Để nâng cao độ chính xác của việc phân tích khí hòa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu chuẩn IEC 60599

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Ứng dụng logic mờ để nâng cao độ chính xác của việc phân tích khí hòa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu chuẩn IEC-60599” này thực hiện hai vấn đề

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BIẾN ÁP LỰC THEO TIÊU CHUẨN IEC-60599

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

Gia Lai, ngày 30 tháng 11 năm 2020

Nguyễn Thanh Thảo

CHƯƠNG 2 – KHẢO SÁT LỖI CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC 3

2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA 5

CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA

VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG MẪU DẦU

17

3.3 Đặc tính lý hóa và quá trình phân hủy khi hoạt động của MBA dưới

tác dụng của nhiệt và điện

4.3 Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng 28 4.4 Mô hình mờ cho đối tượng, mô hình Mamdani và mô hình Sugeno 29

CHƯƠNG 5 - ỨNG DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LOGIC MỜ

CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN

ÁP LỰC

43

5.2 Xây dựng logic mờ dựa trên nền tảng tiêu chuẩn IEC 60599 45

5.2.1 Giới thiệu logic thông minh và ưu điểm của logic mờ 45

TRONG DẦU MÁY BIẾN ÁP LỰC THEO TIÊU CHUẨN IEC-60599

Học viên: Nguyễn Thanh Thảo; Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa

Mã số: 8520216, Khóa: K37.TĐH.KT- Trường Đại học Bách khoa- ĐHĐN

Tóm tắt:

Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống truyền dẫn và phân phối điện năng Đối với phụ tải công nghiệp, máy biến áp nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy của toàn bộ hệ thống cung cấp điện Khi hoạt động với các môi trường vận hành khác nhau, đặc tính phụ tải và chế độ bảo dưỡng khác nhau sẽ dẫn đến những cơ chế suy thoái và hỏng hóc của máy cũng sẽ khác nhau Do đó chúng phải được giám sát, kiểm soát, chẩn đoán lỗi và đề xuất các giải pháp phòng ngừa cần thiết

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Ứng dụng logic mờ để nâng cao độ chính xác của việc phân tích khí hòa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu chuẩn IEC-60599” này thực hiện hai vấn đề: (i) Khảo sát lỗi để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ của nó, trên tất cả các cấu tử bên trong và bên ngoài máy biến áp, sự tác động của lỗi đến các phần tử khác; (ii) ứng dụng logic

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

với máy biến áp lực thông qua phân tích mẫu dầu Từ khóa – lỗi máy biến áp;

DGA máy biến áp, chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến áp lực, bảo dưỡng RCM, logic mờ

FUZZY LOGIC APPLICATION IN DGA TO DIAGNOSIS OF POWER

TRANSFORMER BASE ON IEC 60599 Abstract Transformer is a importation equipment in electrical power

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

This thesis is about fuzzy logic application in DGA to diagnosis of power transformer base on IEC 60599 Fault tree analysis is an important method of fault diagnosis of power transformer It is a special logical causal diagram, and it analysis from the whole to the local level like a inverted tree The main purpose

to construct fault tree of power transformer is analysis the proportion of each part step by step by expression such as event code and logic gate symbols And then the technology or management tools can be put forward to management fault hidden troubles

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

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

faults on fuzzy; Fuzzy Logic Application in DGA Methods; fault free analysis ;

fuzzy logic; Ratio methods

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Giải thích

Tiếng Anh Tiếng Việt

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

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

LEDA Low Energy discharge Phóng điện năng lượng thấp HEDA High Energy Discharge Phóng điện năng lượng cao

TDCG Total Dissolved Combustible Gases Tổng hợp các lượng khí hòa tan TCG Total Combustible Gases Tổng hợp 1 lượng khí hòa tan

trong dầu

TDHG Total Dissolved Hydrocarbon Gases Tổng hợp lượng khí

Hydrocarbon L1 Critical gas-in-oil levels for

abnormal screening

Lượng khí trong dầu nằm ngoài giới hạn quy định

DP Degree of Polymerization Mức độ hóa dầu

IR Insulation Resistance Cách điện kháng

Viết tắt Giải thích

Tiếng Anh Tiếng Việt

IP Polarization Index Chỉ số phân cực “trong vật liệu

cách điện”

Bảng 5.1 Mã R1, R2, R3 dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 45

Bảng 5.3 So sánh kết quả các phương pháp chẩn đoán lỗi MBA

theo Tiêu chuẩn IEC-60599 và Logic mờ 12 qui tắc 54

Bảng 5.4 Tiêu chuẩn khí hoà tan trong dầu (Quyết định số 1387/QĐ-EVNNPT ngày 10.06.2015 của Tổng công ty

truyền tải điện Việt Nam (EVNNPT))

55

Bảng 5.5 Bảng 5.4 Tiêu chuẩn tỉ lệ khí hoà tan trong dầu (Quyết định số 1387/QĐ-EVNNPT ngày 10.06.2015 của Tổng

công ty truyền tải điện Việt Nam (EVNNPT))

56

DANH MỤC HÌNH VẼ

Ký hiệu Tên hình Trang

Hình 2.2 Lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành 9

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

Hình 3.3 Sự sinh khí trong dầu khi nhiệt độ thay đổi 21 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phát

