Kết hợp mô hình mạch và mô hình trường nghiên cứu từ trường máy biến áp ba pha ba dây quấn trong đó có hai dây quấn nối tự ngẫu650

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*********
NGUYỄN NGỌC MỸ

KẾT HP MÔ HÌNH MẠCH VÀ MÔ HÌNH TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA DÂY QUẤN
TRONG ĐÓ CÓ HAI DÂY QUẤN NỐI TỰ NGAÃU
Chuyên ngành : Máy điện
Mã số : 2 – 04 – 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGI HNG DN KHOA HC :
1. PGS.TS. LÊ VN DOANH
2. PGS.TS. NG VN ÀO

Hà Nội – 2005


1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ

NGUYÊN VĂN

VIẾT TẮT

MBA

Máy bin áp

PTHH

Phn t hu hn

FEMM

Finite Element Methode Magnetics

Wnt

Dây qun ni tip (t ngoài cùng)

W2

Dây qun t ngu (t gia)

W3

Dây qun h áp (t sát tr)

JA1+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dâyWnt pha A.

JA1-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây Wnt pha A

JA2+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W2 pha A

JA2-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W2 pha A

JA3+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W3 pha A

JA3-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W3 pha A

JB1+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây Wnt pha B

JB1-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây Wnt pha B

JB2+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W2 pha B

JB2-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W2 pha B

JB3+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W3 pha B

JB3-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W3 pha B

JC1+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dâyWnt pha C

JC1-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây Wnt pha C

JC2+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W2 pha C

JC2-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W2 pha C

JC3+

Mt  dòng in hng vào min xét ca bi dây W3 pha C

JC3-

Mt  dòng in hng ra min xét ca bi dây W3 pha C


2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình

Tên hình vẽ

Trang

2.1

MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu

36

2.2

Phn t hu hn hình tam giác

40

2.3

S  thut tốn gii bài toán theo phng pháp PTHH

42

3.1

S  nguyên lý và mch in mt pha ca MBA ba pha ba dây
qun

45

3.2

S  thay th máy bin áp ba pha ba dây qun cách ly

47

3.3

 th vec t ca MBA ba dây qun cách ly

48

3.4a

S  MBA t ngu h áp

50

3.4b

S  MBA t ngu tng áp

50

3.5

S  máy bin áp t ngu mt pha h áp

54

3.6

S  MBA hai dây qun tng ng

55

3.7

S  MBA t ngu lý tng

56

3.8

S  thay th MBA t ngu qui i v th cp

58

3.9

S  thay th MBA t ngu qui i v s cp

58

3.10

S  máy bin áp t ngu mt pha h áp

59

3.11

S  thay th MBA t ngu khi xét n dịng in khơng ti I0

62

3.12

 th vect MBA t ngu ng vi s  thay th hình 3.11

63

3.133.20

Các s  chng minh tính úng n ca s  thay th MBA 64-69
t ngu khi xét dịng in khơng ti I0

3.21

S  MBA t ngu mt pha tng áp

70

3.22

S  thay th MBA t ngu tng áp cha xét tn hao st t

72

3.23

S  thay th MBA t ngu tng áp có xét tn hao st t

72

3.24

S  MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni
t ngu.

73


3

Mơ hình mch MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây
qun ni t ngu

78

4.1a-b

S  thí nghim ngn mch cp dây qun 1-2

80

4.2a-b

S  thí nghim ngn mch cp dây qun 1-3

81

4.3a-b

S  thí nghim ngn mch cp dây qun 2-3

81

4.4

Mch in tính dịng in trong dây qun và mt  dòng in
trong min kho sát ca các bi dây

83

5.1

Mơ hình và kích thc mch t ca MBA

102

5.2

Mơ hình ng sc khi MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh
mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

105

5.3

ng MN kho sát t trng MBA (tr Φ=640mm) mang ti
nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

105

5.4

 th biu din  ln t th vect A dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

