Nguyên lý, cấu trúc, hoạt động và bảo trì hệ thống bảo vệ khí biến áp.

1. Khí là gì?

Khí được hình thành do sự phân hủy cellulose và chất hữu cơ bởi hoạt động của vi khuẩn kỵ khí trong giai đoạn đầu tích tụ than đá của thực vật cổ đại. Trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao, khí tiếp tục được tạo ra do các tác động vật lý và hóa học trong khi than đá đang được hình thành. Khí là một loại khí không màu, không mùi, nhưng đôi khi có thể ngửi thấy mùi giống như táo, do sự thoát ra đồng thời của các hydrocarbon thơm và khí. Tỷ trọng tương đối của khí so với không khí là 0,554, và mật độ của khí ở trạng thái tiêu chuẩn là 0,716 kg/m³. Độ thẩm thấu của khí gấp 1,6 lần so với không khí. Khí không tan trong nước, không hỗ trợ sự cháy và không thể duy trì hô hấp. Nó có thể gây ngạt thở cho người do thiếu oxy, và có thể gây cháy hoặc nổ.

Thành phần chính của khí là các ankan, trong đó metan chiếm phần lớn, và một lượng nhỏ etan, propan và butan. Ngoài ra, nó thường chứa hydro sunfua, carbon dioxide, nitơ và hơi ẩm, cũng như một lượng nhỏ các khí trơ như heli và argon. Trong điều kiện tiêu chuẩn, metan đến butan tồn tại ở trạng thái khí, còn pentan trở lên ở trạng thái lỏng. Trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn, nó có thể bốc cháy và gây ra vụ nổ khí, đe dọa trực tiếp đến sự an toàn của người làm việc trong mỏ.

2. Định nghĩa về bảo vệ bằng khí

Trong rơle bảo vệ khí, phần trên là một phao kín, phần dưới là một tấm chắn kim loại, cả hai đều được trang bị các tiếp điểm thủy ngân kín. Phao và tấm chắn có thể xoay quanh trục của chúng. Trong hoạt động bình thường, rơle được đổ đầy dầu, phao được nhúng trong dầu, ở vị trí nổi, và tiếp điểm thủy ngân bị ngắt; tấm chắn bị võng xuống do trọng lượng của chính nó, và tiếp điểm thủy ngân của nó cũng bị ngắt. Khi có sự cố nhỏ bên trong máy biến áp, khí được sinh ra từ từ, và khí trước tiên tích tụ trong không gian phía trên của rơle khí trên đường đến bình chứa dầu, làm cho mực dầu giảm xuống, và phao hạ xuống để đóng tiếp điểm thủy ngân, và tín hiệu trễ thời gian, đây được gọi là "khí nhẹ"; Khi xảy ra sự cố nghiêm trọng bên trong máy biến áp, một lượng khí mạnh được tạo ra, và áp suất trong thùng dầu tăng lên tức thì, dẫn đến dòng dầu lớn tác động vào bộ phận phân phối dầu. Do dòng dầu tác động vào vách ngăn, vách ngăn vượt qua lực cản của lò xo, đẩy nam châm di chuyển theo hướng tiếp điểm lò xo, đóng tiếp điểm thủy ngân, kích hoạt mạch ngắt và ngắt cầu dao. Đây được gọi là hiện tượng "khí mạnh". Tác động của khí mạnh là ngay lập tức cắt toàn bộ nguồn điện kết nối với máy biến áp, để tránh sự lan rộng của sự cố và đóng vai trò bảo vệ máy biến áp.

Có nhiều loại rơle khí khác nhau như loại phao, loại vách ngăn và loại cốc hở. Hầu hết chúng sử dụng rơle QJ-80, mạch tín hiệu được nối với cốc hở, và mạch ngắt được nối với vách ngăn. Cái gọi là tác động tín hiệu bảo vệ khí có nghĩa là tiếp điểm mạch tín hiệu của cốc hở phía trên trong rơle bị đóng do nhiều nguyên nhân khác nhau, và đèn báo trên bảng điều khiển sáng lên.

Quy định nêu rõ: Đối với máy biến áp ngâm dầu có công suất từ ​​800kVA trở lên và máy biến áp ngâm dầu có công suất từ ​​400kVA trở lên, phải lắp đặt hệ thống bảo vệ bằng khí.

3. Phân loại bảo vệ khí

Bảo vệ chống khí thường được chia thành hai loại: khí nhẹ và khí nặng.

1. Bảo vệ bằng khí nhẹ: Khi máy biến áp quá nhiệt hoặc phóng điện cục bộ, nhiệt độ dầu của máy biến áp tăng lên, tạo ra một lượng khí nhất định, được thu gom trong rơle. Khi lượng khí đạt đến một mức nhất định, rơle sẽ kích hoạt và gửi tín hiệu.

