(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu xây dựng thuật toán tự động chẩn đoán lỗi trong máy biến áp lực 220kv của lưới điện truyền tải

Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt -Trong quá trình vận hành hệ thống lưới điện Truyền tải, sự xuất hiện các lỗi sự cố/hiện tượng bất thường xảy ra với tần suất khá nhiề

NGUYỄN QUỐC HUY

CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

NGUYỄN QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TỰ ĐỘNG CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC 220KV

CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS - TS LÊ TIẾN DŨNG

Đà Nẵng - Năm 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu tự bản thân tôi thực hiện

Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên

Nguyễn Quốc Huy

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU ……… ….… 1

CHƯƠNG 1 ……… 4

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về Trạm biến biến 220kV Kon Tum 4

1.1.1 Khái niệm máy biến áp 5

1.1.2 Cấu tạo máy biến áp lực 5

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp lực 7

1.1.4 Thông số kĩ thuật của máy biến áp 9

1.2 Tổng quan về giám sát và chẩn đoán lỗi trong Máy biến áp lực 10

1.2.1 Đặt vấn đề 10

1.2.2 Mục Tiêu 10

1.3 Yêu cầu hệ thống 11

1.3.1 Yêu cầu chung 11

1.3.2 Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống tại trạm 12

1.3.3 Sơ đồ kết nối thu thập dữ liệu tập trung 13

1.4 Thông số ký thuật hệ thống 13

1.4.1 Yêu cầu chung 13

1.4.2 Chức năng của hệ thống 14

1.4.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA 16

1.4.4 Kết luận về Tổng quan về lỗi trong máy biến áp 17

1.4.5 Thống kê lỗi của máy biến áp lực 18

CHƯƠNG 2 21

MÔ HÌNH TOÁN HỌC 21

2.1 Đặt vấn đề 21

2.2 Mô hình toán học của máy biến áp lực 21

2.2.1 Mô hình toán học lúc máy biến áp lực hoạt đông bình thường 21

2.2.2 Mô hình toán học khi máy biến áp lực xảy ra lỗi 27

2.3 Kết luận 45

CHƯƠNG 3 46

ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN TỰ ĐỘNG CHẨN ĐOÁN LỖI 46

3.1 Tổng quan về mạng nơron nhân tạo 46

3.1.1 Điều khiển dựa trên mạng Nơron 46

3.1.2 Thuật toán huấn luyện mạng 57

3.2 Đề xuất giải pháp của đề tài 60

3.2.1 Sơ đồ khối 60

3.2.2 Giải thích sơ đồ khối 60

3.2.3 Cách thực hiện huấn luyện mạng, nguyên lý hoạt động mô hình 60

3.3 Thuật toán tự động chuẩn đoán lỗi ứng dụng mạng nơron nhân tạo 61

3.4 Phân tích hiệu quả, phạm vi áp dụng của thuật toán đề xuất 63

CHƯƠNG 4 64

MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG 64

4.1 Các tham số mô phỏng 64

4.1.1 Mô hình toán học máy biến áp lực 64

4.1.2 Thông số thành phần mô hình toán học 64

4.2 Mô phỏng hoạt động của máy biến áp lực hoạt động bình thường 65

4.3.Mô phỏng hoạt động của máy biến áp lực trong trường hợp xảy ra lỗi 66

4.3.1 Lỗi một pha chạm đất (lỗi Line-Groud) 66

4.3.2 Lỗi hai pha ngắn mạch (Lỗi Line-Line) 67

4.3.3 Lỗi ba pha chạm đất ( lỗi 3 Line-Ground ) 68

4.4 Phân tích các kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu quả 69

4.4.1 Máy biến áp thực tế hoạt động bình thường 69

4.4.2 Máy biến áp thực tế xuất hiện lỗi pha A chạm đất ( A-Ground) 72

4.4.3 Máy biến áp thực tế xuất hiện lỗi 3 pha chạm đất (3 Line-Ground) 76 4.4.4 Máy biến áp thực tế xuất hiện lỗi 2 pha (B-C) ngắn mạch 79

KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KIẾN NGHỊ 83

1ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ LUẬN VĂN 83

2HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1:GIẢITHÍCHKÍHIỆU

PHỤ LỤC 2:CHƯƠNGTRÌNHMATLAB

PHỤ LỤC 3:MÔHÌNHTHUẬTTOÁNCHẨNĐOÁNLỖI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TỰ ĐỘNG CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC 220KV CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI

Học viên: Nguyễn Quốc Huy Chuyên ngành:Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa

Mã số: 8520216 Khóa: K37 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt -Trong quá trình vận hành hệ thống lưới điện Truyền tải, sự xuất hiện các lỗi (sự cố/hiện tượng bất thường) xảy ra với tần suất khá nhiều đặc thù của lưới điện Truyền tải với độ dài đường dây lớn thiết bị vận hành lâu năm, khối lượng đường dây/thiết bị khá nhiều và đặc biệt là địa hình phân bố phức tạp Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự mất ổn định hệ thống: do sự cố hư hỏng các thiết bị, quá trình phương thức vận hành của hệ thống điện dẫn đến các máy biến áp làm việc trong tình trạng quá tải, điều kiện thời tiết cực đoan (giông sét, tố lốc ), suy giảm các phần tử cách điện, phụ tải không đối xứng…Việc xác định chính xác vị trí và nguyên nhân lỗi để loại trừ/xử lý nhanh là yêu cầu lớn trong quản

lý vận hành lưới điện hiện nay

Từ những nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TỰ ĐỘNG CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC 220KV CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI

Đề tài này đưa ra một đề xuất về giải pháp chẩn đoán, xác định lỗi trong hệ thống điện

để đáp ứng yêu cầu vận hành linh hoạt và rút ngắn thời gian xử lý lỗi

Từ khóa - Vận hành hệ thống lưới điện Truyền tải; Chẩn đoán lỗi; mô phỏng…

STUDY ON BUILDING AUTOMATIC DIAGNOSTICS FOR DIAGNOSTIC

DIAGNOSTICS IN 220KV PRESSURE TRANSFORMERS OF

TRANSMISSION NETWORKS

Abstract - During the operation of the Transmission grid, the occurrence of faults (malfunctions / irregularities) occurs with quite a lot of typical frequency of the Transmission grid with a large length of transmission line For many years, the volume of lines / equipment is quite large and especially the complex distributed terrain There are many reasons for the instability of the system: due to the failure of the equipment, the operation mode of the electrical system leading to the transformers working in overload, weather conditions extreme (thunderstorms, whirlwinds ), attenuation of insulating elements, asymmetric loads Determining the exact location and cause of faults for elimination/ fast handling is a major requirement in management grid operation management

