Chuẩn đoán sự cố máy biến áp có chứa dầu bằng phương pháp phân tích dầu cách điện

Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 4
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................................ 8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 11
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN .......................................................................................... 12
1.1.

Giới thiệu sơ đồ nối điện chính - Nhà máy thủy điện Sơn La ................... 12

1.2.

Máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La ....................................... 13

1.2.1. Thông số kỹ thuật của máy biến áp ........................................................... 13
1.2.2. Sơ đồ cấu tạo máy biến áp .......................................................................... 15
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp ....................................................... 18
1.2.4. Tổn thất công suất của máy biến áp .......................................................... 20
1.2.4.1. Tổn thất không tải (tổn thất sắt) ......................................................... 20
1.2.4.2. Tổn thất mang tải (tổn thất đồng) ...................................................... 21
1.3.
La

Dầu cách điện dùng trong máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn
……………………………………………………………………………….22

1.3.1. Thông số kỹ thuật của dầu cách điện ........................................................ 22
1.3.2. Tính chất của dầu cách điện dùng trong máy biến áp 500kV .................. 23
1.3.2.1. Tính chất cách điện ............................................................................. 24
1.3.2.2. Tính làm mát ....................................................................................... 24
1


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

1.3.2.3. Độ bền nhiệt......................................................................................... 25
1.3.2.4. Độ nhớt ................................................................................................ 26
1.3.2.5. Tạp chất ............................................................................................... 26
1.3.2.6. Khẳ năng dập hồ quang ...................................................................... 26
1.3.3. Vai trò và nhiệm vụ của dầu cách điện ..................................................... 27
1.3.3.1. Vai trò .................................................................................................. 27
1.3.3.2. Nhiệm vụ .............................................................................................. 27
1.3.4. Các yếu tố và nguyên nhân ảnh hướng tới chất lượng dầu cách điện .... 27
1.3.4.1. Quy luật biến đổi tính chất của dầu cách điện .................................. 28
1.3.4.2. Chế độ vận hành của máy biến áp ..................................................... 29
1.3.5. Nguyên nhân các khí sinh ra trong máy biến áp ...................................... 30
1.3.6. Kiểm soát chất lượng dầu cách điện dùng cho máy biến áp 500kV ........ 34
1.3.6.1. Kiểm soát chất lượng dầu cách điện nhập khẩu ............................... 37
1.3.6.2. Kiểm tra dầu cách điện sau xử lý kỹ thuật ......................................... 37
1.3.6.3. Kiểm tra dầu cách điện sau khi nạp vào máy biến áp ....................... 40
1.3.6.4. Kiểm tra dầu cách điện trong máy biến áp khi vận hành ................. 41

Chƣơng 2 – ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 42
2.1.

Đối tƣợng ........................................................................................................ 42

2.1.1. Dầu cách điện dùng cho máy biến áp 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La
…………………………………………………………………………….42
2.1.2. Quản lý dầu cách điện tại Công ty thủy điện Sơn La ............................... 42
2.2.

Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 44

2.2.1. Thiết bị dùng để thực nghiệm .................................................................... 44
2


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm......................................................................... 48
2.2.2.2. Phương pháp lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu dầu ............... 48
2.2.2.2. Phương pháp thử nghiệm các mẫu dầu ............................................. 51
2.2.2.3. Phương pháp phân tích khí hòa tan trong dầu cách điện ................ 52
Chƣơng 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................... 62
3.1.

Kết quả phân tích các mẫu dầu cách điện nguyên bản (trong téc)........... 62

3.2.

téc)

Kết quả phân tích các mẫu dầu cách điện đã qua xử lý kỹ thuật (trong
……………………………………………………………………………….66

3.3. Kết quả mẫu dầu cách điện sau khi nạp vào máy biến áp và xử lý kỹ
thuật ……………………………………………………………………………….70
3.4.

Kết quả các mẫu dầu cách điện trong máy biến áp khi vận hành ............ 73

3.5.

Mối quan hệ giữa các tính chất của dầu...................................................... 85

3.6.

Mối quan hệ giữa thành phần khí với tính chất của dầu .......................... 87

KẾT LUẬN ................................................................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 92
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 93

3


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép
của ai, trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào
khác. Nội dung Luận văn của tôi có tham khảo và sử dụng các tài liệu theo danh mục
tài liệu tham khảo của Luận văn.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Hải

4


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ của mình, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật hóa học và các Giảng viên
trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu
cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Em xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Văn Xá – Người trực tiếp chỉ bảo,
hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn Thạc sĩ.
Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám Đốc, các đồng nghiệp của
tôi đang công tác tại Công ty thủy điện Sơn La… đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể các bạn cùng
khóa học Thạc sĩ 2011B năm học 2011-2013 đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt
quá trình học tập và nghiện cứu.
Xin chân thành cảm ơn.

