Các Nguyên Nhân Gây Hư Hỏng Máy Biến Áp Và Biện Pháp Khắc Phục

 Các máy biến áp lực là một mắt xích quan trọng trong các thành phần cấu thành của một hệ thống điện , các hư hỏng ở máy biến áp làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ . Trên thế giới , các máy biến áp được biết làm việc rất tin cậy tuy nhiên ở nhiều nơi vẫn có tốc độ hư hỏng khá cao.Việc phân tích các hư hỏng cho thấy một phần lớn các nguyên nhân chính thuộc về hư hỏng của các máy biến áp lực. Các nguyên nhân này bao gồm các thao tác bị lạm dụng : 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,các quá điện áp ,ngắn mạch trong hệ thống v.v

Nguyên nhân chính gây nên hư hỏng ở các máy biến áp trên lưới điện được thống kê chung  như sau :

      

- Khiếm khuyết ở khâu thiết kế

- Các vấn đề liên quan đến việc chế tạo

- Các khuyết tật về vật liệu

- Các vấn đề về vận chuyển và bảo quản

- Bảo dưỡng không đúng

- Quá tải bất thường

- Quá tải mạch từ

- Sét

- Ngắn mạch bên ngoài

- Làm mát kém

- Không xá định 

Tuy nhiên , các hư hỏng ở các Máy Biến Áp được phân loại như sau :

· Điểm yếu về tính năng kỹ thuật, thiết kế / chế tạo kém hiệu quả
· Lắp đặt / Vận hành / Bảo dưỡng kém hiệu quả
· Các điều kiện vận hành bất lợi
· Do quá trình lão hoá

a. Mặt yếu về đặc tính kỹ thuật

Nhiều khi, một đặc tính kỹ thuật của khách hàng không nói đến trong một loạt các vấn đề về điều kiện của trạm như biểu đồ phụ tải , tình trạng quá từ thông , quá điện áp , các tham số khác nhau của hệ thống , các điều kiện về môi trường . Có một vài khía cạnh trong đó cần phải cẩn thận vào thời điểm phác thảo các đặc tính kỹ thuật của thiết bị .

b. Hư hỏng về khiếm khuyết trong thiết kế

Có vài hư hỏng do khiếm khuyết trong thiết kế được nêu ra dưới đây :

Nguyên nhân	Hậu quả	Biện pháp khắc phục
Hư hỏng ở phần cách điện của bu lông ép gông từ	Gây nên ngắn mạch cục bộ ở lá thép làm tăng dòng điện xoáy (fucô) cục bộ	Băng lại để đảm bảo cách điện gông từ hoặc sử dụng cách điện của bulông gông từ tối thiểu thuộc lớp “B” trở lên
Mật độ từ thông trong lõi thép cao	Gây ra tổng lực tác động lớn khi thao tác đóng cắt và đóng lặp lại dẫn đến gây hỏng cách điện cuộn dây	Mật độ từ thông không được vượt quá 1,9 Tesla tại giá trị điện áp vận hành lớn nhất
Rãnh dầu trong cuộn dây hẹp	Làm cho sự làm mát không phù hợp và làm hỏng cách điện	Rãnh dầu phải thích hợp tính từ điểm làm mát hiệu quả
Sự hoán vị không phù hợp	Làm tăng thêm tổn hao và phát nóng thêm	Điều chỉnh việc hoán vị sao cho toàn bộ các thanh dẫn phải có trở kháng bằng nhau
Khoảng cách giữa cách pha không đủ	Có thể gây ra ngắn mạch	Tạo ra khoảng cách vừa đủ tuỳ theo cấp điện áp
Vòng kẹp được thiết kế không phù hợp	Có thể hỏng trong tình trạng ngắn mạch	Độ dày của vòng kẹp phải được thiết kế sao cho chịu được các lực điện động khi ngắn mạch
Việc buộc các dây dẫn không đảm bảo	Có thể hỏng trong tình trạng ngắn mạch	Cần phải có kết cấu vững chắc để buộc các dây dẫn
Thiết kế các cánh tản nhiệt không phù hợp	Làm cho việc làm mát không tốt dẫn đến nhiệt độ dầu/cuộn dây tăng cao hơn	Cần thiết phải tính toán các cánh tản nhiệt phù hợp

c. Các hư hỏng do việc chế tạo kém hiệu quả
Việc chế tạo máy biến áp là công việc khéo léo hơn là việc chế tạo máy móc . Sự tin cậy của máy biến áp phụ thuộc vào chất lượng của các vật liệu thô và tay nghề . Có một vài bước nào đó cần được thực hiện tại công đoạn chế tạo sao cho hiển nhiên không có các sai lầm ở giai đoạn này nếu không sẽ xảy ra các khuyết tật lớn về sau trong vận hành . Một vài các hu hỏng do các khiếm khuyết trong chế tạo được cho ở bảng dưới đây