2. Bảo vệ bằng khí nặng: Sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch nghiêm trọng trong máy biến áp, nó sẽ ảnh hưởng đến dầu máy biến áp, gây ra hiện tượng dòng dầu tràn vào vách ngăn của rơle và làm ngắt mạch.

4. Phạm vi bảo vệ của hệ thống bảo vệ khí

Bảo vệ bằng khí là biện pháp bảo vệ chính của máy biến áp, nó có thể phản ánh tất cả các sự cố bên trong thùng máy. Bao gồm: ngắn mạch đa pha trong thùng nhiên liệu, ngắn mạch giữa các vòng dây quấn, ngắn mạch giữa cuộn dây và lõi sắt hoặc vỏ máy, hỏng lõi sắt, giảm mức dầu hoặc rò rỉ dầu, tiếp xúc kém của bộ chuyển mạch hoặc hàn dây kém, v.v. Tác động của bảo vệ bằng khí nhanh, nhạy và đáng tin cậy, cấu trúc đơn giản. Tuy nhiên, nó không thể phản ánh sự cố của mạch ngoài thùng dầu (như dây dẫn), vì vậy nó không thể được sử dụng làm thiết bị bảo vệ duy nhất để bảo vệ các sự cố bên trong máy biến áp. Ngoài ra, bảo vệ bằng khí cũng dễ bị trục trặc dưới tác động của một số yếu tố bên ngoài (như động đất).

Rơle Buchholz của công tắc điều chỉnh điện áp tải máy biến áp có chức năng tương tự như rơle Buchholz của máy biến áp chính, chỉ khác nhau về vị trí lắp đặt và kiểu dáng.

Năm, phương pháp lắp đặt hệ thống bảo vệ

Rơ le Buchholz được lắp đặt trên đường ống nối từ máy biến áp đến bình giãn nở dầu. Trong quá trình lắp đặt, cần chú ý đến:

1. Trước tiên, hãy đóng chặt van bướm trên đường ống dẫn khí. Nếu van bướm không được đóng chặt hoặc có các điều kiện khác, có thể xả dầu trong bình chứa dầu nếu cần thiết để tránh lượng dầu lớn bị tràn ra ngoài trong quá trình làm việc.

2. Trước khi lắp đặt rơle khí mới, hãy kiểm tra xem có giấy chứng nhận kiểm định không, kích thước và lưu lượng có chính xác không, các bộ phận bên trong và bên ngoài có bị hư hỏng không, nếu có hiện tượng kẹt tạm thời bên trong thì cần phải tháo ra, và cuối cùng kiểm tra hoạt động của phao, tấm chắn, tín hiệu và tiếp điểm ngắt. Đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, và đóng van xả khí.

3. Rơle khí phải được lắp đặt theo chiều ngang, và hướng mũi tên được đánh dấu trên nắp trên phải hướng về phía gối dầu. Trong dự án, hướng trục của rơle được phép hơi cao hơn ở cuối gối dầu, nhưng độ nghiêng so với mặt phẳng ngang không được vượt quá 4%.

4. Mở van bướm để bơm dầu vào rơle khí, sau đó xả khí qua van xả khí sau khi đã bơm đầy dầu. Nếu túi dầu có vỏ bọc, cần chú ý đến phương pháp bơm và xả dầu để giảm thiểu và tránh khí xâm nhập vào túi dầu.

5. Khi thực hiện đấu dây bảo vệ, cần tránh đấu nối sai và ngắn mạch, tránh thao tác khi đang có điện, đồng thời ngăn không cho thanh dẫn điện quay và đầu sứ nhỏ bị rò rỉ dầu.

6. Trước khi đưa vào vận hành, cần tiến hành thử nghiệm rung lắc cách điện và thử nghiệm truyền tải.

6. Các hạng mục kiểm tra của rơle khí

Các hạng mục kiểm tra và thử nghiệm sau đây cần được thực hiện trước khi lắp đặt và sử dụng rơle khí:

1. Các hạng mục kiểm tra tổng quát:

Cửa kính, van xả khí, kim điều khiển và đầu nối dẫn ra hoàn toàn không bị rò rỉ dầu, phao, cốc mở, cửa kính, v.v. hoàn toàn không có vết nứt.

2. Các mục kiểm tra

2.1. Kiểm tra độ kín: Kiểm tra rò rỉ áp suất dầu tổng thể (áp suất 20mPa, thời gian 1 giờ), không được có hiện tượng rò rỉ.

