Chỉ số sức khỏe máy biến áp lực

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết giới thiệu khái niệm ‘Chỉ số sức khỏe’ (Health Index) tính toán từ việc kết hợp các dữ liệu vận hành, bảo trì, quan sát hiện trường và các thí nghiệm chẩn đoán trích theo tài liệu tham khảo đăng trong tạp chí chất lượng (ISI) chuyên về ứng dụng ‘IEEE Electrical Insulation Magazine’

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chỉ số sức khỏe máy biến áp lực

‘CHỈ SỐ SỨC KHỎE’ MÁY BIẾN ÁP LỰC TS . P H Ạ M Đ Ì N H A N H KHÔI ĐHBK TPHCM TÓM TẮT - Phân tích khí hòa tan (DGA) Máy biến áp lực (MBA) là một thiết bị quan trọng trong - Thử nghiệm chất lượng dầu hệ thống điện và phức tạp trong việc đánh giá tình trạng (condition assessment) để có thể vận hành bình thường - Hệ số tổn thất điện môi (tanδ) và đo lường điện dung trong chu trình vòng đời (tuổi thọ). Nhằm xác định được tình trạng hiện tại của MBA trong tầm nhìn dài hạn, bài viết - Các thử nghiệm bộ điều áp (dầu cách điện, điện trở tiếp giới thiệu khái niệm ‘Chỉ số sức khỏe’ (Health Index) tính xúc, dòng điện động cơ chuyển nấc) kết hợp với quan sát toán từ việc kết hợp các dữ liệu vận hành, bảo trì, quan sát - Thử nghiệm đầu sứ (tanδ, điện dung) hiện trường và các thí nghiệm chẩn đoán trích theo tài liệu tham khảo đăng trong tạp chí chất lượng (ISI) chuyên về - Thử nghiệm lõi thép (dòng kích thích (excitation current) ứng dụng ‘IEEE Electrical Insulation Magazine’ [1]. và cách điện lõi thép – đất) I. GIỚI THIỆU - Thử nghiệm tỉ số vòng dây, điện trở cuộn dây MBA là thiết bị đắt tiền và quan trọng nhất trong các - Thử nghiệm điện kháng rò (leakage reactance) trạm biến áp cao áp với chi phí đầu tư có thể lên tới 60% chi phí tổng cộng nên rất cần được đánh giá các chỉ số sức Các thử nghiệm chẩn đoán nâng cao có thể được xem xét khỏe ở trạng thái hiện tại cho các quyết định về khả năng thực hiện thêm bởi các Điện Lực, bao gồm: vận hành, kế hoạch bảo trì hay thay thế kịp thời. - Giải tích hàm lượng Furan Khái niệm ‘chỉ số sức khỏe’ (CSSK) hay ‘chỉ số đánh giá - Đo lường phóng điện cục bộ tình trạng’ giới thiệu một công cụ thực hành kết hợp các kết quả vận hành, bảo trì, quan sát hiện trường và các thí - Phân tích đáp ứng tần số (FRA) nghiệm chẩn đoán để cho ra một chỉ số định lượng và cụ thể cung cấp thông tin về sức khỏe tổng quan của thiết bị - Phân tích đáp ứng điện môi (DRA) khảo sát (MBA). Ngoài ra, các dữ liệu thông thường có sẵn như lịch sử tải Đã có nhiều nghiên cứu về ‘đánh giá tình trạng’ (condi- và dữ liệu bảo trì để đánh giá tình trạng dài hạn của MBA tion assessment) và ‘quản lý vòng đời’ (life management) cũng hữu ích để xem xét đánh giá cho MBA dựa trên đo lường / giám sát khí hòa tan (dis- III.TẠI SAO CẦN ‘CHỈ SỐ SỨC KHỎE’? solved gas), nhiệt độ dầu và cuộn dây, hàm lượng nước trong cách điện, chất lượng dầu (cường độ cách điện, chỉ Các nhà sản xuất có thương hiệu thường dự báo tuổi số axit, màu sắc, ứng suất mặt phân cách – interfacial ten- thọ hay vòng đời sản phẩm của MBA trong khoảng 25 đến sion), phóng điện cục bộ, đáp ứng tần số (frequency re- 40 năm. Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều MBA đã đạt đến sponse analysis), điện áp phục hồi (recovery voltage), hình độ tuổi này, thậm chí vượt quá nhưng vẫn còn đang vận ảnh nhiệt (thermal imagning), các thử nghiệm bộ điều áp hành mà không được biết rõ liệu đã hết ‘tuổi thọ thực sự’ (tap-changer), đầu sứ xuyên (bushing)… Các thử nghiệm hay chưa. Trước đây, nhiều khái niệm khác nhau liên quan này được thực hiện theo định kỳ (routine) hay dựa trên đến ‘quản lý tuổi thọ MBA’ (transformer life management) điều kiện trạng thái hiện tại (condition basis) nhưng hiện đã được giới thiệu, bao gồm: nay chưa có phương pháp nào cho phép đánh giá toàn diện tình trạng của MBA dựa trên các dữ liệu đo này. Bài - Xác suất, nguy cơ hư hỏng và độ tin cậy viết giới thiệu một phương pháp tính toán CSSK MBA dựa - Tình trạng thực tế so với tuổi thọ thực tế trên dữ liệu các phép đo đề cập ở trên và các tiêu chí đánh giá ứng dụng trong công nghiệp, có xem xét các khuyến - Tuổi thọ còn lại cáo của IEC, IEEE và CIGRE. - Hết-tuổi-thọ (end-of-life) II. CÁC DỮ LIỆU ĐO Các nghiên cứu dựa trên các khái niệm này đều cố Số lượng dữ liệu đo tùy thuộc vào Điện Lực các quốc gắng đưa ra mô hình về tuổi thọ cách điện (giấy) MBA. gia nhưng nhìn chung các phép đo và phương pháp chẩn Theo đó, nhiệt độ và DGA là các yếu tố chính nhưng các đoán đã được chấp nhận bởi phần lớn các Điện Lực phạm dữ liệu có giá trị khác như các kết quả thử nghiệm định kỳ, vi quốc tế bao gồm: dữ liệu bảo trì, và lịch sử vận hành của MBA thì đã không được xem xét. Lý do là vì mô hình này chỉ dùng để khảo sát - Điện trở cách điện (Megger) định lượng sự xuống cấp cách điện trong phạm vi dài hạn - Quan sát định kỳ vỏ máy, bộ tản nhiệt, quạt, đầu sứ, và các và tính toán tuổi thọ còn lại của MBA. phụ kiện khác Để đánh giá tổng quan sức khỏe hay tình trạng vận - Ảnh nhiệt hồng ngoại hành hiện tại của các thiết bị điện phức tạp như MBA dựa bản tin hội miền nam - tháng 4/2016  11
trên tất cả các loại dữ liệu có giá trị, khái niệm ‘chỉ số sức Trong đó, Si = 1, 2, …hay 6 - là các điểm xếp hạng của khỏe’ là cần thiết. CSSK xác định định lượng tình trạng thiết hàm lượng khí thứ i dựa trên hình 2, và bằng 6 nếu hàm bị dựa trên số lượng lớn các tiêu chí phân loại liên quan lượng khí này vượt quá giới hạn lớn nhất cho trên hình. Ví đến sự xuống cấp cách điện dài hạn dẫn tới hết tuổi thọ dụ, nếu hàm lượng CH4 lớn hơn 600 ppm, thì Si = 6. thiết bị. Kết luận của CSSK khác với các thử nghiệm bảo trì (maintenance testing) và chẩn đoán theo tình trạng (con- Còn Wi là trọng số gán; giá trị ban đầu của Wi ấn định dition based diagnostics), vốn tập trung vào các hư hỏng bằng 1 (cho cả CO và