1. Giới thiệu
Để lựa chọn, đấu thầu và đánh giá vận hành dài hạn đường dây 11kVmáy biến áp phân phối ngâm dầu, tổn thất không tải và tổn thất có tải là hai thông số kỹ thuật chính. Họ trực tiếp xác định mức tiêu thụ năng lượng trong vòng đời của máy biến áp, mức tăng nhiệt độ, mức tiêu thụ điện và mức hiệu quả năng lượng. Nhiều kỹ sư mua sắm và nhân viên bảo trì phân phối có xu hướng nhầm lẫn giữa nguồn gốc vật lý, phương pháp tính toán và ranh giới tiêu chuẩn của hai loại tổn thất này. Tổn hao không tải là tổn hao không đổi phát sinh liên tục sau khi máy biến áp được cấp điện. Tổn thất có tải là tổn thất thay đổi tăng theo tải đầu ra. Bài báo giải thích một cách hệ thống cơ chế phát điện, công thức tính toán và quy trình thử nghiệm tổn thất không tải và tổn thất có tải của máy biến áp ngâm dầu 11kV. Nó cũng diễn giải các giá trị giới hạn, điều kiện thử nghiệm và dung sai chấp nhận theo các tiêu chuẩn IEC và GB chính, hỗ trợ các chuyên gia kỹ thuật tính toán mức tiêu thụ năng lượng, so sánh giải pháp và nghiệm thu thiết bị.
2. Định nghĩa và nguyên lý tổn hao không tải (Tổn hao lõi)
Tổn hao không tải, còn được gọi là tổn hao lõi, là tổn thất công suất tác dụng được đo khi tần số định mức và điện áp định mức được đặt lên một cuộn dây trong khi cuộn dây còn lại được để hở mạch mà không tải. Sau khi máy biến áp được nối vào lưới điện và được từ hóa, tổn thất không tải sẽ liên tục tiêu thụ điện năng 24 giờ một ngày, không phụ thuộc vào dòng điện tải.
Tổn hao không tải bao gồm tổn hao trễ và tổn hao dòng điện xoáy. Điện áp xoay chiều định kỳ từ hóa và khử từ lõi sắt. Các miền từ bên trong tấm thép silicon lật liên tục và tạo ra nhiệt ma sát, tạo ra hiện tượng mất trễ. Từ thông xoay chiều tạo ra dòng điện tuần hoàn bên trong các lớp thép, tạo ra tổn thất dòng điện xoáy. 11kV hiện đạimáy biến áp ngâm dầuáp dụng rộng rãi thép silicon định hướng hạt cán nguội (CRGO). Cán mỏng hơn và ủ tối ưu hóa làm giảm tổn thất lõi cụ thể. Tổn hao đồng nhỏ trong cuộn dây kích thích trong quá trình thử nghiệm không tải là không đáng kể đối với các tính toán kỹ thuật.
Công thức tính tổn hao không tải:
Tổn hao không tải bao gồm tổn hao trễ và tổn hao dòng điện xoáy. Điện áp xoay chiều định kỳ từ hóa và khử từ lõi sắt. Các miền từ bên trong tấm thép silicon lật liên tục và tạo ra nhiệt ma sát, tạo ra hiện tượng mất trễ. Từ thông xoay chiều tạo ra dòng điện tuần hoàn bên trong các lớp thép, tạo ra tổn thất dòng điện xoáy. 11kV hiện đạimáy biến áp ngâm dầuáp dụng rộng rãi thép silicon định hướng hạt cán nguội (CRGO). Cán mỏng hơn và ủ tối ưu hóa làm giảm tổn thất lõi cụ thể. Tổn hao đồng nhỏ trong cuộn dây kích thích trong quá trình thử nghiệm không tải là không đáng kể đối với các tính toán kỹ thuật.
