Máy biến áp khô và xu hướng phát triển
Ngày phát hành : 17/02/2013
Trong các hệ thống điện ngày nay, cứ mỗi kW công suất nguồn điện cần phải có khoảng 5 – 6kVA công suất máy biến áp. Tổng thất điện năng trong các máy biến áp chiếm tới gần 30% toàn bộ tổn thất điện năng trong các lưới điện.

Do đó máy biến áp là một trong các thành phần chủ yếu của các hệ thống điện, có ý nghĩa quyết định tới tính kinh tế của chúng. Đến những năm cuối của thế kỷ 20 hầu như tất các các máy biến áp đều thuộc loại máy biến áp dầu, trong đó dầu đóng vai trò vừa hỗ trợ làm mát các cuốn dây, vừa làm tăng độ bền cách điện của chúng. Chất lượng dầu ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy, tuổi thọ của máy biến áp. Trong quá trình vận hành cần phải thường xuyên theo dõi tình trạng dầu để kịp thời phát hiện những thay đổi tính chất của dầu thông qua việc xác định hàng loạt các chỉ tiêu quan trọng như tạp chất cơ khí và carbon lơ lửng, độ bền cách điện, chỉ số acid, nhiệt độ chớp cháy của dầu, độ nhớt, độ trong, độ ổn định, góc tổn thất điện môi.

 

Để quản lý chất lượng dầu cần phải trang bị nhiều phương tiện kỹ thuật, cần có các cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật giỏi, biến chế công nhân đông đảo với tay nghề cao... Mặt khác, với số lượng lớn máy biến áp dầu thì nguy cơ cháy, nổ luôn luôn thường trực, đe doạ sự cố thiết bị và gây tai nạn cho người, ô nhiễm môi trường xung quanh.

Vào những năm 50 của thế kỷ trước, một số nước đã chuyển sang sử dụng một số loại dầu chống cháy, nổ. Trong số đó phần lớn là loại dầu sô vốn rất độc hại và không bị phân huỷ. Từ năm 1970 loại dầu nói trên đã bị cấm sử dụng do độc tố của nó ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ con người và môi trường, ngay cả khi hàm lượng dầu sô vốn rất nhỏ lẫn trong dầu máy biến áp thông thường.

Xu thế tất yếu của sự phát triển máy biến áp khô

Nhược điểm quan trọng của máy biến áp dầu như đã nêu trên là nguy cơ cháy, nổ. Do đó một vấn đề tất yếu đặt ra là phải tìm cách loại bỏ nguy cơ tiềm tàng đó: chế tạo loại máy biến áp không có dầu, mà các chuyên gia quen gọi là máy biến áp khô. Thực ra ý tưởng chế tạo máy biến áp khô đã có từ nửa đầu thế kỷ trước, nhưng vào thời kỳ đó các vật liệu dẫn điện, cách điện, thép từ... các trang bị bảo vệ, đo lượng, điều khiển còn lạc hậu không cho phép phát triển máy biến áp khô như những năm gần đây. Ngày nay, máy biến áp khô được sử dụng ngày càng nhiều vì những yếu tố sau:

- Nhờ việc chế tạo ra tôn silic có tổn hao dòng điện Fuko thấp kết hợp với việc sử dụng bối dây cuốn bằng đồng lá, lõi thép xếp kiểu bậc thang, khe hở nhỏ nên độ ồn thấp không gây ô nhiễm môi trường như các máy biến áp dầu hiện hành (tiếng ồn của các máy biến áp dầu ở khoảng cách 1m thường xấp xỉ 80db gây tác hại đến sức khoẻ nhân dân xung quanh). Việc thiết kế tối ưu các phần tử máy biến áp khô trên máy tính đã bổ sung thêm các ưu việt của nó: tiết kiệm điện năng đáng kể nhờ giảm được tổn thất thép từ (tổn thất không tải dòng Fuko và tổn thất đồng, tổn thất có tải), máy biến áp vận hành với độ ồn thấp.

