Ứng dụng mạng nơ ron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực

Luận văn này là một nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho việc chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn của máy biến áp lực.. Phần nội dung của bản luận văn được trình bày gồm 4 chương: Chươ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON CHẨN ĐOÁN SỰ

CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC

Mã số: 23.04.3898

Học viên: BÙI ĐỨC CƯỜNG Người HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG

THÁI NGUYÊN - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn

khoa học của PGS TS Nguyễn Hữu Công Các kết quả tính toán, số liệu nêu

trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Tác giả luận văn

Bùi Đức Cường

Mục lục

CHƯƠNG I TÓM TẮT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN

ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC 12

1.1 Tổng quan về máy biến áp 12

1.2 Các thông số cơ bản của máy biến áp 12

1.3 Thí nghiệm truyền thống MBA 15

1.3.1 Kiểm tra tổng thể bên ngoài 15

1.3.2 Thí nghiệm không tải 15

1.3.3 Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA 17

1.3.4 Đo điện trở một chiều các cuộn dây 19

1.3.5 Kiểm tra tỷ số biến 21

1.3.6 Kiểm tra tổ nối dây 23

1.3.7 Thí nghiệm dầu cách điện 24

1.4 Kết luận 24

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA) 26

2.1 Tổng quan về chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trong MBA lực 26

2.1.1 Tầm quan trọng của việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực 26

2.1.2 Phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn 26

2.1.2.1 Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện 26

2.1.2.2 Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD 27

2.1.2.3 Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA) 29

2.1.2.4 Kết hợp DGA và phương pháp âm 31

2.2 Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA 31

2.2.1 Nghiên cứu các đặc tính sinh khí trong MBA lực 31

2.2.2 Các lỗi tiềm ẩn của MBA 33

2.2.3 Sự nghiên cứu và ứng dụng của các phương pháp tỉ lệ 34

2.2.4 Ứng dụng của phương pháp Rogers, khí chính 37

2.2.5 Các phương pháp chẩn đoán và trải nghiệm công nghiệp khác 39

2.2.5.1 Chẩn đoán rò rỉ 39

2.2.5.2 Chẩn đoán sự mủn giấy 39

2.3 Các quy tắc cơ bản trong chẩn đoán lỗi MBA 40

2.3.1 Các giả thiết 40

2.3.2 Nền tảng của các quy tắc – hướng dẫn IEC 41

2.3.3 Sự thể hiện và sửa đổi của các quy tắc hướng dẫn 42

2.3.4 Quy tắc chẩn đoán lỗi đặc biệt (đặc thù) 45

2.3.4.1 Chẩn đoán OH và OHO 46

2.3.4.2 Chẩn đoán trên cơ sở tỉ lệ CO/CO2 46

2.3.4.3 Các quy tắc chẩn đoán OHC và CD bổ sung 46

2.3.4.4 Chẩn đoán NR 46

2.4 Kết luận 46

CHƯƠNG III: MẠNG NƠRON KẾT HỢP DGA ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC 49

3.1 Các phương pháp trí tuệ nhân tạo cơ bản 49

3.2 Giới thiệu về mạng nơron 51

3.2.1 Não, nơron sinh học 52

3.2.2 Mạng nơron sinh học 54

3.2.3 Mạng nơron nhân tạo 56

3.2.3.1 Cấu trúc và mô hình một nơron nhân tạo 57

3.2.3.2 Một số mô hình cấu trúc của mạng nơron nhân tạo 61

3.2.3.3 Quá trình nghiên cứu và phát triển nơron nhân tạo 62

3.2.3.4 Mạng nơron nhân tạo nhiều lớp (MLP) truyền thẳng 64

3.2.4 Luyện mạng nơron 65

3.2.4.1 Các luật học cơ bản 66

3.2.4.2 Xấp xỉ mạng nơron 76

3.3 Tính chất kỹ thuật – Cơ chế của chẩn đoán trên cơ sở mạng nơron 77

3.4 Ứng dụng mạng nơron để chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA lực 78

3.5 Kết luận 81

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG MẠNG NƠRON TRONG CHUẨN ĐOÁN LỖI TIỀM ẨN MBA LỰC 82

4.1 Lựa chọn cấu trúc mạng tối ưu 82

4.2 Huấn luyện mạng nơron 82

4.2.1 Ứng dụng Neural Network Toolbox để luyện mạng Neural MLP 3 lớp 83

4.2.2 Chương trình lập trình theo thuật toán lan truyền ngược huấn luyện mạng nơron trong chẩn đoán sự cố theo công nghệ DGA 85

4.3 Các kết quả thực nghiệm về cấu trúc mạng 89

4.3.1 Cấu trúc mạng nơron 5–8–3 89

4.3.2 Cấu trúc mạng nơron 5–10–3 90

4.3.3 Cấu trúc mạng nơron 5–15–3 90

4.3.4 Cấu trúc mạng nơron 5–16–3 91

4.3.5 Kết luận 91

4.4 Kết quả chẩn đoán 91

4.4.1 Tập dữ liệu vào-ra 91

4.4.1.1 Quá trình luyện mạng 92

4.4.1.2 Kết quả chuẩn đoán 97

4.5 Kết luận 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

TÓM TẮT LUẬN VĂN 101

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Kết hợp mạng nơron nhân tạo và

hệ chuyên gia trong chuẩn đoán sự

cố máy biến áp MBA COC Combined Output Confidence kết hợp đầu ra tin cậy

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

AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo

ANN Artificial Nơron Network Nơron nhân tạo

LVQ Learning Vector Quantization

OHO OverHeating of Oil Quá nhiệt độ dầu

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

LEDA Low Energy discharge Phóng điện năng lƣợng thấp

HEDA High Energy Discharge Phóng điện năng lƣợng cao

CO2 Carbon dioxide

TDCG Total Dissolved Combustible

TCG Total Combustible Gases Tổng hợp 1 lƣợng khí hòa tan

TDHG Total Dissolved Hydrocarbon

DP Degree of Polymerization Mức độ hóa dầu

IR Insulation Resistance Cách điện kháng

IP Polarization Index Chỉ số phân cực “trong vật liệu

cách điện”

