Nghiên cứu mô hình máy biến áp lực dựa trên phân tích đáp ứng tần số áp dụng chẩn đoán sự cố

TÓM TẮT LUẬN VĂN Nội dung luận văn nghiên cứu về phương pháp đáp ứng tần số, từ đó xây dựng mô hình mô phỏng máy biến áp lực từ phương pháp trên và ứng dụng chẩn đoán sự cố của máy biến

Cán bộ hướng dẫn khoa học :PGS.TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 Chủ tịch hội đồng:

2 Ủy viên phản biện 1:

3 Ủy viên phản biện 2:

4 Ủy viên:

5 Thư ký:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP LỰC DỰA TRÊN PHÂN

TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ ÁP DỤNG CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp đáp ứng tần số

- Nghiên cứu mô hình máy biến áp lực và phương pháp xác định thông số điện cho mô hình

- Thực hiện mô phỏng xác định thông số điện của mô hình máy biến áp lực so sánh với kết quả thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả đạt được

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/02/2018

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2018

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập, nghiên cứu tại trường, em đã tích lũy được nhiều kiến thức quý báu từ tất cả Quý Thầy/Cô trong trường Đại học Bách Khoa nói chung và Khoa Điện – Điện tử nói riêng Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô đã luôn tận tâm, nhiệt huyết giảng dạy, hướng dẫn em trong quá trình học tập tại trường

Đặc biệt, em xin chân thành bày tỏ sự cảm kích và lòng biết ơn sâu sắc đến thầy

PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi Trong quá trình thực hiện luận văn đã gặp nhiều khó

khăn về mặt dữ liệu chuyên môn, thời gian, sức khỏe Thầy đã tận tình hướng dẫn, trang bị những kiến thức chuyên môn cũng như động viên về mặt tinh thần để em hoàn thành tốt luận văn này Những kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm của Thầy

đã giúp ích em rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, công tác và trong cuộc sống

Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô đã dành thời gian quý báu

để nhận xét và góp ý Luận văn Đó là những cơ sở để em hoàn thiện luận văn và định hướng nghiên cứu đề tài nâng cao và chuyên sâu hơn, ứng dụng tốt hơn

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp

đã luôn tin tưởng, hỗ trợ động viên về mặt tinh thần cũng như những kiến thức chuyên môn quý báu trong quả trình học tập nghiên cứu, trong công việc và trong cuộc sống Đặc biệt, cảm ơn anh Nguyễn Sĩ Huy Cường đã hỗ trợ em rất nhiều để hoàn thành được luận văn

Kính chúc quý Thầy/Cô sức khỏe dồi dào để luôn vững bước trong sự nghiệp trồng người Kính chúc người thân, bạn bè, đồng nghiệp luôn thành công trong cuộc sống

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018

Nguyễn Khắc Hiệu

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nội dung luận văn nghiên cứu về phương pháp đáp ứng tần số, từ đó xây dựng mô hình mô phỏng máy biến áp lực từ phương pháp trên và ứng dụng chẩn đoán sự cố của máy biến áp lực

Nội dung thực hiện như sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp đáp ứng tần số

- Nghiên cứu mô hình máy biến áp lực và phương pháp xác định thông số điện cho mô hình

- Thực hiện mô phỏng xác định thông số điện của mô hình máy biến áp lực so sánh với kết quả thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả đạt được

ABSTRACT

In this thesis, the author presents the study on the Frequency Response Analysis method, particularly in transformer modeling for failure diagnostics of power transformers

Contents will be conducted in the research:

 Study the principle of the Frequency Response Analysis method;

 Study transformer modeling and a method of determining parameters in an equivalent model;

electric- Build a transformer model of test transformers and compare simulated results with those from the site test report

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình của bản thân Các số liệu xác thực

và tài liệu trích dẫn tuân thủ theo quy định và có nguồn gốc rõ ràng

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

ABSTRACT iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 4

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 4

1.4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 6

1.5 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 7

1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7

1.7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 8

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 9

2.1 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 9

2.2 ĐẶC TUYẾN ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 13

2.3 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐO VÀ ĐỐI TƯỢNG THỬ NGHIỆM 15

2.4 ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 19

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 20

3.1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DỰA TRÊN PHÂN TÍCH ĐÁP

ỨNG TẦN SỐ 20

3.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THEO TIÊU CHUẨN DL/T 911 – 2004 28

3.3 CÔNG CỤ TÍNH TOÁN HỆ SỐ TƯƠNG QUAN 34

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP 39

4.1 GIỚI THIỆU VỀ MBA 39

4.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP 40

4.3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO MÔ HÌNH THÔNG SỐ TẬP TRUNG 46

4.4 ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 58

4.5 ÁP DỤNG MÔ HÌNH HÓA CHO MBA 61

4.6 MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG CHẨN ĐOÁN MBA 72

CHƯƠNG 5 TỔNG KẾT 77

5.1 KẾT LUẬN 77

5.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 80

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các hướng nghiên cứu chủ đạo của phương pháp FRA 5

Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối thử nghiệm FRA điển hình [2] 10

Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm FRA cho MBA 3 pha [3] 12

Hình 2.3 Đáp ứng logarith của các phần tử R, L và C 13

Hình 2.4 Đáp ứng logarith của các mạch RLC phức hợp 14

Hình 2.5 Thiết bị FRAX 101 15

Hình 2.6 MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) trong quá trình lắp đặt 16

Hình 2.7 Đáp ứng tần số EEOC của MBA (63M0808261) 18

Hình 2.8 Đáp ứng tần số EESC của MBA (63M0808261) 18

Hình 2.9 Các hàm nhiệt độ cold (lạnh), warm (ấm), và hot (nóng) 19

Hình 3.1 Biến dạng ngang trục (xuyên tâm) cuộn dây MBA 21

Hình 3.2 Biến dạng cuộn dây 21

Hình 3.3 Sự cố ngắn mạch vòng dây 22

Hình 3.4 Chẩn đoán sự cố MBA dựa trên đặc tuyến FRA 24

Hình 3.5 Chẩn đoán sự cố MBA dựa trên sự thay đổi thông số mô phỏng MBA 25

Hình 3.6 Ảnh hưởng của cấu trúc MBA dến đặc tuyến đáp ứng tần số [3] 26

Hình 3.7 Các phương pháp nối dây phổ biến để thử nghiệm MBA [5] 29

Hình 3.8 Kết quả so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha của phép đo EEOC của MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) 32

Hình 3.9 Kết quả so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha của phép đo EESC của MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) 32

Hình 3.10 Kết quả so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha của phép đo EEOC của MBA 110/22kV 63 MVA (63M051194) 33

Hình 3.11 K Kết quả so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha của phép đo EESC của MBA 110/22kV 63 MVA (63M051194) 33

