Hệ thống tách ẩm trong cách điện MBA giúp nâng cao hiệu suất và kéo dài tuổi thọ thiết bị

Khi một MBA có chỉ số DP giảm xuống đến 200 thì đã có thể được xem là hết thời hạn sử dụng. Thực tế cho thấy rằng số MBA chế tạo từ những năm thuộc thập niên 60 và 70 của lưới điện Bắc Mỹ chiếm tỷ lệ cao. Trong một vài năm tới, khi chưa có điều kiện thay thế, những máy này phải được đảm bảo trong điều kiện khô tối đa thì mới có thể tiếp tục vận hành.

Toàn bộ lượng ẩm trong cách điện giấy của một MBA mới thường không được lớn hơn 0,5%. Thực tế không hiếm trường hợp cách điện của MBA đã làm việc lâu năm có hàm lượng ẩm tới 2%, thậm chí còn cao hơn, tới 5%. Có một số phương pháp xác định hàm lượng ẩm trong cách điện của MBA. Phổ biến nhất là phương pháp của Karl Fisher: tiến hành thử nghiệm mẫu dầu lấy trong MBA và đối chiếu với hàm lượng nước trong dầu (tính theo ppm - phần triệu) với nhiệt độ vận hành của MBA. Chiếu theo các số liệu đã được lập sẵn ở biểu đồ sẽ thấy một MBA vận hành ở 50 ^oC với hàm lượng ẩm trong dầu là 30ppm chứa khoảng 1,5-2% nước.

Một phương pháp khá thông dụng khác là thử nghiệm hệ số công suất để đánh giá hiện trạng của cách điện. Kết quả xét nghiệm hệ số công suất với chỉ số CHL bằng 2,56 chỉ ra rằng cách điện của MBA đang chứa tới 2,5% nước. Các kết quả có được của nhiều mẫu thử nghiệm đưa đến kết luận MBA cần phải được bảo dưỡng để tách bỏ bớt hàm lượng ẩm trong cách điện của nó vì đã vượt quá mức cho phép nhằm tránh xảy ra tổn thất thêm nữa về tuổi thọ của MBA.

Hầu hết các MBA nội địa được bảo vệ chống sự xâm nhập của hơi ẩm bằng cách duy trì một lớp khí ni-tơ trong không khí ngay phía trên mặt lớp dầu trong thùng dầu chính. Tuy vậy, hơi ẩm vẫn có thể xâm nhập vào MBA qua các vòng đệm chống rò dầu ở sứ xuyên, tức sứ đầu ra  của MBA qua hệ thống lưu giữ khí ni-tơ, vì vòng đệm đã không được thực hiện kín triệt để, và qua một số đường khác. Đầu tiên, hơi ẩm tụ tập trong dầu MBA. Song, do lớp cách điện xenluylo trong MBA có lực hấp dẫn lớn hơn vài trăm lần so với dầu nên nó làm dầu nhanh chóng di chuyển và thấm vào lớp giấy cho đến khi đạt trạng thái cân bằng. Khi mà hơi ẩm đã thấm vào trong giấy thì rất khó tách được nó ra.

Phương pháp truyền thống làm khô ngay tại hiện trường các MBA đã bị nhiễm ẩm thường được gọi là “Tách ẩm bằng dầu nóng”. MBA được tách ra khỏi vận hành và bơm rút dầu từ thùng dầu chính sang một thùng giữ dầu riêng, cho tới khi lộ ra đáy của gông từ và các cuộn dây. Sau đó, dùng bộ xử lý dầu, bao gồm 2 bộ tạo nhiệt và 1 hệ thống chưng cất chân không dùng để hút chân không ở thùng dầu chính trong khi đồng thời xịt/phun dầu nóng lên khắp gông từ và các cuộn dây. Nhiệt từ dầu dồn ép hơi ẩm ra khỏi giấy và ngấm vào trong dầu, còn chân không sẽ tách hơi ẩm ra khỏi dầu. Thường dùng một máy phát điện lớn để cấp năng lượng cho bộ xử lý. Lý tưởng nhất là khi lượng ẩm tách ra khỏi lớp cách điện được kiểm tra/theo dõi từ tuyến ống chân không có sử dụng một vài loại hệ thống ngưng hơi. Sau đó, nước được thu gom lại và đo lường để theo dõi đánh giá khối lượng và tỷ lệ nước đã được tách bỏ. Quá trình xử lý này thường kéo dài khoảng 1 tuần đối với MBA loại trung bình. Với MBA có công suất lớn hơn thì thời gian sẽ lâu hơn.

Phương pháp truyền thống loại bỏ hơi ẩm trong MBA thường đắt, phải làm việc với cường độ cao trong phòng thí nghiệm và thường đòi hỏi phải tách MBA ra khỏi vận hành. Khi MBA được đặt ở các vị trí xung yếu trong lưới điện thì thường không dễ dàng được phép tách khỏi lưới và kéo dài thời gian ngừng hoạt động lâu đủ để bộ tạo nhiệt và chân không xử lý tách rút hết hơi ẩm. Để giảm bớt nhân công và kinh phí, nhiều nơi đã và đang áp dụng phương pháp mới: tách ẩm cho MBA ngay khi nó đang vận hành, tạm gọi tắt là phương pháp tách ẩm MBA trên lưới.