SFL oxidation stability Độ ổn định oxi hóa

Danh mục bảng biểu

Bảng 1 1 Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép 18

Bảng 1 2 Bảng quy đổi nhiệt độ 19

Bảng 1 3 Các tổ nối dây cuộn dây MBA 23

Bảng 1 4 Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA 24

Bảng 2 1 Sự tương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân 33

Bảng 2 2 Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ 34

Bảng 2 3 Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 35

Bảng 2 4 Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg 35

Bảng 2 5 Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers 36

Bảng 2 6 Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 36

Bảng 2 7 Chẩn đoán theo phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 37

Bảng 2 8 Các tiêu chuẩn chẩn đoán của phương pháp khí chính 38

Bảng 2 9 Tiêu chuẩn IEC 599 cải tiến 41

Bảng 2 10 Ý nghĩa của lỗi viết tắt trong Hình 2 2 và Hình 2 3 45

Bảng 3 1 Các hệ chuyên gia cho PTIFD 50

Bảng 3 2 Một số hàm f cơ bản thường được sử dụng 58

Bảng 3 3 Một số hàm H(s) thường được dùng trong nơron nhân tạo 60

Bảng 3.4 Một số hàm phi tuyến thường dùng trong các mô hình nơron 60

Bảng 4 1.Bảng các bộ dữ liệu đầu vào dùng cho luyện mạng 91

Bảng 4 2 Kết quả của các quá trình chẩn đoán 97

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha 15

Hình 1 2 Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb 16

Hình 1 3 Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac 16

Hình 1 4 Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab 16

Hình 1 5 Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện 18

Hình 1 6 Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe 20

Hình 1 7 Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha 22

Hình 1 8 Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha 22

Hình 1 9 Thí nghiệm ab nối tắt bc 22

Hình 1 10 Thí nghiệm bc nối tắt ac 22

Hình 1 11 Sơ đồ nguồn xung phía cao áp 23

Hình 2 1 Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi 32

Hình 2 2 Phân loại lỗi theo tiêu chuẩn IEC 599 43

Hình 2 3 Vùng phân loại của quy tắc cơ bản cuối cùng 44

Hình 2 4 Lưu đồ của quy trình chẩn đoán lỗi trên cơ sở nguyên tắc DGA 48

Hình 3 1.Cấu tạo của một nơron sinh học 52

Hình 3 2 Mạng nơron đơn giản gồm 2 nơron 55

Hình 3 3 Mô hình mạng nơron sinh học gồm 5 nơron 56

Hình 3 4 Nơron nhiều đầu vào 57

Hình 3 5 Mô hình một nơron nhân tạo nhiều đầu vào 59

Hình 3 6 Mạng nơron hai lớp truyền thẳng 64

Hình 3 7 Mạng MLP 70

Hình 3 8 Phương pháp tìm kiếm Emin theo hướng ngược gradient của E 70

Hình 3 9 Mạng MLP truyền thẳng 74

Hình 3 10 Ví dụ về nhiều bộ giá trị cho một lỗi “Hồ quang điện” 78

Hình 3 11 Sơ đồ cấu trúc của một mạng MLP 2 lớp ẩn 79

Hình 4 1 Minh hoạ thuật toán lan truyền ngược 87

Hình 4 2 Sơ đồ biểu diễn tương đương 87

Hình 4 3 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–8–3] 89

Hình 4 4 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–10–3] 90

Hình 4 5 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–15–3] 90

Hình 4 6 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–16–3] 91

Hình 4 7 Mô hình mạng nơron 92

Hình 4 8 Giao diện của quá trình huấn luyện mạng 93

Hình 4 9 Tiến trình luyện mạng 94

Hình 4 10 Kết quả luyện mạng 94

Hình 4 11 Trạng thái của quá trình luyện mạng 95

Hình 4 12 Mô hình của mạng nơron sau khi đã luyện mạng thành công 95

Hình 4 13 Các thành phần của mạng (a-e) 97

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật, nhiều công cụ tính toán thông minh hỗ trợ trong các hệ thống phần mềm chẩn đoán sự cố thiết bị Trong hệ thống lưới điện, máy biến áp (MBA) lực là thiết bị có chức năng thay đổi cấp điện áp phù hợp đối với yêu cầu cung cấp điện cụ thể của phụ tải, là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy độ tin cậy cung cấp điện của

nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống Trong quá trình vận hành, có nhiều lý do để MBA rơi vào trạng thái làm việc không bình thường hoặc thậm chí là gặp sự cố: như điều kiện thời tiết, mưa bão sấm sét, công suất của phụ tải, tuổi thọ của máy, … Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường kéo dài thì tuổi thọ của MBA sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm gián đoạn cung cấp điện Khi này, tuỳ theo tính chất của phụ tải mà thiệt hại so sự cố gây ra là rất lớn

Chính vì thế MBA cần được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ bằng các biện pháp khác nhau, ngay cả khi MBA đang vận hành (on-line) hay cắt điện (off-line)

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, tăng tuổi thọ cũng như giảm thiểu các thiệt hại về kinh tế do việc cắt MBA gây ra, đã có nhiều biện pháp thử nghiệm khi MBA đang mang điện Trong đó, phương pháp phân tích khí hoà tan (Dissolved Gas Analysis - DGA) rất hiệu quả trong việc chẩn đoán các trạng thái hư hỏng tiềm ẩn trong MBA Mặc dù vậy, độ chính xác của phương pháp DGA truyền thống cũng còn phụ thuộc vào kinh nghiệm của các chuyên gia và tiêu tốn thời gian trong quá trình chẩn đoán Việc phối hợp phương pháp DGA với phương pháp chẩn đoán thông minh có thể góp phần giảm thời gian và nâng cao độ chính xác của kết quả chẩn đoán MBA

Luận văn này là một nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho việc chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn của máy biến áp lực Các kỹ thuật AI bao gồm các mạng nơron nhân tạo (ANN hoặc ngắn gọn là mạng nơron - NN), các hệ chuyên gia, các hệ mờ và phương pháp hồi quy đa biến

Việc chẩn đoán lỗi được dựa trên cơ sở phân tích khí hoà tan trong dầu (DGA) Người ta đã chỉ ra rằng các phương pháp chẩn đoán lỗi thông thường như

các phương pháp tỉ lệ (Rogers, Dornenburg and IEC) và phương pháp khí chính, có

sự hạn chế nhất định như bài toán “không có sự quyết định” Rất nhiều kỹ thuật AI khác nhau có thể giải quyết các bài toán trên và cho thấy đó là giải pháp tốt hơn