2.2. Kiểm tra độ bền cách điện đầu cuối: Điện áp tần số nguồn giữa đầu ra và đầu ra là 2000V trong 1 phút. Điện trở cách điện cũng có thể được đo bằng máy đo điện trở cách điện 2500V. Điện trở cách điện phải trên 300mΩ.

2.3. Thử nghiệm thể tích tác dụng của khí nhẹ: khi tích tụ 250∽300cm3 không khí trong vỏ, khí nhẹ phải tác dụng một cách đáng tin cậy.

2.4. Thử nghiệm vận tốc dòng chảy của khí nặng.

7. Kiểm tra hàng ngày

Quy định vận hành máy biến áp điện DL/T572-95 (sau đây gọi là "quy định") quy định rằng trong việc kiểm tra máy biến áp hàng ngày, điều đầu tiên cần kiểm tra là xem có khí trong rơle khí hay không, và việc kiểm tra khí cần chú ý đến các điểm sau:

1. Van trên ống nối của rơle khí phải ở vị trí mở.

2. Mặt nạ phòng độc của người vận hành máy biến áp phải hoạt động bình thường.

3. Cần lắp đúng khớp nối bảo vệ khí.

4. Mức dầu trong bình chứa dầu phải ở vị trí thích hợp và rơle phải đầy dầu.

5. Nắp chống thấm nước của rơle khí phải chắc chắn.

6. Các đầu cực của rơle không được rò rỉ dầu và phải có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của mưa, tuyết và bụi. Nguồn điện và mạch thứ cấp của nó phải có các biện pháp chống thấm nước, chống dầu và chống đóng băng, và phải được kiểm tra chống thấm nước và chống dầu vào mùa xuân và mùa thu.

Tám, hoạt động của hệ thống bảo vệ khí gas

Khi máy biến áp hoạt động bình thường, rơle Buchholz hoạt động mà không có bất kỳ sự bất thường nào. Về trạng thái hoạt động của rơle Buchholz, các quy định có những điều khoản sau:

1. Khi máy biến áp đang hoạt động, mạch bảo vệ khí phải được kết nối với tín hiệu và mạch ngắt, và mạch bảo vệ khí của bộ chuyển mạch nấc tải phải được kết nối với mạch ngắt.

2. Khi máy biến áp thực hiện các công việc sau trong quá trình vận hành, hệ thống bảo vệ khí nặng cần được kết nối lại với tín hiệu:

2.1. Khi sử dụng một cầu dao để điều khiển hai máy biến áp, nếu một trong hai máy biến áp được chuyển sang chế độ chờ, máy biến áp dự phòng cần được kết nối lại với nguồn tín hiệu.

2.2. Khi lọc dầu, bổ sung dầu, thay thế bơm dầu chìm hoặc thay thế chất hấp phụ của máy lọc dầu và khi đóng mở van trên đường ống nối của hệ thống chuyển tiếp khí.

2.3. Khi làm việc với hệ thống bảo vệ khí và mạch thứ cấp của nó.

2.4. Ngoại trừ van lấy mẫu dầu và van xả khí ở phần trên của rơle Buchholz, hãy mở các van xả khí, van xả dầu và van nạp dầu ở tất cả các vị trí khác.

2.5. Khi mức dầu trên đồng hồ đo mức dầu tăng bất thường hoặc hệ thống hút và xả có hiện tượng bất thường, cần phải mở van xả khí hoặc van xả dầu.

3. Trong thời gian dự báo động đất, chế độ vận hành của hệ thống bảo vệ khí áp suất cao cần được xác định theo điều kiện cụ thể của máy biến áp và hiệu suất chịu động đất của rơle khí. Các máy biến áp ngừng hoạt động do hệ thống bảo vệ khí áp suất cao vì động đất cần được kiểm tra và thử nghiệm trước khi đưa vào vận hành, và chỉ được đưa vào vận hành sau khi xác nhận không có bất thường.

9. Lý do cần hành động để bảo vệ khỏi khí gas

1. Nguyên nhân gây ra hiện tượng khí nhẹ

1.1. Không khí xâm nhập vào máy biến áp do bộ lọc dầu kém, hệ thống nạp nhiên liệu hoặc hệ thống làm mát không hoạt động tốt.