106

5.5

 th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

106

5.6

 th biu din  ln cm ng t Bn dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

107

5.7

 th biu din  ln cm ng t Bt dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

107

5.8

 th biu din  ln t trng H dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

108

5.9

 th biu din  ln t trng Hn dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

108

5.10

 th biu din  ln t trng Ht dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

109

5.11

ng kho sát  ln cm ng t B ti các góc trong và góc
ngồi ca mch t khi MBA (tr Φ=640mm) mang ti nh
mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

109

3.25

→


4

5.12

 th biu din  ln cm ng t B ti các góc trong và ngồi
ca mch t khi MBA ( tr Φ=640mm ) mang ti nh mc

110

cosϕ =0,8 (ϕ > 0).
5.13

ng EF kho sát cm ng t B  gông 1 và 3 khi MBA (tr
Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

110

5.14

 th biu din  ln cm ng t B  gông 1 và 3 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

111

5.15

ng GH kho sát cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA (tr
Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

111

5.16

 th biu din  ln cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

112

5.17

ng bao tính tích phân khi bi dây Wnt khi MBA (tr
Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

112

5.18

ng bao tính tích phân khi bi dây W2 khi MBA (tr
Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

113

5.19

ng bao tính tích phân khi bi dây W3 khi MBA (tr
Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0).

113

5.20

ng MN kho sát t trng khi MBA (tr Φ=640mm)
không ti.

115

5.21

 th biu din  ln t th vect A dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) không ti.

116

5.22

 th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) không ti.

116

5.23

 th biu din  ln cm ng t Bn dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) không ti.

117

5.24

 th biu din  ln cm ng t Bt dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) không ti.

117

5.25

 th biu din  ln t trng H dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) không ti.

118

5.26

 th biu din  ln t trng Hn dc ng MN khi MBA

118

→


5
(tr Φ=640mm) không ti.
5.27

 th biu din  ln t trng Ht dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) khơng ti.

119

5.28

Hình bao kho sát mch t theo khi khi MBA (tr Φ=640mm)
khơng ti

119

5.29

Mơ hình ng sc khi MBA (tr Φ=640mm) mang ti

122

cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.
5.30

ng MN kho sát t trng MBA (tr Φ=640mm) mang ti
cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

5.31

 th biu din  ln t th vect A dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti
kt=1,4.

123

5.32

 th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

123

5.33

 th biu din  ln cm ng t Bn dc ng MN khi
MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti
kt=1,4.

124

5.34

 th biu din  ln cm ng t Bt dc ng MN khi

MBA (tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti
kt=1,4.

124

5.35

 th biu din  ln t trng H dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

125

5.36

 th biu din  ln t trng Hn dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

125

5.37

 th biu din  ln t trng Ht dc ng MN khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

126

5.38

ng EF kho sát cm ng t B  gông 1và 3 khi MBA

126

→

122

(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.
5.39

 th biu din  ln cm ng t B  gông 1 và 3 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

127


6

5.40

ng EF kho sát cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

127

5.41

 th biu din  ln cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

128

5.42

ng bao ly tích phân khi trong min kho sát khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ =0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.

128

5.43

ng bao tích phân khi trên min dây qun khi MBA

129

(tr Φ=640mm) mang ti cosϕ = 0,8 (ϕ > 0), quá ti k t=1,4.
5.44

ng MN kho sát t trng MBA (tr Φ=630mm) mang ti
nh mc cosϕ =0,8 (ϕ > 0)

5.45

 th biu din  ln t th vect A dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).

130

5.46

 th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA

(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).

131

5.47

 th biu din  ln cm ng t Bn dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).

131

5.48

 th biu din  ln cm ng t Bt dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).

