Cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu máy biến áp lực

Để giúp người kỹ sư có thể phân tích các phép thí nghiệm chẩn đoán nâng cao như Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis), Phân tích đáp ứng điện môi (Dielectric Frequency Response) hay Phóng điện cục bộ (Partial Discharge) ... ứng dụng cho đối tượng máy biến áp lực trong các trạm biến áp tăng áp của nhà máy điện, trạm trung gian và phân phối của lưới điện Việt Nam, bài viết giới thiệu tổng quan cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu của thiết bị này
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu máy biến áp lực CẤU TRÚC HÌNH HỌC VÀ ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU MÁY BIẾN ÁP LỰC ThS. NGUYỄN SĨ HUY CƯỜNG Công ty Thí nghiệm điện miền Nam PGS.TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM TÓM TẮT Để giúp người kỹ sư có thể phân tích các phép thí nghiệm chẩn đoán nâng cao như Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis), Phân tích đáp ứng điện môi (Dielectric Frequency Response) hay Phóng điện cục bộ (Partial Discharge) ... ứng dụng cho đối tượng máy biến áp lực trong các trạm biến áp tăng áp của nhà máy điện, trạm trung gian và phân phối của lưới điện Việt Nam, bài viết giới thiệu tổng quan cấu trúc hình học và đặc tính vật liệu của thiết bị này. I. GIỚI THIỆU Một hệ thống điện tiêu biểu gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, tương ứng có các loại trạm biến áp tăng áp liên kết với nhà máy điện, trạm trung gian phục vụ truyền tải và các trạm phân phối theo minh họa ở hình 1. Bảng 1 tổng hợp thông số nhãn máy của các máy biến áp lực (MBA) đang được sử dụng trong các loại trạm biến áp trên lưới điện miền Nam. Hình 1. Sơ đồ tổng quan của một hệ thống điện tiêu biểu Bảng 1. Phân loại máy biến áp trên lưới điện miền Nam Trạm biến áp Thông số chính Đa phần các máy biến áp nguồn ba pha có tổ đấu dây YNd11, cách điện lỏng. - Nhiệt điện: nâng áp từ 13,8 kV, 22 kV hoặc 26 kV lên cấp 220 kV hoặc 500 kV; công suất Nguồn (liên kết với MBA lớn nhất 750 MVA. nhà máy điện) - Thủy điện: nâng áp từ 0,4 kV lên 22 kV (nhà máy nhỏ) hay từ 13,8 kV lên 110 kV hoặc 220 kV (nhà máy lớn); công suất lớn nhất 125 MVA. - Điện mặt trời: nâng áp từ 22 kV lên 110 kV; công suất lớn nhất 63 MVA. Máy biến áp tự ngẫu đơn pha, tổ đấu dây Ia0i0, cách điện lỏng. 500/220/22 kV – 3 x 300 MVA (ghép 3 máy đơn pha) Máy biến áp tự ngẫu ba pha, tổ đấu dây YNa0+d11, cách điện lỏng. Trung gian 220/110/22 kV – 250 hay 125 MVA Máy biến áp tự ngẫu ba pha, tổ đấu dây YNyn0+d11, cách điện lỏng. 110 /22 kV / (+11kV) – 63, 40, 25 hay 16 MVA Máy biến áp ba pha cách điện lỏng hay cách điện không khí (máy biến áp khô) Phân phối 22/0,4 kV – công suất từ vài trăm kVA cho đến vài MVA 12 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 Cấu tạo của một máy biến áp ba pha, cách điện lỏng điển hình với các phần tử tiêu biểu được giới thiệu trong hình 2. Để có thể ứng dụng phân tích các thí nghiệm chẩn đoán nâng cao trong vùng tần số rộng, từ vài Hz đến vài MHz, dựa trên các mô hình thông số điện tương đương của MBA, bài viết sẽ phân tích cấu trúc hình học của phần tích cực (active part) của MBA bao gồm lõi thép và cuộn dây ở phần II và đặc tính thông số của các loại vật liệu ở phần III. Hình 2. Cấu trúc của một máy biến áp 3 pha ngâm dầu điển hình [1] II. CẤU TRÚC HÌNH HỌC Máy biến áp lực có các cuộn dây được quấn đồng tâm quanh trụ của lõi thép được gọi là MBA “kiểu lõi” (core type); ngược lại, nếu lõi thép được bao quanh bởi các cuộn dây thì MBA có cấu trúc “kiểu vỏ” (shell type), xem minh họa ở hình 2. So với thiết kế kiểu vỏ, cấu trúc kiểu lõi tiết kiệm vật liệu hơn và cũng dễ thi công lắp ráp hơn, nên được sử dụng phổ biến hơn trong các MBA truyền tải và phân phối [2]. Bài viết tập trung phân tích lõi thép và cuộn dây của MBA có cấu trúc kiểu lõi. Hình 3. Máy biến áp kiểu lõi (trái) và kiểu vỏ (phải) A. Lõi thép Đa phần lõi thép của MBA hiện hữu được chế tạo từ những lá tôn silic đẳng hướng cán lạnh chất lượng cao CRGO (Cold Rolled Grain-Oriented) với độ dày từ 0,3 mm đến 0,23 mm, phổ biến nhất là dạng M4 – 0,27 mm và M3 – 0,23 mm. Một số chuẩn vật liệu cùng độ dày lá tôn silic CRGO phổ biến trên thị trường được liệt kê trong bảng 2. Các lá thép được cắt góc 45º, ghép xếp lớp giữa trụ (limb) và xà (yoke) để làm giảm tổn hao do dòng Foucault, đồng thời giảm thiểu độ ồn và tăng độ cứng vững của lõi từ. Cấu trúc lõi thép này là dạng xếp lớp (stack core). BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 13 Bảng 2. Một số chuẩn tôn silic CRGO phổ biến trên thị trường [2] Vật liệu tôn silic CRGO thông dụng Vật liệu HI-B Vật liệu HI-B bức xạ laser M6 – 0,35 mm MOH – 0,27 mm ZDMH -95- 0,27 mm M5 – 0,30 mm MOH – 0,23 mm ZDMH -90- 0,27 mm M4 – 0,27 mm ZDMH -90- 0,23 mm M3 – 0,23 mm ZDMH -85- 0,23 mm Ngoài ra, công nghệ lõi thép làm bằng kim bọc phía ngoài cùng. MBA kiểu vỏ có cách bố loại vô định hình (Amorphous) đang được trí cuộn dây dạng bánh sandwich (cuộn HV và ứng dụng trên các máy biến áp phân phối. LV được quấn với cùng đường kính, xen kẽ và Khác với tôn silic CRGO, các lá Amorphous kẹp vào nhau). rất mỏng (bằng 1/10 tôn silic CRGO). Mạch từ Trong các cuộn dây có điện áp định mức dưới Amorphous thường là ...