Bình Dầu Phụ Máy Biến Áp: Cấu Tạo, Nguyên Lý & Vai Trò Sống Còn

Bình dầu phụ của máy biến áp là một bộ phận quan trọng, thường có dạng hình trụ, được lắp đặt ở vị trí cao nhất của các máy biến áp ngâm dầu có công suất trung bình và lớn. Chức năng cốt lõi của nó là cung cấp không gian cho dầu máy biến áp giãn nở và co lại theo sự thay đổi của nhiệt độ, đồng thời bảo vệ dầu khỏi quá trình oxy hóa khi tiếp xúc với không khí.

Việc hiểu rõ về bình dầu phụ giúp đảm bảo vận hành an toàn và kéo dài tuổi thọ của máy biến áp, một thành phần cốt lõi trong mọi trạm biến áp.

Chức năng chính của bình dầu phụ

Chức năng chính của bình dầu phụ là điều chỉnh thể tích dầu tự động, cho phép dầu giãn nở khi nóng và co lại khi lạnh mà không làm tăng áp suất thùng chính, đồng thời bảo vệ dầu khỏi tiếp xúc với không khí và hơi ẩm, ngăn ngừa oxy hóa.

Chức năng quan trọng nhất của bình dầu phụ là bảo quản dầu máy biến áp. Quá trình vận hành của máy biến áp luôn phát sinh các loại tổn thất trong máy biến áp, gây ra nhiệt làm tăng nhiệt độ của dầu.

• Khi nhiệt độ tăng (do tải cao hoặc môi trường nóng): Dầu trong thùng chính giãn nở, thể tích tăng lên. Dầu thừa sẽ được đẩy lên bình dầu phụ, ngăn ngừa tăng áp suất quá mức trong thùng chính. Theo tính toán, hệ số giãn nở của dầu máy biến áp là khoảng 0.00075 mỗi °C, nghĩa là 10.000 lít dầu sẽ tăng thể tích 7.5 lít khi nhiệt độ tăng 1°C.
• Khi nhiệt độ giảm (do tải giảm hoặc môi trường lạnh): Dầu co lại, thể tích giảm. Dầu từ bình dầu phụ sẽ chảy xuống thùng chính, đảm bảo thùng chính luôn đầy dầu và duy trì khả năng cách điện.

Bằng cách điều chỉnh thể tích tự động này, bình dầu phụ thực hiện hai nhiệm vụ then chốt:

1. Ngăn dầu tiếp xúc với không khí: Giảm thiểu tối đa việc không khí và hơi ẩm (độ ẩm) xâm nhập vào dầu. Độ ẩm là kẻ thù số một của dầu cách điện, chỉ cần 30 phần triệu (ppm) nước trong dầu đã có thể làm giảm một nửa độ bền điện môi của nó.
2. Kéo dài tuổi thọ dầu: Một hệ thống bình dầu phụ hoạt động tốt (đặc biệt là loại có màng ngăn) có thể giúp dầu duy trì đặc tính, kéo dài tuổi thọ lên đến 20-30 năm, so với chỉ 5-10 năm nếu tiếp xúc trực tiếp với không khí. Nếu không có bộ phận này, các dấu hiệu hỏng dầu máy biến áp sẽ xuất hiện nhanh chóng hơn.

Cấu tạo chi tiết của bình dầu phụ

Bình dầu phụ được cấu tạo từ: Thân bình (thép hình trụ, dung tích 7-12% dầu chính), Ống nối với thùng chính (có thể lắp rơle Buchholz), Bộ lọc Silica Gel (ống thở) để hút ẩm không khí, Đồng hồ đo mức dầu (phao từ tính), và các van xả/nắp vệ sinh cho công tác bảo trì.

Một bình dầu phụ tiêu chuẩn được cấu tạo từ các bộ phận sau:

• Thân bình (Tank): Thường là bình thép carbon (như Q235 hoặc SS400) hình trụ, được mạ kẽm nhúng nóng theo tiêu chuẩn ASTM A123 để chống gỉ. Dung tích lý thuyết là 10% tổng lượng dầu thùng chính, nhưng dung tích thực tế có thể dao động từ 7% đến 12% tùy theo nhà sản xuất và tiêu chuẩn áp dụng (IEC 60076).
• Ống nối (Pipe): Đường ống vững chắc nối từ thùng chính của máy biến áp lên đáy bình dầu phụ. Đây là đường di chuyển của dầu khi giãn nở hoặc co lại.
• Bộ lọc Silica Gel (Silica Gel Breather): Đây là “lá phổi” của máy biến áp. Được lắp trên đỉnh bình, bộ lọc này chứa các hạt silica gel. Khi dầu co lại, không khí từ bên ngoài bị hút vào bình dầu phụ và phải đi qua bộ lọc này. Hơi ẩm trong không khí sẽ bị silica gel giữ lại, đảm bảo chỉ có không khí khô (với độ ẩm tương đối dưới 10%) đi vào.
• Bảo trì bộ lọc: Khi hạt silica gel chuyển từ màu xanh (khô) sang màu hồng (no ẩm), chúng đã hấp thụ khoảng 20% – 40% trọng lượng của chúng là nước và cần được thay thế hoặc sấy khô ở nhiệt độ 120-150°C trong vài giờ để tái sử dụng.
• Đồng hồ đo mức dầu (Oil Level Gauge): Thường là một đồng hồ phao từ tính, cho phép người vận hành quan sát mức dầu bên trong bình. Trên đồng hồ thường có các vạch tương ứng với các mức nhiệt độ khác nhau (ví dụ: mức dầu ở 25°C), vì mức dầu sẽ thay đổi theo nhiệt độ.
• Van xả cặn và nắp vệ sinh: Được dùng cho công tác bảo trì máy biến áp, cho phép xả bỏ cặn bẩn hoặc dầu cũ và vệ sinh bên trong bình.

