Điểm bão hòa của máy biến dòng

Trong trường hợp bình thường, từ thông lõi trong máy biến dòng ở trạng thái chưa bão hòa. Tại thời điểm này, trở kháng tải và dòng điện kích thích nhỏ, nhưng giá trị của trở kháng kích thích lớn, và điện thế từ của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp cân bằng. Tuy nhiên, nếu mật độ từ thông của lõi trong máy biến áp tăng và đạt độ bão hòa sẽ khiến Zm giảm nhanh khi độ bão hòa tăng và mối quan hệ tỷ lệ tuyến tính giữa các dòng kích thích khác nhau sẽ bị phá vỡ. Các yếu tố khiến máy biến dòng đạt trạng thái bão hòa chủ yếu bao gồm: dòng điện quá mức; tải quá mức. Khi tải nối vào máy biến dòng quá lớn, điện áp thứ cấp sẽ tăng lên khiến mật độ từ thông của lõi sắt tăng lên và đạt độ bão hòa.
Khi máy biến dòng đạt đến độ bão hòa, các đặc tính như sau: dòng điện thứ cấp giảm và dạng sóng hiện tại có độ méo lớn của các thành phần hài bậc cao; điện trở trong giảm, thậm chí gần bằng 0; nếu xảy ra lỗi, dạng sóng hiện tại gần bằng 0, máy biến dòng sẽ gây ra sự chuyển giao mối quan hệ tuyến tính; tại thời điểm xảy ra sự cố, máy biến áp sẽ bắt đầu đạt trạng thái bão hòa sau khoảng 5 giây. Trong trường hợp bình thường, nghiêm cấm mở mạch thứ cấp của máy biến dòng. Bởi vì trong quá trình vận hành máy biến dòng, một khi xảy ra hở mạch thứ cấp, dòng điện sơ cấp sẽ chuyển thành dòng điện kích thích, làm cho mật độ từ thông của lõi sắt tăng lên dẫn đến độ bão hòa nhanh của máy biến dòng. Từ thông bão hòa sẽ tạo ra điện áp cao hơn, gây hư hỏng lớn hơn cho các thiết bị cách điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp và dễ gây nguy hiểm đến an toàn cá nhân.
1. Tác động và biện pháp khắc phục bảo vệ máy biến áp
Thông thường, máy biến áp có công suất nhỏ, độ tin cậy cao, hầu hết được lắp đặt trên thanh cái 10kV và 35kV. Dòng ngắn mạch cao áp giống như dòng ngắn mạch của hệ thống, trong khi dòng ngắn mạch ở phía hạ áp tương đối lớn. Nếu không có biện pháp bảo vệ máy biến áp sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động an toàn của máy biến áp hoặc toàn bộ hệ thống. Máy biến áp truyền thống có thiết bị bảo vệ cầu chì, có ưu điểm là an toàn và tin cậy. Tuy nhiên, với việc cải thiện các yêu cầu tự động hóa hệ thống và tăng công suất ngắn mạch, các phương pháp truyền thống không còn có thể đáp ứng được nhu cầu. Đối với một số trạm biến áp xây dựng mới hoặc cải tạo thường được trang bị tủ chuyển đổi máy biến áp, các thiết bị bảo vệ hệ thống tương tự như đường dây 10kV. Tuy nhiên, nhược điểm là vấn đề bão hòa của máy biến dòng thường bị bỏ qua. Đồng thời, do công suất và dòng sơ cấp của máy biến áp nhỏ nên sử dụng máy biến áp dùng chung. Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, tỷ số biến đổi của máy biến dòng sẽ giảm. Một khi máy biến áp bị hỏng sẽ làm cho máy biến dòng bị bão hòa và tốc độ dòng điện thứ cấp sẽ giảm, khiến bộ phận bảo vệ máy biến áp không thể hoạt động. Nếu xảy ra lỗi ở phía điện áp cao của máy biến áp, dòng điện ngắn mạch sẽ tự động cắt hoạt động bảo vệ dự phòng. Nếu xảy ra lỗi ở phía điện áp thấp, dòng ngắn mạch được tạo ra không thể đạt đến giá trị khởi động của bảo vệ dự phòng, điều này sẽ khiến lỗi không thể khắc phục được, thậm chí khiến máy biến áp bị cháy, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến vận hành an toàn của hệ thống.
Để giải quyết lỗi bảo vệ của máy biến áp, chúng ta cần bắt đầu từ việc cấu hình máy biến áp hợp lý. Khi chọn máy biến dòng, chúng ta phải tính đến vấn đề bão hòa do máy biến áp bị hỏng. Các máy biến dòng có chức năng khác nhau cần được phân biệt với nhau. Ví dụ, máy biến áp để đo lường phải được đặt ở phía hạ áp của máy biến áp để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của phép đo; máy biến áp để bảo vệ thường được đặt ở phía cao áp của máy biến áp để đảm bảo công tác bảo tồn.
2. Ảnh hưởng và biện pháp bảo vệ hiện tại
Sau khi máy biến dòng bão hòa sẽ làm giảm dòng điện tương đương thứ cấp, khiến bộ bảo vệ từ chối hoạt động. Khi nó ở xa nguồn điện hoặc hệ số trở kháng lớn, dòng điện ngắn mạch ở đầu ra đường dây sẽ nhỏ. Tuy nhiên, nếu mở rộng quy mô hệ thống, dòng điện ngắn mạch sẽ tăng tương ứng, thậm chí đạt tới hàng trăm lần dòng điện sơ cấp của máy biến áp, gây bão hòa máy biến áp trong hệ thống vốn hoạt động bình thường ban đầu. Đồng thời, sự cố dòng điện ngắn mạch là quá trình nhất thời và có một số lượng lớn các thành phần pha khác nhau trong dòng điện, điều này sẽ làm tăng tốc độ bão hòa của máy biến dòng. Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây 10kV, độ bão hòa của máy biến dòng sẽ làm giảm dòng điện ở phía thứ cấp khiến thiết bị bảo vệ không thể hoạt động. Việc cắt công tắc phía hạ áp của thanh cái và máy biến áp chính sẽ làm tăng phạm vi sự cố và kéo dài thời gian, ảnh hưởng đến độ tin cậy của nguồn điện.
Trong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ đe dọa đến hoạt động an toàn của thiết bị.
Theo phân tích ở trên, khi máy biến dòng điện bão hòa sẽ làm cho dòng điện sơ cấp chuyển thành dòng điện kích thích. Đồng thời, dòng điện thứ cấp bằng 0, dòng điện qua rơle cũng bằng 0, thiết bị bảo vệ trong thiết bị không chịu hoạt động. Trước những vấn đề trên, trở kháng tải của máy biến áp phải giảm càng nhiều càng tốt để tránh dùng chung máy biến dòng, đồng thời tăng diện tích mặt cắt và chiều dài cáp của cáp; tỷ số biến đổi của máy biến dòng không được quá nhỏ và cần chú ý đến vấn đề bão hòa do ngắn mạch của đường dây gây ra.