Hình 3.12 Giao diện của ứng dụng đánh giá FRA bằng hệ số tương quan 35

Hình 3.13 Kết quả đánh giá MBA 110/22kV 63 MVA (63M051194) (type-base) 36

Hình 3.14 Kết quả đánh giá MBA 110/22kV 63 MVA (63M1109239) (type-base) 36

Hình 3.15 Kết quả đánh giá MBA 110/22kV 63 MVA (63M011288) (type-base) 37

Hình 3.16 Kết quả đánh giá MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) (Construction-base) 38

Hình 3.17 Kết quả đánh giá MBA 110/22kV 63 MVA (63M051194) (Construction-base) 38

Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo MBA 39

Hình 4.2 Minh họa sự phân bố các thông số điện bên trong MBA 41

Hình 4.3 Mô hình thông số phân bố của 1 pha của MBA 2 cuộn dây [4] 42

Hình 4.4 Đường đi của từ thông trong lõi từ của MBA [4] 43

Hình 4.5 Mạch từ tương đương của MBA 3 pha [4] 44

Hình 4.6 Mạch điện nút biểu diễn cho mạch từ hình 4.5 [4] 44

Hình 4.7 Mô hình thông số tập trung MBA 3 pha 2 cuộn dây dưa trên nguyên lý đối ngẫu từ - điện [4] 45

Hình 4.8 Các điểm quan trọng của đặc tuyến FRA 47

Hình 4.9 Điện dung giữa cuộn dây HV-LV và với đất trong MBA 2 cuộn dây [4] 47

Hình 4.10 Chế độ UST đo CB [3] 48

Hình 4.11 Chế độ GST đo CA và CB [3] 48

Hình 4.12 Chế độ đo GSTg đo CA [3] 49

Hình 4.13 Lưu đồ xác định các giá trị điện cảm L 50

Hình 4.14 Mô phỏng theo phép đo EEOC với L3 thay đổi 51

Hình 4.15 Khảo sát đáp ứng tần số EESC khi L3 thay đổi 51

Hình 4.16 Sơ đồ đo EEOC với mô hình đầy đủ thông số 53

Hình 4.17 Khảo sát sự đáp ứng tần số khi Ly = 20 H, L1 thay đổi 54

Hình 4.18 Khảo sát đáp ứng tần số khi L1 = 20H, Ly thay đổi 54

Hình 4.19 Khảo sát đáp ứng tần số khi L1 và Ly cùng thay đổi 55

Hình 4.20 Khảo sát đáp ứng tần số khi R1 = 5 MΩ, Ry thay đổi 56

Hình 4.21 Khảo sát đáp ứng tần số khi R1 = 5 MΩ, Ry thay đổi 57

Hình 4.22 Khảo sát đáp ứng tần số khi R1 và Ry cùng thay đổi 57

Hình 4.23 Các biến sai số 59

Hình 4.24 Lưu đồ xác định L1 và Ly 60

Hình 4.25 Đáp ứng tần số EEOC 3 pha MBA 110/22kV 63MVA (63M0808261) 61

Hình 4.26 Kết quả mô phỏng EEOC pha A trường hợp 1 63

Hình 4.27 Kết quả mô phỏng EEOC pha B trường hợp 1 63

Hình 4.28 Kết quả mô phỏng EEOC pha C trường hợp 1 63

Hình 4.29 Kết quả mô phỏng EEOC pha A trường hợp 2 64

Hình 4.30 Kết quả mô phỏng EEOC pha B trường hợp 2 64

Hình 4.31 Kết quả mô phỏng EEOC pha C trường hợp 2 65

Hình 4.32 Kết quả mô phỏng EEOC pha A trường hợp 3 65

Hình 4.33 Kết quả mô phỏng EEOC pha B trường hợp 3 66

Hình 4.34 Kết quả mô phỏng EEOC pha C trường hợp 3 66

Hình 4.35 Kết quả mô phỏng EEOC pha A trường hợp 4 67

Hình 4.36 Kết quả mô phỏng EEOC pha B trường hợp 4 67

Hình 4.37 Kết quả mô phỏng EEOC pha C trường hợp 4 67

Hình 4.38 Đặc tuyến mô phỏng pha A với bộ thông số bảng 4.10 69

Hình 4.39 Đặc tuyến mô phỏng pha B với bộ thông số bảng 4.10 69

Hình 4.40 Đáp ứng tần số EEOC 3 pha của MBA 110/22kV 25 MVA (VN 00038) 70

Hình 4 41 Đặc tuyến mô phỏng pha A với bộ thông số bảng 4.11 71

Hình 4.42 Đặc tuyến mô phỏng pha B với bộ thông số bảng 4.11 71

Hình 4.43 So sánh đặc tuyến pha B 72

Hình 4.44 So sánh đặc tuyến pha C 73

Hình 4.45 So sánh đặc tuyến pha A 73

Hình 4.46 Kết quả đánh giá FRA bằng hệ số tương quan 73

Hình 4.47 Đặc tuyến sau khi xử lý đồng bộ số điểm lấy mẫu 74

Hình 4 48 Đặc tuyến mô phỏng sự cố 75

Hình 4 49 Đặc tuyến sự cố đo được 75

Hình 4 50 Đặc tuyến pha C của mô phỏng và thực tế 76

Hình 4 51 Đặc tuyến pha A và pha B của mô phỏng và thực tế 76

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng so sánh ưu – nhược điểm của phương pháp LVI và SFRA [16] 11

Bảng 3.1 Sự ảnh hưởng của sự cố cơ lên thông số điện [8] 28

Bảng 3.2 Sự tương quan giữa hệ số tương quan và độ biến dạng cuộn dây MBA [5] 31

Bảng 3.3 Lưu đồ giải thuật 34

Bảng 4 1 Tổng quan các loại MBA thông dụng trên lưới điện miền Nam 40

Bảng 4.2 Các phép đo điện dung trong MBA 3 pha 2 cuộn dây [4] 49

Bảng 4.3 Tổng hợp quy tắc xác định thông số mô hình mô phỏng 58

Bảng 4.4 Thông số ban đầu MBA 62

Bảng 4.5 Thông số mô phỏng trường hợp 1 62

Bảng 4.6 Thông số mô phỏng trường hợp 2 64

Bảng 4.7 Thông số mô phỏng trường hợp 3 65

Bảng 4.8 Thông số mô phỏng trường hợp 4 66

Bảng 4.9 Kết quả mô phỏng L1 và Ly 68

Bảng 4.10 Tổng hợp kết quả mô phỏng 110/22kV 63MVA (63M0808261) 68

Bảng 4.11 Thông số của mô hình MBA 110/22kV 25MVA (VN 00038) 70

Bảng 4.12 Bảng so sánh các thông số mô hình MBA tước và sau sự cố 75

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MBA: Máy Biến Áp Lực

FRA: Frequency Response Analysis

SFRA: Sweep Frequency Response Analysis

LVI: Low Voltage Impulse

OLTC: On Load Tap Changer

EEOC: End -to-end open-circuit

EESC: End-to-end short-circuit

CAP : Capacitive inter-winding

IND : Inductive inter-winding

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, chi phí để đầu tư thiết bị vận hành hệ thống điện là rất lớn Bên cạnh đó, việc đảm bảo cung cấp điện, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về công suất cũng như chất lượng điện năng đòi hỏi độ tin cậy của các thiết bị trong hệ thống điện ngày càng cao Trong quá trình vận hành, rủi ro xảy ra các sự cố trên thiết bị điện là không thể tránh khỏi Các sự cố liên quan đến các thiết bị điện để lại hậu quả nặng nề cả về kinh tế, tài sản thậm chí ảnh hưởng đến tính mạng con người