Sơn La, ngày

tháng 09 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Thanh Hải

5


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
5SB.431.5747: Sơ đồ cấu tạo máy biến áp.
ASTM: Mã tiêu chuẩn Quốc tế
GC 2014: Bộ thiết bị phân tích khí hòa tan trong dầu cách điện
IEC: Mã tiêu chuẩn Quốc tế
ISO: Mã tiêu chuẩn Quốc tế
MBA 500kV-T1: Máy biến áp 500kV thuộc tổ máy số 1 – Nhà máy thủy điện Sơn La
TĐSL.VH.SĐNĐC.001: Sơ đồ đấu nối điện chính – Nhà máy thủy điện Sơn La.
Tg: Hệ số đo tổn hao điện môi cách điện chất lỏng
Y5SB.462.6909: Sơ đồ hướng dẫn lắp đặt đường ống dẫn dầu máy biến áp.

6


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1-1: Các thông số kỹ thuật của máy biến áp ba pha 500kV …… ………………13
Bảng 1-2: Thông số kỹ thuật chính của dầu cách điện – Công ty thủy điện Sơn La:…22
Bảng 1-3: MBA 500kV quá tải ngắn hạn cao hơn dòng điện định mức…………..…..30
Bảng 1-4: Các khí sinh ra trong dầu do nhiệt, vầng quang và hồ quang……………....33
Bảng 2-1: Cột nhồi dùng trong thiết bị sắc khí khí (GC 2014)……………..…………53

7


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1-1: Máy biến áp ba pha 500kV – Công ty thủy điện Sơn La……………...……13
Hình 1-2: Bên trong máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La…………….….15
Hình 1-3: Sơ đồ cấu tạo máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La…………....16
Hình 1-4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy biến áp…………………………….…18
Hình 1-5: Sơ đồ thay thế máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La…....……...21
Hình 1-6: Biểu đồ có hồ quang điện trong dầu…………………………………..…….31
Hình 1-7: Biểu đồ có vầng quang trong dầu…………………………………………..32
Hình 1-8: Biểu đồ dầu cách điện trong máy biến áp bị quá nhiệt……………………..32
Hình 1-9: Biểu đồ vật liệu cách điện bằng Cellulose bị quá nhiệt…………………….33
Hình 1-10: Kiểm soát chất lượng dầu cách điện trong lắp đặt máy biến áp 500kV......36
Hình 1-11: Sơ đồ xử lý kỹ thuật dầu cách điện trong téc chứa dầu……………...……37

Hình 1-12: Sơ đồ nguyên lý vận hành máy lọc dầu cách điện đa cấp…………………38
Hình 2-1: Bộ thiết bị sắc ký khí GC 2014……………………………………………..52
Hình 2-2: Bộ khí chuẩn………………………………………………………………..53
Hình 2-3: Bình chứa khí Ar (khí mang)……………………………………………….55
Hình 2-4: Bộ tạo khí H2……………………………………………………………….56
Hình 2-5: Máy nén khí không dầu…………………………………………………….57
Hình 2-6: Hướng dẫn nhập số liệu tạo đường chuẩn trên thiết bị GC 2014…………..57
Hình 2-7: Đường chuẩn được xây dựng bởi các chất khí chuẩn……………………...58
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý bộ thiết bị GC 2014……………………………………....59
Hình 3-1: Kết quả kiểm tra tỉ trọng dầu dầu chưa xử lý kỹ thuật……………………..62
Hình 3-2: Kết quả thử nghiệm trị số a xít dầu chưa xử lý kỹ thuật……………………63
Hình 3-3: Kết quả thử nghiệm nhiệt độ chớp cháy cốc kín dầu chưa xử lý kỹ thuật….63
Hình 3-4: Kết quả thử nghiệm độ nhớt dầu chưa xử lý kỹ thuật………………………64
8


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Hình 3-5: Kết quả thử nghiệm điện áp đánh thủng dầu chưa xử lý kỹ thuật.……...….64
Hình 3-6: Kết quả thử nghiệm tổn hao điện môi dầu chưa xử lý kỹ thuật………….…65
Hình 3-7: Kết quả thử nghiệm độ ẩm dầu chưa xử lý kỹ thuật………………………..65
Hình 3-8: Kết quả thử nghiệm tỉ trọng dầu đã qua xử lý kỹ thuật………………….....66
Hình 3-9: Kết quả thử nghiệm trị số a xít dầu đã qua xử lý kỹ thuật………………….67
Hình 3-10: Kết quả thử nghiệm độ nhớt dầu đã qua xử lý kỹ thuật…………………...67
Hình 3-11: Kết quả thử nghiệm nhiệt độ chớp cháy cốc kín dầu đã qua xử lý kỹ thuật68
Hình 3-12: Kết quả thử nghiệm điện áp đánh thủng dầu đã qua xử lý kỹ thuật…...….68
Hình 3-13: Kết quả thử nghiệm tổn hao điện môi dầu đã qua xử lý kỹ thuật………...69
Hình 3-14: Kết quả thử nghiệm độ ẩm dầu đã qua xử lý kỹ thuật…………………….69