Hình 5.1 Lưu đồ phân chẩn đoán theo phương pháp IEC 60599 44

Hình 5.5 Cửa sổ thiết kế FIS từ lệnh fuzzy từ Matlab 50 Hình 5.6 Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào ra trên Matlab 51

Ký hiệu Tên hình Trang

Hình 5.11 Đồ thị chẩn đoán lỗi MBA theo tiêu chuẩn IEC-60599 và

Logic mờ 12 qui tắc

55

Hình 5.12 Đồ thị chẩn đoán lỗi MBA theo Quyết định số

1387/QĐ-EVNNPT ngày 10.06.2015 và Logic mờ 12 qui tắc

56 Hình 5.13 Trích biên bản thí nghiệm khí trong dầu cách điện MBA 58 Hình 5.14 Kết quả chẩn đoán với các bộ logic mờ và tiêu chuẩn IEC-

Hình 5.15 Kết quả chẩn đoán của bộ logic mờ 12 qui tắc 60

Do đó, chiến lược bảo dưỡng phòng ngừa cho MBA lực dựa trên tình trạng hay dựa trên những thông tin dự báo để cải thiện độ tin cậy và tính sẵn sàng của hệ thống hiện được quan tâm một cách đặc biệt ở hầu hết các nhà máy

Trên lưới điện lực Việt Nam, trong thời gian vận hành vừa qua, việc bảo dưỡng thuần túy hoàn toàn dựa kinh nghiệm và theo khuyến cáo của nhà sản xuất Chúng ta biết rằng, cơ chế suy thoái, lỗi, hư hỏng của một thiết bị có tính chất ngẫu nhiên Do đó, các quyết định bảo trì chỉ dựa theo kinh nghiệm hoặc theo thời gian sử dụng là mù mờ, có thể dẫn đến những lãng phí do: thay sớm một thiết bị, hoặc những hỏng hóc đột ngột dẫn đến dừng hệ thống trong một thời gian dài (do không kịp chuẩn bị phụ tùng thay thế)

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

là rất cần thiết

Xuất phát từ thực tế này, trong luận văn này thực hiện hai vấn đề: (i) khảo sát tất cả các lỗi của máy biến áp lực, cơ chế hình thành cũng như các dấu hiệu của nó, (ii) phân tích mẫu dầu để đánh giá tình trạng và phân loại lỗi có thể xảy

ra đối với MBA lực Đây là một phần việc quan trọng trong công tác bảo trì bảo dưỡng thường xuyên máy biến áp lực trên lưới điện Việt Nam

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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

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

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và nghiên cứu tổng quan về lỗi có thể có để xác định lỗi;

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

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

1.3 Mục đích nghiên cứu

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

- Xác định lỗi cho MBA lực để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ xảy ra một lỗi nào đó trên tất cả các phần tử bên trong và bên ngoài MBA

- Ứng dụng logic mờ trong việc chẩn đoán sớm sự cố MBA lực với độ chính xác cao nhằm ứng dụng vào việc chuẩn bị công tác hậu cần và bảo trì thường xuyên của đơn vị quản lý

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm kiếm các công việc đã được thực hiện dựa vào tất cả các nguồn tài nguyên có thể có như sách, luận văn, luận án và các bài báo đã được công bố để:

- Nghiên cứu xác định lỗi của MBA lực;

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

- Nghiên cứu đặc tính hóa lý của dầu cách điện MBA, cơ chế hoạt động, sự phân hủy trong quá trình làm việc cũng như các ứng dụng trong việc chẩn đoán;

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

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

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Với vai trò là thiết bị cực kỳ quan trọng nên máy biến áp phải được chẩn đoán định kỳ và bảo dưỡng thường xuyên nhằm duy trì độ tin cậy và khả năng cung cấp điện liên tục Trong đó có hai vấn đề lớn cần phải được nghiên cứu và

đề xuất hướng giải quyết càng sớm càng tốt đó là:

- Xác định lỗi MBA lực nhằm mục đích xác định và đánh giá sự tác động lẫn nhau của các phần tử cấu thành MBA lực đến quá trình hình thành lỗi Điều này cho phép bộ phận bảo trì phân tích và phân loại lỗi đến từ nguyên nhân nào

và cuối cùng là chuẩn bị vật tư thay thế, xây dựng kế hoạch can thiệp hợp lý

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

phép thực hiện trực tiếp (online) không cần cắt điện Đồng thời, phương pháp

này cũng cho chúng ta chẩn đoán được nhiều lỗi mà các phương pháp khác không có được [17]

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

Thông thường, việc chẩn đoán lỗi của MBA bằng phương pháp DGA được

áp dụng thuần túy dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 [6,7,8] Điều này nổi lên vấn

