TÓM TẮT

Nước bên trong hệ thống cách điện là một trong những nguyên nhân chính đe dọa cho sự vận hành an toàn của MBA lực, sự xuất hiện của nước làm gia tăng quá trình lão hóa của hệ thống cách điện, giảm độ bền điện môi của chất lỏng cách điện và làm tăng hoạt động của hiện tượng phóng điện cục bộ (PD) bên trong MBA lực. Trong những năm gần đây, rất nhiều công trình nghiên cứu đã đưa ra các mô hình khác nhau cho việc đánh giá quá trình nhiệt động của nước bên trong hệ thống cách điện của máy biến áp lực. Việc áp dụng các mô hình này đòi hỏi phải có hiểu biết về quá trình phát sinh và khuếch tán của nước bên trong hệ thống cách điện cũng như hiểu biết về cấu trúc của hệ thống cách điện và các yếu tố ảnh hưởng trong đó đã chỉ ra nước phát sinh trong MBA lực trong quá trình vận hành chủ yếu là được sinh ra từ hệ thống cách điện rắn. Đã có rất nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá về tình trạng nhiễm ẩm của hệ thống cách điện MBA và đánh giá hàm lượng ẩm trong cách điện rắn. Trong khuôn khổ bài viết này dựa trên những hiểu biết và phân tích về các công nghệ đánh giá hàm lượng ẩm trong cách điện rắn để làm rõ hơn về khả năng áp dụng của các phương pháp thí nghiệm này phục vụ việc chuẩn đoán chuyên sâu tình trạng MBA lực trong vận hành.  

ABSTRACT

Water in transformer insulation system is one of majors probem effect to normal operation of a transformer, it accelerates the ageing process, reduces the dielectric margin and increases the partial discharge activities inside power transformer. In the last years, many works have been published dealing with the importance of modeling the behavior of moisture inside the transformer. The use of these kinds of models requires to know the moisture generation, diffusion coefficients of the analyzed of the structure of insulation materials in which most of the water in the insulation system of a transformer is generated in the slolid insulation system. From these analyze, many testing technique developed to estimate and analysis about moisture conditions of the insulation system. In this paper, based on the understanding and analysis of technologies for assessing moisture content in solid insulation to better clarify the applicability of these test methods for in-depth diagnostics. status of power transformer in operation.

Từ khóa

            Hàm lượng ẩm trong cách điện rắn

            Phương pháp phổ miền tần số (FDS - frequency domain spectroscopy)

            Phương pháp dòng hấp thụ và phản hấp thụ (PDC - polarization and depolarization current).

Keywords

            Moisture content in solid insulation

            (FDS - frequency domain spectroscopy)

            (PDC - polarization and depolarization current).

GIỚI THIỆU

Trong thời gian sử dụng của thiết bị điện áp cao như máy biến áp lực, máy điện quay và dây cáp, hệ thống cách điện của nó phải chịu nhiều ứng suất bao gồm nhiệt độ cao, rung động, điện trường và tiếp xúc với độ ẩm, ôxy, axit và các chất ô nhiễm hóa học khác. Kết quả là, sự mất dần các đặc tính cơ học và điện môi, cuối cùng sẽ làm giảm độ tin cậy của thiết bị. Sự phân hủy chủ yếu là quá trình phân hủy hóa học, được tăng tốc đáng kể bởi nhiệt và sự hiện diện của ôxy và độ ẩm. Độ ẩm đặc biệt bất lợi cho giấy và là một chỉ báo lão hóa tốt.

Hệ thống cách điện của thiết bị cao áp có thể được mô tả bằng mô hình điện môi bao gồm các điện trở và điện dung mắc nối tiếp và song song, biểu thị sự phân cực và tổn thất dẫn điện trong cách điện. Đáp ứng điện môi là một đặc tính riêng của hệ thống cách điện cụ thể. Độ ẩm tăng lên của lớp cách điện dẫn đến mô hình điện môi thay đổi và do đó, đáp ứng điện môi thay đổi. Bằng cách đo đáp ứng điện môi của thiết bị trong dải tần số rộng, có thể đánh giá độ ẩm và chẩn đoán tình trạng cách điện của nó.

Đối với phân tích đáp ứng điện môi có thể áp dụng phương pháp đo quang phổ miền tần số (FDS - frequency domain spectroscopy) và đo dòng phân cực và khử phân cực (PDC - polarization and depolarization current).

