Máy biến áp điện lực là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp để đảm bảo cung cấp điện ổn định từ nguồn phát đến các điểm tiêu thụ.

Tuy nhiên, bất chấp độ bền cao và khả năng hoạt động lâu dài, hư hỏng trong máy biến áp vẫn có nguy cơ do sự kết hợp của nhiều yếu tố như điện, cơ học, nhiệt, độ ẩm, và lão hóa. Việc hiểu rõ các chế độ hỏng hóc phổ biến giúp các kỹ sư vận hành đưa ra chiến lược bảo trì hợp lý, nâng cao hiệu quả hoạt động và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Xem thêm:

Các nguyên nhân gây tăng nhiệt trong máy biến áp

Phân Tích Điều Chỉnh Điện Áp trong Máy Biến Áp

Giải thích trễ từ hay tổn thất vòng lặp trong máy biến áp

Tiếng ồn của máy biến áp phát ra từ đâu?

Hỏng hóc do yếu tố điện

Hỏng hóc do yếu tố điện là nguyên nhân phổ biến và thường gây ra các sự cố nghiêm trọng. Nguyên nhân gốc rễ thường bắt nguồn từ các hiện tượng như quá áp, xung sét, phóng điện cục bộ, và tích điện tĩnh. Theo dữ liệu, các sự cố do xung sét và lực điện động chiếm tới 21.5% tổng số hỏng hóc, cho thấy đây là nguy cơ hàng đầu đối với máy biến áp.

Quá áp là tình trạng xảy ra khi điện áp tăng vượt ngưỡng thiết kế, thường do sét đánh hoặc chuyển mạch. Khi điều này xảy ra, lớp cách điện trong máy biến áp bị áp lực điện lớn vượt quá khả năng chịu đựng, dẫn đến hiện tượng phóng điện hoặc thậm chí ngắn mạch. Phóng điện cục bộ, một hiện tượng phổ biến khác, xảy ra khi lớp cách điện bị suy giảm do thiết kế không phù hợp hoặc nhiễm bẩn. Phóng điện cục bộ không chỉ làm yếu đi khả năng cách điện mà còn có thể lan rộng, gây hỏng hóc toàn bộ.

Ngoài ra, hiện tượng tích điện tĩnh do nhiễm bẩn bề mặt cách điện hoặc lỗi trong thiết kế cũng làm tăng nguy cơ phóng điện. Khi các điện tích này không được giải phóng kịp thời, chúng có thể dẫn đến phá hủy cách điện tại các điểm yếu. Những hỏng hóc này không chỉ gây gián đoạn vận hành mà còn đe dọa đến an toàn của hệ thống lân cận.

Hỏng hóc do yếu tố cơ học

Máy biến áp chịu nhiều lực cơ học trong quá trình vận hành, đặc biệt là trong các sự cố như lực điện động hoặc ngắn mạch nội bộ. Những lực này, nếu vượt quá giới hạn thiết kế, có thể gây biến dạng cuộn dây hoặc làm hỏng kết cấu kẹp. Hỏng hóc cơ học thường xảy ra trong các trường hợp như vận chuyển không đúng cách hoặc khi thiết bị chịu tác động từ lực điện từ mạnh.

Một ví dụ điển hình là hiện tượng biến dạng cuộn dây, trong đó các lực điện động lớn gây ra xô lệch hoặc nén các vòng dây bên trong. Điều này không chỉ làm suy giảm hiệu suất hoạt động mà còn gây tổn thương đến lớp cách điện, dẫn đến ngắn mạch hoặc phóng điện. Ngoài ra, lực điện từ mạnh có thể làm hỏng hệ thống kẹp, gây mất ổn định cơ học, đặc biệt trong các máy biến áp công suất lớn.

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, những biến dạng này có thể trở nên nghiêm trọng hơn nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời. Ví dụ, một máy biến áp bị biến dạng cuộn dây nhưng vẫn tiếp tục vận hành sẽ phải đối mặt với nguy cơ lớn hơn từ rung động cơ học, dẫn đến hỏng hóc toàn bộ.

Hỏng hóc do nhiệt

Hỏng hóc do nhiệt là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây giảm tuổi thọ máy biến áp. Nhiệt độ cao không chỉ làm suy giảm tính chất của giấy cách điện mà còn ảnh hưởng đến chất lượng dầu cách điện. Khi dầu bị nhiệt phân, các khí như hydro và carbon monoxide được sinh ra, tích tụ trong bình dầu và gây nguy cơ phóng điện hoặc cháy nổ.

Hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt độ của máy biến áp. Tuy nhiên, nếu quạt làm mát hoặc bơm dầu không hoạt động hiệu quả, nhiệt độ bên trong sẽ tăng cao, dẫn đến quá nhiệt. Các ống dẫn dầu bị tắc hoặc không được bảo trì thường xuyên cũng góp phần làm giảm khả năng làm mát, khiến máy biến áp không thể duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu.