132

5.49

 th biu din  ln t trng H dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

132

5.50

 th biu din  ln t trng Hn dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

133

5.51

 th biu din  ln t trng Ht dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

133

5.52

ng EF kho sát cm ng t B  gông 1và 3 khi MBA

134

→

130

(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).
5.53

 th biu din  ln cm ng t B  gông 1 và 3 khi MBA
(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0)

134

5.54

ng GH kho sát cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA

135

(tr Φ=630mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).


7

5.55

 th biu din  ln cm ng t B  gông 2 và 4 khi MBA
(tr Φ=640mm) mang ti nh mc cosϕ = 0,8 (ϕ > 0).

135

5.56

ng MN kho sát t trng MBA (tr Φ=630mm) không
ti .

136

5.57

 th biu din  ln t th vect A dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) không ti

136

5.58

 th biu din  ln cm ng t B dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm) không ti.

137

5.59

 th biu din  ln cm ng t Bn dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) không ti.

137

5.60

 th biu din  ln cm ng t Bt dc ng MN khi
MBA (tr Φ=630mm) không ti

138

5.61

 th biu din  ln t trng H dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm)

138

5.62

 th biu din  ln t trng Hn dc ng MN khi MBA

(tr Φ=630mm)

139

5.63

 th biu din  ln t trng Ht dc ng MN khi MBA
(tr Φ=630mm) .

139

5.64

Hình bao ly tích phân khi theo din tích mch t khi MBA
(tr Φ=630mm) không ti

140

→

XUW


8

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bng

Tên bng

Trang

Cm ng t trong tr và gông kho sát  các ch  ti
khác nhau.

140

PL.1

Quan h B(H) ca thép lá mã hiu 27ZH95.

152

PL.2

Sut tn hao PC, q C, PCk , qCk ca lá thép mã hiu
27ZH95.

153

PL.3.1 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha A ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 khơng ti.

156

PL.3.2 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha B ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 khơng ti.

157

PL.3.3 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha C ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2>0), dây qun W3 khơng ti.

158

PL.3.4 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha A ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 không ti.

159

PL.3.5 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha B ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 không ti.

160

PL.3.6 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2  pha C ca MBA khi dây qun W2 mang ti
cost2= 0,8 (t2<0), dây qun W3 khơng ti.

161

PL.3.7 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2, W 3  pha A ca MBA khi dây qun W2 ,W3
mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0).

162

PL.3.8 Mt  dòng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2, W 3  pha B ca MBA khi dây qun W2 ,W3
mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0).

163

5.1


9

PL.3.9 Mt  dịng in trên các min din tích thay th bi dây
Wnt, W2, W 3  pha C ca MBA khi dây qun W2 ,W3
mang ti, cost2=cost3 = 0,8 (t2>0, t3>0).

164

PL.4

Bng tính dịng in trong dây qun và mt  dịng in
trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2
mang ti cost2= 0,8 (t2 > 0), dây qun W3 khơng ti.

165

PL.5

Bng tính dịng in trong dây qun và mt  dịng in

trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2
mang ti cost2= 0,8 (t2 < 0), dây qun W3 không ti.

166

PL.6

Bng tính dịng in trong dây qun và mt  dịng in
trên din tích thay th các bi dây MBA khi dây qun W2
và W3 mang ti, cos t2=cost3 = 0,8 (t2>0; t3>0).

167

PL.7

Các ng cong c tính t ca lá thép mã hiu 27ZH95.

168

XUW


10
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Nm 1878 Ia-blt-skơp da vào quan h in t ã dùng hai cun dây
qun c lp trên mt lõi thép h  làm mt ngun in chiu sáng. ây
chính là máy bin áp (MBA) mt pha u tiên.
S ra i ca MBA ã m ra mt k nguyên mi cho s nghip truyn
ti và phân phi in nng.