Công thức tính tổn hao không tải:
- P0=K0×p0×Gcore
- P0: Tổn thất không tải tính bằng Watt
- K0: Hệ số chế tạo lõi (1,1~1,3, bị ảnh hưởng bởi các mối nối cán và ứng suất gia công)
- p0: Tổn hao lõi riêng của thép silic (W/kg, giá trị nguyên liệu xuất xưởng)
- Gcore: Tổng trọng lượng lõi tính bằng kg
3. Định nghĩa và nguyên lý tổn thất phụ tải (Tổn hao đồng)
Tổn thất tải, thường được gọi là tổn thất đồng, là tổn thất thay đổi được tạo ra khi dòng điện chạy qua cuộn dây máy biến áp. Trong các thử nghiệm tiêu chuẩn, cuộn dây điện áp thấp được nối tắt trong khi dòng điện định mức được đưa vào phía điện áp cao; tổn thất điện năng hoạt động được đo ở nhiệt độ tham chiếu là 75 độ. Tổn thất tải chủ yếu bao gồm tổn thất điện trở \\(I^2R\\) cuộn dây và tổn thất tản bổ sung. Tổn thất bổ sung bao gồm tổn thất dòng điện xoáy trong dây dẫn và tổn thất từ thông tản lạc trong các bộ phận kết cấu kim loại như thùng chứa, kẹp và khung lõi.
Tổn hao tải tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện tải. Khi tải một phần, tổn thất tải giảm nhanh. Trong điều kiện đầy tải hoặc quá tải, tổn thất tải tăng mạnh và làm tăng nhiệt độ đáng kể.
4. Thông số kỹ thuật kiểm tra tổn thất & Giải thích tiêu chuẩn
Đo tổn thất cho 11kVmáy biến áp ngâm dầutuân theo các tiêu chuẩn loạt IEC 60076 cho các dự án quốc tế. Thị trường trong nước áp dụng GB1094, GB/T6451 và GB20052 Giá trị tối thiểu cho phép về hiệu suất năng lượng và cấp hiệu suất năng lượng đối với máy biến áp điện, là giá trị bắt buộc đối với các thử nghiệm định kỳ tại nhà máy và nghiệm thu tại hiện trường.
4.1 Điều kiện thử nghiệm IEC 60076
Đối với thử nghiệm không tải: đặt điện áp định mức và tần số định mức, hở mạch cuộn thứ cấp. Đối với thử nghiệm tổn thất tải: cuộn dây bị ngắn mạch, bơm dòng điện định mức, chuyển đổi kết quả đo được về nhiệt độ tham chiếu 75 độ. IEC 60076-19 quy định các quy tắc đánh giá độ không đảm bảo đo đối với phép đo tổn hao để xác minh tại nhà máy.
Giá trị giới hạn 4,2 GB và dung sai chấp nhận
GB/T6451 cung cấp các giá trị chuẩn không tải và tổn hao tải cho 11kVmáy biến áp phân phối ngâm dầuở các mức công suất định mức khác nhau. GB20052 xác định các cấp độ hiệu quả năng lượng Loại 1, Loại 2 và Loại 3. Dòng S11, S13 và S22 cho thấy những cải tiến hiệu quả ngày càng tăng. Các mẫu S22 tổn thất cực thấp sử dụng thép CRGO cao cấp để giảm đáng kể tổn thất không tải.
Dung sai chấp nhận: tổn hao không tải đo được không được vượt quá +5% giá trị tiêu chuẩn; Tổn hao tải đo được không được vượt quá +10% giá trị tiêu chuẩn. Kết quả thử nghiệm vượt quá các dung sai này được coi là không tuân thủ.
4.1 Điều kiện thử nghiệm IEC 60076
Đối với thử nghiệm không tải: đặt điện áp định mức và tần số định mức, hở mạch cuộn thứ cấp. Đối với thử nghiệm tổn thất tải: cuộn dây bị ngắn mạch, bơm dòng điện định mức, chuyển đổi kết quả đo được về nhiệt độ tham chiếu 75 độ. IEC 60076-19 quy định các quy tắc đánh giá độ không đảm bảo đo đối với phép đo tổn hao để xác minh tại nhà máy.
Giá trị giới hạn 4,2 GB và dung sai chấp nhận
GB/T6451 cung cấp các giá trị chuẩn không tải và tổn hao tải cho 11kVmáy biến áp phân phối ngâm dầuở các mức công suất định mức khác nhau. GB20052 xác định các cấp độ hiệu quả năng lượng Loại 1, Loại 2 và Loại 3. Dòng S11, S13 và S22 cho thấy những cải tiến hiệu quả ngày càng tăng. Các mẫu S22 tổn thất cực thấp sử dụng thép CRGO cao cấp để giảm đáng kể tổn thất không tải.
Dung sai chấp nhận: tổn hao không tải đo được không được vượt quá +5% giá trị tiêu chuẩn; Tổn hao tải đo được không được vượt quá +10% giá trị tiêu chuẩn. Kết quả thử nghiệm vượt quá các dung sai này được coi là không tuân thủ.