CO2), 3 (cho CH4, C2H6 và C2H4), 5 hay sự cố cho việc sửa chữa khắc phục giúp thiết bị vận (cho C2H2) và 2 (cho H2). Giá trị trọng số này đặc trưng cho hành trong khoảng thời gian ấn định. tính quan trọng của loại khí theo tính chất sự cố và có thể điều chỉnh tùy theo Điện Lực. IV. CÁC THÀNH TỐ TRONG ‘CHỈ SỐ SỨC KHỎE’ Việc đánh giá thực tế tình trạng toàn cục của MBA cần càng nhiều càng tốt các loại dữ liệu / thông số có sẵn và thích hợp được giới thiệu sau đây. Phân tích khí hòa tan trong dầu (Dissolved Gas Analysis - DGA) Về mặt lý thuyết, kết quả DGA có thể được dùng để phân biệt các sự cố bên trong như phóng điện hồ quang, phóng điện cục bộ, phóng điện tia lửa năng lượng thấp, Hình 2. Điểm phân loại (score) các khí hòa tan quá tải trầm trọng, và quá nhiệt trong hệ thống cách điện MBA. IEC 60559 đã cung cấp một danh sách các sự cố có thể phát hiện dựa trên kỹ thuật này và IEEE C57.104 cũng Mã xếp hạng DGAF (DAG Factor) sẽ từ A (tình trạng tốt) đã giới thiệu tiêu chí đánh giá 4 mức để phân loại các nguy đến E (tình trạng rất xấu). Hệ thống xếp hạng này không cơ hư hỏng MBA khi tiếp tục vận hành ở các mức khí cháy thích hợp để làm công cụ chẩn đoán mà chỉ đưa ra một khác nhau. bức tranh toàn cục về kết quả DGA trong khung thời gian Trong thực tế, dữ liệu DGA không phải luôn luôn cung dài hạn. cấp đủ thông tin về tình trạng toàn cục vì MBA ở chế độ vận hành bình thường cũng sinh ra các khí. Do vậy, để đưa Bảng 1. Xếp loại MBA theo hệ số DGA ra đánh giá chính xác cần thêm thông tin về lịch sử vận Mã xếp hạng Tình trạng Mô tả hành MBA (bảo trì, chế độ tải, sự cố trước đó, dữ liệu nhà sản xuất), bởi vì MBA có thể vận hành trong suốt thời gian A Tốt DGAF < 1.2 vòng đời với sự hiện diện đáng kể của các khí cháy. Hình 1 so sánh mức độ cảnh báo của các khí hydrocacbon đề xuất B Bình thường 1.2 ≤ DGAF < 1.5 từ nhiều nguồn tham khảo IEEE, IEC, Dornenburg, và ‘US C Cần theo dõi 1.5 ≤ DGAF < 2 Bureau of Reclaimation’ (cơ quan liên bang về quản lý tài D Xấu 2 ≤ DGAF < 3 nguyên nước thuộc bộ nội vụ Mỹ). E Rất xấu DGAF ≥ 3 Đã có nhiều phương pháp kinh điển được phát triển để giải thích kết quả DGA cho MBA trong 30 năm trở lại đây như Rogers, Dornenburg, Dornenburg sửa đổi, tam giác Duval. Hầu hết các phương pháp này đều dựa vào các tỷ số khí như C2H2/C2H4, CH4/H2, C2H4/C2H6, tuy nhiên, chỉ để xác định loại sự cố hơn là xác định xem, liệu MBA còn vận hành bình thường hay không, và hầu hết đều không khảo sát mang tính dài hạn. Cho mục tiêu này, khái niệm ‘mức sinh khí gia tăng’ (rate of gas increment) đã được giới thiệu và kết quả là, CSSK sẽ bị giảm nếu mức sinh khí gia tăng hơn 30% cho phân tích 3 mẫu dầu liên tiếp, hay 20% cho 5 mẫu liên tiếp. Hình 1. So sánh các giới hạn khí hydrocacbon tiêu chuẩn Chất lượng dầu cách điện (Oil Quality) Sự khác biệt rõ ràng trên hình 1 về giới hạn cao nhất của Bảng 2 tóm tắt các tiêu chuẩn thử