Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong máy biến áp lực

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong máy biến áp lực” này thực hiện hai vấn đề: i nghiên cứu xây dựng cây lỗi để chỉ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN KIM ÁNH

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đề tài Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn đoán sự cố

tiềm ẩn trong máy biến áp lực là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Người cam đoan

Võ Văn Hải

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.3 Mục đích nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG 2 - XÂY DỰNG CÂY LỖI CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC 4

2.1 Giới thiệu 4

2.2 Cơ sở kỹ thuật xây dựng cây lỗi 4

2.2.1 Cấu tạo MBA 4

2.2.2 Các thông số kỹ thuật 5

2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA 6

2.3 Xây dựng cây lỗi cho MBA lực 10

2.3.1 Gông từ 10

2.3.2 Cuộn dây 11

2.3.3 Vỏ máy 12

2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn 13

2.3.5 Sứ cách điện 15

2.3.6 Bộ chỉnh nấc áp phân áp 15

2.4 Kết luận 16

CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH MẪU DẦU 17

3.1 Giới thiệu 17

3.2 Tổng quan về dầu MBA 18

3.3 Đặc tính lý hóa và quá trình phân hủy khi hoạt động của MBA dưới tác dụng của nhiệt và điện 21

3.4 Mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phân tích được 22

3.5 Sự ra đời của phương pháp DGA và các quy tắc chẩn đoán lỗi MBA 24

3.5.1 Luật chẩn đoán của Dornenurg 25

3.5.2 Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi 26

3.5.3 Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 60599 và bản sửa đổi 27

3.5.4 Luật chẩn đoán bằng các khí đặc trưng (khí khóa) 28

3.5.5 Luật chẩn đoán JICA 29

3.5.6 Luật chẩn đoán EPS.Wang 29

3.5.7 Luật chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga 30

3.5.8 Luật chẩn đoán tam giác Duval 32

3.6 Kết luận 34

CHƯƠNG 4 - ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MÁY BIẾN ÁP LỰC 35

4.1 Cơ sở lý thuyết logic mờ 35

4.1.1 Định nghĩa tập mờ 35

4.1.2 Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng 36

4.1.3 Mô hình mờ cho đối tượng, mô hình Mamdani và mô hình Sugeno 37

4.2 Nền tản của tiêu chuẩn IEC 60599 50

4.3 Xây dựng logic mờ dựa trên nền tản tiêu chuẩn IEC 60599 53

4.3.1 Giới thiệu logic thông minh và ưu điểm của logic mờ 53

4.3.2 Chọn mô hình mờ 53

4.3.3 Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào và đầu ra 53

4.3.4 Các qui tắc mờ 57

4.4 Ứng dụng công cụ Matlab để xây dựng chương trình chẩn đoán 60

4.5 Kết quả chẩn đoán 63

4.5.1 Chẩn đoán trên dữ liệu thu thập được từ tài liệu tham khảo 63

4.5.2 Chẩn đoán trên dữ liệu thực 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC

Ế Đ NH GIAO ĐỀ ÀI L ẬN VĂN HẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ

CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC

Học viên: Võ Văn Hải Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa

Mã số: 8520216 Khóa: K34 ĐH Ng rường Đại học Bách khoa-ĐHĐN

Tóm tắt Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền

dẫn và phân phối điện năng kể từ nguồn phát đến phụ tải Đối với một phụ tải công nghiệp, máy biến áp nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc bình thường và tin cậy của của toàn bộ hệ thống cung cấp điện Khi hoạt động với các môi trường vận hành khác nhau, đặc tính phụ tải và chế độ bảo dưỡng khác nhau sẽ dẫn đến những cơ chế suy thoái và hỏng hóc của máy cũng sẽ rất khác nhau Do đây là đối tượng có cấu trúc phức tạp nên chúng phải được giám sát, kiểm soát, chẩn đoán lỗi và đề xuất các giải pháp phòng ngừa cần thiết

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong máy biến áp lực” này thực hiện hai vấn đề: (i) nghiên cứu xây dựng cây lỗi để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ của nó, trên tất cả các cấu tử bên trong và bên ngoài máy biến áp, sự tác động của lỗi đến các phần tử khác, (ii) ứng dụng logic

mờ trong việc chẩn đoán, đánh giá tình trạng và phân loại lỗi tiềm ẩn xảy ra đối với máy biến

áp lực thông qua phân tích mẫu dầu

Từ khóa – Cây lỗi máy biến áp; DGA máy biến áp, chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến

áp lực, bảo dưỡng RCM, logic mờ

BUILDING ERROR AND APPLICATION OF LOGIC FREQUENCY TO

DIAGNOSTIC CORRUPTION IN PRESSURE TRANSFORMERS

Abstract Transformer is a importation equipment in electrical power system from

generate to load It is dependence on working environment and the strategy maintenance, the degenerate of transformers is diffidence Fault detection and diagnosis of the running transformer is a key channel to improve the safety and power supply reliability of power system

This thesis is about fault free analysis and fuzzy logic application in DGA to diagnosis

of power transformer Fault tree analysis is an important method of fault diagnosis of power transformer It is a special logical causal diagram, and it analysis from the whole to the local level like a inverted tree The main purpose to construct fault tree of power transformer is analysis the proportion of each part step by step by expression such as event code and logic gate symbols And then the technology or management tools can be put forward to management fault hidden troubles

Dissolved gas analysis of transformer oil has been one of the most reliable techniques to detect the incipient faults Many conventional DGA methods have been developed to interpret

DGA results obtained from gas chromatography Although these methods are widely used in the world, they sometimes fail to diagnose, especially when DGA results falls outside conventional methods codes or when more than one fault exist in transformer To overcome these limitations, fuzzy inference system (FIS) is proposed The accuracy of various DGA methods in interpreting the transformer condition is improved

Key words – fault free power transformer; Diagnosis of power transformer faults on

fuzzy; Fuzzy Logic Application in DGA Methods; fault free analysis ; fuzzy logic; Ratio

methods

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Giải thích

DGA Dissolved Gas-in_oil Analysis Phân tích khí hòa tan trong dầu

CD Cellulose Degradation Suy giảm cách điện của cellulose OHC OverHeating of Cellulose uá nhiệt của cellulose

O2/N2 Oxygen / Nitrogen

TDCG Total Dissolved Combustible Gases Tổng hợp các lượng khí hòa tan

trong dầu TDHG Total Dissolved Hydrocarbon Gases Tổng hợp lượng khí

Hydrocarbon L1 Critical gas-in-oil levels for

abnormal screening

Lượng khí trong dầu nằm ngoài giới hạn quy định

AE Acoustic Emission Tiếng kêu bất thường

IP Polarization Index Chỉ số phân cực “trong vật liệu

cách điện”