đề là những mẫu dầu chứa đựng thông tin của vài nguyên nhân sự cố cùng một lúc, mẫu dầu có giá trị phân tích nằm ngoài các biên giới hạn thì tiêu chuẩn IEC chưa đưa ra được kết luận Chính vì vậy, công việc thứ hai của luận văn này là tập trung nghiên cứu để đề xuất cải tiến thuật toán chẩn đoán lỗi dựa trên việc phân tích mẫu dầu Mục đích cuối cùng là để ứng dụng vào công tác bảo trì, nâng cao độ tin cậy và cải thiện hơn nữa hiệu quả sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng./

và các lỗi ở mức độ thành phần và được biểu diễn như một cây thư mục Quan

hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mảng của thiết bị; giữa các lỗi cơ bản và lỗi hệ thống Phương pháp biểu diễn dạng cây rất hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống công nghiệp [18]

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

xử lý nhanh sự cố ngay khi lỗi mới xuất hiện

2.2 Cơ sở kỹ thuật

Lỗi của MBA được khảo sát dựa trên các cơ sở sau:

- Cấu tạo MBA;

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

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

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

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

b Những hư hỏng có thể xảy ra đối với thành phần đó?

c Những hậu quả có thể xảy ra khi hư hỏng này xuất hiện là gì?

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

tư, dụng cụ thay thế

2.2.1 Cấu tạo MBA

MBA được cấu tạo từ các thành phần cơ bản như trong Hình 2.1, bao gồm

2 phần chính là lõi từ và cuộn dây Ngoài ra còn các cấu tử như sứ cách điện, biến dòng điện, các đầu nối, bộ phận chuyển nấc phân áp, cách điện rắn, cách điện lỏng (dầu làm mát và dầu cách điện), vỏ máy, cánh tản nhiệt, bình dầu phụ, đồng hồ hiển thị nhiệt độ cuộn dây, đồng hồ hiển thị nhiệt độ dầu, rơ le áp suất,

rơ le hơi, chỉ thị mức dầu

- Lõi từ: chức năng chính từ là dẫn từ;

- Cuộn dây: Chức năng chính là dẫn dòng điện;

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

DUT-LRCCHình 2.1 Cấu tạo MBA

2.2.2 Các thông số kỹ thuật

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

- Công suất định mức: Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra

từ phía thứ cấp của máy biến áp, Ký hiệu 𝑈đ𝑚 và đơn vị tính: kVA (hay VA)

- Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp: Là những dòng điện của dây quấn

sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức

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

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

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

 Ký hiệu: Pn,

 Đơn vị tính: W (hay kW)

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

2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA

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

a) Kiểm tra tổng thể bên ngoài

Kiểm tra tổng thể bên ngoài là công việc đơn giản nhất nhằm phát hiện các lỗi có thể quan sát được bằng mắt thường Các hỏng hóc có thể phát hiện là:

- Sứ không bị sứt mẻ;

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

- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ;

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

- Hệ thống tiếp địa tốt;

- Vỏ máy không bị rỉ, biến dạng

b) Thí nghiệm không tải

Mục đích là để xác định tình trạng cuộn dây và lõi 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

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

Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thông qua trị số của điện trở đo được tại 60 giây (R60’) và 15 giây (R15’) Giá trị điện trở phải đáp ứng được với cấp điện áp mà nó làm việc Giá trị điện trở cách điện yêu cầu phụ thuộc vào thông số của nhà chế tạo:

- Với thiết bị 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

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

- Hệ số hấp thụ: Kht = R60’/R15’ , K>=1.3

d) Đo điện trở một chiều các cuộn dây

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

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

- Quá trình thực hiện phép đo được tiến hành ở tất cả các cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp và ở các nhánh của cuộn dây, ở tất cả các pha

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

- Kết quả đo cho ta biết được các đầu phân nhánh đưa ra có đúng hay không

- Trị số điện trở một chiều sau khi đo được so sánh với lý lịch nhà máy và

so sánh giữa các pha với nhau trong cùng một nấc không được lệch quá 2% Khi

đo ở nhiệt độ khác với lần đo trước và khác với số hiệu chỉnh của nhà máy ta phải quy đổi về cùng nhiệt độ

e) Kiểm tra tỷ số biến áp

Mục đích là để xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả các nấc phân

áp Kết hợp với các chỉ tiêu khác xác định chạm chập vòng dây Xác định điện

áp cuộn cao áp và cuộn hạ áp Điện áp đưa vào đo tỷ số biến không được nhỏ hơn 1% điện áp định mức Tỷ số biến được 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%

f) Kiểm tra tổ nối dây

Tổ nối dây là góc lệch pha giữa điện áp dây (hoặc điện áp pha) cuộn dây bên cao áp so với điện áp dây (điện áp pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành song song Ngoài xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không,

việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ máy biến

áp

g) Thí nghiệm dầu cách điện

Nhiệm vụ của dầu trong MBA là cách điện và làm mát Thí nghiệm dầu MBA để đảm bảo vận hành an toàn, chất lượng của dầu thông qua các hạng mục thí nghiệm, phân tích dầu Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao điện môi ở 900C

