Nghiên cứu, thiết kế máy lọc dầu cách điện cho máy biến áp công suất lớn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (441.44 KB, 6 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY LỌC DẦU CÁCH ĐIỆN

CHO MÁY BIẾN ÁP CÔNG SUẤT LỚN

Hoàng ngọc nhân

Túm tt: Ngy nay, việc sử dụng máy biến áp công suất lớn trong hệ thống 
truyền tải và phân phối điện năng ngày càng lớn. Dầu trong máy biến áp có ý nghĩa 
đặc biệt quan trọng trong việc làm mát máy biến áp trong quá trình làm việc. Theo 
yêu cầu cơng nghệ thì điện áp đánh thủng của dầu phải lớn (>70kV), hàm lượng 
nước trong dầu <2 ppm, hàm lượng khí trong dầu <0,1% (theo thể tích). Bài báo 
này trình bày một số kết quả bước đầu nghiên cứu và thiết kế máy lọc dầu cách 
điện cho máy biến áp công suất lớn nhằm đảm bảo chất lượng dầu theo yêu cầu 
nêu trên. Các tính tốn thiết kế được đề xuất sao cho q trình hoạt động tự động, 
tuần hồn kết hợp tách cặn bẩn, nước, khí bằng hệ thống chân khơng cho dầu được 
gia nhiệt, đồng thời có thể kết nối mạng công nghiệp trong việc đo lường, giám sát 
và chuẩn đốn lỗi từ xa.

Từ khóa: Máy biến áp, Máy lọc dầu, Dầu cách điện, Điện áp đánh thng

1. ĐặT VấN Đề

Ngy nay, mỏy bin ỏp cơng suất lớn đóng vai trị đặc biệt quan trọng trong hệ thống
truyền tải điện trên toàn thế giới nói chung và tại Việt nam nói riêng. Trước đây các máy
biến áp công suất lớn thường được nhập khẩu với giá thành cao. Năm 2011, lần đầu tiên tại
Việt Nam, Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh đã sản xuất và đóng điện thành cơng máy
biến áp 500kV cho trạm 500kV-150MVA Nho Quan-Ninh Bình. Điều này chứng tỏ khả
năng nội địa hóa được các sản phẩm có hàm lượng cơng nghệ cao ở Việt Nam có tính hiện
thực. Dầu trong máy biến áp có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc cách điện và làm mát
máy biến áp đặc biệt đối với máy biến áp cơng suất lớn. Do tính chất quan trọng của dầu
trong máy biến áp, nên trong máy biến áp 500kV ln có hệ thống giám sát dầu online để
đo đạc các thông số về dầu và cảnh báo sớm tình trạng của máy biến áp. Theo quy trình

chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa, thì dầu cách điện phải đáp ứng các thông số kỹ thuật cao
trước khi đưa vào máy biến áp như: hàm lượng nước trong dầu, hàm lượng khí gas trong
dầu,và điện áp đánh thủng phải đủ lớn. Do vậy, dầu trước khi sử dụng phải được lọc để

tách nước, khí gas, tăng điện áp đánh thủng… đảm bảo rằng các thông số của dầu đáp ứng

tốt cho máy biến áp. Theo tiêu chuẩn ISO 4406 quy định về dầu cách điện sử dụng trong

máy biến áp dưới 500kV là: nồng độ khí trong dầu ≤0,03%, nồng độ nước trong dầu

≤2ppm, điện áp đánh thủng ≥70kV (đo theo chuẩn IEC 156 1995). Hiện nay, trên thế giới

đã có các hãng sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp như MAXEI (Pháp), KATO (Nhật),

Globecore (Ukraine) [1]…đều có bán trên thị trường, tuy nhiên ở Việt nam chưa có đơn vị

nào nghiên cứu để sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp với chất lượng tương đương máy
của các nước phát triển, để làm chủ công nghệ và không phụ thuộc vào yếu tố nước ngồi.
Để đáp ứng u cầu trên, chúng tơi đã đề xuất nghiên cứu thiết kế mấy lọc dầu cho máy
biến áp công suất lớn.

Sau đây chúng tơi trình bày một số nội dung đề xuất, phân tích và đưa ra hướng giải
quyết trong thiết kế máy lọc dầu chất lượng cao.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

phin lọc thô được sử dụng trước khi dầu được gia nhiệt. Quá trình tách hơi nước và khí ga
được thực hiện nhờ bộ phận sấy nóng, phun sương trong chân khơng. Sau khi kiêm tra chất
lượng, dầu được bơm trở lại máy biến áp.

Hình 1. Mơ hình máy lọc dầu kết nối với MBA trong quá trình xử lý dầu. 
2.1. Sơ đồ tổng thể của hệ thống lọc dầu

Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu cho máy biến áp theo nguyên lý chân không và lọc
tuần hồn được thể hiện trong hình 2.

Hình 2. Sơ đồ tổng thể của máy lọc dầu.