From the practical needs above, the author has decided to select the research topic STUDY ON BUILDING AUTOMATIC DIAGNOSTICS FOR DIAGNOSTIC DIAGNOSTICS IN 220KV PRESSURE TRANSFORMERS OF TRANSMISSION NETWORKS

This topic offers a proposal on solutions to diagnose and identify errors in the electricity system to meet the requirements of flexible operation and reduce error handling time

Key words - Operating transmission grid system; Fault diagnosis; simulate

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ nhất thứ TBA220kV Kon Tum 4

Hình 1.2: Cấu tạo lõi máy biến áp lực 5

Hình 1.3: Mô hình vỏ máy biến áp 7

Hình 1.4: Hoạt động mạch từ máy biến áp 7

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống 12

Hình 1.6: Cấu trúc vị trí từ xa 12

Hình 1.7: Sơ đồ kết nối thu thập dữ liệu 13

Hình 1.8: Vị trí lỗi của Các máy biến áp trạm biến áp (>100kV)(dựa trên 536 lỗi chính) 19

Hình 2.1: Sơ đồ máy biến áp 3 pha 22

Hình 2.2: 3 thành phần vectơ đối xứng 27

Hình 2.3: Sơ đồ mạch tương đương 29

Hình 2.4: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi một chạm đất phía thứ cấp 30

Hình 2.5: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi một pha chạm đất phía sơ cấp 32

Hình 2.6: sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi hai pha ngắn mạch phía thứ cấp 36

Hình 2.7: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi hai pha ngắn mạch phía sơ cấp 38

Hình 2.8: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi ba pha chạm đất phía thứ cấp 41

Hình 2.9: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi ba pha nối đất phía sơ cấp 42

Hình 3.1: Sự tương thích lý tưởng giữa mạng Nơ ron linh hoạt và hệ thống thần kinh sinh học 47

Hình 3.2: Mô hình khối của vấn đề điều khiển sử dụng cấu trúc đơn giản của bộ điều khiển mạng Nơ ron nhiều lớp 49

Hình 3.3: Cấu trúc phức tạp của bộ điều khiển mạng nơ ron nhiều lớp với ba lớp ẩn ……… 49

Hình 3.4: Cấu trục mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp 51

Hình 3.5: Nơ ron toán học đơn giản 51

Hình 3.6: Cấu hình mạng nơ ron truyền thẳng hai lớp 53

Hình 3.7: Cấu hình mạng nơ ron truyền thẳng 3 lớp 55

Hình 3.8: Cấu trúc của mạng nơron truyền thẳng 56

Hình 3.9: Sơ đồ khối chính của cấu trúc NN với hệ thống effecto và learning 59

Hình 3.10: Mô hình chẩn đoán lỗi 60

Hình 4.1: Đồ thị mô phỏng dòng điện máy biến áp hoạt động ổn định 65

Hình 4.2: Đồ thị mô phỏng điện áp máy biến áp hoạt động ổn định 65

Hình 4.3: Đồ thị dòng điện lỗi một pha chạm đất 66

Hình 4.4: Đồ thị điện áp lỗi một pha chạm đất 66

Hình 4.5: Đồ thị dòng điện lỗi hai pha ngắn mạch 67

Hình 4.6: Đồ thị điện áp lỗi hai pha ngắn mạch 67

Hình 4.7: Đồ thị dòng điện lỗi ba pha nối đất 68

Hình 4.8: Đồ thị điện áp lỗi ba pha nối đất 68

Hình 4.9: Đồ thị điện áp máy biến áp bình thường với ∆R=0.5Ω và ∆L=0.004H 69

Hình 4.10: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_Normal và ΔFi_Normal 71

Hình 4.11: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_AG và ΔFi_AG 71

Hình 4.12: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_3G và ΔFi_3G 72

Hình 4.13: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_LL và ΔFi_LL 72

Hình 4.14: Đồ thị điện áp lỗi A-Ground với ∆R=0.5Ω và ∆L=0.004H 73

Hình 4.15: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_Normal và ΔFi_Normal 74

Hình 4.16: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_AG và ΔFi_AG 75

Hình 4.17: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_3G và ΔFi_3G 75

Hình 4.18: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_LL và ΔFi_LL 75

Hình 4.19: Đồ thị điện áp lỗi 3Line-Ground với ∆R=0.5Ω và ∆L=0.004H 76

Hình 4.20: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_Normal và ΔFi_Normal 77

Hình 4.21: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_AG và ΔFi_AG 77

Hình 4.22: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_3G và ΔFi_3G 78

Hình 4.23: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_LL và ΔFi_LL 78

Hình 4.24: Đồ thị điện áp lỗi 2 pha B-C ngắn mạch với ∆R=0.5Ω và ∆L=0.004H 79 Hình 4.25: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_Normal và ΔFi_Normal 80

Hình 4.26: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_AG và ΔFi_AG 81

Hình 4.27: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_3G và ΔFi_3G 81

Hình 4.28: Đồ thị phần trăm sai lệch ΔFU_LL và ΔFi_LL 82

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số máy biến áp tại TBA 220kV Kon Tum 9

Bảng 1.3: Phương thức giám sát 18

Bảng 1.4: Báo cáo về tỉ lệ lỗi xảy ra tại các loại máy biến áp 20

Bảng 4.1: số liệu chẩn đoán MBA bình thường không có Neural Network lấy mẫu 1 lần 70

Bảng 4.2: số liệu chẩn đoán máy biến áp bình thường có Neural Network lấy mẫu 1 lần 70

Bảng 4.3: số liệu chẩn đoán lỗi (A-Ground)không có Neural Network 1 lần lấy mẫu

……….… 73

Bảng 4.4: số liệu chẩn đoán lỗi (A-Ground có Neural Network 1 lần lấy mẩu 73

Bảng 4.5: số liệu chẩn đoán lỗi (3L-Ground) không có Neural Network lấy mẫu 1 lần 76

