Lựa chọn bộ điều áp dưới tải cho máy biến áp.
Sự lựa chọn bộ điều áp dưới tải (ĐADT) thích hợp cho từng máy biến áp (MBA) phải rất cẩn thận, mặt dù chi phí bộ ĐADT chỉ là một phần nhỏ của toàn bộ chi phí thiết bị. Theo kinh nghiệm của các hãng sản xuất, bộ ĐADT là một nhân tố quang trọng cho sự ổn định của toàn bộ thiết bị MBA. Do đó sự tính toán phải được thực hiện theo các tiêu chuẩn của bộ ĐADT để lựa chọn.
Tiêu chuẩn IEC nêu rõ nguyên tắc lựa chọn và các đặc điểm cần
xem xét về đặc tính kỹ thuật của bộ ĐADT. Ngoài ra tiêu chuẩn còn đưa ra
các thông tin cần thiết được nhà sản xuất chỉ rõ theo yêu cầu từ đơn
đặt hàng để đạt được tối ưu cho việc lựa chọn bộ ĐADT. Các hạng mục sau
đây cần được xem xét trong quá trình lựa chọn bộ ĐADT theo tiêu chuẩn
IEC phiên bản 60542 và được bổ sung một số lời chú thích.
Bộ ĐADT kiểu UCG (ABB sản xuất).
1. Mức cách điện.
Tấc cả điện áp xuất hiện trên mọi vị trí phải dựa trên điện áp chịu đựng
cho phép được bảo đảm bởi nhà sản xuất bộ ĐADT, các điện áp này là:
1- Điện áp hoạt động bình thường xuất hiện trên bộ ĐADT khi làm việc.
2- Điện áp tần số công nghiệp xuất hiện trên bộ ĐADT trong quá trình thử nghiệm máy biến áp.
3- Điện áp xung xuất hiện trên bộ ĐADT trong quá trình thử nghiệm hay làm việc.
Ngoài ra với một số cách bố trí cuộn dây thì điện áp cao bất thường có
thể xuất hiện, các điện áp này có thể được hạn chế khi lựa chọn kiểu
điều chỉnh (tuyến tính, thô/tinh hay đảo cực). Độ điện cảm thay đổi
trong lõi MBA cũng có thể ảnh hưởng đến điện áp xuất hiện trên bộ ĐADT.
Quá điện áp quá độ tức thời xuất hiện trên lưới điện khi sự cố hay trong
quá trình đóng cắt, những quá điện áp này tác động lên MBA và bộ ĐADT.
Do đó người vận hành và sử dụng MBA phải nắm rõ những vấn đề về hệ thống
và các trạng thái xẩy ra khi có sự cố lưới điện.
Cách điện của bộ ĐADT được chia thành cách điện bên trong và cách điện
bên ngoài bộ điều áp. Điện áp chịu đựng của cách điện ngoài được tiêu
chuẩn hóa tương ứng với điện áp cao nhất của thiết bị (Um). Trong trường
hợp các bộ ĐADT đơn cực hay ba pha đấu sao, cách điện ngoài chính là
cách điện với đất. Khi bộ ĐADT ba pha được sử dụng cho cuộn dây nối tam
giác, cách điện ngoài là cách điện giữa các pha, cả hai được xác định
bởi Um. Cách điện ngòai chỉ được xác định bởi thử nghiệm điện áp tần số
công nghiệp. Thử nghiệm xung chỉ đóng vai trò thứ yếu đối với việc định
cỡ bộ ĐADT.
Không có tiêu chuẩn hóa cho cách điện bên trong của bộ ĐADT. Tuy nhiên
nó được xác định bằng điện áp chịu đựng định mức dựa trên cơ sở kinh
nghiệm về các thông số chịu đựng trong quá trình thử nghiệm MBA và tương
ứng với sự phân loại trong thực tế.