- Nhờ thiết kế trên máy tính, việc lựa chọn các thông số được tối ưu hoá, công nghệ chế tạo thép silic, sơn tẩm ngày càng hiện đại, hệ thống đo lường, điều khiển, bảo vệ ngày càng hoàn thiện nên độ tin cậy và tuổi thọ của máy biến áp khô rất cao.

- Máy biến áp khô đạt được các tiêu chuẩn môi trưởng HD484 của EU về điều kiện khí hậu (C0, C1, C2), môi trường (E0, E1, E2) và chịu lửa (F0, F1, F2).

- Công suất của máy biến áp khô khá lớn. Các máy biến áp khô dùng cho hệ thống phân phối được chế tạo với công suất từ 50 đến 2.500kVA, các máy biến áp khô điện lực (dry power transformer) có công suất từ 10.000 đến 20.000kVA/35kV và trong tương lai công suất sẽ còn lớn hơn.

- Máy biến áp khô được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phân phối điện, hệ thống tự dùng của các nhà máy điện, hệ thống kích từ, hệ thống cung cấp điện đầu máy chạy trên đường sắt, xe điện ngầm, nhà máy điện nguyên tử. Máy biến áp khô còn được sử dụng phổ biến cho các khách sạn, sân vận động, xí nghiệp hoá dầu, sân bay, dàn khoan và đặc biệt sử dụng ở nơi có yêu cầu phòng hoả nghiêm ngặt.

- Máy biến áp khô có khả năng chịu quá tải. Đối với những nơi phụ tải không đồng đều trong ngày như điện chiếu sáng, khu văn hoá, máy điều hoà nheịet độ... có thể chọn công suất của các máy biến áp khô nhỏ hơn phụ tải để tận dụng khả năng chịu quá tải của chúng. Thời gian vận hành chính của máy biến áp sẽ ở trạng thái quá tải hoặc quá tải ít.

Khi sử dụng máy biến áp khô có thể giảm bớt công suất dự phòng của chúng hoặc giảm số máy biến áp khô dự phòng.

Sản xuất máy biến áp khô ở Trung Quốc

Máy biến áp khô bắt đầu được sản xuất ở Trung Quốc mới hơn 10 năm nhưng tốc độ phát triển rất nhanh. Đến năm 1991 số lượng máy biến áp khô mới chỉ chiếm 1,3% tổng số máy biến áp trong cả nước thì năm 2000 tỷ lệ đó đã đạt 6,9%. Riêng các thành phố lớn như Bắc Kinh, Quảng Châu, Thẩm Quyến tỷ lệ đó đã tăng tới 50%. Ở các thành phố lớn và vừa khác tỷ lệ máy biến áp khô đạt itừ 15 đến 20%. Tốc độ phát triển nhanh như vậy đã chứng tỏ tính ưu việt của máy biến áp khô so với máy biến áp dầu, đặc biệt là những ưu điểm như: gọn, nhẹ; phù hợp với môi trường ẩm, bụi; khả năng kháng xung, chống hoả hoạn, chịu quá tải; không gây độc hại cho môi trường; ít đòi hỏi về bảo dưỡng, sửa chữa; không gây tiếng ồn...

Hiện nay sản lượng máy biến áp khô của Trung Quốc đã đạt tới 10 triệu kVA mỗi Năm. Trung Quốc đã trở thành một trong những nước sản xuất và sử dụng nhiều máy biến áp khô trên thế giới. Tập đoàn Nigbo Tianan đã chế tạo các loại máy biến áp khô kiểu SC8 (3 pha, cách điện cao su) với vật liệu chất lượng cao, công nghệ tiên tiến, quá trình chế tạo được kiểm soát nghiêm ngặt và thiết bị đạt tiêu chuẩn cấp 1 quốc tê. Tập đoàn còn chế tạo các loại máy biến áp khô kiểu SC (B) 9; SC (B) 10 với đặc điểm tổn thất và độ ồn thấp, máy biến áp gọn. Tập đoàn Chint cũng chế tạo máy biến áp khô cách điện cao su êpôxy kiểu SC (B) 9, công suất từ 30 đến 2500kVA/10KV và máy biến áp khô kiểu SG10, công suất từ 100 đến 2500KVA, cách điện cấp H, có các đặc tính ky thuật hoàn hảo, an toàn và đáp ứng được yêu cầu bảo vệ môi trường.Các chuyên gia Trung Quốc cho rằng, thế kỷ 21 là thế kỷ của máy biến áp khô. Với những ưu điểm vượt trội so với máy biến áp dầu và với xu thế phát triển nhanh chóng trên thế giới như hiện nay, chúng ta chắc cũng đồng tinh với quan điểm đó.