5. Các thông số chính ảnh hưởng đến giá trị tổn thất
Tổn thất không tải phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu lõi, mật độ từ thông và tay nghề xếp chồng. Mật độ từ thông cao hơn làm tăng tổn thất lõi. Thép silicon cao cấp hơn làm giảm tổn thất cụ thể. Các gờ và ứng suất cơ học trong quá trình cắt và lắp ráp lõi làm tăng hệ số chế tạo và tăng tổn thất không tải.
Tổn thất tải được xác định bởi vật liệu cuộn dây, tiết diện dây dẫn và điều khiển từ thông rò rỉ. Cuộn dây đồng có điện trở thấp hơn cuộn dây nhôm cho công suất ngang nhau. Tiết diện dây dẫn lớn hơn làm giảm điện trở nhưng làm tăng chi phí vật liệu và kích thước tổng thể của máy biến áp. Tổn hao bổ sung rải rác là hạng mục kiểm soát quan trọng đối với máy biến áp 11kV lớn hơn. Các nhà thiết kế áp dụng biện pháp che chắn từ tính và bố trí cuộn dây được tối ưu hóa để triệt tiêu dòng điện đi lạc.
Tổn thất tải được xác định bởi vật liệu cuộn dây, tiết diện dây dẫn và điều khiển từ thông rò rỉ. Cuộn dây đồng có điện trở thấp hơn cuộn dây nhôm cho công suất ngang nhau. Tiết diện dây dẫn lớn hơn làm giảm điện trở nhưng làm tăng chi phí vật liệu và kích thước tổng thể của máy biến áp. Tổn hao bổ sung rải rác là hạng mục kiểm soát quan trọng đối với máy biến áp 11kV lớn hơn. Các nhà thiết kế áp dụng biện pháp che chắn từ tính và bố trí cuộn dây được tối ưu hóa để triệt tiêu dòng điện đi lạc.
6. Ứng dụng kỹ thuật thực tế về thông số tổn thất
Trong quá trình đánh giá hồ sơ dự thầu 11kVmáy biến áp, người mua không chỉ nên so sánh giá mua ban đầu mà còn phải tiến hành phân tích Chi phí vòng đời sản phẩm (LCC). Tổn thất không tải kéo dài 24 giờ, điều này rất quan trọng đối với các khu vực được cấp điện liên tục với tải trung bình thấp. Tổn thất tải thay đổi theo điều kiện tải và có ý nghĩa rất lớn đối với các khu vực phân phối có tải ban ngày nhiều và tải ban đêm nhẹ.
Điểm tải kinh tế xảy ra khi tổn thất không tải bằng tổn thất có tải, đạt được hiệu suất máy biến áp tối đa. Dựa trên các thông số tổn thất, các kỹ sư bảo trì có thể tính toán phạm vi tải vận hành tối ưu, phối hợp chiến lược chuyển mạch của nhiều máy biến áp phân phối song song và giảm lãng phí điện năng tổng thể cho lưới điện.
Điểm tải kinh tế xảy ra khi tổn thất không tải bằng tổn thất có tải, đạt được hiệu suất máy biến áp tối đa. Dựa trên các thông số tổn thất, các kỹ sư bảo trì có thể tính toán phạm vi tải vận hành tối ưu, phối hợp chiến lược chuyển mạch của nhiều máy biến áp phân phối song song và giảm lãng phí điện năng tổng thể cho lưới điện.
7. Kết luận
Tổn thất không tải và tổn thất có tải là chỉ số cốt lõi để đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng và hiệu quả vận hành kinh tế của đường dây 11kVmáy biến áp ngâm dầu. Tổn thất không tải là không đổi và bị chi phối bởi vật liệu cốt lõi và quy trình sản xuất. Tổn hao khi tải có thể thay đổi, tỷ lệ với bình phương dòng điện tải và được xác định bởi điện trở cuộn dây và từ thông rò rỉ. Công thức tiêu chuẩn cho phép ước tính mức tiêu thụ năng lượng nhanh chóng. IEC 60076 và GB20052 xác định môi trường thử nghiệm thống nhất, giá trị giới hạn và dung sai chấp nhận. Trong đấu thầu, lựa chọn thiết bị và bảo trì mạng lưới phân phối, việc hiểu chính xác hai loại tổn thất này giúp các kỹ sư điện lực kiểm soát chi phí điện lâu dài, lựa chọn cấp hiệu suất năng lượng phù hợp với điều kiện làm việc và giảm thiểu tổn thất vận hành lưới điện.
