Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình thông số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

Danh mục từ viết tắt và ký hiệu XIV Danh mục từ viết tắt và ký hiệu Các từ viết tắt FRA Frequency Response Analysis Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số HV High voltage winding Cuộn dây c

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN LÊ QUỐC KHÁNH

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN DUNG TRONG MÔ HÌNH THÔNG SỐ PHÂN BỐ MBA LỰC DẠNG HỘP

ĐEN CHO PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MẲ SỐ: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯÓNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Phạm Đình Anh Khôi

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Họ tên học viên: Nguyễn Lê Quốc Khánh MSHV: 7140974

Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1991 Nơi sinh: Ninh Thuận

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 60 52 02 02

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình thông số phân bố MBA

lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính toán các thông số điện dung trong mô hình thông số phân bố 01 MBA lực 6.5 MVA, 47/27.2 kv Yd5 dựa trên phân tích đáp ứng tần số

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS Phạm Đình Anh Khôi

Ghtchú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 4

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Phạm Đình Anh Khôi, người đã chỉ dẫn tận tình, nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong Bộ môn

Hệ thống điện cũng như quý Thầy cô tại Trường Đại học Bách Khoa đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu tại trường

Tôi xin được ghi nhận công sức và những đóng góp quý báu, nhiệt tình của các bạn Quân, Toàn, Nguyên là những người trong nhóm cùng thực hiện những nghiên cứu liên quan đến

đề tài này Tôi xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ của các bạn

Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bè bạn những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016

Học viên Nguyễn Lê Quốc Khánh

Trang 5

Tóm tắt nội dung luận văn V

Tóm tắt nội dung luận văn

Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình thông số phân bố máy biến áp lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

TỪ KHÓA: Phân tích đáp ứng tần số, Mô hình phân bố, Điện dung, Máy biến áp lực dạng

hộp đen

Mô phỏng các đáp ứng tần số đo lường trên đầu cực cho máy biến áp lực (MBA) dựa trên

mô hình mạch tương đương thông số tập trung đã được thực hiện trong các công trình nghiên cứu trước đây ở Việt Nam Tuy nhiên, để có thể chẩn đoán các sự cố cơ cho cuộn dây MBA (xô lệch ngang/dọc), nhất thiết phải dùng các mô hình thông số phân bố MBA vì các sự cố

cơ ảnh hưởng các đáp ứng tần số chủ yếu ở vùng tần số trung bình và cao (khoảng vài chục kHz trở lên, tùy theo MBA)

Có hai cách tính toán các phần tử chính (điện cảm, điện dung) trong mô hình thông số phân

bố cho MBA: dựa trên các thông số hình học và đặc tính điện-từ MBA (tính toán giải tích)

và dựa trên phân tích các phép đo Cách thứ nhất chỉ có thể áp dụng đối với một số MBA có sẵn thông số hình học và đặc tính điện-từ, vốn thường không có sẵn đối với hầu hết các MBA trong thực tế Để mở rộng khả năng ứng dụng của kỹ thuật Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Respose Analysis - FRA) chẩn đoán sự cố cơ MBA, cần thiết phải xây dựng phương pháp luận áp dụng cách thứ hai, vì MBA đang vận hành không có các thông số yêu cầu (dạng hộp đen)

Phạm vi nghiên cứu của Luận văn chỉ áp dụng tính toán thông số điện dung trong mô hình thông số phân bố của 1 MBA dạng hộp đen trong khi thông số điện cảm sẽ được giải quyết trong một đề tài khác Đóng góp của Luận văn là giúp việc phân tích đáp ứng tần số cho các MBA đang vận hành trở nên khả thi

Trang 6

Abstract VI

Abstract

Research capacitance calculations in the distributed circuits model of black box type transformers for frequency response analysis

Key words: black-box power transformers, frequency response analysis, capacitances,

physical distributed chcuits Simualtion of frequency responses measured on power transformers' terminals based on lumped parameter equivalent ciruits has been performed in previous researches in Vietnam However, to be able to diagnose mechanical failures of power transformer windings (radial/axial deformation), it is necessary to exploit distributed parameter chcuits since echanical failures influence frequency resposes mainly at medium frequencies an higher (starting from tens of kHz, depending on tranformer types)

There are two procedures in determination of main electrical parameters, i.e., inductances and capacitances, in the distributed parameter chcuits: geometrical parameters and electrical-magnetic properties based, and measurement based procedure The former is only applicable

on some 'special' power transformers that have availabe geometrical structure and magnetic properties The latter is recommended for in-service power transformers, since they donot have the requhed data (black-box transformers)

electrical-This thesis focuses on calculation of capacitances in the distributed parameter chcuit of a black-box power transformer whereas the inductances are determined in another thesis The contribution of this thesis is to support the analysis o frequency responses of in-service power transformers become feasible

Trang 7

Lời cam đoan VII

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình

thông số phân bố mảy biến áp lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần sổ” là công trình

nghiên cứu của chính bản thân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Phạm Đình Anh Khôi, các số liệu và kết quả thực nghiêm hoàn toàn trung thực Tôi cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016

Người cam đoan

Nguyễn Lê Quốc Khánh

Trang 9

Mục lục IX

MỤC LỤC

Lời cảm ơn IV Tóm tắt V Lời cam đoan VIII Mục lục IX Danh mục hình XI Danh mục bảng XIII Danh mục từ viết tắt XIV

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tổng quan

1 1.2 Phương pháp chẩn đoán sự cố 2

1.3 Bố cục của luận văn 3

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁP ÚNG TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG 4

2.1 Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) 4

2.1.1 Các loại sự cố áp dụng FRA 4

2.1.2 Các phép đo đáp ứng tần số 4

2.1.3 Nguyên lý phân tích đáp ứng tần số của MBA 7

2.2 Khả năng chẩn đoán sự cố của FRA cho MBA 9

2.3 Phạm vi áp dụng 10

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THÔNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐỂ PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 11