Bảng 4.6: số liệu chẩn đoán lỗi (3L-Ground) có Neural Network lấy mẫu 1 lần 77

Bảng 4.7: số liệu chẩn đoán lỗi (B-C) không có Neural Network lấy mẫu 1 lần 79

Bảng 4.8: số liệu chẩn đoán lỗi (B-C)có Neural Network lấy mẫu 1 lần 80

MỞ ĐẦU

Trạm biến áp 220kV Kon Tum gồm có 02 MBA: AT1, AT2 có công suất lắp đặt là 2x125MVA, được xây dựng tại địa điểm thôn Thanh Trung, xã Vinh Quang, thành phố Kon Tum, cách Quốc lộ 14 khoảng 01km về hướng Tây, cách đường dây 500kV mạch 1 hiện hữu khoảng 30m về phía Tây, nằm hướng Tây - Bắc của Thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum

Trạm được đóng điện và đưa vào vận hành vào cuối tháng 7/2015; nằm xa nơi dân cư, xung quanh là những vườn cao su của Công ty cao su Kon Tum, được xây bao bọc bới tường rào bảo vệ chiều cao 3.5m, nhà cửa xây dựng kiên cố, bên trong trạm có đường nội bộ nối thông với nhau; địa hình cao, thoáng với tổng diện tích 52.000 m2 Trạm đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện nói chung và trong khu vực miền Trung và Tây Nguyên nói riêng

Trạm biến áp 220kV Kon Tum là điểm thu hút các nguồn công suất đổ về từ phía 110kV từ 04 trạm 110 kV đó là: Trạm 110kV Kon Tum (E45), Trạm 110kV Đăk Tô (E46), Trạm 110kV Kon Plong và các Thủy điện PlayProng, ĐăkPxa Kon Tum trong tương lai không xa trạm tiếp tục khép nối mạch vòng với Trạm biến áp 220kV Bờ Y và truyền tải công suất qua trạm 500 kV Pleiku (E52) lên lưới điện Quốc gia qua đường dây mạch kép 220kV Pleiku - Kon Tum (theo quy hoạch phát triển điện lực trên địa bàn tỉnh Kon Tum có khoảng 82 thủy điện vừa và nhỏ và một

số nhà máy điện năng lượng tái tạo NLG, NLMT với tổng công suất trên dưới 904

MW, nhu cầu sử dụng điện của tỉnh Kon Tum còn thấp do đó phần lớn lượng công suất này chủ yếu truyền tải lên lưới Quốc gia)

Sau khi đi sâu vào khảo sát nghiên cứu tình trạng thực tế và yêu cầu hiện nay,

em đã được Hội đồng đánh giá luận văn của Trường Đại học Bách khoa - Đại học

Đà Nẵng, Bộ môn Tự động hóa khóa K37 tại Kon Tum, mã số 8520216 và quyết

định giao thực hiện đề tài luận văn “ Nghiên cứu xây dựng thuật toán tự động

chẩn đoán lỗi trong máy biến áp lực 220kV của lưới điện Truyền tải” với sự

hướng dẫn của PGS TS Lê Tiến Dũng, Trưởng Khoa điện trường Đại học Bách

Khoa Đà Nẵng

Đề tài này nghiên cứu đề xuất xây dựng thuật toán giám sát và chẩn đoán lỗi trong MBA có độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu cần kỹ thuật và đảm bảo chất lượng điện áp phục vụ các phụ tải để giải quyết vấn đề nêu trên trong quá trình giám

sát và tìm lỗi trong MBA Phương pháp này được thực hiện như là sự hỗ trợ cho việc giám sát, chẩn đoán, xử lý sự cố cho máy biến áp

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Máy biến áp lực 220 kV trong hệ thống lưới điện truyền tải

 Các trường hợp lỗi xảy ra cho máy biến áp lực 220kV trong hệ thống lưới điện Truyền tải

 Phân tích tình hình thực tế tại Việt Nam về vấn đề xác định và loại trừ lỗi trong nội bộ máy biến áp lực

 Các phương pháp, kỹ thuật chẩn đoán lỗi cho máy biến áp lực 220kV trong

hệ thống lưới điện Truyền tải

 Các kiểm nghiệm được thực hiện dựa trên mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab - Simulink

 Dùng mạng Nơron truyền thẳng có phản hồi để xác định sai số

Nội dung và phương pháp nghiên cứu

 Mô phỏng, kiểm chứng và đưa ra các phân tích, đánh giá

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

 Xây dựng mô hình toán học mô tả máy biến áp lực 220kV, và mô hình toán học và các trường hợp lỗi để làm cơ sở tính toán, đề xuất các thuật toán tự động giám sát và chẫn đoán lỗi

 Mô phỏng đối tượng Máy biến áp 220kV trên Matlab-Simulink Phân tích đáp ứng mô phỏng cho các trường hợp lỗi, từ đó tìm ra các đặc điểm của đáp ứng, thấy đưuọc sự ảnh hưởng đến hoạt động của Máy biến áp

 Nghiên cứu đề xuất một thuật toán tự dộng chẩn đoán lỗi cho Máy biến áp 220kV Các điều kiện về thu thập tín hiệu đo lường và hướng ứng dụng phù hợp cho thực trạng các Máy biến áp hiện đang vận hành tại Việt Nam

 Nghiên cứu các kết quả thu được bằng mô phỏng khiểm chứng trên Matlab -

Simulink để từ đó đánh giá hiệu quả của phương pháp đề xuất và rút ra các kết luận

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần hoàn thiện lý thuyết về tự động giám sát

và chẩn đoán lỗi trong Máy biến áp lực 220kV, áp dụng cho các máy biến áp hiện

đang vận hành tại Việt Nam

 Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài xây dựng thuật toán giám sát và chẩn đoán lỗi trong

Máy biến áp lực 220 kV có triển vọng ứng dụng trong thực tế vận hành, hỗ trợ điều

độ viên, nhân viên vận hành đưa ra các quyết định xử lý loại trừ lỗi và thông tin vị

trí lỗi giúp việc tiếp cận và xử lý sự cố nhanh hơn Điều này giảm thiểu các chỉ số

SAIDI/SAIFI/MAIFI góp phần đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy của Máy biến áp

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về Trạm biến biến 220kV Kon Tum

Hình 1.1: Sơ đồ nhất thứ TBA220kV Kon Tum

Hiện tại các MBA tại TBA 220kV Kon Tum được trang bị thiết bị đo như: nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây, van phòng nổ, rơ le hơi, rơ le áp suất, rơ le dòng dầu Việc kiểm tra, giám sát và đánh giá tình trạng của máy biến áp chủ yếu thông qua theo d i nhiệt độ dầu và cuộn dây Bên cạnh đó, việc đánh giá hàm lượng khí hòa tan và hàm lượng nước trong dầu cách điện bằng cách lấy mẫu dầu và mang đến phòng thí nghiệm chuyên ngành ở nơi khác để phân tích đánh giá Vì vậy, việc đánh giá tình trạng cũng như xem xét xu hướng tiến triển của các hiện tượng bất thường của MBA được kịp thời trong suốt quá trình vận hành là không thực hiện được