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 25

Bảng 3.2 Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg 25

Bảng 3.3 Phương pháp Goger sửa đổi 27

Bảng 3.4 Các qui luật chẩn đoán theo phương pháp Roger sửa đổi 27

Bảng 3.5 Các mã tỷ số theo IEC 60599 28

Bảng 3.6 Mô tả sự cố theo mã tỷ số 28

Bảng 3.7 Phương pháp chẩn đoán theo phương pháp khí đặc trưng (khí khóa) 29

Bảng 3.8 Độ nhạy ngưỡng các khí 31

Bảng 3.9 Giới hạn và tốc độ sinh khí trong một tháng 32

Bảng 3.10 Bảng qui luật chẩn đoán dựa vào tam giác Duval 33

Bảng 4.1 Mã R1, R2, R3 dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 52

Bảng 4.2 Phân chia lỗi theo các mã R1, R2, R3 52

Bảng 4.3 So sánh kết quả các phương pháp 63

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Cấu tạo MBA 5

Hình 2.2 Cây lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành 10

Hình 2.3 Cây lỗi của lõi từ 11

Hình 2.4 Cây lỗi cuộn dây 11

Hình 2.5 Cây lỗi vỏ máy biến áp 12

Hình 2.7 Cây lỗi cách điện rắn 13

Hình 2.8 Cây lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện 14

Hình 2.9 Cây lỗi sứ cách điện 15

Hình 2.10 Cây lỗi bộ chuyển nấc phân áp 16

Hình 3.1 Lưu đồ phân tích hiện tượng, nguyên nhân, phương pháp để chẩn đoán 18

Hình 3.2 Dầu cách điện của hãng NYNAS 19

Hình 3.3 Sự sinh khí trong dầu khi nhiệt độ thay đổi 22

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phát sinh 23

Hình 3.5 Thuật toán Phương pháp Dornenurg [3] 26

Hình 3.6 Thuật toán phương pháp EPS.Wang [3] 30

Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga 31

Hình 3.8 Luật chẩn đoán theo tam giác Duval 32

Hình 4.1 Sơ đồ khối chức năng của bộ logic mờ 37

Hình 4.2 Hàm liên thuộc của luật hợp thành 40

Hình 4.3 Giải mờ bằng phương pháp cực đại 43

Hình 4.4 Giải mờ theo nguyên lý trung bình 43

Hình 4.5 Giải mờ theo nguyên lý cận trái 44

Hình 4.6 Giải mờ theo nguyên lý cận phải 44

Hình 4.7 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 45

Hình 4.9 Lưu đồ phân chẩn đoán theo phương pháp IEC 60599 51

Hình 4.10 Hàm liên thuộc của R1 54

Hình 4.11 Hàm liên thuộc của R2 55

Hình 4.12 Hàm liên thuộc của R3 56

Hình 4.13 Gọi cửa sổ thiết kế FIS từ lệnh fuzzy từ Matlab 60

Hình 4.14 Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào ra trên Matlab 61

Hình 4.15 Xây dựng logic mờ trên matlab 61

Hình 4.16 kiểm tra kết quả của bộ logic mờ 62

Hình 4.17 Luật mờ bằng không gian 62

Hình 4.18 Sơ đồ simulink để chẩn đoán 63

Hình 4.19 Trích biên bản thí nghiệm dầu cách điện 64 Hình 4.20 Kết quả chẩn đoán với các bộ logic mờ và tiêu chuẩn IEC-60599 64 Hình 4.21 Kết quả chẩn đoán của bộ logic mờ 12 qui tắc 65

dự báo để cải thiện độ tin cậy và tính sẵn sàng của hệ thống hiện được quan tâm một cách đặc biệt ở hầu hết các nhà máy

Cho ví dụ một trường hợp cụ thể tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, trong hơn 10 năm vận hành vừa qua, việc bảo dưỡng thuần túy hoàn toàn dựa kinh nghiệm và theo khuyến cáo của nhà sản xuất Chúng ta biết rằng, cơ chế suy thoái, lỗi, hư hỏng của một thiết bị có tính chất ngẫu nhiên Do đó, các quyết định bảo trì chỉ dựa theo kinh nghiệm hoặc theo thời gian sử dụng là mù mờ, có thể dẫn đến những lãng phí do: thay sớm một thiết bị, hoặc những hỏng hóc đột ngột dẫn đến dừng hệ thống trong một thời gian dài (do không kịp chuẩn bị phụ tùng thay thế)

rong trường hợp của MBA lực khi hoạt động với các môi trường vận hành khác nhau, đặc tính phụ tải và chế độ bảo dưỡng khác nhau sẽ dẫn đến những cơ chế suy thoái và hỏng hóc cũng sẽ rất khác nhau MBA là đối tượng có cấu trúc phức tạp nên giám sát tình trạng để chẩn đoán lỗi và đề xuất các giải pháp kiểm soát là rất cần thiết

Xuất phát từ thực tế này, trong luận văn này thực hiện hai vấn đề: (i) nghiên cứu xây dựng cây lỗi để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ xảy ra một lỗi nào đó trên tất cả các cấu tử bên trong và bên ngoài MBA, (ii) phân tích mẫu dầu

để đánh giá tình trạng và phân loại lỗi có thể xảy ra đối với MBA lực Đây là một phần việc quan trọng trong công tác bảo trì bảo dưỡng thường xuyên của nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài này, nghiên cứu được thực hiện đối với MBA lực

làm mát bằng dầu khoán (mineral oil) Cụ thể:

Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và nghiên cứu tổng quan về lỗi có thể

có để xây dựng cây lỗi;

Khảo sát tất cả các phương pháp đã được thực hiện để chẩn đoán MBA thông qua phân tích khí hòa tan trong dầu cách điện và thường được gọi là phương pháp DGA (Dissolved Gas-in_oil Analysis);

Nghiên cứu, ứng dụng logic mờ, để nâng cao độ chính xác trong công tác chẩn đoán lỗi MBA thông qua phân tích mẫu dầu

1.3 Mục đích nghiên cứu

Luận văn nhắm đến thực hiện hai vấn đề chính như sau:

Xây dựng cây lỗi cho MBA lực để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ xảy ra một lỗi nào đó trên tất cả các cấu tử bên trong và bên ngoài MBA Ứng dụng logic mờ trong việc chẩn đoán sớm sự cố đối với MBA lực với độ chính xác cao nhằm ứng dụng vào việc chuẩn bị công tác hậu cần và bảo trì thường xuyên của Công ty lọc hóa dầu Bình Sơn

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm kiếm các công việc đã được thực hiện dựa vào tất cả các nguồn tài nguyên

có thể có như sách, luận văn, luận án và các bài báo đã được công bố để:

Nghiên cứu xây dựng cây lỗi của MBA lực;

Khảo sát các phép thí nghiệm để xác định từng loại lỗi của cây lỗi MBA;

Nghiên cứu đặc tính hóa lý của dầu cách điện MBA, cơ chế hoạt động cũng như

sự phân hủy trong quá trình làm việc cũng như các ứng dụng trong việc chẩn đoán;

Nghiên cứu áp dụng công cụ phù hợp để cải thiện độ chính xác của các nghiên cứu trước đây trong việc chẩn đoán và phân tích mẫu dầu;

Xây dựng thuật toán, sử dụng phần mềm Matlab-Simulinkđể mô phỏng

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tại nhà máy lọc dầu Dung Quất hiện có hơn 109 MBA lực để phân phối điện đến tất cả các phân xưởng sản xuất Với vai trò là thiết bị đầu tuyến nên các máy này phải được chẩn đoán định kỳ và bảo dưỡng thường xuyên nhằm duy trì độ tin cậy và khả năng cung cấp điện liên tục Trong suốt thời gian kể từ khi nhà máy đi vào vận hành cho đến thời điểm hiện tại, có hai vấn đề lớn cần phải được nghiên cứu và đề xuất hướng giải quyết càng sớm càng tốt đó là:

- Xây dựng cây lỗi MBA lực nhằm mục đích xác định và đánh giá sự tác động lẫn nhau của các phần tử cấu thành MBA lực đến quá trình hình thành lỗi Điều này cho phép bộ phận bảo trì phân tích và phân loại lỗi đến từ nguyên nhân nào và cuối cùng là chuẩn bị vật tư thay thế cũng như xây dựng kế hoạch can thiệp hợp lý

- Trong tất cả các phương pháp thông qua thí nghiệm để chẩn đoán lỗi MBA, ngoài việc đo phóng điện cục bộ thì chỉ có phương pháp DGA là cho phép thực hiện trực tiếp

(online) không cần cắt điện Đồng thời, phương pháp này cũng cho chúng ta chẩn đoán

được nhiều lỗi mà các phương pháp khác không có được [17]

Ngày nay, với các công cụ kỹ thuật hiện đại cho phép phân tích mẫu dầu được thực hiện online ngay tại hiện trường Tốc độ sinh khí là tham số chứa đựng thông tin rất có giá trị phục vụ cho việc đánh giá mức độ suy thoái của MBA [20,21]

hông thường, việc chẩn đoán lỗi của MBA bằng phương pháp DGA được áp dụng thuần túy dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 [6,7,8] Điều này nổi lên vấn đề là những mẫu dầu chứa đựng thông tin của vài nguyên nhân sự cố cùng một lúc, mẫu dầu

có giá trị phân tích nằm ngoài các biên giới hạn thì tiêu chuẩn IEC chưa đưa ra được kết luận Chính vì vậy, công việc thứ hai của luận văn này là tập trung nghiên cứu để

đề xuất cải tiến thuật toán chẩn đoán lỗi dựa trên việc phân tích mẫu dầu Mục đích cuối cùng là để ứng dụng vào công tác bảo trì, nâng cao độ tin cậy và cải thiện hơn nữa hiệu quả sản xuất kinh doanh của tổ hợp lọc hóa dầu Bình Sơn

Chương 2 - XÂY DỰNG CÂY LỖI CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC

2.1 Giới thiệu

Cây lỗi của MBA được mô tả bằng cây biểu thị quan hệ nguyên nhân và kết quả giữa các dạng lỗi trong thiết bị, giữa các lỗi ở mức độ nghiêm trọng MBA và các lỗi ở mức độ thành phần và được biểu diễn như một cây thư mục Cây lỗi mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mảng của thiết bị; giữa các lỗi cơ bản và lỗi hệ thống Phương pháp cây lỗi là phương pháp rất hiệu quả để nghiên cứu

độ tin cậy của các hệ thống công nghiệp [18]

Đối với MBA, cây lỗi được xây dựng nhằm mục đích thể hiện sự tương tác lỗi của các phần tử trong MBA Đây là cơ sở để người vận hành ngăn ngừa hoặc xử lý nhanh sự cố ngay khi lỗi mới xuất hiện

2.2 Cơ sở kỹ thuật xây dựng cây lỗi

Cây lỗi của MBA được nghiên cứu xây dựng dựa trên các cơ sở sau:

Cấu tạo MBA;

Kinh nghiệm vận hành, bảo dưỡng, thí nghiệm MBA lực;

Tham khảo ý kiến các chuyên gia MBA hoặc tham khảo qua tài liệu nhà sản xuất MBA

Để xây dựng cây lỗi MBA cần dựa vào cấu tạo MBA và trả lời các câu hỏi như sau [11]:

a Thiết bị gồm những thành phần nào? Chức năng của nó là gì ?

b Những sự cố có thể xảy ra đối với thành phần đó?

c Những hậu quả có thể xảy ra khi sự cố này là gì?

d Có thể làm gì để giảm xác suất sự cố, xác định sự khởi đầu của sự cố hoặc giảm hậu quả của sự cố? Tăng cường hoặc giảm bảo dưỡng, kiểm tra định kỳ, tìm kiếm phương pháp kiểm tra, kiểm soát lỗi, chuẩn bị phương án vật tư, dụng cụ thay thế?

2.2.1 Cấu tạo MBA

MBA được cấu tạo từ các thành phần cơ bản như trong Hình 2.1, bao gồm 2 phần chính là lõi từ và cuộn dây Ngoài ra còn các cấu tử như sứ cách điện, biến dòng điện, các đầu nối, bộ phận chuyển nấc phân áp, cách điện rắn, cách điện lỏng (dầu làm mát và dầu cách điện), vỏ máy, cánh tản nhiệt, bình dầu phụ, đồng hồ hiển thị nhiệt độ cuộn dây, đồng hồ hiển thị nhiệt độ dầu, rơ le áp suất, rơ le hơi, chỉ thị mức dầu

Lõi từ: chức năng chính từ là dẫn từ;

Cuộn dây: Chức năng chính là dẫn dòng điện;

Vỏ MBA: chức năng chính là chứa cuộn cuộn dây, lõi từ, dầu hoặc không khí làm mát, các phần khác như biến dòng, biến điện áp, thiết bị bảo vệ, thiết bị đo lường, đồng hồ nhiệt độ

Hình 2.1 Cấu tạo MBA

2.2.2 Các thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy biến áp như sau:

Công suất định mức: Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra từ phía thứ cấp của máy biến áp, Ký hiệu đ và đơn vị tính: kVA (hay VA) Điện áp định mức:

 Điện áp sơ cấp định mức: là điện áp của cuộn dây sơ cấp, ký hiệu đ và đơn vị tính kV (hay V)

 Điện áp thứ cấp định mức: là điện áp của dây quấn thứ cấp khi MBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, ký hiệu đ , đơn vị tính kV (hay V)

Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp: Là những dòng điện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức

 Ký hiệu: I1đm, I2đm,

 Đơn vị tính: (hay A)

Sứ

CTs

Đầu nối Chuyển nấc phân áp Cách điện

 Ba giá trị điện áp ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao – Hạ; Cao – Trung; Trung – Hạ

 Điện áp ngắn mạch tính theo % (Uk %)

Dòng điện không tải I0 (A): Dòng điện không tải là giá trị hiệu dụng của dòng điện đi qua cuộn dây, khi điện áp điện áp đặt vào cuộn dây đó là định mức với tần số định mức còn các cuộn dây khác để hở mạch, dòng điện này còn gọi là dòng từ hoá

Tổn hao không tải: Là công suất tác dụng bị hấp thụ khi không tải đi qua cuộn dây.Tổn hao này còn gọi là tổn hao sắt Đơn vị (kW) ký hiệu P0

Tổn hao ngắn mạch: Là phần công suất tác dụng bị hấp thụ trong dây quấn MBA khi có dòng tải đi qua cuộn dây Khi có dòng điện định mức đi qua các cực dây của một trong các cuộn dây, còn các cực của cuộn dây kia nối tắt lại Nếu có các cuộn dây khác thì các cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1)

 Ký hiệu: Pn,

 Đơn vị tính: W (hay kW)

Tổ đấu dây: Là góc lệch pha của điện áp dây sơ cấp và thứ cấp, có 12 tổ dấu dây, các cuộn dây có thể nối với nhau hay Δ