3.1

Mô hình thông số tập trung (MHTT) 11

3.2 Mô hình thông số phân bố (MHPB) 12

3.2.1 Các kiểu quấn dây trong MBA 13

3.2.2

Xác định MHPB cho các kiểu quấn dây tiêu biểu 15

3.2.2.1 Cuộn dây kiểu đĩa (disc) 15

3.2.2.2 Cuộn dây kiểu lớp (layer) 17

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIẸN DUNG CHO MHPB 19

4.1 Tổng quan 19

4.2 Xác định điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi trong MBA 20

4.2.1 Điện dung mắc vòng giữa cuộn HV và LV 20

4.2.2 Điện dung nối đất giữa cuộn HV với vỏ (Cgfi) và LV với lõi (C gI ) 21

4.2.3 Điện dung nối tiếp 21

4.2.3.1 Cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc) 21

4.2.3.2

Cuộn dây kiểu xoắn ốc (helical) 22

4.2.3.3

Cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc) 22

4.2.3.4 Cuộn dây kiểu lớp (layer) 23

4.3 Xác định giá trị điện dung qua các phép đo 23

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH THÔNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐÊ PHẦN TÍCH ĐÁP ÚNG TẦN SỐ 26

5.1 Nguyên lý phân tích và đối tượng nghiên cứu 26

5.2 Mô hình mạch mô phỏng và xác định các giá trị điện dung 26

Trang 10

Mục lục X

5.2.1

Mô hình mạch mô phỏng và phần mềm mô phỏng 26

5.2.2 Giá trị điện dung 28

5.2.2.1 Điện dung với đất tổng và điện dung liên cuộn dây tổng 29

5.2.2.2 Điện dung nối tiếp tổng 29

5.3 Thực hiện mô phỏng cho các trường hợp 31

5.3.1 Mô phỏng với số phân đoạn là n = 8 và n = 16 32

5.3.2 Mô phỏng xem xét ảnh hưởng của Cs 36

5.3.3 Nhậnxét7 7 7 38

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 39

6.1 Kết luận 39

6.2 Hướng phát triển đề tài 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHỤ LỤC 42

Trang 11

Danh mục hình XI

Danh mục hình •

Hình 1.1: Sơ đồ khối một hệ thống điện cơ bản 1

Hình 1.2: Máy biến áp 1 pha và 3 pha 2

Hình 2.1: Minh họa nguyên lý của FRA 5

Hình 2.2: Sơ đồ minh họa mạch đo đáp ứng tần số 6

Hình 2.3: cấu hình đo đáp ứng tần số 7

Hình 2.4: Kết quả đáp ứng tần số ở các dải tần số khác nhau 8

Hình 2.5: Một số ví dụ về sự cố trong MBA 10

Hình 3.1: Mô hình thông số tập trung của một MBA 2 cuộn dây đấu Ynd5 [5] 12

Hình 3.2: Minh họa các phần tử trong mô hình MBA 13

Hình 3.3: Kiểu lớp (trái) và kiểu xoắn ốc (phải) 14

Hình 3.4: Kiểu đĩa thường (trái) và kiểu đĩa xen kẽ (phải) 14

Hình 3.5: cấu hình mạch cuộn dây kiểu đĩa thường 15

Hình 3.6: cấu hình mạch cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ 15

Hình 3.7: Mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phân đoạn của 1 MBA 2 cuộn dây 16 Hình 3.8: cấu hình mạch kiểu lớp 17

Hình 3.9: Mô hình MBA kiểu lớp 17

Hình 3.10: Thực hiện đơn giản hóa mạch 18

Hình 3.11: Mô hình MBA sau khi sắp xếp lại 18

Hình 4.1: Các thành phần điện dung tồn tại trong MBA 19

Hình 4.2: a) Hệ thống cách điện HV và LV; b) Mô hình hệ thống cách điện đơn giản 20

Hình 4.3: Mạch tương đương điện dung 3 pha cho MBA 2 cuộn dây 24

Hình 5.1: Mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phân đoạn của 1 MBA 2 cuộn dây27 Hình 5.2: Mô hình mặt cắt ngang các phần tử pha A 28

Hình 5.3: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố 30

Hình 5.4: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố 30

Hình 5.5: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (có Cs) 31

Hình 5.6: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố (có Cs) 31

Hình 5.7: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (CsH = 1.812 nF) 34

Hình 5.8: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của oc DPI giữa A-N cuộn HV dùng

Trang 13

Danh mục bảng XIII

Danh mục bảng

Bảng 4.1: cấu hình đo 25

Bảng 5.1: Giá trị điện dung đất và liên cuộn dây 29

Bảng 5.2: Thông số các giá trị với n=8 32

Bảng 5.3: Thông số các giá trị với n=16 33

Trang 14

Danh mục từ viết tắt và ký hiệu XIV

Danh mục từ viết tắt và ký hiệu

Các từ viết tắt

FRA Frequency Response Analysis (Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số)

HV High voltage winding (Cuộn dây cao áp máy biến áp)

LV Low voltage winding (Cuộn dây hạ áp máy biến áp)

LF Low frequency (T-in si> thằp)

MF Medium frequency (Tần số trung bình)

SFRA Sweep frequency response analysis

EEOC End-to-end open cữcuit

EESC End-to-end short-cữcuit

CAP Capacitive inter-winding

IND Inductive inter-winding

MHTT Mô hình thông số tập trung

MHPB Mô hình thông số phân bố

EMF Sức điện động cảm ứng

VNA Vector-network analyzer

oc DPI Open-cữcuit driving-point impendances

Trở kháng phi tuyến của gông lõi Điện cảm rò tương đương ở cao áp Điện cảm hở mạch thứ tự không Điện trở của cuộn dây cao áp Điện trở của cuộn dây hạ áp Điện cảm của phần tử thứ i