Để đảm bảo giám sát, phân tích và đánh giá đầy đủ tình trạng làm việc, xu hướng diễn biến các hiện tượng bất thường của các máy biến áp 220kV, cần trang bị

“hệ thống giám sát trực tuyến, toàn diện” Hệ thống này theo dõi trực tuyến, liên tục

Hiện nay Công ty đang tập trung vào việc cải thiện hoặc bảo trì an toàn hệ thống bằng cách ngăn ngừa sự cố, mặt khác giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng tài sản nâng cao tuổi thọ Các mục tiêu dựa vào thông tin về tình trạng thiết bị của hệ thống Vậy, số lượng MBA ngày càng tăng của Công ty truyền tải điện và một số công ty phát điện khác đã và đang trang bị cho MBA hệ thống giám sát trực tuyến liên tục

1.1.1 Khái niệm máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

Máy biến áp này đều có thể sử dụng trong hệ thống để tăng hoặc giảm điện

áp Loại máy biến áp này được ngâm trong thùng dầu kín và tuổi thọ của các máy biến áp này thường rơi vào khoảng 25 - 30 năm

1.1.2 Cấu tạo máy biến áp lực

Máy biến áp lực bao gồm các bộ phận chính sau:

Lõi, Cuộn dây, Bộ phận làm mát, Vật liệu cách điện, Ống lót (Sứ xuyên)

1.1.2.1 Lõi máy biến áp

Hình 1.2: Cấu tạo lõi máy biến áp lực

L i thép MBA 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.Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông Trụ (T) là phần để đặt dây quấn còn gông (G) là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín

1.1.2.2 Cuộn dây máy biến áp

Dây quấn MBANhiệm vụ của dây quấn MBA là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra Dây quấn MBA 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 vớil i

ép đều có cách điện Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện

Dây quấn MBA có hai loại chính: Dây quấn đồng tâm: có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm: + Dây quấn hình trụ, dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp; + Dây quấn hình xoắn, dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập;+ Dây quấn hình xoáy ốc liên tục, dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật.Dây quấn xem kẽ: Các bánh dây cao áp và

hạ áp lần lượt xen kẽnhau dọc theo trụ thép

1.1.2.3 Vật liệu cách điện máy biến áp

Vật liệu cách điện phải được cung cấp giữa các vòng dây riêng lẻ, giữa các cuộn dây, giữa các cuộn dây và lõi, và tại các đầu của cuộn dây

Máy biến áp điện lớn chứa đầy dầu sử dụng cuộn dây được bọc bằng giấy cách điện, được tẩm dầu trong quá trình lắp ráp máy biến áp Máy biến áp chứa đầy dầu sử dụng dầu khoáng tinh luyện cao để cách nhiệt và làm mát các cuộn dây và lõi Việc xây dựng các máy biến áp chứa đầy dầu đòi hỏi lớp cách nhiệt bao phủ các cuộn dây phải được làm khô hoàn toàn độ ẩm còn lại trước khi dầu được đưa vào

1.1.2.4 Vỏ máy biến áp

Vỏ MBAThùng MBA: Trong thùng MBA đặt l i thép, dây quấn và dầu biến

áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, l i thép

và các bộ phận khác nóng lên Nhờ sự đối lưu trong dầu và truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh

Nắp thùng MBA: Dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan trọng như: + Sứ ra (cách điện) của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp + Bình dãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh để xem mức dầu+ Ống bảo hiểm: làm bằng thép, hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh Nếu áp suất trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để MBA không bị hỏng + Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế + Rơle hơi dùng để bảo vệ MBA + Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp

Hình 1.3: Mô hình vỏ máy biến áp

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp lực

Nguyên lý hoạt động chính của máy biến áp là độ tự cảm lẫn nhau giữa hai mạch được liên kết bởi một từ thông chung Một máy biến áp cơ bản bao gồm hai cuộn dây được tách rời bằng điện và cảm ứng, nhưng được liên kết từ tính thông qua một con đường miễn cưỡng

Hình 1.4: Hoạt động mạch từ máy biến áp

Như hình trên, máy biến áp có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Các lớp l i được nối với nhau dưới dạng các dải ở giữa các dải có thể thấy rằng có một số khoảng trống hẹp ngay qua mặt cắt ngang của lõi Những khớp nối so le này được cho là

„Xếp chồng nhau‟ Cả hai cuộn dây có độ tự cảm tương hỗ cao Một lực điện động tương hỗ được tạo ra trong máy biến áp từ từ thông xoay chiều được thiết lập trong lõi phân lớp, do cuộn dây được nối với nguồn điện áp xoay chiều Hầu hết các từ thông xen kẽ được phát triển bởi cuộn dây này được liên kết với cuộn dây kia và do

đó tạo ra lực điện động cảm ứng tương hỗ Lực điện động được tạo ra như vậy có thể được giải thích với sự trợ giúp của định luật Faraday, cảm ứng điện từ như sau :

MdI e

EeN

Thay phương trình (4) vào (1), ta xác định được suất điện động cảm ứng tại cuộn thứ cấp được thể hiện như sau:

Nhƣng vì năng lƣợng đƣợc bảo toàn, các dòng sơ cấp và thứ cấp phải tuân theo mối quan hệ sau:

p p s s

1.1.4 Thông số kĩ thuật của máy biến áp

Thông số kỹ thuật máy biến áp chủ yếu bao gồm:

Ε (%)

Hiệu suất

n (%)

Khoảng không Dầu

(l)

Khối lƣợng tổng (kg)

Với mong muốn giám sát MBA bao quát hơn, ngoài thiết bị Giám sát khí hòa tan trong dầu (DGA), việc vận hành mong muốn mở rộng sang giám sát hầu hết các loại lỗi có thể xảy ra cho MBA đang trong vận hành, điều này có nghĩa là cần thêm nhiều cảm biến hơn, dẫn đến quá nhiều các dữ liệu rời rạc khác nhau, dành nhiều thời gian ư tiên để phân tích các dữ liệu Hiện nay, để giám sát máy biến áp có nhiều thiết bị như: Giám sát dòng điện, điện áp, công suất, nhiệt độ dầu lớp trên, giám sát dầu online, giám sát hàm lượng nước trong dầu, áp lực dầu, giám sát sứ, giám sát OLTC ; Tuy nhiên việc kết hợp các thông số để tính toán, phân tích đánh giá tổng quan tình trạng máy biến áp để có giải pháp vận hành và bảo trì tối ưu nhằm kéo dài tuổi thọ của máy biến áp cũng như phát hiện kịp thời các hư hỏng để ngăn ngừa sự cố, phải được tích hợp trên hệ thống, phần mềm "chuyên gia"