Hình 3-15: Kết quả thử nghiệm khí hòa tan trong dầu đã qua xử lý kỹ thuật…………70
Hình 3-16: Kết quả thử nghiệm điện áp đánh thủng dầu trong máy biến áp………….71
Hình 3-17: Kết quả thử nghiệm tổn hao điện môi dầu trong máy biến áp…………….71
Hình 3-18: Kết quả thử nghiệm độ ẩm dầu trong máy biến áp………………………..72
Hình 3-19: Kết quả thử nghiệm khí hòa tan dầu trong máy biến áp – Sau lắp đặt……72
Hình 3-20: Kết quả thử nghiệm tỉ trọng dầu theo thời gian…………………………...73
Hình 2-21: Kết quả thử nghiệm trị số a xít dầu theo thời gian………………………...74
Hình 3-22: Kết quả thử nghiệm chớp cháy cốc kín dầu theo thời gian…………….….75
Hình 3-23: Kết quả thử nghiệm độ nhớt dầu theo thời gian…………………………...76
Hình 3-24: Kết quả thử nghiệm điện áp đánh thủng dầu theo thời gian……………….77
Hình 3-25: Kết quả thử nghiệm tổn hao điện môi dầu theo thời gian…………………78
Hình 3-26: Kết quả kiểm tra độ ẩm dầu theo thời gian………………………………...79
Hình 3-27: Khí CO hòa tan trong dầu theo thời gian………………………………….80
Hình 3-28: Khí CO2 hòa tan trong dầu theo thời gian…………………………………81
Hình 3-29: Khí H2 trong dầu theo thời gian……………………………………………82
Hình 3-30: Khí CH4 trong dầu theo thời gian………………………………………….83
Hình 3-31: Khí C2H6: Hòa tan trong dầu theo thời gian………………………………84
9


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Hình 3-32: Khí C2H4 hòa tan trong dầu theo thời gian………………………………..85
Hình 3-33: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với độ ẩm của dầu chưa xử lý kỹ thuật..86
Hình 3-34: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với độ ẩm của dầu đã xử lý kỹ thuật…..86
Hình 3-35: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với độ ẩm dầu theo thời gian…………..87
Hình 3-36: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với khí H2 theo thời gian………………88
Hình 3-37: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với khí CH4 theo thời gian…………….88

Hình 3-38: Quan hệ giữa điện áp đánh thủng với khí C2H4 theo thời gian……………89
Hình 3-39: Quan hệ giữa trị số a xít với thành phân khí CO………………………….90
Hình 3-40: Quan hệ giữa trị số a xít với thành phân khí CO2…………………………90

10


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

MỞ ĐẦU
Với hơn 55 năm xây dựng và phát triển, ngành điện Việt Nam gắn bó hữu cơ
với cuộc đấu tranh giải phóng dân tộc và khi hòa bình vẫn tiếp tục gắn bó hữu cơ với
sự phát triển kinh tế, xã hội và hội nhập với Thế giới. Mỗi bước đi trong từng giai đoạn
phát triển ngành điện Việt Nam đều thể hiện tầm nhìn chiến lược, sâu rộng và luôn
theo sát chỉ đạo, định hướng của Đảng và Nhà nước. Để đáp ứng những nhiệm vụ mà
Đảng và Nhà nước tin tưởng giao cho, các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, các Công ty
truyền tải điện…trải dài khắp đất nước Việt Nam đã đồng lòng quyết tâm và phấn đấu
xây dựng cho đơn vị mình đạt năng suất cao nhất, an toàn trong lao động sản
xuất…Trong đó, việc kéo dài tuổi thọ cho các máy biến áp lực là nhiệm vụ được đăt ra.
Máy biến áp lực là thành phần thiết yếu trong hệ thống truyền tải điện và là tải
sản rất có giá trị. Trong những thập kỷ qua nhờ cải tiến công cụ thiết kế, công nghệ chế
tạo, sử dụng các vật liệu một cách tối ưu, nhờ đó làm giảm được kích thước chế tạo và
an toàn hơn…Tuy nhiên, số lượng máy biến áp của Việt Nam và trên thế giới hiện nay
đang già cỗi (trung bình là khoảng 30 năm), kèm theo những xu hướng ép buộc các
máy biến áp phải mang tải cao hơn, trước sức ép kinh tế trong điều kiện hệ thống điện
đang dần tự do hóa. Mặt khác, áp lực kinh tế cũng đòi hỏi phải kéo dài tuổi thọ của
máy biến áp đồng thời cắt giảm chi phí bảo trì.
Xét thấy nhu cầu cấp thiết để đáp ứng phục vụ trong công cuộc phát triển ngành

