Những thông số nào được thử nghiệm trong thử nghiệm máy biến áp loại dầu?

Máy biến áp loại dầulà những tài sản quan trọng trong hệ thống điện. Để đảm bảo chúng hoạt động an toàn, hiệu quả và đáng tin cậy, một loạt các thử nghiệm nghiêm ngặt phải được thực hiện—cả tại nhà máy và trong quá trình vận hành cũng như trong suốt thời gian sử dụng của chúng. Các thử nghiệm này xác minh độ bền điện, tính toàn vẹn cơ học, hiệu suất nhiệt và tình trạng của dầu cách điện.

Dưới đây, các thông số chính được giải thích theo loại thử nghiệm.

Phần 1: Kiểm tra định kỳ (Thực hiện trên mọi máy biến áp)

Các thử nghiệm này được tiến hành trên từng thiết bị trước khi rời khỏi nhà máy để xác nhận chất lượng sản xuất cơ bản.

1. Đo điện trở cuộn dây

Thông số này đo điện trở DC. Bằng cách đo điện trở của từng cuộn dây pha (cả sơ cấp và thứ cấp), các kỹ sư có thể phát hiện các kết nối lỏng lẻo, dây bị đứt, vị trí bộ đổi nấc không chính xác hoặc sự mất cân bằng pha đáng kể. Các giá trị chấp nhận được phải được cân bằng giữa các giai đoạn (thường trong phạm vi 2%) và phù hợp với tính toán thiết kế.

2. Tỷ số điện áp và độ lệch pha

Tham số này xác minh tỷ lệ lần lượt. Một điện áp được đặt vào cuộn sơ cấp và điện áp cảm ứng ở phía thứ cấp được đo. Góc pha giữa các cuộn dây cũng được kiểm tra. Điều này đảm bảo máy biến áp tạo ra mối quan hệ pha và điện áp đầu ra chính xác (ví dụ: Dyn11). Sai số thường được yêu cầu nằm trong khoảng ± 0,5%.

3. Dòng điện kích thích và tổn hao không tải

Tổn hao không tải (tổn hao lõi) là do hiện tượng trễ và dòng điện xoáy trong lõi. Dòng điện kích thích là dòng điện cần thiết để từ hóa lõi. Việc đo các thông số này giúp phát hiện các khuyết tật cốt lõi như chập mạch hoặc lắp ráp kém. Tổn thất không tải quá mức có nghĩa là máy biến áp sẽ liên tục lãng phí năng lượng đáng kể.

4. Tổn hao tải và điện áp trở kháng

Tổn thất tải (tổn thất đồng) là nhiệt sinh ra do dòng điện chạy qua cuộn dây. Điện áp trở kháng xác định sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp và cường độ dòng điện sự cố. Để đo những giá trị này, cuộn thứ cấp được nối ngắn mạch và điện áp trên cuộn sơ cấp được tăng lên cho đến khi dòng điện định mức chạy qua.

5. Điện trở cách điện (Thử nghiệm Megger)

Thông số này đo điện trở DC giữa các cuộn dây và giữa các cuộn dây với đất (lõi và thùng). Điện trở cách điện cao (thường >1.000 MΩ đối với máy biến áp mới) cho thấy hệ thống cách điện khô, sạch và nguyên vẹn. Điện trở thấp thường gợi ý sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc ô nhiễm.

6. Độ bền điện môi (Kiểm tra điện áp chịu được)

Thông số này xác minh mức độ quá điện áp mà vật liệu cách điện có thể chịu được mà không bị hỏng. Có hai hình thức phổ biến:

Nguồn điện chịu đựng AC riêng biệt: Kiểm tra cách điện chính (cuộn dây nối đất và giữa các cuộn dây).

Khả năng chịu AC cảm ứng: Kiểm tra cách điện giữa các vòng và giữa các lớp.

Không cần có hiện tượng phóng điện hoặc hỏng hóc trong quá trình thử nghiệm để đạt yêu cầu.

Phần 2: Kiểm tra loại (Xác minh thiết kế)

Các thử nghiệm này được thực hiện trên nguyên mẫu của từng thiết kế để chứng minh rằng thiết kế đó đáp ứng tất cả các yêu cầu tiêu chuẩn.

1. Giới hạn tăng nhiệt độ

Thông số này đo nhiệt độ ở trạng thái ổn định của cuộn dây (được tính bằng phương pháp thay đổi điện trở) và lớp dầu trên cùng dưới tải định mức. Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy biến áp—cứ tăng trên mức định mức 6°C thì tuổi thọ cách điện sẽ giảm một nửa. Các tiêu chuẩn thường yêu cầu mức tăng nhiệt độ cuộn dây không vượt quá 65K (đối với cách điện loại A).

2. Điện áp chịu được xung sét

Thông số này mô phỏng sét đánh trên đường dây được kết nối sử dụng dạng sóng điện áp 1,2/50 µs. Một điện áp xung cao được áp dụng để kiểm tra xem liệu cách điện có thể chịu được quá điện áp trong khí quyển hay không. Đây là một thử nghiệm quan trọng để ngăn ngừa sự cố máy biến áp đột ngột do sét.