Thiết kế điện áp chịu đựng trên cuộn dây phân nấc
Điện áp giáng xuất hiện trên cuộn dây điều chỉnh 3 pha được mô tả bởi 6
giá trị (các tên gọi a,b,c,d,e,f) được định nghĩa trên hình vẽ. Các giá
trị đó được gọi là “khoảng cách cách điện”. Điều này có thể gây nhầm lẫn
vì giá trị này không thể hiện khoảng cách vật lý mà là điện áp chịu
đựng của phần cách điện bên trong tương ứng của bộ ĐADT gây ra bởi sự
chênh lệch điện thế trên cuộn dây phân nấc. Tấc cả các “khoảng cách cách
điện” gồm những khoảng cách cách điện vật lý được nối song song trong
bộ ĐADT. Điện áp chịu đựng được xác định bởi nhà sản xuất bộ ĐADT là
điện áp chịu đựng của các “khoảng cách cách điện” yếu nhất.
Các thông số chịu đựng của cách điện trong phụ thuộc vị trí hoạt động
của bộ ĐADT trong quá trình thiết kế và thử nghiệm MBA, đặc biệt là
trong trường hợp thử nghiệm xung. Các thông số chịu đựng phải được phân
biệt trong hoạt động hay thử nghiệm MBA. Thông thường các thông số xuất
hiện khi hoạt động được khống chế bởi các tiêu chuẩn áp dụng cho thiết
bị. Nhưng quá trình thử nghiệm máy biến áp lại phụ thuộc vào người sử
dụng và các phương pháp thử nghiệm khác nhau. Để thỏa mãn các điều kiện
này, tiêu chuẩn IEC phiên bản 60076-3 [IEC Publ. 60076-3 1980] đưa ra
những sự phối hợp khác nhau của các thử nghiệm sau đây (phụ thuộc vào
một số yếu tố như: điện áp của hệ thống, quá trình thử nghiệm,…):
- Thử nghiệm điện áp tần số công nghiệp.
- Thử nghiệm quá điện áp cảm ứng tại tần số công nghiệp (quá trình ngắn hạn).
- Thử nghiệm quá điện áp cảm ứng tại tần số công nghiệp cùng với đo lường phóng điện cục bộ.
- Thử nghiệm chịu đựng điện áp toàn sóng xung sét đối với đầu nối đường dây.
- Thử nghiệm chịu đựng điện áp sóng cắt xung sét đối với đầu nối đường dây.
- Thử nghiệm chịu đựng điện áp xung sét đối với đầu trung tính.
Khái niệm cơ bản về mức chịu đựng của cuộn dây phân nấc và bộ ĐADT của
MBA điều chỉnh tại điểm trung tính, sử dụng cuộn dây thô/tinh, các giá
trị đưa ra của điện áp xung sét là giá trị cực đại và không xuất hiện
trên vị trí của bộ ĐADT được thể hiện sau đây.
Điện áp chịu đựng xuất hiện trên toàn bộ cuộn dây MBA trong quá trình
thử nghiệm với các điện áp khác nhau (thông số MBA: 400MVA, 400kV
±16%/120kV/30/kV, bố trí cuộn dây thô/tinh, điều chỉnh tại điểm trung
tính) [Breuer 1984] các ký hiệu viết tắt trên hình vẽ:
- S: Điện áp làm việc
- PF: Điện áp thử nghiệm tần số công nghiệp.
- LI: Điện áp thử nghiệm xung.
- FLI: Xung sét toàn sóng.
- CLI: Sóng cắt xung sét.
Lựa chọn đúng cách điện trong của bộ ĐADT cần phải tính toán với
điều kiện là điện áp chịu đựng của một khoảng cách cách điện được xác
định trên cơ sở giá trị đỉnh của điện áp chịu đựng và vùng thời gian của
sóng điện áp xuất hiện.
2. Dòng điện định mức.
Dòng điện định mức của một bộ điều áp dưới tải là dòng điện mà bộ
ĐADT đó có khả năng chuyển từ nấc này sang nấc khác an toàn trong điều
kiện điện áp đặt trên nấc là hợp lý, không làm gián đoạn dòng điện.
Thông thường dòng điện định mức của bộ ĐADT chính là dòng điện tải lớn
nhất của cơ cấu chuyển nấc.