2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA

Thí nghiệm, kiểm tra nhằm mục đích phát hiện những hư hỏng bất thường MBA, bao gồm thí nghiệm định kỳ và thí nghiệm MBA mới trước khi đưa vào vận hành với các hạng mục đủ để kết luận tình trạng MBA [17]

a) Kiểm tra tổng thể bên ngoài

Kiểm tra tổng thể bên ngoài là công việc đơn giản nhất nhằm phát hiện các lỗi

có thể quan sát được bằng mắt thường Các hỏng hóc có thể phát hiện là:

Sứ không bị sứt mẻ;

Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi màu;

Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ;

Các chi tiết được lắp đặt đúng thiết kế Các thông số của máy biến áp ph hợp với tài liệu;

Hệ thống tiếp địa tốt;

Vỏ máy không bị rỉ, biến dạng

b) Thí nghiệm không tải

Mục đích là để xác định tình trạng cuộn dây và lõi th p có bị chạm chập, xê dịch hoặc mạch từ bị xô, bu lông không ép chặt, chất lượng lõi thép xấu Thí nghiệm không tải là hạng mục kiểm tra đầu tiên trước khi tiến hành thí nghiệm các hạng mục

để tránh từ dư trong mạch từ khi nạp dòng điện một chiều

c) Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA

Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thông qua trị

số của điện trở đo được tại 60 giây (R60’) và 15 giây (R15’) Giá trị điện trở phải đáp ứng được với cấp điện áp mà nó làm việc Giá trị điện trở cách điện yêu cầu phụ thuộc vào thông số của nhà chế tạo:

Với thiết bị d ng để đo điện trở cách điện dùng mêgôm 2500V hoặc 5000V Các cuộn dây được nối tắt và nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện tích gây sai số đo

Đo điện trở cách giữa các cuôn dây với nhau, giữa các cuộn dây với vỏ, và nối

vỏ với đất

Kết quả đo tại thời điểm R15’ và R60’ kể từ thời điểm đặt điện áp đo phải đảm bảo

Hệ số hấp thụ: Kht = R60’ /R15’ 1.3

d) Đo điện trở một chiều các cuộn dây

Mục đích đo điện trở một chiều các cuộn dây là:

Xác định tình trạng nguyên vẹn của cuộn dây, tiếp xúc mối hàn, mối nối, tiếp xúc các dao lựa chọn của bộ chuyển nấc

uá trình thực hiện ph p đo được tiến hành ở tất cả các cuộn dây cao áp, trung

áp, hạ áp và ở các nhánh của cuộn dây, ở tất cả các pha

Với MBA có các thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả các nấc

Kết quả đo cho ta biết được các đầu phân nhánh đưa ra có đúng hay không Trị số điện trở một chiều sau khi đo được so sánh với lý lịch nhà máy và so sánh giữa các pha với nhau trong cùng một nấc không được lệch quá 2 Khi đo ở nhiệt độ khác với lần đo trước và khác với số hiệu chỉnh của nhà máy ta phải quy đổi

về cùng nhiệt độ

e) Kiểm tra tỷ số biến áp

Mục đích là để xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả các nấc phân áp Kết hợp với các chỉ tiêu khác xác định chạm chập vòng dây Xác định điện áp cuộn cao áp và cuộn hạ áp Điện áp đưa vào đo tỷ số biến không được nhỏ hơn 1 điện áp định mức Tỷ số biến được ph p so sánh các pha với nhau ở cùng một nấc hoặc so

sánh với số liệu đo lần trước của nấc đó ở từng pha với nhau, sự sai lệch không được quá 2

f) Kiểm tra tổ nối dây

Tổ nối dây là góc lệch pha giữa điện áp dây (hoặc điện áp pha) cuộn dây bên cao áp so với điện áp dây (điện áp pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành song song Ngoài xác định

tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không, việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ máy biến áp

g) Thí nghiệm dầu cách điện

Nhiệm vụ của dầu trong MBA là cách điện và làm mát hí nghiệm dầu MBA

để đảm bảo vận hành an toàn, chất lượng của dầu thông qua các hạng mục thí nghiệm, phân tích dầu Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao điện môi ở 900C

h) Thử nghiệm điện môi bằng điện áp tăng cao tần số công nghiệp

Mục đích là đưa điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp trong thời gian một phút để kiểm tra mức chịu đựng quá điện áp tạm thời tần số công nghiệp của cách điện các cuộn dây với nhau, các bộ phận cách điện của cuộn dây với lõi thép và nối đất

để xác định chất lượng cách điện của MBA

i) Quét đáp ứng tần số

Ph p đo tổng thể để đánh giá sự nguyên vẹn cơ khí của cuộn dây, mạch từ, gông từ của MBA và các thay đổi điện dung, điện kháng bên trong MBA Đo đáp ứng tần số quét (lấy dấu vân tay) cho tất cả các MBA để đánh giá tình trạng cơ khí bên trong MBA, đo khi có ngắn mạch gần MBA hoặc sau khi nghi ngờ có chấn động cơ khí đến MBA

j) Đo phóng điện cục bộ

D ng phương pháp sóng âm theo IEEE C57.127 và phương pháp điện theo IEC

60270 nhằm phát hiện tần suất và mật độ phóng điện cục bộ, định vị vị trí điểm phóng điện cục bộ, đo khi có DGA nghiêm trọng, hoặc sau một bất thường trong MBA (ngắn mạch gần, relay so lệch tác động) Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là nhiễu

và trong môi trường công nghiệp thì nhiễu rất lớn ảnh hưởng từ các quá trình công nghệ

k) Kiểm tra nhiệt độ

Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu trong quá trình vận hành, theo dõi hàng tuần, tháng để biết đánh giá sự hoạt động bình thường MBA

m) Thí nghiệm độ ẩm trong cách điện cứng

Mục đích thí nghiệm độ ẩm trong cách điện cứng là đánh giá chất lượng cách điện cứng thong qua hàm lượng độ ẩm bằng thiết bị đo chuyên dụng Cho phép không thực hiện hạng mục này khi độ ẩm trong dầu máy biến áp không vượt quá 10ppm, hạng mục này là bắt buộc đối với máy biến áp lắp mới hoặc sau đại tu Giá trị cho phép của độ ẩm trong cách điện cứng MBA mới và sau đại tu không vượt quá 2%, với máy biến áp trong vận hành không quá 4%

n) Thí nghiệm tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch

Ph p đo thực hiện để xác định tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch ở tần

số định mức và dòng điện định mức Đây là hạng mục thí nghiệm bắt buộc sau lắp mới

và đại tu Trong quá trình vận hành, chỉ thí nghiệm khi máy biến áp chịu dòng ngắn mạch quá 70 dòng điện tính toán Giá trị cho ph p không vượt quá 5% so với ghía trị ghi trên nhãn máy tại nấc chính

p) Thí nghiệm các thiết bị phụ trợ

Phần trên đây là giới thiệu một số phương pháp cơ bản trong chẩn đoán sự cố MBA lực, ngoài ra còn phải kể đến một số thí nghiệm các thiết bị phụ trợ máy biến áp như:

Đo điện trở cách điện và tổn hao điện môi sứ đầu ra của MBA có cách điện giấy dầu

Đo góc tổn hao điện môi phản ánh phẩm chất cách điện của cuộn dây

Thí nghiệm máy biến dòng lắp sẵn ở máy biến áp

Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến áp

MBA lực là một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, vì độ tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống Trong khi