Dầu sẽ được tách các cặn bẩn bởi các phin lọc thô và phin lọc tinh, mắt lọc càng bé thì
chất lượng dầu càng tốt, tuy nhiên nó sẽ ảnh hưởng đến lưu lượng của dầu. Thông thường
bộ lọc thô là các lưới lọc, và bộ lọc tinh với kích thước mắt lọc 1m. Để tách khí và hơi
nước trong dầu, chúng tôi dùng công nghệ chân không, dầu sẽ được gia nhiệt, theo các

nghiên cứu [2] và thực tiễn của các hãng, thì nhiệt độ gia nhiệt nên ở 700C. Nếu nhiệt độ

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

hóa. Nếu nhiệt độ thấp thì việc tách nước và khí hịa tan sẽ chậm hơn, dầu khó đạt được các
thơng số u cầu. Dầu được làm nóng sẽ được dẫn vào buồng chân khơng dưới dạng đầu
phun sương. Khí hịa tan và hơi nước sẽ được tách ra đi theo đường hút chân khơng ra
ngồi. Dầu sau khi lọc được đưa ra ngoài qua hệ thống bơm dầu ra. Quá trình lọc được thực
hiện một cách tuần hoàn, đến khi dầu sau khi lọc đạt được các thông số như yêu cầu.
2.2. Thiết kế các phần chính của hệ thống

- HƯ thèng läc th«, läc tinh

Hệ thống lọc thơ: được bố trí ngay đầu vào của hệ thống lọc. Các hạt rắn có lẫn trong dầu
cách điện làm giảm hoạt động an toàn. Mối quan hệ giữa tỷ lệ phần trăm hạt rắn trong dầu cách
điện với điện áp đánh thủng thơng qua luật logarit [3]. Càng ít sự tham gia của tạp chất thì độ
cách điện của dầu càng cao và ngược lại. Thông thường, phin lọc thô thường được dùng bằng
các sợi tự nhiên hoặc là các sợi tổng hợp. Thông qua các nghiên cứu, vật liệu chọn cho bộ lọc
thô được làm bằng polypropylene với tuổi thọ gấp 3 đến 5 lần các vật liệu tổng hợp trước đó
[2]. Thơng thường bộ lọc thơ có thể lọc những hạt rắn có đường kính lớn hơn 10um.

Hệ thống lọc tinh: Cũng được thiết kế giống hệ thống lọc thô, nhưng với đường kính
mắt lọc thơng thường nhỏ hơn 5um. Hình 3 thể hiện nguyên lý của hệ thống lọc và hình
ảnh phin lọc.

Hình 3. Hệ thống lọc và hình ảnh phin lọc.
- Thiết kế hệ thống tách nước bằng buồng chân khơng

Hình 4 trình bày thiết kế của buồng chân không khi dầu được đưa vào bình dưới dạng
phun sương dưới áp lực hút chân không của bơm chân

không. Chiều dày của vỏ bình được tính tốn và kiểm
nghiệm lại bằng phần mềm Inventor Autodest ở hai điều
kiện làm việc: Bình chịu áp suất trong và chịu áp suất ngoài.
Trong trường hợp chọn đường kính bình là 1000mm,
chiều cao thân bình là 1500mm với giới hạn kéo cho phép,
modul đàn hồi của thép CT3. Theo cơng thức tính của
chiều dày sơ bộ kết hợp với đại lượng bổ sung dung sai thì
chiều dày bình trong điều kiện bình chịu áp suất trong
được tính bằng 2,12mm và trong điều kiện bình chịu áp
suất ngồi được tính bằng 6,25mm.

Víi hai kÕt qu¶ vỊ chiều dày bình chân không như trên,
chúng ta chän chiỊu dµy cđa thµnh bình theo chuỗi tiêu
chuẩn là 8mm. Kết quả này được kiểm chứng lại bằng
phần mềm Inventor và cho kết quả tốt.

Hình 4. Thiết kế bình chân không.

1. Dầu vào

2. Dầu ra

3. Xả cặn bẩn

4. Lõi lọc

5. Thông khí

6. Gioang kÝn

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Đầu hút chân không được nối với bình ngưng và máy bơm chân khơng. Tùy theo yêu
cầu kỹ thuật và chi phí giá thành mà chọn bơm chân không cho phù hợp. Độ sâu của bơm
chân khơng càng tốt thì việc tách nước và khí hịa tan ra khỏi dầu càng hiệu quả. Trong các
hệ thống yêu cầu tốc độ lọc và hiệu suất lọc cao thì nên để hệ thống bơm chân không hai
cấp: bơm chân không và bơm root.

Theo nghiên cứu của chúng tơi thì đối với lưu lượng máy lọc dầu 6000l/h thì nên chọn
bơm với tốc độ 240m3/hvà áp suất <8.10-2mbar, tương ứng với loại SV300B của hãng

Leybold Vacuum.