Nguyên nhân	Hậu quả	Biện pháp khắc phục
Cuộn dây bị lỏng và định cỡ không đúng	Gây ra ngắn mạch giữa các vòng dây hoặc giữa các bối dây với nhau	Định cỡ dây thích hợp nhằm giữ cho cuộn dây nằm dưới tình trạng kẹp chắc chắn
Các lá thép mạch từ có ba via	Gây ra tình trạng ngắn mạch cục bộ và gây phát nóng	Phải đảm bảo không để xảy ra tình trạng ba via nhờ dùng các thiết bị gia công tốt
Có các gờ sắc cạnh trên các vòng đệm và các bối dây	Làm hư hỏng cách điện thanh dẫn	Phải đảm bảo không để xảy ra tình trạng có gờ sắc cạnh nhờ vào các thiết bị gia công tốt
Các điểm nối bằng đồng thau kém	Làm hỏng cách điện dây dẫn và làm cho cuộn dây hỏng	Chọn các qui trình hàn đồng tốt
Có cặn bã trên các phần kim loại trong khi chế tạo	Có thể gây ra phóng điện cục bộ	Giữ cho tốt không để xảy ra tình trạng này
Nhiễm bẩn bề mặt cách điện	Làm cho cách điện bị hỏng	Phải đảm bảo sự sạch sẽ
Toàn bộ các bộ phận bằng kim loại không được nối đất	Có thể hình thành phóng điện cục bộ và chất lượng dầu có thể bị ảnh hưởng	Tất cả các bộ phận kim loại phải được nối đất phù hợp và điều này phải được ghi vào phiếu kiểm tra
Các mối hàn ở vỏ máy xấu và xốp	Làm cho rỉ dầu	Phải đảm bảo bề mặt sạch sẽ và chọn qui trình hàn đúng
Tiến trình sấy không đúng	Cuộn dây và cách điện không được ổn định hoàn toàn do hơi ẩm dẫn đến làm hỏng	Tăng cường nghiêm ngặt quá trình sấy và nạp dầu tuỳ theo cấp điện áp

d. Các hư hỏng do khiếm khuyết về mặt vật tư

Chất lượng của vật tư được dùng cũng ảnh hưởng lên tuổi thọ của máy biến áp . Một sự kiểm soát nghiêm ngặt về chất lượng ở toàn bộ các giai đoạn kế tiếp nhau trong dây chuyền sản xuất từ vật tư thô đến sản phẩm hoàn chỉnh sẽ tránh gây ra hư hỏng cho máy biến áp . Có vài hư hỏng gây ra do vật tư khiếm khuyết được nêu ra trong bảng dưới đây :

Nguyên nhân	Hậu quả	Biện pháp khắc phục
Các gờ sắc cạnh trong các thanh dẫn bằng đồng	Tạo nên phóng điện cục bộ và làm hỏng cách điện thanh dẫn	Bề mặt phải đựoc làm cho phẳng bóng
Cách điện của thanh dẫn không phù hợp	Sẽ bị huỷ hoại do ảnh hưởng của các ứng suất cao áp và làm hỏng cách điện	Kiểm tra cách điện của thanh dẫn đầu vào và cũng như là số lớp vỏ bao của thanh dẫn
Dầu kém chất lượng	Hư hỏng cách điện	Đảm bảo điện áp phóng điện và hàm lượng ẩm theo các khuyến cáo của nhà chế tạo
Các tạp chất trong dầu hoá vẩn đục	Gây ra phóng điện chọc thủng tạm thời	Đảm bảo độ sạch của dầu
Dùng dây đồng trần cho các mối nối	Hình thành sự ôxy hoá và cặn bã	Dùng lớp vỏ bằng emay hoặc giấy để bọc lên dây đồng trần
Khuyết tật ở các phụ kiện  Bộ ĐADT  Các sứ đầu vào  Rơ le ga  Thiết bị bảo vệ	Làm cho máy biến áp hư hỏng	Các phụ kiện này được mua từ các nhà cung cấp tốt đứng về quan điểm độ tin cậy trong vận hành cao .

e. Các tình trạng vận hành bất lợi

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 140⁰C , các bọt khí được hình thành do sự phân huỷ 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 đưa đến việc phóng điện chọc thủng .

