Quá trình thử nghiệm điện đối với máy biến áp tăng áp máy phát công suất 32 MVA đã phát hiện một lỗi kết nối cuộn dây tiềm ẩn sau 23 năm đưa vào vận hành. Tìm hiểu cách các thử nghiệm chẩn đoán xác nhận sự cố này. 

Tác giả: Nhóm Máy biến áp Megger | Thời gian đọc: 4 phút  

Sau hơn hai thập kỷ vận hành, một máy biến áp tăng áp máy phát 32 MVA tại một công ty điện lực lớn ở Bắc Mỹ đã kích hoạt rơ-le Buchholz, cho thấy có sự tích tụ khí bên trong máy biến áp.

Phân tích khí hòa tan (DGA) được thực hiện hai tuần sau đó đã xác nhận các điều kiện bất thường trong dầu máy biến áp. Hàm lượng hydro tăng đáng kể, tiến gần đến 1000 ppm, trong khi nồng độ methane và carbon monoxide cũng tăng lên. Mẫu khí cho thấy cơ chế sự cố liên quan đến cả hoạt động phóng điện và hiện tượng quá nhiệt cục bộ bên trong máy biến áp.

Những tình huống như vậy là một thách thức quen thuộc đối với các kỹ sư phụ trách đánh giá tình trạng máy biến áp. Các hệ thống giám sát có thể cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng có điều bất thường đang phát triển bên trong máy biến áp, nhưng không nhất thiết xác định được vị trí hoặc mức độ nghiêm trọng của vấn đề.

Trước khi thiết bị có thể được đưa trở lại vận hành an toàn, các kỹ sư phải xác định liệu sự cố có đang tiến triển hay không và xác định phần nào của máy biến áp bị ảnh hưởng.

Để xác định nguồn gốc của tình trạng bất thường, đơn vị điện lực đã thực hiện một loạt các thử nghiệm chẩn đoán điện đối với máy biến áp lực. 

Kiểm tra chẩn đoán điện

Ba phép thử điện đã được thực hiện trong quá trình điều tra:

• Thử nghiệm tỷ số biến áp (TTR)
• Thử nghiệm điện trở cuộn dây (WR)
• Thử nghiệm trở kháng ngắn mạch (SCI) 

Mỗi phép đo này đánh giá một khía cạnh khác nhau của tình trạng máy biến áp. Khi được phân tích tổng hợp, chúng cung cấp cái nhìn về tính toàn vẹn điện của các cuộn dây, tình trạng của các mối nối bên trong và cấu trúc cơ khí của máy biến áp.

Các thử nghiệm được thực hiện bằng hệ thống kiểm tra máy biến áp TAU3, cho phép kỹ sư thực hiện nhiều phép đo chẩn đoán máy biến áp trên cùng một nền tảng và so sánh kết quả trong cùng một quá trình kiểm tra.

Kết quả thử nghiệm tỷ số biến áp (TTR) nằm trong giới hạn cho phép ở cả ba pha, xác nhận rằng mối quan hệ điện giữa các cuộn dây vẫn chính xác. 

Các phép đo điện trở cuộn dây cho thấy một tình trạng khác biệt.

Ở phía điện áp cao, các giá trị điện trở được cân bằng tốt, với độ sai lệch giữa các pha chỉ là 0,17%. Tuy nhiên, ở phía điện áp thấp, các phép đo cho thấy độ mất cân bằng điện trở giữa các cuộn dây X1 và X2 là 5,39%. Mặc dù hướng dẫn của IEEE cho phép sai lệch gần 5% trong một số trường hợp nhất định, các kỹ sư có kinh nghiệm thường kỳ vọng độ chênh lệch điện trở giữa các pha sẽ duy trì gần mức 2% khi các phép đo được thực hiện ở cùng nhiệt độ.

Kết quả cho thấy tình trạng bất thường có khả năng liên quan đến các mối nối của cuộn dây điện áp thấp.

Thử nghiệm trở kháng ngắn mạch cũng củng cố kết luận này. Các phép đo trở kháng cho kết quả bất thường, càng khẳng định rằng máy biến áp tồn tại một khiếm khuyết liên quan đến cơ khí hoặc mối nối bên trong.

Ở giai đoạn này của quá trình điều tra, dữ liệu giám sát và kết quả thử nghiệm điện đều cho thấy đang có một sự cố phát triển bên trong máy biến áp, tuy nhiên cần phải kiểm tra nội bộ để xác nhận chính xác. 

Kết quả kiểm tra nội bộ và đo đạc 

Để xác minh nguồn gốc của các kết quả đo bất thường, dầu máy biến áp đã được xả ra và phần tác động (active part) của máy biến áp được tiến hành kiểm tra.  

