Đặc điểm và ứng dụng của máy biến áp khô

Hiện nay, máy biến áp khô của Trung Quốc chủ yếu là loại ba pha rắn dạng SC, ví dụ như: máy biến áp cuộn dây ba pha SCB9, máy biến áp lá ba pha SCB10, máy biến áp lá ba pha SCB9. Điện áp của chúng thường nằm trong khoảng 6-35kV, công suất tối đa lên đến 25MVA. Máy biến áp khô chủ yếu được chia thành hai loại: máy biến áp khô tẩm và máy biến áp khô nhựa.

1. Máy biến áp khô tẩm

Dây dẫn của máy biến áp khô ngâm tẩm ở Trung Quốc được bọc bằng dây thủy tinh, và tấm cách điện được ép nóng với vật liệu cách điện tương ứng. Loại máy này chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy thủy điện và các tòa nhà cao tầng nhờ khả năng chống cháy tốt.

Do sự khác biệt về loại sơn tẩm, lớp cách điện của máy biến áp được chia thành các loại B, F, H, C, cách điện chính và cách điện dọc (cách điện chính giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với lõi).

Cách điện theo phương thẳng đứng đề cập đến sự cách điện giữa các điểm khác nhau và các phần khác nhau của cuộn dây máy biến áp có điện thế khác nhau, chủ yếu bao gồm hiệu suất cách điện giữa các vòng dây, lớp và đoạn của cuộn dây. Không khí được sử dụng làm môi chất cách điện.

Loại máy biến áp này chịu ảnh hưởng của môi trường nhiều hơn so với máy biến áp khô loại nhựa, kích thước và trọng lượng cũng lớn hơn, sản lượng trong và ngoài nước có xu hướng giảm.

Có các vòng đệm kín ở cả hai đầu cuộn dây, không sợ sóng, khả năng chống cháy cao, chống cháy trong điều kiện lửa hở ở 750 ℃, là một loại máy biến áp khô tương đối mới. 1.2 Máy biến áp khô kiểu nhựa là sản phẩm hàng đầu trong ngành máy biến áp đúc nhựa trong nước hiện nay, có thể được chia thành ba loại sau.

Loại thứ nhất, được gọi là máy biến áp đúc quấn dây, điện áp cao là máy biến áp đúc hình trụ ngắt mạch quấn dây, điện áp thấp là máy biến áp đúc hình trụ (hoặc hình trụ phân đoạn) quấn dây; Li Qian, Công ty TNHH Điện lực tỉnh Thiểm Tây. Lưu ý: không sử dụng vật liệu độn để đúc.

Loại thứ hai, được gọi là máy biến áp đúc quấn lá kim loại, điện áp cao là loại đúc quấn lá kim loại phân đoạn, điện áp thấp là loại quấn lá đồng (hoặc lá nhôm); vật đúc được làm bằng chất độn.

Loại thứ ba, loại đúc áp suất cao dùng cho xi lanh cắt dây quấn, loại quấn lá đồng (hoặc lá nhôm) áp suất thấp; vật đúc được đúc không có chất độn.

Ba loại sản phẩm nêu trên đều có những đặc điểm riêng về sản xuất và hiệu năng, và hiện đang chiếm một thị phần nhất định trên thị trường. Bài viết này sẽ tập trung thảo luận về máy biến áp quấn dây kiểu rót.

2. Biến áp đúc quấn dây

2.1. Đặc điểm cấu trúc

Tại nhà máy điện số 2 Baoji, tỉnh Thi陕 Tây, các máy biến áp khô được sử dụng trong nhà máy đều là máy biến áp quấn dây, có cấp điện áp 6 kV, công suất từ ​​100 kVA đến 1600 kVA và được lắp đặt trong nhà.

Cuộn dây cao áp và hạ áp của sản phẩm được làm bằng dây đồng, quấn kín, gia cường bằng sợi thủy tinh, lớp cách điện mỏng, nhựa không chứa chất độn, được đổ ngâm tẩm trong điều kiện chân không và được đóng rắn theo đường cong đóng rắn nhiệt độ cụ thể.

Cuộn dây cao áp sử dụng cấu trúc hình trụ phân đoạn đặc biệt, còn cuộn dây hạ áp sử dụng kiểu hình trụ nhiều lớp, kiểu hình trụ phân đoạn hoặc kiểu hình trụ phân đoạn đặc biệt tùy thuộc vào cấp điện áp.

2.2 Đặc điểm kỹ thuật

2.2.1 Cuộn dây cao áp máy biến áp có khả năng chống va đập được quấn bằng dây dẫn, sử dụng cấu trúc hình trụ tiết diện đặc biệt. Cấu trúc này dựa trên kiểu quấn ống chỉ tiết diện thông thường, kiểu hình trụ tiết diện phụ thông thường, vừa kế thừa ưu điểm chống va đập của cuộn dây chỉ, vừa giải quyết được mâu thuẫn giữa các lớp điện áp cao trong cuộn dây chỉ. Đây là một cấu trúc quấn lý tưởng, thường được gọi là cấu trúc quấn không cộng hưởng.