- Tính toán, lựa chọn bộ điều khiển gia nhiƯt cho dÇu

Dầu cần lọc được gia nhiệt trong q trình lọc, nhiệt độ dầu có thể điều khiển được từ

50-700C. Tốc độ tăng nhiệt Δt trong một chu kỳ lọc thông qua máy lọc dầu cần chọn tỏng

khoảng từ 8 đến 150C [2] để đảm bảo dầu khơng bị lão hóa. Với lưu lượng 6000l/h, cơng

suất thanh gia nhiệt tính được khoảng 252kW. Với 12 thanh gia nhiệt được lựa chọn hình
chữ U trong hệ thống, mỗi thanh có cơng suất 21kW bảm bảo nhiệt lượng cần thiết.

- HÖ thèng èng dÉn dÇu

Cũng tương tự như khi tính tốn chiều dày của bình chân khơng, chúng tơi la chn

đường kính của ống dẫn dầu là DN40, thì chiêu dày của ống là 4 mm. ống được làm bằng

thộp cacbon. H thng ng c hàn nối vào nhau, chất lượng mối hàn được kiểm tra bằng
thiết bị siêu âm.

3. kÕt qu¶, th¶o ln

Từ các tính tốn, một hệ máy lọc dầu được thiết kế và trình bày trong hình 5. Các phần
tử của máy được vẽ chi tiết bằng phần mềm Inventor. Kích thước của máy khi hồn thiện là
1900x2530x2900mm tương đồng với các máy cùng chủng loại trên thế giới như của hãng

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

H×nh 5. Bản vẽ tổng thể máy lọc dầu 6000l/h.

Sau khi hoàn thiện, các tham số kỹ thuật như điện áp đánh thủng, kích thước hạt dầu,
nồng độ hơi ẩm, nồng độ khí hịa tan cần được kiểm tra. Để đi đến hồn thiện thiết kế, q
trình mơ phỏng lựa chọn tham số kỹ thuật tối ưu cần được thực hiện.

4. kÕt luËn

Bài báo đã trình bày một số phân tích, đề xuất nghiên cứu và thiết kế máy lọc dầu cho
máy biến áp với lưu lượng 6000l/h với chuẩn thông số dầu sau khi lọc có thể sử dụng trong
máy biến áp động lực: Điện áp đánh thủng lớn hơn 70kV, hàm lượng nước trong dầu

<1ppm, khí trong dầu <0.1% (theo thể tích). Hệ thống được thiết kế và tính tốn mơ phỏng
trên phần mềm Inventor. Phần điều khiển hệ thống được thực hiện dựa trên bộ điều khiển
khả trình PLC S7-1200 của Siemens. Việc sử dụng bộ điều khiển khả trình trong điều
khiển hệ thống giúp cho hệ thống hoạt động một cách linh hoạt, có thể đo và chuẩn đốn
lỗi từ xa mà các hệ thống đang có trên thị trường đều khơng cú.

Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu chi tiết về chu kỳ lặp, kiểm tra các chuẩn thông số
trong quá trình lọc sẽ được nghiên cứu chi tiết bằng kết quả mô phỏng và qua trình thực
nghiệm sẽ được tiến hành trong thời gian tới.

Li cảm ơn: Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Cơng Thương, đã ủng hộ tài chính 
cho chúng tơi trong việc thực hiện nghiên cứu này.

TµI LIƯU THAM KHảO

[1]. web www.maxei-group.com; www.katofl.com và www.globecore.com

[2]. CUI Liqin and all, “Study on the Insulating Oil Purification System of Ultra-High

Voltage (UHV) Transformer” Power and Energy Engineering Conference, 2009.
APPEEC 2009. Asia-Pacific

[3]. Wangwenchang, “The influence to the electrical properties on particles of

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Abstract

STUDY AND DESIGN A INSULATING OIL PURIFICATION SYSTEM FOR
ULTRA-HIGH VOLTAGE TRANSFORMER

Today, the use of Ultra-High Voltage (UHV) transformers in the transmission

system and distribution of electricity is growing. In transformer oil has special 
meaning important in transformer as cooling during transformer working. According 
to the technical requirements, the breakdown voltage of oil must be greater than 
70kV, the water content in oil <2ppm, gas content in oil <0.03%. Due to strict 
requirements, in this paper presents the research and design of insulating oil 
purification systeme for UHV transformers. Principle of operation of refineries base 
on the periodic filter, separated the residue by filtration systeme, dissolved air and 
water separation by vacuum systems for heating oil. Advantage of this system 
compared to the existing system on the market: The system works fully automated, 
flexible and reliable operation in industrial environments, can be connected in the 
industrial network communication to measurement, monitoring and remote 
diagnostics.

Keywords: Ultra-High Voltage Transformer, oil purification plant, Iisulation oil, Breakdown voltage.

Nhận bài ngày 11 tháng 10 năm 2014

Hoàn thiện ngày 10 tháng 4 năm 2015 
Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 4 năm 2015

</div>