Phân Tích Khí Hòa Tan (DGA): Hướng Dẫn Chẩn Đoán Sức Khỏe Máy Biến Áp

Để phân tích khí hòa tan (DGA) hiệu quả, phương pháp quan trọng nhất là so sánh nồng độ 7 loại khí chính với các giới hạn tiêu chuẩn ngành (như IEEE C57.104) và theo dõi tốc độ gia tăng của chúng theo thời gian. Việc này giúp phát hiện sớm các lỗi tiềm ẩn như tăng nhiệt độ máy biến áp, phóng điện cục bộ, hay hồ quang, cho phép can thiệp bảo trì trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng. DGA là một phần không thể thiếu trong dịch vụ bảo trì máy biến áp định kỳ.

7 Loại Khí Hòa Tan Chính và Ý Nghĩa Chẩn Đoán

Phân tích DGA tập trung vào việc phát hiện và định lượng 7 loại khí chính sinh ra từ sự phân hủy của dầu cách điện và vật liệu cách điện rắn (giấy) bên trong máy biến áp. Mỗi khí hoặc nhóm khí là một “dấu hiệu” chỉ báo một loại sự cố cụ thể.

• Hydro (H₂): Thường là khí đầu tiên xuất hiện. Nồng độ H₂ tăng cao là dấu hiệu rõ ràng của phóng điện cục bộ (Partial Discharge – PD) hoặc corona. Đây là các phóng điện năng lượng thấp “ăn mòn” lớp cách điện.
• Methane (CH₄): Chỉ thị quá nhiệt ở nhiệt độ tương đối thấp (dưới 300°C) trong dầu.
• Ethane (C₂H₆): Tương tự như Methane, nhưng chỉ thị quá nhiệt ở nhiệt độ cao hơn một chút (khoảng 200°C – 400°C).
• Ethylene (C₂H₄): Một dấu hiệu rất quan trọng, chỉ thị quá nhiệt nghiêm trọng trong dầu (khoảng 400°C – 600°C), thường liên quan đến các điểm nóng (hot spots) cục bộ.
• Acetylene (C₂H₂): Đây là khí báo động nguy hiểm nhất. Acetylene cần năng lượng cực lớn để hình thành, chỉ ra sự hiện diện của hồ quang điện (Arcing) hoặc phóng điện năng lượng rất cao (trên 700°C). Sự hiện diện của Acetylene, dù chỉ một lượng nhỏ, đòi hỏi phải điều tra ngay lập tức.
• Carbon Monoxide (CO) và Carbon Dioxide (CO₂): Hai khí này không phải sinh ra từ dầu mà từ sự phân hủy của giấy cách điện (cellulose). Đây là một trong các vật liệu cách điện trong máy biến áp quan trọng nhất. Nồng độ CO và CO₂ tăng cao cho thấy lớp cách điện rắn đang bị lão hóa hoặc quá nhiệt.

5 Loại Lỗi Máy Biến Áp Mà DGA Có Thể Phát Hiện

Dựa trên sự kết hợp và tỷ lệ của các khí trên, DGA có thể chẩn đoán chính xác 5 loại sự cố cơ bản:

1. Phóng điện cục bộ (PD): Thường thấy qua sự gia tăng của Hydro (H₂). Đây là một trong những hạng mục quan trọng của dịch vụ đo phóng điện cục bộ online.
2. Hồ quang (Arcing): Lỗi nghiêm trọng nhất, được xác định bởi sự hiện diện của Acetylene (C₂H₂), thường đi kèm với Hydro và các khí khác.
3. Quá nhiệt dầu (Nhiệt độ thấp đến trung bình): Gây ra bởi các kết nối lỏng lẻo hoặc tản nhiệt kém. Dấu hiệu là Methane (CH₄) và Ethane (C₂H₆).
4. Quá nhiệt dầu (Nhiệt độ cao): Gây ra bởi tải quá cao, gây ra tổn thất trong máy biến áp. Dấu hiệu chính là Ethylene (C₂H₄).
5. Phân hủy Cellulose (Giấy): Lớp cách điện giấy bị lão hóa hoặc quá nhiệt, thể hiện qua Carbon Monoxide (CO) và Carbon Dioxide (CO₂) Tăng Cao, làm giảm tuổi thọ và là một dấu hiệu hỏng dầu máy biến áp nghiêm trọng.

Cách Diễn Giải Kết Quả DGA Theo Tiêu Chuẩn Ngành

Việc diễn giải DGA không chỉ là xem xét một con số. Nó đòi hỏi sự tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo tính nhất quán và chính xác.

Các Tiêu Chuẩn Quan Trọng Nhất

• ASTM D3612: Tiêu chuẩn về phương pháp lấy mẫu dầu máy biến áp để phân tích khí. Lấy mẫu chính xác là bước tối quan trọng để có kết quả đáng tin cậy.
• IEEE C57.104: Hướng dẫn của IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) về việc diễn giải các loại khí sinh ra trong máy biến áp ngâm dầu. Đây là tiêu chuẩn tham khảo phổ biến nhất ở Bắc Mỹ.
• IEC 60599: Tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế, cung cấp hướng dẫn tương tự như IEEE nhưng được sử dụng phổ biến hơn ở Châu Âu và Châu Á.

