18_4927

Sự sai khác này sẽ $ược $ánh giá chẩn $oán $ịnh tính theo kinh nghiệm chuyên gia, kết hợp với hướng dẫn, tiêu chuẩn quốc tế CIGRE và IEEE hay $ánh giá $ịnh lượng thông qua các hệ số tươn

TÓM TẮT

Trong bài viết “Phân tích $áp ứng tần số - Máy

biến áp lực và ứng dụng” $ăng ở bản tin số 14

$áp ứng tần số, cách thức chẩn $oán sự cố và giới

thiệu mô hình mạch $iện tương $ương thông số

tập trung của máy biến áp lực Dựa vào $ó, bài

viết này $ề xuất cách thức xác $ịnh các thông số

$iện chính trong mạch tương $ương này của các

máy biến áp lực 110 kV và 500 kV ứng dụng phân

tích sự cố chập vòng dây và hiện tượng từ dư,

qua $ó hỗ trợ công tác thí nghiệm chẩn $oán tình

trạng máy biến áp

I GIỚI THIỆU

Hiện nay, kỹ thuật phân tích $áp ứng tần số

(PTĐƯTS) $ã $ược áp dụng trong quy trình thí

nghiệm máy biến áp lực (MBA) tại các công ty thí

nghiệm $iện nhưng chủ yếu vẫn chỉ mang tính

chất cảnh báo dựa trên sự sai khác $ặc tuyến $áp

ứng tần số của cuộn dây giữa các lần $o ở các

thời $iểm khác nhau, giữa các pha của cùng một

MBA hay của các MBA giống nhau [1−3] Sự sai

khác này sẽ $ược $ánh giá chẩn $oán $ịnh tính

(theo kinh nghiệm chuyên gia, kết hợp với hướng

dẫn, tiêu chuẩn quốc tế CIGRE và IEEE) hay $ánh

giá $ịnh lượng (thông qua các hệ số tương quan

trong 03 phân vùng tần số theo tiêu chuẩn Trung

Quốc DL/T-911 [4])

Trong thực tế, việc $ánh giá $ịnh tính phụ

thuộc lớn vào kinh nghiệm chuyên gia nên có thể

rất tản mạn và không có tính thuyết phục trong

quy trình chẩn $oán Đánh giá $ịnh lượng theo

tiêu chuẩn Trung Quốc cũng chỉ có ý nghĩa tham

khảo vì có nhiều yếu tố chưa $ược khảo sát trong

tiêu chuẩn này như loại MBA, kiểu dây quấn, tổ

$ấu dây Để cung cấp thêm thông tin $ánh giá

$ịnh lượng các kết quả $o $áp ứng tần số (ĐƯTS)

cho các loại MBA ba pha hai cuộn dây, bài viết giới

thiệu một phương pháp xác $ịnh các thông số

PHâN TíCH THôNG sỐ ĐIỆN

MÁY BIẾN ÁP LỰC TỪ KẾT qUẢ ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN sỐ

ThS NGUYỄN KHẮC HIỆU, ThS NGUYỄN SĨ HUY CƯỜNG

Công ty Thí nghiệm điện miền Nam

KS NGÔ VĂN HIỀN

Công ty CPNnghiên cứu & Thí nghiệm điện

PGS.TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP HCM

$iện trong mô hình $iện thông số tập trung của MBA, góp phần nâng cao chất lượng chẩn $oán

sự cố $iện và cơ vốn $ang dựa vào các kỹ thuật thử nghiệm truyền thống

II MÔ HÌNH ĐIỆN THÔNG SỐ TẬP TRUNG CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC BA PHA HAI CUỘN DÂY Hình 1 giới thiệu mô hình thông số tập trung

ba pha cho một MBA hai cuộn dây, nhận $ược dựa trên nguyên lý $ối ngẫu mạch từ - mạch $iện trong vùng tần số thấp Mô hình này phản ánh vật lý các hiện tượng $iện từ xảy ra trong MBA ở loại MBA và cấu tạo cuộn dây) nên các thông số