Theo tiêu chuẩn IEC 599 và các thí nghiệm trong thực tiễn, một kết luận mang tính máy móc trên cơ sở kiến thức cơ bản để phát hiện lỗi cho MBA đã được pháp triển Bằng việc sử dụng các dữ liệu thống kê về lỗi của MBA từ một MBA công nghiệp tương ứng, một mô hình mạng nơron MLP đã được đánh giá là lựa chọn tốt nhất trong số các kiến trúc mạng nơron Các phương pháp logic mờ trên cơ

sở đánh giá điều kiện cách điện của biến áp dầu/giấy và ước lượng khoảng thời gian lấy mẫu dầu cũng như các đề xuất về bảo dưỡng cũng được đưa ra nghiên cứu và thực hiện một cách đầy đủ

Một vài phương pháp định vị lỗi tiềm ẩn trong MBA lực cũng đã được nghiên cứu tỉ mỉ, kết quả cho thấy mạng MLP là sự lựa chọn tốt nhất Nhiều phương pháp on-load tap changer (OLTC) coking diagnosis cũng đã được nghiên cứu tỉ mỉ và một mạng MLP dựa trên một modul mạng vẫn được coi là sự lựa chọn tốt nhất Phân tích hồi quy cũng được xem là một phương pháp tốt trong mạng nơron của quá trình chọn mẫu đầu vào Các kết quả trên có thể giúp phát triển chiến lược bảo dưỡng MBA lực được tốt hơn và đóng vai trò như một nền tảng cơ sở của

sự giám sát MBA bằng phương pháp DGA trực tuyến

Xuất phát từ các vấn đề trên, học viên lựa chọn đề tài “Ứng dụng mạng

nơron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực”

Phần nội dung của bản luận văn được trình bày gồm 4 chương:

Chương I: Tóm tắt về các phương pháp truyền thống chẩn đoán sự cố máy biến áp lực

Chương II: Phương pháp phân tích khí hoà tan trong dầu để chẩn đoán sự

cố máy tiềm ẩn MBA lực

Chương III: Mạng nơron kết hợp DGA để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến áp lực

Chương IV: Kết quả thực nghiệm sử dụng mạng nơron trong chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA lực

Kết luận và kiến nghị

Do trình độ và thời gian hạn chế, tôi rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Hữu Công và sự giúp đỡ của các thầy giáo

trong trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, khoa Điện tử – trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp và các đồng nghiệp Tôi cũng xin cảm ơn những bạn bè, người thân trong gia đình đã động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn như ngày hôm nay

CHƯƠNG I TÓM TẮT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN

ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC

1.1 Tổng quan về máy biến áp

Như ta đã biết điện năng là loại năng lượng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống, việc điện khí hoá công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác đòi hỏi phải có thiết bị khác nhau Việc truyền tải năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu dùng điện cần phải có đường dây tải điện và trạm biến áp Việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất cần thiết phải có các trạm biến áp tăng áp ở đầu nguồn và trạm biến áp giảm áp ở cuối đường dây cho phù hợp

với điện áp của phụ tải tiêu thụ Từ đó ta cũng thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm

vụ thay đổi cấp điện áp, hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là chuyển hoá năng lượng

Hiện nay ngành chế tạo máy biến áp của nước ta đã sản xuất được nhiều chủng loại máy biến áp khác nhau, trước khi đưa máy biến áp đưa vào vận hành đều phải thí nghiệm nghiệm thu, nhằm xác định chất lượng của máy biến áp thông qua các thông số kỹ thuật có phù hợp với nhà chế tạo Đặc biệt, trong quá trình vận hành các sự cố của máy biến áp có thể xảy ra gây những thiệt hại nghiêm trọng đến sản xuất của các hộ tiêu thụ Việc chẩn đoán sự cố của máy biến áp đến nay cũng có nhiều phương pháp, trong luận văn này tôi xin giới thiệu một số phương pháp tiêu biểu

1.2 Các thông số cơ bản của máy biến áp

Các thông số định mức được ghi trên các máy, các thông số khác được nhà chế tạo ghi trong lịch máy Cụ thể từng thông số như sau:

1 Công suất định mức

Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra từ phía thứ cấp của máy biến áp

S I

dm

S I

dm dm

dm

S I

U

2

2 3

dm dm

dm

S I

U

4 Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz

- Ký hiệu: fđm

- Đơn vị tính: Hz

5 Điện áp ngắn mạch của MBA

- Là điện áp đo đƣợc khi ngắn mạch một phía của cuộn dây sao cho dòng điện đạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta có: Ucao-hạ

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

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

6 Dòng điện không tải I 0 (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

7 Tổn hao không tải

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

8 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)

1.3 Thí nghiệm truyền thống MBA

Các hạng mục và trình tự tiến hành thí nghiệm máy biến áp như sau:

1.3.1 Kiểm tra tổng thể bên ngoài

- Sứ không bị sứt mẻ

- Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi mầu

- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ

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

1.3.2 Thí nghiệm không tải

Mục đích: xác định tình trạng cuộn dây và lõi thép 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

1 Sơ đồ thí nghiệm không tải ở chế độ định mức nguồn 3 pha

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha

2 Thí nghiệm bằng nguồn 1 pha điện áp thấp

Hình 1 2 Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb

Hình 1 3 Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac

Hình 1 4 Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab

Mục đích của việc nối tắt các pha không đo:

- Nối tắt các pha không đo để tránh sai số kết quả của phép đo

- Nếu kết qủa không bình thường ta phải khử từ

I0a = I0c; sai lệch không quá 5%

Thông thường I0a = I0c = (1.2  1.5)×I0b

Tổn hao không tải ở điện áp được tính:

U‟ - Điện áp thực tế khi đo không tải

P0dm - Tổn hao không tải khi tính đổi về điện áp định mức

n - Là hệ số gia công mạch từ (n = 1.9 đối với thép nóng; n = 1.8 đối với thép nguội)

Do kết cấu của mạch các từ trụ không bằng nhau; trụ giữa B ngắn; trụ A, C dài do đó tổn hao không tải trên các trụ không bằng nhau Tuy nhiên sai lệch vẫn nằm trong quy định Có thể P0ab = P0bc 5%

