1. Đặc tính vận hành không tải
Điều kiện không tải của máy biến áp có nghĩa là cuộn sơ cấp được cấp điện áp danh định 11kV trong khi cuộn thứ cấp để hở không tải. Hai chỉ số chính của hoạt động không tải là tổn thất không tải và dòng điện không tải. Khi đặt điện áp 11kV vào cuộn dây điện áp cao, từ thông xoay chiều đi qua lõi thép silicon, tạo ra tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy. Tổng của hai tổn thất này được xác định là tổn thất không tải. Tổn thất không tải tiếp tục tồn tại sau khi máy biến áp được cấp điện, không phụ thuộc vào tải hạ lưu và tạo thành nguồn tiêu thụ năng lượng thường xuyên trong mạng lưới phân phối. Dòng S13 và S22 hiện đại 11kVmáy biến áp ngâm dầusử dụng các tấm thép silicon định hướng dạng hạt có độ thấm cao, có thể giảm đáng kể tổn thất không tải để tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí. Dòng không tải là dòng kích thích cần thiết để thiết lập từ thông xen kẽ, thường chỉ chiếm 1% đến 3% dòng định mức. Dòng không tải quá mức làm tăng mức tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện và làm giảm hệ số công suất. Trong điều kiện hoạt động không tải, điện áp thứ cấp xấp xỉ bằng điện áp thấp danh định với độ lệch điện áp nhỏ. Tuy nhiên, nếu điện áp 11kV đầu vào lệch khỏi giá trị định mức thì điện áp đầu ra thứ cấp sẽ thay đổi tương ứng. Đặc tính không tải là hạng mục thử nghiệm bắt buộc đối với các thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy, được sử dụng để đánh giá chất lượng của việc cán màng lõi và phát hiện các khuyết tật giữa các vòng trong cuộn dây.
2. Đặc tính vận hành tải
Đặc tính tải mô tả trạng thái làm việc của máy biến áp khi nối với tải điện. Khi cuộn thứ cấp được nối với mạch tải và dòng tải chạy qua cuộn thứ cấp, dòng điện sơ cấp sẽ tăng lên tương ứng để thiết lập sự cân bằng lực từ và duy trì từ thông ổn định trong lõi. Tổn thất khi tải là thông số quan trọng khi làm việc có tải, chủ yếu bao gồm tổn thất đồng trong cuộn dây do dòng điện chạy qua dây dẫn cuộn dây gây ra. Tổn thất tải thay đổi theo bình phương dòng điện tải: tải cao hơn dẫn đến tổn thất tăng nhanh hơn. Ngược lại với tổn hao không tải, tổn hao khi có tải bằng 0 ở điều kiện không tải và đạt giá trị định mức ở mức đầy tải. Hệ số công suất của tải được kết nối cũng ảnh hưởng đến hoạt động của máy biến áp. Các tải cảm ứng như động cơ và máy bơm nước làm giảm hệ số công suất và tăng độ sụt áp, trong khi tải điện trở tạo ra sự biến đổi điện áp tương đối nhẹ. Trong các hệ thống phân phối, tải luôn biến động và máy biến áp hoạt động linh hoạt giữa tải nhẹ, nửa tải và gần đầy tải. Máy biến áp phân phối ngâm dầu 11kV chất lượng cao có thể duy trì hoạt động ổn định trong dải phụ tải rộng, thích ứng với đường cong phụ tải phân phối điển hình với phụ tải công nghiệp nặng vào ban ngày và phụ tải dân dụng nhẹ vào ban đêm.
