Đăng ký thành viên

Đo áp suất khí tổng giúp phát hiện máy biến áp bị lọt khí

Máy biến áp điện lực là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống điện (Ảnh st)

Ngành điện đang thay đổi về mọi mặt, từ phát điện đến truyền tải và phân phối. Với các nguồn năng lượng phân tán (DER) tham gia ngày càng nhiều vào các thị trường bán buôn công suất, năng lượng và dịch vụ phụ trợ, các quy định mới đang giúp thúc đẩy sự phát triển của những công nghệ tiên tiến có khả năng cải thiện lưới điện của chúng ta.

Trong khi một số công nghệ mới đã được đưa vào hoạt động và đang tạo ra sự khác biệt khi nền kinh tế tiếp tục hướng tới điện khí hóa, thì cơ sở hạ tầng lão hóa vẫn được sử dụng để phát, truyền tải và phân phối điện, cung cấp năng lượng cho cuộc sống hiện đại của chúng ta. Thật không may là thiết bị cũ có tỷ lệ hỏng hóc cao hơn, điều này có thể dẫn đến gián đoạn cấp điện cho khách hàng cũng như chi phí thanh tra, bảo trì, sửa chữa và khôi phục cao hơn. Động lực hấp dẫn này mang lại vô số cơ hội thú vị khác nhau để cách mạng hóa cách hoạt động của ngành điện - và nêu bật tầm quan trọng của việc theo dõi máy biến áp điện lực.

Máy biến áp điện lực là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống điện vì chúng dùng để truyền điện năng giữa máy phát điện và các mạch phân phối sơ cấp. Máy biến áp thường được sử dụng trong mạng lưới phân phối cho phép kết nối liên thông các cấp điện áp khác nhau để truyền tải năng lượng qua các khoảng cách lớn. Vòng đời của các thiết bị này là khoảng 40 năm, nhưng vì máy biến áp thuộc số những thành phần đắt tiền nhất trong mạng lưới điện nên việc theo dõi là rất quan trọng để phát hiện bất kỳ rắc rối nào càng sớm càng tốt, nhờ đó tránh được những sự cố đột ngột và mất điện.

Bằng cách phát hiện các rắc rối ở giai đoạn sớm, các công ty điện lực có thể lên lịch cắt điện theo kế hoạch để sửa chữa hoặc bảo trì cần thiết nhằm tránh sự cố tốn kém. Với số lượng các máy biến áp kín khí ngày càng tăng, lọt không khí từ môi trường xung quanh đã trở thành một vấn đề quan trọng vì oxy và hơi ẩm đẩy nhanh quá trình lão hóa và xuống cấp của giấy được sử dụng làm vật liệu cách điện. Tuổi thọ còn lại của máy biến áp điện lực phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng của giấy cách điện bên trong các cuộn dây của máy, vì vậy, giữ cho máy biến áp khô và không có ôxy là rất quan trọng.

Các hạn chế của các phương pháp theo dõi truyền thống

Các máy biến áp điện lực mới có xu hướng được thiết kế kín khí (Hình 1) và nhiều máy biến áp cũ đã được cải tạo bằng cách lắp thêm hệ thống kín khí để không cho oxy và hơi ẩm lọt vào. Không khí lọt vào thường do các vòng chắn dầu hoặc túi cao su bị nứt nẻ, và vấn đề không khí lọt vào như một nguồn oxy đã trở thành vấn đề nghiêm trọng trong những năm gần đây. Tuy nhiên, việc sử dụng ngày càng nhiều các thiết kế máy biến áp kín khí khác nhau đã thách thức các nhà quản lý tài sản trong việc xác nhận rằng thùng dầu máy biến áp vẫn kín khí, không để oxy và hơi ẩm xâm nhập vào.

