Sấy khô máy biến áp tự ngẫu siêu cao áp bằng cảm ứng tần số

– Mới đây, hai chiếc máy biến áp tự ngẫu siêu cao áp GE 750 MVA, 500 kV, vận hành trên 30 năm, đã được sấy khô tại hiện trường bằng công nghệ gia nhiệt tần số thấp (low frequency heating – LFH). Nói chung tại hiện trường, khó có thể sấy các máy biến áp siêu cao áp ướt để đạt độ khô chấp nhận được nếu sử dụng phương pháp tuần hoàn dầu nóng truyền thống.

Vinamain.com

Máy biến áp

– Theo qui trình LFH, dòng điện tần số rất thấp (gần như dòng điện một chiều) được đặt vào các cuộn dây, nhờ đó nâng được nhiệt độ đồng nhất của cuộn dây một cách từ từ và an toàn lên tới 110oC.
Qui trình LFH được hoàn thành ở cả hai máy, trong thời gian hai tuần. Một lượng nước đáng kể đã được rút ra và độ ẩm của xenlulô hạ thấp xuống dưới 1%.
Đây là những trường hợp ứng dụng công nghệ sấy khô LFH cho những máy lớn nhất thực hiện tại hiện trường.
Dựa trên số lượng còn hạn chế các phép đo, Công ty điện lực Hydro One – Canađa sẵn sàng kết luận rằng công nghệ gia nhiệt tần số thấp (LFH) ưu việt hơn các phương pháp đã sử dụng trước đây. Với độ ẩm dư đạt được là dưới 1%, Hydro One có thể khôi phục năng lực chịu quá tải của các máy biến áp mà không sợ hiện tượng tạo bọt.

Phần mở đầu

– Mục đích chủ yếu của việc sấy khô máy biến áp điện lực tại hiện trường là giảm hàm lượng ẩm trong xenlulô. Hơi ẩm tạo ra trong quá trình xenlulô bị lão hoá (sản phẩm phụ của quá trình này) hoặc xâm nhập từ bên ngoài máy biến áp (qua gioăng, ống thở, rò rỉ, v.v.). Hơi ẩm làm giảm các đặc tính điện và cơ của máy biến áp và có thể hạn chế khả năng chịu quá tải cho phép do nguy cơ hình thành bọt nước.
– Mới đây, Hydro One đã khảo sát trường hợp sự cố một máy biến áp tự ngẫu quan trọng trong hệ thống, qua đó công ty tiến hành đầu tư vào chương trình sấy tại hiện trường toàn bộ các máy biến áp tự ngẫu 500/230 kV của họ. Nhóm các máy biến áp tự ngẫu này là xương sống của hệ thống truyền tải điện của tỉnh Ontario (Canađa). Một trong những máy này là chiếc máy biến áp tự ngẫu ba pha 750 MVA, 500/230/28 kV đã bị sự cố chỉ vài giờ sau khi một máy tương tự tại trạm đó được đưa ra khỏi vận hành khi thiết bị theo dõi trực tuyến phát tín hiệu báo động về độ ẩm cao. Kết quả khảo sát cho thấy độ ẩm là một nhân tố chính góp phần gây ra sự cố.  – Theo ước tính, độ ẩm trong máy biến áp sự cố là xấp xỉ 1,5%. Phân tích sâu hơn cho thấy hàm lượng ẩm trong các máy khác đã lắp đặt của họ cũng ở mức tương tự. Kết quả là họ phải hạ thấp công suất nhiều máy biến áp đang vận hành và thực hiện một chương trình sấy máy toàn diện để giảm nguy cơ sự cố tiếp diễn.
– Trước đây, chương trình sấy máy này được thực hiện bằng phương pháp tuần hoàn dầu nóng kết hợp rút chân không (hot oil circulation plus vacuum – HOV) là qui trình chuẩn đối với những máy biến áp nhỏ hơn. Do các máy biến áp kỳ này có kích thước lớn và hơi ẩm ngấm sâu trong xenlulô nên yêu cầu phải thực hiện rất nhiều chu kỳ tuần hoàn dầu/rút chân không. Điều này dẫn tới phải cho máy biến áp ngừng vận hành trong thời gian dài. Để nâng cao hiệu quả rút ẩm, người ta đã sử dụng bơm khuếch tán để đạt độ chân không rất sâu – 50 microbar. Vậy mà kết quả cuối cùng cho thấy hiệu quả sấy khô của phương pháp HOV là không đáng kể. Mặc dầu độ ẩm bề mặt giảm mạnh nhưng độ ẩm trung bình thì hầu như không thay đổi. Không đạt được mục tiêu đề ra là hàm lượng ẩm dưới 1%. Ngoài ra, thời gian cho máy ngừng hoạt động kéo dài trên hai tháng do máy có kích thước lớn, và tương ứng khối lượng dầu cũng rất lớn. Để thực hiện công trình này phải huy động nguồn lực đáng kể (nhân lực và thiết bị) do vậy cũng ảnh hưởng đến các dự án khác về máy biến áp. Độ chân không sâu cần thiết để rút ẩm cũng làm phát sinh những chỗ rò rỉ mới do tác động ứng suất lên các bộ phận đã lão hoá. Nhiều lần người ta đã phải cho ngừng rút không khí mặc dầu chưa đạt được độ chân không đề ra bởi lo ngại ảnh hưởng đến kết cấu thùng máy biến áp. Như vậy phải tìm ra được một phương pháp mới áp dụng cho các máy biến áp lớn và đây chính là công nghệ gia nhiệt tần số thấp (LFH), được áp dụng cho hai máy biến áp tự ngẫu 750 MVA, 500 kV, với kết quả tốt hơn nhiều.