Nếu kết quả đo không bình thường ta cần tìm lý do như khử từ và tiến hành thí nghiệm tỷ số biến và đo trên điện trở một chiều để kết luận chính xác

1.3.3 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 R60” và R15” Giá trị R60” 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 dùng 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

Hình 1 5 Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện

Ta thực hiện phép đo:

Cao áp – Trung áp + Hạ áp + Vỏ

Trung áp – Cao áp + Hạ áp + Vỏ

Hạ áp – Cao áp + Trung áp + Vỏ

Cao áp + Trung áp + Hạ áp – Vỏ

- 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 = 60"

15"

R

R 1.3 Với t0

tại thời điểm đo t = (10-30) 0C

Trị số điện trở đo R60” không giảm quá 30% giá trị đo xuất xưởng hoặc hiệu

số đo lần trước quy về cùng nhiệt độ

Bảng 1 1 Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép

- 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

Dụng cụ đo:

- Cầu đo chuyên dùng P333T hoặc multi-ampe

- Có thể bằng phương pháp vôn–ampe với điều kiện đồng hồ có cấp chính xác

ít nhất 0.5

Ido  20%×Iđm MBA, nếu lớn hơn sẽ đốt nóng cuộn dây gây sai số kết quả đo

Hình 1 6 Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe

Cách thao tác:

- Đóng CD1, khi ổn định đóng thì CD2

- Cắt CD2 sau đó cắt CD1 để tránh dòng cảm ứng làm hỏng vôn mét

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



Trong đó:

Rt1: là điện trở đo được ở nhiệt độ t1

Rt2: là nhiệt độ đo được ở nhiệt độ t2

t1: nhiệt độ đo lần trước

t2: nhiệt độ đo lần sau

1.3.5 Kiểm tra tỷ số biến

Mục đích: 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

Các quy định khi đo và tính tỷ số biến:

- Hệ số biến là tỷ số điện áp dây của cuộn sơ và cuộn thứ cấp khi không tải

- MBA hai cuộn dây thì có một hệ số biến cao–hạ

- MBA ba cuộn dây có ba hệ số biến cao–hạ; cao–trung; trung–hạ

- Điện áp đưa vào đo tỷ số biến không được nhỏ hơn 1% điện áp định mức

- Khi đo tỷ số biến, cần nối tắt cuộn không đo lại để tránh sai số

- Tỷ số biến được phép 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%

Cách tính tỷ số biến:

- Khi thí nghiệm bằng nguồn 3 pha:

Các MBA ở tổ nối dây Y/Y; /; Y/; /Y Khi thí nghiệm bằng nguồn 3 pha thì theo quy định trên ta có:

1 2

U K

U

Với U1 là điện áp dây đo bên cao áp, U2 là điện áp dây đo bên hạ áp

- Khi thí nghiệm bằng nguồn điện áp 1 pha:

Biến áp nối Y/Y; / có:

1 2

U K

2

U

U K

Biến áp nối /Y có:

233

Hình 1 7 Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha

Hình 1 8 Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha

Hình 1 9 Thí nghiệm ab nối tắt bc

Hình 1 10 Thí nghiệm bc nối tắt ac

* Việc nối tắt đảm bảo nguyên tắc các pha không đo được nối tắt

1.3.6 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

Ký hiệu:

- Đầu dây cao áp ABC cuối là XYZ

- Đầu dây hạ áp abc cuối là xyz

Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành song song

Để xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không, ta

có thể dùng thiết bị chuyên dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phương pháp xung một chiều 3 trị số

Hình 1 11 Sơ đồ nguồn xung phía cao áp

1.3.7 Thí nghiệm dầu cách điện

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

Thí nghiệm dầu MBA: để đảm bảo vận hành an toàn của MBA ta phải kiểm tra chất lƣợng của dầu thông qua các hạng mục Đo điện áp phóng điện đánh thủng,

đo góc tổn hao điện môi ở 900C

Bảng 1 4 Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA

Hạng mục TN Udl (KV) Dầu mới trong máy Dầu đang vận hành

- 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

- Thí nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp

1.4 Kết luận

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 kéo 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 USD 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: phương pháp đáp ứng tần số, phân tích phổ

âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp DGA, …Trong đó đối tượng nghiên cứu ở đây tập trung vào phương pháp DGA, là phương pháp phổ biến và được sử dụng rộng rãi hiện nay

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU

ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA)

2.1 Tổng quan về chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trong MBA lực

2.1.1 Tầm quan trọng của việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực

Máy biến áp lực là một thiết bị chủ đạo trong hệ thống năng lượng Độ tin cậy của chúng không chỉ ảnh hưởng tới khả năng cung cấp năng lượng điện của các khu vực được cấp điện mà còn ảnh hưởng tới sự vận hành có tính kinh tế của một

hộ tiêu thụ nào đó (ví dụ như các lò luyện, dây truyền sản xuất, … trong các nhà máy) Ví dụ, một lỗi của MBA phân phối có thể làm cho hàng nghìn hộ tiêu thụ mất điện Và một lỗi của MBA tăng thế trong lưới phát năng lượng có thể là nguyên nhân gây ra ngắt điện của các khu vực liền kề trong lưới đó

Với một sự gây thiếu điện năng một cách ngẫu nhiên từ một MBA lực cũng

có thể tính đến hàng triệu USD, chưa kể đến các chi phí liên quan tới việc sửa chữa và thay thế thiết bị Do các khuyến khích về phát triển kinh tế, các kiểm định mang tính ngăn ngừa và giám sát trực tuyến được thực hiện nhằm mục đích thu được lợi nhuận từ việc dự báo các điều kiện lỗi tiềm ẩn và kế hoạch cắt giảm điện bảo dưỡng và thay thế MBA

2.1.2 Phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn

Mối quan tâm chính về các lỗi tiềm ẩn của MBA lực là sự suy giảm phẩm chất của hệ thống cách điện Điều này có thể dẫn đến vấn đề là hệ thống cách điện

sẽ bị đánh thủng bởi xung dòng điện (các lực điện động trên cuộn dây) hay quá điện áp Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA là gắn liền với việc đánh giá các điều kiện cách điện của các vật liệu cách điện trong MBA

2.1.2.1 Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện

Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện chủ yếu muốn nói tới các kiểm tra off-line định kỳ, bao gồm việc đo điện trở cách điện (IR), hệ số tổn hao chất điện

môi (DLF), sự phân cực hoá bề mặt (IP) có sử dụng IR bất thường và tần số phân tán của điện dung, hệ số xoay (TP), điện trở cuộn dây, điện trở cọc tiếp địa (CGR) và một số kiểm tra khác Các kiểm tra trên được ứng dụng cho toàn bộ MBA và đó là sự đo đạc chính với điều kiện cách điện Chúng có thể cho thấy một số vấn đề về tình trạng MBA nhưng có thể không tìm được lỗi tiềm ẩn Các kiểm tra khác về giấy hay mẫu bìa cách điện được lấy từ MBA Những kiểm tra trên bao gồm việc đo đạc độ polyme hoá (DP) và sức căng (TS) Một số phương pháp mới có liên quan như việc phân tích mầu sắc của dầu cách điện, đo đạc phổ phân cực bề mặt ISP nhờ

sử dụng điện áp phản hồi (RV) và các kỹ thuật hoá phân tích cũng được sử dụng với cùng mục đích Các kỹ thuật kiểm tra mà phải can thiệp vào bên trong MBA là không thuận lợi bởi vì quá trình lấy mẫu có thể gây nguy hiểm cho tình trạng nguyên vẹn của hệ thống cách điện, nhưng cũng có thể là cần thiết với những MBA

đã quá cũ

Các phương pháp kiểm định tối ưu nhất cho việc đánh giá sự cách điện của MBA lực là các dạng on-line (trực tuyến), bao gồm việc giám sát phóng điện một phần (PD - partial discharge) và phân tích độ hoà tan khí trong dầu (DGA - dissolved gas-in-oil analysis) Các kiểm định trực tuyến này cũng là các phương pháp chính trong chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn

2.1.2.2 Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD

PD được tạo ra bởi các tình trạng lỗi có liên quan tới độ ẩm, các lỗ hổng trong các chất cách điện đặc, các phần tử kim loại và các bong bóng khí Thậm chí

có thể gây ra phá hỏng chất điện môi Một sự gia tăng đáng kể mức PD và trong hệ

số gia tăng của hoạt động PD có thể cho biết một dấu hiệu sớm về một lỗi tiềm ẩn

Các phương pháp giám sát PD trực tuyến thường rơi vào hai dạng: Phương pháp điện và phương pháp âm Theo như cách sử dụng cảm biến, cả hai dạng trên lại được phân vào hai dạng nhỏ hơn: giám sát không xâm nhập và giám sát xâm nhập (xâm nhập ở đây chỉ đến sự can thiệp vào bên trong MBA) Việc giám sát

không xâm nhập sử dụng các cảm biến được gắn ở bên ngoài MBA như là mắc thêm tụ, các biến dòng tần số cao, đồng hồ gia tốc kiểu áp lực, …

Điều kiện xâm nhập phải đặt các cảm biến PD vào trong MBA do vậy sự can thiệp này sẽ gây ra nguy hiểm tới các bộ phận trong MBA và tốn kém hơn Vì các

lý do an toàn, người ta thường sử dụng các cảm biến sợi quang hơn so với các loại cảm biến khác khi giám sát PD kiểu xâm nhập

Trong việc giám sát PD dạng điện, dòng điện xung PD thường được đo trực tiếp thông qua một mạch điện dung hoặc một máy biến dòng tần số cao (HFCT - high frequency current transformer) Các tụ nối có thể là một tụ tách điện áp cao của PD-free được đặt cạnh tải đầu ra của MBA hoặc sự dụng các tụ lót một cách tực tiếp Vấn đề chính với việc giám sát PD dạng điện là sự xuất hiện tượng giao thoa Giải quyết điều này có thể bao gồm các thuật toán rất phức tạp và không phải lúc nào cũng giải quyết được trong các ứng dụng thực tiễn

Giám sát PD âm đã được tập trung nghiên cứu trong cả lĩnh vực học thuật và thực tiễn trong công nghiệp qua nhiều năm Động lực thúc đẩy cho hướng nghiên cứu này là lợi ích có thể nhận được thông qua các PD chính xác cục bộ Đã có rất nhiều các nghiên cứu trên lý thuyết về các nguyên lý PD cục bộ và một số hệ thống

đã được phát triển với mục đích này Các ứng dụng đã chỉ ra cho thấy vẫn có các nguyên nhân gây khó khăn cho việc giải thích của các kết quả và chúng yêu cầu phải được nghiên cứu đầy đủ ý nghĩa hơn

Ví dụ: Vận tốc âm bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ dầu, khí và nước chứa trong dầu, tần số sóng mang của tín hiệu âm Việc sử dụng một giá trị hằng số trong bài toán của hàm PD cục bộ có thể cho kết quả rất sơ lược Một vấn đề lớn đối với giám sát PD là kết quả Hiện tại chưa có các quy luật chung nào

có thể tương quan về trạng thái của biến áp với các hoạt động của PD hoặc thậm chí việc phân lớp các hoạt động của PD một cách rõ ràng cũng chưa có Việc chỉ sử dụng một tham số là một giá trị giới hạn mức PD mang tính kinh nghiệm Dường như có thể chấp nhận được đối với giá trị này vì nó không được chỉ ra trong bất cứ tiêu chuẩn nhà nước nào

2.1.2.3 Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA)

Một kỹ thuật mang tính thành công hơn trong việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trực tuyến là phân tích độ hoà tan khí trong dầu (DGA) Phân tích khí hoà tan trong dầu của máy biến áp là nhằm mục đích sớm phát hiện ra sự quá nhiệt cục bộ, sự phóng điện ở mức độ thấp Sự phát triển các quá trình này sẽ dẫn đến sự cố Sự cố phát triển trong thời kỳ này không phát hiện được bằng rơle ga Một lượng nhỏ các khí hình thành liên tục thông qua quá trình phân huỷ nhỏ trong dầu hoặc trong cách điện cứng Để phân tích khí hoà tan trong dầu máy biến áp sử dụng hệ thống máy phân tích gọi là TOGAS (Transformer Oil Gas Analysis System) Từ kết quả phân tích khí hoà tan trong dầu máy biến áp ta có thể chuẩn đoán được các dạng hư hỏng của máy biến áp (theo IEC 599) Việc phân tích DGA khi không cần phải ngắt nguồn điện MBA hay còn gọi là phương pháp “online” hay trực tuyến Loại phân tích này bao gồm DGA thông thường, đó là dựa trên cơ sở việc lấy mẫu dầu định kỳ và kỹ thuật hiện đại của việc giám sát khí trực tuyến

DGA thông thường đã được thực hiện trong một số năm và đã đạt được những thành công to lớn so với các kỹ thuật khác Lý do chính của thành công này là quá trình lấy mẫu và phân tích mẫu là đơn giản và rẻ tiền, dễ dàng chuẩn hoá Rất nhiều thực nghiệm đã được tiến hành từ quá trình này và nhiều tiêu chuẩn DGA đã được thiết lập: IEC 599, IEC 599R, C57.104, … Các khí được chuẩn hoá chủ yếu

đã được xác định là hydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), acetylene (C2H2), CO và CO2

Tuy nhiên có một vấn đề quan trọng trong các phương pháp DGA thông thường đó là mức độ tin cậy vào kết quả Khi các MBA khác nhau về kích thước, cấu trúc, nhà sản xuất, chế độ tải và lịch sử bảo dưỡng cũng có thể có các đặc tính khí khác biệt, chúng cần phải được xem xét một cách riêng biệt trong hầu hết các trường hợp Do vậy DGA thường được coi là “kinh nghiệm” chứ không phải là khoa học

Việc giám sát khí trong dầu trực tuyến đã sớm xuất hiện ngay sau khi kỹ thuật DGA được công bố Rất nhiều nghiên cứu thời kỳ đầu và các sản phẩm mang

tính thương mại sau này cũng được công bố Một số các giám sát chỉ tập trung vào

H2 trong khi một số khác thì tập trung vào nhiều loại khí khác nữa Một lợi ích của giám sát trực tuyến là việc đo lường liên tục một hoặc nhiều loại khí do vậy bất cứ những thông tin cần thiết nào cho việc giám sát lỗi tiềm ẩn cũng có thể dễ dàng thu nhận được

Các vấn đề liên quan tới những sự giám sát này là sự chọn lựa và tính bền vững của các màng lọc phần tử khí, phạm vi đo lường và tính chất cách điện Tính chọn lựa thể hiện ở những kỹ năng lọc cho phép các loại khí nhất định xuyên qua và ngăn cản các khí còn lại Khả năng lựa chọn kém sẽ cho độ chính xác đo lường thấp hơn Các màng lọc không bền sẽ bị phá hỏng nhanh hơn, đặc biệt là dưới các điều kiện làm việc có nhiệt độ thay đổi lớn như giữa mùa hè và mùa đông thậm chí là giữa ngày và đêm Thông tin tại các điểm giám sát là các đại lượng không điện, trong khi các đầu đọc của thiết bị đo lại chứa đựng các mạch điện Các mạch này thực chất là các mạch chuyển đổi và thường có đặc tính chuyển đổi là tuyến tính hoặc phi tuyến Độ chính xác của máy đo còn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, của môi trường làm việc

Nói chung phạm vi đo lường và khả năng cách điện của thiết bị giám sát trực tuyến đôi khi còn sai lệch so với các kiểm định thực nghiệm bằng phương pháp khác Với các bộ giám sát thế hệ mới, khoảng cách này đang được thu hẹp Trong mọi lý do, bộ giám sát trực tuyến được sử dụng như một công cụ kiểm tra để xác định ban đầu các lỗi bất thường có thể có Việc chẩn đoán lỗi một cách chi tiết sau

đó đã chuyển sang DGA thông thường

Việc Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron vào việc chẩn đoán thông minh là một yêu cầu quan trọng cho việc giám sát trực tuyến Tuy nhiên, các vấn đề này vẫn chỉ là những nghiên cứu ban đầu, vì chưa có máy móc nào đủ thông minh để thay thế hoàn toàn cho công việc của chuyên gia

2.1.2.4 Kết hợp DGA và phương pháp âm

Sự kết hợp sử dụng DGA và các phương pháp âm thường dẫn đến sự chuẩn hoá thành công và xác định các lỗi của PD Quá trình này được dùng để nhận diện lỗi PD, trước hết người ta sử dụng DGA, sau đó tìm vị trí của PD bằng cách sử dụng phương pháp âm

2.2 Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA

Trong phần này, các kỹ thuật cơ sở của DGA cho việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn của MBA lực được đề cập Trước hết, chúng ta sẽ xem lại các nghiên cứu cơ chế phân huỷ của dầu và xenlulo và khám phá về mối quan hệ cân bằng nhiệt động học giữa lỗi nhiệt độ với tỉ lệ tạo khí Sau đó chúng ta sẽ nghiên cứu về các phương pháp DGA thông thường, bao gồm các phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính và các thực nghiệm trong thực tiễn với việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trên cơ sở DGA Cuối phần này chúng ta sẽ thảo luận về các nghiên cứu gần đây của việc chẩn đoán bằng hệ thông minh nhân tạo và sự phát triển của kỹ thuật DGA trong tương lai

2.2.1 Nghiên cứu các đặc tính sinh khí trong MBA lực

Các nghiên cứu về cơ chế sinh khí của giấy/dầu dưới tác động của nhiệt hay điện có thể tìm thấy trong các nghiên cứu từ những năm 1930 Sự đánh thủng cũng được nghiên cứu bởi Hastead [4] Một nghiên cứu tương tự về sau cũng được thực hiện, đặc biệt là sự suy giảm phẩm chất của giấy

Trước Hastead, người ta đã nhận thấy rằng dưới tác dụng của điện và nhiệt, phần tử hydro–cacbon của khoáng dầu có thể bị phân huỷ thành dạng hydrogen và các mảnh H–C, các mảnh này có thể kết hợp với nhau để tạo ra các khí như hydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), acetylene (C2H2),

… người ta cũng tìm 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 Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tất cả các hydro-cacbon là

bị phân li vào trong dầu một cách hoàn toàn Theo 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 2 1 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 như: H2 được tạo ra tại nhiệt độ thấp và số lượng của nó gia tăng một cách ổn định trong khi đó C2H2được tạo ra tại nhiệt độ rất cao (~ 10000C) và cũng gia tăng về số lượng một cách