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

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

i) Quét đáp ứng tần số

Phép đo tổng thể để đánh giá sự nguyên vẹn cơ khí của cuộn dây, mạch từ, gông từ của MBA và các thay đổi điện dung, điện kháng bên trong MBA Đo đáp ứng tần số quét (lấy dấu vân tay) cho tất cả các MBA để đánh giá tình trạng

cơ khí bên trong MBA, đo khi có ngắn mạch gần MBA hoặc sau khi nghi ngờ có chấn động cơ khí đến MBA

j) Đo phóng điện cục bộ

Dùng phương pháp sóng âm theo IEEE C57.127 và phương pháp điện theo IEC 60270 nhằm phát hiện tần suất và mật độ phóng điện cục bộ, định vị vị trí điểm phóng điện cục bộ, đo khi có DGA nghiêm trọng, hoặc sau một bất thường trong MBA (ngắn mạch gần, relay so lệch tác động) Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là nhiễu và trong môi trường công nghiệp thì nhiễu rất lớn ảnh hưởng từ các quá trình công nghệ

k) Kiểm tra nhiệt độ

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

m) Thí nghiệm độ ẩm trong cách điện cứng

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

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

Phép đo thực hiện để xác định tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch ở tần số định mức và dòng điện định mức Đây là hạng mục thí nghiệm bắt buộc sau lắp mới và đại tu Trong quá trình vận hành, chỉ thí nghiệm khi máy biến áp

chịu dòng ngắn mạch quá 70% dòng điện tính toán Giá trị cho phép không vượt quá 5% so với ghía trị ghi trên nhãn máy tại nấc chính

p) Thí nghiệm các thiết bị phụ trợ

Phần trên đây là giới thiệu một số phương pháp cơ bản trong chẩn đoán sự

cố MBA lực, ngoài ra còn phải kể đến một số thí nghiệm các thiết bị phụ trợ máy biến áp như:

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

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

- Thí nghiệm máy biến dòng lắp sẵn ở máy biến áp

- Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến áp

MBA lực là một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, vì độ tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống Trong khi đó, MBA dễ rơi vào các trạng thái không bình thường, đặc biệt là các MBA có tuổi đời từ 15 năm trở lên Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường 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: phân tích phổ âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp DGA

Các phép thí nghiệm truyền thống cho chúng ta thấy rằng lỗi của máy biến

áp đến từ tất cả các phần tử cấu tạo nên máy biến áp Cụ thể là cuộn dây và lõi thép (mục b, mục c và mục e, f), bộ chuyển nấc phân áp (mục d), sứ cách điện các phụ kiện bên ngoài (mục a), hệ thống làm mát và vỏ máy, roăng làm kín (mục a)

2.3 Khảo sát lỗi cho MBA lực

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

Hình 2.2 Lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành Lỗi máy biến áp tổng quát là hàm logic hoặc của bảy phần tử chính, hoặc bất kỳ trong số các phần tử đó bị hư hỏng dẫn đến làm sự cố máy biến áp

Hình 2.3 Lỗi của lõi từ

2.3.2 Cuộn dây

Chức năng chính là dẫn dòng điện, đó là những vòng dây hoặc thanh dẫn quấn quanh trụ, gông từ, chịu tác động của nhiệt độ khi dẫn dòng và lực điện động khi ngắn mạch Hư hỏng của cuộn dây là do hỏng vật liệu và do hỏng cách điện rắn Lỗi cuộn dây được mô tả như hình 2.4

Hình 2.4 Lỗi cuộn dây

2.3.3 Vỏ máy

Vỏ máy hay còn gọi là bình chứa MBA, là bộ phận chứa các phần như gông từ, cuộn dây, dầu làm mát, biến dòng điện, biến điện áp, các đầu cực chuyển đổi nấc phân áp, các phần phụ kiện cảm biến nhiệt độ, đồng hồ, sứ đỡ, cánh tản nhiệt, bình dầu phụ, van phòng nổ,v.v…Lỗi theo chức năng của vỏ máy

là rò rỉ dầu, hỏng vỏ máy, các dự kiện dẫn đến là do hỏng cơ khí hoặc lỗi vật liệu Trong đó do va đập cơ khí chiếm phần lớn như biến dạng do vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi lắp đặt, quá trình lắp đặt, nâng hạ, các vật rắn va đập, hoặc

do trong quá trình vận hành, máy biến áp bị phóng điện, ngắn mạch mạch, quá dòng do sét lan truyền dẫn đến quá điện áp từ bên trong Hỏng vỏ máy do vật liệu phải kể đến môi trường làm việc có nhiều tạp chất Axit bám bề mặt gây rỉ, vật liệu chế tạo các roăng làm kín không phù hợp gây rò rỉ dầu, hoặc roăng làm

kín bị già hóa theo thời gian cũng gây rò rỉ dầu máy biến áp Lỗi vỏ máy biến áp được mô tả như hình 2.5

Hình 2.5 Lỗi vỏ máy biến áp

2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn

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

đến sự cố Dầu cách điện, vừa làm mát cho MBA vừa cách điện cho các phần mang điện với đất Lỗi theo chức năng, nguyên nhân theo hình thành như hình 2.7

Hình 2.6 Lỗi cách điện rắn

2.3.4 Hệ thống làm mát và dầu cách điện

Hệ thống làm mát bao gồm cánh tản nhiệt, dầu cách điện, quạt cưỡng bức, động cơ kéo quạt, hệ thống điều khiển quạt cưỡng bức Lỗi hệ thống làm mát tức

là chức năng giải nhiệt cho máy biến áp không như thiết kế Quạt, hoặc động cơ

bị hỏng, hệ thống điều khiển không hoạt động, dầu cách điện không đối lưu để dẫn và tản nhiệt, dầu cách điện không cách điện, dầu bị già hóa, chứa nhiều tạp

chất, nước, cánh tản nhiệt bị bụi bẩn làm cho nhiệt độ không tản đi, cánh tản nhiệt chứa nhiều khuyết tật, móp méo, không kín, rò rỉ dầu Lỗi của hệ thống làm mát và dầu cách điện được mô tả như hình 2.8