đó, MBA dễ rơi vào các trạng thái không bình thường, đặc biệt là các MBA có tuổi đời

từ 15 năm trở lên Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường k o dài thì tuổi thọ của MBA sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm gián đoạn cung cấp điện Khi MBA lực bị sự cố, thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí có thể lên đến hàng triệu

SD đối với các MBA công suất lớn Để chẩn đoán các sự cố trong MBA lực có nhiều phương pháp khác nhau khi MBA on-line hoặc off-line Các thử nghiệm off-line như:

đo điện trở cách điện, hệ số tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cách, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộn dây, Các phương pháp on-line như: phân tích phổ âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp DGA

Các phép thí nghiệm truyền thống cho chúng ta thấy rằng lỗi của máy biến áp đến từ tất cả các phần tử cấu tạo nên máy biến áp Cụ thể là cuộn dây và lõi thép (mục

b, mục c và mục e, f), bộ chuyển nấc phân áp (mục d), sứ cách điện các phụ kiện bên ngoài (mục a), hệ thống làm mát và vỏ máy, roăng làm kín (mục a)

2.3 Xây dựng cây lỗi cho MBA lực

Cây lỗi MBA được chia thành các phần căn cứ vào cấu tạo MBA như cuộn dây (winding); lõi từ (core); bình chứa (tank); sứ cách điện (bushing); cách điện rắn (cellulose isolation) và hệ thống làm mát (cooler) và dầu cách điện, bộ chuyển nấc như Hình 2.2 [10] Các phần tử bảo vệ như rơ le hơi, van phòng nổ, biến dòng điện, biến điện áp, đồng hồ đo nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây góp phần bảo vệ MBA hoạt động

an toàn nên không đưa vào cây lỗi

Hình 2.2 Cây lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành

Cây lỗi máy biến áp tổng quát là hàm logic hoặc của bảy phần tử chính, hoặc bất kỳ trong số các phần tử đó bị lỗi cũng dẫn đến làm sự cố máy biến áp

2.3.1 Gông từ

Gông từ gồm các lá thép ghép với nhau thành hình trụ, trên đó quấn dây dẫn Chức năng chính là dẫn từ, do đó, mã lỗi (failure mode) của chức năng này là giảm hiệu suất MBA Nguyên nhân dẫn đến là do hỏng cơ khí qua quá trình lắp đặt, vận chuyển, hoặc máy biến áp chịu dòng ngắn mạch, một nguyên nhân khác đó là từ dư, vật liệu dẫn từ kém Cây lỗi của gong từ như hình 2.3

Hình 2.4 Cây lỗi cuộn dây

kiện dẫn đến là do hỏng cơ khí hoặc lỗi vật liệu Trong đó do va đập cơ khí chiếm

phần lớn như biến dạng do vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi lắp đặt, quá trình lắp

đặt, nâng hạ, các vật rắn va đập, hoặc do trong quá trình vận hành, máy biến áp bị

phóng điện, ngắn mạch mạch, quá dòng do sét lan truyền dẫn đến áp quá áp suất từ

bên trong Hỏng vỏ máy do vật liệu phải kể đến môi trường làm việc muối bám gây rỉ, vật liệu chế tạo các roăng làm kín không ph hợp gây rò rỉ dầu, hoặc roăng làm kín bị già hóa theo thời gian cũng gây rò rỉ dầu máy biến áp Cây lỗi vỏ máy biến áp như

hình 2.5

Hình 2.5 Cây lỗi vỏ máy biến áp

2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn

Cách điện rắn cho cuộn dây, vật liệu chủ yếu là xenlulo, giấy cách điện Theo chức năng của cách điện thì lỗi được xác định là không đảm bảo cách điện giữa phần mang điện và phần không mang điện Lỗi chủ yếu do cơ khí và vật liệu Về cơ khí, trong quá trình vận chuyển máy biến áp từ nơi sản xuất đến nơi lắp đặt, sẽ có rung động mạnh, tạo nên các va đập, gây xô lệch, gây hỏng cách điện rắn, hoặc va đập do lực điện động khi vận hành Vật liệu, phải kể đến nóng cục bộ, độ ẩm bên trong, làm cho giấy cách điện dây quấn mất cách điện dẫn đến sự cố Dầu cách điện, vừa làm mát cho MBA vừa cách điện cho các phần mang điện với đất Lỗi theo chức năng, nguyên nhân theo hình thành như hình 2.7

Hình 2.7 Cây lỗi cách điện rắn

2.3.4 Hệ thống làm mát và dầu cách điện

Hệ thống làm mát bao gồm cánh tản nhiệt, dầu cách điện, quạt cưỡng bức, động

cơ k o quạt, hệ thống điều khiển quạt cưỡng bức Lỗi hệ thống làm mát tức là chức năng giải nhiệt cho máy biến áp không như thiết kế Quạt, hoặc động cơ bị hỏng, hệ thống điều khiển không hoạt động, dầu cách điện không đối lưu để dẫn và tản nhiệt, dầu cách điện không cách điện, dầu bị già hóa, chứa nhiều tạp chất, nước, cánh tản nhiệt bị bụi bẩn làm cho nhiệt độ không tản đi, cánh tản nhiệt chứa nhiều khuyết tật, móp méo, không kín, rò rỉ dầu Cây lỗi của hệ thống làm mát và dầu cách điện như hình 2.8

Hình 2.8 Cây lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện

2.3.5 Sứ cách điện

Chức năng sứ là cách điện giữa phần mang điện và phần vỏ, để đưa ty sứ xuyên qua mặt MBA ra ngoài Hỏng sứ cách điện dẫn đến phóng điện ra vỏ, nguyên nhân chính là vỡ sứ do va đập cơ khí, do lực điện động gây ra bởi ngắn mạch, do bụi muối bám dày cộng với độ ẩm cao Sứ còn chịu sức căng của cáp lực, cáp động lực giản nở theo nhiệt độ, kéo hoặc đẩy, chèn ép gây nên hỏng sứ Ngoài ra, sứ còn bị già hóa theo thời gian và theo môi trường làm việc, đặc biệt là sứ làm từ vật liệu cách điện polymer Một hỏng hóc khác cần phân tích là roăng làm kín của đế sứ, ty sứ hoặc vị trí xả khí bị già hóa, gây nên rò rỉ dầu, phóng điện Cây lỗi sứ cách điện được xây dựng như hình Hình 2.9

Hình 2.9 Cây lỗi sứ cách điện

2.3.6 Bộ chỉnh nấc áp phân áp

Chức năng chính của bộ chuyển nấc MBA là thay đổi đầu phân áp, tức thay đổi

tỷ số vòng dây, dẫn đến thay đổi tỷ số biến áp, để điều chỉnh điện áp hoạt động dưới sự thay đổi điện áp đầu vào, nhằm đảm bảo điện áp đầu ra theo yêu cầu của phụ tải

Lỗi chức năng này sẽ dẫn đến MBA không thay đổi nấc phân áp được chia thành hai nhánh, nhánh bộ phận chuyển mạch và nhánh bộ điều khiển Nhánh bộ chuyển mạch là hư hỏng các tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh, cơ cấu truyền động Nhánh bộ điều khiển bao gồm hỏng mạch điều khiển, động cơ Nguyên nhân là do vận hành chưa đúng, bảo dưỡng kém, hao mòn trong vận hành Bên cạnh đó, nấc phân áp bao gồm các đầu đưa ra từ cuộn dây, đây cũng là mối nguy dẫn đến phóng điện Cây lỗi bộ chuyển nấc phân áp được xây dựng như hình 2.10