$iện trong mô hình (bảng 1) có thể $ược sử dụng

$ể phân tích các chế $ộ vận hành cũng như sự cố cho MBA có tổ $ấu dây bất kỳ

Hình 1 – Mô hình thông số tập trung cho một MBA hai

cuộn dây YNyn6

L 3

L y

R y

N H :N L

R L A

B

C

R H

a

b

c

N H :N L

R L

R H

N H :N L

R L

R H

N H :N H

N H :N H

N H :N H

L y

R y

L 4

L 4

R 4

R 4

L 4

R 4

C

CsH

CsH

CsH

CsL

CsL

CsL

CgH/2 CgH/2

CgH/2

CgH/2

CgH/2 CgH/2

CgL/2 CgL/2

CgL/2

CgL/2

CgL/2 CgL/2

Ciw/2 x 6

L 3

L 3 N

n

Bảng 1 Giải thích các thông số MBA trong hình 1

Thông số &iện

R1//L1 (trụ)và Ry//

Ly (gông)

Điện dung pha các cuộn dây

- Liên-cuộn-dây

III XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DỰA TRÊN CÁC

PHÉP ĐO

Các thông số $iện trong mô hình thông số tập

trung MBA ở hình 1 có ảnh hưởng lớn $ến biên

1,

Ly) và các $iện dung các cuộn dây (Cs, Cg, Ciw) Để

minh họa, hình 2 giới thiệu một kết quả $o ĐƯTS

tiêu biểu của một cuộn dây trong một MBA với

ba phân vùng ảnh hưởng chính ở tần số thấp:

1) vùng ảnh hưởng chủ yếu bởi các $iện cảm lõi

chính bởi các $iện dung các cuộn dây với $iểm

$ặc trưng “CAP” tương ứng với góc pha (tỉ số $iện

và $iện dung trên, với các $iểm cộng hưởng $ặc

thông số tổn hao ($iện trở, $iện dẫn) không $áng

kể tại các $iểm “IND” và “CAP” (do góc pha $ạt

cực trị), và dễ dàng xác $ịnh tại các $iểm “RES”

(theo giải pháp mô phỏng) Các thông số khác chỉ

có ảnh hưởng lớn ở vùng tần số trung bình và cao

nên sẽ không $ược khảo sát

A XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG

Các giá trị $iện dung $ối với $ất (CgH, CgL) và liên cuộn dây (Ciw) trong hình 1 $ược xác $ịnh

$ầu cực các cuộn dây pha cần $ấu nối với nhau

$ể xác $ịnh giá trị tổng cộng ba pha (tương ứng là

CHG, CLG, CHL trong hình 3); theo $ó, chỉ cần ít nhất xác $ịnh các $iện dung tổng cộng CHG, CLG, CHL, từ

$ó tính $ược các $iện dung pha CgH, CgL, Ciw

Hình 2 – Ba phân vùng ảnh hưởng của các thông số chính

trên đặc tuyến biên độ ĐƯTS hở mạch

Hình 3 – Sơ đồ nguyên lý các điện dung 3 pha trong MBA

hai cuộn dây

Bảng 2 Các phép =o =iện dung MBA hai cuộn dây [5]

Giá trị

Trong mô hình mạch thông số tập trung ở hình 1 vẫn còn thông số $iện dung dọc của các cuộn dây (CsH, CsL) chưa $ược xác $ịnh Do các

$iện dung này không $o $ược nên sẽ $ược xác

$ịnh gián tiếp thông qua mô phỏng sử dụng công

cụ Simulink/Matlab Theo $ó, nếu biên $ộ ĐƯTS

mô hình) có sự sai khác so với biên $ộ ĐƯTS $o lường ở $iểm “CAP”, tức ảnh hưởng của $iện dung dọc là $áng kể so với các $iện dung $o $ược, một giá trị hợp lý của bộ {CsH, CsL} sẽ $ược thêm vào $ể cân bằng sự sai khác này

B XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM Trong thực tế vận hành, các công ty $iện lực

tỉ số $iện áp Vì vậy, nhu cầu thực tế là cần có

một phương pháp tính toán gián tiếp, dựa trên

nguyên lý khảo sát sự thay $ổi của $ặc tuyến

(L1 và Ly

theo minh họa ở hình 4

Hình 7 Sơ đồ khối của hệ thống xử lý logic mờ

Hình 4 – Mô phỏng sự thay đổi của đặc tuyến biên độ

ĐƯTS theo giá trị L1 và Ly ở tần số thấp

Từ hình 4 có thể rút ra quy luật ảnh hưởng của

$iện cảm L1 và Ly $ến biên $ộ ĐƯTS trong vùng

tần số thấp như sau:

Khi $iện cảm L1, Ly tăng, $ặc tuyến có xu hướng

giảm, dịch chuyển $i xuống (trục biên $ộ); $ồng thời,

các $iểm cộng hưởng dịch sang trái (trục tần số)

Khi $iện cảm L1, Ly giảm, $ặc tuyến có xu

hướng tăng (trục biên $ộ); $ồng thời, $iểm cộng

hưởng bị dịch chuyển sang phải (trục tần số)

Tỉ lệ Ly/L1 càng lớn, khoảng cách giữa hai

$iểm cộng hưởng càng lớn và ngược lại

Dựa vào quy luật này, các giá trị L1 và Ly (áp

dụng cho từng pha) sẽ $ược xác $ịnh $ịnh lượng

theo sai số ở ba vị trí, minh họa ở hình 5: $iểm

“IND”, ΔMag(sim-mea), và 2 $iểm cộng hưởng

“RES”, Δf_res1(sim-mea) và Δf_res2(sim-mea),

theo lưu $ồ giải thuật $ược giới thiệu ở hình 6,

với các thông số ɛ1, ɛ2, ɛ3 là giới hạn sai số theo $ộ

chính xác mong muốn

Hình 5 Các sai số xác định thông số điện cảm

Sai

Đúng

L

y

y

bằng Fuzzy logic

Kết thúc

Mô phỏng ĐƯTS, so sánh với kết quả đo

Xác định các sai số:

ΔMag(sim-mea) Δf_res1(sim-mea) Δf_res2(sim-mea)

Bắt đầu

|Δf_res1(sim-mea)| ≤ ɛ2

Hình 6 Lưu đồ xác định điện cảm L 1 và L y

Hình 7 thể hiện quá trình xử lý của hệ thống logic mờ Đầu tiên, ba biến ngõ vào sẽ $ược mờ hóa thành vector ngõ vào qua bước mờ hóa Bộ

xử lý chứa các hàm thành viên là tập hợp tất cả các trường hợp có thể có của ngõ vào và $áp ứng tương ứng dựa theo hệ tri thức, chính là các quy luật tác $ộng của các $iện cảm $ến biên $ộ ĐƯTS

mô phỏng trong vùng tần số thấp Vector ngõ vào sau khi qua bộ xử lý sẽ cho ra vector ngõ ra tương ứng, và bước giải mờ chuyển tín hiệu này thành biến ngõ ra Hệ thống xử lý logic mờ trong hình 8 $ược thiết kế theo hệ thống “Mandani” 3 ngõ vào (các sai số ở hình 5) và 2 ngõ ra (ΔL1 và

ΔLy) với các luật như sau: “And method” MIN, “Or method” MAX, “Implication” MIN, “Aggregation” trong hình 8

Hình 8 Thiết kế khâu xử lý mờ

IV TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 1 – PHÂN TÍCH

SỰ CỐ CHẬP VÒNG TRONG MỘT MBA 110 kV

A ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT

Do các MBA 110 kV chiếm tỷ lệ lớn trong lưới

$iện truyền tải và phân phối của miền Nam, hai MBA có thông số tương tự nhau 63 MVA, 115/23

kV ($ặt tên là T1 và T2) với thông tin chi tiết cho ở bảng 3 $ược chọn thí $iểm $ể khảo sát ứng dụng phương pháp $ề xuất