 Tuổi thọ mong đợi của máy biến áp sẽ giảm bớt qua việc bảo vệ không đủ trong khi vận hành ở các điều kiện bất thường như là :

 - Các tình trạng quá tải chịu được

 - Các quá áp thao tác

 - Các quá áp do sét

 - Các quá áp lan truyền

 f. Các thói quen bảo dưỡng không đúng

Việc bảo dưỡng kém/không đủ trên các khu vực rỉ dầu , chất lượng dầu , các phụ kiện tới hạn như là các bộ chuyển nấc, các sứ đầu vào, các thiết bị bảo vệ v.v sẽ gây ra bất ổn ở máy biến áp . Ngoài những vấn đề trên , có một loạt các vấn đề khắc phục đã gặp phải ở hiện trường , như là ẩm , sự ôxy hoá , nhiễm bẩn chất rắn , các bọt khí , quá dòng ,quá áp (quá trình quá độ hoặc quá trình động ), quá nhiệt, ngắn mạch ( lực cơ học ) v.v với chúng , ta phải quan tâm đến để bảo vệ máy biến áp. Bảo dưỡng ngăn ngừa được cho là biện pháp tốt nhất để cải thiện độ tin cậy của máy biến áp

Ngoài ra còn có một số hư hỏng ở các máy biến áp qua báo cáo cho thấy được quy cho là 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 ngắn mạch đã được phát hiện là không đảm bảo . Trong một vài trường hợp , khoảng cách giữa các pha và giữa pha với đất của các dây dẫn được biết là ngắn làm phóng điện đánh lửa và gây hỏng cách điện do rung và sự dịch chuyển 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.v . Ngoài ra cũng có báo cáo cho thấy 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 các quá áp thao tác cũng đã được báo cáo. Máy biến áp bị hỏng , khi nó đang được mang điện sau khi hư hỏng nguồn cung cấp hình thành từ trạm biến áp cấp trên lúc cắt máy biến áp do các sự cố bên ngoài. Sự làm việc của bảo vệ so lệch và bảo vệ hơi xảy ra làm cắt máy cắt của máy biến áp và tách rời máy biến áp. 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 đến 35 ppm và điện áp phóng đến 50kV. Sự giảm cấp của chỉ số phân cực (PI) trên nhiệt độ tới hạn theo phụ tải cần được qui định và kiểm tra. Trong một hoặc hai trường hợp, đã phát hiện ra điện trở nối đất của TBA 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 cái . Việc này làm hỏng cách điện vòng ở đầu trung tính .

Hư hỏng ở các mạch từ :

 Đã có máy biến áp hư hỏng do quá nhiệt của lõi thép và cháy lõi thép, hư hỏng của cách điện lõi từ và kết cấu lõi từ dần trở nên trụt ra khỏi nhau và trở nên tiếp xúc với đáy vỏ máy . Để khắc phục các vấn đề trên , cần tách phần dùng để nối đất lõi ra và nối đất cố định lõi thông qua các sứ đầu vào lắp trên một máy biến áp đang được sử dụng . Nếu cần, thiết bị này giám sát dòng điện rò của lõi thép nhằm để chắc chắn rằng lõi từ không có nhiều điểm nối đất và cũng như cách điện của lá thép mạch từ là tốt

           

Hư hỏng các bộ điều áp dưới tải ( OLTC)

Các bộ ĐADT là nguyên nhân lớn nhất thứ hai về mặt sự cố trong các máy biến áp sau khi ngắn mạch . Các hư hỏng trong bộ ĐADT thuộc trong số các loại sau đây :
· Cháy điện trở chuyển tiếp
· Cháy và hỏng các tiếp điểm lăn và tiếp điểm tĩnh
· Căn chỉnh sai kết cấu lắp ráp của bộ chuyển nấc
· Lỗi về thời gian của chu trình vận hành
Hư hỏng trong bộ truyền động đổi nấc có nghĩa là các tiếp điểm hành trình không hoạt động. Một vài các trục trặc phổ biến được chú ý trong khoang chứa , bộ tiếp điểm chọn lựa của bộ ĐADT như là : Đã xuất hiện trường hợp nhà chế tạo không thực hiện việc chọn dòng định mức của bộ ĐADT. Các yếu tố về tính hiệu quá trong vận hành và khả năng quá tải của máy biến áp phải được tính đến khi đi đến chọn dòng định mức thiết kế . Giá trị dòng định mức đã chọn phải nằm ở cấp độ cao hơn giá trị tính toán . Người ta cho rằng nếu các đặc tính kỹ thuật của người mua không đưa ra tuỳ chọn này đối với nhà chế tạo thì cần qui định về các giá trị dòng/điện áp định mứcChất lượng và giá trị định mức của các điện trở chuyển tiếp đã là một nguồn gốc trục trặc chính trong bộ ĐADT . Các hậu quả của việc cháy lập lại của các điện trở chuyển tiếp là một lĩnh vực có thể gọi là rất nghiêm trọng đối với các nhà chế tạo bộ ĐADTViệc hở mạch hoặc cháy các tiếp điểm chuyển tiếp dẫn đến phóng điện bề mặt tiếp điểm lựa chọn và cháy bên trong các tiếp điểm gây nổ tung màng phòng nổ trong các bộ chuyển nấc của MR.Hư hỏng của tiếp điểm hành trình dùng để dừng hoạt động bộ ĐADT tại vị trí cuối cùng của bộ chuyển nấc đã gây ra hồ quang khốc liệt, làm tăng áp suất và gây nổ khoang chứa của bộ ĐADT.Ở các máy biến áp có bộ thở bị bịt kín , các joăng dầu và vòng đệm chữ “O” bị khuyết tật đã dẫn đến việc tràn dầu do tụt áp lực từ thùng dầu chính của máy biến áp sang khối tiếp điểm dập hồ quang và rò dầu qua bộ thở silicagen gây ra sự tụt mức dầu trong thùng dầu chính và gây nguy hiểm cho sự vận hành của máy biến áp.Việc nứt gãy ở tấm chắn cũng đã là một nguyên nhân hư hỏng đến sự mất cân bằng về áp lực giữa vỏ thùng chính và bộ ĐADT , trong khi hút chân không vào giai đoạn lắp đặt và sấy ban đầu