Cần thiết có hệ thống, thiết bị, phần mềm "chuyên gia" phối hợp các thông

số từ các cảm biến khác nhau để cảnh báo nguy cơ già hóa cách điện, các sự cố phát sinh trong quá trình vận hành gây ảnh hưởng tới tuổi thọ của máy biến áp, đưa ra các cảnh báo về hệ thống làm mát,

Trên cơ sở các thiết bị giám sát hiện hữu của máy biến áp, cần thiết phải lắp đặt các bộ giám sát đánh giá tổng quan máy biến áp cho các MBA quan trọng 220kV/500kV

1.2.2 Mục Tiêu

- Tối ưu hóa độ khả dụng, tin cậy và công năng của máy biến áp với chi phí vòng đời sản phẩm thấp nhất thông qua việc giám sát các bộ phận chính của máy biến áp

- Kết hợp với hệ thống giám sát dầu online, các hệ thống giám sát hiện hữu (nếu có) cho phép đánh gia tổng quan tình trạng vận hành của máy biến áp

1.2.2.1 Phát hiện lỗi cơ bản:

- Phòng - chống mất điện mất ngờ

- Giảm thiểu sự cố lớn và rủi ro môi trường

- Tăng khả năng vận hành an toàn

1.2.2.2 Bảo trì thông minh:

- Kéo dài tuổi thọ

- Kế hoạch thay thế thiết bị

1.3 Yêu cầu hệ thống

1.3.1 Yêu cầu chung

Một giải pháp giám sát máy biến áp toàn diện, kết hợp từ các đầu ra của các thiết bị cảm biến phù hợp lắp đặt trên MBA

Thiết bị này phối hợp và phân tích dữ liệu, để cung cấp không chỉ cái nhìn tổng quan về tình trạng máy biến áp (để giảm thiểu rủi ro mất điện), mà còn giúp đơn vị quản lý vận hành tối ƣu hóa khả năng vận hành và bảo trì

Các thiết bị này lắp đặt đƣợc tại vị trí đặt máy biến áp, sử dụng các kết nối hiện hữu hoặc lắp mới để thu thập dữ liệu đến phòng điều khiển của trạm cũng nhƣ

chuyển dữ liệu về các bộ phận liên quan của EVN

Kết hợp với hệ thống giám sát dầu online các hệ thống giám sát hiện hữu để

sử dụng các thông số của cacs hệ thống hiện hữu nhằm giảm chi phí đầu tƣ cho hệ thống thu thập dữ liệu hàm lƣợng khí hoà tan trong dầu máy biến áp

Cho phép khai thác từ hệ thống phần mềm server quản trị tập trung các thiết

bị giám sát dầu online đã đầu tƣ

1.3.2 Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống tại trạm

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống

Các trạm chủ thiết lập liên lạc RTU, khởi tạo mỗi RTU với các tham số đầu vào, đầu ra cũng như tải xuống các chương trình điều khiển và thu thập dữ liệu từ RTU Nó cũng kiểm soát hoạt động của liên lạc bao gồm việc thăm dò mỗi RTU để lấy dữ liệu và đưa vào RTU, lưu trữ báo động, sự kiện vào bộ nhớ và hiển thị của nhà điều hành, cũng như tự động liên kết đầu vào và đầu ra ở các RTU khác nhau Ngoài ra, nó còn chẩn đoán RTU, bao gồm thông tin chẩn đoán chính xác về sự thất bại của RTU và các vấn đề có thể xảy ra cũng như dự đoán tình trạng quá tải tiềm

ẩn, chẳng hạn như quá tải dữ liệu

Hình 1.6: Cấu trúc vị trí từ xa

Trong một trạm cần 01 thiết bị bị chủ (Master) thu thập, lưu trữ, phân tích dữ liệu và điều khiển, các MBA trong trạm thiết bị thu thập dữ liệu phụ được lắp đặt tại các MBA

Ví dụ cho hệ thống 01 máy biến áp ba pha (riêng biệt) bao gồm:

 01 thiết bị chủ (Master) thu thập, lưu trữ, phân tích dữ liệu và điều khiển, lắp đặt tại 1 trong 3 pha của máy biến áp hoặc lắp đặt trong phòng điều khiển

 03 thiết bị phụ (Salve) được lắp đặt tại các MBA để thu thập dữ liệu và gửi các dữ liệu đó về thiết bị chủ thông qua kết nối

 Các thiết bị thu thập dữ liệu chủ (Master) được kết nối vào mạng LAN/WAN hiện hữu của trạm, thông qua các kết nối Ethernet

 Các thiết bị thu thập dữ liệu chủ và phụ có sẵn các cổng phù hợp để kết nối các sensor thu thập dữ liệu theo yêu cầu: nhiệt độ, dòng điện, hàm lượng khí,

sứ, OLTC

1.3.3 Sơ đồ kết nối thu thập dữ liệu tập trung

Hình 1.7: Sơ đồ kết nối thu thập dữ liệu

Hệ thống giám sát đánh giá tổng quan máy biến áp tại các trạm được lắp đặt

và kết nối vào mạng LAN/WAN hiện hữu, cho phép người sử dụng được phân quyền có thể truy nhập vào hệ thống thông qua giao diện Web và phần mềm được kết hợp với hệ thống giám sát chung

1.4 Thông số ký thuật hệ thống

1.4.1 Yêu cầu chung

Trọn bộ thiết bị là một giải pháp giám sát máy biến áp toàn diện, kết hợp từ các đầu ra của các thiết bị cảm biến phù hợp lắp đặt trên MBA

Thiết bị này phối hợp và phân tích dữ liệu, để cung cấp không chỉ cái nhìn tổng quan về tình trạng máy biến áp (để giảm thiểu rủi ro mất điện), mà còn giúp đơn vị quản lý vận hành tối ưu hóa khả năng vận hành và bảo trì