Trong vận hành hệ thống điện, máy biến áp lực (MBA) là thiết bị cốt lõi quan trọng nhất và cũng là thiết bị đắt tiền nhất Đồng thời các sự cố xảy ra trong MBA cũng gây ra hậu quả nặng nề nhất Vì vậy việc nghiên cứ, đánh giá, chẩn đoán tình trạng MBA là hết sức quan trọng

MBA được thiết kế để chịu lực cơ học xảy ra trong quá trình vận chuyển và các

sự cố khi vận hành, chẳng hạn như sự cố quá dòng điện và xung sét Sự gián đoạn vận hành và hư hỏng của máy biến áp thường xảy ra do sự cố cách điện, biến dạng cuộn dây gây ra do ngắn mạch cuộn dây và mạch từ, sự cố của các thiết bị liên quan như bộ điều áp dưới tải (On Load Tap Changer -OLTC), sứ đỡ…

Một khi MBA bị hư hỏng, chi phí thay thế của một MBA rất lớn.Nếu phát hiện trước các dấu hiệu sự cố trongMBA trước khi sự cố xảy ra dẫn đến các hư hỏng nghiêm trọng, MBA có thể được sửa chữa tại chỗ hoặcthay thế theo định kỳ chuẩn bị trước Để làm được điều đó, điều kiện quan trọng là MBA cần phải được giám sát chặt chẽ và liên tục để đảm bảo ghi nhận sớm nhất các bất thường xảy ra để khắc phục và duy trì thời gian sử dụng tối đa Kết quả là, việc bảo trì một cách chủ độngcó thể giảm nguy cơ gián đoạn bắt buộc và hư hỏng cho MBA và những thiết bị liên quan khác như máy cắt, tụ bù

Vì vậy MBA cần phải được kiểm tra từ lúc nghiệm thu xuất xưởng cho đến lúc nghiệm thu vận hành Thậm chí, các MBA trải qua quá trình vận hành lâu ngày, chịu nhiều tác động cơ nhiệt bởi phụ tải, một số còn phải chịu lực điện động lớn từ các sự

cố ngắn mạch phát tuyến Đã có rất nhiều phương pháp, kỹ thuật được đưa ra để phát hiện, đánh giá các bất thường nêu trên, bao gồm:

 Các phương pháp đánh giá chất lượng cách điện như:

- Đo điện trở cách điện các cuộn dây và sứ đầu vào;

- Đo điện dung và tổn hao điện môi các cuộn dây và sứ đầu vào;

- Thí nghiệm chịu đựng điện áp tần số công nghiệp;

- Thí nghiệm điện áp cảm ứng (cách điện vòng dây);

- Thí nghiệm chịu đựng xung sét;

- Thí nghiệm phóng điện cục bộ (PD – Partial Discharge);

- Thí nghiệm dầu cách điện

 Các phương pháp để đánh giá chất lượng cuộn dây như:

- Đo tỉ số biến áp;

- Đo điển trở một chiều của các cuộn dây

 Các phương pháp kiểm soát tổn hao như:

- Đo tổn hao không tải;

- Đo tổn hao ngắn mạch;

- Thí nghiệm độ tăng nhiệt

Các hạng mục trên thường chỉ được thực hiện ở một tần số nguồn thử nghiệm

cố định khiến cho khả năng đánh giá chất lượng MBA bị hạn chế đi một phần Do đó, việc mở rộng dải tần số nguồn thử nghiệm đã và đang được nghiên cứu và triển khai bởi các chuyên gia đầu ngành trong những năm gần đây Các phương pháp được áp dụng nhiều nhất có thể kể đến như:

- Đo điện kháng rò từ 10 Hz đến 400 Hz;

- Đo tổn hao điện môi từ 10 Hz đến 400 Hz;

- Phân tích đáp ứng tần số (FRA – Frequency Response Analysis);

- Phân tích đáp ứng điện môi (DFR – Dielectric Frequency Response)

Trong số đó, Phương pháp phân tích đáp ứng tần số (FRA) là một công cụ hữu hiệu để chẩn đoán tình trạng cơ khí của mạch từ và các cuộn dây trong MBA hiệu quả nhất hiện nay

Thực tế, việc đánh giá tình trạng cuộn dây và lõi thép MBA cần rất nhiều kinh nghiệm và thường được tiến hành một cách định tính bởi các chuyên gia hoặc kỹ sư đã hoạt động nhiều năm trong lĩnh vực chẩn đoán chất lượng MBA Cách thức đánh giá chủ yếu là đối chiếu dữ liệu [1]:

- Theo ''thời gian'' (giữa các lần đo khác nhau trên cùng một MBA);

- Theo "cấu trúc" và theo "chủng loại" (giữa các MBA có cùng thiết kế hoặc giữa các pha trên cùng một MBA với nhau)

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về các cách đánh giá kết quả FRA, quy trình ra quyết định kết luận với kết quả FRA vẫn chưa được chuẩn hóa Việc chẩn đoán tình trạng thường được thực hiện một cách trực quan dựa trên dữ liệu FRA, tùy thuộc vào kinh nghiệm của chuyên gia đánh giá Thường thì chẩn đoán không phải là kết luận vì các chuyên gia khác nhau có thể đưa ra các chẩn đoán không nhất quán đối với cùng một MBA

Phương pháp đánh giá được các hội đồng kỹ thuật khuyến nghị sử dụng là kỹ thuật so sánh chéo bằng hệ số tương quan giữa đặc tuyến đo được và đặc tuyến mẫu trên các khoảng tần số khác nhau, sau đó đưa ra quyết định chẩn đoán Điều này gặp rất nhiều khó khăn bởi mỗi nhà sản xuất MBA đều có thiết kế riêng của mình Mỗi chủng loại, mỗi gam máy đều có đặc tuyến FRA đặc trưng khác nhau Để hạn chế vấn

đề này, một ý tưởng được đưa ra là xây dựng mô hình vật lý, mô hình toán học tương đương có thể biểu diễn đặc tuyến FRA của MBA Căn cứ vào đó, việc chẩn đoán tình trạng MBA có thể được thực hiện một cách hiệu quả và chính xác hơn khi mà các dạng khiếm khuyết và những sự cố tiềm ẩn có thể được dự đoán từ trước thông qua các mô hình tương đương