-Nm 1885 MBA có lõi thép kín ra i.
-Nm 1889 MBA ba pha xut hin. Cng nm này, aliv
abrôvônxki (ngi Nga) xây dng mt nhà máy thu in ( c) cơng sut
220kW, phát dịng in ba pha, in áp 95V, tn s 30-40Hz. Ông dùng MBA
ba pha nâng in áp lên 15,2kV ti in t Lâu-fen n phòng trin lãm
Frng-fuc cách nhau 175km, vi hiu sut 75%. Ti Frng-fuc ông xây
dng hai trm bin áp h áp 15kV/112volt. Trong ó mt trm cung cp in
cho thp sáng, trm còn li cp in  chy mt ng c in cm ng ba
pha 100 mã lc.
Sau khi trin lãm b mc, ông nâng in áp lên 25-30kV, hiu sut
77%.
-Nm 1901 xut hin MBA 110kV.
-Nm 1921 xut hin MBA 220kV.
-Nm 1927 xut hin MBA 287,5kV.
Hin nay ã có nhng ng dây ti in xoay chiu ba pha 500kV,
800kV, 1.250kV. Nhiu nc ã ni h thng in lc quc gia vi nhau
thành h thng in lc quc t.
Máy bin áp 220kV ã bt u c s dng  Vit Nam t nm 1969
tuyn a Nhim–Th c (min Nam) và nm 1979 tuyn Ph Li–Hà ông
(min Bc). Theo thng kê ca Tng cơng ty in lc Vit nam, tính n


11
tháng 12 nm 2002 s lng và công sut MBA 220kV s dng trên h thng
in gm 97 máy vi tng dung lng 16.151MVA.
Hu ht MBA 220kV s dng  Vit Nam u c nhp t nc
ngoài qua nhiu ngun. S lng ln do Liên xô (c) cung cp, vi cơng sut
t 63MVA n 315MVA (Hịa Bình). Mt s lng áng k c nhp t
Nht Bn, s còn li c nhp t châu Âu.
Theo quyt nh s 95/2001/Q-TTg ca Th tng Chính ph nc

Cng hồ Xã hi Ch ngha Vit Nam ký ngày 22 tháng 6 nm 2001, phê
duyt quy hoch phát trin in lc Vit Nam giai on 2001-2010 có xét
trin vng n nm 2020 [3]. Trong ó iu 1- mc 7.7 - im 2.b ghi rõ :
“Tng Công ty in lc Vit Nam u t y mnh ngành công ngh ch to
thit b in trong nc, trc ht tp trung ch to thit b in trn b cho
li trung th và h th; tin ti ch to thit b trn b cho li 110kV220kV, gim dn thit b in nhp khu t nc ngồi”.
Chng trình phát trin ngun in giai on 2001-2010 có xét trin
vng n nm 2020 kèm theo quyt nh s 95/2001/Q-TTg và  án hiu
chnh ca Vin Nng lng thuc Tng công ty in lc Vit Nam tháng 10
nm 2002 ti mc II.1- Các trm bin áp 220kV ca ph lc II ã ch rõ nhu
cu s dng MBA 220kV nh sau:
*S MBA hin có trên h thng truyn ti in quc gia n nm 2001:
- 6 MBA 500kV vi tng công sut 2.700MVA
(min Bc 2 máy, min Trung 2 máy, min Nam 2 máy)
- 57 MBA 220kV vi tng công sut 8.162MVA
(min Bc 24 máy, min Trung 9 máy, min Nam 24 máy).
T nm 2002 n nm 2020 cn phi lp mi 36 MBA 500kV vi tng
công sut 18.200MVA và 254 MBA 220kV vi tng công sut 39.317MVA,
c th nh sau:
*Giai on 2002-2005:


12
- 11 MBA 500kV vi tng công sut 5.250MVA
(min Bc 2 máy, min Trung 3 máy, min Nam 6 máy).
- 57 MBA 220kV vi tng công sut 8.815MVA
(min Bc 18 máy, min Trung 10 máy, min Nam 29 máy).
*Giai on 2006-2010:
-

