Các biện pháp cải thiện điện trở ngắn mạch của máy biến áp điện.

Tổng quan về máy biến áp điện

Biến áp điện tử chủ yếu được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ điện tử công suất. Nó chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu tần số nguồn, tức là giảm tần số. Bằng cách áp dụng một sơ đồ điều khiển thích hợp để điều khiển hoạt động của thiết bị điện tử công suất, năng lượng điện ở một tần số, điện áp và dạng sóng có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện ở tần số, điện áp và dạng sóng khác. Vì thể tích của biến áp cách ly trung gian phụ thuộc vào mật độ từ thông bão hòa của vật liệu lõi sắt và mức tăng nhiệt độ tối đa cho phép của lõi sắt và cuộn dây, và mật độ từ thông bão hòa tỷ lệ nghịch với tần số hoạt động, nên việc tăng tần số hoạt động có thể cải thiện hiệu suất sử dụng lõi sắt, từ đó giảm kích thước của biến áp và tăng hiệu suất tổng thể.

2. Các biện pháp cải thiện điện trở ngắn mạch của máy biến áp điện

Việc vận hành và sản xuất an toàn, tiết kiệm, đáng tin cậy của máy biến áp phụ thuộc vào chất lượng sản xuất, môi trường vận hành và chất lượng bảo trì của chính máy biến áp. Chương này cố gắng trả lời các biện pháp để ngăn ngừa hiệu quả sự cố đột ngột của máy biến áp trong quá trình vận hành và bảo trì.

Lưới điện thường xuyên bị ngắn mạch do sét đánh, trục trặc hoặc sự cố của rơle bảo vệ, v.v. Dòng điện ngắn mạch mạnh có thể làm hỏng máy biến áp, vì vậy cần nỗ lực cải thiện khả năng chịu ngắn mạch của máy biến áp từ mọi khía cạnh. Kết quả thống kê về các sự cố ngắn mạch máy biến áp cho thấy nguyên nhân sản xuất chiếm khoảng 80%, trong khi nguyên nhân vận hành và bảo trì chỉ chiếm khoảng 10%. Các biện pháp liên quan đến thiết kế và sản xuất đã được thảo luận trong Chương 2, và chương này tập trung vào các biện pháp cần thực hiện trong quá trình vận hành và bảo trì. Trong quá trình vận hành và bảo trì, một mặt, cần giảm thiểu các sự cố ngắn mạch, từ đó giảm số lần máy biến áp bị tác động; mặt khác, cần kiểm tra kịp thời sự biến dạng của cuộn dây máy biến áp để ngăn ngừa sự cố trước khi chúng xảy ra.

(1) Chuẩn hóa thiết kế và chú trọng đến quy trình nén trục trong sản xuất cuộn dây. Khi thiết kế, nhà sản xuất không chỉ nên xem xét việc giảm tổn hao và nâng cao mức độ cách điện của máy biến áp, mà còn phải xem xét việc nâng cao độ bền cơ học và khả năng chống sự cố ngắn mạch của máy biến áp. Về quy trình sản xuất, vì nhiều máy biến áp sử dụng tấm ép cách điện, và các cuộn dây cao áp và hạ áp dùng chung một tấm ép, cấu trúc này đòi hỏi trình độ công nghệ sản xuất cao, và các tấm ép phải được nén chặt. Sấy khô một cuộn dây đơn ở áp suất không đổi, và đo chiều cao của cuộn dây sau khi nén; sau khi mỗi cuộn dây của cùng một tấm ép được xử lý theo quy trình trên, nó được điều chỉnh đến cùng một chiều cao, và thiết bị thủy lực được sử dụng để tạo áp suất quy định cho cuộn dây trong quá trình lắp ráp cuối cùng. Đạt được chiều cao theo yêu cầu thiết kế và quy trình. Trong quá trình lắp ráp nói chung, ngoài việc chú ý đến việc nén cuộn dây cao áp, cần đặc biệt chú ý đến việc kiểm soát độ nén của cuộn dây hạ áp.

(2) Tiến hành thử nghiệm ngắn mạch trên máy biến áp để ngăn ngừa sự cố xảy ra trước khi nó xảy ra. Độ tin cậy vận hành của máy biến áp lớn phụ thuộc trước hết vào cấu trúc và trình độ quy trình sản xuất của nó, và thứ hai là vào các thử nghiệm khác nhau của thiết bị trong quá trình vận hành để nắm bắt kịp thời các điều kiện làm việc của thiết bị. Để hiểu được sự ổn định cơ học của máy biến áp, có thể cải thiện các mắt xích yếu của nó thông qua các thử nghiệm ngắn mạch để đảm bảo rằng độ bền kết cấu của máy biến áp được thiết kế một cách chắc chắn.

(3) Sử dụng hệ thống bảo vệ rơle đáng tin cậy và hệ thống tự động đóng lại. Sự cố ngắn mạch trong hệ thống là một sự cố mà con người cố gắng tránh nhưng không thể hoàn toàn tránh khỏi, đặc biệt là đường dây 10KV rất dễ gây ra sự cố ngắn mạch do vận hành sai, động vật nhỏ xâm nhập, tác động từ bên ngoài và trách nhiệm của người sử dụng. Do đó, đối với máy biến áp đã được đưa vào vận hành, trước hết cần phải trang bị nguồn điện DC đáng tin cậy cho hệ thống bảo vệ và đảm bảo tính chính xác của hoạt động bảo vệ. Kết hợp với tình hình hiện tại là khả năng chịu ngắn mạch bên ngoài của máy biến áp trong quá trình vận hành kém, cần phải xem xét các yếu tố bất lợi đối với việc tự động đóng lại hoặc vận hành cưỡng chế sau khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch, nếu không đôi khi sẽ làm trầm trọng thêm thiệt hại của máy biến áp và thậm chí làm mất khả năng sửa chữa lại. Hiện nay, một số đơn vị vận hành đã hủy bỏ việc sử dụng cơ chế đóng lại tự động đối với các đường dây trên không gần khu vực (ví dụ như trong vòng 2km) hoặc đường dây cáp dựa trên xác suất liệu sự cố ngắn mạch có thể được tự động khắc phục ngay lập tức hay không, hoặc kéo dài khoảng thời gian giữa các lần đóng lại một cách thích hợp để giảm thiểu các vấn đề do không đóng lại được. Nguy cơ gây ra sự cố ngắn mạch cần được giảm thiểu tối đa.