3. Đặc điểm điều chỉnh điện áp
Tốc độ điều chỉnh điện áp là một chỉ số vận hành quan trọng để phân phốimáy biến áp. Nó được định nghĩa là phần trăm sụt giảm của điện áp thứ cấp khi máy biến áp chuyển từ không tải sang tải định mức, với điện áp đầu vào không đổi. Cuộn dây máy biến áp có điện trở cố hữu và phản ứng rò rỉ. Sau khi được tải, trở kháng bên trong sẽ tạo ra sụt áp và dẫn đến điện áp đầu ra giảm ở phía điện áp thấp. Dòng tải lớn hơn và hệ số công suất tải thấp hơn mang lại tốc độ điều chỉnh điện áp cao hơn. Nếu tốc độ điều chỉnh điện áp quá cao, thiết bị của người dùng cuối sẽ gặp phải các vấn đề về điện áp thấp, bao gồm cả công suất động cơ không đủ và độ sáng của đèn giảm. 11kVmáy biến áp phân phối ngâm dầuđược trang bị bộ chuyển đổi nấc ngoại mạch, có thể điều chỉnh số vòng dây hiệu dụng của cuộn dây cao áp sau khi cắt điện để bù đắp điện áp lưới và tối ưu hóa điện áp đầu ra. Trong thiết kế kỹ thuật phân phối, các kỹ sư dự trữ biên độ điều chỉnh điện áp theo độ sụt điện áp đường dây và sự thay đổi tải theo mùa để giữ điện áp đầu cuối nằm trong phạm vi cho phép theo quy định của tiêu chuẩn. Việc điều chỉnh điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng và không thể bỏ qua trong quá trình lựa chọn thiết bị.
4. Độ tăng nhiệt độ và đặc tính vận hành nhiệt
Đặc tính tăng nhiệt độ xác định khả năng quá tải và tốc độ lão hóa cách điện của máy biến áp. Toàn bộ tổn thất không tải và tổn thất có tải phát sinh trong quá trình vận hành đều được chuyển hóa thành nhiệt, được dầu cách điện truyền tới thùng chứa và các bộ tản nhiệt, sau đó tiêu tán vào không khí xung quanh thông qua quá trình đối lưu.Máy biến áp ngâm dầuáp dụng tuần hoàn dầu tự nhiên (ONAN) hoặc làm mát không khí cưỡng bức (ONAF) để tản nhiệt. Trong điều kiện làm việc định mức, có những giới hạn nghiêm ngặt về mức tăng nhiệt độ của dầu trên cùng cuộn dây. Khi tải tạm thời vượt quá công suất định mức, kết cấu ngâm dầu có thể chịu được tình trạng quá tải trong một thời gian nhất định. Nhờ khả năng chịu nhiệt lớn của dầu cách điện nên nhiệt độ tăng chậm. Tuy nhiên, tình trạng quá tải liên tục dẫn đến nhiệt độ quá cao kéo dài và đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu cách nhiệt bằng giấy. Tốc độ lão hóa của giấy cách điện tăng theo cấp số nhân theo nhiệt độ và nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ trực tiếp rút ngắn tuổi thọ sử dụng chung của máy biến áp. Thử nghiệm độ tăng nhiệt độ là thử nghiệm loại lõi tại nhà máy, xác minh xem thiết kế bộ tản nhiệt và cấu trúc tuần hoàn dầu có đáp ứng yêu cầu hay không. Trong bảo trì hàng ngày, theo dõi nhiệt độ dầu là phương pháp đơn giản và hiệu quả để đánh giá trạng thái vận hành máy biến áp.
5. Đặc tính ngắn mạch và khả năng chịu ngắn mạch
Sự cố ngắn mạch có thể xảy ra ở phía hạ áp của hệ thống phân phối. Trong những trường hợp như vậy, dòng điện ngắn mạch cực lớn chạy ngay lập tức qua cuộn dây máy biến áp, tạo ra lực điện động mạnh và nhiệt tức thời. Đặc tính ngắn mạch chủ yếu đánh giá khả năng chịu tác động ngắn mạch của máy biến áp. Kiểm tra ngắn mạch được thực hiện để đo trở kháng ngắn mạch và tổn thất ngắn mạch. Trở kháng ngắn mạch rất quan trọng đối với máy biến áp phân phối 11kV: trở kháng cao hơn hạn chế dòng điện ngắn mạch và giảm thiểu tác động của sự cố ngắn mạch lên thiết bị. Tuy nhiên, trở kháng quá mức sẽ làm tăng tốc độ điều chỉnh điện áp và gây sụt áp nghiêm trọng hơn khi có tải. Vì vậy, việc thiết kế máy biến áp phân phối 11kV cần đạt được sự cân bằng giữa giới hạn dòng ngắn mạch và ổn định điện áp. Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dây dẫn cuộn dây chịu lực tác động điện từ rất lớn. Nếu cấu trúc cố định cuộn dây yếu, có thể xảy ra biến dạng cuộn dây và hư hỏng cách điện và gây ra hỏng hóc vĩnh viễn. Máy biến áp phân phối ngâm trong dầu chất lượng cao sử dụng kết cấu đỡ cứng và liên kết cuộn dây cường độ cao để đáp ứng yêu cầu chịu ngắn mạch trong thời gian ngắn của tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn IEC, giảm rủi ro hư hỏng thiết bị trong các sự kiện ngắn mạch đột ngột trong mạng phân phối.