8 MBA 500kV vi tng công sut 3.750MVA

(min Bc 3 máy, min Trung 1 máy, min Nam 4 máy).
- 52 MBA 220kV vi tng công sut 8.189MVA
(min Bc 25 máy, min Trung 9 máy, min Nam 18 máy).
*Giai on 2011-2020 :
- 17 MBA 500kV vi tng công sut 9.200MVA
(min Bc 8 máy, min Trung 3 máy, min Nam 6 máy).
-145 MBA 220kV vi tng công sut 22.313MVA
(min Bc 60 máy, min Trung 24 máy, min Nam 61 máy).
Cho n ngày 02 tháng 01 nm 2004 MBA 225/115/23kV-125MVA
u tiên do nhà máy ch to thit b in ông Anh - Hà Ni sn xut c
lp t trên h thng in.
Theo quy hoch ca ngành in Vit nam, t nm 2001 n nm 2020,
trung bình mi nm cn lp mi khong 20 MBA 220kV, dung lng
2.850MVA, nu nhp ngoi phi tn bình quân 30 triu USD mi nm. Nh
vy nhu cu v MBA 220kV ang có nhng ịi hi rt ln.
Tip theo nhng thành công ca MBA 110kV/63MVA ang c sn
xut hàng lot, vic chuyn sang ch to MBA 220kV/125MVA s là bc
tin nhy vt ca ngành ch to thit b in Vit Nam. Tuy nhiên vic ch
to MBA thuc loi siêu trng (trên 150 tn) và in áp rt cao (220kV) này
òi hi các k s in Vit nam phi gii quyt nhiu vn  phc tp v lý
thuyt và công ngh. Vn  cp bách t ra là cn có phng pháp tính tốn,
nghiên cu v mt lý thuyt mt cách y  các quá trình trong máy (s


13
phân b trng t, s phân b trng nhit, nh hng ca trng in t tác
ng lên dây qun MBA khi có sóng sét…)  góp phn ti u hóa thit k,
và có nhng gii pháp hp lý trong vic ch to, vn hành, bo dng máy

bin áp loi này.
“ Kt hp mơ hình mch và mơ hình trng  nghiên cu, tính tốn s
phân b t trng trong mch t ca máy bin áp ba pha ba dây qun trong
ó có hai dây qun ni t ngu” là mt phng pháp góp phn hồn thin vic
tính tốn, thit k mch t ca máy bin áp loi này.
Kt qu ca  tài còn là c s  m rng nghiên cu c tính, s
phân b và q trình truyn nhit ca MBA, cng nh nh hng trng in
t tác ng lên dây qun ca MBA …., giúp cho vic thit k ti u MBA ba
pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-Lun án ã thit lp mơ hình trng in t ca MBA, ó là mơ hình
→

t ng vit cho t th vect A .
-Lun án ã xây dng mơ hình mch ca MBA t ngu có dịng in
khơng ti I0, mơ hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây
qun ni t ngu mà trc ây cha c  cp.
-Lun án ã tính các thơng s trên mơ hình mch ca MBA ba pha ba
dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu. Vit và chy chng trình
Matlab  tính mt  dòng in trong các min ca các bi dây MBA loi
này.
-Lun án ã kt hp mơ hình mch và mơ hình trng bng cách : a
kt qu gii mơ hình mch (mt  dịng in trong các min ca các bi dây
MBA) vào mơ hình trng ca MBA, sau ó dùng phng pháp phn t hu
hn là phng pháp mnh vi cơng c h tr là máy tính  gii bài toán


