điện áp với tốc độ ≤100 V/s
Theo dõi liên tục gradient dIdV\frac{dI}{dV}dVdI
Hủy bỏ nếu phát hiện phản ứng phi tuyến

Ứng dụng điện áp nhanh che giấu lỗi và rủi ro hỏng hóc thảm khốc.

3.4 Thủ tục an toàn

Các biện pháp phòng ngừa bắt buộc:

Bước	Yêu cầu
Xả điện trước và sau thử nghiệm	Đưa các đầu nối xuống đất bằng thanh cách điện (≥3×)
Khoảng cách an toàn	≥0.7m trong quá trình xả điện
Thiết bị lân cận	Ngắt điện nếu trong phạm vi 3m
Giảm thiểu nguy hiểm: Tụ điện giữ điện tích nguy hiểm tương đương 4× điện áp định mức trong 10 phút sau khi ngắt điện.

Hướng dẫn kết luận

Định mức chính xác:

A[Độ chính xác thử nghiệm] --> B[Kiểm tra trực quan]

A --> C[Chất lượng nguồn điện]

A --> D[Lựa chọn thiết bị]

A --> E[Phương pháp thử nghiệm]

A --> F[Thực hiện an toàn]

Thực hành đã được chứng minh trên thực tế:

Trước thử nghiệm: Kiểm tra mức EMI môi trường <30V/m
Trong quá trình thử nghiệm:

Ghi dạng sóng điện áp/dòng điện (khuyến nghị sử dụng oscilloscope)
Kiểm tra tính tuyến tính ở các bước điện áp 25%, 50%, 75%, 100%

Sau thử nghiệm:

Kiểm tra chéo điện dung bằng 2 phương pháp
So sánh kết quả với dữ liệu lịch sử

Kết quả thống kê: 68% sự cố tụ điện bắt nguồn từ sự xâm nhập độ ẩm hoặc căng thẳng điện áp - có thể phát hiện thông qua kiểm tra điện dung nghiêm ngặt và giám sát IR.

Đề xuất vận hành: