Kết hợp mô hình mạch và mô hình trường nghiên cứu từ trường máy biến áp ba pha ba dây quấn trong đó có hai dây quấn nối tự ngẫu650

Ngun không i hay bin thiên theo thi gian... Qui lut phân b trng trong không gian và thi gian... Kết luận chương 1: Bằng cách xây dựng mô hình mạch của MBA ba pha ba dây quấn

Hà Nội – 2005

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Dây qun t ngu (t gia) Dây qun h áp (t sát tr)

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dâyWi nt pha A

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi nt pha A

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi 2 pha A

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 2 pha A

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi 3 pha A

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 3 pha A

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi nt pha B

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi nt pha B

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi 2 pha B

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 2 pha B

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi 3 pha B

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 3 pha B

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dâyWi nt pha C

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi nt pha C

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây W2 pha C i

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 2 pha C

Mt  dòng  n hng vào min xét ca bi dây Wi 3 pha C

Mt  dòng  n hng ra min xét ca bi dây Wi 3 pha C

3.8 S  thay th MBA t ngu qui i v th  c p 58 3.9 S  thay th MBA t ngu qui i v s  c p 58

3.11 S  thay th MBA t ngu khi xét n dòng  i n không ti I0 62 3.12  th vect MBA t ng ng vi s  thay th hình 3.11 63 u 3.13-

3.20

Các s  chng minh tính úng n ca s  thay th MBA

t ngu khi xét dòng  n không ti Ii 0

64-69

3.22 S  thay th MBA t ngu tng áp cha xét t n hao s t t 72 3.23 S  thay th MBA t ngu tng áp có xét tn hao st t 72 3.24 S  MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni

t ngu

73

3.25 Mô hình mch MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây

qun ni t ngu

78

4.1a-b S  thí nghim ngn mch cp dây qun 1-2 80 4.2a-b S  thí nghim ngn mch cp dây qun 1-3 81 4.3a-b S  thí nghim ngn mch cp dây qun 2-3 81 4.4 Mch i n tính dòng    i n trong dây qun và mt  dòng  i n

trong min kho sát ca các bi dây

83

5.1 Mô hình và kích thc mch t  c a MBA 102 5.2 Mô hình ng sc khi MBA (tr Φ=640mm) mang t i nh 

106

5.5  th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA

(tr Φ=640mm) mang t i nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

106

5.6  th biu din  ln c m ng t Bn d c ng MN khi    

MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh m c cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

107

5.7  th biu din  ln c m ng t Bt d c ng MN khi    

MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh m c cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

5.12  th biu di  ln cm ng t B ti các góc trong và ngoài n

ca mch t khi MBA ( tr Φ=640mm ) mang ti nh mc

cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

110

5.13 ng EF kho sát cm ng t B  gông 1 và 3 khi MBA (tr

Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 ( 0) ϕ >

110

5.14  th biu din  ln c m ng t B gông 1 và 3 khi MBA    

(tr Φ=640mm) mang t i nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

111

5.15 ng GH kho sát cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA (tr

Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 ( 0) ϕ >

111

5.16  th biu din  ln c m ng t B gông 2 và 4 khi MBA    

(tr Φ=640mm) mang t i nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

112

5.17 ng bao tính tích phân khi bi dây Wnt khi MBA (tr

Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 ( 0) ϕ >

112

5.18 ng bao tính tích phân khi bi dây W2 khi MBA (tr

Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 ( 0) ϕ >

113

5.19 ng bao tính tích phân khi bi dây W3 khi MBA (tr

Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 ( 0) ϕ >

113

5.20 ng MN kho sát t trng khi MBA (tr   Φ=640mm)

không ti

115 5.21  th bi u di n  l  n t th vect    →

A dc ng MN khi MBA (tr Φ=640mm) không t i 

5.29 Mô hình ng sc khi MBA (tr Φ=640mm) mang t i 

cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

122

5.30 ng MN kho sát t trng MBA (tr Φ=640mm) mang t i  

cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

122

5.31  th bi u di n  l  n t th vect  →

A dc ng MN khi MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti

kt=1,4

123

5.32  th biu di  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA n

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

123

5.33  th biu di  ln n c m ng t Bn d c ng MN khi    

MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti

kt=1,4

124

5.34  th biu din  ln c m ng t Bt d c ng MN khi    

MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti

kt=1,4

124

5.35  th biu din  l n t trng H d c ng MN khi MBA 

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

125

5.36  th biu din  l n t trng Hn d c ng MN khi MBA 

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

125

5.37  th biu din  l n t trng Ht d c ng MN khi MBA 

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

126

5.38 ng EF kho sát cm ng t B  gông 1và 3 khi MBA

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

126

5.39  th biu din  ln c m ng t B gông 1 và 3 khi MBA    

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

127

5.40 ng EF kho sát cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

127

5.41  th biu din  ln c m ng t B gông 2 và 4 khi MBA    

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

128

5.42 ng bao ly tích phân khi trong min kho sát khi MBA

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

128

5.43 ng bao tích phân khi trên min dây qun khi MBA

(tr Φ=640mm) mang t i cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti kt=1,4

130

5.46  th biu di  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA n

(tr Φ=630mm) mang t i nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

131

5.47  th biu di  ln n c m ng t Bn d c ng MN khi    

MBA (tr Φ=630mm) mang ti nh m c cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

5.55  th biu din  ln c m ng t B gông 2 và 4 khi MBA    

A dc ng MN khi MBA (tr Φ=630mm) không t i 

27ZH95

153

PL.3.1 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha A ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 không ti

156

PL.3.2 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha B ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 không ti

157

PL.3.3 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha C ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 không ti

158

PL.3.4 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha A ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 không ti

159

PL.3.5 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha B ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 không ti

160

PL.3.6 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2  pha C ca MBA khi dây qun W2 mang ti

cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 không ti

161

PL.3.7 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2, W3  pha A ca MBA khi dây qun W2 ,W3

mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0)

162

PL.3.8 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2, W3  pha B ca MBA khi dây qun W2 ,W3

mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0)

163

PL.3.9 Mt  dòng  i n trên các min din tích thay th bi dây

Wnt, W2, W3  pha C ca MBA khi dây qun W2 ,W3

mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0)

164

PL.4 Bng tính dòng  i n trong dây qun và mt  dòng  i n

trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2

mang ti cost2= 0,8 (t2 > 0), dây qun W3 không ti

165

PL.5 Bng tính dòng  i n trong dây qun và mt  dòng  i n

trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2

mang ti cost2= 0,8 (t2 < 0), dây qun W3 không ti

166

PL.6 Bng tính dòng  i n trong dây qun và mt  dòng  i n

trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2

và W3 mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0; t3>0)

167

PL.7 Các ng cong c tính t  c a lá thép mã hi u 27ZH95  168

XUW

M Ở ĐẦU

1.Tính cấp thiế ủ t c a đề tài

Nm 1878 Ia-blt-skôp da vào quan h  n t ã dùng hai cun dây i

qu n  c lp trên mt lõi thép h  làm mt ngu  n i n chiu sáng ây chính là máy bin áp (MBA) mt pha u tiên

S ra i ca MBA ã m ra mt k nguyên mi cho s nghip truyn

ti và phân phi  n nng i

-Nm 1885 MBA có lõi thép kín ra i

-Nm 1889 MBA ba pha xut hin Cng nm này, aliv 

abrôvônxki (ngi Nga) xây d ng m t nhà máy thu i n ( c) công su t       220kW, phát dòng  i n ba pha,  i n áp 95V, tn s 30-40Hz Ông dùng MBA

ba pha nâng  i n áp lên 15,2kV t  i i n t Lâu-fen n phòng trin lãm Frng-fuc cách nhau 175km, vi hiu sut 75% Ti Frng-fuc ông xây

dng hai trm bin áp h áp 15kV/112volt Trong ó mt trm cung cp  n icho thp sáng, trm còn li c  p i n  ch y m t ng c   i n c m ng ba pha 100 mã lc

Sau khi trin lãm b mc, ông nâng i n áp lên 25-30kV, hi u su t    77%

-Nm 1901 xut hin MBA 110kV

-Nm 1921 xut hin MBA 220kV

-Nm 1927 xut hin MBA 287,5kV

Hin nay ã có nhng ng dây t  i i n xoay chiu ba pha 500kV, 800kV, 1.250kV Nhiu nc ã ni h thng i n lc qu c gia v i nhau  thành h thng i n lc quc t  

Máy bin áp 220kV ã bt u c s  d ng Vi t Nam t n m 1969    tuyn a Nhim–Th c (min Nam) và nm 1979 tuyn Ph Li–Hà ông (min Bc) Theo thng kê ca Tng công ty  i n lc Vit nam, tính n

tháng 12 nm 2002 s lng và công sut MBA 220kV s  d ng trên h thng

 i n g m 97 máy v i t ng dung lng 16.151MVA   

Hu h t MBA 220kV s d  ng Vi t Nam    u c nhp t nc ngoài qua nhiu ngun S lng ln do Liên xô (c ) cung c p, v i công su t    t 63MVA n 315MVA (Hòa Bình) Mt s lng áng k c nh p t   Nht Bn, s còn li c nhp t châu Âu

Theo quyt nh s 95/2001/Q-TTg ca Th tng Chính ph nc Cng hoà Xã hi Ch ngha Vit Nam ký ngày 22 tháng 6 nm 2001, phê duyt quy hoch phát trin  i n lc Vit Nam giai  o n 2001-2010 có xét trin vng n nm 2020 [3] Trong   ó i u 1- mc 7.7 -  i m 2.b ghi rõ :

“Tng Công ty  i n lc Vit Nam u t y mnh ngành công ngh ch to thit b   i n trong nc, trc ht tp trung ch to thi t b i n tr n b cho      li trung th và h th; tin ti ch to thi t b tr n b cho li 110kV-   220kV, gim dn thit b   i n nhp khu t nc ngoài”

Chng trình phát trin ngun  i n giai  o n 2001-2010 có xét trin vng n nm 2020 kèm theo quyt nh s 95/2001/Q-TTg và  án hiu chnh ca Vin Nng lng thuc Tng công ty  i n lc Vit Nam tháng 10 nm 2002 ti mc II.1- Các trm bin áp 220kV ca ph lc II ã ch rõ nhu cu s dng MBA 220kV nh sau:

*S MBA hin có trên h th ng truy n t  i i n quc gia n nm 2001:

- 6 MBA 500kV vi tng công sut 2.700MVA

(min Bc 2 máy, min Trung 2 máy, min Nam 2 máy)

- 57 MBA 220kV v i t ng công su t 8.162MVA 

(min Bc 24 máy, min Trung 9 máy, min Nam 24 máy)

T  n m 2002 n n m 2020 c n ph i l p m i 36 MBA 500kV v i t ng       công sut 18.200MVA và 254 MBA 220kV v ng công sut 39.317MVA, i tc th nh sau:

*Giai o n 2002-2005:

- 11 MBA 500kV vi tng công sut 5.250MVA

(min B c 2 máy, mi n Trung 3 máy, mi n Nam 6 máy)   

- 57 MBA 220kV vi tng công sut 8.815MVA

(min B c 18 máy, mi n Trung 10 máy, min Nam 29 máy)  

*Giai o n 2006-2010:

- 8 MBA 500kV vi tng công sut 3.750MVA

(min B c 3 máy, mi n Trung 1 máy, mi n Nam 4 máy)   

- 52 MBA 220kV vi tng công sut 8.189MVA

(min Bc 25 máy, min Trung 9 máy, min Nam 18 máy)

*Giai o n 2011-2020 :

- 17 MBA 500kV vi tng công sut 9.200MVA

(min B c 8 máy, mi n Trung 3 máy, mi n Nam 6 máy)   

-145 MBA 220kV vi tng công sut 22.313MVA

(min Bc 60 máy, min Trung 24 máy, min Nam 61 máy)

Cho n ngày 02 tháng 01 nm 2004 MBA 225/115/23kV-125MVA

u tiên do nhà máy ch to thi t b i n ông Anh - Hà N i s n xu t c        

lp t trên h thng  n i

Theo quy hoch ca ngành  i n Vit nam, t nm 2001 n n m 2020, trung bình mi nm cn lp mi khong 20 MBA 220kV, dung lng 2.850MVA, nu nh p ngo i phi tn bình quân 30 triu USD mi nm Nh vy nhu cu v MBA 220kV ang có nhng òi hi rt ln

Tip theo nhng thành công ca MBA 110kV/63MVA ang c sn xut hàng lot, vic chuyn sang ch to MBA 220kV/125MVA s là bc tin nhy vt ca ngành ch to thi t b i n Vi t Nam Tuy nhiên vi c ch       

to MBA thuc loi siêu trng (trên 150 tn) và  n áp rt cao (220kV) này i

òi h i các k s    i n Vi t nam ph i gi i quy t nhi u v n  ph c t p v lý         thuyt và công ngh Vn  cp bách t ra là cn có phng pháp tính toán, nghiên cu v mt lý thuy t m t cách    y các quá trình trong máy (s

phân b trng t, s phân b trng nhi t, nh h ng c a trng  i n t tác

ng lên dây qun MBA khi có sóng sét…) góp ph   n t i u hóa thi t k ,  

và có nhng gii pháp hp lý trong vic ch to, v n hành, b o dng máy  bin áp loi này

“ Kt hp mô hình mch và mô hình trng  nghiên cu, tính toán s phân b t trng trong m ch t c  a máy bi n áp ba pha ba dây qu n trong  

ó có hai dây qu n n i t ng u” là m t phng pháp góp ph n hoàn thi n vi c        tính toán, thit k mch t ca máy bin áp loi này

Kt qu ca  tài còn là c s  m r ng nghiên c u c tính, s phân b và quá trình truyn nhit ca MBA, cng nh  nh hng trng  i n t tác ng lên dây qun ca MBA …., giúp cho vic thit k t i u MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

-Lun án ã thit lp mô hình trng  i n t ca MBA, ó là mô hình 

t  ng vit cho t th vect A→

-Lun án ã xây dng mô hình mch ca MBA t ngu có dòng  i n không ti I0, mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu mà trc ây ch a c  cp 

-Lun án ã tính các thông s trên mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu Vit và ch y chng trình Matlab  tính mt  dòng  i n trong các min ca các bi dây MBA loi này

-Lun án ã kt hp mô hình mch và mô hình trng bng cách : a

kt qu gii mô hình mch (mt  dòng  n trong các min ca các bi dây iMBA) vào mô hình trng ca MBA, sau ó dùng phng pháp ph  hu n thn là phng pháp mnh vi công c h  tr là máy tính  gi i bài toán 

trng, kt qu thu c cho phép nghiên cu, tính toán s phân b t trng trong mch t ca MBA ba pha ba dây qu n trong ó có hai dây qu n n i t     ngu góp phn ti u hóa thit k, và có nhng gii pháp hp lý trong vic ch to MBA loi này

-Lun án ã áp dng phng pháp trên  nghiên cu t trng trong máy bin áp ba pha ba dây qun 225/115/23kV-125/125/25MVA trong ó hai dây qun 225/115kV ni t ngu và rút ra mt s  k t lun

3 Mụ đ c ích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.M c ích:

Xây dng mô hình mch  k t h p v i mô hình trng nghiên 

cu t trng trong MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni tngu

3.2.i tng:

i tng nghiên cu ca lun án này là MBA ba pha ba dây

qun trong ó có hai dây qun ni t ngu

3.3.Phm vi nghiên cu:

-Nghiên cu tng quan các phng pháp nghiên cu t trng trong máy  i n, c bit các phng pháp nghiên cu t trng trong MBA

-Xây dng mô hình trng    i n t c a MBA

-Xây dng mô hình mch ca MBA t ngu

-Xây dng mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó

có hai dây qun ni t ngu

-Da vào mô hình mch vit và chy chng trình Matlab tính

mt  dòng  n trong các min dây qun ca MBA ba pha ba dây qun i -Kt hp mô hình mch vi mô hình trng và phng pháp phn t hu h n thông qua ph n m m FEMM (Finite Element Method   Magnetics)  nghiên cu t trng trong MBA

-Áp dng phng pháp trên  nghiên cu t trng trong MBA

ba pha ba dây qun 225/125/23kV-125/125/25MVA trong ó dây qun 225kV ni t ngu vi dây qun 115kV (xét cho ti i xng,  trng thái xác lp vi các ch  không ti, non ti, nh mc, quá ti)

-Phân tích kt qu

-Kt lun

XUW

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY BIẾN ÁP HIỆN NAY

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hin nay h thng truyn t  i i n Vit Nam bao gm ba cp  i n áp 500kV, 220kV và 110kV Mc tiêu phát trin li truyn ti ca Tng Công

ty  i n lc Vit Nam t nay n nm 2010 là xây dng li truyn ti có kh

nng truyn ti công sut ln, m bo tính an toàn và n nh cao ca hthng  i n, áp ng nhng tiêu chun k thut tiên tin, tng bc kt ni h

thng truyn t  i i n Vit Nam v i các nc trong khu v c  

 t c mc tiêu trên, t nay n nm 2010, theo quy hoch, ngành  i n Vit Nam s xây dng thêm 14.524km ng dây truyn ti (trong ó 2401km ng dây 500kV, 5.174km ng dây 220kV và 6.949km

ng dây 110kV) và b sung 38.265MVA công su t máy bi n áp truy n t i    Tng dung lng lp t các trm bin áp truyn ti nm 2002 tng 18,1% so vi nm 2001, lên n 23.000MVA.[13]

Máy bin áp là phn t quan trng trong h thng truyn ti và phân

phi  i n  i n nng t máy phát n ni tiêu th thng phi bi i  n i n

áp thành nhiu cp, vì th tng công su t các MBA g p b n n n m l n t ng      công sut  a các máy phát  t c i n Vi vai trò quan tr ng c a MBA nh   vy nên t lâu ã có nhiu công trình trong và ngoài nc nghiên cu, tính toán, thit k, vn hành bo dng MBA  i n lc vi nhiu cp  i n áp và các di công sut khác nhau

1.1 Tình hình nghiên cứu máy biến áp đ ệ i n lực trên thế giới

Chúng ta bit rng mi quá trình i n t x y ra trong các thi t b i n        

u tuân theo h phng trình Maxwell ây là phng trình o hàm riêng 

i vi cng  i n trng E→ và cng  t trng H→, phân b trong không gian và din bin theo thi gian  gii quyt lp bài toán này phi s dng phng pháp gii tích Công vic này rt khó khn và mc  khó khn tng lên gp bi khi b ca bài toán có hình dáng ph c t p Vì v y khi tính   toán, thit k các thi   t b i n ngi ta thng da vào mô hình mch kt hp vi các công thc kinh nghim tích lu qua nhiu mu thit k và các h s thc nghim

Thc t phn ln thit b   i n thoã mãn các  i u kin ca mô hình mch, do ó mô hình mch tr thành công c rt quen thu c v i các k s   

 i n t vi c gi i thích nguyên lý làm vi c n vi c phát hi n h h       ng, s a cha, vn hành, khai thác, thit k, ch to thit b   i n

Có nhiu tài liu nc ngoài nghiên cu, tính toán t trng trong máy bin áp theo mô hình mch

Ivanov – Smolenski [9] ã trình bày kt cu mch t và tính toán các tham s  c a mch t

Chiping, Nasser H Kutkut, D.W.Novotny và D.M.Divan (1994) [18]

ã dùng s  m ch i n tng ng  tính    i n cm, h c m c a MBA nhiu dây qu ng trc n

M Tumay, R.R.S Simpson (1994) [26] ã mô t phng pháp phân tích hot ng c a MBA, xét hi  u ng phi tuyn và t tr  t c thi liên h gia các pha trong MBA ba pha Mt mô hình biu din di dng hàm m c dùng  miêu t hiu ng phi tuyn và t tr ca MBA , ã phân tích d li u   cho trng hp MBA ba pha ba dây qun không t i nh máy tính  

Francis Milsant (1990) [53], Alsthom (1995) [52], Vicent Deltoro (1988) [45] ã trình bày cu to, cách tính toán, thit k mch t ca MBA theo mô hình mch

B.C Papadias, N.D Hatziargyriou, J.A Bakopoulos, J.M Prousalidis (1994) [16] dùng mô hình mch i n  nghiên c u trng     i n t trong máy bin áp ba pha khi xy ra quá  i n áp trên ti khi óng ng t mch i n s   c p

Do tính cht phc tp ca bài toán  i n t, theo mô hình mch ôi khi 

ã b qua ho c ch a di n t y  các hi n tng quan tr ng nh : dòng i n          xoáy, hi u ng b mt, hi n tng bão hoà, hi n tng t tr Vì th trong     nhiu trng hp mô hình mch gây sai s ln

 khc phc nhng hn ch ca mô hình m ch, ta c n tr l   i gi i quyt bài toán theo mô hình trng Tuy nhiên vic gii các bài toán theo mô hình trng gp tr ngi chính là phng pháp gii tích  gii các phng trình o hàm riêng rt ph c t p Vì v y ngi ta c n s dng phng pháp     s Phng pháp s mnh và thích hp nht  gii các phng trình o hàm riêng là phng pháp phn t  h u hn (PTHH)