Hình 2.7 Lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện

2.3.5 Sứ cách điện

Chức năng sứ là cách điện giữa phần mang điện và phần vỏ, để đưa ty sứ xuyên qua mặt MBA ra ngoài Hỏng sứ cách điện dẫn đến phóng điện ra vỏ, nguyên nhân chính là vỡ sứ do va đập cơ khí, do lực điện động gây ra bởi ngắn mạch, do bụi muối bám dày cộng với độ ẩm cao Sứ còn chịu sức căng của cáp lực, cáp động lực giản nở theo nhiệt độ, kéo hoặc đẩy, chèn ép gây nên hỏng sứ Ngoài ra, sứ còn bị già hóa theo thời gian và theo môi trường làm việc, đặc biệt

là sứ làm từ vật liệu cách điện polymer Một hỏng hóc khác cần phân tích là

DUT-LRCCroăng làm kín của đế sứ, ty sứ hoặc vị trí xả khí bị già hóa, gây nên rò rỉ dầu, phóng điện Lỗi sứ cách điện được mô tả như hình 2.9

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

ẩn, nguy cơ dẫn đến sự cố hỏng hóc lớn máy biến áp./

CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG MẪU DẦU 3.1 Giới thiệu

Xét về mặt vật lý, lỗi của bất kỳ phần tử nào của MBA cũng dẫn đến các hiện tượng bất thường của máy Các hiện tượng đơn giản như: rò rỉ dầu do hỏng bình chứa, hỏng roăng cao su làm kín, nhiệt độ bên trong tăng lên do môi trường

do quá tải,…Ngoài ra, còn có nhiều lỗi khác rất khó phát hiện trong quá trình hoạt động như phóng điện cục bộ, phóng điện năng lượng thấp, phóng điện năng lượng cao, quá nhiệt cục bộ bên trong MBA

Để phát hiện những lỗi này, người ta thường thực hiện bằng hai cách: (i) chẩn đoán online và (ii) chẩn đoán offline Với các MBA mà yêu cầu ngặt nghèo

về việc cung cấp điện như là: cấp điện khu vực rộng lớn (miền trung, nam, bắc) hoặc các phụ tải công nghiệp quan trọng mà việc dừng máy để chẩn đoán sẽ gây gián đoạn sản xuất, thì các phương pháp chẩn đoán offline rất khó thực hiện Một cách tổng quát, lưu đồ phân tích nguyên nhân, hiện tượng và phương pháp để chẩn đoán như hình 3.1

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

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

ta có thể xác định được lỗi MBA thông qua việc phân tích hàm lượng khí tồn tại trong dầu

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

đang vận hành

DUT-LRCCHình 3.1 Lưu đồ phân tích hiện tượng, nguyên nhân, phương pháp để chẩn đoán

3.2 Tổng quan về dầu MBA

Dầu cách điện trong biến áp điện thường được gọi là dầu MBA Nó thường được sản xuất bằng cách chưng cất phân đoạn và xử lý liên tiếp từ dầu thô Đó là

lý do tại sao dầu này còn được gọi là dầu khoáng cách điện Dầu biến thế phục

vụ chủ yếu trong hai mục đích: thứ nhất là chất lỏng cách điện trong MBA điện, thứ hai là nó tản nhiệt cho biến áp và đóng vai trò như chất làm mát Ngoài ra, dầu này còn phục vụ với hai mục đích khác: nó giúp bảo vệ lõi, cuộn dây khi được ngâm hoàn toàn trong dầu và một mục đích quan trọng của dầu này là nó ngăn cản tiếp xúc trực tiếp của oxy trong khí quyển với cellulose làm giấy cách điện của cuộn dây Cấu tạo phân tử tổng quát của dầu MBA là [3]:

Carbon dioxide - CO2

Carbon dioxide - CO2 ~300 ppm)

Hình 3.2 Dầu cách điện PLC Supertrans

Một số thông số cụ thể của dầu cách điện cần được xem xét để xác định chất lượng phục vụ của dầu Yêu cầu đối với một MBA lực là phải có độ bền điện môi cao, dẫn nhiệt, độ bền hóa học và phải giữ các đặc tính này không thay đổi ở nhiệt độ cao trong thời gian dài Thông số kỹ thuật tiêu biểu của dầu là: điểm chớp cháy 140°C hoặc cao hơn, điểm rót chảy - 6°C hoặc thấp hơn, độ bền điện môi 24 MV/m (RMS) hoặc cao hơn

Dầu biến áp có thể có một rơle phát hiện khí (Buchholz relay) Các thiết bị

an toàn phát hiện sự tích tụ của khí bên trong MBA do corona, quá nóng hoặc hồ quang điện nội bộ Các thông số dầu biến áp được phân thành 3 loại như sau:

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

- Thông số hoá chất: hàm lượng nước, độ axits, hàm lượng bùn;

- Thông số vật lý: sức căng bề mặt, độ nhớt, điểm chớp cháy, điểm rót chảy

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

a) Quá trình phá hủy MBA

- Dầu bị xuống cấp tạo các sản phẩm dầu phân hủy, đặc biệt là chất keo có chứa nguyên tử kim loại, các chất có hoạt tính bề mặt dạng anion và nước ngưng tụ;

- Lắng đọng các chất bán dẫn trên bề mặt dưới tác dụng của điện trường;

- Biến dạng điện trường, thay đổi sự phân bố điện áp; giảm độ bền điện môi;

- Phóng điện bề mặt, tỏa khí và phóng điện vòng

b) Kiểm tra chất lượng dầu MBA

Dầu biến thế chịu ứng suất điện và cơ học trong khi MBA đang vận hành Ngoài ra còn bị nhiễm bẩn gây ra bởi các tương tác hóa học với cuộn dây

và vật liệu cách điện rắn khác, xúc tác bởi nhiệt độ hoạt động cao Các tính chất hóa học ban đầu của dầu biến thế dầu biến đổi, khiến nó không hiệu quả sau nhiều năm Dầu trong MBA lớn và các thiết bị điện được kiểm tra định kỳ các tính chất điện và hóa học của nó để chắc chắn rằng nó thích hợp để sử dụng tiếp Các thông số kiểm tra gồm:

- Phân tích khí hòa tan,

c) Các thương hiệu dầu biến thế

- PLC SUPERTRANS: sản xuất bởi petrolimex

- Dầu biến thế ELECTROL: sản xuất bởi tập đoàn RAJ PETRO Ấn Độ

- Dầu máy biến áp NYNAS NYTRO: sản xuất bởi tập đoàn Nynas Thụy Điển

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

Các nghiên cứu về cơ chế sinh khí của giấy, dầu duới tác động của nhiệt hay điện có thể tìm thấy trong các nghiên cứu từ những năm 1930 [4] Một nghiên cứu tương tự về sau cũng được thực hiện, đặc biệt là sự suy giảm phẩm chất của giấy 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), … Qua các nghiên cứu sau đó cũng chỉ ra rằng số lượng của mỗi chất khí riêng biệt phụ thuộc vào nhiệt độ ở lân cận điểm chịu tác dụng Hastead đã

đề xuất một mô hình nhiệt động học để mô tả mối quan hệ giữa lỗi nhiệt và đặc tính sinh khí

Một số nghiên cứu đã cho thấy rằng tất cả các hydro-cacbon là bị phân li vào trong dầu một cách hoàn toàn 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 3.3

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

Nhận xét: Trên hình 3.3, trong dầu của máy biến áp đang vận hành:

- Khi nhiệt độ đến 2500C chỉ có một lượng nhỏ khí H2, CH4 sinh ra

- Khi nhiệt độ dầu đến 5000C, ngoài khi H2, CH4 sinh ra, thêm khi C2H4 và

C2H6 được sinh ra

- Khi nhiệt độ dầu đến >7500C, ngoài các khi trên, khi C2H2 bắt đầu hình thành

- Về tỉ lệ khí, nhiệt độ tăng cao khi H2 và C2H4 càng nhiều, CH4 và C2H6tăng dần nhưng nhiệt độ > 7500C thì lại giảm dần Riêng khí C2H4 khi nhiệt độ >

7500C mới sinh khí

Nghiên cứu về những mối quan hệ này đã chỉ ra rằng các chất khí được tạo

ra theo thứ tự cùng với sự gia tăng của nhiệt độ: H2 → CH4 → C2H6 → C2H4 →

C2H2 Ví dụ: H2 được tạo ra tại nhiệt độ thấp và số lượng của nó gia tăng một cách ổn định trong khi đó C2H2 được tạo ra tại nhiệt độ rất cao (~ 10000C) và cũng gia tăng về số lượng một cách ổn định

Sự suy giảm phẩm chất cách điện dạng giấy của MBA đã được chẩn đoán một cách thông thường theo số lượng và tỉ lệ của CO và CO2 hoà tan (tiêu chuẩn IEC 599) Ta có thể đo được sự có mặt của chúng khi gia tăng nhiệt một cách đột ngột qua một ngưỡng, khoảng 1400C – 1500C Tuy nhiên việc đo đạc này chưa đủ để thiết lập nên một định nghĩa cho việc chẩn đoán bởi vì CO và CO2

có thể được tìm thấy trong MBA đơn giản như là một kết quả của sự Oxy hoá dầu trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp 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

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

Qua phân tích cây lỗi MBA, Hình 2.2, các cấu tử dẫn đến hỏng MBA gồm

bộ chuyển nấc, sứ cách điện, cuộn dây, vỏ máy, lõi từ, cách điện rắn, hệ thống làm mát

Trong đó các thành phần rất dễ quan sát và giám sát tình trạng là vỏ máy Các bộ phận còn lại rất khó chẩn đoán trong vận hành bình thường Ngày nay, dưới sự phát triển của các công cụ kỹ thuật hiện đại, người ta hoàn toàn có thể chế tạo, lắp đặt hệ thống phân tích, giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu

Từ những dữ liệu này cho phép trung tâm bảo trì nơi cách xa vị trí lắp đặt MBA hoàn toàn có thể sử dụng những thuật toán hiện đại để dò tìm nhanh và chính xác lỗi cũng như đo được mức độ suy thoái của máy biến áp

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

- Nhóm hydrocacbon và nhóm Hydrogen: CH4 (Methane); C2H6 (Ethane);

C2H4 (Ethylene); C2H2 (Acetylene); H2 (Hydrogen);

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

- Ở nhiệt độ thấp, dầu tạo ra CH4 (Methane), C2H6 (Ethane) và nhiệt độ cao sinh ra khí C2H4; C2H6 (Ethane);

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

- Hồ quang: khí H2 và C2H2với một ít CH4và C2H4

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

- Phóng điện cục bộ hoặc vầng quang: sẽ làm cho dầu phân ly tạo ra khí H2

và Cellulose tạo ra khí H2, CO, CO2;

- Quá nhiệt: Dầu MBA sẽ phân ly tạo ra khí chủ yếu là CH4 và C2H4 và một ít khí H2 và C2H6.

Đồ thị Hình 3.4 biểu diễn mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phát sinh trong MBA [8]

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

Từ đồ thị hình 3.4 cho ta thấy mối tương quan giữa các khí sinh ra với các lỗi trong máy biến áp, vùng nhiệt độ vận hành bình thường 650C, không có sự phân ly tức là không tồn tại các khí cháy Lỗi về điện như PD, D1, D2 cũng như

các lỗi về nhiệt với các dải nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào tỷ trọng các khí khác nhau Tích hợp các tỷ trọng khí này sẽ tương ứng với lỗi máy biến áp phụ thuộc vào các qui tắc chẩn đoán

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

Phương pháp đánh giá tình trạng MBA thông qua việc sử dụng nồng độ khí hòa tan trong dầu đã được sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20 và được liên tục phát triển cho đến nay, đã thu được nhiều kết quả trong việc đánh gía tình trạng của MBA

IEC đã ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật về phương pháp đánh giá MBA thông qua DGA số IEC 60599 vào năm 1978 [8], phiên bản thứ hai vào năm 1999 [7],

và phiên bản thứ ba vào tháng 9 năm 2015 [6]

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

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

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

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

Để đạt được các giả thiết trên, tuyệt đối tuân thủ hướng dẫn lấy mẫu và thí nghiệm, với giả thiết sự phân bố các khi trong dầu MBA là phân bố đều, trên thực tế điều này khó kiểm soát, chỉ thực hiện lấy mẫu và phân tích thêm nếu có

sự nghi ngờ về kết quả, hoặc kết hợp với các phương pháp khác, hoặc lấy mẫu dầu lúc nhiệt độ môi trường và nhiệt độ MBA cao nhất có thể để tăng cường sự tuần hoàn của dầu trong máy biến áp

Cho đến nay có rất nhiều luật chẩn đoán máy lỗi của MBA dựa trên thành phần và hàm lượng khí phân tích được của mẫu dầu, trong đó nổi bậc là phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính (key gas) và phương pháp thông minh nhân tạo cơ bản

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

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

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

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

 Luật chẩn đoán của Dornenurg [3];

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

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

 Luật chẩn đoán Jica [3];

 Luật chẩn đoán EPS.Wang [3];

 Luật chẩn đoán củaViện năng lượng Nga [3];

 Luật chẩn đoán tam giá Duval [3]

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

Luật chẩn đoán của IEC 60599 quy định: R1=C2H2/C2H4; R2=CH4/H2;

R3=C2H4/C2H6 Tiêu chuẩn IEC 60599 năm 1978 như sau:

năng lượng cao 1 0 2

Phóng điện hồ quang phá hủy dầu giữa các cuộn dây hoặc các vòng dây hoặc giữa các vòng dây với đất, bộ OLTC

0 2 0 Quá nhiệt cục bộ của lõi từ Nhiệt độ vệt nóng ngày càng tăng dần, các vệt nóng

khác nhau của lõi từ, quá nhiệt đồng do các chỗ nối/tiếp xúc tại chỗ uốn (hình hành cacbon do nhiệt phân) cho đến các dòng tuần hoàn ở lõi từ và vỏ

8 Sự cố nhiệt độ

ở mức trung bình

(3000C÷7000C )

Như đã cho thấy ở trên, có rất nhiều qui tắc chẩn đoán MBA thông qua việc phân tích hàm lượng khí trong mẫu dầu phát sinh suốt quá trình vận hành Tuy nhiên, bản thân mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm hạn chế của

nó, và đặc biệt là độ tin cậy của kết quả chẩn đoán không cao

Trên thực tế và kinh nghiệm của tác giả về việc vận hành và bảo dưỡng các MBA tại các Công ty Điện Lực việc chẩn đoán thường kết hợp nhiều phương pháp khác nhau để kiểm tra chéo nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả Hiện nay, các quy tắc bộ tiêu chuẩn IEC của hiệp hội Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế được sử dụng rộng rãi và có giá trị thực tiễn và pháp lý hơn cả

