Kiểm tra khí trong buồng dầu (DGA) của máy biến áp

Nguyên lý cốt lõi

Các loại khí chính cần kiểm tra và các sự cố tương ứng

1. Hydrogen (H₂) + Methane (CH₄): Chủ yếu xảy ra trong các trường hợp phóng điện năng lượng thấp hoặc quá nhiệt cục bộ (nhiệt độ < 300°C).
2. Ethan (C₂H₆) + Ethen (C₂H₄): Quá trình này chủ yếu diễn ra ở nhiệt độ cao (300°C–700°C); hàm lượng ethen càng cao thì nhiệt độ có thể càng cao.
3. Acetylen (C₂H₂): Là khí đặc trưng cho hiện tượng phóng điện năng lượng cao; nếu phát hiện nồng độ đáng kể, rất có thể đã xảy ra sự cố nghiêm trọng như phóng điện hồ quang.
4. Tổng lượng hydrocacbon (tổng lượng các loại khí hydrocacbon nêu trên): Nếu tổng lượng tăng bất thường, điều này cho thấy sự cố đang diễn biến phức tạp và cần được theo dõi chặt chẽ.

Vai trò cốt lõi

1. Cảnh báo sự cố: Khi bề ngoài của máy biến áp không có dấu hiệu bất thường và các thông số điện vẫn ở mức bình thường, hệ thống sẽ phát hiện sớm các sự cố tiềm ẩn bên trong, từ đó tránh được tình trạng ngừng hoạt động đột ngột.
2. Xác định vị trí sự cố: Dựa vào thành phần khí để xác định sự cố là do quá nhiệt, phóng điện hay lão hóa cách điện, từ đó đưa ra hướng dẫn cho công tác bảo trì.
3. Đánh giá tình trạng: Theo dõi xu hướng biến động nồng độ khí, đánh giá tốc độ phát triển của sự cố, từ đó lập kế hoạch bảo trì hợp lý (chẳng hạn như ngắt điện khẩn cấp hoặc bảo trì theo kế hoạch).

Các phương pháp kiểm tra phổ biến

1. Kiểm tra ngoại tuyến: Lấy mẫu dầu biến áp định kỳ để gửi đến phòng thí nghiệm phân tích bằng máy sắc ký; phương pháp này có chi phí thấp và độ chính xác cao, nhưng chu kỳ kiểm tra kéo dài, phù hợp với các đợt kiểm tra định kỳ.
2. Kiểm tra trực tuyến: Thiết bị giám sát sắc ký trực tuyến thu thập mẫu dầu và phân tích khí theo thời gian thực, cho phép giám sát từ xa theo thời gian thực, phù hợp với các trạm biến áp không cần người trực hoặc các máy biến áp quan trọng.

I. Bảng đối chiếu các loại sự cố chính với khí đặc trưng

II. Giá trị chẩn đoán của các khí quan trọng

1. Acetylene (C₂H₂)
   • Các chỉ số chính: Đây là loại khí duy nhất phản ánh rõ ràng hiện tượng phóng điện năng lượng cao; nếu nồng độ vượt quá 5 μL/L thì cần phải theo dõi khẩn cấp.
   • Các tình huống điển hình: Phóng điện hồ quang, đứt cách điện, chẳng hạn như ngắn mạch giữa các vòng cuộn dây hoặc sự ăn mòn của các tiếp điểm công tắc phân áp.
   • Khuyến nghị xử lý: Ngắt điện ngay lập tức để tiến hành bảo trì, nhằm tránh hư hỏng thiết bị.
2. Hydrogen (H₂)
   • Cảnh báo sớm: Khí đặc trưng của hiện tượng phóng điện cục bộ hoặc do ẩm ướt, với nồng độ >100 μL/L cần theo dõi xu hướng.
   • Các yếu tố gây nhiễu: Sau khi bơm dầu vào máy biến áp mới, nồng độ có thể tăng nhẹ trong thời gian ngắn (mức dưới 1000 μL/L được coi là bình thường); cần kết hợp với dữ liệu lịch sử để đánh giá.
3. Ethylene (C₂H₄)
   • Chỉ báo nhiệt độ: Hàm lượng càng cao, nhiệt độ quá nhiệt càng cao. Ví dụ, khi C₂H₄ chiếm hơn 70% tổng lượng hydrocacbon, nhiệt độ có thể vượt quá 500°C.
   • Các tình huống điển hình: Quá nhiệt cuộn dây, tổn thất dòng xoáy trong lõi sắt.
4. Monoxyt carbon (CO) và khí carbon dioxide (CO₂)
   • Sự lão hóa của vật liệu cách điện: Tỷ lệ CO/CO₂ tăng cao cho thấy sự phân hủy của vật liệu cách điện rắn. Ví dụ, khi CO > 1000 μL/L và CO₂ > 10.000 μL/L, có thể giấy cách điện đã bị lão hóa.
   • Các yếu tố gây nhiễu: Trong quá trình vận hành bình thường, tỷ lệ CO/CO₂ có thể tăng dần do quá trình oxy hóa dầu; cần kết hợp với kết quả kiểm tra hàm lượng furfural để đưa ra đánh giá tổng thể.

