Tổng Hợp Kiến Thức Về Máy Biến Áp Lực Trong Hệ Thống Điện.pdf

1

CHƯƠNG: MÁY BIẾN ÁP LỰC

I. CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT

1. Nguyên lý làm việc máy biến áp (MBA):

Giải thích đầy đủ theo sách vở thì Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt

động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, với mục đích là biến đổi một hệ thống dòng

điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp

khác, với tần số không thay đổi.

Hoặc có thể giải thích ngắn gọn hơn như sau : Máy biến áp là thiết bị điện

dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều

giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định.

Cấu tạo chung của Máy biến áp:

Tỷ số biến của máy biến áp:

U1/U2 = W1/W2 = I2/I1

 Các thông số chính của máy biến áp:

• Tỷ số biến

• Tổ đấu dây

• Tổn thất công suất không tải

• Tổn thất công suất có tải

• Điện áp ngắn mạch phần trăm

Với xu thế hiện nay, người ta chế tạo các máy biến áp có cấp điện áp cao

và thay đổi các cấu trúc để tăng công suất đơn vị. Ngày nay, người ta chế tạo được

các MBA với các cỡ lớn như sau:

MBA 3 pha: Điện áp từ 220 ÷ 330 kV, công suất đến 630MVA.

Điện áp 500 kV: Công suất đến 1200 MVA.

2

Máy biến áp tự ngẫu: Điện áp 500/110 kV, công suất đến 1500MVA.

Máy biến áp một pha: điện áp 500kV, công suất đến 1600MVA

Trong thực tế, người ta cố gắng chọn máy biến áp 3 pha vì tổn thất công suất

trên MBA 3 pha bé hơn MBA 1 pha có cùng công suất ( Từ 12 ÷15 %), kích thước,

trọng lượng, giá thành cũng rẻ hơn rất nhiều.

2. Phân loại máy biến áp:

• Theo số pha: có MBA 1 pha, MBA 3 pha

• Theo số cuộn dây: Máy biến áp 3 cuộn dây, máy biến áp 2 cuộn dây, máy

biến áp tự ngẫu.

 Máy biến áp tự ngẫu

Cũng giống như máy biến áp thường, MBA tự ngẫu dùng để biến đổi điện

năng xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác sao cho phù hợp với nhu cầu

truyền tải và tiêu thụ điện. Nguyên lý làm việc của MBA tự ngẫu cũng dựa trên

nguyên tắc cảm ứng điện từ nhưng khác với MBA thường ở chỗ là ngoài quan hệ

về từ, MBA tự ngẫu còn có quan hệ về điện do 2 cuộn dây cao áp và trung áp có

nối chung với nhau.

Sơ đồ nguyên lý của MBA tự ngẫu 1 pha

• Theo kiểu làm mát: có MBA khô, MBA dầu.

3. Cấu tạo máy biến áp:

 Lõi thép : Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng (tole silic)

 Dây quấn: Được làm bằng đồng hay nhôm, được cách điện bằng giấy hoặc

vật liệu cách điện tổng hợp.

4. Liệt kê các thiết bị giám sát và thiết bị bảo vệ trên máy biến áp

Các thiết bị sau đây được gắn trên MBA để giám sát và bảo vệ MBA:

1. Đồng hồ nhiệt độ dầu có tiếp điểm điều chỉnh cho tín hiệu báo động hay cắt

và đồng hồ hiển thị nhiệt độ Max. Có thể gắn tiếp điểm để điều khiển quạt

3

làm mát. Nhiệt độ của dầu được kiểm tra thường xuyên. Biên bản kiểm tra

MBA thể hiện chi tiết mức cài đặt nhiệt độ ở đồng hồ nhiệt độ.

2. Đồng hồ nhiệt độ cuộn dây cho biết điểm nóng nhất của cuộn dây, nhiệt độ

của cuộn dây được theo dõi thường xuyên, đặt biệt khi MBA bị quá tải.

Đồng hồ nhiệt độ cuộn dây có gắn tiếp điểm báo động và tiếp điểm cắt, hơn

nữa để điều khiển hệ thống làm mát. Bảng kiểm tra trình bày chi tiết điểm

đặt nhiệt độ trên đồng hồ.

3. Relay gas có tiếp điểm báo động và cắt cho thấy có sự cố bên trong MBA

và cách ly sự cố khỏi lưới, sự hoạt động của Relay được kiểm tra khi thí

nghiệm MBA, sau khi kiểm tra định kỳ hay kiểm tra hàng năm.

4. Đồng hồ mức dầu gắn đầu cuối bình dầu phụ có tiếp điểm báo động mức

dầu giới hạn cao nhất và mức dầu thấp nhất. Đồng hồ được đánh dấu với

vài mức dầu tương ứng nhiệt độ dầu trung bình, bằng cách giám sát mức

dầu có thể đoán mức dầu ứng với nhiệt độ trung bình lúc đó. Nếu cần, có

thể trộn hay bổ sung dầu.