Suốt 5 năm vừa qua, các hệ thống làm khô MBA loại nhỏ và cơ động sử dụng loại phương tiện đặc biệt để tách bỏ hơi ẩm đã được nghiên cứu phát triển nhằm thực hiện quá trình tách hơi ẩm cho MBA mà không cần tách nó ra khỏi lưới điện. Hệ thống này vận hành không cần người theo dõi, liên tục tách bỏ nước khỏi dầu MBA trong khi MBA vẫn làm việc. Nó cũng không cần bộ tạo nhiệt hay chưng cất chân không, do đó, tiêu hao năng lượng không đáng kể. Mức dầu trong MBA được giữ lại không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của nó, và như vậy, cũng không cần thùng dầu phụ. Ưu điểm cơ bản của phương pháp tách ẩm mới này là MBA vẫn giữ nguyên trong trạng thái vận hành trong khi đang thực hiện quá trình tách bỏ hơi ẩm cách điện của máy. Một lợi ích khác nữa của phương pháp mới này so với phương pháp truyền thống là tiết kiệm được chi phí một cách đáng kể.

Hệ thống tách ẩm cho MBA trên lưới có thiết kế đơn giản. Một cơ cấu bơm điều khiển bằng một động cơ nửa mã lực (cỡ gần 400W) làm dầu luân chuyển liên tục. Các bộ phận với chức năng cụ thể trong hệ thống sẽ ngăn chặn không cho không khí xâm nhập vào dòng dầu mỗi khi nó quay trở lại, làm giảm mối lo ngại về việc các bọt khí có thể ảnh hưởng đến chất lượng MBA. Các ống dẫn hoặc vòi được nối từ hệ thống đến MBA và được trang bị các van điện từ để sẵn sàng cách ly MBA ra khỏi hệ thống trong trường hợp có bất kỳ tác động xấu không bình thường nào có thể xảy ra. Một vài hình thức báo động đặc trưng sẽ làm cho hệ thống hoàn tất và đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn trong tình trạng không cần người giám sát.

Để quá trình tách ẩm cho MBA trên lưới đạt hiệu quả, MBA phải duy trì làm việc ở nhiệt độ dầu tối thiểu là 40 ^oC. Nhiệt độ dầu cao hơn sẽ cải thiện được tính năng của MBA vì nhiệt độ cao thì lượng hơi ẩm bị tách ra khỏi cách điện và ngấm vào dầu sẽ tăng lên. Khi MBA đã được tách ra khỏi vận hành hoặc vẫn đang vận hành, nhưng chỉ mang tải nhẹ thì hơi ẩm càng khó bị tách ra khỏi lớp cách điện. Tăng nhiệt độ vận hành của MBA sẽ duy trì được điều kiện thuận lợi để hơi ẩm di chuyển ngược vào trong dầu. Khi hơi ẩm từ cách điện đã thẩm thấu vào trong dầu, nó sẽ được tách ra bởi các cơ cấu xử lý đặc biệt trong hệ thống làm khô, chúng có khả năng tách bỏ được một khối lượng lớn nước đã hoà tan trong dầu. Một cơ cấu có chức năng phát hiện hơi nước trong dầu sẽ theo dõi liên tục độ khô của dòng dầu khi nó quay trở về MBA.

Quá trình làm khô hoặc tách ẩm MBA trên lưới là hiệu quả. MBA cũ có hàm lượng ẩm trong cách điện là 5% có thể được làm khô để giảm xuống dưới 1,5%. Một MBA tăng áp dùng cho máy phát điện lúc đầu có hệ số công suất tính theo hệ CHL là 1,3%, sau quá trình xử lý, hệ số công suất tính theo CHL đo được chỉ còn 0,33%, điều đó cho thấy rõ rằng quá trình xử lý đã đạt hiệu quả làm khô cách điện cũng như dầu MBA. Số lần xử lý biến đổi tuỳ thuộc vào công suất của MBA, vào hàm lượng ẩm trong cách điện và cơ bản nhất là phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành của dầu.

Tuỳ điều kiện, hệ thống có thể được đưa vào vận hành trong lưới điện vài tuần đến một vài tháng. Trong quá trình xử lý, do các MBA vẫn tiếp tục vận hành và được giữ nguyên tại chỗ nên số lần xử lý không cần phải cân nhắc nhiều như ở các phương pháp thông dụng trước đây. Lưu ý rằng, phương pháp xử lý này không tách bỏ khí đã hoà tan ra khỏi dầu, như vậy, nó không phải là một giải pháp thay thế cho phương pháp truyền thống trong mọi trường hợp. Về mặt chi phí, nó chỉ bằng khoảng 20% so với phương pháp truyền thống. Nó cũng có thể được dùng để làm khô các MBA không sử dụng đến công nghệ chân không.

Hiện đang có khoảng 100 hệ thống làm khô MBA làm việc trực tiếp trên lưới điện Bắc Mỹ và các nước khác trên toàn thế giới. Hệ thống này bắt đầu phát triển từ năm 1995 và việc thử nghiệm tại hiện trường cũng được hoàn tất năm 1996 khi hệ thống này đã được thương mại hoá. Trong khi phần lớn các hệ thống này do các Công ty chủ đầu tư điều hành thì cũng có ngày càng nhiều hệ thống được đưa đến các thành phố, cấp cho các nhà thầu và các tập đoàn công nghiệp lớn.

Trong nền kinh tế thị trường, mọi hoạt động đều phải được xem xét để có hiệu quả cao và cắt giảm mọi chi phí không cần thiết. Hy vọng rằng công nghệ mới này sẽ được các kỹ sư và các kỹ thuật viên bảo dưỡng trạm biến áp ưa chuộng.

Nguồn: TTKHCNĐ,www.moi.gov.vn/kh-cn-mt,14/11/2005