Giới thiệu công nghệ gia nhiệt tần số thấp

– Theo phương pháp LFH, dòng điện được đưa vào các cuộn dây để làm nóng máy biến áp hiệu quả hơn, ở nhiệt độ cao hơn. Dòng điện sử dụng có tần số 1 – 50 mHz, điều này có hai ưu điểm cơ bản.
Thứ nhất, ở tần số thấp, điện áp trở kháng giảm đi rất nhiều, có nghĩa là điện áp đặt vào yêu cầu rất thấp.     Phương pháp LFH áp dụng khi đã rút dầu ra khỏi máy nhưng với điện áp thấp như vậy, không có bất cứ rủi ro nào về phóng điện bề mặt.
Thứ hai, từ thông tản là không đáng kể, do vậy nhiệt độ trên toàn cuộn dây là đồng nhất. Khi vận hành ở điện áp xoay chiều bình thường, từ thông tản dẫn đến phát nóng không đồng đều cuộn dây. Do vậy nhờ áp dụng dòng điện tần số thấp, có thể đạt được nhiệt độ cao hơn trên toàn bộ cuộn dây trong suốt thời gian sấy khô mà vẫn đảm bảo an toàn.
Dòng điện được đặt vào cuộn dây cao áp, nói chung bằng 20 – 50% dòng điện danh định. Dòng điện đặt vào bị giới hạn bởi nhiệt độ của cuộn dây này và các cuộn dây cảm ứng. Có thể thay đổi tần số chút ít để khống chế công suất truyền sang cuộn dây hạ áp, cuộn này được ngắn mạch trong suốt quá trình sấy. Trong quá trình sấy LFH, nhiệt độ cuộn dây cho phép đạt tới 110oC. Nhiệt độ này được theo dõi qua phép đo liên tục điện trở cuộn dây. Nhiệt độ đỉnh cuộn dây là 110oC, nên ảnh hưởng không đáng kể tới sự lão hoá giấy cách điện trong máy biến áp.
Thiết bị LFH có các bộ biến đổi điện để biến dòng điện xoay chiều tần số 50/60 Hz thành dòng điện tần số thấp mong muốn. Hệ thống điều khiển theo dõi nhiệt độ các cuộn dây, điện áp, cường độ và tần số dòng điện đặt, các bộ nhiệt ngẫu (đặt bên trong máy biến áp) và độ chân không. Để đảm bảo an toàn, không được vượt quá nhiệt độ tối đa của cuộn dây và không sử dụng độ chân không thấp khi đặt điện áp LFH.
Trong quá trình gia nhiệt các cuộn dây, người ta phun dầu nóng lên lõi/các cuộn dây để gia nhiệt thêm cách điện ngoài. Các vòi phun tạm thời được lắp bên dưới nắp thùng dầu. Phun dầu nóng cho phép đưa nhiệt độ cách điện ngoài đạt trên 90oC.
Qui trình LFH điển hình bao gồm các bước sau:
• Tuần hoàn dầu nóng và đặt dòng điện LFH lên các cuộn dây để gia nhiệt sơ bộ lõi/cuộn dây.
• Xả dầu và rút chân không để hút hơi ẩm.
• Bỏ chân không; đặt dòng điện LFH và phun dầu nóng, sau đó rút chân không. Lặp lại quá trình này và tăng dần nhiệt độ lên 110oC.
• Rút chân không lần cuối.
• Bỏ chân không để tháo bỏ các vòi phun tạm thời.
• Nạp dầu khô đã khử khí vào thùng máy biến áp bằng phương pháp chân không.
Do đạt được nhiệt độ cao hơn đáng kể so với phương pháp xử lý dầu nóng truyền thống (110oC so với 80oC) nên việc rút ẩm bằng phương pháp LFH hiệu quả hơn, thời gian thực hiện cũng ngắn hơn.