Thử nghiệm FRA, lần đầu tiên được đề xuất bởi Dick và Erven [9], là một kỹ thuật rất nhạy để phát hiện các bất thường do dịch chuyển cuộn dây do mất áp lực kẹp hoặc bởi lực điện động do dòng ngắn mạch gây ra Để phân tích kết quả thử nghiệm FRA, miền tần số được chia thành tần số thấp, trung bình và cao Tần số 10-20 kHz đáp ứng tần số phụ thuộc vào cuộn dây MBA đặc trưng bởi thành phần điện cảm, trong khi ở các tần số trung bình từ 20 kHz đến 1 MHz phụ thuộc vào cả điện cảm và điện dung tạo ra nhiều điểm cộng hưởng Ở vùng tần số cao hơn, đáp ứng tần số phụ thuộc sự phân bố điện dung trong cuộn dây [9] Căn cứ vào những đặc điểm này, việc phân tích và chẩn đoán tình trạng MBA có thể được thực hiện rất hiệu quả

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Các nghiên cứu trong lĩnh vực phân tích đáp ứng tần số MBA đã bắt đầu từ thập niên 70 của thế kỷ trước Khởi đầu từ công trình nghiên cứu của Dick và Erven công

bố năm 1978 [9], đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến FRA được thực hiện Một số tài liệu hướng dẫn về phương pháp này đã được ban hành, ví dụ như DL/T911-2004 [5], IEEE PC57.149 [6], IEC 60076-18 [14]

Các hướng nghiên cứu chủ đạo có thể kể đến trong lĩnh vực này bao gồm: xây dựng phương pháp đánh giá tình trạng thông qua các đặc tuyến thu được từ thực nghiệm, hoặc xây dựng mô hình tương đương của MBA

Hình 1.1 Các hướng nghiên cứu chủ đạo của phương pháp FRA

Đối với hướng nghiên cứu sử dụng mô hình toán học, bài toán trường điện từ được giải bằng phương pháp số như phân tử hữu hạn (FEM), mô hình hộp đen Đối với hướng nghiên cứu mô hình vật lý, có rất nhiều mô hình đã và đang được xây dựng, cải tiến bao gồm [15]:

- Mô hình tập trung: xây dựng mạch tương đương dựa trên nguyên tắc đối ngẫu từ - điện;

- Mô hình phân bố: gồm mô hình đường dây truyền tải đơn (Single Transmission Line – STL), mô hình đường dây truyền tải đa (Multi Transmission Line – MTL), mô hình bậc thang n tầng (n-stage lumped-element network)…[4]

Ở Việt Nam việc chẩn đoán bất thường hay các nguy cơ tiềm ẩn chưa được quan tâm đúng mức so với sự chú trọng về vấn đề này của các nước khác Việc thí nghiệm MBA được tiến hành định kỳ mà không có sự theo dõi đánh giá kết quả thử nghiệm Nhưng hiện nay, nhiều kỹ thuật chẩn đoán nói chung và phương pháp FRA nói riêng được áp dụng rộng rãi trong các công ty điện lực, nhằm đảm bảo vận hành

liên tục cũng như nâng cao độ tin cậy của MBA đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong việc cung cấp điện [3]

Trong cuốn “Các kỹ thuật nâng cao chẩn đoán sự cố máy biến áp lực” [3], một

số phương pháp thí nghiệm chẩn đoán trên MBA đã được giới thiệu khái quát Nội dung chính của cuốn sách đề cập đến các kỹ thuật chẩn đoán nâng cao áp dụng cho MBA: “phân tích đáp ứng tần số”, “phân tích đáp ứng điện môi”, “phân tích khí hòa tan”, “phóng điện cục bộ” Chương cuối giới thiệu khái niệm “chỉ số tình trạng”, được tính toán định lượng từ kết quả thử nghiệm truyền thống để có thể áp dụng tại các công

ty điện lực hiện nay

Cũng trong tài liệu nói trên, tác giả đã phân tích các dạng khiếm khuyết cơ học trong MBA và tác động của chúng lên đặc tuyến đáp ứng tần số dựa trên kết quả thực nghiệm

Tuy có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến FRA và phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên FRA, nhưng chưa có công trình nghiên cứu trên đối tượng

cụ thể là các MBA đang vận hành trên lưới điện Việt Nam nói chung và lưới điện miền Nam nói riêng Các nghiên cứu về mô hình FRA tương đương MBA hiện nay chỉ hướng đến MBA phân phối ở cấp điện áp trung thế (từ 35kV trở xuống) mà chưa có nghiên cứu nào liên quan đến các MBA truyền tải (từ cấp 110kV trở lên) Đồng thời, phương pháp chẩn đoán dựa trên thông số mô hình MBA cũng chưa có cơ sở dữ liệu đầy đủ

1.4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài là xây dựng một mô hình FRA tương đương của MBA 110kV cụ thể từ các cơ sở lý thuyết và thực nghiệm đã có Căn cứ vào đó, việc dự đoán các biến dạng cơ học trong MBA có thể được thực hiện thông qua việc thay đổi các thông số trong mô hình Kết quả của đề tài này có thể được ứng dụng trong việc chẩn đoán tình trạng cơ học của MBA, góp phần cùng các phương pháp khác – như phóng điện cục bộ, phân tích đáp ứng điện môi, phân tích khí hòa tan – đánh giá tình trạng MBA một cách đầy đủ và chính xác nhất Nắm rõ các phương pháp đánh giá và

các tiêu chuẩn chính thức để đánh giá kết quả FRA cũng là một mục tiêu quan trọng để tăng tính hiệu quả của việc chẩn đoán

Nhằm thực hiện được mục tiêu trên, đề tài sẽ sử dụng nguyên lý đối ngẫu từ điện để xây dựng mô hình MBA dựa trên một vài thông số đã biết Kết quả mô phỏng

sẽ được đối chiếu với dữ liệu thực nghiệm của MBA 110kV đang vận hành trên hệ thống điện miền Nam để đánh giá tính chính xác và khả năng ứng dụng của mô hình

Ngoài ra, một công cụ hỗ trợ giúp việc xác định thông số của mô hình FRA nhanh hơn, chính xác hơn sẽ được phát triển để ứng dụng cho các MBA 110kV góp phần trong việc mô phỏng các đặc tuyến FRA mẫu

1.5 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, Tổng công ty Điện lực miền Nam quản lý lưới điện phân phối toàn miền nam, trải dài 21 tỉnh từ Ninh Thuận đến Cà Mau, với trên 360 MBA 110kV đang vận hành, phục vụ cho nhiều khu công nghiêp, khu dân cư và thành phố lớn Để đảm bảo cung cấp điện cho lượng phụ tải lớn như trên, yêu cầu hệ thống điện phải hoạt động với độ tin cậy cao và liên tục Trong đó, MBA là thành phần quan trọng nhất Vì vậy, đặt ra yêu cầu phải có phương pháp chẩn đoán tình trạng MBA chính xác để phát hiện các nguy cơ trước khi trở thành các sự cố, từ đó đưa ra các biến pháp xử lý tránh gián đoạn cung cấp điện Áp dụng các phương pháp thí nghiệm chẩn đoán ra đời đáp ứng những yêu cầu trên FRA là một trong những phương pháp chẩn đoán hiệu quả các sự cố cơ điện trong MBA