Trang 15

Danh mục từ viết tắt và ký hiệu 15

Độ điện thẩm tương đương sí> lượng mạch từ

Độ điện thẩm điện môi cách điện Bán kính trung bình

Bề dày cách điện giữa 2 turns liền kề

Số lượng tum trên 1 disc Điện dung giữa disc - disc Điện dung giữa turn - turn Điện dung giữa layer - layer Khoảng cách giữa 2 disc Điện dung giữa cuộn HV với đất 3 pha Điện dung giữa cuộn LV với đÈ-t 3 pha Điện dung giữa cuộn HV và LV 3 pha Từng pha của cuộn dây cao áp

Từng pha của cuộn dây hạ áp

Trang 17

Chương 1: Giới thiệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Chương này giới thiệu các khái niệm tổng quan hệ thống điện, các thành phần cơ bản và các vấn đề liên quan đến việc nghiên cứu Chương này cũng giới thiệu sơ lược về bố cục của luận văn

1.1 Tổng quan

Một hệ thống điện cơ bản bao gồm ba phần chính hợp thành đó là phụ tải, lưới điện và nguồn điện Sơ đồ hình 1.1 trình bày về một hệ thống điện cơ bản

Hình 1.1: Sơ đồ khối một hệ thống điện cơ bản

Hệ thống điện gồm nguồn điện, lưới điện truyền tải, phân phối và phụ tải, vì vậy sẽ có rất nhiều cấp điện áp trong một hệ thống điện Lưới điện truyền tải dùng để liên kết những vùng

có các cấp điện áp khác nhau, có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất từ nguồn đến phụ tải điện, để giảm tổn thất công suất khi truyền tải cần tăng giá trị điện áp (U), hoặc cung cấp công suất cho phụ tải từ các trạm nguồn điện áp cao cần phải giảm điện áp (U) Mà việc liên kết các phần có các cấp điện áp khác nhau là rất cần thiết để tạo thành một hệ thống điện lớn

Vì vậy, máy biến áp lực được dùng ở bất cứ nơi nào cần sự biến đổi về điện áp

Máy biến áp lực (MBA) là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, đóng vai trò giúp truyền tải công suất giữa các cấp điện áp trong hệ thống điện, và làm cầu nối giữa các cấp điện áp khác nhau qua đó tạo nên mạng lưới hệ thống điện lớn về mặt tài chính, MBA là một trong các phần tử có giá thành mắc nhất trong hệ thống điện Hình

2.1 minh họa máy biến áp lực 1 pha và 3 pha

Dixriburtimi

—L CcttiiHircrs

Oìâ

Power transformer (etcjMlown)

Diỉtn button tra rib funner (step-dowrj (ttep-ưp)

Trang 18

Chương 1: Giới thiệu 2

Thông thường thì tuổi thọ của MBA cố thể dài từ 20 đến 35 năm Nếu được vận hành trong điều kiện ồn định và được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên thì tuổi thọ có thề kéo dài trên

50 năm Tuy nhiên, với những trường hợp MBA không được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên và đúng chu kỳ thì những MBA có tuồi thọ trên 15 năm sẽ cỏ nguy cơ gặp sự cố cao hơn khỉ vận hành do sự già hóa của lõi thép và cảc hiện tượng thường gặp khi vận hành trước

đó Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường kéo dài thi tuổi thọ của MBA sẽ giảm và độ ổn định, tin cậy cung cấp điện của MBA cho hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến việc cung cấp và vận hành ổn định hệ thống điên Vì vậy, chẩn đoán sự cố trong máy biến áp đang là một hướng đề tài đang được quan tâm hiện nay dù đổi với những quốc gia khác việc này không còn xa lạ, nhưng với Việt Nam thì đây là một khái niệm cũng khá mới

Cách thức chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực rất là đa dạng và cố nhiều phương pháp khác nhau dựa trên các tính chất của sự cố như: sự cố về nhiệt, sự cố về điện, sự cố về cơ [l, 2]

Do sụ đa dạng về sự cổ hư hỏng trong máy biến áp nêu trên nên các phương pháp chẩn đoán

sự cố trong MBA cũng được phát triển khá nhiều, ví dụ như:

• Phương pháp đo điện trở cuộn dây

• Phương pháp thử nghiệm cao áp xoay chiều tần sổ công nghiệp

• Kỹ thuật phân tích hòa tan khí trong dầu (DGA)

• Phương pháp đo phóng điện cục bộ

• Phương phảp phân tích đáp ứng tần số (FRA)

Trang 19

Chương 17: Giới thiệu

Hầu hết các phương pháp chẩn đoán sự cố nói chung cho MBA dựa trên phép đo thông số điện một chiều (như đo điện trở cách điện và điện trở cuộn dây ) và xoay chiều tần số công nghiệp (điện cảm rò, tổng trở ngắn mạch, điện dung, ) hay phân tích đặc tính lý, hóa học của cách điện trong MBA (áp suất dầu, khí hòa tan trong dầu, nồng độ nước, đặc tính cách điện rắn, ) tỏ ra hiệu quả; tuy nhiên đối với các loại sự cố điện và đặc biệt là cơ trong cuộn dây MBA (sự cố vặn xoắn hay dịch chuyển cuộn dây do ngắn mạch hay dòng lớn, sự cố trong bộ phân áp, sự cố sau khi vận chuyển từ nhà sản xuất đến công trình), các phương pháp trước đây không hiệu quả Trong khi đó, FRA là công cụ thể hiện được sự ưu điểm trong việc phân tích các sự cố điện và cơ trong cuộn dây MBA

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số là một công cụ chẩn đoán để phát hiện các sự cố và

hư hỏng về điện và cơ thể hiện qua sự biến dạng cuộn dây và sự dịch chuyển của mạch từ của MBA [2]

1.3 Bố cục của luận văn

Cấu trúc của luận văn được trình bày như sau:

Chương 1 giới thiệu các kiến thức tổng quan về hệ thống điện và trình bày bố cục nội dung luận văn

Chương 2 trình bày chung về kiến thức tổng quan cho kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) cho việc chẩn đoán sự cố bên trong máy biến áp lực và những đặc tính, cấu hình đo liên quan đến kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số

Chương 3 tìm hiểu, giới thiệu các mô hình máy biến áp lực, từ đó đưa ra các mô hình thông

số điện cho máy biến áp lực phục vụ cho việc phân tích, mô phỏng trong chương 4 và chương

5

Chương 4 giới thiệu về phương pháp xác định giá trị thông số điện dung ttong mô hình thông

số phân bố MBA, nhằm thực hiện tính toán giá trị thông số điện dung để xây dựng mô hình cho việc mô phỏng

Chương 5 giới thiệu các kết quả thu được từ các phép đo và mô phỏng, dựa trên các kết quả đạt được đưa ra các phân tích đánh giá cho kết quả nghiên cứu

Chương 6 kết luận và đề nghị hướng phát triển trong tương lai liên quan đến nghiên cứu

Trang 20

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng 4

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG

Chương này trình bày những kiến thức, nguyên lý kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số cho máy biến áp lực

2.1 Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA)

Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA - Frequency Response Analysis) là một dạng phân tích chẩn đoán sự cố điện và cơ trong máy biến áp lực (MBA) dựa trên thí nghiệm về điện

và đã được tiêu chuẩn hóa theo CIGRE-2008 [1], IEC 60076-18 [2] và IEEE PC57.149/D9.1 [3],

Theo IEC 60076-18 [2], FRA có thể dùng để phát hiện các thay đổi trong những phần hoạt động của đối tượng kiểm tra (như cuộn dây, kết nối và bộ phận lõi) FRA thường dùng để phát hiện việc thay đổi cấu trúc hình học và ngắn mạch trong các cuộn dây FRA có thể ứng dụng để đánh giá mức độ các sự cố trong MBA như sau:

• Sự cố hay thí nghiệm ngắn mạch dòng lớn

• Sự cố với bộ điều áp

• Sự cố thay đổi cấu trúc cơ khí MBA do vận chuyển hay tác động ngoại lực

Tiêu chuẩn IEEE PC57.149/D9.1 [4] bổ sung thêm rằng FRA có thể ứng dụng để phát hiện các sự cố gây ra thay đổi cấu trúc hình học bên trong MBA, như sự cố dòng lớn (ngắn mạch) trong cuộn dây MBA sinh ra lực điện từ (tỷ lệ với bình phương dòng điện) làm biến dạng cuộn dây MBA (dọc hay ngang trục) FRA còn ứng dụng để phát hiện các sự cố cuộn dây

hở mạch, có điện trở tiếp xúc lớn, ngắn mạch giữa có vòng dây

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số là một công cụ chẩn đoán để phát hiện các sự cố và

hư hỏng về điện và cơ thể hiện qua sự biến dạng cuộn dây và sự dịch chuyển của mạch từ của MBA Các nghiên cứu từ các trường hợp thực tế đã cho thấy tính hiệu quả của kỹ thuật này

FRA là công cụ mạnh để phát hiện được những vấn đề sự cố về cơ cũng như về điện bên trong MBA mà các phương pháp khác không có khả năng phát hiện được Việc biết được tình trạng bên trong MBA sẽ cho phép chúng ta có thể vận hành MBA ở mức tải lớn nhất

mà không gây tác hại đến độ tin cậy

Trang 21

Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) đã được phát triển qua nhiều năm kể từ khi nó được

đưa ra từ thập niên 1960 Vào những năm 1970, công ty Ontario Hydro đã đi tiên phong về

kỹ thuật đáp ứng tần số bằng cách đưa một tín hiệu dạng sin và đo trực tiếp các đáp ứng tần

số Sau đó lần lượt được các công ty khác nghiên cứu và ứng dụng Vào những năm 1990,

các sản phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng thực tế đã được giới thiệu Hiện tại có một số

lượng lớn các công ty dịch vụ thí nghiêm trên thế giới đã và đang sử dụng phương pháp phân

tích tần số và phương pháp xung để đánh giá tình trạng và quản lý một số lượng lớn các

MBA lực đang vận hành trên lưới điện của mình Hình

2.1 minh họa nguyên lý của FRA

Trang 22

Một Sơ đồ ví dụ cho mạch đo phân tích đáp ứng tần số được cho bởi IEC 60076-18 [2] thể hiện như sau (hình 2.2):

reference lead

c response lead

D eanti LMinectlon

Hình 2.2: Sơ đồ minh họa mạch đo đáp ứng tần số

Có 4 cấu hình đáp ứng tần số cơ bản được thống nhất giữa các tiêu chuẩn đề cập ở trên:

• End-to-end open-circuit (EEOC): đo hở mạch

• End-to-end short-circuit (EESC): đo ngắn mạch

• Capacitive inter-winding (CAP): đo hiệu ứng dung

• Inductive inter-winding (IND): đo hiệu ứng cảm

Hình 2.3 minh họa các kiểu đo như trên áp dụng cho MBA có tổ đấu dây YN-d

Trang 23

Mỗi cấu hình đo đều cho các dạng đáp ứng tần số khác nhau về độ lón, dạng và gốc pha Trong số 4 cấu hình đo này, người ta thường chỉ sử dụng cấu hình đo hở mạch (biên độ) để chẩn đoán vì các thông số điện trong sơ đồ tương đương MBA (điện cảm, điện dung, điện trở cuộn dây và lõi thép trong tỏng thề MBA) đều có ảnh hưởng đến dạng đáp ứng tần số ở những vùng tần số nhất đỉnh trong khỉ các sơ đồ đo khác chỉ cố ảnh hưởng rõ rệt của tùng thông số riêng biệt

