1. Các nguyên nhân làm hỏng máy biến áp như sau:
a) Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá mức cho phép do những hư hỏng trầm trọng xảy ra trong mạch từ:
– Cách điện giữa các lá thép bị hỏng do bị già cỗi vì thời gian làm việc lâu vượt quá tuổi thọ của chúng hoặc do những hư hỏng cục bộ.
– Cháy trong các lá thép do hỏng cách điện của chốt thép tạo ra ngắn mạch hoặc hư hỏng cục bộ cách điện giữa các lá thép gây ngắn mạch giữa chúng.
– Ngắn mạch cục bộ các lá thép do có vật kim loại nào đó gây ngắn mạch.
– Do lực ép mạch từ yếu, chi tiết bắt chặt bị lỏng ra, các lá thép ngoài cũng bị tụt ở trụ quấn dây hoặc gông từ, hoặc do điện áp sơ cấp cao quá giá trị định mức từ đó dẫn đến máy bị rung và kêu tới mức không cho phép.
b) Do cuộn dây trong máy bị chập nhau.
Hiện tượng chập cuộn dây là do cách điện của cuộn dây bị già cỗi hay quá tải bị kéo dài, chế độ làm mát không đảm bảo, do hư hỏng cơ giới của cách điện vòng dây khi sự cố.
– Cuộn dây bị nhô lên khỏi mặt dầu vì mức dầu thấp quá mức.
– Cuộn dây bị đánh thủng ra vỏ là do cách điện có vết nứt hoặc bị sứt mẻ.
– Ngắn mạch giữa các vòng dây của cuộn dây, nguyên nhân chủ yếu là cách điện bị phá huỷ, dầu biến áp bị ẩm, dòng điện ngắng mạch chạy qua dầu qua vỏ, gây ngắn mạch xuống đất hay ngắng mạch giữa các pha.
Hiện tượng các vòng dây bị chập chiếm 70 % trong tổng số hư hỏng máy biến áp. Chất cách điện của cuộn dây trong máy bị hỏng nhanh khi máy biến áp làm việc liên tục ở nhiệt độ 1050C. Ngắn mạch giữa các cuộn dây xuất hiện lực điện động của dòng điện ngắn mạch gây biến dạng cuộn dây và dịch chuyển theo hướng dọc trục. Thường hiện tượng này xảy ra cùng hiện tược chạm vỏ của các cuộn dây.
c) Ngắn mạch giữa các pha.
Nguyên nhân chủ yếu là cách điện giữa các pha bị hỏng. Dạng này ít xảy ra. Khi xảy ra thường kèm theo hiện tượng hút dầu qua ống phòng nổ vì đây là sự cố lớn, dầu bị sôi mạnh, áp suất trong máy rất lớn.
d) Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây.
Nguyên nhân chủ yếu là do các đầu nối bị phá huỷ bởi lực cơ học, lực điện động của dòng ngắn mạch, tiếp xúc không chặt. Khi đứt mạch xuất hiện hồ quang làm phân tích dầu, từ đó có thể gây ngắn mạch các pha và phóng điện ra vỏ.
e) Hư hỏng các sứ đầu vào máy biến áp.
Do cách điện của sứ đầu vào của máy biến áp hỏng gây chạm vỏ hay phóng điện giữa các pha. Sứ đầu vào bị nứt hay cạn dầu, mặt trong của sứ bị bẩn, chim thú sa vào, chạy trên mặt máy biến áp. Sự phóng điện giữa các sứ đầu vào xuống vỏ và tạo thành hồ quang dẫn điện dẫn đến chảy dầu, gây cháy nổ. Hiện tượng này do ngoài sứ bị lớp bụi bẩn, ẩm dẫn điện. Ống cách điện bakelít bẩn, nứt, dầu cách điện trong sứ bị phân tích thành ôxit các bon và axit.
f) Do những sai lầm của công nhân vận hành.
Do thao tác nhầm khi bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp: do sơ suất khi sử dụng lửa trong khi vận hành máy biến áp.
g) Do tác động của thiên nhiên.
– Khi mưa giông máy biến áp có thể bị sét đánh thẳng nếu hệ thống thu lôi chống sét không đảm bảo độ tin cậy, khi có sét đánh trên đường dây tải điện, điện áp của sét theo đường chạy vào trong máy gây quá điện áp trong máy biến áp, nếu các thiết bị chống sét (kiểu van, kiểu ống tác động không kịp thời hay không tác động sẽ gây cháy máy).