Năm 2007, công ty Hydro One đã tiến hành sấy khô tại hiện trường hai máy biến áp 750 MVA, 500 kV bằng công nghệ LFH. Công trình sấy đầu tiên được thực hiện cho một máy đang sửa chữa tại xưởng của Hydro One. Máy thứ hai được sấy khô tại hiện trường trong một lần cho máy ngừng vận hành. Hai máy này đều là máy biến áp tự ngẫu ba pha 750 MVA, 500/230/28 kV, đã làm việc được 33 năm. Hàm lượng ẩm của mỗi máy ước tính khoảng 1,5% trước khi tiến hành sấy khô.
Do cả hai máy đều là máy tự ngẫu nên thiết bị LFH bơm dòng điện vào các cuộn nối tiếp/song song và dòng điện cảm ứng sang cuộn dây thứ ba. Thiết bị LFH theo dõi nhiệt độ cuộn dây (đo điện trở liên tục) bởi vì các cuộn dây không nóng lên với tốc độ như nhau. Khi cần thiết, người ta giảm tần số để dòng điện không cảm ứng sang cuộn dây thứ ba (bởi vì cuộn dây thứ ba nóng lên nhanh hơn). Các nhiệt ngẫu được bố trí trên lõi từ, các cuộn dây, kết cấu dây nối và thùng sấy để theo dõi chặt chẽ quá trình sấy. Các vòi phun dầu tạm thời được lắp đặt bên dưới nắp thùng thông qua nắp lỗ người chui vào đã được cải tạo.
Đã tiến hành tổng cộng là 11 chu kỳ LFH/chân không cho mỗi lần sấy khô. Ban đầu dầu nóng được bơm tuần hoàn để loại bỏ hơi ẩm bề mặt. Dầu nóng này được gia nhiệt cùng với thiết bị bên ngoài và LFH, các thiết bị này nâng dầu và các cuộn dây lên nhiệt độ khoảng 80oC. Tiếp theo đó là rút chân không. Sau đó thực hiện 11 chu kỳ LFH/phun dầu nóng và sau đó rút chân không. Trong thời gian 11 chu kỳ này, nhiệt độ cuộn dây được nâng dần từ 85oC lên 110oC. Dầu nóng được nâng lên nhiệt độ 95oC khi thực hiện các chu kỳ sấy này.
Các nhiệt ngẫu xác nhận nhiệt độ của cách điện bên ngoài các cuộn dây đạt tới 95oC, nhiệt độ từ trên xuống dưới là đồng nhất. Dòng điện bơm vào các máy biến áp bị giới hạn bởi giá trị dòng điện danh định của cuộn dây thứ ba. Do vậy, dòng điện trong cuộn dây thứ ba được giới hạn ở 70% dòng điện danh định. Tần số dòng điện bơm vào là 0,05 Hz khi tất cả các cuộn dây đều được gia nhiệt và là 0,0015 Hz khi chỉ có các cuộn dây nối tiếp/chung được gia nhiệt. Sấy khô máy thứ nhất tổng cộng mất 12 ngày, còn đối với máy thứ hai là 11 ngày.
Theo tính toán, lượng nước rút ra được trong lần sấy khô máy thứ nhất là 150 lít, và đối với máy thứ hai là 160 lít. Người ta cũng lấy mẫu cách điện từ hai máy sau khi sấy khô, kết quả cho thấy độ ẩm trung bình trong xenlulô là 0,7% đối với máy thứ nhất và 0,3% đối với máy thứ hai. 150 lít và 160 lít nước đã được rút ra trong thời gian sấy máy tương ứng với việc giảm hàm lượng ẩm trong xenlulô xấp xỉ 1%. Mà theo ước tính, độ ẩm trong xenlulô trước khi sấy máy là 1,5%, sau khi sấy giảm được 1%, như vậy độ ẩm trung bình cuối cùng là 0,5%, con số này phù hợp với kết quả phân tích mẫu.