3. Logic chẩn đoán sự cố theo phương pháp ba tỷ lệ

IV. Các giá trị cần lưu ý về hàm lượng khí và khuyến nghị xử lý

5. Quy trình chẩn đoán tổng hợp

1. Đánh giá sơ bộ: So sánh nồng độ khí với mức giới hạn cho phép; nếu nồng độ của một loại khí nào đó vượt quá mức giới hạn, hệ thống sẽ tiến hành phân tích sâu hơn.
2. Phân tích xu hướng: Tính toán tốc độ tạo khí (tuyệt đối / tương đối) để đánh giá tốc độ tiến triển của sự cố. Ví dụ, tốc độ tạo khí tuyệt đối > 10 mL/ngày cho thấy sự cố đang diễn biến mạnh.
3. Phương pháp ba tỷ lệ: Xác định loại sự cố dựa trên mã kết hợp và loại trừ các yếu tố gây nhiễu (như mẫu thiết bị, lịch sử vận hành).
4. Phương thức xác thực: Kết hợp các phương pháp giám sát phóng điện cục bộ, kiểm tra biến dạng cuộn dây, thử nghiệm điện trở cách điện, v.v., để xác nhận kết quả chẩn đoán.
5. Đề xuất quyết định：
   • Xử lý khẩn cấp: Khi nồng độ C₂H₂ vượt quá 5 μL/L hoặc tốc độ tạo khí tăng đột biến bất thường, hãy ngắt nguồn điện ngay lập tức để kiểm tra và sửa chữa.
   • Bảo trì theo kế hoạch: Khi nồng độ tổng hydrocacbon tiếp tục tăng nhưng chưa đạt đến ngưỡng báo động, cần tiến hành kiểm tra phòng ngừa hoặc kiểm tra bằng máy đo khí treo.
   • Giám sát trạng thái: Lấy mẫu định kỳ để theo dõi, xây dựng biểu đồ xu hướng DGA và dự đoán tuổi thọ thiết bị.

6. Giải thích về các trường hợp đặc biệt

1. Thiết bị mới đi vào hoạt động：
   • Sau khi bơm dầu, nồng độ H₂ và CH₄ có thể tăng nhẹ trong thời gian ngắn (mức tăng dưới 1000 μL/L được coi là bình thường); cần theo dõi tình trạng ổn định của các chỉ số này trong vòng 3–6 tháng.
2. Công tắc chuyển mạch có tải：
   • Dữ liệu DGA từ buồng dầu của công tắc chuyển mạch cần được phân tích riêng biệt; nồng độ C₂H₂ > 2 μL/L có thể là dấu hiệu cho thấy hiện tượng cháy mòn tiếp điểm.
3. Cách điện không dùng dầu khoáng：
   • Tiêu chuẩn đánh giá DGA đối với dầu este hoặc dầu silicone khác với dầu khoáng, do đó cần tham khảo các hướng dẫn chuyên dụng (ví dụ như IEC 62770).

VII. Tài liệu tham khảo về tiêu chuẩn và công cụ

1. Tiêu chuẩn quốc tế: IEC 60599 “Hướng dẫn giải thích kết quả phân tích khí hòa tan trong thiết bị điện khí nén sử dụng dầu khoáng đang vận hành”.
2. Tiêu chuẩn trong nước: GB/T 7252 “Hướng dẫn phân tích và đánh giá khí hòa tan trong dầu biến áp”.
3. Công cụ phân tích：
   • Kiểm tra ngoại tuyến: Máy sắc ký khí
   • Giám sát trực tuyến: Máy quang phổ quang âm