nghiệm khuyến acetylene (C2H2) của IEEE so với các nguồn khác. Ngoài ra, cáo dựa trên tiêu chuẩn ASTM đề xuất bởi IEEE và tiêu IEEE còn đưa ra một mức giới hạn khá thấp 350 ppm cho chuẩn IEC dựa trên đề xuất bởi CIGRE. Sự kết hợp các thử carbon monoxide (CO), vốn chỉ bằng một nửa so với IEC. nghiệm điện, lý và hóa được thực hiện để lên kế hoạch bảo Hình 2 và bảng 1 giới thiệu một phương pháp xếp hạng trì ngăn ngừa (preventible maintenance) như phục hồi hay theo dữ liệu DGA xem xét tất cả các khuyến cáo khác nhau thay dầu nhằm tránh các sự cố sớm hay ngừng vận hành từ các nguồn tham khảo trên cưỡng bức. (1) 12  bản tin hội miền nam - tháng 4/2016
cho MBA. Tiêu chuẩn này cũng đã phân loại các Bảng 2. Các tiêu chuẩn thử nghiệm chất lượng dầu. ngưỡng thử nghiệm theo mức điện áp. Một phương pháp xếp hạng theo [2] được giới thiệu ở bảng 3. Một ‘hệ số chất Thông số ASTM đề xuất IEC đề xuất theo lượng dầu’ (OQF – Oil Quality Factor) tương tự như DGAF theo IEEE CIGRE được đề xuất sử dụng ‘điểm xếp hạng’ (score) và trọng số Điện áp chọc thủng D877, D1816 IEC 60156 (có thể điều chỉnh phù hợp với tình hình thực tế ở Điện Lực và nhà cung cấp dầu) ở bảng 3. Mã xếp hạng (rating code) Hàm lượng nước D1533 IEC 60814 tương tự như ở bảng 1 với lưu ý rằng các giá trị này chỉ áp Hệ số công suất D924 IEC 60247 dụng cho dầu đang sử dụng (không cho dầu mới). Ứng suất mặt phân cách D971 ISO 6295 Furan (Fufural) Chỉ số axit D644, D974 IEC 62021 Thử nghiệm đo hàm lượng furan không mang tính định kỳ cho MBA mà chỉ ứng dụng chẩn đoán. Đo lường Màu sắc D1500 ISO 2049 hàm lượng furan trong dầu có thể xác định mức độ polyme hóa (degree of polymerization) của giấy cách điện. Hàm lượng furan trong MBA thông thường nhỏ hơn 0.1 ppm. Bảng 3. Phương pháp phân loại thông số dầu theo IEEE Tuy nhiên, CIGRE đã khảo sát hơn 5000 MBA ở châu Âu và C57.106-2006. phát hiện một số lượng đáng kể MBA có hàm lượng furan 69 kV < U Điểm hơn 1 ppm. Thử nghiệm này được tiến hành khi MBA bị U ≤ 69 kV 230 kV ≤ U Wi quá nhiệt, hay có mức CO và CO2 cao. Nếu MBA có thời < 230 kV (Si) gian vận hành hơn 25 năm, thử nghiệm này cần được tiến ≥45 ≥52 ≥60 1 Độ bền hành định kỳ. điện 35–45 47–52 50–60 2 (khoảng Bảng 4 được tham chiếu để tính toán CSSK theo hàm cách lượng furan (cột 2). Trong trường hợp dầu cách điện được điện cực 30–35 35–47 40–50 3 2 mm) phục hồi hay thay thế, thời gian vận hành MBA (cột 3) sẽ (kV) ≤30 ≤35 ≤40 4 được áp dụng. Thực ra thời gian vận hành MBA không liên 3 quan đến trực tiếp đến hàm lượng furan, nhưng do furan ≥25 ≥30 ≥32 1 và mức độ polyme hóa của giấy cách điện (Kraft) có sự liên Ứng suất quan đến tuổi thọ còn lại của MBA. mặt phân 20–25 23–30 25–32 2 cách 15–20 18–23 20–25 3 Bảng 4. Phân loại thử nghiệm Furan hay theo thời gian vận hành hiện tại. (dyne/cm) ≤15 ≤18 ≤20 4 2 Mã xếp hạng Furaldehyde Thời gian vận (ppm) hành hiện tại ≤0.05 ≤0.04 ≤0.03 