5. Màu sắc Silicagel trong bộ thở ngăn không khí vào MBA được kiểm tra

thường xuyên. Khi silicagel khô nó có màu xanh, khi nó màu hồng thì nó

bị nhiễm ẩm. Khi silicagel bị nhiễm ẫm đến 4/5 bình thì sấy khô lại hay

thay mới.

6. Van quá áp suất có thể được sử dụng để giới hạn sự gia tăng áp suất bên

trong Tank do sự cố trong MBA, có gắn một tiếp điểm trip.

5. Công dụng cuộn dây cân bằng (Tertiary) trong MBA

Trong các máy biến áp có công suất lớn, ngoài cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

được đưa ra bên ngoài sử dụng còn có một cuộn thứ 3 được gọ̣

i là cuộn dây cân

bằng tertiary. Vì thế MBA này cũng được gọi là MBA 3 cuộn dây.

4

Lợi ích của cuộn dây cân bằng trong MBA:

1. Giảm dòng không cân bằng trong cuộn dây sơ cấp do tải 3 pha không cân

bằng.

2. Cung cấp cho phụ tải tự dùng của trạm biến áp, nối tụ bù vào cuộn dây cân

bằng của MBA.

Mục đích Cuộn dây cân bằng trong MBA:

1. Cuộn tam giác lọc dòng thứ tự không I0, dòng điện này chạy quẩn trong

cuộn tam giác do tải không cân bằng, vì thế hạn chế từ thông thứ tự không

chạy trong lõi thép. Hạn chế từ thông móc vòng qua vỏ máy, bulông ghép

nối, gây nóng và rung động mạnh (ồn).

2. Cuộn dây cân bằng trong MBA nối sao/sao/trung tính đ́ể giảm tổng trở thứ

tự không của MBA.

3. Cuộn tam giác lọc hài bậc 3, vì hài bậc 3 gây tổn thất trong MBA nhiều

hơn, gây nhiễu hệ thống thông tin liên lạc, làm bảo vệ so lệch máy biến áp

tác động khi đóng điện không tải MBA .

Nối đất 1 đầu cuộn dây cân bằng:

1. Khi nối đất 1 điểm cuộn tam giác không có dòng điện chạy qua, nhưng khi

có chạm đất ở điểm thứ 2 (cách điện bị hư) sẽ có dòng chạy vào đất và bảo

vệ sẽ cắt MBA. Có thể bảo vệ cuộn dây tam giác bằng cách dùng 3 PT một

pha và cuộn dây thứ cấp được nối tam giác hở để phát hiện chạm đất 3Uo,

trong trường hợp này không cần nối đất cuộn dây tam giác.

2. Nối đất cuộn tam giác để ngăn ngừa tĩnh điện (to preclude electrostatic)

giữa cuộn tam giác và 2 cuộn dây còn lại.

5

6. Lõi thép và gông từ trong MBA hiệu ABB 220 KV

Lõi thép MBA không bao giờ có sự cố, các lõi thép được cách ly với kẹp lõi

thép và đất với một dây nối đất riêng biệt, bộ phận kẹp hình thành vòng galvanic,

do sự phát tán của từ trường cảm ứng, dòng điện chạy trong vòng. Ở MBA nhỏ,

dòng nhỏ, tổn thất và nhiệt có thể bỏ qua. Tuy nhiên dòng nhỏ có thể gây ra hiệu

ứng nhiệt nếu chạy qua điểm tiếp xúc yếu. Vì vậy, phần tiếp xúc với các phần

khác phải được dẫn điện.

Trong MBA có công suất lớn, cái vòng được gián đoạn với vật liệu cách điện

để cắt đứt dòng điện, dòng điện không chạy qua cấu trúc. Nếu do một số nguyên

nhân cách điện hỏng dẫn đến bề mặt tiếp xúc nhỏ được hình thành và điểm sinh

nhiệt, khí sẽ được sinh ra.

Vì các kiểu sự cố không giống nhau, khả năng kiểm tra định kỳ cách điện

trong máy biến thế là không thực hiện được. Nếu cần dây nối đất lõi được đưa ra

ngoài theo đường sứ để kiểm tra đo thí nghiệm mà không phải mở MBA. Một số

loại khác có nắp kiểm tra trên nắp MBA tại điểm mà lõi thép được nối đất trên

nắp Tank. Loại này phải hạ mức dầu để mở nắp mới đo được.

Ở máy biến áp rất lớn, các lá thép được bó và từ tính rò được dùng để điều

khiển và phân tán từ trường để chúng không gây ra tổn thất và nhiệt trong cuộn

dây, lõi thép, kẹp lõi và tank, bó lõi thép được cách điện với nhau và cách điện

với phần kim loại và được nối đất chỉ một điểm để ngăn ngừa dòng điện chạy quẩn

và phóng điện.

Sự cố cách điện của tấm chắn từ thông rò hay sự lỏng lẻo của dây nối đất có

thể gây ra phóng điện và gây quá nhiệt.

