CHƯƠNG 1 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1. Các hư hỏng, các dạng sự cố có thể xảy ra trong máy biến áp Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, là mắt xích liên kết các hệ thống với nhau, kết nối nguồn với các đường dây truyền tải, đường dây phân phối điện năng đến các phụ tải. Sự cố trong trạm biến áp thấp hơn đường dây, tuy nhiên những sự cố ở trạm sẽ gây nên những hậu quả vô cùng nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác. Ngoại trừ các sự cố thường xảy ra trong hệ thống điện: Ngắn mạch , quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra đối với máy biến áp như: Rỉ dầu, bảo hòa mạch từ, việc bảo dưỡng không thích hợp trong vận hành, áp dụng thiếu tiêu chuẩn kỹ thuật trong khi chế tạo, thử nghiệm và nghiệm thu, các vật tư đầu vào không đạt tiêu chuẩn, môi trường làm việc không phù hợp, các điều kiện vận hành không bình thường, v.
Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với máy biến áp cũng như trong hệ thống điện rất đa dạng. Việc phân tích tốt các hư hỏng trong và ngoài máy biến áp nhằm giúp người vận hành kịp thời phát hiện ngăn chặn sớm các sự cố có thể xảy ra đối với máy biến áp để đảm bảo vận hành hệ thống điện an toàn liên tục. Các nguyên nhân có thể dẫn đến hư hỏng máy biến áp - Tuổi thọ của một máy biến áp thông thường phụ thuộc vào tuổi thọ của cách điện. Trong quá trình vận hành bình thường của máy biến áp, quá trình lão hoá cũng nằm ở mức độ thông thường.
Tốc độ lão hoá có quan hệ với nhiệt độ, hàm lượng ẩm và khoảng thời gian của tình trạng mang tải. Ở nhiệt độ lớn hơn 140 0C, các bọt khí được hình thành do sự phân hủy của cách điện. Các bọt khí này là mối nguy hiểm tiềm tàng trong khu vực lân cận vùng có ứng suất điện áp cao. Điều này có thể khởi đầu hư hỏng về điện, dẫn đến việc phóng điện chọc thủng.
- Tuổi thọ mong đợi của máy biến áp sẽ giảm bởi việc bảo vệ không đủ trong khi vận hành ở các điều kiện bất thường như: Quá áp thao tác; quá áp do sét; quá áp truyền - Một số hư hỏng bên trong máy biến áp thường do một trong số các nguyên nhân sau đây: Hư hỏng cách điện cuộn dây do các ứng suất ngắn mạch; hư hỏng cách điện cuộn dây do quá điện áp và các xung quá độ; hư hỏng do mạch từ; hư hỏng của bộ điều áp dưới tải; hư hỏng của các sứ đầu vào và các phụ kiện khác; hư hỏng do cách điện kém và cách bố trí làm mát kém. - Việc sắp xếp các bộ phận định vị trong máy biến áp để chịu được các lực điện THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 5 động khi ngắn mạch đã được phát hiện là nhiều lúc không đảm bảo. Ví dụ như trong một vài trường hợp, khoảng cách giữa các pha và giữa pha với đất của các dây dẫn ngắn làm phóng điện đánh lửa và gây hỏng cách điện, do rung và sự dịch chuyển xô lệch các cuộn dây khi xảy ra ngắn mạch.
Trong một vài trường hợp hư hỏng được tìm thấy do hỏng các thành phần cách điện như là các ống lót cách điện, các thanh đỡ, gỗ đỡ v. Ngoài ra cũng có một số hư hỏng của các mối nối trong quá trình xảy ra ngắn mạch. Một vài trường hợp hư hỏng ở máy biến áp liên quan đến xung sét cho dù đã được bảo vệ bằng các chống sét van. Hư hỏng của các máy biến áp về mặt quá áp do thao tác như: Sự làm việc của các bảo vệ làm cắt máy cắt của máy biến áp và tách máy biến áp khỏi lưới.
Trong một vài trường hợp, các máy biến áp đã hỏng khi chỉ số phân cực (PI) của cách điện cuộn dây bị huỷ hoại giảm xuống giá trị 1,1 hoặc bé hơn mặc dầu hàm lượng ẩm trong dầu cách điện máy biến áp vẫn còn nằm trong giới hạn. Sự giảm cấp của chỉ số phân cực (PI) trên nhiệt độ tới hạn theo phụ tải cần được qui định và kiểm tra. Cũng có vài trường hợp, đã phát hiện ra hư hỏng do điện trở nối đất của trạm biến áp cao hơn qui định, điều này gây ra các điện áp cao tồn tại ở đầu trung tính của cuộn dây khi có ngắn mạch pha đất trên các xuất tuyến, thanh góp, việc này làm hỏng cách điện vòng ở đầu trung tính. Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp Sự cố máy biến áp có thể chia thanh hai loại chính: Sự cố bên ngoài máy biến áp và sự cố bên trong máy biến áp.
Sự cố bên ngoài máy biến áp [2][5] Sự cố bên ngoài máy biến áp gồm các sự cố hay các hiện tượng nguy hiểm xảy ra bên ngoài máy biến áp như quá tải, quá điện áp, tần số thấp, ngắn mạch ngoài. Trong các trường hợp có sự cố bên ngoài phải được cách ly khỏi máy biến áp một cách nhanh nhất. Nếu sự cố đó không được cắt ra trong một khoảng thời gian định trước có thể làm hư hỏng máy biến áp. Đối với sự cố bên ngoài, bảo vệ dòng điện thường được dùng làm bảo vệ dự trữ.