1.2. Mức dầu thấp hơn mức phao báo mức khí của rơle khí do nhiệt độ giảm hoặc rò rỉ dầu.

1.3. Một lượng nhỏ khí được tạo ra do sự cố máy biến áp.

1.4. Máy biến áp có sự cố ngắn mạch xuyên suốt. Dưới tác động của dòng điện sự cố xuyên thấu, tốc độ dòng chảy của dầu giữa các khe hở dầu tăng lên. Khi chênh lệch áp suất giữa khe hở dầu và bên ngoài cuộn dây thay đổi lớn, rơle khí có thể bị trục trặc. Dòng điện sự cố xuyên suốt làm cho cuộn dây nóng lên. Khi bội số của dòng điện sự cố lớn, nhiệt độ cuộn dây tăng nhanh, làm cho thể tích dầu giãn nở, gây ra sự trục trặc của rơle khí.

1.5. Rơle khí hoặc mạch thứ cấp bị lỗi.

Các yếu tố nêu trên có thể khiến tín hiệu bảo vệ khí gas hoạt động.

10. Xử lý sau khi thực hiện biện pháp bảo vệ bằng khí gas

1. Sau khi thiết bị bảo vệ khí của máy biến áp hoạt động, cần kiểm tra kỹ lưỡng, phân tích cẩn thận, đánh giá chính xác và có biện pháp xử lý kịp thời.

A. Khi tín hiệu bảo vệ khí được kích hoạt, hãy kiểm tra máy biến áp ngay lập tức để tìm ra nguyên nhân, xem có phải do tích tụ khí, giảm mức dầu, lỗi mạch thứ cấp hay lỗi bên trong máy biến áp phía trên hay không. Nếu có khí trong rơle khí, hãy ghi lại lượng khí, quan sát màu sắc của khí và kiểm tra xem khí có dễ cháy hay không, đồng thời lấy mẫu khí và dầu để phân tích sắc ký. Có thể xác định bản chất lỗi của máy biến áp theo các quy định và hướng dẫn liên quan. Phân tích sắc ký là việc phân tích định tính và định lượng hydro, oxy, carbon monoxide, carbon dioxide, metan, etan, etylen, axetylen và các khí khác có trong khí thu được bằng máy sắc ký. Từ đó xác định chính xác bản chất, xu hướng phát triển và mức độ nghiêm trọng của sự cố.

B. Nếu khí trong bình chứa khí không màu, không mùi và không bắt lửa, và phân tích sắc ký xác định đó là không khí, thì máy biến áp có thể tiếp tục hoạt động và khắc phục kịp thời lỗi hút khí.

Nếu khí trong bình chứa khí dễ cháy và kết quả phân tích sắc ký của khí hòa tan trong dầu bất thường, cần đưa ra đánh giá toàn diện để xác định xem máy biến áp có cần ngừng hoạt động hay không.

2. Khi rơle Buchholz ngắt mạch, máy biến áp không được đưa vào vận hành cho đến khi xác định được nguyên nhân và khắc phục được sự cố. Để tìm ra nguyên nhân, cần xem xét chủ yếu các yếu tố sau và đưa ra đánh giá toàn diện.

a. Liệu hơi thở có khó khăn hoặc mệt mỏi không;

b. Các mạch thứ cấp như mạch bảo vệ và mạch DC có hoạt động bình thường không?

c. Liệu hình thức bên ngoài của máy biến áp có biểu hiện bất thường nào phản ánh rõ bản chất của sự cố hay không;

d. Khí tích tụ trong bình chứa khí có dễ cháy hay không;

e. Kết quả phân tích sắc ký của khí trong hệ thống dẫn khí và khí hòa tan trong dầu;

f. Kết quả kiểm tra điện cần thiết;

g. Hoạt động của các thiết bị bảo vệ rơle khác của máy biến áp.

11. Các biện pháp an toàn liên quan đến bảo vệ khỏi khí gas

Cơ chế bảo vệ khí, ở mức độ nhẹ, nó gửi tín hiệu bảo vệ để nhắc nhở nhân viên bảo trì xử lý máy biến áp ngay lập tức; ở mức độ nghiêm trọng, nó ngắt công tắc máy biến áp, khiến máy biến áp ngừng hoạt động ngay lập tức, điều này không đảm bảo độ tin cậy của nguồn cung cấp điện. Các biện pháp phòng ngừa sự cố đối với cơ chế bảo vệ khí được đề xuất.

1. Thay phao dưới của rơle khí sang loại có vách ngăn và tiếp điểm sang loại thẳng đứng để cải thiện độ tin cậy khi hoạt động với khí nén mạnh.

2. Để ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch rơle khí do rò rỉ nước, cần thực hiện các biện pháp chống mưa đối với các đầu nối và hộp đấu nối dây dẫn của rơle.

3. Dây dẫn của rơle khí phải là loại dây chống dầu.

4. Các dây dẫn và cáp của rơle khí phải được kết nối với các đầu nối trong hộp đấu nối dây dẫn tương ứng.