Phng pháp PTHH là kt qu nghiên cu ca các nhà toán hc và các nhà k thut Nó cho phép xây dng thut toán tng quát cho bài toán trng

có hình dng b b t k , ng th i chi n lc phân mi  n bài toán h t s c linh  

hot Chính vì vy ngày nay phng pháp PTHH c áp dng ph bi n trong các lnh vc mô phng, tính toán, thit k : c khí,  i n t, nhit… n nay ã có nhiu công trình ca các tác gi nc ngoài s dng phng pháp PTHH nghiên cu trng   i n t , tính toán, thi t k máy i n     A.Konrad (1974) ã s d ng PTHH tam giác  nghiên c u bài toán trng  i n t, nm 1985, các công trình ca Z.J Cendes, R.S.H Hoole và P.R.P Hoole ã gii trng  i n t trc tip bng các PTHH

Peter P Silvester và Ronald L.Ferrari (1983) [27] ã nghiên cu trng

 i n t c a máy i n b ng phng pháp PTHH và vit chng trình theo   

ngôn ng Fortran cho máy tính  nghiên cu trng i n t trong ng c    không ng b

Nhiu công trình s dng phng pháp PTHH  nghiên c u, tính toán máy i n, tp trung nhiu nht là các loi máy  n quay nh : i

S Bouissou và Piriou (1993) s dng mô hình PTHH g m 1.136 ph n  t tam giác và 648 nút, dùng phng pháp lp Newton-Raphson nghiên cu máy i n ng b c c l i 20kV/1.300kW-50Hz ch  xác l p, ã a ra    các c tính dòng  i n,  i n áp ca máy

A.H Bagegni, G.E Adamo, R.G Hoft (1993) nghiên cu, thi t k ng  c cm ng dùng trong h thng thu lc bng phng pháp phn t hu hn Các kt qu tính toán c s dng  hoàn thi n m ch t ã thi t k và a      vào ch  t o Mô hình PTHH gm 854 phn t tam giác và 496 nút

Zh.D.Georgiev, V.N Savov, E.S Bogdanor (1997) ã kt hp phng trình trng, phng trình mch, phng trình chuyn ng, dùng phng pháp PTHH, vi mô hình 2.933 phn t tam giác, 1.651 nút  nghiên cu

c tính dòng  i n, momen quay, tc  cho ng c rôto lng sóc 380V/45kW-50Hz Kt qu thu  c các ng cong dòng  i n stato, rôto, mômen quay, tc  ch  m máy không ti 

Trong lnh vc máy bin áp, cng có khá nhiu công trình nghiên cu, thit k MBA bng PTHH Nm 1991 V.Darley [41] báo cáo trong hi ngh ISEF (Southampton, England) v Thc hành ng d ng k  thut PTHH trong thit k MBA Nm 1995 R.Allcock, RMc Clelland, S.A Holland và A Roué [15] tính toán thit k MBA dùng phng pháp PTHH Nm 2000 Darley [43] dùng k thut PTHH  phân tích, thit k , tính toán MBA  i n lc, trong ó t vn  gii quyt trng  i n t, c khí Nm 2001 Guemes Alonso, José Antonio [14] báo cáo “Mt phng pháp mi  tính  i n kháng tn và tn hao st trong máy bin áp” ti hi ngh quc t ln th nm v máy 

 i n và h th ng ICEMS (Proceedings of the Fifth International Conference  

on Electrical Machines and Systems), trong ó ông dùng phn t  h u hn 2D cho máy MBA ba pha 20/0,4kV-400kVA, kt qu tính c  i n kháng tn

và tn hao trong lõi st

Các công trình trên ã nghiên c u ch y u MBA m t pha, MBA ba pha    

ba dây qun cách ly Nhng i vi MBA t ngu, MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu thì ch a c nghiên cu y    c bit là cha xây dng mô hình mch cho các MBA loi này

1.2 Tình hình nghiên cứu MBA đ ệ i n lực trong nước

V lnh v c lý thuy t chuyên sâu, t i th i i m hi n nay “Máy bi n áp        – Lý thuyt, Vn hành, Bo dng, Th nghim” [1] là tài liu chuyên sâu,  cp mt cách chi tit và có h thng nhng vn  c bn v lý thuy t, kinh  nghim vn hành, bo dng và th nghim máy bin áp

V lnh v c thi t k máy bi n áp i n l c c trình bày khá         y chi tit trong “Thit k máy bin áp”[2], “Thit k máy bin áp  i n lc” [12],

“ Thit k máy  i n” [7], ó là các tài liu c các tác gi  úc kt qua nghiên cu nhiu tài liu nc ngoài kt hp vi kinh nghim thc tin nghiên cu, ging dy và tham gia t vn thi t k , ch t   o MBA Các tài li u này hng dn quy trình tính toán, thit k MBA  i n lc nói chung, có thí

d thit k chi tit cho MBA ba pha hai, ba dây qun vi các cp  n áp và icông sut 35kV, 110kV/ 63MVA Có th xem ây là cm nang giúp các k s, chuyên gia trong lnh vc thit k, ch to MBA trong nc tham kho Các phng pháp hin i trong nghiên c u tính toán thit k k thu t 

 i n [6] là tài li u chuyên sâu trình bày   y và h th ng các phng  

phng pháp hi i nghiên cu trng   n i n t trong các thi t b i n    

n nay ã có nhi u công trình nghiên c u, tính toán, thi t k MBA    

  i n l c m t pha ba pha có i n áp cao, công sut ln góp phn hoàn thin   

sn xut, ch to máy bin áp  n lc i

T nm 1995 nhà máy ch t o thi t b i n ông Anh –Hà N i c      

Tng Công ty  n lc Vit Nam giao nhim v nghiên cu thit k ch to ith máy bin áp 110kV Sau khi ch to th thành công, nhà máy ã a vào  sn xut quy mô n nay ã ch to trên 60 máy bi n áp 110kV v i công  sut t 25MVA n 63MVA Các máy bin áp do nhà máy ch t  o ã óng góp tích cc cho công tác xây dng c bn, ph c v chng trình ch ng quá   

