Bộ thay đổi nấc tải (LTC) là gì?

Độ lệch điện áp chỉ 5% có thể làm giảm tuổi thọ của động cơ cảm ứng tới 50%. Thống kê duy nhất đó giải thích tại sao tồn tại bộ thay đổi vòi tải. Bộ thay đổi vòi tải (LTC) là một thiết bị cơ điện được tích hợp vào máy biến áp điện để điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp trong khi máy biến áp vẫn mang điện và chịu tải . Nó thực hiện điều này bằng cách di chuyển điểm kết nối trên một cuộn dây thông qua một loạt các điểm nối dây cố định, thay đổi tỷ số vòng dây hiệu dụng theo các bước riêng biệt. Phạm vi điều chỉnh điển hình là ±10% điện áp danh định, với kích thước bước từ 0,625% đến 1,25% mỗi bước.

Nếu không có LTC, việc điều chỉnh điện áp chỉ có thể được thực hiện khi ngắt điện máy biến áp bằng bộ chuyển đổi nấc không tải (NLTC). Khả năng thay đổi vòi của LTC khi đầy tải khiến nó trở nên cần thiết đối với lưới điện và các nhà máy công nghiệp nơi tải biến động liên tục. LTC bị lỗi có thể gây ra tình trạng ngừng hoạt động theo tầng, do đó độ tin cậy của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của hệ thống. Dưới đây là so sánh song song để nắm bắt được sự khác biệt cơ bản.

Bên trong máy biến áp điện, LTC được triển khai phổ biến nhất trên cuộn dây điện áp cao, nơi dòng điện thấp hơn và các tiếp điểm của bộ chuyển đổi nấc chịu ít ứng suất hơn. Cho dù bạn đang chỉ định một máy biến áp trạm biến áp mới hay quản lý một đội máy cũ, việc hiểu chính xác bộ chuyển đổi vòi tải là gì sẽ đặt nền tảng cho tất cả các quyết định tiếp theo về thiết kế, chẩn đoán và bảo trì.

Bộ thay đổi tải trọng hoạt động như thế nào?

LTC hoạt động thông qua trình tự điều khiển vòng kín kết nối cảm biến điện áp, chuyển động cơ học và truyền dòng điện không có hồ quang. Mục đích là để thay đổi số vòng dây hiệu dụng của cuộn dây điều chỉnh mà không làm gián đoạn dòng điện tải. Trình tự diễn ra theo bốn giai đoạn riêng biệt, được điều phối bởi cơ chế điều khiển bằng động cơ:

1. Giám sát điện áp. Rơle điện áp hoặc bộ điều chỉnh kỹ thuật số liên tục so sánh điện áp thứ cấp của máy biến áp với điểm đặt. Khi độ lệch vượt quá dải chết đặt trước (thường là ± 0,75% đến ± 1,5%), bộ điều khiển sẽ khởi tạo lệnh thay đổi vòi.
2. Chuyển động của công tắc chọn. Bộ điều khiển động cơ quay một công tắc chọn để chuẩn bị vị trí vòi tiếp theo. Ở giai đoạn này, dòng điện chính vẫn chạy qua vòi hiện có.
3. Chuyển tiếp công tắc chuyển hướng. Công tắc chuyển hướng chuyển tải dòng điện từ vòi đang hoạt động sang vòi được chọn trước. Trong khoảng thời gian chuyển tiếp ngắn—thường là 40 đến 100 mili giây—một hoặc nhiều điện trở chuyển tiếp (hoặc cuộn kháng) nằm trong mạch để hạn chế dòng điện tuần hoàn và triệt tiêu hồ quang.
4. Khóa và phản hồi. Cơ chế khóa vòi mới và hệ thống điều khiển kiểm tra lại điện áp. Nếu độ lệch bây giờ nằm ​​trong giới hạn thì chuỗi sẽ kết thúc; nếu không, các bước tiếp theo sẽ được kích hoạt.