điện nói riêng và phát triển Đất nước nói chung, an toàn cho các máy biến áp lực, nâng
cao tính bền vững cho hệ thống điện Việt Nam…
Với nội dung “Chuẩn đoán sự cố máy biến áp có chứa dầu bằng phương pháp
phân tích dầu cách điện”. Luận văn của tôi tập trung nghiên cứu về dầu cách điện dùng
trong máy biến áp lực 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La bao gồm:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu

11


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Chƣơng 1 – TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu sơ đồ nối điện chính - Nhà máy thủy điện Sơn La
Nhà máy thủy điện Sơn La hoạt động ổn định với sơ đồ nối điện chính (bản vẽ

số TĐSL.VH.SĐNĐC.001 kèm theo), hệ thống gổm 06 tổ máy (nhánh), 03 lộ đường
dây 500kV (01 lộ đi Nho Quan – Ninh Bình và 02 lộ đi Sơn La), 02 thanh cái C52 và
C53. Mỗi tổ máy (nhánh sơ đồ) có các thiết bị chính gồm (tổ máy số 01):
-

TT1: Máy biến áp trung tính

-

TI0H12: Biến dòng đo lường trung tính

-

H1: Máy phát điện

-

TE11: Máy biến áp kích từ

-

DBS1: Dao ngắn mạch

-

C9H1: Tụ điện cao áp

-

TU9H31: Biến áp đo lường

-

901-05: Dao nối đất

-

901: Máy cắt đầu cực

-

TD91: Máy biến áp tự dùng

-

901-38: Dao cách ly

-

CS9T1: Chống sét van

-

T1: Máy biến áp

-

531: Máy cắt phân đoạn

-

Từ T1 đến TI571-7 là trạm GIS (trạm phân phối điện)

Tính logic của sơ đồ và tối ưu hóa của sơ đồ nối điện chính này là: Một hoặc các
tổ máy trong 06 tổ máy phát công suất thì có thể linh hoạt, an toàn truyền năng lượng
tới các lộ đường dây đã được ấn định hoặc thao tác để đưa tới lộ đường dây khác (nếu
muốn). Hệ thống được thiết kế an toàn cho tất cả các tổ máy và tiện dụng trong công
tác vận hành, quản lý vận hành cũng như là sửa chữa bảo dưỡng nhánh của sơ đồ.

12


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

1.2.

Nguyễn Thanh Hải

Máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La

1.2.1. Thông số kỹ thuật của máy biến áp

Hình 1-1: Máy biến áp ba pha 500kV
Bảng 1-1: Các thông số kỹ thuật của máy biến áp ba pha 500kV
Nhà sản xuất: Xi’an XD Transformer Co.,Ltd., Xi’an, China
Kiểu thiết kế: GSU, 3 pha, 2 cuộn dây, ngâm trong dầu
Tiêu chuẩn áp dụng

IEC 60076

Số lượng

06

Công suất định mức

467MVA

Điện áp định mức phía cao áp

525kV

Điện áp định mức phía hạ áp

18kV

Tần số định mức

50Hz

Dòng điện định mức cuộn cao áp (đầu ra)

513.57A

Dòng điện định mức cuộn hạ áp (tại điện áp định mức)

14979A

Trở kháng tại nấc giữa (nấc 03)

14% (sai số từ 0÷10%)

Trở kháng tại nấc cao nhất (nấc 01)

14% (sai số từ 0÷10%)

Trở kháng tại nấc thấp nhất (nấc 05)

14,3% (sai số từ 0÷10%)

Thời gian chịu đựng ngắn mạch tiêu chuẩn

03 giây

Tổ đấu nối dây

Ynd11

13


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Nhà sản xuất: Xi’an XD Transformer Co.,Ltd., Xi’an, China
Kiểu thiết kế: GSU, 3 pha, 2 cuộn dây, ngâm trong dầu
Nấc phân áp: Kiểu

Không điện

Nấc phân áp: Giải điều chỉnh

±2x2,5%

Số nấc phân áp

5

Phương pháp làm mát

ONAN/ONF/ODAF

Phương pháp nối đất của cuộn cao áp

Nối đất trực tiếp

Cách điện cuộn dây cao áp

Phân nấc

Cách điện cuộn dây hạ áp

Toàn bộ

Điện áp chịu đụng xung sét định mức (1.2/50μs) với 1550kV
cuộn cao áp
Điện áp chịu đụng xung sét định mức (1.2/50μs) với 125kV
cuộn hạ áp
Điện áp chịu đựng ở tần số công nghiệp (1 phút) với 680kV
cuộn cao áp
Điện áp chịu đựng ở tần số công nghiệp (1 phút) với 50kV
cuộn hạ áp
Tổn thất không tải