1 A 0–0.1 60 ≤30 ≤20 ≤15 1 EE > 1.0 — Hàm 30–35 20–25 15–20 2 lượng Bảng 4 cũng chỉ mang tính tham khảo vì các kết quả ở nước 35–40 25–30 20–25 3 hơn 30,000 điểm thu thập ở 12 nước khu vực Bắc Mỹ chưa (ppm) phù hợp. Hiện tại, CIGRE và IEEE đều đang nghiên cứu để ≥40 ≥30 ≥25 4 4 tìm ra sự liên quan chính xác giữa hàm lượng furan và tình trạng cách điện MBA. ≤1.5 1 Hệ số công suất (Power Factor) 1.5–2.0 2 Màu sắc Hệ số công suất (power factor) và hệ số tổn hao 2.0–2.5 3 (dissipation factor) là nguồn dữ liệu quan trọng để giám sát ≥2.5 4 tình trạng MBA và đầu sứ. Thử nghiệm này được tiến hành 2 để xác định tình trạng của cách điện điện dung giữa các ≤0.1 1 cuộn dây và giữa cuộn dây với các bộ phận mang điện thế đất. Đo lường điện dung và hệ số công suất của cách điện Hệ số tổn hao 0.1–0.5 2 MBA ở điện áp 10 kV (50 Hz) đã từ lâu là dạng thử nghiệm (%) định kỳ và chẩn đoán. Bảng 5 giới thiệu phương pháp xếp 0.5–1.0 3 hạng cho hệ số công suất của (cách điện) MBA với pfmax là ở 25 oC giá trị lớn nhất. ≥1.0 4 3 bản tin hội miền nam - tháng 4/2016  13
Bộ điều áp (BĐA) (Tap-changer) Bảng 5. Bảng xếp hạng theo hệ số công suất. Có nhiều thử nghiệm để đánh giá tình trạng của BĐA Mã xếp hạng Hệ số công suất lớn nhất pfmax (%) (OLTC – On-Load Tap Changer theo IEC và LTC – Load Tap Changer theo IEEE) như số lần thao tác, DGA, chất lượng A pfmax
Bảng 6 giới thiệu một phương pháp xếp hạng tình Thử nghiệm chẩn đoán (Diagnostic Tests) trạng MBA theo lịch sử tải. Các thử nghiệm còn lại áp dụng để tính CSSK được tóm tắt trong bảng 8, cùng với các mã xếp hạng. Thử nghiệm tỷ Bảng 6. Mã xếp hạng theo hệ số công suất. số vòng dây, dòng kích thích, điện kháng tản, cách điện lõi Mã xếp hạng Mô tả thép – đất và điện trở cuộn dây thường được xem xét là thử nghiệm chẩn đoán hơn là mang tính định kỳ; do đó, các dữ A LF ≥ 3.5 liệu đo có thể không có sẵn. Hệ thống phân loại vì vậy kết hợp các giới hạn trong tài liệu Sổ tay dịch vụ cho MBA của B 2.5 ≤ LF < 3.5 ABB [3] và tiêu chuẩn IEEE-62 [4]. C 1.5 ≤ LF < 2.5 Bảng 8.1. Phân loại theo các thử nghiệm chẩn đoán D 0.5 ≤ LF < 1.5 Mã xếp Độ lệch tỷ số vòng Độ lệch điện kháng E LF ≤ 0.5 hạng dây (%) tản (%) Dữ liệu bảo trì (Maintenance Data) A ΔTR≤0.1% ΔX15 VÀ tăng>80% trong 5 năm] thành điểm HIFj (4-0) tương ứng. Với các trọng số quan E HAY [Max(2 năm cuối)>20] trọng của từng thành tố Kj, CSSK tổng cộng được tính theo bản tin hội miền nam - tháng 4/2016  15
(3) ứng dụng 5 bước tính toán nêu trên với hai hệ số nhóm thành tố có trọng số 60% gán cho MBA và 40% cho BĐN, Bảng 10. Xếp loại CSSK cho MBA. theo [5]: Thời gian vận X 22 X CSSK Tình trạng Mô tả hành còn lại 40% (3) Một số ít phần 22 85–100 Rất tốt tử già hóa Hơn 15 năm Từ đó, CSSK HI chung cho MBA được xác định để dự không đáng kể báo thời gian vận hành còn lại theo bảng 10, với 100% Một vài phần tử tương ứng với tình trạng sức khỏe “rất tốt” và