Nguyên lý làm việc và vai trò của Rơle Buchholz

Dầu giãn nở vì nhiệt sẽ chảy từ thùng chính lên bình phụ. Rơle Buchholz lắp trên đường ống này sẽ phát hiện bất thường: Tích tụ khí (sự cố nhỏ, tích tụ 20-50 cm³/phút) sẽ kích hoạt Cảnh báo (Alarm), và Dòng dầu chảy mạnh (sự cố nghiêm trọng, tốc độ > 0.5 m/s) sẽ kích hoạt Ngắt máy (Trip).

Nguyên lý làm việc của bình dầu phụ dựa trên sự giãn nở nhiệt đơn giản. Tuy nhiên, sự di chuyển của dầu giữa thùng chính và bình phụ còn được giám sát bởi một thiết bị bảo vệ cực kỳ quan trọng: Rơle Buchholz.

Rơle này được lắp trên đường ống nối giữa thùng chính và bình dầu phụ.

1. Hoạt động bình thường: Dầu giãn nở (chảy lên bình phụ) và co lại (chảy xuống thùng chính) một cách từ từ. Luồng dầu này không đủ mạnh để kích hoạt rơle.
2. Phát hiện sự cố (Tích tụ khí): Nếu có sự cố bên trong máy biến áp (như phóng điện cục bộ) gây phân hủy dầu và sinh ra khí, các bọt khí này sẽ bay lên, đi qua ống nối và bị kẹt lại trong rơle Buchholz. Khi lượng khí tích tụ đủ lớn (ví dụ, đạt 200-300 cm³), nó sẽ làm phao trong rơle tác động, gửi tín hiệu cảnh báo (Alarm).
3. Phát hiện sự cố nghiêm trọng (Dòng dầu mạnh): Nếu xảy ra sự cố nghiêm trọng như ngắn mạch, dầu sẽ nóng lên đột ngột, giãn nở cực mạnh và tạo ra một dòng dầu chảy rất nhanh (thường trên 0.5 – 1.5 m/s) về phía bình dầu phụ. Dòng chảy này sẽ kích hoạt phao thứ hai trong rơle, gửi tín hiệu ngắt máy (Trip) ngay lập tức để bảo vệ máy biến áp khỏi hư hỏng nặng.

Tầm quan trọng của việc theo dõi mức dầu

Việc duy trì mức dầu chính xác (hiệu chuẩn theo vạch nhiệt độ, ví dụ 25°C) là rất quan trọng. Mức dầu quá thấp có thể làm không khí lọt vào thùng chính, giảm khả năng cách điện. Mức dầu quá cao có thể gây tràn dầu hoặc làm biến dạng bình phụ khi dầu tiếp tục giãn nở.

Việc duy trì mức dầu chính xác trong bình dầu phụ là rất quan trọng. Các tiêu chuẩn như IEC 60076-7 quy định rằng hệ thống phải hoạt động mà không tràn dầu trong dải nhiệt độ vận hành rộng (ví dụ từ -20°C đến +110°C của nhiệt độ dầu).

Chuyên viên tư vấn & Báo giá

Ms. Khuyên Bùi

⚡ Phản hồi ngay

Chat tư vấn qua Zalo Official

• Mức dầu quá thấp (Dưới vạch Min): Nguy hiểm. Khi dầu trong thùng chính co lại, nếu bình phụ không còn dầu để bù vào, không khí có thể bị hút vào thùng chính qua rơle Buchholz. Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng đo điện trở cách điện và có thể dẫn đến phóng điện bên trong máy.
• Mức dầu quá cao (Trên vạch Max): Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, dầu sẽ không còn không gian để giãn nở. Điều này có thể làm tăng áp suất, gây tràn dầu ra bộ lọc silica gel (làm hỏng bộ lọc và gây ô nhiễm) hoặc thậm chí làm biến dạng, nứt vỡ bình dầu phụ.

Việc kiểm tra mức dầu (luôn đối chiếu với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ dầu) phải được thực hiện định kỳ. Nếu cần bổ sung dầu, phải sử dụng dầu mới, sạch, đã qua xử lý và lý tưởng nhất là nên sử dụng dịch vụ lọc dầu máy biến áp chuyên nghiệp để đảm bảo chất lượng, duy trì độ ẩm dưới 20 ppm.