Phân tích tính năng sấy tại hiện trường bằng công nghệ LFH

Hai công trình sấy máy nêu trên cho thấy phương pháp LFH thực hiện tại hiện trường có một số điểm ưu việt so với phương pháp HOV truyền thống. Ưu điểm chính là hiệu quả sấy cao hơn. Như đã nêu trên, độ ẩm trung bình cuối cùng đạt được là dưới 0,7%. Những lần sấy bằng công nghệ HOV đều không đạt kết quả, thậm chí chỉ là dưới 1%. Lượng nước rút ra chưa đến 100 lít.
Thời gian sấy bằng phương pháp LFH là khoảng 2 tuần so với 8 tuần đối với phương pháp HOV. Đây là một lợi thế rất lớn bởi vì các máy biến áp tự ngẫu này rất quan trọng đối với việc vận hành hệ thống điện, và bố trí cho máy ngừng vận hành trong thời gian kéo dài là vấn đề hết sức khó khăn. Hơn nữa sấy bằng phương pháp LFH yêu cầu huy động nguồn lực ít hơn, thời gian ngắn hơn: ít thiết bị bơm dầu hơn và ít nhân lực hơn. Chỉ cần hai người vận hành thiết bị khử khí trong dầu/máy bơm chân không và một người vận hành thiết bị LFH khi đang đặt dòng điện LFH. Công nghệ HOV nói chung yêu cầu nhân lực nhiều hơn do phải vận hành và theo dõi các thiết bị bổ sung và rất nhiều ống dẫn dầu, bơm và van trong quá trình tuần hoàn dầu nóng kéo dài.
Cuối cùng, do yêu cầu về độ chân không theo công nghệ LFH không sâu như đối với phương pháp HOV nên ứng suất tác động lên thùng dầu máy biến áp cũng được giảm nhẹ. Thậm chí ngay cả khi thùng máy biến áp có thể chịu được độ chân không sâu (nhiều máy biến áp cũ chưa hẳn đã có khả năng này) thì cũng phải mất công sức đáng kể để phát hiện và xử lý tất cả những chỗ rò rỉ.

Kết luận

Mặc dầu số lượng phép đo đã được xác nhận còn hạn chế, nhưng Hydro One đã đi đến kết luận rằng phương pháp gia nhiệt tần số thấp (LFH) ưu việt hơn các phương pháp đã sử dụng trước đây. Kết quả độ ẩm dư dưới 1% cho phép Hydro One phục hồi khả năng chịu quá tải của máy biến áp mà không sợ hình thành bọt nước.
Tin tưởng rằng với những lần sấy khô thực hiện trong tương lai, Hydro One sẽ có thêm bằng chứng để củng cố ý kiến kết luận trên. Có thêm dữ liệu kết hợp với theo dõi độ ẩm bên trong máy biến áp đưa vào vận hành trở lại sau khi sấy sẽ tiếp tục khẳng định hiệu quả của phương pháp này.

Theo: KHCN

Advertisements

One response to “Sấy khô máy biến áp tự ngẫu siêu cao áp bằng cảm ứng tần số

  1. Pingback: vinamain

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s