Thí nghiệm và bảo dưỡng sứ đầu vào máy biến áp lực

Sứ đầu vào là một bộ phận rất quan trọng trong cấu trúc của máy biến áp, máy cắt và các thiết bị điện cao áp khác. Theo thống kê hơn 10‰ sự cố của các máy biến áp lực do sự hư hỏng của sứ đầu vào. Một sự cố xảy ra tại các sứ đầu vào có thể dẫn đến hư hỏng cả một máy biến áp.

PHẠM VĂN PHƯƠNG – Công ty Thí nghiệm Điện miền Trung

I. Tổng quan về sứ đầu vào

Các sứ cách điện được đặt ở mặt thùng máy biến áp chính, các sứ đầu vào đều là loại rỗng có thanh dẫn tròn xuyên qua. Sứ MBA được chế tạo đặc biệt, được tăng cường cách điện bằng nhiều tán sứ. Sứ đầu vào gồm có 2 loại: loại sứ kiểu tụ điện và kiểu không tụ điện. Loại sứ kiểu tụ điện được dùng rất phổ biến trong các MBA 110kV là các sứ có phần cách điện bên trong bằng giấy tẩm dầu, loại sứ này cũng được chia làm 2 loại: loại sứ áp lực và loại không áp lực.

Loại sứ có áp lực là dầu cách điện được nén áp lực vào bên trong sứ, trên đỉnh có lắp bộ giãn nở dầu mục đích để giảm áp lực dầu trong sứ khi nhiệt độ tăng cao. Mỗi quả sứ có đồng hồ chỉ theo dõi áp lực dầu. Loại sứ không áp lực là dầu nạp vào bên trong sứ không áp lực, phía trên cũng có một khoang giãn nở dầu. Loại sứ kiểu không tụ điện là chỉ có cách điện bằng sứ và cách điện lỏng

 

Hình 1 Cấu tạo sứ đầu vào kiểu tụ

II. Tầm quan trọng và cơ chế hỏng hóc của các sứ đầu vào

Sứ đầu vào là một bộ phận rất quan trọng trong cấu trúc của máy biến áp, máy cắt và các thiết bị điện cao áp khác. Theo thống kê hơn 10‰ sự cố của các máy biến áp lực do sự hư hỏng của sứ đầu vào (hình 2). Một sự cố xảy ra tại các sứ đầu vào có thể dẫn đến hư hỏng cả một máy biến áp.

Hình 2 Suất gây hư hỏng của các bộ phận trong máy biến áp lực

Dưới đây giới thiệu một mô hình hỏng hóc điển hình của sứ đầu vào:

Hình 3. Cơ chế hỏng hóc sứ đầu vào máy biến áp.

III. Đánh giá chất lượng sứ đầu vào theo các thử nghiệm truyền thống

Sứ đầu vào máy biến áp được phân thành hai loại: loại tụ điện và không tụ điện. loại không tụ điện thường là sứ gốm dùng cho cấp điện áp thấp, loại tụ điện dùng cho điện áp trên 69kV làm bằng các lớp điện dung mà tâm là thanh dẫn và mặt bích nối đất. Các tụ điện đồng tâm tạo nên điện áp và phân chia điện áp đều. Hình 4 là sứ đầu vào gồm 10 lớp điện dung bằng nhau, điện dung của mỗi lớp là C, điện dung tổng là 0,1C nếu một lớp bị đánh thủng thì điện dung tổng sẽ là 0,11C, nghĩa là điện dung tăng 10‰.

Hình 4: Sơ đồ tương đương của sứ đầu vào kiểu tụ

Việc đánh giá chất lượng cách điện của sứ đầu vào kiểu tụ qua phép thử nghiệm góc tổn hao điện môi bao gồm:

– Cách điện chính C1 là cách điện thanh dẫn với đầu điện cực (Rốn đo tgd-test tap).

– Cách điện đầu C2 giữa đầu điện cực (test tap) với mặt bích.

Thử nghiệm góc tổn hao điện môi toàn bộ các sứ đầu vào kiểu có một rốn đo điện dung, cho phép thử nghiệm sứ đầu vào trong khi nó đang ở trên các thiết bị mà không cần tách bất kỳ các dây nối nào ra khỏi sứ. Ta đo góc tổn hao điện môi qua phép thử đối tượng đo không nối đất nhằm loại trừ ảnh hưởng của cách điện cuộn dây máy biến áp, phép đo này không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện tác động bên ngoài.

Hình 5. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp đo tổn hao thông thường

IV Giới thiệu các phương pháp chẩn đoán sứ đầu vào MBA

Công tác thí nghiệm đánh giá mang tính chất chuyên sâu để có thể đưa ra các kết luận chính xác và kịp thời là điều rất cần thiết trong công tác thí nghiệm, quản lý và vận hành an toàn thiết bị điện. Trong bài viết này, tôi xin giới thiệu 2 phương pháp chẩn đoán sự cố các sứ đầu vào kiểu tụ: phương pháp phân tích đáp ứng điện môi theo miền tần số (FDS), phương pháp phân tích phóng điện cục bộ (PD).

1. Phân tích đáp ứng điện môi theo miền tần số (FDS).

a. Phương pháp đo cho các sứ mới loại RIP, RPB và OIP.