Nguyên nhân của sự cố đã nhanh chóng được xác định rõ ràng.

Mối nối ép nối (crimped joint) kết nối cuộn dây X1 với đầu sứ X1 chưa từng được siết chặt đúng cách trong quá trình chế tạo. Mối nối dây dẫn có thể bị tách ra bằng tay và cho thấy dấu hiệu rõ ràng của hiện tượng quá nhiệt cũng như sự suy giảm chất lượng dầu cách điện. 

Mối nối lỏng này làm tăng điện trở trong mạch cuộn dây. Nhiệt sinh ra từ đó tạo nên đặc tính khí được phát hiện trong quá trình phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA) và gây ra hiện tượng mất cân bằng pha được ghi nhận trong các phép đo điện trở cuộn dây. 

Các đoạn dây dẫn bị hư hỏng đã được tháo bỏ và các linh kiện thay thế được chuẩn bị. Do phần cuộn dây bị ảnh hưởng đã hư hại bởi hiện tượng quá nhiệt, nên cần sử dụng một đoạn dây dẫn dài hơn trong quá trình sửa chữa.

Diễn giải kết quả chẩn đoán

Cuộc điều tra này cho thấy tầm quan trọng của việc phân tích đồng thời dữ liệu giám sát và kết quả thử nghiệm điện khi đánh giá tình trạng máy biến áp.

Phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA) đã cung cấp dấu hiệu đầu tiên cho thấy các điều kiện bất thường đang phát triển bên trong máy biến áp. Sau đó, các thử nghiệm điện đã giúp thu hẹp nguyên nhân có khả năng xảy ra bằng cách xác định sự mất cân bằng đáng kể về điện trở cuộn dây phía hạ áp.

Thông qua việc đối chiếu và phân tích tương quan nhiều kết quả đo chẩn đoán, các kỹ sư đã xác định rằng sự cố xuất phát từ vấn đề kết nối bên trong cuộn dây máy biến áp, thay vì do hư hỏng cách điện trên diện rộng.

Bài học rút ra trong công tác điều tra sự cố máy biến áp 

Một số bài học thực tiễn được rút ra từ cuộc điều tra này. 

Các hệ thống giám sát như rơ-le Buchholz và phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA) cung cấp những cảnh báo sớm có giá trị về các điều kiện bất thường đang phát triển bên trong máy biến áp. Tuy nhiên, các hệ thống này thường chỉ cho biết rằng tồn tại sự cố, thay vì xác định chính xác vị trí của nó.

Các phép thử điện, chẳng hạn như đo điện trở cuộn dây, vẫn là một trong những công cụ chẩn đoán hiệu quả nhất để phát hiện các vấn đề kết nối hoặc khuyết tật cơ khí trong cuộn dây máy biến áp. Ngay cả những sai lệch điện trở tương đối nhỏ cũng có thể là dấu hiệu của các vấn đề đang hình thành mà các phương pháp chẩn đoán khác chưa thể phát hiện.

Cuối cùng, việc thực hiện nhiều phép thử bổ sung trong cùng một quá trình điều tra cho phép các kỹ sư phân tích và diễn giải kết quả trong mối liên hệ tổng thể. Các hệ thống thử nghiệm máy biến áp hiện đại, như TAU3, cho phép thực hiện hiệu quả các phép đo tỷ số biến áp, điện trở cuộn dây và trở kháng, đồng thời hỗ trợ so sánh trực tiếp các kết quả khi điều tra các hiện tượng bất thường của máy biến áp.

Trong trường hợp này, sự kết hợp giữa dữ liệu giám sát, thử nghiệm điện và kiểm tra nội bộ cuối cùng đã làm rõ một lỗi chế tạo đã tồn tại ẩn bên trong máy biến áp suốt hơn hai thập kỷ. 

Tiếp tục quá trình điều tra sự cố.  

Bài viết này trình bày cách dữ liệu giám sát và các phép thử điện đã hỗ trợ các kỹ sư xác định một khuyết tật kết nối cuộn dây ẩn bên trong máy biến áp tăng áp máy phát.

Để tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình điều tra, bao gồm đầy đủ kết quả thử nghiệm, hình ảnh kiểm tra và chi tiết sửa chữa, hãy tải xuống toàn bộ nghiên cứu tình huống. Bạn cũng có thể tìm hiểu thêm về hệ thống thử nghiệm máy biến áp TAU3 của Megger được sử dụng trong quá trình điều tra, nhằm hiểu rõ cách hệ thống này hỗ trợ công tác chẩn đoán máy biến áp hiệu quả tại hiện trường.