ti, phát trin li  n Quc gia i

Nm 2001 Tng Công ty  i n lc Vit Nam ã giao cho nhà máy nghiên cu, tính toán, thit k, ch to th MBA i n l c ba pha    225/115/23kV-125/125/25MVA Ngày 02/01/2004, ti trm bin áp 220kV Sóc sn, MBA do nhà máy ch   t o ã chính th c óng i n hoà vào li    i n Quc gia, mang ti y 

Vic ch  t o thành công MBA 225/115/23kV-125/125/25MVA là bc tin nhy vt, khng nh kh nng vn lên ca nhà máy ch to thit b   i n

ông Anh và c a ngành Ch t o thi t b i n Vi t Nam        

Công ty C   i n Th c cng ã ch to MBA 110kV/40MVA và MBA 110kV/63MVA góp phn phc v cho vic truyn t  i i n nng các tnh phía Nam

Tuy nhiên vic gii quyt bài toán trng t, trng nhit, trng  i n trong các MBA loi này  không ngng nâng cao hiu sut, tng tui th,

gim giá thành ca máy luôn là v  quan tâm ca các nhà nghiên cu, n thit k, ch to cng nh ca ngi s ng d

 gii bài toán trng  i n t trong các thit b   i n nói chung và MBA nói riêng trc ht cn phi thi p mô hình nghiên c  t l u i u này òi hi phi có  y các thông tin sau:

- Các c tính không gian và thi gian c a ngu n: Ngu n tp trung hay   phân b trong không gian Ngun không i hay bin thiên theo thi gian

- c tính vt lý và hình h c c a các mi n con và toàn mi n không gian    nghiên cu Thuc tính vt li  u i n, vt liu t, vi các thông s ca môi trng là tuyn tính hay phi tuyn

- Phân tích các hin tng  i n t  bit trong thit b tn t i nh ng  trng gì Qui lut phân b trng trong không gian và thi gian Tính i

xng hình hc, i xng và phn i xng vt lý,  u kin biên gii và  u i ikin b

Sau ó d a vào yêu c u bài toán, c n xác    nh i lng v t lý gì  l a   chn mô hình và n s ca mô hình

i vi MBA, chn mô hình trng  n t ng vit cho t th vecti

Nhiu tác gi  ã xây dng mô hình mch ca MBA mt pha, mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun, MBA pha ba nhiu dây qun cách ly, nhng mô hình mch MBA t ngu có xét dòng  i n không ti I0 và MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu thì cha c  cp Vic kt hp mô hình mch và mô hình trng  nghiên cu t ng trtrong MBA  i n lc ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qu n n i t ng u    cng cha   cp c

1.3 Đề xuất hướng nghiên cứu của tác giả:

 gii quyt yêu cu ca lun án t ra, tác gi  xut hng nghiên cu nh sau:

1) Thit lp mô hình trng  i n t  nghiên c  trng ca MBA u t2) Xây dng mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có

hai dây qun ni t ngu  thc hi  n i u ó trc ht phi xây dng mô hình mch ca MBA t ngu Sau ó xây dng mô hình mch c a MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu

3) Tính các thông s ca mô hình m ch MBA ba pha ba dây qu n  trong ó có hai dây qun ni t ngu Da vào mô hình mch tính dòng  i n,

mt  dòng  n trong dây qun các pha ci a MBA m t cách chính xác c v   

tr hiu dng ln góc pha khi bi  ln và tính cht ca ti t

qun 225/115kV ni t ngu sn xut l u tiên ti nhà máy Ch tn o Thi t 

b i  n ông Anh - Hà Ni

5) Rút ra mt s  k t lun

Kết luận chương 1:

Bằng cách xây dựng mô hình mạch của MBA ba pha ba dây quấn trong đó có hai dây quấn nối tự ngẫu, khi đó dòng đ ệi n chạy trong các dây quấn của MBA mới được xác định chính xác cả về ị ệ tr hi u d ng l n góc pha ụ ẫkhi biết độ l n và tính chất của tải ớ

Kết h p mô hình m ch v i mô hình trường thông qua phương pháp ợ ạ ớphần tử hữu h n để nghiên cứu máy đ ệạ i n nói chung và máy biến áp nói riêng

là phương pháp hiện đại, có độ chính xác cao, đặc bi t hiện tượng phi tuyến ệđược trực ti p đưa vào ph n t h u h n ế ầ ử ữ ạ

XUW

H và vect c m ng t  B Các vect trên không c lp vi nhau i vi các môi trng ng h ng, chúng liên h  v i nhau bng nhng h thc:

Các vect E , D , H , B nói chung là hàm theo ta  và thi gian, còn

ε và là hàm theo tµ a  nh ng không bi n thiên theo th i gian   

i vi v t li u ng ch t và ng hng µ ε   , là các i lng vô hng và là hng s khi vt liu tuyn tính, là hàm s ca trng khi v t li u  phi tuyn

i v i v t li u không ng hng µ ε , là các ten x, ch ng h n vt   liu st t không ng hng :