240kV

Tổn thất có tải

1026kV

Công suất làm việc liên tục (ONAN tại 400C)

280MVA

Công suất làm việc liên tục (ONAF tại 400C)

374MVA

Công suất làm việc liên tục (ODAF tại 400C)

467MVA

Hiệu suất tại cosφ=0.9

99.7%

Mật độ từ thông cực đại tại điện áp và tần số định mức

1,7Tesla

Cách điện các lá thép từ

Lớp vô cơ

Kiểu cuốn dây cuộn cao áp

Xen kẽ

14


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Nhà sản xuất: Xi’an XD Transformer Co.,Ltd., Xi’an, China
Kiểu thiết kế: GSU, 3 pha, 2 cuộn dây, ngâm trong dầu
Xoắn ốc

Kiểu cuốn dây cuộn hạ áp
1.2.2. Sơ đồ cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La là loại máy biến áp lực (ba pha,
năm trụ) được mô phỏng theo sơ đồ bản vẽ (kèm theo) số Y5SB.462.6909;
5SB.431.5747 bao gồm các bộ phận chính sau:

Hình 1-2: Bên trong máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La

15


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Hình 1-3: Sơ đồ cấu tạo máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La
Trong đó:

+ 1: Lõi thép từ
+ 2: Cuộn dây cao áp 500kV
+ 3: Cuộn dây hạ áp 18kV
+ 4: Nấc phân áp máy biến áp phía 500kV
+ Cuộn dây sơ cấp nối sao – Trung tính ; Cuộn dây thứ cấp nối tam giác
- Thân máy biến áp:
Thân máy biến áp để cố định lõi thép từ, cuộn dây, chứa dầu máy biến áp. Thân
máy biến áp được thiết kế chịu lực kéo, áp lực chân không, áp lực cưỡng bức. Trên
thân máy biến áp có thể lắp đặt các van tháo dầu, lỗ để lắp đặt cảm biến, các đầu sứ
18kV và 500kV, các đường ống dẫn dầu vào và ra của bộ làm mát…
+ Nắp kiểu chuông
+ Chiều dày mặt bên là 10mm; Đáy là 16†40mm; Nắp là 16mm
+ Áp lực chân không: ≤133Pa

16


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

+ Áp lực chụi đựng lớn nhất của thùng chứa trong vòng 24 giờ không có hiện
tượng rò rỉ là 50kPa.
+ Cách đáy 40cm có lắp đặt 04 tấm giá đỡ có chức năng sử dụng như các kích
thủy lực để có thể kích toàn bộ máy biến áp lên trong quá trình di chuyển.
- Các cuộn dây (được bọc cách điện bằng các tấm giấy cách điện):
Cuộn dây là những dây dẫn đồng tinh khiết được quấn khít với nhau, có khẳ
năng dẫn điện cao, bên ngoài được bọc cách điện. Cuộn dây của máy máy biến áp có
nhiệm vụ nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.
+ Mật độ dòng điện cực đại trong cuộn dây ở điều kiện bình thường là: 3A/mm2.

+ Kiểu dây quấn phía 18kV được sử dụng kiểu xoắn ốc
+ Kiểu dây quấn phía 500kV được sử dụng kiểu xen kẽ.
- Trụ hoặc lõi thép từ:
Lõi thép từ của máy biến áp dùng để dẫn từ thông và có các thông số sau:
+ Kết cấu lõi thép có 03 trụ chính và 02 trụ phụ, gông trên và dưới có hình ô
van, tỉ lệ giữa gông chính và gông phụ là 53%; 47%.
+ Độ dốc ghép nối giữa trụ và gông là 450, hai tấm thép được tạo thành một khối
+ Lõi thép được chế tạo từ thép cán nguội có định hướng, có độ dẫn từ cao, tổn
thất thấp.
+ Lõi thép được kẹp chặt, cố định trên kết cấu không từ tính để tránh hư hỏng và
biến dạng, cũng như chịu được ứng suất ngắn mạch, và trong quá trình vận chuyển
không bị rung động.
+ Các lá thép được cách điện với nhau
+ Lõi thép được bố trí phù hợp với hiệu suất làm mát của dầu
+ Các bulông siết lõi thép được cách điện với lõi thép bằng giấy cách điện
chuyên dụng.
+ Toàn bộ lõi thép từ, các bulông ép lõi thép từ của máy biến áp trong quá trình
vận hành được nối đất.