Toàn bộ quá trình này diễn ra mà không có bất kỳ sự gián đoạn rõ ràng nào. LTC loại điện trở đạt được khả năng chuyển mạch bằng cách đưa vào tạm thời một điện trở hấp thụ năng lượng trong quá trình vận hành tạo trước khi ngắt. LTC loại lò phản ứng sử dụng cuộn cảm nhỏ để đạt được hiệu quả tương tự nhưng có những ưu điểm riêng để vận hành thường xuyên, tốc độ cao. Cả hai thiết kế đều phổ biến và sự lựa chọn liên quan trực tiếp đến khoảng thời gian bảo trì và chi phí tổng thể của máy biến áp.

Người vận hành giám sát mức khí hòa tan trong dầu máy biến áp có thể phát hiện ra hồ quang điện bất thường của bộ chuyển mạch từ rất lâu trước khi xảy ra lỗi cơ học. Cái nhìn sâu sắc đó làm cho dữ liệu chẩn đoán trở thành một trong những công cụ thiết thực nhất để kéo dài tuổi thọ dịch vụ LTC.

Các loại bộ thay đổi nấc tải: Loại điện trở và loại lò phản ứng

Hai kiến trúc chiếm ưu thế trong bối cảnh LTC: loại điện trở (bước nhanh) và loại lò phản ứng (chuyển tiếp kéo dài). Cơ chế chuyển mạch bên trong của chúng khác nhau ở cách chúng xử lý sự hình thành tạm thời của hai đường dẫn dòng điện song song trong quá trình thay đổi nấc điện. Sự khác biệt duy nhất này tạo thành các cấu hình tương phản về tốc độ chuyển đổi, nhu cầu bảo trì và chi phí lắp đặt.

LTC loại điện trở là lựa chọn phù hợp cho hầu hết các ứng dụng truyền tải phụ và trung thế vì chúng nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, sau hàng nghìn lần vận hành, làm nóng điện trở và xói mòn tiếp điểm đòi hỏi phải lọc dầu một cách kỷ luật và thay thế tiếp điểm kịp thời. Thiết kế kiểu lò phản ứng, ban đầu được phát triển cho các mạng Bắc Mỹ, chịu được tần số chuyển mạch hàng ngày cao hơn với các chuyển tiếp chậm hơn, nhẹ nhàng hơn. Các nhà quy hoạch tiện ích thường ghép các LTC loại lò phản ứng với máy biến áp điện ngâm dầu trong các trạm biến áp truyền tải nơi việc thay đổi vòi nước hàng ngày ở mức hai con số là bình thường.

Nhà sản xuất máy biến áp ngâm dầu, nhà máy OEM/ODM

Jiangsu Dingxin Electric là nhà sản xuất máy biến áp ngâm dầu tùy chỉnh của Trung Quốc và Nhà máy sản xuất máy biến áp ngâm dầu OEM/ODM, máy biến áp ngâm dầu tùy chỉnh trực tuyến.

Xem sản phẩm →

Đối với các hoạt động công nghiệp thực hiện chu kỳ vòi vài phút một lần để bù cho tải lò hồ quang, độ bền cơ học của loại lò phản ứng có thể kéo dài thêm một năm giữa các lần kiểm tra lớn. Việc lựa chọn giữa hai loại này không phải là một quyết định phù hợp cho tất cả; nó bắt đầu với số lượng hoạt động dự kiến ​​hàng ngày rõ ràng và giá trị được đặt vào thời gian ngừng hoạt động được giảm thiểu.

Các ứng dụng chính của Bộ thay đổi nấc phụ tải trong Hệ thống điện

LTC được triển khai ở bất cứ nơi nào điện áp phải nằm trong dải hẹp mặc dù dao động tải rộng. Ba môi trường chiếm hơn 90% tổng số cài đặt LTC trên toàn thế giới.