Hình 1. Máy theo dõi phân tích khí hòa tan nhiều loại khí (DGA) không cần bảo trì OPT100 Optimus của Công ty  Vaisala (Phần Lan), bảo vệ máy biến áp điện lực 24/7. OPT100 mang lại sự ổn định, độ tin cậy và tính năng đo lường dài hạn để phát hiện bất kỳ sự hình thành các khí chạm chập nào (Ảnh st)

Đo hàm lượng oxy trong dầu là một cách để xác nhận sự xâm nhập của không khí, nhưng đo oxy trực tiếp chưa hẳn đã chỉ ra được có không khí lọt vào hay không vì các cảm biến oxy không thể phát hiện không khí lọt vào nếu như có các phản ứng tiêu thụ oxy bên trong máy biến áp. Ngoài ra, chỉ riêng việc theo dõi oxy đã cần phải có một chuyên gia phân tích khí hòa tan (DGA) có kinh nghiệm để xem xét và giải thích các kết quả đo được vì chưa có tiêu chuẩn nào được quốc tế thừa nhận để hiểu hàm lượng oxy trong dầu máy biến áp ảnh hưởng như thế nào đến tuổi thọ vận hành của máy biến áp điện lực.

Trong bẩy loại khí chạm chập chính được sử dụng để chẩn đoán máy biến áp, oxy và nitơ thường nằm trong các quy định kỹ thuật vì oxy làm tăng tốc độ lão hóa cách điện rắn của máy biến áp. Để tối đa hóa tuổi thọ của máy biến áp, oxy của máy biến áp phải duy trì ở mức thấp nhất có thể.

Theo truyền thống, việc lọt không khí vào đã được phát hiện bằng cách đo oxy và nitơ từ các mẫu dầu DGA tiêu chuẩn, nhưng rủi ro không khí môi trường xung quanh nhiễm bẩn mẫu lại đặt ra một vấn đề đáng kể. Lấy mẫu tại vị trí đặt máy biến áp, sau đó mang về và sang mẫu qua các vật đựng có thể đưa oxy vào các mẫu đó, điều này có thể dẫn đến những diễn giải dữ liệu không chính xác. Mặc dù sự nhiễm bẩn này có thể xác định được bằng cách quan sát những dao động về mức nitơ trong kết quả DGA trong thời gian dài, nhưng chỉ riêng phép đo oxy cũng sẽ cung cấp những kết quả không nhất quán.

Hình 2. Thiết bị Vaisala Optimus DGA Monitor không chứa vật tư tiêu hao cần cho việc dịch vụ hoặc thay thế. Rút khí trong chân không có nghĩa là không có sự dao động dữ liệu do nhiệt độ hoặc áp suất dầu, trong khi quang học kín khí và được bảo vệ ngăn ngừa nhiễm bẩn cảm biến. Hơi ẩm được đo trực tiếp trong dầu bằng cảm biến HUMICAP polymer màng mỏng kiểu điện dung. (Ảnh st)

Một số thiết bị theo dõi DGA (Hình 2) có tích hợp phép đo oxy và các mức nitơ được tính toán dựa trên các giá trị oxy này. Tuy nhiên, các tính toán đó giả định rằng dầu đã bão hòa không khí môi trường xung quanh với tỷ lệ oxy-nitơ không đổi, không tính đến thực tế là các giá trị nitơ được tính toán như vậy chỉ có giá trị đối với các máy biến áp thông khí - không áp dụng cho các máy biến áp kiểu kín khí. Khi so sánh với các kết quả tham khảo trong phòng thí nghiệm, các thiết bị theo dõi DGA đó cho thấy độ chệch đáng kể khi được sử dụng cho các máy biến áp kiểu kín khí và sự dao động dữ liệu lớn điển hình này khiến cho việc xác định khả năng không khí xâm nhập vào thùng máy biến áp trở nên khó khăn.

Nhưng cuối cùng, những người ra quyết định không cần biết hàm lượng chính xác của các khí oxy hoặc nitơ. Thay vào đó, họ cần biết liệu máy biến áp kín khí của họ có bị không khí lọt vào hay không. Thừa nhận những thiếu sót đáng kể của các kỹ thuật theo dõi truyền thống, công ty Vaisala đã phát triển một phương pháp mới để phát hiện không khí lọt vào bằng cách đo áp suất khí tổng.