Các thiết bị này lắp đặt được tại vị trí đặt máy biến áp, sử dụng các kết nối hiện hữu hoặc lắp mới để thu thập dữ liệu đến phòng điều khiển của trạm cũng như

chuyển dữ liệu về các bộ phận liên quan của EVN

1.4.2 Chức năng của hệ thống.

Chức năng đo lường và giám sát của hệ thống:Giám sát, đo lường tải

 Công suất biểu kiến (MVA)

 Hệ số tải

 Dòng tải phía HV/LV

 Tổn hao thực tế

 Khả năng quá tải

 Thời gian quá tải khẩn cấp

1.4.2.1 Giám sát sứ

 Điện áp làm việc phía HV

 Biên độ quá điện áp (1.2/50µs) phía HV/LV

 Số lần quá điện áp

 Lần cuối quá áp

 Giám sát thay đổi điện dung C1 của sứ HV/LV

 Dịch chuyển dòng điện dung của sứ HV/LV

1.4.2.2 Giám sát vật liệu cách điện

 Nhiệt độ dầu phía trên

 Hot-spot temperature (theo IEC 60.076-7)

 Độ ẩm của giấy cách điện

 Tốc độ già hoá (theo IEC 60.076-7)

1.4.2.3 Giám sát khí hoà tan

1.4.2.4 Giám sát bộ điều áp dưới tải

 Vị trí OLTC

 Hoạt động sau cùng OLTC

 Số lần hoạt động chuyển mạch của OLTC

 Tổng dòng của bộ chuyển mạch của OLTC

 Số lần hoạt động của OLTC cho đến khi bảo trì

 Tổng dòng của bộ chuyển mạch của OLTC hoath động đén khi bảo trì

 Thời gian dòng khởi động

 Thời gian chuyển mạch

 Chỉ số năng lượng chuyển mạch

 Tiếp điểm chính mòn (yếu)

 Tiếp điểm phụ mòn (yếu)

1.4.2.5 Giám sát hệ thống làm mát

 Nhiệt độ môi trường

 Thời gian vận hành của quạt hoặc nhóm quạt làm mát

 Trạng thái của mạch quạt hoặc nhóm quạt làm mát

 Hiệu suất làm mát (Rth)

 Công cụ phần mềm

 Mật khẩu bảo vệ: Cho user và supervisor

 Dữ liệu trực tuyến: Hiển thị các thông tin: status overview, warning/ alarms, active part, overload calculation, bushings, tap changer, cooling unit, conservator, simulator, name plate:

 Dữ liệu quá khứ: Cung cấp các dữ liệu trực quan, cho phép truy cập dẽ dàng

Có phân tích, lập bảng

 Công cụ phân tích khí hoà tan trong dầu (DGA): Có sẵn các công cụ chuẩn đoán như: Duval's triangle, Rogers and Doernenburg ratios, Key Gas methods, etc as per IEEE C57.104 and IEC 60599.:

 Giả lập: Cho phép nhập các thông số (load factor, hot-spot temperature, aging rate, losses, moisture of insulation paper) để tuỳ biến giả lập tình trạng vận hành hệ thống giả lập:

 Hệ thống chuyên gia: Các thuật toán để phân tích trực tuyến có được dựa trên việc thu thập kiến thức về máy biến áp và các tiêu chuẩn quốc tế Nó cung cấp cảnh báo thông minh, chẩn đoán và gợi ý các bước tiếp theo trong quá trình vận hành:

1.4.3 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA

Các thành phần của SCADA có thể được chia thành phần cứng và phần mềm

1) Thành phần phần cứng: Nó đề cập đến các thành phần vật lý của SCADA

Đây bao gồm: thiết bị điện tử thông minh (IED), bộ phận thiết bị đầu cuối từ xa (RTU), phương tiện liên lạc, trạm chủ (máy tính chủ trung tâm) và máy trạm của nhà điều hành

Thiết bị điện tử thông minh (IED: Intelligent electronic device): Thiết bị điện tử

thông minh kỹ thuật số hoặc tương tự và rơle điều khiển giao tiếp trực tiếp với hệ thống được quản lý

Bộ phận thiết bị đầu cuối từ xa (RTU: Remote terminal unit): Thu thập thông

tin từ các trang web từ xa nhờ các thiết bị điện tử thông minh khác nhau Chúng chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu điện tử nhận được từ các thiết bị giao diện lĩnh vực sang ngôn ngữ sử dụng để truyền dữ liệu qua một kênh truyền thông

Phương tiện liên lạc: Các thiết bị được sử dụng để kết nối thiết bị chính

SCADA với RTU trong trạm

Trạm chủ: Nơi thực hiện việc bắt đầu tất cả thông tin liên lạc, thu thập dữ liệu,

lưu trữ thông tin, gửi thông tin đến các hệ thống khác và giao diện với các nhà khai thác Sự khác biệt chính giữa trạm chủ và RTU là trạm chủ khởi tạo hầu như tất cả giao tiếp giữa hai trạm

Máy trạm của người vận hành: Máy trạm của người vận hành thường là các

thiết bị đầu cuối máy tính được nối mạng với SCADA máy chủ trung tâm

2) Thành phần phần mềm: Phần mềm SCADA được chia thành hai loại; bản

quyền hoặc mở Các công ty phát triển phần mềm bản quyền dùng để giao tiếp với phần cứng của họ, tuy nhiên vấn đề chính với các hệ thống này là sự phụ thuộc quá lớn vào nhà cung cấp hệ thống Các hệ thống phần mềm mở đã trở nên phổ biến vì khả năng tương tác mà chúng mang lại cho hệ thống Các tính năng chính của phần mềm SCADA bao gồm giao diện người dùng, hiển thị đồ họa, báo động, xu hướng, giao diện RTU (và PLC), khả năng mở rộng, truy cập dữ liệu, cơ sở dữ liệu, kết nối mạng, khả năng chịu lỗi và dự phòng và xử lý phân tán máy khách hay máy chủ

1.4.4 Kết luận về Tổng quan về lỗi trong máy biến áp

Với mục đích này, phương pháp chẩn đoán trực tuyến và ngoại tuyến hệ thống cho máy biến áp lực đang được phát triển trong những năm gần đây Giám sát trực tuyến được sử dụng liên tục trong quá trình vận hành và cung cấp khả năng ghi chép các ứng suất liên quan có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ Việc đánh giá các dữ liệu này cung cấp khả năng phát hiện các lỗi sớm hơn Ngược lại, các phương thức ngoại tuyến lại phải yêu cầu ngắt kết nối máy biến áp khỏi lưới điện và chỉ được sử dụng trong thời gian kiểm tra theo kế hoạch hoặc khi máy biến áp bị khả nghi gặp lỗi; Việc đánh giá dựa trên điều kiện tin cậy và chính xác có thể giúp nâng cao hiệu quả trong việc bảo trì