Phương pháp này được thực hiện nguyên lý đo với tần số nằm trong một dẫy rộng từ 15 đến 400Hz. Các đường cong hệ số tổn hao của các sứ cao áp mới được thể hiện như trong hình 6. Giá trị điện áp thử nghiệm được đo ở điện áp 2kV và dãy tần số từ 15Hz đến 400Hz.

b. Sự ảnh hưởng của độ ẩm đến tổn hao điện môi ở sứ RIP.

Trên hình cho chúng ta thấy rõ được sự ảnh hưởng của độ ẩm của môi trường bảo quản sứ đầu vào sẽ ảnh hưởng rất lớn đến cách điện của sứ. Nếu không có lớp dầu bảo vệ, độ ẩm từ môi trường sẽ hấp thụ vào bên trong các lớp cách điện theo thời gian và sẽ làm thay đổi hệ số tổn hao một cách rỏ ràng nhất. Khi độ ẩm tăng cao, hệ số tổn hao sẽ có giá trị lớn ở tần số thấp và giảm dần đến cực tiểu của đường cong khi ở tần số cao. c. Chẩn đoán trên sứ đầu vào RBP. Chúng ta phân tích đáp ứng điện môi của sứ đầu vào loại RBP 123kV. Như hình 8: đường màu đỏ là đáp ứng điện môi của pha C còn đường con màu xanh là của pha A).

Hình 8. Qua hình ta thấy có sự tăng mạnh của hệ số tổn thất điện môi theo quá tình tăng dần của tần số.

2. Phân tích phóng điện cục bộ (PD).

Các phương pháp thí nghiệm truyền thống sẽ cho chúng ta biết được quá trình phóng điện đã xảy ra bên trong hay chưa? Nhưng lại không nhận biết được mức độ và sự diễn biến của các quá trình gây phóng điện cục bộ bên trong cũng như bề mặt sứ của sứ đầu vào; không xác định được chính xác ngay thời điểm xẩy ra phóng điện, không giám sát theo thời gian thực, dữ liệu không liên tục, kết quả không đồng nhất; không xác định được vị trí xảy ra phóng điện và cần phải cắt điện, tốn nhiều thời gian để phân tích. Từ đó cho chúng ta thấy được để có thể phát hiện kịp thời các sự cố tiềm ẩn có thể xẩy ra, ta phải sử dụng công nghệ chẩn đoán tiên tiến đó là phương pháp giám sát phóng điện cục bộ theo thời gian thực.

Bắt đầu với quá trình đo PD dựa theo phương pháp biểu diễn trên sơ đồ thứ tự pha. Tất cả các tín hiệu PD chúng ta có thể nhìn thấy ở dạng PD theo pha trong hình 11. Tuy nhiên để nhận dạng được nguồn PD này là điều không thể thực hiện được. Do đó các nguồn PD sẽ được tách riêng biệt bởi đồ thị quan hệ 3 tần số trung tâm (3CFRD). Sự phân biệt 3CFRD giữa sự khởi tạo của các nguồn xung PD từ rất nhiều nguồn khác nhau dựa trên phổ tần số của chúng.

Phổ tần được tính toán mô phỏng ở 3 phổ tần khác nhau: 500kHz, 2,8MHz và 8MHz. Biên độ ở mỗi tần số được them vào và kết quả được gộp các tín hiệu PD riêng biệt của mỗi nguồn PD. Quá trình gộp các tín hiệu riêng biệt có thể được hiển thị trong sơ đồ thứ tự pha nhằm giúp quá trình phân tích các dạng PD được dễ dàng hơn. Công nghệ này sử dụng có thể xác định được độ lớn của nguồn gây ra PD cũng như đo được các nhiều nền ảnh hưởng đến quá trình đo PD trên thiết bị.

V. Vận hành và bảo dưỡng sứ đầu vào

Để tăng tuổi thọ vận hành và giảm thiểu các hư hỏng có thể xẩy ra đối với các sứ đầu vào của MBA lực. Đơn vị quản lý vận hành phải kiểm soát tốt từ khâu lựa chọn kiểu sứ, nhà chế tạo; bảo quản trước khi lắp đặt; theo dõi quá trình lắp đặt và giám sát các thông số cũng như điều kiện làm việc của sứ đầu vào. Trong quá trình vận hành cần lưu ý các vấn đề sau:

Hình 14. Sử dụng camera hồng ngoại đo nhiệt độ mối nối ty sứ

1. Vệ sinh bề mặt cách điện. Máy biến áp vận hành trong môi trường ô nhiểm hay gần biển, bụi bẩn sẽ bám trên bề mặt cách điện của sứ và làm cho điện trở cách điện giảm thấp, tăng dòng rò trên bề mặt. Do đó phải có kế hoạch vệ sinh làm sạch bề mặt sứ. Có thể dùng nước áp lực cao hoặc có thể dùng khăn ẩm.

2. Dùng camera hồng ngoại để kiểm tra mối nối ty sứ. Khi MBA vận hành đầy tải thì nhiệt độ tại các ty sứ nằm khoảng 35-450C. Nếu dùng camera hồng ngoại có thể kiểm tra phát nóng tại ty sứ, khi đo được nhiệt độ tăng cao thì chứng tỏ mối nối có tiếp xúc xấu.

3. Nhân viên vận hành phải thường xuyên kiểm tra sự rò rỉ dầu trên bề mặt sứ.

4. Kiểm tra áp lực dầu và mức dầu trên đồng hồ chỉ thị của sứ.