- Dòng điện định mức của bộ ĐADT phụ thuộc vào điện áp của nấc điều
chỉnh, theo đặc tuyến của điện áp của một nấc/dòng điện định mức mà nhà
chế tạo cung cấp.
- Dòng điện định mức quyết định kích thước của điện trở quá độ và tuổi thọ của các tiếp điểm.
- Dòng điện định mức của bộ ĐADT được nghi trên nhãn máy.
Dòng điện định mức lớn nhất (Imax) của bộ ĐADT không được nhỏ hơn dòng
điện lớn nhất có thể chạy qua cuộn dây phân nấc của MBA và bộ ĐADT.
Trong giới hạn của dòng định mức của bộ ĐADT có thể có các cách kết hợp
khác nhau giữa dòng định mức chạy qua và điện áp bước tương ứng. Khi một
giá trị của một điện áp bước định mức dẫn đến một giá trị đặc trưng của
dòng điện thì được gọi là điện áp bước tương ứng.
Dòng điện định mức chạy qua và điện áp định mức xác định kích cỡ các
điện trở chuyển tiếp của các bộ ĐADT kiểu nguyên lý chuyển mạch kiểu
điện trở. Khi đáp ứng được các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 60214, công
suất chuyển mạch của bộ ĐADT cũng được thử nghiệm (40 lần hoạt động)
bằng cách chuyển mạch dòng điện bằng hai lần dòng điện định mức lớn nhất
tại điện áp bước tương ứng lớn nhất được thiết kế cho bộ ĐADT. Độ mòn
tiếp điểm được xác định bằng việc thực hiện 50 000 lần hoạt động với
dòng điện định mức lớn nhất.
Quá trình tải liên tục thông thường không phải là một trạng thái quá
tải đối với bộ ĐADT mà là một trạng thái làm việc thông thường. Bộ ĐADT
được chọn phải có dòng định mức không nhỏ hơn dòng chuyển nấc cao nhất
trong quá trình tải liên tục thông thường ở những hoàn cảnh khác nhau.
3. Dòng điện quá tải.
Với các MBA và bộ ĐADT phải chịu các điều kiện quá tải theo tiêu
chuẩn IEC phiên bản 60354 [IEC Publ. 60354-1991], các điều kiện của tiêu
chuẩn IEC phiên bản 60542 về bộ ĐADT đều thỏa mãn khi dòng điện định
mức chạy qua lớn nhất của bộ ĐADT không nhỏ hơn 1,2 lần dòng điện định
mức hoặc khi nhiệt độ bộ ĐADT không vượt quá giới hạn tăng nhiệt độ khi
các tiếp điểm chịu 1,2 lần dòng điện định mức. Sự tăng nhiệt độ của các
tiếp điểm vượt quá giá trị trung bình, không quá 200K trong trạng thái
cân bằng đối với môi trường dầu (350 đến 650K trong môi trường không
khí, phụ thuộc vật liệu của tiếp điểm).
Các điện trở chuyển tiếp sẽ chịu được yêu cầu về quá tải nếu sự tăng
nhiệt độ quá giá trị trung bình không vượt quá 3500K đối với môi trường
dầu (4000K đối với môi trường không khí) khi chịu đựng 1,5 lần dòng điện
định mức lớn nhất. Số lần chuyển nấc với mỗi khoảng thời gian quá tải
phải được giới hạn bởi số lần hoạt động cần thiết để chuyển từ điểm cuối
dải này sang dải khác. Điều này tương ứng với các với các điều kiện thử
nghiệm của các điện trở chuyển tiếp theo tiêu chuẩn IEC phiên bản
60214.
Độc lập với các hệ số tải trên cơ sở nhiệt trong tiêu chuẩn IEC 60354,
các bộ ĐADT có thể được vận hành ở mức gấp hai lần dòng chuyển nấc tối
đa của máy biến áp nếu các bộ ĐADT được lựa chọn theo tiêu chuẩn IEC
60076-1, 60542 và 60214 (dòng chuyển nấc tối đa nhỏ hơn dòng định mức
tối đa). Tuy nhiên, vì lý do an toàn nên trong cơ cấu truyền động sẽ có
một thiết bị an toàn để ngăn cản quá trình vận hành của cơ cấu truyền
động hoặc làm gián đoạn hoạt động của điều áp khi máy biến áp quá tải
1,5 lần dòng chuyển nấc tối đa.
