Máy biến áp làm nhiệm vụ biến tần: thiết kế, lựa chọn và hướng dẫn sẵn sàng sử dụng tại hiện trường

Các lưới điện hiện đại và các cơ sở công nghiệp ngày càng kết nối các bộ chuyển đổi điện-điện tử — bộ biến tần quang điện, bộ biến tần ắc quy, UPS và các ngân hàng VFD lớn — tạo ra các dạng sóng điện áp và dòng điện khác xa với các dạng sóng hình sin mượt mà mà các máy biến áp truyền thống được thiết kế. MỘT Máy biến áp hoạt động biến tần là máy biến áp được chế tạo có mục đích chấp nhận các hiện tượng điện đó mà không bị lão hóa sớm, quá nhiệt hoặc các chuyến đi bảo vệ gây phiền toái. Bài viết này giải thích điều gì làm cho những máy biến áp này trở nên khác biệt, cách chọn loại phù hợp, các mẹo lắp đặt thiết thực cũng như kế hoạch vận hành và bảo trì giúp tài sản của bạn luôn hoạt động tốt trong nhiều thập kỷ.

Những gì máy biến áp hoạt động biến tần phải làm
Về cốt lõi, thiết bị phải truyền tải điện một cách an toàn giữa phía biến tần và lưới điện (hoặc bus phân phối) trong khi xử lý các chuyển đổi điện áp nhanh, dòng điện hài cao và dòng trung tính không hình sin. Thay vì chống lại biến tần, nó quản lý và giảm thiểu những căng thẳng bổ sung mà biến tần gây ra.

Các tính năng kỹ thuật chính quan trọng

• Thiết kế nhiệt nhận biết sóng hài: Bộ biến tần đưa dòng điện hài làm tăng nhiệt độ cục bộ trong cuộn dây và các bộ phận kết cấu. Các thiết kế tốt hoặc chỉ định hệ số K (hệ số nhân thực nghiệm biểu thị sự gia nhiệt hài hòa) hoặc cung cấp khoảng trống nhiệt để các điểm nóng vẫn nằm trong giới hạn cách nhiệt theo thời gian.

• Che chắn tĩnh điện (điện dung) giữa các cuộn dây: Một tấm chắn dẫn điện được đặt giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp chặn đường đi của dòng điện ở chế độ chung tần số cao. Điều này làm giảm căng thẳng cho các bộ lọc biến tần và giảm khả năng ghép EMI vào hệ thống thứ cấp.

• Lõi tổn thất thấp và các lớp mỏng chặt: Sóng hài kích thích các đường từ thông lạc; các loại thép tốt hơn và các lớp cán mỏng hơn, chặt hơn giúp giảm tổn thất do dòng điện xoáy và tổn thất tạp tán ở tần số hài.

• Tùy chọn cấu hình trung tính: Sóng hài ba (thứ 3, thứ 9, v.v.) có thể tạo ra dòng điện trung tính lớn. Thiết kế máy biến áp cho phép các dây trung tính nổi, các dây trung tính cách ly hoặc các dây thứ cấp theo pha đặc biệt giúp quản lý các dòng chảy này mà không tạo ra dòng điện đất không mong muốn.

• Sự đa dạng về kết nối để điều khiển sóng hài: Các sắp xếp Delta, zig-zag và nhiều cuộn dây có thể bẫy hoặc chuyển hướng các lệnh sóng hài nhất định, hạn chế sự lan truyền của chúng đến hệ thống rộng hơn.

• Khả năng cách nhiệt mạnh mẽ và khả năng phối hợp đột biến: Các đột biến dv/dt và chuyển mạch nhất thời là phổ biến. Hệ thống cách điện, phối hợp chống sét lan truyền và lắp đặt thiết bị chống sét phải được quy định tương ứng.

Các dạng vật lý phổ biến và khi nào sử dụng chúng

• Step-up chứa đầy dầu gắn trên tấm lót — lý tưởng cho các trang trại quang điện quy mô tiện ích, nơi không gian, chi phí và kVA cao thích hợp cho việc làm mát bằng dầu và lắp đặt ngoài trời.

• Loại khô (nhựa đúc hoặc thông gió) trong nhà/ngoài trời - an toàn hơn cho các phòng biến tần kín, mái nhà hoặc kho lưu trữ năng lượng đóng trong container, nơi không mong muốn hoặc bị cấm sử dụng dầu.

• Các cụm lắp trên khung trượt hoặc thùng chứa — tổ hợp chìa khóa trao tay đầy đủ trong đó máy biến áp, thiết bị đóng cắt hạ thế và biến tần kết hợp với nhau; giảm thiểu hệ thống dây điện trường nhưng yêu cầu thiết kế nhiệt và âm thanh cẩn thận.

Cách chọn máy biến áp biến tần phù hợp

1. Thu được phổ sóng hài biến tần. Yêu cầu OEM biến tần đo được sự phân bổ dòng điện hài trong các chế độ vận hành dự kiến ​​- thử nghiệm liên tục, sạc/xả và đảo.

2. Chỉ định chu kỳ nhiệm vụ và điều kiện môi trường xung quanh. Hệ thống sẽ quay vòng thường xuyên như thế nào? Những hạn chế về nhiệt độ, độ cao và bao vây xung quanh nào được áp dụng? Những điều này ảnh hưởng đến kích thước nhiệt.