ổn định

Hình 2 1 Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi

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 (IEC 599) Ta

có thể đo được sự có mặt của chúng khi gia tăng nhiệt một cách đột ngột qua một ngưỡng, khoảng 140 0C – 150 0C 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 kéo 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

2.2.2 Các lỗi tiềm ẩn của MBA

Các lỗi tiềm ẩn của MBA lực có thể được phân loại thành các dạng chính sau: hồ quang điện, vầng quang điện, quá nhiệt của xenlulo, quá nhiệt của dầu

Những lỗi này có thể do một hoặc nhiều nguyên nhân được chỉ ra trong Bảng 2 1 Bảng 2 1 Sự tương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân

Xiết ống nối ko chặt, đầu

Nước tự do hoặc độ ẩm

quá giới hạn trong dầu x

Mảnh kim loại nhỏ nổi

Việc phân loại này là tương đối tùy theo tiêu chuẩn cụ thể Ví dụ: công ty Doble Engineering sử dụng một hệ thống phân loại khác

Theo như Bảng 2 1, một loại lỗi có thể do nhiều nguyên nhân Điều này làm

cho việc phân vùng lỗi trở nên rất khó khăn Do đó, khi vận hành thực tế thường chỉ

sử dụng DGA để chẩn đoán lỗi ban đầu chứ chưa phải là kết luận cuối cùng Các kiểm tra khác và thậm chí việc mở MBA có thể là cần thiết để khoanh vùng lỗi và tìm nguyên nhân một cách chính xác hơn

Tuy nhiên, việc chẩn đoán lỗi bằng DGA là đủ tốt để cung cấp thông tin cho lịch trình bảo dưỡng và đóng vai trò như một chiến lược bảo dưỡng mang tính ngăn ngừa Với mục đích này, DGA đã trở thành công cụ then chốt cho việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn của MBA lực Nó bao gồm rất nhiều những nghiên cứu thành công trong

3 lĩnh vực chính: phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính và các phương pháp thông minh nhân tạo cơ bản

2.2.3 Sự nghiên cứu và ứng dụng của các phương pháp tỉ lệ

Các phương pháp tỉ lệ sử dụng tỉ lệ khí hoà tan là cơ sở chính của việc chẩn

đoán lỗi 5 hệ số tỉ lệ mang tính truyền thống được sử dụng như Bảng 2 2:

bằng cách sử dụng 4 hệ số tỉ lệ cho 6 khí, 6 chất khí đó là: H2, CH4, CO, C2H2, C2H4

và C2H6 4 hệ số tỉ lệ và các giá trị chẩn đoán của chúng được chỉ ra trên Bảng 2 3

Các phương pháp thường là chưa đủ để kết luận ngay và phải trải qua nhiều lần kiểm tra trước khi đi tới kết luận cuối cùng

Các giá trị nhận được của L1 được ghi lại như trong Bảng 2 4

Bảng 2 4 Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg

L1 Giới

Theo như mô hình nhiệt động lực học của Hastead, phương pháp tỉ lệ Rogers

đã được đề xuất năm 1973 và được cải tiến năm 1975, rồi cải tiến tiếp một lần nữa vào năm 1977 Qua thực tế và trong công nghiệp, các kiểm định trong phòng thí nghiệm và các hoạt động đánh giá mang tính lý thuyết, phương pháp này đã được chỉnh sửa thành tiêu chuẩn IEC

Phương pháp tỉ lệ Rogers nguyên bản đã sử dụng Bảng 2 5 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 như trong Bảng 2 6 và Bảng 2 7

Các phương pháp sơ bộ này sử dụng bốn bộ tỉ lệ, tỉ lệ C2H6/CH4 chỉ thể hiện một phạm vi nhiệt độ giới hạn của sự phân huỷ xenlulo 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 Xem phụ lục 1 trong [4] để biết mô tả chi tiết của chuẩn IEC 599/1978

Bảng 2 5 Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers

CH4/H2 C2H6/CH4 C2H4/C2H6 C2H2/C2H4 Chẩn đoán

Nếu CH4/H2  0.1 → phóng điện từng phần, hoặc biến chất thông thường

dòng tuần hoàn

theo năng lượng

thủng hoặc phóng điện tàn dư Một cải tiến của chuẩn IEC 599 đã được đưa ra năm 1996 (IEC 599/2) Nó đã trở nên hoàn hảo vào thời gian này

Phương pháp tỉ lệ Rogers và chuẩn IEC 599 đã được phát triển thông dụng trong công nghiệp Tuy nhiên trong một số trường hợp, nó không đưa ra được kết luận cuối cùng

Bảng 2 6 Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến

(R1) 0.1 – 1.0 0

C2H6/CH4(R4)

C2H4/C2H6(R5)

C2H2/C2H4(R2)

1 0 2 0 Dòng vòng lõi và thùng chứa, quá nhiệt

khớp nối

0 0 1 hoặc 2 1 hoặc 2 Hồ quang và dòng ngắn mạch

0 0 2 2 Đánh lửa liên tục với điện thế thả nổi

5 0 0 1 hoặc 2 Phóng điện từng phần có kiểm tra

2.2.4 Ứng dụng của phương pháp Rogers, khí chính

Sự nghiên cứu về phương pháp khí chính được bắt đầu tại các phòng thí nghiệm ở Doble và đã có những kết luận ban đầu vào năm 1973 và được đề xuất

vào năm 1974 Năm 1978, một sự so sánh giữa phương pháp khí chính và phương pháp tỉ lệ Rogers đã được trình bày tại các hội nghị thường niên ở Doble Người ta nhận thấy rằng các phương pháp tỉ lệ được áp đặt cho việc sử dụng với MBA loại

dự phòng, còn phương pháp khí chính được sử dụng chủ yếu cho các MBA kín hoặc có bọc khí Griffin đã đưa ra một kết luận mở rộng về phương pháp khí chính, các phương pháp tỉ lệ và các ứng dụng có liên quan