Hình 2.10 Cây lỗi bộ chuyển nấc phân áp

2.4 Kết luận

Trong phần này, luận văn đã trình bày các "cây con" của lỗi có thể dẫn đến hỏng và dừng MBA Nó được xác định dựa trên cấu tạo của MBA, lỗi các thành phần chính của MBA như: cuộn dây, gông từ, sứ cách điện, vỏ máy Dựa vào đây, người vận hành có thể phân tích và định vị nhanh nguyên nhân dựa trên hậu quả hoặc các dấu hiệu vừa mới xảy ra để có biện pháp can thiệp phù hợp Kết quả này cũng là cơ sở của việc phân tích, đánh giá độ tin cậy của MBA trong hệ thống cung cấp điện Đồng thời cây lỗi cũng thể hiện các lỗi xuất hiện từ rất sớm, tiềm ẩn, nguy cơ dẫn đến sự cố hỏng hóc lớn máy biến áp

Chương 3- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA

VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH MẪU DẦU 3.1 Giới thiệu

Xét về mặt vật lý, bất kỳ lỗi phần tử bất kỳ nào của MBA cũng dẫn đến các hiện tượng bất thường của máy Các hiện tượng đơn giản như: rò rỉ dầu do hỏng bình chứa, hỏng roăng cao su làm kín, nhiệt độ bên trong tăng lên do môi trường và/hoặc do quá tải, Ngoài ra, còn có nhiều lỗi khác rất khó phát hiện trong quá trình hoạt động như phóng điện cục bộ, phóng điện năng lượng thấp, phóng điện năng lượng cao, quá nhiệt cục bộ bên trong MBA

Để phát hiện những lỗi này, người ta thường thực hiện bằng hai cách: (i) chẩn đoán online và (ii) chẩn đoán offline Với các MBA mà yêu cầu ngặt nghèo về việc cung cấp điện như là: cấp điện khu vực rộng lớn (miền trung, nam, bắc) hoặc các phụ tải công nghiệp quan trọng mà việc dừng máy để chẩn đoán sẽ gây gián đoạn sản xuất, thì các phương pháp chẩn đoán offline rất khó thực hiện

Một cách tổng quát, lưu đồ phân tích nguyên nhân, hiện tượng và phương pháp

để chẩn đoán như hình 3.1

Dựa vào lưu đồ trên, ta có thể thấy kỹ thuật chẩn đoán lỗi MBA dựa vào phương pháp phân tích mẫu dầu vượt trội hơn so với các các phương pháp khác như là phân ích rung, trường nhiệt độ, phóng điện cục bộ với một số ưu điểm như sau: chẩn đoán được nhiều lỗi hơn và có thể cho phép chẩn đoán lỗi MBA ngay khi máy đang hoạt động

Kỹ thuật chẩn đoán lỗi MBA dựa vào phân tích hàm lượng khí trong dầu [6,7,8,14,18] được ví như chẩn đoán bệnh của con người dựa vào phân tích công thức máu Dầu trong MBA có tác dụng cách điện, làm mát, chống ăn mòn, hạn chế ảnh hưởng của hồ quang điện Dầu là thành phần tiếp xúc trực tiếp với các phần tử mang điện như đầu nối, sứ, ty sứ, cuộn dây, gông từ, vỏ máy, các phần phụ như đồng hồ nhiệt độ, biến dòng điện, biến điện áp, cách điện rắn, Trong quá trình vận hành, dầu

sẽ bị phân hủy dưới tác dụng của điện và nhiệt.Từ đó, ta có thể xác định được lỗi MBAthông qua việc phân tích hàm lượng khí tồn tại trong dầu

Ngày nay, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc chẩn đoán lỗi không dừng lại ở việc lấy mẫu dầu định kỳ mà có một số thiết bị cho phép lắp đặt để phân tích dầu và giám sát các hàm lượng khí phát sinh ngay cả khi máy đang vận hành

3.2 Tổng quan về dầu MBA

Hình 3.1 Lưu đồ phân tích hiện tượng, nguyên nhân,

phương pháp để chẩn đoán

19Dầu cách điện trong biến áp điện thường được gọi là dầu MBA Nó thường được sản xuất bằng cách chưng cất phân đoạn và xử lý liên tiếp từ dầu thô Đó là lý do tại sao dầu này còn được gọi là dầu khoáng cách điện Dầu biến thế phục vụ chủ yếu trong hai mục đích: thứ nhất là chất lỏng cách điện trong MBA điện,thứ hai là nó tản nhiệt cho biến áp và đóng vai trò như chất làm mát Ngoài ra, dầu này còn phục vụ với hai mục đích khác: nó giúp bảo vệ lõi, cuộn dây khi được ngâm hoàn toàn trong dầu và một mục đích quan trọng của dầu này là nó ngăn cản tiếp xúc trực tiếp của oxy trong khí quyển với cellulose làm giấy cách điện của cuộn dây.Cấu tạo phân tử tổng quát của dầu MBA là [3]:

Hình 3.2 Dầu cách điện của hãng NYNAS

Một số thông số cụ thể của dầu cách điện cần được xem x t để xác định chất lượng phục vụ của dầu êu cầu đối với một MBA lực là phải có độ bền điện môi cao,

dẫn nhiệt, độ bền hóa học và phải giữ các đặc tính này không thay đổi ở nhiệt độ cao trong thời gian dài hông số kỹ thuật tiêu biểu của dầu là: điểm chớp cháy 140°C hoặc cao hơn, điểm rót chảy - 6°C hoặc thấp hơn, độ bền điện môi 24 MV/m (RMS) hoặc cao hơn

Dầu biến áp có thể có một rơle phát hiện khí (Buchholz relay) Các thiết bị an toàn phát hiện sự tích tụ của khí bên trong MBA do corona, quá nóng hoặc hồ quang điện nội bộ.Các thông số của dầu biến áp được phân thành 3 loại như sau:

hông số điện: độ bền điện môi, điện trở riêng, hệ số phân tản điện môi;

hông số hoá chất: hàm lượng nước, độ axits, hàm lượng b n;

hông số vật lý: sức căng bề mặt, độ nhớt, điểm chớp cháy, điểm rót chảy Chất lượng dầu ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy, tuổi thọ của MBA rong quá trình vận hành cần phải thường xuyên theo dõi tình trạng dầu để kịp thời phát hiện những thay đổi tính chất của dầu thông qua việc xác định hàng loạt các chỉ tiêu quan trọng như tạp chất cơ khí và carbon lơ lửng, độ bền cách điện, chỉ số acid, nhiệt độ chớp cháy của dầu, độ nhớt, độ trong, độ ổn định, góc tổn thất điện môi,

a) Quá trình phá hủy MBA

Dầu bị xuống cấp tạo các sản phẩm dầu phân hủy, đặc biệt là chất keo có chứa nguyên tử kim loại, các chất có hoạt tính bề mặt dạng anion và nước ngưng tụ; Lắng đọng các chất bán dẫn trên bề mặt dưới tác dụng của điện trường;