Nói về máy biến áp khô thì về cơ bản nguyên lý làm việc và cách bố trí cuộn dây không có gì khác máy biến áp dầu.

1. Máy biến áp khô cuộn dây cách điện bằng Epoxy (cuộn dây được đúc hoặc tẩm Epoxy).

2. Máy biến áp khô làm mát bằng không khí tự nhiên (AN) hoặc không khí thổi cưỡng bức bằng quạt AN/AF). Do đó không cần có vỏ thùng để chứa dầu như máy biến áp dầu.

3. Về lõi tôn máy biến áp khô thì tương tự như chế tạo máy biến áp dầu thôi.

Hiện nay tiêu chuẩn riêng về máy biến áp khô Việt Nam chưa ban hành. Tuy nhiên các thông số tổn hao vẫn lấy theo TCVN. Tuy nhiên có các tiêu chuẩn IEC về máy biến áp khô như:

- IEC 60076-1,2,3,4,5. Dành chung cho máy biến áp.

- IEC 60076-11. Dành riêng cho máy biến áp khô.

- IEC 826. Dành riêng cho máy biến áp khô.

Máy biến áp khô, sự thay thế tốt cho loại dùng chất lỏng cách điện. Công nghệ máy biến áp, cũng như các công nghệ khác, đã phát triển trong hơn 50 năm qua. Tuy nhiên, các máy biến áp chứa chất lỏng (đặc biệt là chứa PCB) đã gây ra những vấn đề về môi trường do sự rò rỉ, và những vấn đề khác khiến các nhà đầu tư phải tìm kiếm những loại thay thế máy biến áp loại khô, dùng dầu thô, silicon là một số loại được chọn để thay thế cho các máy biến áp chứa PCB.

Máy biến áp có thể phân chia làm 3 nhóm chính theo loại chất làm mát được sử dụng.

Trong MBA chứa chất lỏng, các chất dùng làm mát và cách điện có thể là dầu thô, chất lưu chứa silicon, hydrocacbon béo, ester hay các chất lưu tương tự khác tồn tại được ở trạng thái lỏng trong suốt quá trình làm việc của máy biến áp.

Trong máy biến áp ngưng hơi lỏng, lõi và các cuộn dây được ngâm trong một chất lưu có điểm sôi thấp như Tri-tetra clobenzen. Khi loại chất lưu này bay hơi, chúng mang theo nhiệt của máy biến áp, và sau đó chuyển về dạng lỏng do bị ngưng hơi trong ống tản nhiệt.Trong máy biến áp khô, ta sử dụng không khí làm chất cách điện và làm mát. Trải qua 25 năm, đã có những bước cải tiến công nghệ đáng kể cho loại máy biến áp này. Hiện nay, các máy biến áp khô đã được chế tạo đến 35 máy biến áp và điện áp lưới 44 kV. Hầu hết các loại máy biến áp này được sản xuất với sự thấm áp suất chân không trong polyester hay sơn dầu chứa silicon.

Với những điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn, máy biến áp nhựa đúc và gắn epoxy VPI cũng được phát triển và ứng dụng.