17


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

+ Mật độ từ thông lớn nhất tại điện áp và tần số định mức là: 1,7 tesla
+ Tổn thất riêng trong lõi thép của máy biến áp là: 1W/1kg.
+ Được đặt bên trong máy biến áp (là những lá thép kỹ thuật mỏng ghép lại với
nhau) và được bắt vít chặt vào thân máy biến áp, các bộ phận này hoàn toàn được

ngâm trong dầu cách điện.
- Hệ thống các cánh tản nhiện được làm mát cưỡng bức bằng không khí (bao
gồm các quạt làm mát). Dầu được tuần nhờ 04 bơm ly tâm (SZB-250Y) ngập trong dầu
cách điện và thông với bình dầu máy biến áp theo chu trình tuần hoàn kín.
- Bộ điều chỉnh điện áp dưới tải để điều chỉnh công suất của máy biến áp.
- Có 07 sứ được ngâm trong dầu
+ 01 sứ trung tính
+ 03 sứ đầu vào máy biến áp với điện áp 18kV
+ 03 sứ đầu ra của máy biến áp với điện áp 500kV
- Bình dầu phụ: Là bình dầu có nhiệm vụ cung cấp bổ, sung dầu cho hệ thống
máy biến áp và cũng có chức năng như là một bộ thở.
- Rơ le hơi: Bộ thiết bị cảm biến đảm bảo an toàn cho thiết bị khi xảy ra sự cố.
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp
Để biết được nguyên lý hoạt động của máy biến áp ba pha thì trước hết ta xem
xét nguyên tắc hoạt động của máy biến áp một pha hai cuộn dây.

Φ
Hình 1-4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy biến áp
18


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Trong đó:
-

1 là dây quấn có w1 vòng dây

-

2 là dây quấn có w2 vòng dây

-

3 là lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 trong dây
quấn 1, dòng điện i1 sinh ra sức từ động F = i1.w1 sức từ động này sinh ra từ thông Φ
móc vòng cả hai dây quấn 1 và 2. Theo định luật cảm ứng điện từ trong cuộn dây 1 và
2 sẽ xuất hiện các sức điện động cảm ứng e1 và e2 nếu dây quấn nối với một bên tải
ngoài zt thì dây quấn 2 sẽ có dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2. Như vậy năng lượng
của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
Giả thiết điện áp đặt vào là hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cùng là
hàm số hình sin.
Φ = Φm = sin (ω.t)

(1-1)

Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các cuộn
dâu 1 và 2 sẽ là
e1= -w1 d = - w1 dm. sin(t ) = -w1..Φm.sin(t+
dt

dt

và
e2= -w2 d = - w2 dm. sin(t ) = -w2..Φm.sin(t+
dt

dt



) = -E1.sin(t+ )
2
2


) = -E2.sin(t+ )
2
2

Trong đó :
w ..m
E1 = 1
= 4,44.f.w1.Φm
2

E2 =

w 2 . . m
2

= 4,44.f.w2.Φm

E1 và E2 là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các sức
điện động cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông một góc

19


2


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Từ nguyên lý cơ bản trên thấy rằng máy biến áp được làm việc theo nguyên lý
cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp thành một hệ
thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không đổi.
Máy biến áp ba pha có 03 cuộn dây thứ cấp (phía cao áp) và 03 cuộn dây sơ cấp
(phía hạ áp), ngoài ra còn có 01 cuộn dây trung tính (điện áp trung tính). Dây quấn nối
với nguồn điện để tiêu thụ năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải
để đưa điện năng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện áp, công suất...của từng
dây quấn theo tên sơ cấp và thứ cấp tương ứng.
Máy biến áp 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La được gọi là máy biến áp ba
pha ngâm trong dầu vì máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha và
được ngâm hoàn toàn trong dầu cách điện.
1.2.4. Tổn thất công suất của máy biến áp
Tổn thất trong máy biến áp gồm hai thành phần chính:
-

Tổn thất không tải

-

Tổn thất mang tải

1.2.4.1.

Tổn thất không tải (tổn thất sắt)

Tổn thất không tải không tải không phụ thuộc vào công suất truyền tải qua máy
biến áp mà chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của máy biến áp, tổn thất không tải bao gồm tổn
thất trong lõi thép từ hóa và tổn thất trong các cuộn dây để tạo từ thông tản trong máy
biến áp, tổn thất này còn được gọi là tổn thất sắt (ký hiệu là S0). S0 được xác định
theo số liệu kỹ thuật của máy biến áp.
S0 = P0 + j. Q0

(1-2)

Q0 = I0%.Sđm/100
Trong đó:
I0%: Dòng điện không tải tính theo %
P0; Q0: Lần lượt là tổn thất công suất tác dụng, tổn thất phản kháng khi không tải.

20


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Tổn thất không tải được hiểu là tổn thất công suất tác dụng lên lõi thép, bản chất
là dòng điện xoáy gây phát nóng.
1.2.4.2.