Từ các phép đo đáp ứng tần số sẽ thu được kết quả là đường đặc tính của các đáp ứng thu được, sau khỉ phân tích cố thể nhận thấy được những vùng có những thay đổi phụ thuộc vào những dải tần số khác nhau, minh họa đối với 1 MBA tự ngẫu ờ hình 2.4

Ở dải tần số thấp, thông thường thành phần điện dung của MBA cỏ thề được xem là không đáng kể và đáp ứng là thuần cảm (từ 10 Hz đến 2 kHz ở hình 2.4) Ở các tần số này điện cảm của mạch từ chiếm ưu thế: tong trở lõi sat (core impendance), điện cảm rò (leakage inductance) Có một sự sai lệch đảng kể ở các đáp ứng giữa hai pha bên ngoài (A, C) và pha giữa (B) tại dải tần số này Điều này là do các đường đi của từ thông trong lõi thép Pha giữa

có hai đường đỉ của từ thông cố từ trở bằng nhau và pha ngoài cố hai đường đi của từ thông

cố từ trở khác nhau Kết quả là các pha ngoài cố hai điểm cộng hưởng so với pha giữa vốn chỉ cố một điểm cộng hưởng Điều này cũng giải thích về sự khác biệt về biên độ (dB) lúc khởi đầu (xem hình 2.4) Ở dải tần số cao hơn (từ 2 kHz trở đỉ) đáp ứng trông phức tạp vì cỏ rất nhiều đỉểm cộng hường Ỏ dải tần số này đỉện

Trang 24

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng

dung của cuộn dây chiếm ưu thế do tần số (f) tăng làm cho cảm kháng (X L = 2ĩrfL) tăng và

dung kháng (X c = l/(2ạfC)) giảm dẫn đến ảnh hưởng đến dòng điện phân bố trong mạch Do

đó, các đáp ứng của cuộn dây là ít phụ thuộc vào mạch từ, khiến cho kết quả đo khá nhạy cảm với sự biến dạng của cuộn dây Ở dải tần số cao điện cảm có thể được xem là không đáng kể và có thể bỏ qua, đáp ứng thực tế có tính dung

Hình 2.4: Kết quả đáp ứng tần số ở các dải tần số khác nhau cho 1 MBA tự ngẫu

Như vậy, đối với MBA khảo sát1 có thể thấy đáp ứng tần số (ĐƯTS) được chia ra 4 vùng như sau:

• Vùng 1 (Core influence), ảnh hưởng của lõi từ, với dải tần số f < 2 kHz Trong đồ thị đáp ứng này, đáp ứng pha B khác biệt rõ so với hai đáp ứng còn lại, nguyên nhân là do ảnh hưởng của hai pha kế bên trong bộ máy biến áp ba pha

• Vùng 2 (Interaction between windings), vùng tưomg tác giữa các cuộn dây: giữa tần

số từ 2 đến 20 kHz, đáp ứng bị ảnh hưởng bởi sự tưomg tác giữa các cuộn dây, như là cách kết nối (Delta, Wye, ), dây trung tính

• Vùng 3 (Winding structure influence), vùng ảnh hưởng của cấu trúc bên trong cuộn dây: Từ 20 kHz đến 1 MHz, cấu trúc bên trong cuộn dây sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ đến đáp ứng tần số Trong ví dụ này, đồ thị FRA ở vùng 3, quá trình cộng hưởng ít hom và

phần lớn giá trị điện dung tăng lên do tần số (í) tăng làm cho cảm kháng (X L = 27ĩfL)

tăng và dung kháng (X c = ỉỉ(27ĩfC)) dẫn đến ảnh hưởng đến dòng điện phân bố trong

1 Đáp ứng tàn số đối với từng MBA khác nhau là khác nhau vì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tổ đấu dây, công suất, điện

áp, kiêu dây quấn

Trang 25

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng

• So sánh định tính: Cách so sánh này do chuyên gia thực hiện nên phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chuyên gia; tuy nhiên, mức độ chẩn đoán thành công tức đưa ra kết luận sau cùng: a) loại sự cố gì và mức độ thế nào? b) liệu MBA có nên cho vận hành tiếp (trong thời gian bao lâu) hay phải sửa chữa liền, thì không đon giản do có quá nhiều thông số ảnh hưởng trực tiếp đến dạng và độ lớn của ĐƯTS như MBA (loại, công suất), cuộn dây (cấu tạo, số lượng), phép đo (sơ đồ, cách thức, đầu cực các cuộn dây để hở/ngắn mạch hay tiếp địa)

• So sánh định lượng: Tiêu chuẩn DL/T-911 2005 [4] của Trung Quốc là tiêu chuẩn quốc gia duy nhất đề cập đến cách so sánh định lượng hai ĐƯTS bằng cách tính hệ số tương quan của hai ‘tín hiệu’ ĐƯTS trong 3 vùng tần số: thấp (từ 1 kHz đến 100 kHz), trung bình(100 kHz đến 600 kHz) và cao (600 kHz đến 1 MHz) Tuy dựa vào khảo sát hàng trăm MBA có sự cố cơ (thay đổi cấu trúc hình học bên trong), tiêu chuẩn này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi mà chỉ để dùng tham khảo vì có quá nhiều thông số ảnh hưởng đến ĐƯTS như đã đề cập ở trên

2.2 Khả năng chẩn đoán sự cố của FRA cho MBA

FRA là công cụ mạnh để phát hiện được những vấn đề trục trặc về cơ cũng như về điện bên trong MBA mà các phương pháp khác không có khả năng phát hiện được Việc biết được tình trạng bên trong MBA sẽ cho phép chúng ta có thể vận hành máy ở mức tải lớn nhất mà không gây tác hại đến độ tin cậy Những tình trạng bất thường bên trong MBA có thể phát hiện bằng việc sử dụng FRA:

• Sự biến dạng và dịch chuyển của cuộn dây

• Ngắn mạch và hở mạch các vòng dây

• Vận hành hành quá tải trong thời gian dài, gây hư hỏng cuộn dây

• Hư hỏng việc nối đất của lõi thép

• Việc xê dịch lõi thép

Trang 26

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và úng dụng 10

Hình 2.5 giới thiệu các sự cố cơ điển hình trong cuộn dây MBA

• Ở các MBA mới với mục tiêu lấy số liệu ban đầu;

• Cảc thử nghiệm kiểm Ưa điện định kỳ;

• Sau khỉ lắp đặt lại MBA;

• Khi gặp phải bất kỳ sự cố trong MBA (sự cố ngắn mạch )

burklĩnc of inne r windint Conductor VitriDỊC-

Trang 27

Chương 3: Mô hình thông số điện của MBA để phân tích đáp ứng tàn số 11

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THÔNG SỐ ĐỆN CỦA MBA

ĐẺ PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Chương này sẽ giới thiệu các kiến thức tổng quát về các mô hình thông số điện cho MBA, tìm hiểu các kiểu quấn dây trong MBA cho từng mô hình Đối với MBA dạng hộp đen không biết bất kỳ thông số hình học và hệ thống cách điện thì việc lựa chọn đúng mô hình để phân tích và mô phỏng là hết sức quan trọng

3.1 Mô hình thông số tập trung (MHTT)

Ở dải tần số thấp (20 Hz đến vài trăm Hz hoặc vài kHz), mô hình thông số tập trung là mô hình cơ bản để phân tích đáp ứng tần số Khi phân tích FRA bằng mô hình này, ở dải tần số thấp kết quả tương đối chính xác, còn với tần số trưng bình trở đi thì không còn chính xác nữa Để thực hiện phân tích FRA ở tần số cao cần xây dựng một mô hình thông số khác, tất nhiên việc xây dựng mô hình chính xác hơn cũng cần nhiều dữ liệu và thông số từ MBA hơn Điều này là rất khó khăn vì không dễ để có đầy đủ các thông số này mà không tháo rời MBA để đo đạc; trong khi việc yêu cầu nhà sản xuất cung cấp những dữ liệu này cũng không thực sự khả thi

Mô hình thông số tập trưng của MBA được thể hiện bởi một mô hình kết nối 3 pha mà ở đó

sự liên kết giữa cuộn dây và phần lõi được thay thế bởi điện cảm tập trung (và điện trở) và các điện dung tương đương Mô hình thông số tập trung chỉ có tác dụng cho dải tần số thấp

do ở đó thì điện cảm chiếm ưu thế, do đó mạch điện từ thể hiện cấu trúc lõi là yếu tố quan trọng cho việc phát triển mô hình Chi tiết về nguyên tắc đối ngẫu dựa trên mô hình thông

số tập trung và điện cảm được trình bày trong [5],

Hình 3.1 thể hiện mô hình thông số tập trung của một MBA 2 cuộn dây Ynd5 với tổ đấu dây tương ứng là HV đấu sao; LV đấu tam giác và mạch điện từ ở giữa Các cuộn dây có điện dung tổng với đất là C gH (Cgh)} điẹn dung noi tiep CSỊỊ (C S L ) 5 va điẹn dung lien cuộn-dây (giữa các cuộn dây) ciw

Trang 28

Trong đỏ:

• Zy=Ry Ị Ị Ly' trở kháng phi tuyến của gông lõi

• R ỊỊ , RL: điện trở tương ứng của cuộn dây cao áp và hạ áp

• CgH, Cg L : điện dung nối đất

Khi ở tần số thấp từ 50Hz đến vài trăm Hz hoặc vài kHz tùy theo máy biến áp, dòng điện

cảm ứng không đáng kể Sức điện động cảm ứng trên cuộn cảm (emf) và độ sụt áp trên điện

trở xuất hiện, vì vậy theo hình 3.1 cuộn dây có thề được mô hình đơn giản

Winding (ItV) I Dual magnetic-electric circuit I Winding ! I \ Hình 3.1: Mô hình

thông số tập trung của một MBA 2 cuộn dây đấu Ynd5 [5]

Trang 29

bằng các tụ điện (CgH, CgL, CSH, CsL, Cịw), các cuộn cảm (L Ị Ly, L 3 , L4) và điện trở tương

ứng Tuy nhiên ở vùng tần số trung bình và cao, MHTT trước đây không còn chính xác nữa,

do tần số (f) tăng làm cho cảm kháng (X L = 2ĩrfL) tăng và dung kháng (X c = l/(27ĩfCỴ) giảm

dẫn đến ảnh hưởng đến dòng điện phân bố trong mạch (Hình 2.1) Vì vậy việc xây dựng mô hình thông số phân bố cho việc phân tích tại các dải tần số trung bình và cao là rất cần thiết

Hình 3.2: Minh họa các phần tử trong mô hình MBA

3.2.1 Các kiểu quấn dây trong MBA

Ở vùng tần số trung bình và cao (20 kHz đến 1 MHz) thì cấu trúc bên trong cuộn dây sẽ ảnh hưởng lớn đến đáp ứng tần số, do đó việc nghiên cứu các cấu trúc bên trong cuộn dây, kiểu quấn dây MBA là hết sức cần thiết

Cấu trúc cuộn dây của MBA thì rất phức tạp và được thiết kế với các yêu cầu khác nhau Vì vậy, các hiện tượng quá độ điện từ xảy ra cũng biến đổi đa dạng giữa các cuộn dây Kích thước vật lý của cuộn dây cũng ảnh hưởng đáng kể đến đáp ứng tần số trong MBA

Các kiểu quấn dây tiêu biểu ttong MBA được thể hiện như sau [6]:

• Pancake windings (loại shell của MBA)

• Layer windings (kiểu lớp)

• Foil windings (kiểu lá)

• Helical windings (kiểu xoắn ốc)