Tiêu chuẩn để lựa chọn MBA

Do chi phí cáp và bus trong lĩnh vực hạ áp khá cao, hiện nay đang có xu hướng chuyển các đường dây cao áp về gần với phụ tải. Nhờ đó lượng các máy biến áp được đặt ở những nơi đông dân cư, nơi rủi ro cháy nổ có thể được giảm đến mức tối thiểu. Hơn nữa, do nguy cơ cháy nổ cao nên trong các ngành công nghiệp khai khoáng và hoá chất nhất thiết phải dùng các thiết bị không bắt lửa, do đó trước hết các chất lỏng đã được sử dụng.

Để giảm thiểu nguy cơ cháy, chất làm mát thường là chất khó cháy có điểm cháy và phát quang thấp. Thêm nữa, nếu bắt lửa thì nó phải có tốc độ lan truyền lửa chậm. Nhà máy Mutual đang đảm nhận việc tập trung nghiên cứu về tốc độ dẫn và giải phóng nhiệt bức xạ khi các máy biến áp xảy ra chát. Tốc độ giải phóng nhiệt sẽ xác định các vật liệu bao quanh bắt lửa nhanh như thế nào. Hiển nhiên là chúng ta trông chờ một tốc độ chậm nhất có thể.

Các vấn đề liên quan đến môi trường và sức khoẻ

Sức khoẻ luôn là vấn đề nhạy cảm và giờ đây vấn đề liên quan đến môi trường cũng ngày càng được quan tâm. Từ đầu những năm 1970, polychlorinated biphenyls (PCBs) đã được biết đến với nhiều nguy cơ ảnh hưởng đến sức khoẻ, việc sử dụng chúng đã chính thức bị cấm tại hầu hết những nước có ý thức về môi trường. Khi lựa chọn giải pháp máy biến áp tốt nhất, cần thiết phải sử dụng các vật liệu không gây tác hại tới môi trường. Mặc dù các yếu tố có hại liên quan đến sức khoẻ của các phương tiện làm mát trong máy biến áp như các chất lưu chứa silic và dầu thô hiện nay được coi như không đáng kể, chúng ta không thể không quan tâm đến ảnh hưởng đối với môi trường khi xảy ra sự cố trong một máy biến áp. máy biến áp khô sử dụng không khí là chất làm mát, đã giảm thiểu nguy cơ ảnh hưởng đến sức khoẻ và môi trường. Các cấu trúc của thiết bị hỗ trợ và chất cách điện này được xem là an toàn về mặt môi trường cho tất cả các loại máy biến áp.

Việc sử dụng máy biến áp khô với chi phí năng lượng ngày càng tăng, sự giới hạn về không gian, những tổn hao và kích cỡ của máy biến áp là yếu tố sống còn. Những bước tiến về công nghệ trong lắp đặt máy biến áp loại khô sẽ dẫn đến việc giảm đáng kể các kích thước. Mặc dù lõi và dây quấn loại khô lớn hơn so với máy biến áp làm mát bằng chất lỏng cùng công suất, các chiều nói chung của máy biến áp loại khô là nhỏ hơn. Do đó, các máy biến áp khô không đòi hỏi nhiều không gian cho bộ tản nhiệt.

Các tổn hao không tải trong máy biến áp làm mát bằng chất lỏng có xu hướng thấp hơn một chút so với loại khô. Tuy nhiên, sự khác biệt thực sự chỉ xuất hiện khi ở chế độ có tải. Các máy biến áp khô có thể vận hành ở nhiệt độ cao hơn, vì vậy có thể giảm tổn hao và điện trở nhiệt cũng nhiều hơn.Do chất lỏng có tính chất hấp thụ âm thanh, nên các máy biến áp làm mát bằng chất lỏng có cấp dao động với âm thanh tương đối thấp. Tuy nhiên, các cấp tổn hao thấp và các cấp âm thanh theo sau thấp hơn có thể tác động tương đối đến giá cả và kích cỡ mỗi loại máy biến áp.