• Trạm biến áp truyền tải và phân phối. Người vận hành lưới điện sử dụng LTC trên máy biến áp điện để duy trì mức điện áp theo luật định tại điểm ghép nối chung. Một máy biến áp trạm biến áp 115 kV/13,8 kV có thể thực hiện 15 đến 30 lần thay đổi nấc mỗi ngày để chống lại chu kỳ tải hàng ngày và sụt áp do sự cố ở xa.
• Nhà máy công nghiệp nặng. Lò hồ quang, máy cán và bộ khởi động động cơ lớn tạo ra những thay đổi tải nghiêm trọng và lặp đi lặp lại. LTC trên máy biến áp lò bù cho sự dịch chuyển vị trí điện cực, thường thực hiện hàng trăm thao tác mỗi ngày. Nếu không có quy định về tải, điện áp nhấp nháy sẽ vi phạm mã tiện ích và làm hỏng thiết bị gần đó.
• Tích hợp năng lượng tái tạo. Các trang trại năng lượng mặt trời và gió kết nối với lưới điện thông qua các máy biến áp tăng cường thường xuyên thấy dòng điện ngược và nguồn điện thay đổi. LTC làm mịn cấu hình điện áp ở bus thu gom, ngăn ngừa sự cố quá điện áp và cho phép dung lượng lưu trữ cao hơn. Máy biến áp gắn trên tấm đệm với LTC ngày càng phổ biến trong các dự án năng lượng mặt trời phân tán, nơi điện áp nguồn tăng lên khi sản xuất vào giữa trưa.

Nhà sản xuất, nhà máy sản xuất hộp biến áp gắn trên pad

Jiangsu Dingxin Electric là nhà sản xuất máy biến áp gắn trên miếng đệm tùy chỉnh của Trung Quốc và Nhà máy sản xuất máy biến áp gắn trên miếng đệm OEM/ODM, máy biến áp gắn trên miếng đệm tùy chỉnh trực tuyến.

Xem sản phẩm →

Trong mỗi trường hợp, LTC biến đổi máy biến áp thụ động thành nút điều chỉnh điện áp hoạt động. Khả năng hoạt động đó hiện là bắt buộc ở nhiều mã lưới, đặc biệt là ở những khu vực có mức độ thâm nhập năng lượng tái tạo cao. Khi chỉ định thiết bị cho các ứng dụng này, các kỹ sư giàu kinh nghiệm thường tìm đến các nhà sản xuất cung cấp cấu hình LTC có thể tùy chỉnh, bao gồm máy biến áp loại khô với các tùy chọn LTC dành cho môi trường trong nhà, nhạy cảm với lửa.

Nhà sản xuất máy biến áp loại khô, Nhà máy sản xuất máy biến áp loại khô

Jiangsu Dingxin Electric là nhà sản xuất máy biến áp loại khô tùy chỉnh của Trung Quốc và Nhà máy sản xuất máy biến áp loại khô OEM/ODM, máy biến áp loại khô tùy chỉnh trực tuyến.

Xem sản phẩm →

Các lỗi thường gặp của bộ thay đổi vòi tải và phương pháp chẩn đoán

LTC chứa mật độ tiếp điểm cơ học chuyển động cao nhất bên trong máy biến áp, khiến chúng trở thành bộ phận có nhiều khả năng bị hỏng nhất. Dữ liệu của CIGRE chỉ ra rằng các vấn đề về LTC góp phần gây ra khoảng 30% tổng số sự cố máy biến áp điện. Việc phát hiện sớm sự hư hỏng sẽ tránh được những sự cố ngừng hoạt động ngoài dự kiến ​​có thể khiến người dùng công nghiệp tốn hàng trăm nghìn đô la mỗi ngày.

DGA vẫn là công cụ cảnh báo sớm có giá trị nhất. Lượng axetylen (C₂H₂) tăng đột ngột thường báo hiệu hiện tượng phóng điện hồ quang nghiêm trọng bên trong ngăn chuyển hướng, trong khi xu hướng tăng nồng độ ethylene (C₂H₄) cho thấy quá trình luyện cốc do nhiệt của dầu gần các điểm tiếp xúc quá nóng. Kết hợp với chức năng đo nhiệt độ hồng ngoại của ngăn LTC và theo dõi vị trí vòi, giờ đây người vận hành có thể lên lịch bảo trì khắc phục trước khi xảy ra tình trạng ngừng hoạt động cưỡng bức.

Các phương pháp hay nhất về bảo trì Tap Changer

Bảo trì phòng ngừa trên LTC là sự cân bằng giữa việc bắt mòn trước khi nó gây ra hỏng hóc và tránh sự xâm nhập không cần thiết làm ảnh hưởng đến các kết nối ổn định. Danh sách kiểm tra sau đây cấu trúc một cách tiếp cận thực tế dựa trên kinh nghiệm dịch vụ.