Việc xây dựng mô hình mẫu cho các MBA nói trên có đóng góp rất lớn trong công tác quản lý và bảo dưỡng MBA theo kết quả chẩn đoán hiện tại (Condition based diagnostics)

nắm vững phương pháp FRA, cần tìm hiểu các phương pháp và các tiêu chuẩn chính thức được áp dụng để đánh giá sự cố trong MBA dựa trên kết quả FRA

Đề tài cũng sẽ trình bày quá trình xây dựng mô hình MBA và phương pháp xác định các thông số trong mô hình MBA dựa trên kết quả thử nghiệm FRA Nghiên cứu trong đề tài chủ yếu dựa trên dữ liệu FRA thực tế thu thập được trên các MBA của lưới điện cao thế của tổng công ty Điện lực miền Nam

Từ mô hình MBA xây dựng được, đưa ra các mô phỏng về sự cố cơ điện trên MBA Từ đó nhận xét sự thay đổi của các thông số điện trong mô hình MBA và đưa ra các kết luận đánh về hư hỏng của MBA

1.7 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Để thực hiện các mục tiêu trên, luận văn bao gồm các chương và nội dung mỗi chương như sau:

Tên đề tài luận văn: “NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP LỰC DỰA

TRÊN PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ ÁP DỤNG CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ”.

Chương 2: Phương pháp phân tích đáp ứng tần số

Chương 3: Đánh giá hư hỏng máy biến áp dựa trên đáp ứng tần số

Chương 4: Mô hình máy biến áp

Chương 5: Tổng kết

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Chương này trình bày tổng quan về phân loại, đặc điểm của phương pháp thử

nghiệm “Phân tích đáp ứng tần số” (FRA – Frequency Respone Analysis) và các phép

đo được sử dụng để khảo sát đáp ứng tần số Chương này cũng trình bày chung về các

loại biến dạng cơ học trong MBA có thể phát hiện bằng phương pháp FRA cũng như

phương pháp đánh giá, chẩn đoán tình trạng MBA thông qua kết quả FRA Cuối

chương sẽ trình bày về phương pháp logic để ước lượng thông số cho mô hình FRA

của MBA

2.1 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Nguyên tắc của phương pháp FRA là khảo sát tỷ số giữa tín hiệu ngõ ra so với

ngõ vào của tổng trở tương đương của MBA trên một dải tần số, phổ biến nhất trong

vùng tần số 10 Hz đến 2 MHz [3]

Có hai phương pháp để lấy đặc tuyến FRA, phương pháp xung điện áp thấp

(LVI – Low Voltage Impulse) và phương pháp đáp ứng tần số quét (SFRA – Sweep

Frequency Response Analysis) [1]

2.1.1 Phương pháp xung điện áp thấp

Khi sử dụng phương pháp LVI, một tín hiệu xung điện áp thấp được đưa vào

một đầu cuộn dây và đo tín hiệu điện áp tại đầu bên kia hoặc dòng điện đi qua cuộn

dây

Các tín hiệu được lọc và lấy mẫu trong miền thời gian, được chuyển đổi sang

miền tần số sử dụng biến đổi Fast Fourier để biến đổi thành tín hiệu ở các tần số riêng

riêng lẻ Cuối cùng, một hàm truyền biểu diễn kết quả biến đổi Fast Fourier tại mỗi tần

số các tín hiệu đo được Ví dụ, đặt một xung vào đầu cực cao áp và dòng điện tại trung

tính phía cao áp, đo điện áp tại đầu cực hạ áp Từ đó, ta nhận được hai dạng hàm

truyền Một là giữa dòng điện và điện áp đặt phía cao áp; hai là giữa điện áp truyền

qua phía hạ áp và điện áp đặt phía cao áp Ưu điểm của phương pháp LVI là có thể đo

nhiều dòng điện và điện áp cùng lúc, làm giảm thời gian của mỗi lần thử nghiệm

FRA.Tuy nhiên, có một số nhược điểm của phương pháp này như nhiễu, suy hao trong

quá trình thử, độ phân giải kém ở tần số thấp và giới hạn nguồn kích thích [1]

2.1.2 Phương pháp phân tích tần số quét

Phương pháp SFRA thực hiện bằng cách đo đáp ứng tần số tại mỗi điểm tần số

bằng cách bơm một dạng sóng sin có cường độ không đổi (10V) Sau đó, độ lớnvà pha

được lấy mẫu tại điểm tần số đó, tiếp tục tăng dần tần số sóng sin lên SFRA là một

phương pháp đo trực tiếp đáp ứng tần số mà không sử dụng biến đổi Fast Fourier Tuy

nhiên, phương pháp SFRA mất nhiều thời gian hơn để thu được một kết quả đo hoàn

chỉnh so với phương pháp LVI [1] Ngày nay, trong thực tế thường dùng SFRA, do

nhiều hãng sản xuất đã cho ra đời nhiều thiết bị hiện đại giúp việc đo SFRA nhanh

hơn, chính xác hơn

Để thử nghiệm SFRA, đòi hỏi sử dụng 3 loại dây tín hiệu: dây dẫn tín hiệu

(Signal), dây tham chiếu (Reference) và dây thử nghiệm (Test) Hình 2.1 thể hiện sơ

đồ kết nối thử nghiệm FRA điển hình Tín hiệu đưa vào cuộn dây được đo để cung cấp

tín hiệu tham chiếu, sau đó được so sánh với tín hiệu thu được ở cuối cuộn dây, được

đo bằng dây thử nghiệm Sơ đồ này giúp làm giảm ảnh hưởng của dây cáp lên kết quả

thử nghiệm Đầu dây đo được nối với đầu sứ MBA và nối đất để tạo nối đất chung

Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối thử nghiệm FRA điển hình [2]

2.1.3 So sánh giữa phương pháp LVI và phương pháp SFRA

Đã có nhiều tranh luận về ưu – nhược điểm của hai phương pháp LVI và SFRA

nhưng đa số đều dẫn đến kết luận rằng phương pháp SFRA ưu việt hơn phương pháp

LVI Chi tiết về các so sánh ưu – nhược điểm giữa hai phương pháp được thể hiện

2.1.4 Nguyên lý đo SFRA

Để thực hiện phép đo SFRA, một tín hiệu áp dạng sin có điện áp thấp (nhỏ hơn

10V) với tần số biến đổi từ 20 Hz đến 2MHz được phát vào một đầu cực MBA, điện

áp tại đầu cực này được đo bằng cổng tham chiếu – Vin (Reference voltage) Đồng

thời, điện áp đầu ra – Vout (Measured voltage) – được đo ở một đầu cực khác (tùy

theo phép đo) Hàm truyền được xác định bằng cách lấy tỉ số Vout/Vin tại từng điểm

tần số đo Nối các điểm này với nhau sẽ được các đường đặc tuyến biểu diễn theo dạng

biểu đồ Bode Đặc tuyến đáp ứng tần số bao gồm đặc tuyến biên độ và đặc tuyến góc

pha theo công thức sau:

 Góc Pha: Phase = pha {Vout} – pha {Vin} (độ) (2)

2.1.5 Các sơ đồ đo SFRA

Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm FRA cho MBA 3 pha [3]

(a) đo hở mạch (b) đo ngắn mạch (c) đo hiệu ứng dung (d) đo hiệu ứng cảm

Có 4 sơ đồ đo SFRA cơ bản được giới thiệu trong hình 2.2 như sau [3]:

 End -to-end open-curcuit (EEOC): đo hở mạch

Điện áp đầu vào tại đầu cuộn dây cần đo, điện áp ngõ ra đo ở đầu còn lại của

cuộn dây Các đầu cực khác để hở mạch

 End-to-end short-curcuit (EESC): đo ngắn mạch

Tương tự phép đo hở mạch, điện áp đầu vào đặt vào một đầu cuộn dây, điện

áp ngõ ra đo ở đầu còn lại của cuộn dây Tuy nhiên, các đầu dây cuộn thứ

cấp được nối tắt với nhau

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

Điện áp đầu vào tại đầu cuộn dây cần đo phía cao áp, điện áp ngõ ra được đo

ở đầu tương ứng phía hạ áp Các đầu cực còn lại của không được nối đất

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

Điện áp đầu vào tại đầu cuộn dây cần đo phía cao áp, điện áp ngõ ra được đo

ở đầu tương ứng phía hạ áp Tuy nhiên, các đầu cực cuối cuộn dây phải được

nối đất

Thông thường, các phép đo EEOC và EESC được sử dụng nhiều nhất để chẩn

đoán vì các thông số điện trong mô hình tương đương MBA đều có ảnh hưởng đến

hình dạng của đặc tuyến SFRA ở những vùng tần số nhất định trong khi các sơ đồ

khác chỉ có ảnh hưởng rõ rệt của từng thông số riêng biệt [3]

Xét một mạch điện tổng quát gồm các phần tử R, L, C, đường đặc tuyến đáp

ứng tần số thu được là tổng hợp từ các đặc tuyến riêng lẻ của các phần tử R, L, C trong

mạch Để hiểu rõ đặc tuyến đáp ứng tần số, ta cần hiểu rõ về các đường đặc tuyến của

từng phần tử Như minh họa trong hình 2.3, đặc tuyến R nằm ngang do tổng trở của

phần tử R không phụ thuộc tần số Tổng trở tương đương của L tỉ lệ thuận với tần số

(ZL = 2πfL) nên khi tần số tăng lên, sự sụt áp giữa đầu ra so với đầu vào sẽ càng tăng,

làm cho đồ thị logarith sẽ có xu hướng đi xuống Ngược lại, tổng trở tương đương của

C tỉ lệ nghịch với tần số (ZC = 1/2πfC), sự sụt áp giữa đầu ra so với đầu vào giảm,

khiến đồ thị logarith có xu hướng đi lên khi tần số tăng lên

Khi tần số thay đổi, ZC và ZLcó xu hướng thay đổi ngược nhau nên tồn tại một

tần số tại đó ZC = ZL Tại các điểm này xảy ra hiện tưởng công hưởng, đồ thị logarith

sẽ đạt cực trị lân cận Nói cách khác, đây chính là những điểm nhọn trên các đường

đặc tuyến đáp ứng tần số minh họa như hình 2.4

Ngoài ra, việc thay đổi các giá trị L, C cũng khiến độ dốc của đáp ứng logarith

thay đổi Khi L càng giảm, đáp ứng logarithm sẽ có xu hướng bị xê dịch lên phía trên

Ngược lại, khi C giảm, đáp ứng logarith có xu hướng xê dịch xuống phía dưới

2.3 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐO VÀ ĐỐI TƯỢNG THỬ NGHIỆM

2.3.1 Thiết bị đo đáp ứng tần số

Các kết quả thử nghiệm FRA được trình bày trong luận văn đều được đo bởi

thiết FRAX 101 do hãng Megger sản xuất Thiết bị này có thể phát điện áp thử nghiệm

tối đa 12 Vp-p trong khoảng tần số từ 0.1 Hz đến 25 MHz, cấp chính xác ± 0.1 dB

trong tầm +10 dB đến -50 dB và ± 0.5 dB trong tầm -100 dB

Hình 2.5Thiết bị FRAX 101FRAX 101 có các cổng phát và cổng đo như đã đề cập trong hình 2.1 Nguồn

phát là 10 Vp-p trong khoảng tần số từ 20 Hz đến 2 MHz với số điểm đo là 1050 điểm

để đảm bảo độ chính xác của đặc tuyến

2.3.2 Các đối tượng thử nghiệm

Trên hệ thống điện thuộc quản lý của công ty Lưới điện Cao thế miền Nam hiện

đang có trên 360 MBA, cấp điện áp 115/23 kV Các gam máy được sử dụng có công

suất là 25MVA, 40MVA và 63 MVA với tổ đấu dây YNyn-0+d11, hoạt động với bộ

điều áp trên tải (OLTC) có 19 nấc điều chỉnh Các dữ liệu sử dụng trong luận văn được

tổng hợp trong quá trình thí nghiệm hiệu chỉnh và thí nghiệm định kỳ từ năm 2015 đến

nay

Hình 2.6 MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) trong quá trình lắp đặt

 MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261)

Nhà sản xuất Cơ điện Thủ Đức (EMC) Công suất 63 MVA

 MBA 110/22kV 63 MVA (63M051194)

Nhà sản xuất Cơ điện Thủ Đức (EMC) Công suất 63 MVA

 MBA 110/22kV 63 MVA (63M011288)

Nhà sản xuất Cơ điện Thủ Đức (EMC) Công suất 63 MVA

 MBA 110/22kV 63 MVA (63M1109239)

Nhà sản xuất Cơ điện Thủ Đức (EMC) Công suất 63 MVA

 MBA 110/22kV 25 MVA (VN 00038)

2.3.3 Đặc tuyến FRA mẫu

Hình 2.7, 2.8 giới thiệu kết quả đo SFRA bằng thiết bị FRAX 101 theo các cấu

hình đo EEOC, EESC cho MBA 110/22kV 63 MVA (63M0808261) đang vận hành

Để có thể xây dựng mô hình đặc tuyến FRA khớp với những đặc tuyến đo được

như hình 2.7, 2.8, việc xác định các thông số điện cảm, điện dung, điện dẫn có ý nghĩa

vật lý là rất cần thiết Dựa trên tổ hợp một số phép đo khác nhau, các thông số của mô

hình có thể được tính toán và ước lượng Tuy nhiên, trong mô hình vẫn tồn tại một số

phần tử không thể đo đạc trực tiếp bằng các phép đo thực tế

Hình 2.7 Đáp ứng tần số EEOC của MBA (63M0808261)