4. Dòng ngắn mạch.
Khả năng chịu đựng của bộ ĐADT với các dòng ngắn mạch như trong tiêu
chuẩn IEC phiên bản 60214 phải không được nhỏ hơn dòng ngắn mạch của MBA
lắp đặt bộ ĐADT như đề cập trong tiêu chuẩn IEC phiên bản 60076-5 [IEC
Publ. 60076-5 1976].
Nói chung bộ ĐADT chỉ có thể chịu đựng dòng ngắn mạch nhưng không thể
hoàn thành một hoạt động chuyển mạch trong điều kiện ngắn mạch. Theo
tiêu chuẩn IEC phiên bản 60214 giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch có
thể áp dụng cho bộ ĐADT là từ 10 đến 20 lần dòng điện định mức lớn nhất.
Giá trị đỉnh ban đầu của dòng điện ngắn mạch bằng 2,5 lần giá trị dòng
hiệu dụng.
5. Khả năng cắt.
Độ tin cậy của hệ thống chuyển phụ tải trong bộ ĐADT chủ yếu được quyết
định bởi khả năng của hệ thống tiếp điểm chuyển tiếp mạch rẽ để ngắt
dòng điện chạy qua trong trình tự chuyển tiếp đã định trước. Điều này
phụ thuộc vào các tham số thiết kế đóng vai trò như tốc độ, va đập và
vật liệu chuyển tiếp, thiết kế vùng hồ quang và sơ đồ bố trí điện trở
chuyển tiếp.
Điều quang trọng nhất cần phải thỏa mãn trong quá trình vận hành chuyển
tiếp mạch rẽ là hồ quang tại tiếp điểm chuyển tiếp chính ở phía mở phải
được dập tắt trước khi đóng tiếp điểm chuyển tiếp chính của phía đóng.
Điều kiện này cần lưu ý khi đánh giá công suất chuyển mạch hay độ an
toàn trong quá trình vận hành của công tắt mạch rẽ. Điều quang trọng thứ
hai là phải dập hồ quang tại các tiếp điểm chuyển tiếp cho dù nó có thể
kéo dài cho đến khi tiếp điểm chuyển mạch chính thức được đóng.
Khả năng ngắt mạch của bộ ĐADT được định nghĩa như là sản phẩm của điện áp bước định mức và dòng định mức chạy qua.
Thông số chuyển mạch của mạng lưới chính và mạng chuyển tiếp trong bộ
ĐADT còn phụ thuộc vào phương pháp thực hiện quá trình điều áp và giá
trị thuần trở của điện trở chuyển tiếp. Việc điều chỉnh các điện trở
chuyển tiếp còn liên quan đến độ tăng nhiệt của điện trở chuyển tiếp, độ
bền của các tiếp điểm chia cắt, sự khác biệt về độ hao mòn tiếp điểm
giữa quá trình chuyển mạch chính với giới hạn của dòng chuyển mạch và
điện áp phục hồi. Tuy nhiên, số lượng các giá tri điện trở chuyển tiếp
khác nhau sẽ được giới hạn vì lý do kinh tế.
Ngoài các khía cạnh về thiết kế và vật liệu, độ hao mòn của các tiếp
điểm ngắt còn được quyết định bởi điện áp rơi hồ quang, dòng chuyển mạch
và thời gian phóng hồ quang. Người ta có thể giả định trong bản thiết
kế rằng điện áp rơi hồ quang không phụ thuộc vào dòng chuyển mạch. Điều
kiện dập hồ quang trong một nửa sóng thường được thỏa mãn khi điện áp
phục hồi phát sinh bằng hoặc nhỏ hơn giá trị đã được xác nhận trong các
thí nghiệm điển hình.
