Chẩn đoán lỗi trong máy biến áp phân phối bằng phương pháp phân tích khí hòa tan (tt)

Với những bất cập đang tồn tại về máy biến áp phân phối, đề tài này xin đề xuất giải pháp chẩn đoán sớm lỗi máy biến áp phân phối, giảm thiểu sự cố xảy ra với máy biến áp phân phối, tăng

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2020

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LÊ HÕA

Phản biện 1: TS NGUYỄN KIM ÁNH Phản biện 2: TS VŨ PHAN HUẤN

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ Ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa họp tại Trường Đại

học Bách khoa vào ngày 19 tháng 12 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu và truyền thông – Đại học Bách khoa - ĐHĐN

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

sự cố không mong muốn, gián đoạn việc cung cấp điện

Với những bất cập đang tồn tại về máy biến áp phân phối, đề tài này xin đề xuất giải pháp chẩn đoán sớm lỗi máy biến áp phân phối, giảm thiểu sự cố xảy ra với máy biến áp phân phối, tăng cường công tác quản lý vận hành máy biến áp phân phối, giảm thiểu thiệt hại về kinh tế, nâng cao tuổi thọ của máy biến áp phân phối, nâng cao hiệu quả hoạt động truyền tải điện của trạm biến áp phân phối

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu tổng quan về máy biến áp phân phối

Nghiên cứu phân tích các trường hợp hư hỏng, sự cố (gọi là lỗi) đặc trưng của máy biến áp phân phối tại Công ty Điện lực Gia Lai

Đề xuất phương pháp chẩn đoán lỗi cho máy biến áp phân phối

3 Giả thiết nghiên cứu

Chưa có qui định cụ thể về công tác quản lý vận hành các trạm biến

áp phân phối có những yêu cầu nghiêm ngặt về cung cấp điện như: Cấp điện cho các cơ quan quan trọng (Bệnh viện, Cơ quan Công an, Quân đội .), các nhà máy sản xuất giá trị cao (các hàng hoá xuất khẩu)… Không thể dự đoán được tình trạng “sức khỏe” của máy biến áp phân phối đang vận hành để có kế hoạch theo dõi Sự cố, hư hỏng máy biến áp phân phối xảy ra ngoài tầm kiểm soát của đơn vị quản lý vận hành Có nhiều trường hợp vừa thí nghiệm định kỳ xong máy biến áp phân phối, đưa vào vận hành trong thời gian ngắn đã xảy ra hư hỏng, sự cố Chưa áp dụng các phương pháp chuẩn đoán

tiên tiến đã được áp dụng trong thực tế trong vấn đề xác định sớm hư hỏng sự cố máy biến áp cho máy biến áp phân phối

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Là các máy biến áp phân phối hiện đang được

Điện lực Pleiku quản lý vận hành cung cấp điện

Phạm vi nghiên cứu: Là toàn bộ khu vực thành phố Pleiku (do Điện lực Pleiku quản lý, vận hành), tỉnh Gia Lai

5 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập thông tin về tình hình thực tế cung cấp điện tại thành phố Pleiku, yêu cầu về cung cấp điện tại thành phố Pleiku, nhu cầu về sử dụng điện tại thành phố Pleiku thông qua các số liệu về quản lý vận hành lưới điện tại thành phố Pleiku Thu thập thông tin về thực tế quản lý vận hành máy biến áp phân phối tại Điện lực Pleiku - Công

ty Điện lực Gia Lai Lấy mẫu dầu từ các máy biến áp phân phối bị hư hỏng sự cố đi thí nghiệm phân tích khối lượng khí hòa tan trong mẫu dầu Lấy một số biên bản đã được thí nghiệm phân tích khí hòa tan trong thực tế, từng bước xây dựng cơ sở dữ liệu về hư hỏng, sự cố

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đưa ra hình thức quản lý vận hành máy biến áp hiệu quả hơn, nắm được tình trạng “sức khỏe” của máy biến áp, từ đó có kế hoạch kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa trước khi để xảy ra hư hỏng, sự

cố, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng máy biến áp phân phối, nâng cao tuổi thọ máy biến áp phân phối qua việc xây dựng phương pháp giám sát, bảo dưỡng Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Giảm thiểu các sự cố mất điện không mong muốn, giảm thiểu thiệt hại Đề xuất phương pháp kiểm tra, quản lý vận hành máy biến áp phân phối bổ sung phương pháp chẩn đoán sớm lỗi máy biến áp phân phối trong các công tác thí nghiệm định kỳ hiện hành tại Điện lực thành phố Pleiku và Công ty Điện lực tỉnh Gia Lai Đề xuất các hãng sản xuất cải tiến sản phẩm để phù hợp với thực tế, nâng cao chất lượng sản

phẩm, giảm thiểu các sự cố do lỗi sản xuất gây ra Góp phần giảm thiểu thiệt hại, phát triển kinh tế - xã hội

7 Cấu trúc luận văn

Chương 1: Tổng quan về máy biến áp phân phối

Chương 2: Các dạng hư hỏng phổ biến trong máy biến áp phân phối tại điện lực Pleiku – Công ty điện lực Gia Lai

Chương 3: Các phương pháp chuẩn đoán lỗi máy biến áp

Chương 4: Chuẩn đoán máy biến áp phân phối ở điện lực Pleiku bằng phương pháp phân tích khí hòa tan

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 1.1.Vai trò của MBA phân phối trong hệ thống điện

Để truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ cần phải có

hệ thống lưới điện, trong đó trạm biến áp đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền tải

Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối được mô tả như hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối

1.2 Ảnh hưởng của MBA trong việc cung cấp điện

Được đánh giá dựa trên tiêu chí độ tin cậy cung cấp điện

1.4 Ảnh hưởng của việc ngừng cung cấp điện khi xảy ra sự cố

Gián đoạn việc cung cấp điện cho một nhà máy, một khu vực dân cư, một tổ chức, một cơ quan… ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của nghành, ảnh hưởng đến sinh hoạt sản xuất của các phụ tải, ảnh hưởng đến công tác điều hành hoạt động của bộ máy chính quyền địa phương, ảnh hưởng đến an ninh chính trị, phát triển kinh tế - xã hội Với xã hội công nghệ phát triển, thì mất điện gây ra nhiều thiệt hại còn lớn hơn, nhất là trong việc điều khiển tự động …

CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG HƯ HỎNG PHỔ BIẾN TRONG MBA PHÂN PHỐI TẠI ĐIỆN LỰC PLEIKU

– CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI

2.1 Tổng quan MBA phân phối tại đơn vị

Điện lực T.P Pleiku – C.ty Điện lực Gia Lai đang quản lý vận hành 462/2971 máy biến áp phân phối, chiếm 16% số máy biến áp phân phối toàn Công ty Trong đó MBA vận hành trên 15 năm chiếm 9%, MBA vận hành từ 10 – 15 năm chiếm 46% còn lại là MBA vận hành dưới 10 năm

2.2 Cấu tạo của MBA phân phối

Cấu tạo của máy biến áp phân phối: So với máy biến áp truyền tải, máy biến áp phân phối có cấu tạo tương đối đơn giản:

+ Làm mát bằng dầu và không khí tự nhiên

+ Không có bộ điều áp dưới tải

+ Không có rơ le hơi để bảo vệ máy biến áp

Cơ bản, máy biến áp phân phối cấu tạo gồm:

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 ÷ 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép

Dây quấn MBA là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra Dây quấn msy biến áp thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây,

giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện

Thùng máy biến áp: Trong thùng máy biến áp đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên Nhờ sự đối lưu trong dầu và truyền nhiệt từ các

bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh

Bộ chuyển nấc phân áp có tác dụng chuyển nấc phân áp để điều chỉnh điện áp phía hạ áp, các máy biến áp phân phối đều có bộ chuyển nấc ở phía cao áp, khi chuyển nấc phân áp phải cắt điện máy biến áp để chuyển nấc

2.3 Công tác vận hành và quản lý MBA phân phối tại đơn vị

2.3.1 Công tác kiểm tra định kỳ ngày

Đối với MBA có công suất từ 1000kVA trở lên kiểm tra 15 ngày/lần Các TBA có tải từ 80% hoặc có công suất 1000kVA > Sđm ≥ 250kVA: 1 tháng/1 lần Các TBA còn lại: 3 tháng/1 lần

2.3.2 Công tác kiểm tra định kỳ đêm

Khoảng 3 tháng/lần vào giờ cao điểm tối (17h – 20h)

2.3.3 Công tác kiểm tra bất thường

Kiểm tra trước và sau khi có lụt bão, trước các dịp lễ Tết Kiểm tra 1 ngày/1 lần đối với MBA vận hành quá tải

2.3.4 Kiểm tra sự cố

Thực hiện ngay sau khi xảy ra sự cố, xác định nguyên nhân gây ra sự

cố và khắc phục kịp thời

2.3.5 Kiểm tra thí nghiệm

Thực hiện thí nghiệm do Công ty/Điện lực quyết định, thực hiện thí nghiệm đối với thiết bị có nghi ngờ không đảm bảo tiêu chuẩn vận

hành

2.3.6 Kiểm tra tổng thể

Định kỳ 6 tháng cán bộ kỹ thuật kiểm tra tất cả các trạm biến áp đã phát hiện tồn tại nhưng chưa xử lý

2.3.7 Các nội dung công tác kiểm tra định kỳ TBA phân phối

Kiểm tra tiếng kêu, bề mặt cách điện, vỏ MBA, mức dầu trong bình dầu phụ, tình trạng phát nhiệt các đầu cực, hệ thống nối đất, màu sắc của các hạt hút ẩm trong bình thở, các thông số vận hành,…

2.3.8 Công tác bảo dưỡng MBA phân phối

Bảo dưỡng trạm biến áp do Công ty Điện lực/Điện lực quyết định dựa trên kết quả kiểm tra và tình trạng vận hành

2.3.9 Công tác thí nghiệm định kỳ TBA phân phối

Đối với tất cả các máy biến áp, tùy theo khối lượng công việc thực hiện, công tác sửa chữa được chia ra các cấp như sau:

Tiểu tu: Tu sửa chữa máy biến áp có cắt điện nhưng không tháo dầu

và không mở ruột máy

Đại tu định kỳ: Rút vỏ máy hoặc rút ruột máy ra khỏi vỏ Kiểm tra sửa chữa toàn diện máy Có thể bao gồm cả sấy máy

Đại tu phục hồi: Tùy theo tình trạng cuộn dây có thể thay thế hoàn toàn quấn lại một phần hay sửa chữa cục bộ Cũng có thể bao gồm sửa chữa lõi tôn, phục hồi cách điện các lá tôn

2.4 Nhận xét công tác quản lý vận hành MBA phân phối

Quá trình kiểm tra định kỳ cho phép xác định sơ bộ tình trạng vận hành và đánh giá sơ bộ tình trạng bên ngoài của máy biến áp, để đánh giá bên trong máy biến áp phải tiến hành thí nghiệm định kỳ máy biến áp

2.5 Các dạng hƣ hỏng điển hình của MBA phân phối

Hư hỏng về tính năng kỹ thuật, thiết kế / chế tạo kém hiệu quả

Hư hỏng do quá trình lắp đặt / vận hành

Hư hỏng do các điều kiện vận hành bất lợi

Hư hỏng do quá trình lão hoá

Hư hỏng do quá trình phát nhiệt tại các điểm tiếp xúc của máy biến

áp

2.6 Sự cố các MBA phân phối tại Công ty Điện lực Gia Lai

Các MBA có độ già hóa cách điện qua quá trình vận hành

Các gioăng cao su tại các vị trí sứ, mặt bích MBA bị lão hóa, không còn đàn hồi, nứt, gãy

Có hiện tượng phát nhiệt tại các đầu cực hạ thế MBA trong quá trình vận hành

Có nước thẩm thấu vào trong máy biến áp, làm giảm cách điện các cuộn dây, lão hóa cách điện, gây phóng điện trong các cuộn dây và gây sự cố, hư hỏng máy biến áp

2.7 Nhận xét đánh giá nguyên nhân của các hƣ hỏng trên

Qui trình vận hành máy biến áp phân phối đòi hỏi phải có kiểm tra định kỳ và thí nghiệm định kỳ, dẫn đến tiêu tốn khối lượng nhân công và các chí phí đi kèm

Các trường hợp kiểm tra định kỳ chỉ kiểm tra được bên ngoài máy biến áp và các thông số dòng điện, điện áp, phán đoán sơ bộ tình trạng vận hành Các lỗi trong quá trình kiểm tra được phát hiện chủ yếu thông qua kinh nghiệm vận hành

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐOÁN LỖI MBA

3.1 Các phương pháp phát hiện và chuẩn đoán lỗi trong MBA

3.1.1 Phương pháp đo đáp ứng điện môi [13]

Giúp xác định hàm lượng ẩm trong cellulose, độ dẫn điện của dầu hoặc ảnh hưởng của các sản phẩm dẫn điện sinh ra trong quá trình lão hóa bên trong một máy biến áp lực Gồm 2 phương pháp : phương pháp dòng phân cực và khử phân cực PDC, phương pháp phổ miền tần số FDS

3.1.2 Phương pháp đo phóng điện cục bộ (PD)[13]

Một phép đo PD có thể phát hiện các khiếm khuyết trong cách điện (ví dụ các vết nứt, các tạp chất) gây ra bởi quá trình sản xuất không hoàn thiện hoặc áp lực tăng cao trong cách điện do thiết kế kém Loại phóng điện cục bộ cũng như vị trí của chúng có thể đưa lại thông tin quan trọng về hư hỏng Mạch đo PD theo tiêu chuẩn IEC

3.1.4 Phương pháp phân tích khí hòa tan trong dầu MBA [14]

Khi dầu hoặc giấy cách điện bị quá tải trong điều kiện nhiệt độ cao, kết hợp với phụ tải lớn hoặc xảy ra hư hỏng trong điều kiện hoạt động của máy biến áp, nó sẽ bị phá vỡ và tạo ra một loạt các sản phẩm phụ và các khí Chúng được gọi chung là khí chuẩn đoán Do vậy việc thí nghiệm phân tích hàm lượng khí trong dầu cách điện sẽ giúp người quản lý vận hành chẩn đoán sớm tình trạng vận hành của máy biến áp

3.2 Tổng quan về phương pháp phân tích khí hòa tan

3.2.1 Phương pháp phân tích NTT Flagpoint [5]

Phương pháp NTT Flagpoint đặt các giới hạn ngưỡng riêng biệt của các khí phát sinh trong dầu máy biến áp dược mô tả như bảng 3.2

CO 500 ppm 1.000 ppm Quá nhiệt nghiêm trọng

CO2 10.000 ppm 15.000 ppm Quá nhiệt nghiêm trọng

3.2.2 Phương pháp phân tích tổng khí dễ cháy được hòa tan [4]

Phương pháp tổng khí dễ cháy được hòa tan cho phép người sử dụng xác định rõ trạng thái của máy biến áp dựa trên sự gia tăng số lượng các khí trong một khoảng thời gian xác định, khoảng thời gian lấy mẫu hoặc các ngưỡng giới hạn sự tập trung khác nhau của các khí dễ cháy Giới hạn sự tập trung các khí chính hòa tan được mô tả như bảng 3.3

Bảng 3.3 Tổng khí dễ cháy hòa tan [4]

Giới hạn sự tập trung các khí chính hòa tan (ppm: point per milion) Trạng

thái H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO TKC Trạng

thái 1 100 120 1 50 65 350 686

thái 3

701-1.800

1.000

571-thái 4 >1.800 >1000 >35 >200 >150 >1.400 >4.585

Trạng thái 1: TKC thấp hơn mức này chỉ ra máy biến áp vận hành an toàn Trạng thái 2: TKC trong khoảng này chỉ ra tổng hàm lượng khí cháy cao hơn mức bình thường Trạng thái 3: TKC trong khoảng này, chỉ ra có sự phân hủy lớn vật liệu cách điện (giấy và dầu hoặc cả hai)

Trạng thái 4: TKC trong khoảng này chỉ ra có sự phân hủy trầm trọng vật liệu cách điện (giấy và dầu hoặc cả hai) Tiếp tục vận hành

có thể hư hỏng máy biến áp

3.2.3 Phương pháp phân tích xử lý theo tỉ số Roger [4]

Phương pháp tỷ lệ khí phổ biến nhất là phương pháp tỷ lệ Rogers [4], phân biệt nhiều nhiệt hơn các dạng lỗi so với phương pháp tỷ lệ Dornenberg [3] Phương pháp Rogers phân tích bốn tỷ lệ khí: CH4 / H2, C2H6 / CH4, C2H4 / C2H6 và C2H2 / C2H4 Các lỗi được chẩn đoán thông qua một sơ đồ mã hóa đơn giản dựa trên trên phạm vi tỷ

lệ

3.3 Quy trình lấy mẫu dầu [2]

Dầu được lấy thông qua công tác thí nghiệm định kỳ hoặc có thể lấy trực tiếp, khi máy biến áp đang vận hành

CHƯƠNG IV: CHUẨN ĐOÁN LỖI MBA PHÂN PHỐI Ở ĐIỆN LỰC PLEIKU BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HÕA

TAN 4.1 Quy trình thực nghiệm lấy mẫu dầu MBA

Ngoài ra, tác giả còn lấy dữ liệu từ các biên bản thí nghiệm phân tích khí hoà tan trong dầu từ các máy biến áp lực tại nhà máy thuỷ điện Khe Diên, nhà máy thuỷ điện Ya Ly số 1, nhà máy thuỷ điện Ya Ly

số 2 để làm cơ sở cho việc chẩn đoán lỗi trong máy biến áp

4.2 Kiểm tra MBA bằng máy sắc ký thí

4.2.1 Thiết bị

Tại khu vực Tây Nguyên, hiện chỉ có duy nhất tại Công ty Thủy điện

Ya Ly là có thiết bị sắc ký khí, phân tách các khí có trong dầu máy biến áp Với các mẫu đã lấy ở trên đã được chuyển đến Công ty thủy điện Ya Ly để thực hiện phân tách các khí trong mẫu dầu

Hình 4 1 Tổng thể máy sắc ký khí tại Công ty thủy điện Ya Ly