(4) Chủ động thực hiện kiểm tra biến dạng và chẩn đoán cuộn dây máy biến áp. Thông thường, sau khi máy biến áp bị ảnh hưởng bởi dòng điện ngắn mạch, cuộn dây sẽ bị biến dạng một phần, và ngay cả khi không bị hư hỏng ngay lập tức, nó cũng có thể để lại một sự cố tiềm ẩn nghiêm trọng. Đầu tiên, khoảng cách cách điện sẽ thay đổi và lớp cách điện rắn sẽ bị hư hỏng, dẫn đến phóng điện cục bộ. Khi gặp quá áp do sét đánh, có thể xảy ra sự cố đánh thủng giữa các vòng dây và giữa các cuộn dây, dẫn đến sự cố cách điện đột ngột. Ngay cả dưới điện áp hoạt động bình thường, sự cố đánh thủng cách điện cũng có thể do ảnh hưởng lâu dài của phóng điện cục bộ gây ra.

Do đó, việc chủ động chẩn đoán biến dạng cuộn dây máy biến áp, phát hiện kịp thời các máy biến áp bị lỗi, và lập kế hoạch kiểm tra và bảo trì vỏ máy biến áp không chỉ tiết kiệm được rất nhiều nhân lực và vật lực mà còn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc phòng ngừa tai nạn máy biến áp.

Sự phân bố điểm không và điểm cực của hàm truyền H(jw) (tức là đặc tính đáp ứng tần số) có liên quan chặt chẽ đến các thành phần và phương pháp đấu nối trong mạng hai cổng. Nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cuộn dây biến áp thường có nhiều điểm cộng hưởng hơn trong dải tần số từ 10kHz đến 1MHz. Khi tần số thấp hơn 10kHz, điện cảm của cuộn dây đóng vai trò chính, điểm cộng hưởng thường ít hơn và ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi của điện dung phân bố; khi tần số vượt quá 1MHz, điện cảm của cuộn dây bị điện dung phân bố bù trừ, và điểm cộng hưởng cũng sẽ giảm tương ứng, ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi của điện cảm, và khi tần số tăng lên, điện dung ký sinh của vòng thử nghiệm (dây dẫn) cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến kết quả thử nghiệm.

Do máy kiểm tra biến dạng cuộn dây máy biến áp đắt tiền và đòi hỏi người vận hành có trình độ cao, nên việc sử dụng rộng rãi trong sản xuất và vận hành không dễ dàng. Vì vậy, trong thực tế, phương pháp đánh giá xem cuộn dây có bị biến dạng hay không dựa trên sự thay đổi điện dung của cuộn dây máy biến áp có thể được sử dụng như một phương pháp bổ sung hữu ích cho phương pháp đáp ứng tần số. Đặc biệt, khi phương pháp đáp ứng tần số không đáp ứng được các điều kiện, trạng thái hoạt động của cuộn dây máy biến áp có thể được nắm bắt kịp thời bằng cách so sánh điện dung đo được tích lũy theo chiều ngang và chiều dọc, nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra sự cố và đảm bảo hoạt động an toàn, ổn định của lưới điện.

(5) Tăng cường kiểm tra trong quá trình thi công, vận hành và bảo trì tại công trường, và sử dụng hệ thống bảo vệ ngắn mạch đáng tin cậy. Khi lắp đặt máy biến áp tại công trường, việc thi công phải được thực hiện nghiêm ngặt theo hướng dẫn và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, chất lượng phải được kiểm soát chặt chẽ và phải có biện pháp tương ứng để loại bỏ các nguy cơ tiềm ẩn được phát hiện. Nhân viên vận hành và bảo trì cần tăng cường kiểm tra, bảo trì và quản lý bảo hành máy biến áp để đảm bảo máy biến áp hoạt động tốt và có biện pháp tương ứng để giảm thiểu khả năng xảy ra sự cố ngắn mạch tại đầu ra và các khu vực lân cận. Để tránh tối đa sự cố ngắn mạch của hệ thống, đối với các máy biến áp đã được đưa vào vận hành, trước tiên cần trang bị hệ thống DC đáng tin cậy cho hệ thống bảo vệ để đảm bảo tính chính xác của hoạt động bảo vệ; Công nghệ kiểm tra phương pháp đáp ứng tần số đo lường tình trạng của máy biến áp sau khi bị ảnh hưởng bởi sự cố ngắn mạch và kiểm tra vỏ máy một cách có chủ đích theo kết quả kiểm tra, điều này có thể tránh được hiệu quả sự cố nghiêm trọng.

Khả năng chịu được các dòng ngắn mạch khác nhau của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế cấu trúc và quy trình sản xuất của máy biến áp, và có mối liên hệ mật thiết với công tác quản lý vận hành, điều kiện vận hành và trình độ công nghệ xây dựng. Sự cố ngắn mạch máy biến áp cực kỳ nguy hiểm đối với hoạt động của hệ thống lưới điện. Để tránh tai nạn, cần có các biện pháp kiểm soát hiệu quả từ nhiều khía cạnh để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của máy biến áp và hệ thống lưới điện.