Tuy nhiên, đối với tiêu chuẩn này còn có những điểm chồng lấn đối với các

tỷ số Rx dẫn đến nhiều trường hợp việc chẩn đoán không đưa ra được kết luận, hoặc cho ra được kết luận nhưng kết luận này không phù hợp với thực tế của lỗi

Do đó, trong phần tiếp theo của luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu và ứng dụng Logic mờ trên cơ sở tiêu chuẩn IEC 60599 năm 2015 để đối chiếu và

đánh giá kết quả./

Ưu điểm của logic mờ so với các giải pháp kỹ thuật được áp dụng để tổng hợp các hệ thống từ trước đến nay thì phương pháp tổng hợp hệ thống bằng bộ logic mờ có những ưu điểm rõ rệt sau đây:

 Khối lượng công việc thiết kế được giảm đi nhiều do không cần phải sử dụng mô hình đối tượng trong việc tổng hợp hệ thống Với các bài toán thiết kế

hệ thống điều khiển có độ phức tạp cao thì giải pháp sử dụng bộ logic mờ sẽ cho phép giảm khối lượng tính toán và giá thành sản phẩm

 Logic mờ có thể mô hình hóa các hàm phi tuyến với độ phức tạp cao

 Bộ logic mờ được xây dựng dựa trên kinh nghiệm của các chuyên gia

 Có thể kết hợp logic mờ với nhiều kỹ thuật điều khiển thích hợp khác

 Bộ logic mờ được xây dựng dựa trên ngôn ngữ tự nhiên, vì vậy rất gần gũi với cuộc sống hàng ngày

 Bộ logic mờ dễ hiểu và dễ thay đổi hơn so với các bộ điều khiển khác

 Trong nhiều trường hợp bộ logic mờ làm việc làm việc ổn định hơn, bền vững hơn và có chất lượng ổn định cao hơn

 Bộ logic mờ còn có khả năng xử lý các giá trị vào/ra biểu diễn dưới dạng dấu phẩy động với độ chính xác cao nên chúng có khả năng điều khiển đối tượng một cách "rõ ràng" và "chính xác"

4.2 Định nghĩa tập mờ

Logic mờ bắt đầu với khái niệm tập mờ Khái niệm về tập hợp đã được hình thành trên nền tảng logic và được định nghĩa như một sự xếp đặt chung các vật, các đối tượng có cùng chung một tính chất, được gọi là phần tử của tập hợp

đó Ý nghĩa logic của khái niệm tập hợp được xác định ở chỗ một vật hoặc một

0 khi

A

x A x

x A

   

được gọi là hàm liên thuộc của tập hợp A Một tập X luôn có mx(x) =1, với mọi

x được gọi là không gian nền (tập nền)

Một tập hợp A có dạng A = {xX x} thỏa mãn một số tính chất nào đó thì được gọi là có tập nền X, hay được định nghĩa trên tập nền X

Như vậy trong lý thuyết kinh điển, hàm liên thuộc hoàn toàn tương đương với định nghĩa một tập hợp Từ định nghĩa về một tập hợp A bất kỳ ta có thể xác định được hàm liên thuộc mx(x) cho tập hợp đó và ngược lại từ hàm liên thuộc

mx(x) của tập hợp A cũng hoàn toàn suy ra được định nghĩa cho tập hợp A Tuy nhiên, cách biểu diễn hàm liên thuộc như vậy không phù hợp với những tập hợp được mô tả “mờ” như tập B gồm các số thực nhỏ hơn nhiều so với 6: B = {x  R x << 6}; hoặc tập C gồm các số thực xấp xỉ bằng 3: C = {xR x  3}

Lý do là với những tập mờ như vậy chưa đủ để xác định được x = 3,5 có thuộc tập B hoặc x = 2,5 có thuộc tập C hay không Nếu đã không khẳng định được x = 3,5 có thuộc tập B hay không thì cũng không thể khẳng định được x = 3,5 không thuộc tập B Vậy x = 3,5 thuộc tập B bao nhiêu phần trăm Giả sử tồn tại câu trả lời thì hàm liên thuộc mB(x) tại điểm x = 3,5 phải có một giá trị trong khoảng [0,1], tức là: 0  mB(x)  1 Nói cách khác hàm mB(x) không còn là hàm hai giá trị như đối với tập hợp kinh điển nữa mà là một ánh xạ: mB: R  [0,1] Như vậy, khác với tập hợp kinh điển A, từ “định nghĩa kinh điển” của tập

“mờ” B hoặc C không suy ra được hàm liên thuộc mB(x) hoặc mC(x) của chúng

Do đó ta có định nghĩa về tập mờ như sau:

Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập mà mỗi phần tử của nó

là một cặp các giá trị (x, mF(x)) trong đó x  X và mF là ánh xạ mF: X  [0,1] Ánh xạ mF được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ F Tập kinh điển X được gọi là tập nền (hay vũ trụ) của tập mờ F

4.3 Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng

Hàm liên thuộc được xây dựng dựa trên các đường thẳng: Dạng này có ưu điểm là đơn giản Chúng gồm hai dạng chính là: tam giác và hình thang Hàm liên thuộc được xây dựng dựa trên đường cong phân bố Gauss: kiểu thứ nhất là