Lỗi vật liệu cách điện bên trong có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng Để giảm thiểu rủi ro như vậy, máy biến áp lực phải trải qua một loạt thử nghiệm của nhà máy, bao gồm thử nghiệm hoạt động phóng điện từng phần (Partical Discharge : PD) trước khi được chấp nhận và vận hành Các phép đo PD trực tiếp thường bị hạn chế bởi khu vực cao Do đó, thiết lập đo lường PD điện theo Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) 60270 có giới hạn cho độ nhạy đối với các phép đo trực tiếp/ trực tuyến Ngược lại, độ nhạy của các phép đo PD với tần số siêu cao (UHF) khác thường là đủ và thường không bị ảnh hưởng bên ngoài Đặc biệt là trong môi trường nhiễu, đây là một phương pháp hữu ích để hỗ trợ các kỹ thuật chuẩn đoán PD khác,

ví dụ như định vị âm thanh của PD

TUYẾN

TRỰC TUYẾN

GIÁM SÁT

TẠI CHỔ

1 Sự lão hóa của dầu(vd: màu ,

độ ẩm, và tan δ)

3 Phân tích hơi trong dầu (DGA) xxx xXx xXx Xxx

5 Phương pháp đo PD độc đáo

(vd : phép đo PD UHF)

7 Chẩn đoán điện môi (PDC và

FDS)

XXX : Được chấp nhận hay tiêu chuẩn hóa đại loại

XX : Được chấp nhận bởi nhiều người dung khác nhau

X : Đang được điều tra hoặc xem xét

1 : Phương pháp đo độ ẩm

Phân tích tần số hồi đáp (FRA: Frequency Respond Analysis) so sánh với chức năng đo lường truyền tải của máy biến áp Độ lệch giữa các đường cong tần số phản hồi cho thấy thiệt hại về điện, cơ của cuộn dây

Một yếu tố khác là đánh giá tình trạng tuổi thọ NBA phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ và thời gian hoạt động; hạn chế của tuổi thọ là sự xuống cấp lớp giấy cách điện, đi cùng với sản xuất độ ẩm Vậy, bằng cách biết độ ẩm trong vật liệu cách điện rắn, có thể biết trước về điều kiện tuổi thọ và quyết định công việc tiếp theo; Đánh giá độ ẩm có thể thực hiện bằng nhiều cách; đối với các phép đo ngoại tuyến tại chỗ, quang phổ điện môi là một công cụ khả thi Độ ẩm ảnh hưởng đến phản ứng điện môi của cách điện hệ thống

1.4.5 Thống kê lỗi của máy biến áp lực

Phân tích thống kế về dữ liệu lỗi quá khứ có thể cho thấy các tính năng hữu ích liên quan đến tình trạng lỗi trong tương lai Dữ liệu độ tin cậy của thiết bị cũng được yêu cầu khi đánh giá độ tin cậy tổng thể của hệ thống điện Hơn nữa, tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho thiết bị HV đang được cải thiện dựa trên kinh nghiệm dich vụ và dữ liệu tin cậy

Một lỗi lớn được định nghĩa rằng bất kỳ tình huống nào yêu cầu loại bỏ máy biến áp khỏi dịch vụ trong thời gian dài hơn bảy ngày để điều tra, khắc phục hoặc thay thế Việc sửa chữa cần thiết phải có công việc khắc phục chính, thường yêu cầu phải tháo máy biến áp khỏi vị trí lắp đặt và trả lại nhà máy Một sự cố lớn sẽ yêu cầu ít nhất mở máy biến áp hoặc bể thay đổi vòi, hoặc thay ống lót

Nhóm nghiên cứu đã thu nhập được 964 lỗi chính xảy ra trong giai đoạn 1996

- 2010, với tổng là 167,459 máy biến áp / năm, bởi 58 cơ sở đến từ 21 quốc gia Các

năm sản xuất của các đơn vị kéo dài từ những năm 1950 đến 2009 và thời gian tham khảo từ 3 năm đến 11 năm Bởi vì số lượng máy biến áp hoạt động chỉ được cung cấp trong một năm, tổng số máy biến áp / năm (dân số trên mỗi cơ sở) được tính theo giả định số lượng máy biến áp hoạt động không đổi trong suốt thời gian tham chiếu Số lượng máy biến áp được nhân với khoảng thời gian tham chiếu tính bằng năm để có được ước tính tổng số máy biến áp / năm Tỷ lệ thất bại được tính theo phương trình (7):

Với ni = số lỗi trong i năm ; Ni = Số máy biến áp hoạt động trong i năm ; và T

= thời kì tham chiếu ( thông thường là 1 năm)

Tỷ lệ lỗi chung của các trạm biến áp và máy phát điện tăng cường đều trong vòng 1% (Bảng 2) Dữ liệu lỗi của toàn bộ dân số được phân tích như là một dạng chức năng của vị trí chính (thành phần) trong máy biến áp nơi sự cố được bắt đầu Hình 1 cho thấy phân tích vị trí lỗi cho máy biến áp trạm biến áp có điện áp 100kV trở lên, tương ứng

Hình 1.8: Vị trí lỗi của Các máy biến áp trạm biến áp (>100kV)(dựa trên 536 lỗi

chính

37,69

8,96 17,16

3,54 1,12

31,16

0,37

Cuộn dây Lỗi dẫn, vật liệu cách điện Ống lót

Lõi và bồn chứa Đơn vị làm mát Thay đổi vòi CT

Bảng 1.3: Báo cáo về tỉ lệ lỗi xảy ra tại các loại máy biến áp

Lỗi liên quan đến cuộn dây chiếm nhiều nhất trong cả hai ứng dụng máy biến

áp Máy biến áp GSU chiếm cuộn dây cao hơn (48%)và sự cố thoát chì (13%) so với máy biến áp trạm (tương ứng 38% và 6%) Mặt khác, máy biến áp trạm biến áp chiếm nhiều hơn (31%) lỗi liên quan đến việc đổi vòi so với máy biến áp GSU (12%) Những dữ liệu của sự cố liên quan đến ống lót tương tự trong cả hai ứng dụng máy biến áp

Tỷ lệ lỗi cao liên quan đến cuộn dây và lối thoát chì cho thấy sự cần thiết phải đánh giá tình trạng đặc biệt là đối với các bộ phận này Do đó, trạng thái hiện tại của các kỹ thuật quan trọng nhất để giám sát các phần này sẽ được mô tả trong phần tiếp theo