Tổn thất mang tải (tổn thất đồng)

Tổn thất tải phụ thuộc vào công suất truyền tải qua máy biến áp, tổn thất này đốt
nóng các cuộn dây của máy biến áp, chúng tỉ lệ bình phương với phụ tải qua máy biến
áp hay còn gọi là tổn hao đồng và được xác định:
SCu = PCu + QCu

(1-3)

PCu = 3I2.Rb = (

P2  Q2
S 2
).Rb = ∆Pn. (
)
2
S đm
U

(1-4)

QCu = 3I2.Xb = (

P2  Q2
).Xb = Un%.S2/100.Sđm
2
U

(1-5)

Trong đó:
S: Công suất tải thực tế qua máy biến áp
Sđm: Công suất định mức máy biến áp
Pn: Tổn hao ngắn mạch
Un: Điện áp ngắn mạch
Công suất phía cao và hạ áp của máy biến áp chỉ khác nhau một giá trị bằng tổn
thất công suất trong tổng trở máy biến áp.

Hình 1-5: Sơ đồ thay thế máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La

21


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Từ sơ đồ thay thế máy biến áp 500kV. Xét tổng trở các cuộn dây đều quy đổi về
phía cao áp thì tổn thất trong các cuộn dây là:
- Cuộn hạ áp:
∆SCu3 = (

S 3'' 2
) .Zb3
U1

(1-6)

- Cuộn cao áp:
∆SCu1 = (

S1'' 2
) .Zb1
U1

(1-7)

Trong đó:
S1‟‟ = S2‟+S3‟; S2‟=S2‟‟+ ∆SCu2; S3‟= S3‟‟+ ∆SCu3

(1-8)

U1: Điện áp phía cao áp
Tổn thất mang tải được hiểu là tổn thất công suất tác dụng trên cuộn dây, là tổn
thất phát nóng trên cuộn dây.
Từ những khảo sát về tổn thất công suất trong máy máy biến áp thấy rằng
nguyên nhân phát nhiệt trong máy biến áp là do tổn thất công suất. Vì vây, vai trò của
dầu cách điện dùng trong máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La là rất quan
trọng.
1.3.

Dầu cách điện dùng trong máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La
Dầu dùng cho máy biến áp 500kV – Công ty thủy điện Sơn La được đơn vị

cung cấp vận chuyển tới nhà máy theo các “Téc” chứa và có các thông số cơ bản như
sau:
1.3.1. Thông số kỹ thuật của dầu cách điện
Bảng 1-2: Thông số kỹ thuật chính của dầu cách điện – Công ty thủy điện Sơn La
Thông số và xuất xứ dầu cách điện 45#-KI45AX-Kunlun Lubricant
Nhà sản xuất: Xinjiang Karamay Lubricating Oil Plant of Petro China

Màu (sắc kế ASTM D1500)

≤ 0,5

PCB (ASTM D4059)

ND

22


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

Thông số và xuất xứ dầu cách điện 45#-KI45AX-Kunlun Lubricant
Phản ứng

Trung tính

Chỉ số trung hòa a xít (ASTM D947)

≤0,02mg KOH/g

Chất ăn mòn lưu huỳnh (ASTM D1275)

Không ăn mòn

Chất vô cơ clorua và sunfat (ASTM D878)

không

Chỉ số hơi nhũ tương (ASTM D1935)

≤ 25s

Điểm chớp cháy cốc kín (ASTM D92)

≥ 1450C

Điểm đông đặc (ASTM D97)

-45,60C

Độ nhớt (ASTM D88)
-Ở 37,80C

62SSU (10cSt)

-Ở 00C

320SSU (60cSt)

Tỷ trọng ở 200C (ASTM D1298)

≤ 0,895g/cm3

Sức căng bề mặt (ASTM D971)

≥ 40dynes/cm

Hằng số điện môi (ASTM D924)

2,2

Độ bền cách điện (ASTM D1816)

≥ 50kV

Hàm lượng nước theo khối lượng (ASTM D1533)

≤ 30ppm

Khối lượng hình thành lắng cặn (ASTM D1313)

≤ 0,035%

Polychlorinated biphenyl theo khối lượng (ASTM D3487 < 1ppm
Hàm lượng khí lớn nhất (ASTM D831)

0,5%

1.3.2. Tính chất của dầu cách điện dùng trong máy biến áp 500kV
Dầu cách điện cho các máy biến áp 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La có tính
chất điển hình như sau:
-

Cách điện giữa cuộn dây và lõi thép

-

Làm mát các bộ phận phát nhiệt trong máy biến áp

-

Có tính lưu thông tốt để nâng cao hiệu quả làm mát bằng việc tuần hoàn dầu
có làm mát cưỡng bức (bằng không khí)

23


Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

-

Độ bền nhiệt và độ bền ôxy hóa cao

-

Chống tạo cặn cácbon khi phát sinh hồ quang, tia lửa điện.

-

Dập hồ quang…

1.3.2.1.