1. Lấy mẫu dầu và DGA. Rút dầu từ ngăn chuyển hướng 6 đến 12 tháng một lần. So sánh nồng độ axetylen, hydro và ethylene với mức cơ bản. Mức tăng 50% so với cùng kỳ năm trước đảm bảo phải tiến hành thanh tra nội bộ.
2. Đo độ mòn tiếp xúc. Trên LTC loại điện trở, hãy kiểm tra các điểm tiếp xúc của bộ chuyển hướng sau mỗi 10.000 lần vận hành hoặc ở mốc 3 năm, tùy điều kiện nào đến trước. Đo chiều rộng tiếp điểm và thay thế các bộ đã bị mòn quá 50% độ dày ban đầu.
3. Bôi trơn cơ cấu truyền động. Bôi trơn tất cả các bánh răng dẫn động và các mối nối nửa năm một lần. Kiểm tra xem các chốt cắt có bị gãy không và xác minh rằng chỉ báo vị trí cơ khí khớp hoàn hảo với chỉ báo của vòi điện.
4. Bảo dưỡng dầu máy biến áp. Lọc hoặc thay thế dầu ngăn LTC dựa trên kiểm tra độ axit và độ bền điện môi. Sử dụng cùng loại dầu được khuyến nghị cho thùng chính nhưng giữ riêng hai hệ thống dầu để tránh lây nhiễm chéo.
5. Ghi nhật ký hoạt động. Ghi lại mọi thay đổi vòi theo ngày và dòng tải. Bộ điều khiển kỹ thuật số hiện đại sẽ tự động ghi lại điều này. Tần số thay đổi vòi nước tăng đột ngột, không rõ nguyên nhân thường phản ánh bộ điều chỉnh điện áp bị hỏng hoặc vấn đề về tải đang gia tăng.

Lập ngân sách cho việc bảo trì LTC rất đơn giản: một cuộc đại tu lớn (thay toàn bộ bộ chuyển hướng cộng với xử lý dầu) thường tốn từ 10% đến 20% giá mua ban đầu của máy biến áp, với công việc được thực hiện sau mỗi 15 đến 20 năm. Việc dàn trải chi phí đó trong suốt vòng đời 30 năm của tài sản tạo nên một cơ sở vững chắc cho việc không bao giờ trì hoãn việc phân tích dầu hàng năm.

Cách chọn Bộ thay đổi nấc tải phù hợp cho máy biến áp của bạn

Việc chọn LTC không chỉ liên quan đến việc chọn số bộ phận từ danh mục. Quyết định này phải điều chỉnh khả năng của bộ đổi vòi nước phù hợp với thực tế về điện, cơ khí và kinh tế của hệ thống lắp đặt. Bắt đầu bằng cách điền vào ma trận quyết định dữ liệu cụ thể của bạn.

Một máy biến áp trạm biến áp 50 MVA, 115 kV mới dành cho một công ty điện lực có lịch sử 40 lần thay vòi mỗi ngày sẽ nghiêng về loại LTC kiểu lò phản ứng, mặc dù kinh phí đầu tư cao hơn, vì tránh được việc ngừng thay mới tiếp điểm trong hơn một thập kỷ mang lại tổng chi phí sở hữu thấp hơn. Ngược lại, một máy biến áp phân phối công nghiệp 12,47 kV chỉ thực hiện năm lần điều chỉnh mỗi ngày sẽ được phục vụ tốt bởi LTC loại điện trở hiện đại có khả năng giám sát dựa trên tình trạng.

Cuối cùng, việc lựa chọn LTC chính xác là một chức năng của triết lý vận hành, không chỉ là thông số kỹ thuật. Hợp tác với nhà sản xuất có thể cung cấp các giải pháp LTC tích hợp tại nhà máy—và hỗ trợ chẩn đoán để giám sát chúng—đảm bảo rằng máy biến áp hoạt động đáng tin cậy trong mọi mùa nhu cầu.