3. Khả năng chịu được mạch ngắn

Thông số này xác minh xem cuộn dây có thể chống lại lực điện từ cực lớn được tạo ra trong quá trình đoản mạch bên ngoài mà không bị biến dạng hoặc dịch chuyển hay không. Sau thử nghiệm, những thay đổi về điện trở và phản kháng của cuộn dây được kiểm tra và phân tích đáp ứng tần số được sử dụng để xác nhận không có hư hỏng cơ học nào xảy ra.

Phần 3: Kiểm tra đặc biệt (Cụ thể cho khách hàng hoặc ứng dụng)

Các thử nghiệm này được thực hiện khi cần thêm độ tin cậy, chẳng hạn như đối với máy biến áp lớn hoặc tới hạn.

1. Mức phóng điện cục bộ (PD)

Thông số này đo sự phóng điện cực nhỏ bên trong các khoảng trống cách điện hoặc tại các bề mặt, được biểu thị bằng picoculông (pC). Phóng điện cục bộ là dấu hiệu cảnh báo sớm về sự hư hỏng cách điện. Đối với máy biến áp mới, mức PD thường được yêu cầu phải dưới 10 pC ở điện áp định mức 1,5 lần. Mức PD thấp có nghĩa là lớp cách nhiệt không có bong bóng hoặc chất gây ô nhiễm.

2. Hệ số tiêu tán điện môi (Tan δ) và điện dung

Tan δ (góc tổn thất) phản ánh lượng năng lượng bị mất đi trong vật liệu cách nhiệt. Điện dung phản ánh cấu trúc hình học của hệ thống cách điện. Cả hai thông số đều rất nhạy cảm với độ ẩm và lão hóa. Giá trị tan δ tăng cho biết lớp cách nhiệt có thể đã bị ẩm hoặc bị cacbon hóa.

3. Phân tích đáp ứng tần số (FRA)

Thông số này ghi lại "dấu vân tay" trở kháng của máy biến áp trên một dải tần số (thường là 20 Hz đến 2 MHz). FRA cực kỳ nhạy cảm với chuyển động cơ học của cuộn dây do tác động của vận chuyển hoặc lực ngắn mạch. Bằng cách so sánh dấu vết tại nhà máy và hiện trường, nếu dấu vết vẫn có mối tương quan cao (trên 98%), cấu trúc cuộn dây được chứng minh là không thay đổi.

4. Trở kháng chuỗi không

Thông số này đo lường khả năng chống lại dòng điện thứ tự không của máy biến áp (dòng điện chạm đất). Nó xác định cường độ dòng điện chạm đất một pha trong hệ thống trung tính nối đất vững chắc và là đầu vào thiết yếu để cài đặt rơle bảo vệ.

Phần 4: Các thông số kiểm tra dầu cách điện (Quan trọng đối với máy biến áp loại dầu)

Dầu đóng vai trò vừa là vật liệu cách nhiệt vừa là chất làm mát, vì vậy các tính chất vật lý, hóa học và điện của nó rất quan trọng.

1. Điện áp đánh thủng (BDV)

Đây là chỉ báo cường độ điện trực tiếp nhất cho dầu. Một mẫu dầu được đặt giữa hai điện cực ở một khoảng cách nhất định (thường là 2,5 mm) và điện áp được tăng lên cho đến khi xảy ra sự cố. Dầu mới thường phải có BDV ít nhất là 60 kV. Chỉ số BDV thấp cho thấy dầu có chứa hơi ẩm hoặc các hạt dẫn điện.

2. Hàm lượng nước

Độ ẩm là kẻ thù lớn của dầu cách điện. Nó làm giảm đáng kể điện áp đánh thủng và đẩy nhanh quá trình lão hóa của chất cách điện bằng xenlulo. Loại dầu mới yêu cầu hàm lượng nước cực thấp, thường dưới 10 phần triệu (ppm).

3. Trị số axit (Giá trị trung hòa)

Thông số này đo nồng độ các hợp chất axit trong dầu. Khi dầu già đi, trị số axit tăng lên. Chỉ số axit cao có thể ăn mòn các thành phần kim loại và làm tăng tốc độ xuống cấp của lớp cách điện.

4. Phân tích khí hòa tan (DGA)

Đây là một trong những công cụ chẩn đoán mạnh mẽ nhất. Bằng cách đo nồng độ và tỷ lệ của các khí hòa tan chính—hydro (H₂), metan (CH₄), ethane (C₂H₆), ethylene (C₂H₄), acetylene (C₂H₂), carbon monoxide (CO) và carbon dioxide (CO₂)—các kỹ sư có thể xác định các lỗi tiềm ẩn bên trong. Ví dụ:

Phát hiện axetylen → phóng điện hồ quang.

Ethylene chiếm ưu thế → điểm nóng nhiệt độ cao.

Hydro tăng đột ngột → phóng điện một phần.

5. Sức căng bề mặt (IFT)

Thông số này phản ánh sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm phân cực hoặc các sản phẩm phụ bị lão hóa trong dầu. Dầu mới có sức căng bề mặt tương đối cao. Khi dầu già đi hoặc bị ô nhiễm, giá trị IFT sẽ giảm.

6. Điểm chớp cháy và điểm đông đặc

Điểm chớp cháy đo nguy cơ cháy. Dầu khoáng thường có điểm chớp cháy trên 140°C.

Điểm đông đặc đo tính lưu động ở nhiệt độ thấp. Ở vùng khí hậu lạnh, phải sử dụng dầu có điểm đông đặc thấp.