Máy biến áp không cho phép chịu quá tải trong khoảng thời gian dài, trong trường hợp này rơle nhiệt được dùng để phát hiện tình trạng quá tải và đưa ra tín hiệu cảnh báo. Sự cố bên trong máy biến áp [2][5] Sự cố bên trong máy biến áp gồm các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ của máy biến áp (giới hạn bởi bên trong vị trí đặt các máy biến dòng). Sự cố bên trong máy biến áp được chia thành hai nhóm: sự cố gián tiếp và sự cố trực tiếp. Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố chính trực tiếp nếu không phát hiện và xử lý kịp thời (chẳng hạn bên trong MBA có quá nhiệt, quá từ, áp suất dầu thay đổi.
Sự cố trực tiếp là ngắn mạch bên trong các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi đột THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 6 ngột các thông số điện. Bảo vệ sự cố trực tiềp phải tác động tức thời, cách ly máy biến áp bị sự cố ra khỏi hệ thống để giảm hư hỏng máy biến áp, giảm ảnh hưởng đến hệ thống. Sự cố gián tiếp không đòi hỏi tác động nhanh cắt máy biến áp, nhưng phải được phát hiện, báo động để người vận hành có biện pháp xử lý.
Sự cố gián tiếp và trực tiếp được phát hiện bởi các rơle khác nhau. Để phát hiện sự cố gián tiếp thường người ta dùng rơle quá nhiệt, rơle hơi, rơle áp suất dầu. Sự cố trực tiếp được phát hiện bằng các rơle so lệch, rơle dòng điện. Sau đây là một số sự cố điển hình: a.
Chạm đất một pha cuộn dây đấu sao máy biến áp [5] Nếu cuộn đấu sao máy biến áp có trung tính nối đất qua tổng trở, dòng điện chạm đất một pha phía nối sao phụ thuộc vào tổng trở nối đất và tỷ lệ với khoảng cách từ điểm chạm đất đến điểm trung tính. Tỷ số biến thế giữa các cuộn dây sơ cấp và các vòng ngắn mạch cũng thay đổi theo vị trí điểm chạm vì thế dòng điện chạy trong phía sơ cấp máy biến áp sẽ tỷ lệ với bình phương tỷ số của cuộn dây mà bị ngắn mạch.1 cho thấy quan hệ giữa dòng điện (IN) chạm đất và dòng sơ cấp máy biến áp (IS) theo vị trí điểm chạm đất. Chạm đất một pha trong cuộn dây đấu sao Trung tính cuộn đấu sao máy biến áp nối đất trực tiếp, dòng điện chạm đất một pha trong trường hợp này phụ thuộc vào trở kháng máy biến áp và thay đổi khá phức tạp theo vị trí điểm chạm đất. Quan hệ dòng điện chạm đất (IN) và dòng sơ cấp máy biến Hình 1.
Dòng điện chạm đất một pha của máy biến áp (IS) theo vị trí điểm chạm áp nối đất qua tổng trở đất như hình 1. THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 7 b. Sự cố bên trong cuộn tam giác máy biến áp [5] Tính toán dòng điện chạm đất theo vị trí trong cuộn tam giác máy biến áp rất phức tạp.
Biên độ dòng điện chạm đất nhỏ hơn nhiều so với trường hợp chạm đất cuộn sao và phụ thuộc vào cách đấu trung tính. Dòng điện chạm nhỏ Hình 1. Dòng điện chạm đất một pha của máy biến áp nhất khi điểm ngắn mạch nối đất trực tiếp. xảy tại trung điểm của một cuộn dây tam giác, trong trường hợp này dòng điện chạm nhỏ hơn dòng định mức.
Ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp ba pha Dạng ngắn mạch này hiếm xảy ra trong máy biến áp, nhưng nếu có xảy ra thì dòng điện ngắn mạch vô cùng lớn so với dòng điện chạm đất một pha. Chạm giữa các vòng dây bên trong máy biến áp [5] Khoảng 70% đến 80% hư hỏng máy biến áp là do chạm giữa các vòng dây bên trong máy biến áp, nếu không được phát hiện kịp thời quá trình tiếp diễn lâu sẽ gây ra sự cố nghiệm trọng trong máy biến áp. Dòng điện trong các vòng dây bị chạm nối tắt rất lớn nhưng dòng điện ở đầu cực máy Hình 1. Ngắn mạch nhiều pha trong biến áp thì rất nhỏ bởi vì tỷ số máy biến áp cuộn dây máy biến áp.
rất lớn so với ít vòng dây ngắn mạch. Một số vòng dây máy biến áp Hình 1. Dòng điện chạm khi có một số bị nối tắt. vòng dây máy biến áp bị nối tắt.
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 8 Ngoài ra, có thể xảy ra các sự cố như sự cố lỏi thép, hư thùng dầu, hư sứ xuyên máy biến áp, làm sôi dầu, tạo bột khí trong dầu, tăng áp lực dầu trong máy. cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá huỷ, dòng điện xoáy quá lớn đốt cháy lõi thép, vỏ máy biến áp hỏng dẫn đến mức dầu trong máy biến áp tụt quá mức cho phép gây nên phát nóng cục bộ. Các loại bảo vệ cho máy biến áp 1.