để có những đáp ứng nhanh khi có sự cố xảy ra Vì vậy để thực hiện công việc này, chúng ta cần có một mô hình toán học biểu diễn một cách cụ thể và tổng quát nhất

có thể về đối tượng nghiên cứu ở đây là máy biến áp Mô hình toán càng rõ ràng việc nghiên cứu càng dễ dàng và chính xác

Vì vậy trước khi đề xuất thuật toán chẩn đoán lỗi máy biến áp, việc cần làm quan trọng nhất đầu tiên là phải biểu diễn được máy biến áp dưới dạng mô hình toán, sơ đồ biến đổi tương đương của máy biến áp lúc máy hoạt động bình thường cũng như lúc xảy ra sự cố Vì vậy để giải quyết vấng đề được đặt ra ở đây là có được mô hình toán tổng quát có thể biểu diện các trường hợp lỗi có khả năng được biểu diễn dưới dạng mô hình toán, việc đầu tiên cần phải có sơ đồ biến đổi tương đương của đối tượng nghiên cứu từ đó có được phương trình tổng quát khi máy biến

áp ở trạng thái bình thường Sau đó tiếp tục biểu diễn được sự thay đổi của máy biến áp khi xảy ra lỗi và các lỗi này cũng có thể biểu diễn thông qua mô hình toán

từ các phương pháp nghiên cứu được Cuối cùng kết hợp lại để ra mô hình toán hoàn chỉnh

2.2 Mô hình toán học của máy biến áp lực

2.2.1 Mô hình toán học lúc máy biến áp lực hoạt đông bình thường

Mô hình toán học của máy biến áp được mô tả dựa trên thực tế là mô hình toán của máy biến áp đáp ứng những điều kiện sau:

- 3 pha

- 3 trụ

- có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được nối sao

Hình 2.1: Sơ đồ máy biến áp 3 pha

Và tính toán điện áp của máy biến áp trong hình 2.1 đƣợc cho bởi :

dt d

- R p1,2,3 là điện trở của cuộn dây sơ cấp

- R s1,2,3 là điện trở của cuộn dây thứ cấp

- R e1,2,3 là thuần trở của cuộn dây ngắn mạch

- N p1,2,3 là số vòng của cuộn dây sơ cấp

- N s1,2,3 là số vòng của cuộn dây thứ cấp

- N e1,2,3 là số vòng của cuộn dây ngắn mạch

b Phương trình tính toán từ thông hỗ cảm Ф1,2,3.

Ta có mối quan hệ giữa mạng MMFs và từ thông hỗ cảm :

m1 m2 m3 m2 m3 m1 m2 m2 m3 m1 m3

det(A)R (R R ) R R R R R R R R (2.8)

p1 m2 p2 1 m2 p3 m1 2

p1 m2 m3 p2 m1 m2 m3 p3 m1 m3 3

s1 s1 s1 L1 L1

s 2

s 2 s 2 L2 L2

s3 s3 s3 L3 L3

di

dtdi

dtdi

d Kết luận mô hình toán của máy biến áp

Từ (2.15) có thể suy ra đƣợc khi mô hình toán tổng quát của MBA khi máy biến áp không xảy ra lỗi:

11

p2 p3 n1 nm n 6

Khi đó mô hình toán tổng quát sẽ trở thành:

Khi máy biến áp hoạt động bình thường thì Fu, Fi đều bằng 1

Vậy khi máy biến áp xảy ra lỗi thì sẽ dùng phương pháp nào để xác định được thành phần lỗi Fu, Fi? Chúng ta sẽ tiếp tục xuống phần tiếp theo của chương Mô hình toán học của máy biến áp lực xảy ra lỗi

2.2.2 Mô hình toán học khi máy biến áp lực xảy ra lỗi

2.2.2.1 Tổng quan về phương pháp thành phần đối xứng

Phương pháp thành phần đối xứng là phương pháp chuyên dùng cho hệ 3 pha đặc biệt, đó là hệ 3 pha có hệ số hỗ cảm, tự cảm thay đổi, do đó tổng trở pha không

cố định chúng thay đổi một cách phức tạp theo trạng thái không đối xứng của dòng điện các pha

Trong thực tế các thiết bị điện 3 pha thường có cuộn dây quấn trên những lõi thép được ghép với nhau thành một mạch từ khép kín Những lõi thép này có độ dẫn

từ gấp nhiều lần so với môi trường không khí xung quanh Chúng thường được thiết

kế và lắp đặt sao cho các cuộn dây 3 pha làm việc ở một trạng thái dòng điện 3 pha đối xứng đã có tổng trở nhất định Tuy nhiên không có sự đồng nhất về độ dẫn từ giữa lõi thép và không khí mà từ thông sẽ chạy theo hướng khác với quan hệ về độ lớn dòng điện và dòng từ thông nên sẽ có những tổng trở khác nhau

3 thành phần vectơ ia, ib, ic không đối xứng có thể phân tích thành 3 thành phần vectơ đối xứng thông qua 3 hệ thống gồm:

 vectơ thứ tự thuận : ia1, ib1, ic1

 vectơ thứ tự nghịch: ia2, ib2, ic2

 vectơ thứ tự không: ia0, ib0, ic0

Theo điều kiện phân tích ta có:

 ia = ia1+ia2+ia0

 ib = ib1+ib2+ib0

 ic = ic1+ic2+ic0

Hình 2.2: 3 thành phần vectơ đối xứng

2.2.2.2 Sơ đồ tương đương và thông số máy biến áp cần nghiên cứu

1 Thông số máy biến áp lực 220KV Kon Tum:

sc

Uz

S

Với : Ssc: Công suất ngắn mạch

 Tổng trở định mức (zbase):

2 H base

HM

U z

Ta có sơ đồ tương đương theo phương pháp thành phần đối xứng :

Hình 2.3: Sơ đồ mạch tương đương

2.2.2.3 Lỗi một pha chạm đất

Tính toán bên thứ cấp:

Hình 2.4: Sơ đồ tương đương tương ứng với lỗi một chạm đất phía thứ cấp

Từ sơ đồ tương đương ta có thể dễ dàng tính toán được các thành phần dòng điện cũng như điện áp quy đổi giúp tính toán dòng điện và điện áp lúc xảy ra lỗi

1 Tính toán thành phân quy đổi:

 Thành phần quy đổi dòng điện:

M

(1) A

SI