14
trng, kt qu thu c cho phép nghiên cu, tính toán s phân b t trng
trong mch t ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t

ngu góp phn ti u hóa thit k, và có nhng gii pháp hp lý trong vic
ch to MBA loi này.
-Lun án ã áp dng phng pháp trên  nghiên cu t trng trong
máy bin áp ba pha ba dây qun 225/115/23kV-125/125/25MVA trong ó
hai dây qun 225/115kV ni t ngu và rút ra mt s kt lun.
3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.Mc ích:
Xây dng mơ hình mch  kt hp vi mơ hình trng nghiên
cu t trng trong MBA ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t
ngu.
3.2.i tng:
i tng nghiên cu ca lun án này là MBA ba pha ba dây
qun trong ó có hai dây qun ni t ngu.
3.3.Phm vi nghiên cu:
-Nghiên cu tng quan các phng pháp nghiên cu t trng
trong máy in, c bit các phng pháp nghiên cu t trng trong MBA.
-Xây dng mơ hình trng in t ca MBA.
-Xây dng mơ hình mch ca MBA t ngu.
-Xây dng mơ hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó
có hai dây qun ni t ngu.
-Da vào mơ hình mch vit và chy chng trình Matlab tính
mt  dịng in trong các min dây qun ca MBA ba pha ba dây qun .
-Kt hp mơ hình mch vi mơ hình trng và phng pháp
phn t hu hn thông qua phn mm FEMM (Finite Element Method
Magnetics)  nghiên cu t trng trong MBA.


15
-Áp dng phng pháp trên  nghiên cu t trng trong MBA
ba pha ba dây qun 225/125/23kV-125/125/25MVA trong ó dây qun

225kV ni t ngu vi dây qun 115kV (xét cho ti i xng,  trng thái
xác lp vi các ch  khơng ti, non ti, nh mc, q ti).
-Phân tích kt qu.
-Kt lun.

XUW


16
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÁY BIẾN ÁP HIỆN NAY

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hin nay h thng truyn ti in Vit Nam bao gm ba cp in áp
500kV, 220kV và 110kV. Mc tiêu phát trin li truyn ti ca Tng Công
ty in lc Vit Nam t nay n nm 2010 là xây dng li truyn ti có kh
nng truyn ti cơng sut ln, m bo tính an tồn và n nh cao ca h
thng in, áp ng nhng tiêu chun k thut tiên tin, tng bc kt ni h
thng truyn ti in Vit Nam vi các nc trong khu vc.
 t c mc tiêu trên, t nay n nm 2010, theo quy hoch,
ngành in Vit Nam s xây dng thêm 14.524km ng dây truyn ti
(trong ó 2401km ng dây 500kV, 5.174km ng dây 220kV và 6.949km
ng dây 110kV) và b sung 38.265MVA công sut máy bin áp truyn ti.
Tng dung lng lp t các trm bin áp truyn ti nm 2002 tng 18,1% so
vi nm 2001, lên n 23.000MVA.[13]
Máy bin áp là phn t quan trng trong h thng truyn ti và phân
phi in. in nng t máy phát n ni tiêu th thng phi bin i in
áp thành nhiu cp, vì th tng công sut các MBA gp bn n nm ln tng
công sut t ca các máy phát in. Vi vai trò quan trng ca MBA nh

vy nên t lâu ã có nhiu cơng trình trong và ngồi nc nghiên cu, tính
tốn, thit k, vn hành bo dng MBA in lc vi nhiu cp in áp và
các di công sut khác nhau.


17
1.1.

Tình hình nghiên cứu máy biến áp điện lực trên thế giới
Chúng ta bit rng mi quá trình in t xy ra trong các thit b in

u tuân theo h phng trình Maxwell. ây là phng trình o hàm riêng
→

→

i vi cng  in trng E và cng  t trng H , phân b trong
không gian và din bin theo thi gian.  gii quyt lp bài toán này phi s
dng phng pháp gii tích. Cơng vic này rt khó khn và mc  khó khn
tng lên gp bi khi b ca bài tốn có hình dáng phc tp. Vì vy khi tính
tốn, thit k các thit b in ngi ta thng da vào mơ hình mch kt hp
vi các cơng thc kinh nghim tích lu qua nhiu mu thit k và các h s
thc nghim.
Thc t phn ln thit b in thỗ mãn các iu kin ca mơ hình
mch, do ó mơ hình mch tr thành cơng c rt quen thuc vi các k s
in t vic gii thích nguyên lý làm vic n vic phát hin h hng, sa
cha, vn hành, khai thác, thit k, ch to thit b in.
Có nhiu tài liu nc ngồi nghiên cu, tính tốn t trng trong máy
bin áp theo mơ hình mch.
Ivanov – Smolenski [9] ã trình bày kt cu mch t và tính tốn các