Hình 2.8 Đáp ứng tần số EESC của MBA (63M0808261)

Nếu như không có đủ dữ kiện đầu vào thì việc xây dựng mô hình sẽ gặp rất nhiều

khó khăn Thậm chí, việc ước lượng một vài thông số cũng rất mơ hồ bởi không có

phương pháp để đo đạc trực tiếp Bởi tính chất định tính trong việc ước lượng thông số

của mô hình, ta cần một công cụ hỗ trợ, Fuzzy logic là một công cụ phù hợp trong

trường hợp này

2.4 ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MÔ PHỎNG

Lôgic mờ (Fuzzy logic) được phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực hiện lập luận

một cách xấp xỉ thay vì lập luận chính xác theo lôgic vị từ cổ điển

Lôgic mờ có thể được coi là mặt ứng dụng của lý thuyết tập mờ để xử lý các giá

trị trong thế giới thực cho các bài toán phức tạp Ngày nay, hầu hết máy móc thông

minh đều chứa công nghệ logic mờ Logic mờ giúp nâng cao khả năng suy diễn của

máy móc

Một ứng dụng cơ bản có thể có đặc điểm là các khoảng con của một biến liên tục

Ví dụ, một bộ điều khiển nhiệt độ có thể có một vài hàm liên tục riêng biệt xác định

các khoảng nhiệt độ cụ thể để điều khiển một cách đúng đắn Mỗi hàm ánh xạ cùng

một số đo nhiệt độ tới một chân giá trị trong khoảng từ 0 đến 1 Sau đó các chân giá trị

này có thể được dùng để quyết định nhiệt độ nên được điều khiển như thế nào

Hình 2.9 Các hàm nhiệt độ cold (lạnh), warm (ấm), và hot (nóng)

Trong hình 2.9, cold (lạnh), warm (ấm), và hot (nóng) là các hàm ánh xạ một

thang nhiệt độ Một điểm trên thang nhiệt độ có 3 "chân giá trị" — mỗi hàm cho một

giá trị Đối với nhiệt độ cụ thể trong hình, 3 chân giá trị này có thể được giải nghĩa là 3

miêu tả sau về nhiệt độ này: "tương đối lạnh", "hơi hơi ấm", và "không nóng"

Tương tự với bài toán xác định các thông số điện của mô hình mô phỏng, từ các

đặc tuyến đo lường và các thông số ban đầu, thực hiện điều chỉnh các thông số để đặc

tuyến mô phỏng trùng khớp nhất với đặc tuyến đo lường Fuzzy logic là công cụ phù

hợp để xác định được các thông số điện nhanh và chính xác nhất Cụ thể về ứng dụng

của Fuzzy logic trong việc xác định thông số mô hình tương đương MBA được trình

bày trong chương 3

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HƯ HỎNG MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN

PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Chương này trình bày về các loại sự cố có thể được chẩn đoán từ kết quả FRA và phương pháp áp dụng để phân tích chẩn đoán Đồng thời, chương này cũng cung cấp một công cụ để chẩn đoán dễ dàng tiện lợi hơn

3.1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DỰA TRÊN

PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Máy biến áp được xem như một tập hợp mạng lưới R, L, C kết hợp với nhau Bất kỳ dạng hư hỏng về mặt vật lý đối với MBA đều dẫn đến những thay đổi của mạng lưới RLC [10] Những thay đổi này là cái mà chúng ta đang tìm kiếm và sử dụng đáp ứng tần số để khảo sát, làm nổi bật những thay đổi nhỏ này trong lưới RLC bên trong đối tượng đo

Bất kỳ sự biến dạng về mặt hình học làm thay đổi mạng lưới RLC, sự thay đổi này đến lượt nó lại làm thay đổi hàm truyền ở các tần số khác nhau và từ đó làm

rõ vùng mà ta quan tâm

Kỹ thuật FRA phát hiện được những vấn đề trục trặc về cơ cũng như về điện tiềm ẩn 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 có thể mà vẫn đảm bảo độ tin cậy Những tình trạng bất thường bên trong MBA mà việc sử dụng kỹ thuật FRA có thể phát hiện được trình bày trong [3] bao gồm:

 Biến dạng ngang trục (Radial Movement)

Biến dạng ngang trục hay xuyên tâm là sự cố lực nén làm thay đổi cấu

trúc hình học theo phương của trục của cuộn dây Những dòng sự cố lớn

chạy qua cuộn dây tạo ra lực điện từ nén xuyên tâm cuộn dây làm biến

dạng (oằn) cuộn dây Hình 3.1 cho thấy cuộn dây bị oằn theo phương

xuyên tâm

`

Hình 3.1 Biến dạng ngang trục (xuyên tâm) cuộn dây MBA

 Biến dạng dọc trục (Axial Movement)

Sự cố có thể làm cuộn dây bị nén lại hoặc bị kéo giãn ra theo chiều học

trục làm cho sự biến dạng phức tạp Hình 3.2 thể hiện biến dạng của cuộn

dây sau sự cố

Hình 3.2 Biến dạng cuộn dây

 Dịch chuyển toàn bộ hay một phần cuộn dây (Overall Bulk or Localized

Movement)

Trong quá trình vận chuyển, do các hoạt động gây chấn động mạnh như

địa chấn hoặc do một cú số gây ra bởi lực điện từ rất lớn do dòng điện lớn gây ra có thể làm dịch chuyển một phần hay toàn bộ cuộn dây

 Sự cố lõi thép (Core Defects)

Các sự cố bao gồm ngắn mạch các lá thép, xê dịch các khớp nối ở góc của lõi thép, cháy cách điện các lá thép sẽ làm thay đổi mạch từ của lõi thép

 Sự cố liên quan đến điện trở tiếp xúc (Contact Resistance)

Sự cố này xuất hiện ở điện trở tiếp xúc tại mối nối giữa thanh dẫn đầu sứ

và các cuộn dây có giá trị điện trở lớn Nguyên nhân do mối nối bị lỏng, bị cháy hay bị ăn mòn

 Ngắn mạch giữa các vòng dây (Winding Turn-to-Turn Short Circuit

Sự cố này có thể xảy ra giữa các vòng dây lân cận nhau hoặc giữa các pha với nhau

Hình 3.3 Sự cố ngắn mạch vòng dây

 Cuộn dây hở mạch (Open Circuited Winding)

Sự cố này xảy ra khi các đầu mối nối bị lỏng hay các cuộn dây bị cháy do

sự cố quá nhiệt

 Cuộn dây bị chùng (Winding Looseness)