So với loại trụ phân đoạn thông thường, trụ phân đoạn đặc biệt có thể giảm điện áp giữa các lớp hơn nữa, cải thiện sự phân bố điện áp và nâng cao đáng kể khả năng chịu va đập để chống lại quá áp khí quyển và quá áp vận hành.

Khả năng chống va đập không chỉ liên quan đến cấu trúc của cuộn dây mà còn phụ thuộc vào chất lượng đúc của cuộn dây và các đặc tính điện của vật liệu cách điện.

Sau khi quá trình cuộn sản phẩm hoàn tất, sản phẩm được đổ nhựa nguyên chất trong điều kiện chân không, không thêm chất độn nào, nhờ đó hiệu suất chảy của nhựa không bị giảm.

Và vì cuộn dây được quấn bằng dây dẫn, nhựa có thể bão hòa hoàn toàn cuộn dây, bất kể theo hướng trục hay hướng xuyên tâm, và không có bọt khí bên trong.

Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu về phân loại và đặc điểm của máy biến áp khô, tập trung vào các đặc điểm cấu trúc của máy biến áp dây quấn đúc, đặc điểm kỹ thuật, hệ thống làm mát, hệ thống điều khiển nhiệt độ, v.v., và tổng kết triển vọng phát triển của máy biến áp khô. Từ khóa: máy biến áp khô; phân loại máy biến áp dây quấn đúc.

Vật liệu cách điện rắn chắc được cấu tạo từ nhựa và sợi thủy tinh, không chỉ có khả năng chống va đập tốt mà còn có sự phóng điện cục bộ rất nhỏ.

2.2.2. Độ bền cơ học tốt và khả năng chống ngắn mạch cao. Đối với loại dây quấn hình trụ phân đoạn, sau khi đổ chân không, nhựa có thể được ngấm vào giữa các lớp, vòng dây và các đoạn của cuộn dây cùng một lúc.

Sau khi đóng rắn, nhựa, dây dẫn và sợi thủy tinh được kết hợp chặt chẽ để tạo thành cấu trúc vật thể cứng chắc. Tính chất cơ học cường độ cao của cấu trúc quyết định rằng các sản phẩm đúc quấn dây có khả năng chống ngắn mạch tốt.

Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu cách điện composite được tạo thành từ nhựa đóng rắn và sợi thủy tinh là (18 ~ 20)×10-6/K, và hệ số giãn nở của đồng được sử dụng trong cuộn dây là 17×10-6/K, về cơ bản là gần bằng hai giá trị này. Điều này giúp loại bỏ ứng suất cơ học giữa dây dẫn cuộn dây và vật liệu cách điện do giãn nở nhiệt và co ngót lạnh trong quá trình hoạt động của máy biến áp, từ đó loại bỏ hiện tượng nứt vỡ.

Do sản phẩm được đúc bằng nhựa ở áp suất cao và thấp, và lõi sắt được phủ nhựa, nên nó có khả năng chống ẩm và ăn mòn rất tốt. Ngay cả khi độ ẩm tương đối của không khí là 100%, nó vẫn có thể hoạt động trong thời gian dài.

Do vật liệu cách điện hỗn hợp gồm nhựa nguyên chất và sợi thủy tinh có độ bền điện cực cao, độ dày lớp cách điện bề mặt của sản phẩm chỉ khoảng 1,5 ~ 2 mm, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả tản nhiệt của bề mặt cuộn dây.

2.3. Hệ thống làm mát và bảo vệ

Máy biến áp khô được làm mát bằng phương pháp làm mát tự nhiên và làm mát bằng tuần hoàn không khí cưỡng bức. Phương pháp làm mát tự nhiên được áp dụng để đảm bảo máy biến áp hoạt động bình thường dưới tải định mức. Tất cả các máy biến áp khô được sử dụng trong nhà máy điện Baoji số 2 đều được làm mát bằng không khí cưỡng bức bằng quạt ly tâm.

Sau khi làm mát bằng hệ thống tuần hoàn không khí cưỡng bức, công suất của máy biến áp khô có công suất 800 kVA trở xuống có thể tăng 40%, và của máy biến áp khô có công suất 800 kVA trở lên có thể tăng 50%, và có thể hoạt động liên tục.

Máy biến áp kiểu khô thường có mức bảo vệ IP00, tức là không có vỏ bảo vệ, sử dụng trong nhà. Nhà máy điện Baoji số 2 sử dụng chế độ bảo vệ này. Ngoài ra, theo yêu cầu của người sử dụng, có thể bổ sung thêm vỏ bảo vệ.