6. Đặc tính cách nhiệt và lão hóa
11kV máy biến áp ngâm dầusử dụng hệ thống cách điện hỗn hợp bao gồm dầu cách điện và giấy cách điện để cách ly các cuộn dây điện áp cao và điện áp thấp, đồng thời tách các bộ phận mang điện ra khỏi bể nối đất. Phương tiện cách điện duy trì hiệu suất ổn định ở nhiệt độ hoạt động bình thường. Tuy nhiên, lớp cách nhiệt sẽ bị thoái hóa dần dần trong quá trình hoạt động lâu dài: độ ẩm, oxy và nhiệt độ cao làm tăng tốc độ xuống cấp của giấy cách điện và quá trình oxy hóa dầu cách điện tạo ra các chất có tính axit làm ăn mòn thêm vật liệu cách nhiệt. Lão hóa cách nhiệt là một quá trình không thể đảo ngược. Khi quá trình lão hóa diễn ra, độ bền điện môi giảm, điều này có thể dễ dàng gây ra các sự cố bên trong như phóng điện cục bộ và đoản mạch giữa các vòng. Cấu trúc bịt kín của máy biến áp ngâm dầu được thiết kế để làm chậm quá trình lão hóa: các cấu trúc kín hoàn toàn ngăn chặn sự xâm nhập của không khí và hơi ẩm, đồng thời giảm sự hư hỏng của dầu cách điện. Phân tích sắc ký dầu thường xuyên và kiểm tra tổn thất điện môi có thể theo dõi xu hướng lão hóa cách điện, cảnh báo trước các lỗi tiềm ẩn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Phần kết luận
Đặc điểm hoạt động khác nhau củaMáy biến áp phân phối ngâm dầu 11kVcó liên quan với nhau và cùng nhau xác định hiệu suất toàn diện của thiết bị trong mạng lưới phân phối. Đặc tính không tải xác định mức tiêu thụ năng lượng cơ bản; đặc tính tải phản ánh tổn thất điện năng khi tải; điều chỉnh điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng của người dùng cuối; đặc tính tăng nhiệt độ hạn chế khả năng quá tải và tuổi thọ của thiết bị; đặc tính ngắn mạch thể hiện khả năng chống lại tác động của sự cố; đặc tính lão hóa cách điện liên quan đến độ tin cậy hoạt động lâu dài. Trong các giai đoạn lựa chọn dự án, thiết kế kỹ thuật và bảo trì, sự hiểu biết đầy đủ về các đặc điểm vận hành cơ bản này sẽ giúp các nhóm mua sắm và kỹ thuật lựa chọn máy biến áp phù hợp với các kịch bản ứng dụng, cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm rủi ro mất điện và đảm bảo hệ thống phân phối vận hành ổn định lâu dài. Mặc dù máy biến áp loại khô có lợi thế trong các tình huống nhạy cảm với cháy trong nhà, máy biến áp phân phối ngâm dầu 11kV vẫn là thiết bị phân phối được sử dụng rộng rãi nhất trong lưới điện đô thị và nông thôn do đặc tính vận hành hoàn thiện và hiệu quả kinh tế vượt trội.