Một ví dụ điển hình về hỏng hóc do nhiệt là khi máy biến áp bị vận hành ở tải cao trong thời gian dài. Điều này gây ra sự suy giảm cơ học của giấy cách điện, làm nó mất khả năng chịu lực cơ học và rung động. Cuối cùng, lớp cách điện trở nên giòn và dễ gãy, dẫn đến các hỏng hóc nghiêm trọng.

Hỏng hóc do độ ẩm

Độ ẩm là một trong những nguyên nhân tiềm tàng nhưng thường bị đánh giá thấp trong các chương trình bảo trì máy biến áp. Khi hơi nước xâm nhập vào hệ thống cách điện, nó làm giảm đáng kể khả năng chịu áp điện của dầu cách điện. Hơn nữa, nước có thể tạo thành các bong bóng khí bên trong dầu khi nhiệt độ tăng cao, làm tăng nguy cơ phóng điện.

Rò rỉ dầu là nguồn chính dẫn đến sự xâm nhập của độ ẩm. Khi dầu bị rò rỉ qua các điểm nối hoặc van, hơi nước từ không khí dễ dàng xâm nhập vào bên trong. Kết quả là dầu cách điện bị nhiễm nước, làm giảm khả năng cách điện và làm tăng nguy cơ ngắn mạch. Đặc biệt, giấy cách điện có khả năng hút nước rất cao, khiến lớp cách điện trở nên yếu hơn.

Những vấn đề liên quan đến độ ẩm không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động mà còn làm tăng nguy cơ hỏng hóc trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Một giải pháp phổ biến là sử dụng các thiết bị khử ẩm và kiểm tra định kỳ dầu cách điện để phát hiện sớm các dấu hiệu nhiễm nước.

Hỏng hóc do lão hóa

Tuổi thọ của máy biến áp thường kéo dài từ 20 đến 40 năm, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và chất lượng bảo trì. Tuy nhiên, các máy biến áp già cỗi thường phải đối mặt với nguy cơ suy giảm hiệu suất do lão hóa của lớp cách điện và các thành phần cơ học. Theo dữ liệu, các máy biến áp trên 25 năm tuổi có tỷ lệ hỏng hóc cao nhất, với 16 trường hợp được ghi nhận.

Quá trình lão hóa ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cơ học của giấy cách điện, làm giảm khả năng chịu lực rung động và chuyển động cơ học. Đồng thời, dầu cách điện cũng mất dần các tính chất quan trọng, khiến nó không còn khả năng làm mát và cách điện hiệu quả như ban đầu. Khi tải tăng cao do mở rộng hệ thống, máy biến áp cũ dễ bị quá tải, dẫn đến nguy cơ cháy nổ.

Giải pháp hiệu quả để quản lý các máy biến áp già cỗi là thực hiện kiểm tra định kỳ các thành phần cách điện và dầu, đồng thời áp dụng các chương trình bảo trì phòng ngừa. Việc thay thế các máy biến áp cũ bằng thiết bị mới cũng là một cách để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.

Hỏng hóc do thiết kế và vật liệu

Thiết kế không tối ưu và vật liệu kém chất lượng là nguyên nhân gây ra một số hỏng hóc nghiêm trọng. Các vật liệu cách điện không đạt tiêu chuẩn hoặc dầu cách điện chất lượng thấp có thể nhanh chóng suy giảm trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Hơn nữa, các lỗi trong thiết kế cơ học, chẳng hạn như cấu trúc kẹp yếu, làm tăng nguy cơ hỏng hóc trong các sự cố lớn.

Ví dụ, các máy biến áp sử dụng dầu cách điện kém chất lượng thường bị lão hóa nhanh hơn, dẫn đến hình thành cặn bẩn và khí bên trong. Điều này không chỉ làm giảm khả năng cách điện mà còn làm tăng nguy cơ cháy nổ. Thiết kế kém cũng khiến máy biến áp không thể chịu được các lực điện từ lớn, dẫn đến biến dạng hoặc hỏng hóc toàn bộ.

Việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế nghiêm ngặt và sử dụng vật liệu chất lượng cao là cách tốt nhất để giảm thiểu các rủi ro này.

Hiểu rõ các chế độ hỏng hóc phổ biến trong máy biến áp điện lực là chìa khóa để tối ưu hóa hoạt động và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Thông qua việc thực hiện các chương trình bảo trì định kỳ, sử dụng vật liệu chất lượng cao và áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến, các kỹ sư vận hành có thể giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vận hành mà còn bảo vệ các thiết bị quan trọng khác trong hệ thống.