µ =

x y z

0 0

0 0

0 0

µµµ

2.1.2 Nguồn củ đ ệa i n t ừ trường

Ngun ca  i n t trng c biu din bng các i lng:  i n tích

q, dòng  i n I

Khi  i n tích phân b liên tc trong không gian (trong khi V, trên mt

S hoc trên ng l) ta dùng các ký hiu sau  c trng cho ngun:

2.1.2.1 Mật độ di n tích khối ệ ρ :

V 0

qlimV

∆S: din tích mi n b t k bao quanh i m quan sát     

0

∆

=λ

 i n tích (q, ρ, γ , λ), dòng  i n (I, j ) và tính ch  t i n t  c a môi trng u

bi n  i theo tng  i m trong không gian và tng thi  i m theo thi gian

Các phng trình Maxwell din t nhng nh lut ca trng i n t   bng cách xác lp mi quan h gia các i lng k trên ti cùng m  t i m

ca không gian và vào cùng mt thi  m Vì vy, mun thành lp nhng iphng trình Maxwell, chúng ta phi vit li nhng nh lut c bn c a trng  i n t di dng nh ng h th c gi a các i lng  cùng m      t i m

và vào mt th  i i m tc là di dng nhng phng trình vi phân có cha

o hàm riêng phn theo t a không gian và thi gian  

∂

∂+

2.2 Hệ phương trình Maxwell

2.2.1 Hệ phương trình Maxwell

T các phng trình (2.11), (2.12), (2.13), (2.14) và (2.15) din t các

nh lu  t i n t, Maxwell ã xây d ng h phng trình mô t  quan h gia 

các i lng E,D,H,B c trng cho trng và các i lng jρ c trng ,

cho ngun gây ra trng, trong môi trng có các h s vt lý σ ε µ, , thng

c di n t di d ng vi phân sau: 

Brot E E (2.16)

tDrot H H J (2.17)

tdiv D D

B=µ + : c trng c tính t  c a vt liu st t (2.22) Trong ó: - Toán t Napla: ∇ (toán t Haminton)

z

ky

jx

i

∂

∂+

∂

∂+

jxigrad

∂

ϕ

∂+

∂

ϕ

∂+

∂

ϕ

∂

=ϕ

=ϕ

2 2

2 2

zy

∂+

∂

∂+

2 2

2 2

zy

ϕ

∂+

∂

ϕ

∂+

∂

ϕ

∂

=ϕ

z 2 y 2 x 2

B dS 0 (2.33) S

Nu ngun và trng bin thiên hình sin theo thi gian, ta có th biu

din chúng di dng phc, khi ó h phng trình Maxwell vit di dng phc:

rot E j H (2.35)

rot H Jdan j E ( j ) E (2.36)div D

Ý ngha vt lý ca các phng trình Maxwell th hin rõ nh t dng tích phân ca chúng

Phng trình (2.16) và (2.30) din t nh lut cm ng i n t   Faraday

Phng trình (2.17) và (2.31) din t nh lut dòng toàn phn

Các phng trình trên còn din t mi quan h gi a i n trng và t     trng: t trng bin thiên sinh ra  i n trng và ngc l  i i n trng bin thiên cng sinh ra t trng

Phng trình (2.18) và (2.32) din t nh lut Ostrogradxki–Gauss Chúng cho bit rng ng s c ca c  m ng i n xut phát hoc tn cùng   các  i n tích

Phng trình (2.19) và (2.33) cho thy rng ng sc c a c m ng t    không có gc xut phát và  i m tn cùng Chúng khép kín

2.2.2 Đ ề i u kiện biên

Các phng trình Maxwell (2.16 ÷ 2.20) ch áp dng c trong môi trng vt cht liên tc, trong ó , µ hoc là h ng s , ho c là hàm ca ta    nhng bin thiên liên tc

i vi môi trng không liên t c, t i m t gi i h n c a hai môi trng      khác nhau, các lng  và µ bin i không liên t c, các vect   E , D , H , B nói chung cng bin i không liên tc Phng trình xác nh s bin i các vect  ó ti mt gii hn gi là  i u ki n biên 

- i u kin biên ca vect B : →

2.2.3 Đ ề i u kiện bờ

ó là các i u ki n trên biên gi i c a mi n gi i bài toán Khi thi t l p         

mô hình cn xác nh biên gii ca toàn min Có ba ki  u i u kin b:

- i u kin Dirichlet

Bit giá tr ca hàm t i biên gi i xa vô c c t t c các i lng này      bng không:

0000

=ϕ

Các d kin  thi t lp mô hình: 

c tính không gian và thi gian ca ngun: Ngun tp trung hay phân b trong không gian theo quy lut nào Ngun không i hay bin thiên theo thi gian

c tính vt lý và hình hc ca các min con và toàn min không gian nghiên cu Tính ch  t i n t  c a môi trng nghiên cu

La chn mô hình và n s ca mô hình

i vi yêu cu ca bài toán nghiên cu t trng c a MBA ta chn 

mô hình trng  i n t ng vit cho t th vect A→

2.3.1 Mô hình trường đ ệ i n từ ổ t ng quát

Thit lp mô hình trng  i n t  nghiên c u t trng ca MBA, ta xut phát t mô hình trng  i n t tng quát vi t cho t th vect     →A và  i n th vô hng ϕ

∂

Ax

∇ x H = → ∇ ∇

µ

→A

x

x 1

t quan h Lorentz :