Biến dạng điện trường, thay đổi sự phân bố điện áp; giảm độ bền điện môi; Phóng điện bề mặt, tỏa khí và phóng điện vòng

b) Kiểm tra chất lượng dầu MBA

Dầu biến thế chịu ứng suất điện và cơ học trong khi MBA đang vận hành Ngoài ra còn bị nhiễm bẩn gây ra bởi các tương tác hóa học với cuộn dây và vật liệu cách điện rắn khác, xúc tác bởi nhiệt độ hoạt động cao Các tính chất hóa học ban đầu của dầu biến thế dầu biến đổi, khiến nó không hiệu quả sau nhiều năm Dầu trong MBA lớn và các thiết bị điện được kiểm tra định kỳ các tính chất điện và hóa học của

nó để chắc chắn rằng nó thích hợp để sử dụng tiếp Các thông số kiểm tra gồm:

Phân tích khí hòa tan,

c) Các thương hiệu dầu biến thế

PLC SUPERTRANS: sản xuất bởi petrolimex

DẦ BIẾN HẾ ELEC ROL: sản xuất bởi tập đoàn RAJ PE RO Ấn Độ

DẦ MÁ BIẾN ÁP N NAS N RO: sản xuất bởi tập đoàn Nynas hụy

có thể kết hợp với nhau để tạo ra các khí như hydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), acetylene (C2H2), ua các nghiên cứu sau đó cũng chỉ

ra rằng số lượng của mỗi chất khí riêng biệt phụ thuộc vào nhiệt độ ở lân cận điểm chịu tác dụng Hastead đã đề xuất một mô hình nhiệt động học để mô tả mối quan hệ giữa lỗi nhiệt và đặc tính sinh khí

Một số nghiên cứu đã cho thấy rằng tất cả các hydro-cacbon là bị phân li vào trong dầu một cách hoàn toàn heo như mô hình, tỉ lệ phát triển của mọi thành phần khó có thể tính được tại bất kỳ nhiệt độ nào, do đó mối quan hệ giữa việc tạo khí và nhiệt độ có thể thu được như Hình 3.3

Hình 3.3 Sự sinh khí trong dầu khi nhiệt độ thay đổi

Nghiên cứu về những mối quan hệ này đã chỉ ra rằng các chất khí được tạo ra theo thứ tự cùng với sự gia tăng của nhiệt độ: H2 → CH4 → C2H6 → C2H4 → C2H2 Ví dụ: H2 được tạo ra tại nhiệt độ thấp và số lượng của nó gia tăng một cách ổn định trong khi đó C2H2 được tạo ra tại nhiệt độ rất cao (~ 10000C) và cũng gia tăng về số lượng một cách ổn định Sự suy giảm phẩm chất cách điện dạng giấy của MBA đã được chẩn đoán một cách thông thường theo số lượng và tỉ lệ của CO và CO2 hoà tan (tiêu chuẩn IEC 599) Ta có thể đo được sự có mặt của chúng khi gia tăng nhiệt một cách đột ngột qua một ngưỡng, khoảng 1400C – 1500C Tuy nhiên việc đo đạc này chưa đủ để thiết lập nên một định nghĩa cho việc chẩn đoán bởi vì CO và CO2 có thể được tìm thấy trong MBA đơn giản như là một kết quả của sự Oxy hoá dầu trong điều kiện làm việc

ở nhiệt độ thấp k o dài Các nhà nghiên cứu đã tìm ra rằng CO và CO2 có thể được hấp thụ vào trong giấy cách điện sau khi được tạo ra, kết quả thể hiện trong sự dao động của các giá trị tập trung đo được

3.4 Mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phân tích được

Qua phân tích cây lỗi MBA, Hình 2.2, các cấu tử dẫn đến hỏng MBA gồm bộ chuyển nấc, sứ cách điện, cuộn dây, vỏ máy,lõi từ, cách điện rắn, hệ thống làm mát rong đó các thành phần rất dễ quan sát và giám sát tình trạng là vỏ máy Các bộ phận còn lại rất khó chẩn đoán trong vận hành bình thường.Ngày nay, dưới sự phát triển của các công cụ kỹ thuật hiện đại, người ta hoàn toàn có thể chế tạo, lắp đặt hệ thống phân tích, giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu Từ những dữ liệu này cho phép trung tâm bảo trì nơi cách xa vị trí lắp đặt MBA hoàn toàn có thể sử dụng những thuật toán hiện đại để dò tìm nhanh và chính xác lỗi cũng như đo được mức độ suy thoái của máy

Cụ thế là dầu trong MBA khi hoạt động dưới tác dụng của quá trình điện và nhiệt sẽ sinh ra các loại khí với tỉ số khác nhau.Căn cứ vào đó chúng ta có thể chia ra các nhóm sau đây:

Nhóm hydrocacbon và nhóm Hydrogen: CH4 (Methane); C2H6 (Ethane); C2H4(Ethylene); C2H2 (Acetylene); H2 (Hydrogen);

Nhóm cacbon oxides: CO-Cacbon monoxide và CO2 (cacbon dioxide);

Ở nhiệt độ thấp, dầu tạo ra CH4 (Methane), C2H6 (Ethane) và nhiệt độ cao sinh

ra khí C2H4; C2H6 (Ethane);

Tác dụng lên cellulose tạo ra khí CO2 và một ít CO và ở nhiệt độ cao thì ngược lại CO và một ít CO2;

Hồ quang: khí H2 và C2H2với một ít CH4và C2H4

Mối tương quan giữa sự cố MBA và sự hiện diện của khí như sau:

Phóng điện cục bộ hoặc vầng quang: sẽ làm cho dầu phân ly tạo ra khí H2 và cellulose tạo ra khí H2, CO, CO2;

Quá nhiệt:Dầu MBA sẽ phân ly tạo ra khí chủ yếu là CH4 và C2H4 và một ít khí

Từ đồ thị hình 3.4 cho ta thấy mối tương quan giữa các khí sinh ra với các lỗi trong máy biến áp, vùng nhiệt độ vận hành bình thường 650C, không có sự phân ly tức

là không tồn tại các khí cháy Lỗi về điện như PD, D1, D2 cũng như các lỗi về nhiệt với các dãi nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào tỷ trọng các khí khác nhau Tích hợp các

tỷ trọng khí này sẽ tương ứng với lỗi máy biến áp phụ thuộc vào các qui tắc chẩn đoán

3.5 Sự ra đời của phương pháp DGA và các quy tắc chẩn đoán lỗi MBA

Phương pháp đánh giá tình trạng MBAthông qua việc sử dụng nồng độ khí hòa tan trong dầu đã được sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20 và được liên tục phát triển cho đến nay, đã thu được nhiều kết quả trong việc đánh gía tình trạng của MBA IEC đã ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật về phương pháp đánh giá MBA thông qua DGA

số IEC 60599 vào năm 1978 [8], phiên bản thứ hai vào năm 1999 [7], và phiên bản thứ

ba vào tháng 9 năm 2015 [6]

Khi sử dụng DGA chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong MBA, ta chấp nhận các yếu tố

cơ sở sau:

Dầu MBA là dầu khoáng, quá trình chế tạo và xử lý có thể khác nhau

Việc lấy mẫu, bảo quản, tách chiết và sắc ký khí mẫu dầuphản ánh đúng thực tế chất lượng dầu MBA Các yếu tố ngoại lai ảnh hưởng đến kết quả chẩn đoán đã được loại bỏ