Tính chất cách điện

Rõ ràng nhận thấy được rằng: Dầu có chất lượng tốt thì cường độ cách điện là
cao và đó cũng là điểm đánh giá về chất lượng của dầu cách điện.
Cường độ cách điện của dầu là điều kiện quan trong đảm bảo thiết bị được vận
hành an toàn.
Hệ số điện môi của không khí rất thấp so với hệ số điện môi của dầu cách điện
(giá trị của không khí 20kV/mm÷30kV/mm mà giá trị cao nhất của dầu cách điện là
150kV/mm). Nếu cuộn dây của máy biến áp bọc bằng vải hay là bọc bằng các chất
cách điện khác và để trong không khí thì hệ số điện môi rất nhỏ nhưng nếu đem đặt vào
dầu cách điện thì hệ số điện môi tăng lên rất nhiều. Khi sử dụng máy biến áp mà có
chứa dầu cách điện không nhiều thì thường xuyên sinh ra hiện thượng điện áp đánh
thủng ở dầu dây và vỏ máy, nguyên nhân là vì không có dầu làm cách điện nên hệ số
điên môi nhỏ. Do đó, thấy rằng dầu có khả năng cách điện là cực kỳ quan trọng trong
máy biến áp có chứa dầu để bảo vệ cho máy biến áp được vận hành an toàn.
Dầu cách điện dùng trong các máy biến áp 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La
có giá trị điện áp cách điện lên đến 90kV/2,5mm (áp dụng phương pháp đo theo tiêu
chuẩn Quốc tế IEC 60156).
1.3.2.2.

Tính làm mát

Khi máy biến áp vận hành ở các chế độ, điều kiện khác nhau…Dòng điện trong
cuộn dây làm cuộn dây nóng lên, nếu không kịp thời làm cuộn dây nguội đi, nhiệt sẽ
tích tụ trong cuộn dây, khi nhiệt độ tăng cao đến quá cao, chất cách điện của cuộn dây
sẽ bị hỏng, có khi cháy cuộn dây. Dầu cách điện có thể giải trừ nhiệt độ liên tục.
Khi máy biến áp làm việc, cuộn dây nóng lên làm cho dầu ở phần phía trên đỉnh
của máy biến áp có nhiệt độ cao hơn phần ở phía dưới. Căn cứ vào nguyên lý, nhiệt độ

24

Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ, Khóa 2011B

Nguyễn Thanh Hải

dầu tăng lên thì tỉ trọng giảm, dầu ở phần đáy sẽ đối lưu với dầu ở phần phía đỉnh, kết
quả là dầu sẽ lưu thông vào bộ phân phân tán nhiệt (bộ phận tản nhiệt). Nhờ có tác
dụng đối lưu do nhiệt, nhờ có bộ phận tản nhiệt nên nhiệt độ của cuộn dây được giảm
bớt và lượng nhiệt được tỏa ra môi trường.
Do đó, tránh được tổn hại do nhiệt lượng tích tụ tại cuộn dây gây ra (một số
thiết bị được trang bị bộ phận tản nhiệt hiện đại để hỗ trợ tản nhiệt đô dầu của máy
biến áp). Đảm bảo cho thiết bị được vận hành an toàn.
1.3.2.3.

Độ bền nhiệt

Nhiệt độ chớp cháy cốc kín là một đại lượng đặc trưng cho phần nhẹ chứa trong
các sản phẩm hay phân đoạn, và cũng do đó nếu trong phân đoạn có chứa nhiều sản
phẩm nhẹ, dễ bay hơi, khi chúng được chứa trong các bể chứa, trong pha hơi của chúng
có một lượng hydrocacbon lại nằm giữa giới hạn nổ thì sẽ rất nguy hiểm, dễ xảy ra
cháy nổ khi có tia lửa.
Dầu bị nhiệt phân giải, không ngừng bốc ra hơi có thể cháy được. Nhiệt độ càng
cao thì hơi bốc ra càng nhiều. Khi dầu bị nóng đến nhiệt độ nào đó, hơi dầu có thể cháy
được. Hỗn hợp với không khí trên bề mặt, hơi dầu gặp ngọn lửa sẽ bốc cháy rồi tắt.
Nhiệt độ tại đó được gọi là điểm chớp cháy của dầu.
Điểm chớp cháy của dầu có được đảm bảo một phần là do việc bảo quản, cách
sử dụng dầu cách điện.
Để thiết bị vận hành được an toàn thì điểm chớp cháy cốc kín của dầu cách điện
dùng cho máy biến áp 500kV không được phép giảm quá 50C so với lần thí nghiệm
trước đó.

Dầu cách điện dùng trong các máy biến áp 500kV tại Công ty thủy điện Sơn La
có giá trị chớp cháy cốc kín lên tới 1450C (áp dụng phương pháp đo theo tiêu chuẩn
Quốc tế ASTM D93)

25