6

Nối đất của lõi thép và gông từ MBA hiệu ABB 220 KV

 Điểm số 1 : điểm nối gông từ

 Điểm số 2 : điểm nối lõi thép

 Điểm số 1 nối đến điểm số 2 và vỏ máy được nối chung với nhau và nối

đất

Thí nghiệm điện trở cách điện:

 Lõi thép và vỏ

 Gông từ và vỏ

 Lõi thép và gông từ

Giá trị theo quy định của nhà chế tạo.

Đối với MBA mới kết quả đo phải lớn hơn 1000 MΩ. MBA đã vận hành nhiều

năm thì hơn 100 MΩ.

7. Các chế độ làm mát MBA

MBA thường có: Cuộn dây và lõi thép được ngâm trong dầu, quạt làm mát

gắn trên cánh tản nhiệt.

Có 3 cấp làm mát: ONAN, ONAF, OFAF:

 Cấp ONAN (Oil Natural, Air Natural) là dầu làm mát bằng đối lưu tự

nhiên, không khí làm mát tự nhiên bằng đối lưu hoặc gió thổi.

 Cấp ONAF (Oil Natural, Air Force ): dầu làm mát tự nhiên, làm mát bằng

không khí cưỡng bức quạt làm mát.

7

 Cấp OFAF (Oil Force, Air Force): làm mát bằng dầu cưỡng bức bằng bơm

dầu, không khí cưỡng bức quạt quay.

MBA có 3 cấp công suất đinh mức ứng với 3 cấp độ làm mát. Quạt và bơm

dầu có thể tự khởi động ở nhiêt độ đặt trước của relay nhiệt độ dầu trên cùng và

relay nhiệt độ cuộn dây .

Trên Nameplate thể hiện 3 công suất định mức ví dụ:

Hình Dòng dầu đối lưu làm mát.

8. Cấp vật liệu cách điện thể rắn thường sử dụng trong MBA ứng nhiệt độ

cho phép độ tăng nhiệt độ cho phép của MBA ứng vật liệu cách điện

8

* Cấp vật liệu cách điện thể rắn thường sử dụng trong MBA ứng nhiệt

độ cho phép, ký hiệu : (Nhiệt độ phát nóng cho phép ứng nhiệt độ cực đại của

dầu (không khí hoặc nước), phát nóng của dây quấn, của mạch từ ).

Cấp Y A E B F H C

Nhiệt độ giới hạn (oC ) 90 105 120 130 155 180 > 180

Các MBA khô thường sử dụng cách điện cấp B và H : sợi thủy tinh, amiăng,

mica hoặc epoxy.

Các MBA dầu thường sử dụng vật liệu cách điện cấp A có nguồn gốc sợi

tự nhiên (sợi bông, gỗ) hoặc sợi nhân tạo xenlulô axêtat, polyamit … Các vật

liệu này có các đặc tính tốt về cơ, điện, nhiệt. Ứng với nhiệt độ môi trường

30oC, độ tăng nhiệt độ cho phép của MBA ứng vật liệu cách điện và kiểu làm

mát của MBA là :

Loại máy biến áp Cấp cách

điện

Nhiệt độ cho phép

Máy biến áp khô làm

mát tự nhiên AA

A

E

B

F

H

60oC

75oC

85oC

110oC

125oC

Máy biến áp khô làm

mát cưỡng bức FA

Bằng 133% của MBA khô làm

mát cưỡng bức cùng cấp

cách điện AA

Máy biến áp dầu làm

mát tự nhiên OA

A

B

65oC

65oC

Máy biến áp dầu làm

mát cưỡng bức FO

A

B

70oC

70oC

9. Nguyên lý làm việc của bộ đổi nấc

 Trình tự chuyển nấc như hình bên dưới từ trái sang phải.

 Bộ tiếp điểm chọn nấc gồm:

+ Tiếp điểm chọn nấc chẵn bên trái (2,4…);

+ Tiếp điểm chọn nấc lẻ bên phải (1,3,5)

 Bộ tiếp điểm chọn nhánh gồm nhánh chẵn (bên trái) bộ tiếp điểm chọn

nhánh lẻ (bên phải)

 Bằng cách thay vị trí các nấc sẽ thay đổi số vòng dây quấn

9

 Khi thay đổi số vòng dây thì sẽ thay đổi điện áp theo công thức:

W1 x U1=W2xU2

+ W1:số vòng dây quấn cuộn sơ cấp, U1: điện áp cuộn sơ cấp,

+ W2:số vòng dây quấn cuộn thứ cấp, U2 : điện áp cuộn thứ cấp.

 Thời gian làm việc tiếp điểm chọn nhánh (Diverter Switch) là 40- 50 ms.

 Thời gian điện trở hạn dòng tham gia chuyển mạch là 30 ms.

 IB : dòng điện qua tải .

 IK : dòng ngắn mạch chạy qua điện trở hạn dòng.

 R :điện trở hạn dòng (8- 30 Ω).

 Điện trở cuộn dây chính khoảng vài trăm mΩ.

10. Thông số bộ đổi nấc hiệu ABB kiểu UCGRT/650/1050/C