Đo áp suất khí tổng: Một bước tiến về phía trước

Phương pháp áp suất khí tổng (TGP) phát hiện áp suất tổng của tất cả các khí hòa tan trong dầu và là một cách dễ dàng hơn để phát hiện sự xâm nhập của không khí. Là một tham số rất đơn giản và trực quan, TGP là tổng của các áp suất riêng phần của tất cả các khí hòa tan trong dầu.

Khi đã rút các khí ra, có thể dễ dàng đo áp suất của các khí đó trong một môi trường được kiểm soát. Hydro, methane, acetylene, ethylene, ethane, cacbon monoxide và cacbon dioxide là các khí chạm chập chính, luôn đại diện cho một phần áp suất không đáng kể, nếu một máy biến áp kín khí, bất kỳ sự tăng giá trị TGP nào đều cho thấy có không khí lọt vào - không cần có ý kiến ​​chuyên gia và diễn giải nào.

Đặc biệt với những máy biến áp mới, áp suất khí phải rất thấp vì thùng dầu và dầu đã được khử khí trong quá trình đưa vào vận hành. Nếu đó là một máy biến áp kín, thì áp suất sẽ vẫn ở mức thấp, nhưng nếu áp suất bắt đầu tăng lên rõ rệt, điều đó thường cho thấy có điều gì đó không ổn.

Như đã lưu ý trước đó, cảm biến oxy không thể phát hiện không khí lọt vào nếu có phản ứng tiêu thụ oxy trong máy biến áp. Ngay cả khi toàn bộ oxy đã được tiêu thụ, giá trị TGP vẫn sẽ cho một dấu hiệu đáng tin cậy về sự lọt khí bởi vì giá trị nitơ đều chiếm ưu thế và tăng theo thời gian, vì nitơ không được hình thành hoặc tiêu thụ trong máy biến áp.

Phương pháp TGP sẽ giúp các công ty điện sớm phát hiện và sửa chữa mọi hiện tượng lọt không khí, tối ưu hóa hiệu suất và tối đa hóa tuổi thọ của máy biến áp điện lực (Ảnh st)

Bằng cách đo áp suất của tất cả các khí đã được rút ra và nhìn vào các dữ liệu, các công ty điện lực thấy được dấu hiệu rõ ràng về không khí đi vào nếu áp suất tăng sau khi loại bỏ khí. Một máy biến áp kín khí tốt sẽ duy trì mức áp suất khí thấp trong nhiều thập kỷ, thậm chí trong toàn bộ tuổi thọ của máy biến áp. Giá trị áp suất sẽ thấp hơn nhiều so với áp suất khí quyển, vì vậy nếu giá trị TGP đó bắt đầu nhích lên, điều đó cho thấy rõ ràng rằng không khí đang lọt vào bằng cách nào đó. Và khi không khí lọt vào, điều đó cho thấy có vấn đề với vòng kín dầu của máy biến áp, về vật liệu hoặc thậm chí về tay nghề nếu sự gia tăng xuất hiện sau các hoạt động bảo trì.

Nếu dữ liệu cho thấy gần đây không khí lọt vào thông qua sự gia tăng TGP thì các kỹ thuật viên có thể quyết định xem họ có cần kiểm tra điều gì trong thời gian bảo dưỡng tiếp theo để đảm bảo không xảy ra thêm sự xuống cấp của giấy cách điện do oxy hay không. Điều đó có thể liên quan đến việc xem xét bao kín hoặc các vòng chắn dầu, kiểm tra màng bị hỏng hoặc một số hoạt động bảo trì khác.

Khi ngành điện tiếp tục chuyển đổi, việc phát hiện các sự cố máy biến áp khi chúng phát sinh sẽ vẫn rất quan trọng. Bằng cách cung cấp dấu hiệu trực tiếp rằng máy biến áp là một máy biến áp kiểu kín bị lọt khí nghiêm trọng, phương pháp TGP sẽ giúp các công ty điện sớm phát hiện và sửa chữa mọi hiện tượng lọt không khí, tối ưu hóa hiệu suất và tối đa hóa tuổi thọ của máy biến áp điện lực.

Biên dịch: Hồ Văn Minh

Theo “Power mag”, tháng 2/2022