• Disc windings (ordinary disc or interleaved disc - kiểu đĩa)

Trang 30

Hình 3.3 và 3.4 minh họa một vài kiểu quấn dây trong MBA

Disc Winding

Hình 3.4: Kiểu đĩa thường (trái) và kiểu đĩa xen kẽ (phải)

Interleaved Layer Winding

Trang 31

3.2.2 Xác định MHPB cho các kiểu quấn dây tiêu biểu Dựa trên cách sắp xếp các tum (vòng dây), disc (đĩa) trong cuộn dây, phần sau sẽ trình bày các mô hình thông số phân bố tham khảo cho các kiểu quấn dây tiêu biểu trong máy biến áp lực

3.2.2.1 Cuộn dây kiểu đĩa (disc) Cuộn dây kiểu đĩa được sử dụng cho các cuộn dây với số lượng vòng dây lớn và dòng điện nhỏ Cuộn dây kiểu đĩa được xây dựng bằng việc kết nối các đĩa nối tiếp Cuộn dây kiểu đĩa

và kiểu xoắn ốc có cách sắp xếp tương tự nhau, khi số lượng vòng dây càng lớn thì cuộn dây kiểu đĩa hường được xem xét đến thay vì kiểu xoắn ốc

Thành phần điện dung nối tiếp của cuộn dây kiểu đĩa thường có giá trị rất nhỏ so với giá trị điện dung liên cuộn dây và điện dung nối đất Do đó, để tăng điện dung nối tiếp của cuộn dây kiểu đĩa thường thì cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ được phát triển để khắc phục điều đó (giá trị điện dung nối tiếp có giá trị đáng kể)

Hình 3.5 thê hiện câu hình và mạch tương đương của cuộn dây kiêu đĩa thường [6]:

Hình 3.5: cấu hình mạch cuộn dây kiểu đĩa thường

Trang 32

Hình 3.6 thể hiện cấu hình và mạch tương đương của cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ [6]: Hình

3.7 mô tả mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phần tử của 1 MBA 2 cuộn dây ở đây

các phần tử điện dung được thể hiện với chỉ số 0 đi kèm, điện cảm và hỗ cảm được thể hiện

tương ứng là Lị (Lj) và Mij Điện dung không có sự khác nhau về tính chất vật lý giữa điện

dung tổng và điện dung ở các phân đoạn Vì vậy các giá trị điện dung phần tử có thể được

suy ra từ điện dung tổng thông qua hệ số n (số phân đoạn) Do đó các thông số thiết kế bên

trong của MBA thì không cần thiết cho việc xác định các điện dung phần tử nếu điện dung

tổng được xác định từ các phép đo

Hình 3.7: Mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phân đoạn của 1 MBA 2 cuộn dây

Trang 33

3.2.2.2 Cuộn dây kiểu lớp (layer)

Mô hình minh họa cuộn dây kiểu lớp thể hiện trong hình 3.8 [6],

Mô hình MBA ttên hình 3.9 có thể được đơn giản hóa bằng việc sắp xếp lại các điện dung

Để thực hiện điều này giả thiết rằng điện áp giữa các layer là bằng nhau, việc mô tả được thể hiện trong hình 3.10 [7]:

—Il—|—II— S J ' i

Trang 34

Hình 3.11 trình bày mô hình MBA sau khi đã thực hiện việc sắp xếp lại các giá tri điện dung như trên

Từ mô hình trên hình 3.11 cho cuộn dây kiểu lớp ta nhận xét thấy so với mô hình cuộn dây kiểu dĩa trong hình 3.7 cố nét tương đồng về cách sắp xếp các phần tử điện dung và điện cảm Do đỏ, cỏ thể dùng mô hình tương đương cuộn dây kiều đĩa thay thế cho mô hình cuộn dây kiều lớp, nhưng chỉ trong vùng tần số giới hạn

Trang 35

Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 19

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG CHO MHPB Chương này trình bày nguyên lý xác định thông số điện dung cho mô hình thông số phân bố của MBA dạng hộp đen (black-box) Đối với MBA dạng hộp đen không có các thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện thì việc tính toán giá trị điện bằng các công thức giải tích thì không thể thực hiện được Do đó, việc xác định giá trị điện dùng sẽ cần thực hiện trên 1 phương pháp khác, sẽ được trình bày trong chương này

4.1 Tổng quan Khi có điện áp đặt vào hai bản cực dẫn điện được ngăn cách bằng điện môi cách điện làm cho hai bản cực tích điện trái dấu và sinh ra một điện trường giữa hai bản cực Khả năng tích trữ năng lượng điện trường này gọi là điện dung Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích lũy điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của

tụ điện trong mạch xoay chiều

Có 3 loại điện dung cơ bản trong MBA xây dựng mô hình thông số phân bố:

• Điện dung nối đất (Ground Capacitance): Điện dung giữa cuộn dây và đất, được xem

như điện dung giữa vỏ/lõi MBA và cuộn dây Thường được kí hiệu là Cg, tương ứng với cuộn dây sơ cấp là CgH và CgL cho cuộn dây thứ cấp

• Điện dung nối tiếp (Series Capacitance): Điện dung tự thân của các cuộn dây giữa các vòng dây hay là giữa các đĩa (lớp) Điện dung này phụ thuộc vào bản chất của cuộn

dây và kí hiệu là C s

• Điện dung liên cuộn dây (InterWinding Capacitance): là điện dung giữa cuộn cao áp

và hạ áp (Cjw) hoặc giữa các cuộn cao áp với nhau (C HH )

Hình 4.1: Các thành phần điện dung tồn tại trong MBA

Cuộn déy thư cáp

vủ rikây blẾn ãp

Trang 36

4.2 Xác định điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi trong MBA Đối với MBA dạng hộp đen không có các thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện nhưng để có cơ sở lý thuyết cho việc xác định các giá trị điện dung, cần xem xét các công thức giải tích tính toán giá trị điện dung Phần này sẽ đưa ra các công thức giải tích giá trị điện dung từ các thông số hình học và điện môi của MBA, tác giả tham khảo cách tính toán điện dung từ các mô hình MBA trong [8, 9, 10, 11] Các giá trị điện dung được trình bày như sau:

4.2.1 Điện dung mắc vòng giữa cuộn HV và LV Điện dung giữa cuộn HV và LV là điện dung giữa 2 dây dẫn hình trụ đặt song song với nhau [8],

£ eff : Độ điện thẩm tương đương Hình 4.2 mô tả mô hình đơn giản cho việc tính toán điện dung giữa cuộn HV và LV [8]

Hình 4.2: a) Hệ thống cách điện HV và LV; b) Mô hình hệ thống cách điện đơn giản

(4.1)

Trang 37

4.2.2 Điện dung nối đất giữa cuộn HV với vỏ (Cg/i) và LV với lõi (Cgi)

Điện dung Cg H và CgL một cách tổng quát là điện dung giữa dây dẫn hình trụ đặt song

Ri ; Bán kính trong cuộn dây

£ ; Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3 Điện dung nối tiếp

4.2.3.1 Cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc)

Đối với điện dung giữa vòng dây - vòng dây (C„) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa

các vòng dây trên cùng 1 đĩa để áp dụng được định luật Coulomb Giá trị điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8]:

2ĩ-p )£

T P

(4.3)

Trong đó £0 : Độ điện thẩm chân không

h ; Chiều cao 1 vòng dây (do có xét đến hiệu ứng bề mặt)

T p ; Bề dày cách điện giữa 2 vòng dây liền kề

Trang 38

Đối với điện dung giữa đĩa - đĩa, Cdd là rất nhỏ so với c„ nên khi tính điện dung nối tiếp cs

thường được bỏ qua Cách tính điện dung Cdd thì tương tự với c„, là điện dung giữa 2 mặt

: Bán kính ngoài cuộn dây

£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3.2 Cuộn dây kiểu xoắn ốc (helical)

Điện dung của cuộn dây kiểu xoắn ốc một cách tổng quát là điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8],

Ri : Bán kính trong cuộn dây

Ro : Bán kính ngoài cuộn dây

£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện 4.2.3.3 Cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)

Giá trị điện dung nối tiếp cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ được tham khảo từ [8]:

Trong đó C tt và c đ được tham khảo từ biểu thức (4.3) và (4.4)

(4.4)

(4.5)

Trang 39

4.2.3.4 Cuộn dây kiểu lớp (layer)

Đối với điện dung giữa vòng dây - vòng dây (C„) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa

các vòng dây trên cùng 1 layer (lớp) để áp dụng được định luật Coulomb Xem như c tt giữa

các vòng dây là như nhau với mọi layer, chọn các thông số tại layer ngoài cùng, ta có thể

: Bán kính ngoài cuộn dây

£ : Độ điện thẩm điện môi cách điện

Đối với điện dung giữa layer - layer, xem như điện dung Cu giữa 2 layer là như nhau với

mọi layer, và do 2 layer được đặt rất sát nhau trong thực tế, ta có thể tính xấp xỉ như sau [8]:

Ỏ phần trên đã đưa ra các công thức giải tích cho việc xác định giá trị điện dung dựa vào

thông số hình học và điện môi của MBA, nhưng đối với MBA dạng hộp đen không có các

thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện thì việc tính toán giá trị điện bằng các

công thức giải tích không thể thực hiện được Do đó, phần này sẽ đề xuất việc xác định giá

trị điện dung trong MHPB máy biến áp lực dạng hộp đen dựa trên các phép đo

(4.7)

(4.8)

Trang 40

Các giá trị điện dung tổng với đất Q H (Cgỉ.) và điện dung liên cuộn dây c iw của các cuộn dây MBA có thể được xác định trực tiếp dựa trên việc sử dụng thiết bị đo cao áp AC và phương pháp đo hệ số phân tán (dissipation factor measurment) khoảng vài kv, trong dải tần số thấp (từ 15 đến 400 Hz) kỹ thuật này gọi là kỹ thuật đo thông thường (conventional technique)

Do các giá trị điện dung của từng pha riêng lẻ thì không thể xác định bằng cách thực hiện riêng lẻ được, nên tất cả đầu cực của cuộn dây HV (LV) phải được kết nối cho mạch tương

đương 3 pha (khi đó, C HG = 3Cg H , C LG = 3Cg L và C HL = 3C iw ) Ngoài ra, để xác định điện

dung với đất và điện dung liên cuộn dây có thể dùng kỹ thuật đo dựa trên việc phân tích của phép đo tổng trở dung (capacitive driving-point impedance) sử dụng thiết bị VNA (vector-network analyzer) tại điện áp khoảng vài V (AC) trong dải tần số (từ 20 Hz đến 2 MHz) kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật mới Kỹ thuật xác định điện dung dựa vào kỹ thuật thông thường (conventional technique) và kỹ thuật mới (new technique) cho các so sánh ở chương

5

Hình 4.3 trình bày sơ đồ mạch tương đương điện dung của một MBA 2 cuộn dây mà ở đó

C HG , C LG và C HL CÓ thể được xác định từ các phép đo điện dung tương đương khi một nhóm đầu cực HV và LV được kích thích (cấp nguồn) và những phần khác được nối đất hoặc để

hở mạch Chi tiết cho 2 kỹ thuật đo này được giới thiệu trong [5],

Hình 4.3: Mạch tương đương điện dung 3 pha cho MBA 2 cuộn dây

Bảng 4.1 thể hiện cấu hình đo tham khảo để xác định C ỊỊ G , CLG và C HL [5]:

† Kiểu quấn dây MBA: cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc), cuộn dây kiểu lớp (layer) và cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	3,4 MB
File đính kèm	MBA.rar (11 MB)