Hư hỏng của các sứ đầu vào :   

Các sứ đầu vào kiểu tụ được vận chuyển đi với phần đỉnh được làm kín và có lớp vỏ sứ chống mưa . Phần tụ phía dưới gởi đi được bao bằng các băng giấy phết sáp . Ở một vài máy biến áp người ta đã phát hiện ra rằng các băng giấy dùng trong vận chuyển này đã không được tháo ra trong khi nhấc các sứ lên máy biến áp. Qua một thời gian vận hành , lớp sáp chảy ra khi tiếp xúc với dầu nóng bên trong thùng máy và băng giấy rơi ra gây phóng điện bên trong thùng máy. Điều tốt nhất là đưa các sứ đầu vào chưa được lắp với phần bên dưới đựơc làm kín trong các thùng đã nạp dầu để tháo bỏ các băng giấy ngay tại trạm vào thời điểm lắp đặt nhằm tránh nhiễm ẩm .

Các đề xuất để làm giảm các hư hỏng:

Từ các bàn luận ở trên các lý do về hư hỏng của máy biến áp phải được cho là do nhiều nguyên nhân khác nhau . Dưới đây là một vài bước khắc phục có thể được nhằm giảm tai họa đó .

1. Cải thiện khâu thiết kế và chế tạo

Bằng cách chọn công nghệ CAD và quản lý mặt bằng phân xưởng tốt hơn , phải chế tạo các máy biến áp tin cậy hơn để loại trừ :
· Khả năng chịu dòng ngắn mạch kém
· Các khuyết tật tròn chế tạo ở hệ thống làm mát
· Các trục trặc liên quan đến các sứ đầu vào
· Bộ ĐADT bao gồm bộ chọn lựa / bộ công tắc K
· Hư hỏng ở cuộn dây thứ 3 ở bất kể vị trí nào

2. Cải thiện phương pháp thử

máy biến áp phải được mô phỏng theo điều kiện vận hành thực tế trước tiên bằng thử nghiệm chu trình và sau đó cần phải trải qua thử nghiệm tạo dòng để gia tăng nhiệt độ . Sau đó thực hiện toàn bộ các thử nghiệm ứng dụng cao áp để phát hiện điểm yếu của cách điện . Nếu cần thử mô phỏng dòng ngắn mạch theo cấp và phép đo cân bằng từ và dòng từ hoá có thể cho biết các vấn đề bất thường . Ở phần phụ chú 1 có cho một bảng mô tả chu trình thử . Sau khi hoàn tất toàn bộ các phép thử , phải ghi lại các thông số về dầu cách điện sau cùng và so sánh với các giá trị ban đầu

3. Công tác lắp đặt tại trạm

Bằng cách chọn đúng phép thử nghiệm trước nghiệm thu và kiểm tra các lỗi có thể có về lắp đặt để có thể tránh được các sơ suất .

4. Các vấn đề bên ngoài máy biến áp

Việc quản lý phụ tải : Theo qui định phải kiểm soát tốt hơn các hệ thống quản lý tần suất mang tải hiệu quả nhằm tránh các sự cố và hư hỏng do
·   Quá tải
·  Từ hoá quá mức và quá điện áp
·  Phát nóng các mối nối và phóng điện
·  Việc cắt thường xuyên xuất tuyến do các sự cố xảy ra

Sau mối lần cắt máy biến áp cho dù bằng tay hoặc qua rơ le bảo vệ , trước khi đóng điện phải thao tác bằng tay bộ chuyển nấc để đưa về vị trí nấc 1 . Sau khi mang tải , có thể thay đổi nấc của máy biến áp về vị trí phù hợp với yêu cầu của điện áp thanh cái

 Theo: etc3