3. Quyết định hành vi trung lập và chiến lược căn cứ. Nổi trung tính? Căn cứ thông qua phản ứng? Điều này tác động đến nhóm vectơ máy biến áp và rơle bảo vệ.

4. Chọn cấu trúc liên kết che chắn và kết nối. Đối với PV/BESS, yêu cầu tấm chắn cuộn tĩnh điện trừ khi thiết kế cấp hệ thống rõ ràng có yêu cầu khác.

5. Yêu cầu một báo cáo sưởi ấm hài hòa. Yêu cầu tính toán của nhà cung cấp để hiển thị nhiệt độ điểm nóng trong phổ hài hòa được cung cấp. Nếu không có sẵn, hãy nhấn mạnh vào hệ số K thận trọng hoặc giảm dần.

6. Xác nhận sự phối hợp bảo vệ đột biến và BIL. Chuyển đổi biến tần có thể tạo ra quá độ nhanh; xác minh thông số kỹ thuật chống sét và mức chịu đựng cách điện.

7. Chỉ định giám sát và phụ kiện. Bao gồm cảm biến nhiệt độ cuộn dây và nhiệt độ môi trường xung quanh, cổng lấy mẫu dầu (nếu là dầu) và các thiết bị đo nhiệt độ định kỳ.

Điểm nổi bật của vận hành và thử nghiệm ban đầu

• Thực hiện nghiên cứu cấp điện để đánh giá các tương tác đột ngột và nhất thời với bộ điều khiển biến tần.

• Đo độ rung và tiếng ồn khi không tải và đầy tải; độ rung cao có thể cho thấy sự kích thích hài hòa và cần được nghiên cứu.

• Chạy giai đoạn tăng nhiệt ban đầu với các chế độ biến tần đại diện (không chỉ ở trạng thái ổn định) và xác nhận nhiệt độ điểm nóng bằng cảm biến hoặc quét nhiệt độ.

• Kiểm tra dòng điện hài trong điều kiện hoạt động bình thường và so sánh với thông số kỹ thuật; nếu sóng hài vượt quá giả định, hãy giảm tải hoặc điều chỉnh quá trình lọc trước khi nghiệm thu cuối cùng.

Bảo trì & chăm sóc dài hạn

• Kiểm tra nhiệt độ và hình ảnh định kỳ hàng quý: Tìm kiếm các kết nối lỏng lẻo, rò rỉ dầu, tiếng ồn bất thường; sử dụng quét hồng ngoại trong khi hệ thống đang hoạt động.

• Kiểm tra điện hàng năm: Kiểm tra điện trở cách điện, hệ số công suất và điện trở cuộn dây để phát hiện xu hướng.

• Thử nghiệm dầu (nếu có): BDV, phân tích khí hòa tan và độ ẩm theo lịch trình xác định và sau các sự kiện.

• Đánh giá chương trình cơ sở/quy trình cho bộ biến tần: Vì các bản cập nhật chương trình cơ sở điều khiển biến tần có thể thay đổi cấu hình hài hòa, hãy xác nhận lại hệ thống sưởi của máy biến áp sau khi nâng cấp phần mềm biến tần lớn.

Thông số mẫu ngắn
'Máy biến áp, ba pha, 2500 kVA, loại khô; LV: phía biến tần 690 V; phía lưới HV: 33 kV; nhóm vectơ Yn/d-11; bao gồm tấm chắn cuộn tĩnh điện; thiết kế nhiệt đạt tiêu chuẩn hệ số K 4 (hoặc suy giảm 15% ở phổ hài cụ thể); cảm biến nhiệt độ trong tất cả các cuộn dây; phù hợp với hướng dẫn IEC 60076 và IEEE C57.x cho thế hệ phân tán ứng dụng.'

Câu hỏi thường gặp

• Tôi có thể sử dụng máy biến áp tiêu chuẩn với biến tần không? Về mặt kỹ thuật thì có đối với nội dung hài hòa ánh sáng nhưng có nguy cơ lão hóa nhanh hơn. Nếu sóng hài là đáng kể, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng thiết bị biến tần được thiết kế có mục đích.

• Tôi có luôn cần một tấm chắn tĩnh điện không? Đối với hầu hết các cơ sở PV và BESS, đúng vậy - đó là sự bảo hiểm rẻ tiền chống lại căng thẳng ở chế độ chung tần số cao.

• Máy biến áp khô có tốt hơn cho phòng biến tần trong nhà không? Chúng tránh rủi ro về dầu và thường được ưa chuộng trong nhà nhưng vẫn đảm bảo biên nhiệt của thiết kế khô giúp tạo ra nhiệt hài hòa.

Máy biến áp hoạt động bằng biến tần không chỉ là một thiết bị truyền tải điện - nó còn là bộ đệm tin cậy giữa các thiết bị điện tử công suất nhanh, hiện đại và lưới điện cũ, chậm hơn. Việc chỉ định cấu trúc liên kết phù hợp, thiết kế che chắn và tản nhiệt ngay từ đầu sẽ ngăn ngừa những bất ngờ tốn kém về sau và giữ cho cả bộ biến tần và lưới điện hoạt động trơn tru.