6. Số vị trí nấc.
Sự lựa chọn các vị trí nấc làm việc được thực hiện trong dải tiêu chuẩn
hóa của nhà sản xuất bộ ĐADT. Tăng dải nấc điều chỉnh thì điện áp chịu
đựng của cuộn dây phân nấc cũng tăng lên. Đặc biệt là trong các trường
hợp biến áp lò điện hay máy biến áp chỉnh lưu phục vụ cho các thiết bị
điện phân thường xuyên cần đến các dải nấc rộng. Khi bộ ĐADT đặt ở cuộn
dây với điện áp không đổi, điện áp chịu đựng của cuộn dây phân nấc khi
hoạt động hoặc thử nghiệm tại vị trí nhỏ nhất phải được xem xét thận
trọng.
Một số bộ chọn nấc (phần dưới).
7. Vấn đề phóng điện của bộ chọn chuyển.
Sự hoạt động của bộ chọn chuyển diễn ra tại vị trí định mức hay đầu
cuối của bộ ĐADT. Trong quá trình hoạt động của nó, dòng điện tải không
chạy qua cuộn dây phân nấc. Do đó cuộn dây phân nấc tạm thời bị ngắt
khỏi cuộn dây chính và điện thế của cuộn dây là tự do. Trong quá trình
hoạt động của bộ chọn chuyển xuất hiện sự phóng điện giữa các tiếp điểm
đóng và mở, các chịu đựng ở công tắt mở xác định bởi dòng điện lưu thông
trước khi các công tắt mở và điện áp (điện áp phục hồi) phát sinh. Nếu
các giá trị đạt đến các giới hạn có thể chấp nhận được, thì có nhiều
cách khác nhau để khắc phục vấn đề này, ví dụ: sử dụng các bộ đảo chiều
kép, các điện trở nối thêm hay khống chế dung lượng giữa các điện thế kế
tiếp và dây nhánh.
Phóng điện quyết định các chịu đựng chấp nhận được khi bộ chọn chuyển
hoạt động. Thời gian phóng điện chủ yếu dựa vào độ lớn của điện áp phục
hồi, độ lớn của dòng ngắt mạch ít quan trọng hơn. Thông số thời gian
phóng điện có thể chấp nhận ở một khoảng nửa thời gian đóng cắt của bộ
chọn chuyển. Giá trị điện thế phục hồi có thể chấp nhận và dòng ngắt
mạch khác với thiết kế của bộ chọn chuyển. Đối với các ứng dụng, các
chịu đựng phát sinh tại các công tắt của bộ chọn chuyển cần được tính
toán để tránh đoản mạch có thể xảy ra của nhánh dây.
Phóng điện trong các giới hạn chấp nhận được tạo ra một lượng khí nhất
định trong một vài phần nghìn lít khi hoạt động. Số lượng khí phụ thuộc
vào dòng ngắt mạch và thời gian hồ quang, và có thể bỏ qua so với khí
thải ra trong MBA bằng sự lão hóa dầu và cách điện. Thành phần chủ yếu
của khí là Hydrogen (H2 : 70% - 75%), acetylen (C2 H2 : 5% - 15%), nitơ
(N2 : 5% - 10%), oxy (O2 :2% - 5%) và metan (CH4 : 2% - 4%).
8. Tuổi thọ cơ khí.
Bộ truyền động MR.
Bộ điều áp phải làm việc chắc chắn, lâu dài, hao mòn cơ khí không đáng
kể. Độ bền cơ của bộ ĐADT được đánh giá qua thí nghiệm độ bền, sau một
triệu lần thao tác cơ khí bộ ĐADT phải ở trong tình trạng bình thường.
Thông số cơ khí cần được xem xét nếu số lần hoạt động vượt quá 50 000
lần một năm.Tuổi thọ cơ khí của các loại bộ ĐADT hiện đại nằm trong
khoảng từ 1 đến 1,5 triệu lần hoạt động hoặc cao hơn một ít. Kết cấu cơ
khí phải cho phép lấy mẫu và thay dầu thường xuyên.
nguồn: webdien.com