Vì không có vách ngăn bộ tản nhiệt sử dụng trong máy biến áp khô, ta có thể dễ dàng xác định giới hạn làm việc của bus trong bất kỳ vị trí mong muốn nào. Điều này dẫn đến phải phối hợp cơ cấu chuyển mạch cực kỳ đơn giản và thoả mãn về mặt thẩm mỹ. Đồng thời, các máy biến áp đòi hỏi phải có khoang đóng cắt, do đó làm tăng thêm chi phí. Điều này cũng làm tăng thêm các không gian bắt buộc hay sự lắp đặt không cần thiết. Chi phí tính toán đầu tiên được cho ở bảng 3, nhưng tổng chi phí lắp đặt sẽ lớn hơn với người sử dụng. Hơn nữa, các van giải phóng áp suất dùng cho các bộ phận đóng kín, và trong một số khoang đóng cắt để liên kết bus, tất cả sẽ làm cho tổng chi phí lắp đặt tăng lên. Với một số công trình, tỉ lệ giải phóng nhiệt của các chất lỏng trong máy biến áp có thể đòi hỏi nhiều không gian khí ở bên trên và xung quanh máy biến áp hơn.

Công tác bảo dưỡng máy biến áp đòi hỏi mức độ bảo dưỡng thấp. Các máy biến áp loại khô đòi hỏi kiểm tra định kỳ và lau sạch bụi hàng năm. Các máy biến áp làm mát bằng chất lỏng cũng đòi hỏi kiểm tra rò rỉ và ôxy hoá định kỳ. Các chất lỏng làm mát cần phải được giám sát và thay thế khi cần thiết. Hoạt động làm việc của quạt và các bộ đo cần phải kiểm tra từng năm. Ngày nay, các máy biến áp đã được lắp ráp từ những bộ phận có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, trong trường hợp khó khăn, các máy biến áp khô có thể dễ dàng kiểm tra và sửa chữa trực tiếp tại khu vực.

Với các máy biến áp làm mát bằng chất lỏng, lõi sắt và dây quấn cần phải tháo khỏi thùng khi kiểm tra. Điều này sẽ gây ra chi phí tốn kém và việc sửa chữa ngay tại khu vực khó thực hiện được. Việc lắp ráp lõi sắt và dây quấn trong máy biến áp chứa dầu phải được cách li khỏi tiếp xúc với không khí khi thùng chứa được hàn kín; không khí chỉ được đưa qua ống thông gió trong loại máy biến áp cho không khí đi vào. Chi phí chỉ tăng nhẹ với loại máy biến áp dầu trong nhà, do đó các loại máy biến áp chứa dầu thường được ứng dụng cho lắp đặt ở ngoài trời.

Các máy biến áp khô cũng phù hợp với các ứng dụng ngoài trời theo chỉ dẫn của EEMAC và NEMA loại 3R và 4. Tuy nhiên, chúng cũng đòi hỏi chi phí cao hơn loại máy biến áp lắp đặt trong nhà.

Kết luận

Hiện nay, giải pháp duy nhất là các máy biến áp làm mát bằng chất lỏng trên 35 MVA và trên 250 kV BIL. Nói chung với các loại ứng dụng ngoài trời, nếu không cần quan tâm tới yếu tố môi trường thì các MBA chứa dầu là có chi phí đầu tư thấp nhất. Với loại ứng dụng có điện áp cao hơn ở những nơi có nguy cơ về cháy, các máy biến áp silicone thường được lựa chọn, nhưng ta phải xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường.Tuy nhiên, với các ứng dụng trong nhà hay ngoài trời, lên tới 250kV BIL hay 35 MVA (45 máy biến áp cho loại có quạt làm mát bổ sung), các máy biến áp khô mang lại một giải pháp hiệu quả kinh tế nhất với nhiều lợi thế về mặt thiết kế, và gần như không có nguy cơ tác động đến môi trường hay sức khỏe /Views/Files/.

DAMEE

 

Gửi phản hồi

Điền đầy đủ thông tin(*)

Tên: (*)
Địa chỉ E-Mail:  
Website của bạn nếu có

Bình luận bài viết với facebook