Sự cố làm khoảng cách giữa các vòng dây tăng dần theo chiều dọc trục

của cuộn dây, do kết cấu cơ khí trong cuộn dây bị lỏng dần

 Từ dư (Residual Magnetization)

Từ dư trong lõi thép không phải là sự cố, cần phải phân biệt với sự cố lõi

thép để tránh nhầm lẫn trong quá trình chẩn đoán sự cố MBA dựa trên

FRA Từ dư xuất hiện khi trong lõi thép bị ảnh hưởng bởi các từ trường

trong lõi thép như thử nghiệm đo điện trở một chiều cuộn dây, thao tác

đóng cắt hoặc do ảnh hưởng của từ trường ngoài Vì vậy cần khử từ lõi

thép trước khi đo FRA

Để đánh giá tình trạng MBA dựa trên kết quả thử nghiệm đáp ứng tần số SFRA, có thể dựa trên các phương pháp sau:

3.1.1 Đánh giá dựa trên so sánh với đặc tuyến đáp ứng tần số mẫu

Sau khi thu được kết quả đo bằng SFRA thì kết quả này sẽ được so sánh với một bộ kết quả về đối tượng đo đã có từ trước để rút ra nhận xét đánh giá Việc so sánh có thể được tiến hành [1]:

 So sánh dữ liệu theo thời gian (Time-base): có thể thực hiện so sánh giữa kết quả thí nghiệm và số liệu xuất xưởng; giữa kết quả thí nghiệm và số liệu nghiệm thu; giữa kết quả thí nghiệm trên cùng một thiết bị trong quá khứ

Cả ba phương pháp so sánh trên được thực hiện trên cùng một MBA, vì vậy kết quả đánh giá nhận được có tính chính xác cao nhất trong các phương pháp so sánh, do nó thể hiện chính xác sự thay đổi của đặc tuyến đáp ứng tần số của MBA Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi sự theo dõi liên tục cao, dữ liệu phải đầy đủ từ khi xuất xưởng và trong quá trình vận hành Trong thực thế, dữ liệu thử nghiệm đáp ứng tần số có thể không đầy

đủ như mong muốn Đặc biệt như ở nước ta, việc thử nghiệm đáp ứng tần

số trên MBA mới được áp dụng trong thời gian gần đây, nên các dữ liệu quá khứ là hoàn toàn không có sẵn

 So sánh giữa các thiết bị cùng loại (Type-base): sử dụng dữ liệu của một MBA khác cùng loại với thiết bị cần đánh giá để làm cơ sở so sánh Phương pháp này giúp linh động hơn trong việc đánh giá đặc tuyến cho các MBA mà không có hay không còn các dữ liệu trong quá khứ của nó

để làm cơ sở so sánh đánh giá Tuy nhiên, vẫn có một sai số nhất định vì

dù các MBA cùng chủng loại cũng không có đặc tuyến FRA hoàn toàn giống với MBA cần đánh giá

 So sánh giữa các pha trên cùng thiết bị (Construction-base): so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha trên cùng thiết bị với nhau

Đây là phương pháp so sánh linh hoạt nhất và nhanh nhất vì dữ liệu so sánh sẵn có Tuy nhiên, đặc tuyến FRA giữa các pha không hoàn toàn giống nhau phụ thuộc vào nhà sản xuất như công nghệ chế tạo, thiết kế, sai số vật liệu, …

Hình 3.4Chẩn đoán sự cố MBA dựa trên đặc tuyến FRA

Hình 3.4 thể hiện các bước để đánh giá dữ liệu FRA bằng phương pháp so sánh Như vậy, việc đầu tiên trước khi thực hiện phép đo là phải xem xét cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc so sánh đánh giá kết quả Nếu phép đo này đã thực hiện trước

đó thì ta sử dụng phương pháp time-base Nếu chưa có bất cứ một kết quả FRA nào trước đó thì có thể sử dụng dữ liệu FRA từ một MBA cùng loại (type-based) Trong trường hợp này các đường con không hoàn toàn trùng khớp với nhau, tuy nhiên, các đường này có dạng tương đồng nhau thì cũng thể đánh giá tình trạng MBA tương đối tốt Cuối cùng, nếu như không có bất kỳ dữ liệu nào để đánh giá, thì ta tiến hành

đo cả 3 pha của MBA và so sánh với nhau

Tiêu chí đánh giá sự sai khác giữa 2 đặc tuyến được đề cập trong:

 Tiêu chuẩn IEEE PC57.149, IEEE Guide for the Application and Interpretation of Frequency Response Analysis for Oil Immersed Transformers, Tiêu chuẩn quốc tế IEEE, ban hành năm 2012 [6];

 Tiêu chuẩn DL/T 911, Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power Transformer, tiêu chuẩn Quốc gia Trung Quốc, ban hành năm 2005 [5]

Cụ thể hơn về tiêu chuẩn này sẽ được trình bày trong phần tiếp theo

3.1.2 Đánh giá dựa trên sự thay đổi thông số điện trong các mô hình tương

đương

Hình 3.5 Chẩn đoán sự cố MBA dựa trên sự thay đổi thông số mô phỏng MBA

Bên cạnh việc sử dụng đặc tuyến mẫu đo được từ thực nghiệm làm cơ sở so sánh đặc tuyến giữa các lần đo khác nhau, một giải pháp khác có thể được sử dụng

là mô hình hóa MBA bằng các mạch tương đương Bằng cách thay đổi các thông số của các phần tử trong mô hình tương đương, các biến dạng cơ học trong mạch từ và cuộn dây có thể được mô phỏng, tạo cơ sở cho việc chẩn đoán tình trạng MBA Các bước thực hiện thể hiện trong hình 3.5

Mô hình thông số tập trung và mô hình thông số phân bố được sử dụng để

mô phỏng đặc tuyến đáp ứng của MBA trong dải tần số thấp và trung bình [4] Để

áp dụng được phương pháp chẩn đoán này, bắt buộc phải xây dựng mô hình MBA

và xác định các thông số trong mô hình Cụ thể hơn về 2 mô hình MBA sẽ được trình bày trong chương tiếp theo

Mô hình MBA gồm các phần tử R, L, C tổ hợp với nhau Vì vậy mỗi sự cố

cơ đều làm thay đổi các thông số điện tương ứng Việc xác định thông số điện nào

bị tác động tương ứng với mỗi loại sự cố giúp việc đánh giá hư hỏng MBA chính xác hơn Vì vậy, căn cứ vào nhóm thông số điện bị thay đổi do sự cố, ta có thể đưa

ra kết luận về loại sự cố đã xảy ra Hình 3.6 thể hiện bốn vùng tần số và phần tử tương ứng ảnh hưởng của chủ yếu đến đặc tuyến đáp ứng tần số trong vùng đó

Hình 3.6 Ảnh hưởng của cấu trúc MBA dến đặc tuyến đáp ứng tần số [3]

Lõi thép

Tương tác giữa các cuộn dây Cấu trúc cuộn dây

Mạch

đo