– Nổ máy biến áp là do sự cố trở kháng thấp dẫn đến phóng hồ quang một khi dầu mất đi đặc tính cách điện. Khi đó dầu bốc hơi, khí thoát ra bị nén lại do quán tính của chất lỏng ngăn không cho khí dãn nở. Chênh lệch áp suất giữa các bọt khí tạo ra và dầu lỏng xung quanh gây ra các đợt sóng áp suất lan truyền và tương tác với kết cấu thùng máy biến áp. Sóng áp suất gây tăng áp dẫn đến nổ thùng máy. Các vụ nổ như vậy thường gây thiệt hại hết sức tốn kém cho các thiết bị điện.
2. Mô tả bộ bảo vệ máy biến áp “tranformer protector”
Nhận thấy việc phòng chống nổ máy biến áp là giải pháp hiệu quả duy nhất để tránh tổn thất tài chính, công ty SERGI đã thiết kế bộ bảo vệ máy biến áp và đã được cấp bằng sáng chế trên thế giới.
Bộ bảo vệ máy biến áp (transformer protector – TP) là một hệ thống cơ khí bị động, chỉ kích hoạt khi áp suất bên trong máy biến áp đạt tới mức nhất định trong quá trình ngắn mạch. Do đó, thiết bị TP có độ tin cậy rất cao, không thể kích hoạt sai. Thiết bị TP được thiết kế để bảo vệ thùng máy biến áp chính, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải (OLTC) và hộp cáp dầu.
Bộ bảo vệ TP gồm có 7 bộ phận chính (xem Hình 1):
Hình 1. Máy biến áp có trang bị bộ bảo vệ TP gồm hai bộ giảm áp
1. Bộ giảm áp thùng dầu máy biến áp (VDS);
2. Bộ giảm áp OLTC (OLTC DS);
3. Thùng dầu phụ, ở đây được sử dụng để ngăn cách dầu và khí nổ sinh ra khi ngắn mạch (SOGST);
4. Ống thoát khí đưa khí nổ ra an toàn (EGEP);
5. Bộ xả khí tự động ();
6. Tủ TP, nơi đấu nối tất cả các cáp và đặt chai nitơ.
7. Ống đưa khí Nitơ vào
Khi xảy ra sự cố điện, ngay khi hồ quang điện xuất hiện, một lượng lớn khí dễ nổ thoát ra. MJ đầu tiên sinh ra 2,3 m3 khí dễ nổ, trong khi đó 100 MJ chỉ sinh ra 4,3 m3. Lượng lớn khí này sinh ra chỉ trong 1 ms đầu tiên tạo nên đỉnh áp suất động di chuyển với tốc độ âm thanh (khoảng 1.200 m/s) bên trong dầu máy biến áp. Đỉnh áp suất động đầu tiên này của xung sóng, do sự cố điện gây ra, sẽ kích hoạt bộ TP trước khi hình thành áp suất tĩnh. Sau đó, bộ TP sẽ giảm áp suất máy biến áp chỉ trong vài mili giây trước khi áp suất bên trong thùng máy đạt tới giới hạn áp suất thiết kế. Do vậy sẽ ngăn ngừa hiện tượng nổ thùng máy.
Hình 2. Áp suất gia tăng trong máy biến áp, bên trái hình 2 là không có thiết bị bảo vệ TP và bên phải có đặt thiết bị bảo vệ TP
Ngay khi bộ TP kích hoạt, cơ năng được thoát ra và máy biến áp được bảo vệ ngay cả khi hồ quang điện phóng trong 1 tới 2 giây. Dầu và khí sau đó sẽ nhanh chóng được dẫn từ thùng máy biến áp qua buồng giảm áp tới thùng dầu phụ. Trong thùng dầu phụ, khí sẽ được ngăn cách với dầu và chuyển ra khu vực ngoài an toàn. Tiếp theo đó, nitơ sẽ được bơm vào để toàn bộ máy biến áp được an toàn, nguội đi và sẵn sàng để sửa chữa.
3. Tham khảo: Tài liệu TP của hãng SERGI
(Hoàng P11)