Dữ liệu đủ tin cậy về độ ẩm của cách điện giấy-dầu có thể thu được bằng cách phân tích đáp ứng điện môi của cách điện cuộn dây máy biến áp để thăm dò xung điện áp trong dải tần số rộng. Các phương pháp này chỉ có thể thực hiện khi thiết bị đã ngừng hoạt động. Mặc dù thực tế là độ ẩm của cách điện giấy-dầu thường tăng khá chậm, độ ẩm có thể vượt quá mức tới hạn trong thời gian giữa các lần sửa chữa. Do đó, kiểm soát liên tục độ ẩm của cách điện rắn là một phương pháp khá hiệu quả để phát hiện sớm các khuyết tật đang phát triển.

1. Vật liệu cách điện rắn

Các vật liệu cách điện rắn được sử dụng rộng rãi trong máy biến áp là giấy, tấm ép và vách ngăn, được hình thành từ Xenlulo được tìm thấy trong gỗ. Cách điện bằng Xenlulo với dầu khoáng đã đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống cách điện chính cho máy biến áp trong một thời gian rất dài. Giấy Xenlulo, băng và vải cũng đã được sử dụng rộng rãi. Ngoài ra, vật liệu cách điện rắn như vậy rất dễ dàng tạo khuôn và quấn quanh cuộn dây, có thể tạo các kích thước khác nhau theo yêu cầu.

Mối quan tâm chính của việc sử dụng giấy khô làm vật liệu cách điện là nó rất hút ẩm (tức là nó dễ dàng hấp thụ độ ẩm). Để khắc phục nhược điểm này, giấy phải được sấy khô và xử lý (ngâm tẩm) trong một số chất lỏng (dầu, vecni, nhựa) để giảm độ ẩm xâm nhập và duy trì độ bền điện môi của nó. Ngày nay, các vật liệu cách điện tổng hợp khác được sử dụng để bảo vệ các khu vực có nhiệt độ hoạt động cao (cách điện tổng hợp) hoặc cho toàn bộ máy biến áp được thiết kế đặc biệt để hoạt động ở nhiệt độ cao (polyme nhân tạo - ví dụ như giấy Aramid).

1.1. Cấu trúc của Xenlulo:

            Xenlulo tự nhiên được sản xuất từ gỗ. Giấy và tấm ép (pressboard) cách điện được sản xuất bằng công nghệ “Kraft“ giấy. Thành phần điển hình của giấy “Kraft“ không tẩy trắng như sau:

- Xenlulo:             75 ÷ 85%

- HemiXenlulo:     10 ÷ 20%

- Lignin:               2 ÷ 6%

- Tạp chất vô cơ:  < 0,5%

            Xenlulo là chuỗi thẳng của phân tử anhydro-Glucose nối với nhau thông qua kiên kết glucose.

Hình 1-1: Cấu trúc phân tử Glucose

Hình 1-2: Cấu trúc của Xenlulo (chuỗi glucose - polyme)

1.3. Sự hấp thụ độ ẩm của giấy cách điện và tấm ép

Mặc dù giấy được xử lý hoặc tẩm, nó vẫn có thể hấp thụ độ ẩm nếu không khí hoặc dầu xung quanh có chứa độ ẩm. Trong các máy biến áp chứa dầu, giấy khô sẽ từ từ hấp thụ độ ẩm từ dầu. Độ ẩm sẽ phân phối giữa giấy và dầu theo tỷ lệ xác định ở trạng thái cân bằng cuối cùng, trong đó độ ẩm của giấy nhiều hơn so với dầu. Sự xâm nhập của độ ẩm trong cách điện làm tăng tổn thất điện môi và giảm độ bền điện môi hiệu dụng của giấy và tấm ép.

2. Cân bằng độ ẩm và sự di chuyển độ ẩm bên trong hệ thống cách điện máy biến áp. (CIGRE 349), [16]

2.1 Các nguồn chính gây ô nhiễm nước

Để quản lý tốt tuổi thọ của máy biến áp, độ ẩm của lớp cách điện nên được giữ lại ở nồng độ thấp. Máy biến áp được làm khô trong quá trình sản xuất cho đến khi các phép đo hoặc thực hành tiêu chuẩn sẽ mang lại hàm lượng ẩm trong lớp cách điện Xenlulo nhỏ hơn 0,5 đến 1,0% tùy thuộc vào yêu cầu của người mua và nhà sản xuất. Sau khi làm khô ban đầu, độ ẩm của hệ thống cách điện sẽ liên tục tăng lên. Có ba nguồn nước còn lại trong cách điện máy biến áp:

- Độ ẩm còn sót lại trong “các thành phần kết cấu dày” không được loại bỏ trong quá trình làm khô tại nhà máy hoặc làm ẩm bề mặt cách điện trong quá trình lắp ráp, thường được giảm bớt bằng cách hút chân không của bể chứa.

- Xâm nhập từ khí quyển (hít thở trong chu kỳ tải, quá trình lắp đặt tại hiện trường)

- Lão hóa (phân hủy) Xenlulo và dầu.

(Còn tiếp)