Đánh Giá Nồng Độ Tuyệt Đối (Theo IEEE C57.104)

Tiêu chuẩn IEEE C57.104 cung cấp các mức nồng độ (tính bằng PPM – phần triệu) để phân loại tình trạng máy biến áp. Dưới đây là bảng tham khảo các giá trị “Bình thường” (Condition 1) cho thấy máy biến áp đang hoạt động tốt.

Bảng 1: Giá trị khí hòa tan (PPM) ở Tình Trạng “Condition 1” (Bình thường) theo IEEE C57.104

Lưu ý quan trọng: Một máy biến áp có thể vượt ngưỡng này nhưng vẫn an toàn nếu nồng độ khí ổn định. Ngược lại, một máy biến áp có nồng độ thấp nhưng khí đang tăng nhanh lại là tình trạng đáng báo động hơn. Tốc độ tăng khí (gassing rate) mới là yếu tố then chốt, đòi hỏi chuyên môn thí nghiệm điện và phân tích xu hướng.

Phương Pháp Tỷ Lệ Khí (Tam Giác Duval)

Để chẩn đoán chính xác loại sự cố, các chuyên gia không chỉ nhìn vào nồng độ tuyệt đối mà còn sử dụng các phương pháp tỷ lệ, nổi tiếng nhất là Tam giác Duval (Duval Triangle).

Phương pháp này sử dụng tỷ lệ phần trăm của ba khí chính: Methane (CH₄), Ethylene (C₂H₄), và Acetylene (C₂H₂). Bằng cách chấm tọa độ của ba khí này lên một biểu đồ hình tam giác, điểm rơi sẽ nằm trong một vùng cụ thể tương ứng với một loại lỗi (ví dụ: PD, Lỗi nhiệt T1, Lỗi nhiệt T2, Hồ quang,…).

Tần Suất Thực Hiện DGA Hợp Lý

Tần suất lấy mẫu DGA phụ thuộc vào tầm quan trọng, tuổi thọ và tình trạng của trạm biến áp.

• Máy biến áp mới (Trước khi vận hành): Phải lấy mẫu DGA ban đầu để làm giá trị “cơ sở” (baseline).
• Máy biến áp quan trọng (như trong hệ thống điện cao thế, công suất lớn): Ít nhất hàng năm. Nếu máy có dấu hiệu bất thường hoặc nằm trong danh sách theo dõi, tần suất có thể là hàng quý hoặc hàng tháng. Đây là một phần của dịch vụ bảo trì trạm biến áp định kỳ.
• Máy biến áp ít quan trọng hơn: Có thể từ 2-5 năm/lần.
• Sau khi xảy ra sự cố: Phải lấy mẫu DGA ngay lập tức sau khi máy biến áp bị quá tải nghiêm trọng hoặc xảy ra ngắn mạch.

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Kết Quả DGA

Kết quả DGA phải được diễn giải trong bối cảnh cụ thể của máy biến áp, vì nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến nồng độ khí:

• Tuổi máy biến áp: Máy biến áp cũ tự nhiên sẽ có nồng độ khí nền cao hơn máy mới.
• Điều kiện tải: Máy biến áp thường xuyên chạy gần công suất định mức hoặc quá tải sẽ sinh ra nhiều khí hơn do ứng suất nhiệt cao hơn.
• Loại cách điện: Loại giấy và dầu khác nhau có thể có tốc độ sinh khí khác nhau.
• Môi trường vận hành: Độ ẩm và các chất ô nhiễm bên ngoài xâm nhập vào có thể làm tăng tốc độ phân hủy và sinh khí. Đây là lý do tại sao việc kiểm tra độ axit của dầu máy biến áp và lọc dầu máy biến áp là cực kỳ quan trọng.

Dịch Vụ Phân Tích DGA và Bảo Trì Máy Biến Áp Chuyên Nghiệp

Việc diễn giải chính xác kết quả DGA và đưa ra quyết định bảo trì đúng đắn đòi hỏi kinh nghiệm và thiết bị chuyên dụng. Tại KTH Electric, chúng tôi cung cấp dịch vụ thí nghiệm điện và bảo trì hệ thống điện toàn diện, bao gồm:

• Lấy mẫu và phân tích DGA chính xác theo tiêu chuẩn quốc tế.
• Đo phóng điện cục bộ online để phát hiện sớm các sự cố mà không cần ngắt điện.
• Dịch vụ lọc dầu máy biến áp để loại bỏ hơi ẩm, tạp chất và giảm độ axit.
• Đánh giá và lên kế hoạch bảo trì máy biến áp tổng thể, giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Hãy liên hệ với KTH Electric ngay hôm nay để được tư vấn và đảm bảo an toàn, hiệu suất cho hệ thống máy biến áp của bạn.