Vỏ bảo vệ đạt chuẩn IP20 ngăn chặn sự xâm nhập của các vật thể rắn có kích thước lớn hơn 12 mm và tạo ra một lớp chắn bảo vệ cho các bộ phận mang điện. Khi sử dụng chuẩn bảo vệ IP23, ngoài chức năng bảo vệ của IP20, nó còn có chức năng ngăn nước bắn vào.

2.4. Hệ thống điều khiển nhiệt độ

Hoạt động an toàn, đáng tin cậy và tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc phần lớn vào sự an toàn và đáng tin cậy của lớp cách điện cuộn dây máy biến áp. Nhiệt độ của cuộn dây vượt quá nhiệt độ cách điện là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phá hủy lớp cách điện và khiến máy biến áp không thể hoạt động bình thường.

Máy biến áp đúc quấn dây dòng SC sử dụng hệ thống bảo vệ điều khiển nhiệt độ tự động XMTB. Một phần tử đo nhiệt điện trở bạch kim được nhúng trong vòng dây đầu tiên của cuộn dây hạ áp để tự động phát hiện sự tăng nhiệt độ của cuộn dây, hiển thị nhiệt độ của cuộn dây hạ áp ba pha và cung cấp khả năng bảo vệ nhiệt cho chúng.

Khi nhiệt độ môi trường và tải trọng thay đổi, nếu cuộn dây đạt đến nhiệt độ giới hạn, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ tự động phát tín hiệu để điều khiển việc khởi động quạt (110 ℃), dừng quạt (90 ℃), báo động (120 ℃) ​​và ngắt mạch (145 ℃), đảm bảo sản phẩm có khả năng bảo vệ quá tải đáng tin cậy trong quá trình vận hành.

Máy biến áp đúc quấn dây dòng SC3 sử dụng công nghệ được cấp bằng sáng chế của M&C để phát hiện và điều khiển nhiệt độ cuộn dây biến áp, và sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ có thể trực tiếp phát hiện nhiệt độ của cuộn dây, và thực hiện điều khiển làm mát bằng không khí cưỡng bức (AF), cảnh báo quá nhiệt và ngắt quá nhiệt của máy biến áp.

Sau khi gỡ lỗi bình thường bộ điều khiển nhiệt độ, máy biến áp được đưa vào vận hành lưới điện trước, sau đó bộ điều khiển nhiệt độ được cấp điện để hoạt động. Bộ điều khiển nhiệt độ ở trạng thái điều khiển tự động, thực hiện việc phát hiện và bảo vệ nhiệt độ của máy biến áp. Khi nhiệt độ cuộn dây cao hơn 110 ℃, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ khởi động quạt để làm mát cưỡng bức; nếu nhiệt độ cuộn dây giảm xuống dưới 90 ℃ khi làm mát bằng không khí cưỡng bức, quạt sẽ dừng lại.

Nếu nhiệt độ của cuộn dây tiếp tục tăng, bộ điều khiển nhiệt độ sẽ phát ra cảnh báo quá nhiệt (155 ℃) và tín hiệu ngắt quá nhiệt (170 ℃). Khi bộ điều khiển nhiệt độ bị lỗi và không thể tháo rời tạm thời, hãy tháo bộ điều khiển nhiệt độ, máy biến áp vẫn có thể hoạt động, chỉ cần giám sát và đảm bảo máy biến áp ở trạng thái hoạt động bình thường.

3. So sánh giữa máy biến áp khô và máy biến áp ngâm dầu

Những ưu điểm vượt trội và chi phí thấp của máy biến áp ngâm dầu khiến các loại máy biến áp khác khó có thể thay thế. Trong điều kiện hoạt động ngoài trời và yêu cầu phòng cháy chữa cháy ở các địa điểm thông thường, hiện tại và trong tương lai, máy biến áp ngâm dầu vẫn chủ yếu sẽ được sử dụng.

Tuy nhiên, đối với những nơi có yêu cầu phòng cháy chữa cháy cao, người ta sử dụng máy biến áp kiểu khô hoặc máy biến áp dùng chất lỏng không cháy. Máy biến áp khô có khả năng chịu quá tải cao hơn máy biến áp ngâm dầu, chủ yếu là do mật độ dòng điện của máy biến áp khô thấp hơn, dung lượng nhiệt lớn và hằng số thời gian cuộn dây lớn.

So với máy biến áp ngâm dầu, điều kiện hoạt động cách điện của máy biến áp khô được cải thiện. Máy biến áp ngâm dầu được sử dụng ở nhiều nơi hơn, lắp đặt ngoài trời nhiều hơn.

Máy biến áp khô có phạm vi hoạt động nhỏ, chủ yếu dùng trong nhà. So với máy biến áp ngâm dầu, nó có nhược điểm là biên độ điện áp sét thấp hơn, tốc độ sóng chậm hơn và xác suất bị sét đánh thấp hơn.

Máy biến áp khô thường được bảo vệ bằng các thiết bị chống sét oxit kim loại, không chỉ giới hạn quá áp môi trường mà còn giới hạn quá áp bên trong.