Bảng 3 Thông số các MBA thử nghiệm

Năm sản

Trong hai MBA này, MBA T1 ở tình trạng vận hành bình thường còn MBA T2 $ã bị sự cố và cô lập vận hành Do MBA T2 không có dữ liệu $o ĐƯTS trước $ây, các dữ liệu $o ĐƯTS của MBA T1

có thể xem như là dữ liệu ở tình trạng vận hành bình thường của MBA T2 $ể phân tích

B CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG

tỉ số biến và thí nghiệm không tải $iện áp thấp, trình bày theo bảng 4, là bất thường và cho thấy, MBA này nhiều khả năng bị ngắn mạch chập vòng cuộn dây pha C Cụ thể, tỉ số biến pha C lệch ít nhất

tỉ số biến và tổn hao không tải lớn nhất $ối với MBA T1 tương ứng là 0.11% và 0.31%

Bảng 4 Kết quả =o tỉ số biến và thí nghiệm không tải MBA T2

C KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH

dung và tổn hao $iện môi) và $iện cảm (từ phương pháp $ề xuất, với các giới hạn sai số ε1= 0.5 dB, ε2

các thông số tương ứng (22.00 H và 23.19 H) của MBA T1 Các thông số $iện dung của MBA T2 $ều không thay $ổi so với MBA T1

Bảng 5 Thông số =iện dung và =iện cảm trong mô hình thông số tập trung MBA T1 và T2

Hình 9 và 10 giới thiệu so sánh kết quả các $ặc tuyến biên $ộ ĐƯTS mô phỏng (dựa trên mô hình

$iện thông số tập trung ở hình 1) và $o lường (thực hiện bởi thiết bị FRAX 101) trong vùng tần số thấp bảng 5) và các thông số phụ ($iện trở, $iện dẫn) $ã $ược xác $ịnh một cách phù hợp Các $ộ lệch nhỏ khắc phục $ơn giản bằng cách sử dụng $ặc tuyến phi tuyến $iện trở theo tần số R1(f) và Ry(f) thay vì một giá trị hằng số $ã $ược chọn $ể $ơn giản hóa khâu mô phỏng

Hình 9 So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo

lường của các cuộn dây MBA T1 Hình 10 So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo lường của các cuộn dây MBA T2

Nếu phân tích $ịnh lượng các ĐƯTS $o lường trên pha C giữa hai MBA T1 và T2, hoặc giữa hai pha ngoài cùng (A và C) của MBA T2 dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu chuẩn DL/T-911 của Trung Quốc [4], chỉ nhận $ược kết luận rằng “cuộn dây bị biến dạng trầm trọng” Tuy nhiên, với phương pháp

$ề xuất, có thể phân tích dựa trên sự thay $ổi các thông số $iện một cách rõ ràng và thuyết phục hơn

Các giá trị $iện dung của MBA T1 và T2 ở bảng 5 không có sự thay $ổi, chứng tỏ MBA T2 chưa có

sự cố cơ (biến dạng ngang và dọc trục) vì không có sự thay $ổi $áng kể cấu trúc hình học các cuộn

ứng sẽ xuất hiện dòng $iện ngắn mạch, từ $ó lại sinh ra thêm thành phần từ thông ngược chiều, khử

từ thông chính ban $ầu Như vậy, có cơ sở $ể khẳng $ịnh nhận $ịnh chập vòng cuộn dây pha C trong MBA T2 dựa trên kết quả các thử nghiệm truyền thống trước $ây

V TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 2 – PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG TỪ DƯ TRONG MỘT MBA 500 KV

A ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT

Một MBA ba pha 525/23.5 kV 730 MVA YNd11 (T3) $ã $ược chọn $ể phân tích thông số trước và ngoại trừ có $ộ lệch biên $ộ ĐƯTS trong vùng tần số thấp, giới thiệu ở hình 11

Hình 11 So sánh đặc tuyến ĐƯTS trước và sau khử từ của các cuộn dây MBA T3

B KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH

Bảng 6 giới thiệu các thông số $iện dung và $iện cảm trong mô hình thông số tập trung cho MBA T3 nhận $ược từ phương pháp $ề xuất Các thông số $iện dung và $iện cảm tương $ương các gông

y) $ều không thay $ổi $áng kể trước và sau khi khử từ Tuy nhiên, có thể dễ dàng nhận thấy

1) cả 3 pha A, B, C trước khi khử từ (tương ứng 15 H, 25.3 H và 22.5 H) so với sau khi khử từ (40.7 H ở cả 3 pha)

Bảng 6 Thông số =iện dung và =iện cảm trong mô hình thông số tập trung MBA T3 trước và sau khi khử từ

Hình 12 so sánh kết quả mô phỏng và =o lường ĐƯTS hở mạch của các cuộn dây pha MBA T3 trước khi khử

từ (hình 12a) và sau khi khử từ (hình 12b) Kết quả cho thấy các thông số =iện xác =ịnh dựa trên phương pháp =ề xuất có =ộ tin cậy cao

a) b)

Kết quả phân tích $ịnh lượng các ĐƯTS $o

lường các cuộn dây MBA T3 trước và sau khi

khử từ dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu

chuẩn DL/T-911 của Trung Quốc cho thấy “cuộn

dây bình thường” Tuy nhiên, sự thay $ổi không

không thay $ổi ($áng kể) của các thông số $iện

theo các yếu tố khác nhau như mức $ộ và thời

$iểm thao tác $óng cắt nguồn tác $ộng

KẾT LUẬN

Bài viết $ã $ề xuất một phương pháp tin cậy

và khả thi trong việc xác $ịnh các thông số $iện

dung và $iện cảm trong mô hình thông số tập

truyền thống và kỹ thuật phân tích $áp ứng tần

số, qua $ó cung cấp thêm thông tin $ịnh lượng

góp phần nâng cao chất lượng chẩn $oán các sự

cố chập vòng và phân tích từ dư cho các MBA tiêu

biểu 110 kV và 500 kV

(truyền thống và nâng cao) vẫn chưa $ược thực

hiện $ầy $ủ $ối với các MBA trên lưới $iện truyền

tải và phân phối miền Nam bởi các trang thiết bị thử nghiệm công suất lớn vẫn chưa $ược trang

bị hoàn chỉnh Vì vậy, phương pháp $ề xuất có thể $ược ứng dụng $ể mở rộng cơ sở dữ liệu thử nghiệm hiện tại cho các MBA, nhằm gia tăng chất lượng chẩn $oán trong $iều kiện hiện nay

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

[1] IEC 60076 -18, “Power Transformer – Part 18: Measurement of Frequency Response,” 2012 [2] IEEE C57.149, “IEEE Guide for the Application and Interpretation of Frequency Response Analy-sis for Oil Immersed Transformers,” 2012.

[3] CIGRE Report 342 Working Group A2.26,

“Mechanical condition assessment of transformer windings using FRA,” 2008.

[4] DL/T 911, Chinese Standard, “Frequency Re-sponse Analysis on Winding Deformation of Power Transformer,” 2005

[5] M Krüger, “Application Guide: Capacitance and dissipation factor measurement with CPC 100 + CP TD1,” Omicron GmbH, Austria, 2004.

[6] Tổng công ty Điện lực Việt Nam, “Quy trình vận hành và sửa chữa máy biến áp,” ban hành theo quyết +ịnh 623/ĐVN/KTNĐ, 1997.

Hình 12 So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo lường của các cuộn dây MBA T3 trước khử từ (a) và sau khử từ (b)