Các loại bình dầu phụ phổ biến

Để tăng cường khả năng bảo vệ dầu khỏi không khí, các thiết kế bình dầu phụ hiện đại đã được cải tiến. Hai loại phổ biến nhất là:

Bình dầu loại Atmoseal (Túi khí)

Bình dầu Atmoseal sử dụng một túi khí (bladder) bằng cao su (như NBR hoặc Viton) đặt bên trong bình. Dầu nằm bên ngoài túi và không khí nằm bên trong túi. Dầu và không khí được cách ly hoàn toàn, ngăn oxy hóa tuyệt đối.

Loại này sử dụng một túi khí (hoặc ngăn khí) làm bằng vật liệu cao su (như NBR – Nitrile Butadiene Rubber) chịu dầu, có khả năng kháng dầu và chịu nhiệt độ lên đến 110-120°C, đặt bên trong bình dầu phụ.

• Cấu tạo: Túi khí được kết nối với bộ lọc silica gel. Không gian bên ngoài túi khí chứa dầu.
• Hoạt động:
  • Khi dầu giãn nở, nó ép vào túi khí, đẩy không khí trong túi đi ra ngoài qua bộ lọc silica gel.
  • Khi dầu co lại, không khí khô từ bộ lọc silica gel được hút vào bên trong túi khí, đẩy dầu chảy xuống thùng chính.
• Ưu điểm: Dầu máy biến áp hoàn toàn không tiếp xúc với không khí, chỉ tiếp xúc với bề mặt túi cao su. Điều này giúp giảm quá trình oxy hóa gần như tuyệt đối, giữ cho hàm lượng khí hòa tan (đặc biệt là oxy) trong dầu ở mức cực thấp.

Bình dầu loại màng ngăn kín (Diaphragm)

Loại này sử dụng một màng ngăn cao su chia bình dầu thành hai nửa: nửa dưới chứa dầu (nối với thùng chính) và nửa trên chứa không khí (nối với bộ lọc silica gel). Tương tự loại Atmoseal, dầu và không khí được cách ly hoàn toàn.

Loại này sử dụng một màng ngăn bằng cao su, ngăn bình dầu phụ thành hai nửa.

• Cấu tạo: Nửa dưới kết nối với thùng chính (chứa dầu), nửa trên kết nối với bộ lọc silica gel (chứa không khí).
• Hoạt động:
  • Khi dầu giãn nở, nó đẩy màng ngăn cong lên, ép không khí ở nửa trên đi ra ngoài.
  • Khi dầu co lại, không khí khô được hút vào, đẩy màng ngăn xuống và ép dầu về thùng chính.
• Ưu điểm: Tương tự như loại Atmoseal, dầu được cách ly hoàn toàn khỏi không khí, mang lại hiệu quả bảo vệ vượt trội. Nhược điểm là màng ngăn có thể bị rách hoặc lão hóa sau 10-15 năm sử dụng.

So sánh với máy biến áp kiểu kín

Khác với máy có bình dầu phụ, máy biến áp kiểu kín (Sealed Type) không có bình phụ và được bịt kín hoàn toàn. Sự giãn nở của dầu được “hấp thụ” bởi độ đàn hồi của các cánh tản nhiệt (thùng gợn sóng). Loại này giảm công tác bảo trì (không có silica gel) nhưng khó sửa chữa hơn nếu bị rò rỉ.

Một giải pháp thay thế cho việc sử dụng bình dầu phụ là dùng máy biến áp kiểu kín.

Các loại máy này, như máy biến áp 3 pha kiểu kín, không có bình dầu phụ. Thay vào đó, chúng được thiết kế để chịu được sự thay đổi áp suất bên trong. Thùng dầu được bịt kín hoàn toàn (hermetically sealed) và sự giãn nở của dầu được hấp thụ bởi thiết kế đàn hồi của vỏ (thường là các cánh tản nhiệt dạng gợn sóng).

Mặc dù máy biến áp kiểu kín (thường dùng cho công suất nhỏ và trung bình) giúp giảm công tác bảo trì (không cần kiểm tra silica gel), nhưng bình dầu phụ vẫn là giải pháp tiêu chuẩn và hiệu quả cho các máy biến áp công suất lớn, nơi việc giám sát (qua rơle Buchholz) và bảo vệ chất lượng dầu là tối quan trọng.

Tóm lại, máy biến áp kiểu kín thường có chi phí ban đầu cao hơn 5-10% nhưng giảm chi phí bảo trì trong 5-7 năm đầu vận hành. Tuy nhiên, việc sửa chữa khi bị rò rỉ sẽ phức tạp hơn nhiều so với máy có bình dầu phụ.

Để được tư vấn thêm về các giải pháp kỹ thuật, dịch vụ thí nghiệm điện hoặc bảo trì hệ thống, vui lòng liên hệ với chúng tôi.