0

t

∂

ϕ

∂εµ+

và

t

B - Ex

vô hng , da vào ó ta có th tính c các i lng ca trng

2.3.2 Mô hình tr ường đ ệ i n từ ủ c a máy biế n áp

i vi MBA ta ph i thi t l p m t mô hình  tính trng và dòng      i n

xoáy trong môi trng d n do dòng   i n kích t bin thiên gây ra, vì vy phi

chn mô hình t ng vit cho t th vect A→

T mô hình (2.54), cho t th vect   A→ vi 0

2

=

∂

∂εµ

Khi dịng  i n và trng bin thiên hình sin, ta biu di n mơ hình trên di dng phc :

∇2A- jµ A = -µ Ji i i (2.62) Nu xét t trng ca dây dn  dài gây ra trong mt phng vuơng gĩc vi dây dn (→J thng gĩc vi mt phng cha các thành phn ca trng), ta chn trc z trùng vi trc dây dn Khi ĩ A và → →J ch cĩ m t thành phn theo trc z là Az và Jz Bài tốn tr thành hai th nguyên, ta cĩ

mơ hình ca trng nh sau

2 2 z

2

Jt

Ay

Ax

−

∂

∂+

∂

∂

(2.63) Biu din di dng phc :

2 2 z 2

JA

jy

Ax

µ

−

=ωσµ

−

∂

∂+

∂

∂

(2.63) và (2.64) là mơ hình c trng cho t trng trong MBA

Các min kho sát MBA ba pha ba dây qun trong ĩ cĩ hai dây qun ni t ngu hình 2.1:

Hình 2.1-Các min kho sát MBA ba pha ba dây qun

trong ó có hai dây qun ni t ngu Trong ó :

J ,J ,•A1 •B1 J •C1 : mt  dòng  n trong min khi o sát các b i dây cun th nht (có W1 vòng dây) ca các pha A, B, C

• • •

A2 B2 C2

th hai (có W2 vòng dây ni t ngu vi cun th nht) ca các pha A, B, C

• • •

A3 B1 C3

J ,J , J : mt  dòng i n trong mi n kh o sát các b i dây cu n      th ba (có W3 vòng dây) ca các pha A, B, C

A

 xa vô cc : A∞ =0

Trên biên gii vi min ngoài có µ=∞ thành phn pháp tuyn ca t th vect An = 0

2.4 Các phương pháp giải mô hình trường đ ệ i n từ

 nghiên cu mô hình trng  i n t , hin nay ngi ta thng s dng các phng pháp sau ây:

ây là phng pháp gii tr c tip phng trình o hàm riêng ca 

mô hình trng Trng h p t ng quát, nghim gii tích là t hp tuy n tính ca các nghim thành phn, ph n nh i u kin b và c tính ngun ca mô  hình trng Vì vy trong các trng h p ph c tp, nghim thng có dng chui Fourier hoc các hàm c bit

Phng pháp gii tích c s dng ph bi n  gi i mô hình   trng là phng pháp phân ly bin s Ni dung ca phng pháp này là gi thit nghim là tích ca các hàm ch ph thuc mt bin s

Xét mô hình trng  i n t vit cho t th vect A→ trong h  to  Descartes Gi thit thành phn Ax ca A : →

Ax(x,y,z) = X(x).Y(y).Z(z) (2.65) Thay các nghim ã gi thit vào mô hình (2.62) ta s c các phng trình ch có mt bin s Gii phng trình mt bin s này d dàng hn rt nhiu

*   u i m c a ph ng pháp gi i tích là tìm c nghi m tng minh    thun li cho vic phân tích, gii thích các hin t ng x y ra trong thit b

 i n và tính toán các i lng d n xu t nh :   

c Trong nhng trng h p này, mu n có nghi m gi i tích ta ph i a ra     rt nhiu gi thit gn úng, do ó kt qu nhn c s gp phi sai s ln

2.4.2 Phương pháp mạch từ không gian thay thế

Thc cht ca phng pháp mch t không gian thay th là xut phát t c tính không gian ca trng trong các thit b   i n ta có th chuyn t mô hình trng sang mô hình mch m t cách tng minh nh ng  vn gi nguyên ý ngha vt lý ca nó và cho thy rõ mi quan h gia bài toán trng và bài toán mch

Cách thit lp mch t không gian thay th:

-Da vào s phân b ng s c ca tr ng và h s t th m c a  các min, ngi ta chia không gian c u trúc c a thit b   i n thành các không gian con có cùng h s t th m và bao m t s ng s c nh t nh phù h p      vi quy lut ca trng và thun li cho tính toán gn úng chiu dài và tit din tng ng

-Mi không gian con c gi là mt phn t trong ó có cùng mt t thông chy qua và c mô hình bng m  t t tr RM ( hc t  d n GM) -Ngun ca trng c mô hình bng sc t ng F

-Ghép ni các phn t RM, F theo các quy lut ca trng to thành

mch t không gian thay th ca thit b  n i

Khi s dng các công c lý thuy t m ch vào mô hình m ch t     không gian thay th, vic gii bài toán thi   t b i n b ng phng pháp s nói  chung s thun li và hiu qu, dung lng phép tính không ln lm nhng vn m bo  chính xác S phn t trong phng pháp mch t không gian thay th thng t 30 n 100 trong khi s phn t ca phng pháp phn t hu hn t vài nghìn n vài chc nghìn phn t

2.4.3 Phương pháp phần tử ữ h u hạn

ây là hng nghiên cu m i trong l nh v c trng c xu t hi n     cùng vi s phát trin ca phng pháp PTHH và s phát trin c a các t h p   máy tính ln