tham s ca mch t.
Chiping, Nasser H. Kutkut, D.W.Novotny và D.M.Divan (1994) [18]
ã dùng s  mch in tng ng  tính in cm, h cm ca MBA
nhiu dây qun ng trc.
M. Tumay, R.R.S. Simpson (1994) [26] ã mơ t phng pháp phân
tích hot ng ca MBA, xét hiu ng phi tuyn và t tr tc thi liên h gia
các pha trong MBA ba pha. Mt mơ hình biu din di dng hàm m c
dùng  miêu t hiu ng phi tuyn và t tr ca MBA , ã phân tích d liu
cho trng hp MBA ba pha ba dây qun khơng ti nh máy tính.


18
Francis Milsant (1990) [53], Alsthom (1995) [52], Vicent Deltoro
(1988) [45] ã trình bày cu to, cách tính tốn, thit k mch t ca MBA
theo mơ hình mch.
B.C. Papadias, N.D. Hatziargyriou, J.A. Bakopoulos, J.M. Prousalidis
(1994) [16] dùng mơ hình mch in  nghiên cu trng in t trong máy
bin áp ba pha khi xy ra quá in áp trên ti khi óng ngt mch in s cp.
Do tính cht phc tp ca bài tốn in t, theo mơ hình mch ơi khi
ã b qua hoc cha din t y  các hin tng quan trng nh : dịng in
xốy, hiu ng b mt, hin tng bão hoà, hin tng t tr. Vì th trong
nhiu trng hp mơ hình mch gây sai s ln.
 khc phc nhng hn ch ca mơ hình mch, ta cn tr li gii
quyt bài tốn theo mơ hình trng. Tuy nhiên vic gii các bài tốn theo mơ
hình trng gp tr ngi chính là phng pháp gii tích  gii các phng
trình o hàm riêng rt phc tp. Vì vy ngi ta cn s dng phng pháp
s. Phng pháp s mnh và thích hp nht  gii các phng trình o hàm
riêng là phng pháp phn t hu hn (PTHH).
Phng pháp PTHH là kt qu nghiên cu ca các nhà tốn hc và các
nhà k thut. Nó cho phép xây dng thut toán tng quát cho bài tốn trng

có hình dng b bt k, ng thi chin lc phân min bài tốn ht sc linh
hot. Chính vì vy ngày nay phng pháp PTHH c áp dng ph bin
trong các lnh vc mơ phng, tính tốn, thit k : c khí, in t, nhit…
n nay ã có nhiu cơng trình ca các tác gi nc ngồi s dng
phng pháp PTHH nghiên cu trng in t, tính tốn, thit k máy in.
A.Konrad (1974) ã s dng PTHH tam giác  nghiên cu bài toán
trng in t, nm 1985, các cơng trình ca Z.J. Cendes, R.S.H. Hoole và
P.R.P Hoole ã gii trng in t trc tip bng các PTHH.
Peter P. Silvester và Ronald L.Ferrari (1983) [27] ã nghiên cu trng
in t ca máy in bng phng pháp PTHH và vit chng trình theo