Phương pháp khí chính là việc xác định khí chính cho mỗi loại lỗi và sử dụng phần trăm của khí này đề chẩn đoán lỗi, nó giải thích và làm rõ các kết quả DGA trên cơ sở các bộ mẫu trong thực tế Ví dụ: PD chuyên sâu ở mức thấp hay quá trình vầng quang điện chủ yếu là do H2 cùng với một số lượng lớn khác khí Hydro–cacbon Do đó, phương pháp khí chính cho PD hay vầng quang điện là H2 Mặt khác PD hay vầng quang điện có thể phân biệt được nếu hàm lượng phần trăm của H2 là lớn trong một mẫu dầu Trên cơ sở các nghiên cứu ban đầu của Di Pugh

và tiêu chuẩn IEEE C57.104 như Bảng 2 8 đã tổng kết các tiêu chuẩn chẩn đoán

của phương pháp khí chính Hàm lượng phần trăm của chất khí được dựa trên tổng

số các chất khí hoà tan dễ bắt lửa (TDCG) và là một con số xấp xỉ

Bảng 2 8 Các tiêu chuẩn chẩn đoán của phương pháp khí chính

Hồ quang Acetylene

(C2H2)

1 lượng lớn H2 và C2H2 và có thể bao gồm 1 lượng nhỏ CH4 và C2H4

lượng lớn H2, một chút CH4, một lượng nhỏ C2H6 và C2H4 CO à

lượng lớn C2H4, một lượng C2H6 ít hơn, có thể có CH4 và H2

C2H4: 63%

C2H6: 20% Quá nhiệt

cellulose

Carbon monoxide (CO)

lượng lớn CO và CO2 Có thể có

2.2.5 Các phương pháp chẩn đoán và trải nghiệm công nghiệp khác

Bên cạnh các phương pháp DGA trên, có một số lượng lớn các kiến thức về chẩn đoán và kinh nghiệm trong thực tế Dưới đây là 2 ví dụ

2.2.5.1 Chẩn đoán rò rỉ

Với các MBA có hệ thống bảo quản dầu trong túi khí nitrogen (N2), sự rò rỉ

có thể sửa chữa được vì oxygen (O2) là một trong số các chất hoạt hoá chủ yếu của dầu và của sự oxy hoá xenlulo Sự có mặt của O2 nếu lớn hơn 5% tổng số các chất thì sẽ được xét như là sự rỏ rỉ miếng đệm Khi hàm lượng O2 và N2 lớn hơn tổng các chất khí khác mặc dù đôi khi tỉ số N2/O2 nhỏ hơn nhiều so với 5% thì cũng có thể có

sự rò rỉ, có thể kết luận rằng có sự rò rỉ trong quá trình lấy mẫu và kiểm tra Nếu khả năng này không xảy ra thì sự rò rỉ của hệ thống chứa dầu là chắc chắn có

2.2.5.2 Chẩn đoán sự mủn giấy

Chẩn đoán suy giản phẩm chất giấy là một phần cốt yếu để đánh giá điều kiện cách điện của MBA Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng tỉ lệ CO và CO2 Tỉ lệ CO/CO2 nằm từ 3 – 10 là phạm vi thông thường chấp nhận được Quy tắc này xuất phát từ IEC 599 và MacD80 Với phạm vi “thông thường” ở đây được đề xuất là 3<CO2/CO<11 và 0.07<CO/CO2<0.3

Khi có sự quá nhiệt độ cao của xenlulo (ví dụ dưới các điều kiện hồ quang),

tỉ lệ CO/CO2 là 1:1 vì hồ quang tạo ra CO rất nhanh chóng Ngược lại nếu vấn đề làm mát không đạt yêu cầu hoặc MBA quá tải thì CO2 sẽ tăng nhanh hơn CO và do vậy tỉ số CO/CO2 sẽ nằm trong phạm vi 1:20 – 1:10

Vào đầu những năm 1990, các chẩn đoán phân huỷ xenlulo trên cơ sở

“furan” đã trở nên được đặc biệt ưa chuộng với rất nhiều nhà nghiên cứu Furan là

một từ viết tắt của một hợp chất furanic Có 5 loại furanic thông dụng được tìm thấy

là 5-hydroxymethyl-furfural (HMF), furfuryl alcohol hoặc furfurol (FOL), furfural hoặc 2-furfuraldehyde hoặc 2-furaldehyde (FAL), 5-methyl-2-furfural (MF)

2-và 2-acetyl furan (AF) Một lượng lớn hợp chất furanic có thể được tạo ra từ các chất giấy (xenlulo) khi nhiệt độ vượt quá 120 0C Khi được tạo ra chúng có thể tồn

tại rất lâu trong một lượng dầu lớn của MBA và dó đó thuận tiện cho việc chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn

FAL là một sản phẩm phụ furanic chủ yếu của sự phân huỷ xenlulo và đã được chỉ ra là có độ ổn định lớn hơn so với các hợp chất furanic khác Nó là một biểu hiện rõ ràng của sự phân huỷ giấy trong MBA lực Một số nguyên lý đã được thiết lập cho việc chẩn đoán, phát hiện chất furan và sẽ được trình bày sau

2.3 Các quy tắc cơ bản trong chẩn đoán lỗi MBA

Trong phần trước, quá trình phát triển của chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA lực

đã được nhìn nhận lại và xác định các vấn đề chưa giải quyết được Từ phần này, ta

sẽ bắt đầu nghiên cứu các phương pháp trí tuệ nhân tạo để có thể giải quyết các vấn

đề trên Trong phần này, ta sẽ thảo luận những vấn đề có thể để khắc phục được bài toán “không quyết định” vẫn còn tồn tại trong các phương pháp tỉ lệ

3 Các chất khí trong dầu MBA là phân bố đồng đều Nói cách khác, điều kiện lỗi ở đây cũng giống như đối với các mẫu khí trong dầu đã lấy

Giả thiết đầu tiên rất là rất dễ xác định Giả thiết thứ hai cũng dễ dàng để xác định theo một số các thông báo và hướng dẫn thí nghiệm Nhưng giả thiết thứ ba thì không phải luôn luôn là rõ ràng vì không ai biết một cách chính xác điều gì đã xảy

ra trong thùng chứa dầu Một số bước có thể được tiến hành để nó gần hơn với thực

tế Một bước là tăng tốc bơm tuần hoàn dầu trong vài ngày trước khi lấy mẫu dầu,