Các khí trong MBA được phân bố đồng nhất và khếch tán đều trong dầu

Để đạt được các giả thiết trên, tuyệt đối tuân thủ hướng dẫn lấy mẫu và thí nghiệm, với giả thiết sự phân bố các khi trong dầu MBA là phân bố đều, trên thực tế điều này khó kiểm soát, chỉ thực hiện lấy mẫu và phân tích thêm nếu có sự nghi ngờ về kết quả, hoặc kết hợp với các phương pháp khác, hoặc lấy mẫu dầu lúc nhiệt độ môi trường và nhiệt độ MBA cao nhất có thể để tăng cường sự tuần hoàn của dầu trong máy

Cho đến nay có rất nhiều luật chẩn đoán máy lỗi của MBA dựa trên thành phần

và hàm lượng khí phân tích được của mẫu dầu, trong đó nỗi bậc là phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính (key gas) và phương pháp thông minh nhân tạo cơ bản

Với phương pháp tỷ lệ, căn cứ tỉ lệ về hàm lượng khí trong mẫu dầu như

R1=CH4/H2; R2=C2H2/C2H4; R3=C2H2/CH4; R4=C2H6/C2H2; R5=C2H4/C2H6;

R6=C2H6/CH4 để đưa ra các lỗi Hiện tại, các luật phổ biến như sau:

Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi [3];

Luật chẩn đoán của Dornenurg [3];

Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 599 và IEC 599 sửa đổi [6, 7, 8];

Luật chẩn đoán bằng các khí đặc trưng (key gas) [3];

Luật chẩn đoán Jica [3];

Luật chẩn đoán EPS.Wang [3];

Luật chẩn đoán củaViện năng lượng Nga [3];

25 Luật chẩn đoán tam giá Duval [3]

Các luật được liệt kê ở đây sẽ được trình bày chi tiết hơn trong các tiểu mục tiếp theo

3.5.1 Luật chẩn đoán của Dornenurg

Trong những năm 1970, Dornenurg đã tập trung nghiên cứu và đã có thể phân biệt giữa hư hỏng do nhiệt và do điện Phương pháp này sử dụng 4 tỷ số và 6 khí: H2,

CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO để chẩn đoán MBA Bốn tỷ số và giá trị dự đoán của nó được cho trong bảng sau:

Bảng 3.1: Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg

Phân huỷ do nhiệt >0.1 <0.75 <0.3 >0.4

Vầng quang điện (PD cường độ thấp) <0.1 Không xác định <0.3 >0.4

Hồ quang (PD cường độ cao) >0.1 và <0.1 >0,75 >0.3 <0.4

Để áp dụng phương pháp này, tối thiểu 1 khí trong mỗi tỷ số phải vượt giá trị giới hạn L1 Mức L1 được cho như sau:

Bảng 3.2: Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg

Phương pháp Dornenurg được xem là phương pháp đầu tiên, đặt nền tản cho việc phân tích trạng thái MBA dựa vào DGA, tuy nhiên độ chính xác chẩn đoán còn thấp

Lưu đồ chẩn đoán theo phương pháp Dornenurg như hình 3.5

Hình 3.5 Thuật toán Phương pháp Dornenurg [3]

3.5.2 Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi

Phương pháp Roger được công bố năm 1973, tái bản năm 1975 và 1977 Phương pháp này sử dụng 5 loại khí và bốn tỷ số R1, R2,R3, R5 để chẩn đoán Phương pháp Roger gốc sử dụng R5 thay cho R4 của phương pháp Dornenburg và có cải thiện một bước độ chính xác chẩn đoán, tuy nhiên độ chính xác vẫn còn thấp so với yêu cầu

Phương pháp tỉ lệ Rogers nguyên bản đã sử dụng bảng bên dưới để chẩn đoán với giá trị 1 thể hiện các giá trị thực tế lớn hơn giá trị 1.0 và giá trị 0 thể hiện giá trị thực tế nhỏ hơn 1.0 Phương pháp Rogers cải tiến sử dụng 2 bảng, một bảng định nghĩa mã và một bảng định nghĩa luật chẩn đoán Một cách sơ bộ, sử dụng bốn bộ tỉ lệ,

tỉ lệ C2H6/CH4 chỉ thể hiện một phạm vi nhiệt độ giới hạn của sự phân huỷ cellulose nhưng không trợ giúp gì cho việc phát hiện, nhận diện lỗi Do vậy, trong tiêu chuẩn IEC 599, phương pháp tỉ lệ Rogers phát triển cao hơn bị xoá bỏ

Bảng 3.3 Phương pháp Goger sửa đổi

máy, quá nhiệt mối nối

0 0 1 hoặc 2 1 hoặc 2 10 Hồ quang (phóng điện năng lượng lớn)

5 0 0 1 hoặc 2 12 Phóng điện cục bộ có vết (chú ý khí CO)

3.5.3 Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 60599 và bản sửa đổi

Luật chẩn đoán của IEC 60599 quy định: R3=C2H2/CH4;

R4=C2H6/C2H2;R6=C2H6/CH4 Tiêu chuẩn IEC 60599 năm 1978 như sau:

Phóng điện ở các lỗ hổng đầy khí kết quả

do ô nhiễm không hoàn toàn, hoặc quá bảo hòa hoặc tạo bọt khí, hoặc độ ẩm cao 3.Phóng điện cục

Như trên nhưng tạo ra vết hoặc xuyên

thủng cách điện rắn 4.Phóng điện năng

tuần hoàn ở lõi từ và vỏ

3.5.4 Luật chẩn đoán bằng các khí đặc trưng (khí khóa)

Phương pháp khí đặc trưng khá đơn giản bằng cách xác định hư hỏng MBA thông qua mỗi loại khí và tỷ lệ phần trăm của khí này Ví dụ: phóng điện cục bộ năng lượng bé hoặc hồ quang năng lượng thấp tạo ra khí H2 là chủ yếu, kết hợp vài khí hydrocacbon, do đó khí đặc trưng của phóng điện cục bộ năng lượng bé hoặc quầng

29quang là khí H2 và phóng điện này có thể được xác định khi số % H2 là lớn trong mẫu dầu

Luật chẩn đoán bằng phương pháp khí đặc trưng như bảng bên dưới Số % lượng khí dựa trên tổng hàm lượng khí cháy hòa tan và là một số gần đúng

Bảng 3.7: Phương pháp chẩn đoán theo phương pháp khí đặc trưng (khí khóa)

(% )

Hồ quang C2H2

(Acetylene)

Lượng lớn H2 và C2H2 Lượng nhỏ CH4, C2H4 Nếu liên quan cellulose thì

CO và CO2 có thể được so sánh nếu liên quan đến cellulose

Lượng lớn CO và CO2 Các khí Hydrocacbon có thể

3.5.5 Luật chẩn đoán JICA

Phương pháp này do tổ chức JICA Nhật bản nghiên cứu và công bố Phương pháp này có độ chính xác rất thấp nên không được dùng rộng rãi[3]

3.5.6 Luật chẩn đoán EPS.Wang

Luật chẩn đoán được mô tả như thuật toán chẩn đoán Hình 3.6 Phương pháp này có độ chính xác rất thấp nên không được dùng rộng rãi [3]