19
ngơn ng Fortran cho máy tính  nghiên cu trng in t trong ng c
khơng ng b.
Nhiu cơng trình s dng phng pháp PTHH  nghiên cu, tính tốn
máy in, tp trung nhiu nht là các loi máy in quay nh :
S. Bouissou và Piriou (1993) s dng mơ hình PTHH gm 1.136 phn
t tam giác và 648 nút, dùng phng pháp lp Newton-Raphson nghiên cu
máy in ng b cc li 20kV/1.300kW-50Hz  ch  xác lp, ã a ra
các c tính dịng in, in áp ca máy.
A.H Bagegni, G.E. Adamo, R.G. Hoft (1993) nghiên cu, thit k ng
c cm ng dùng trong h thng thu lc bng phng pháp phn t hu hn.
Các kt qu tính tốn c s dng  hoàn thin mch t ã thit k và a
vào ch to. Mơ hình PTHH gm 854 phn t tam giác và 496 nút.
Zh.D.Georgiev, V.N. Savov, E.S. Bogdanor (1997) ã kt hp phng
trình trng, phng trình mch, phng trình chuyn ng, dùng phng
pháp PTHH, vi mơ hình 2.933 phn t tam giác, 1.651 nút  nghiên cu
c tính dịng in, momen quay, tc  cho ng c rôto lng sóc
380V/45kW-50Hz. Kt qu thu c các ng cong dịng in stato, rôto,

mômen quay, tc   ch  m máy khơng ti.
Trong lnh vc máy bin áp, cng có khá nhiu cơng trình nghiên cu,
thit k MBA bng PTHH . Nm 1991 V.Darley [41] báo cáo trong hi ngh
ISEF (Southampton, England) v Thc hành ng dng k thut PTHH trong
thit k MBA. Nm 1995 R.Allcock, RMc Clelland, S.A. Holland và A. Ro
[15] tính tốn thit k MBA dùng phng pháp PTHH. Nm 2000 Darley
[43] dùng k thut PTHH  phân tích, thit k , tính tốn MBA in lc,
trong ó t vn  gii quyt trng in t, c khí. Nm 2001 Guemes
Alonso, José Antonio [14] báo cáo “Mt phng pháp mi  tính in kháng
tn và tn hao st trong máy bin áp” ti hi ngh quc t ln th nm v máy
in và h thng ICEMS (Proceedings of the Fifth International Conference


20
on Electrical Machines and Systems), trong ó ơng dùng phn t hu hn 2D
cho máy MBA ba pha 20/0,4kV-400kVA, kt qu tính c in kháng tn
và tn hao trong lõi st.
Các cơng trình trên ã nghiên cu ch yu MBA mt pha, MBA ba pha
ba dây qun cách ly. Nhng i vi MBA t ngu, MBA ba pha ba dây qun
trong ó có hai dây qun ni t ngu thì cha c nghiên cu y . c
bit là cha xây dng mơ hình mch cho các MBA loi này.
1.2. Tình hình nghiên cứu MBA điện lực trong nước
V lnh vc lý thuyt chuyên sâu, ti thi im hin nay “Máy bin áp
– Lý thuyt, Vn hành, Bo dng, Th nghim” [1] là tài liu chuyên sâu, 
cp mt cách chi tit và có h thng nhng vn  c bn v lý thuyt, kinh
nghim vn hành, bo dng và th nghim máy bin áp.
V lnh vc thit k máy bin áp in lc c trình bày khá y 
chi tit trong “Thit k máy bin áp”[2], “Thit k máy bin áp in lc” [12],
“ Thit k máy in” [7], ó là các tài liu c các tác gi úc kt qua
nghiên cu nhiu tài liu nc ngoài kt hp vi kinh nghim thc tin

nghiên cu, ging dy và tham gia t vn thit k, ch to MBA. Các tài liu
này hng dn quy trình tính tốn, thit k MBA in lc nói chung, có thí
d thit k chi tit cho MBA ba pha hai, ba dây qun vi các cp in áp và
cơng sut 35kV, 110kV/ 63MVA. Có th xem ây là cm nang giúp các k
s, chuyên gia trong lnh vc thit k, ch to MBA trong nc tham kho.
Các phng pháp hin i trong nghiên cu tính tốn thit k k thut
in [6] là tài liu chuyên sâu trình bày y  và h thng các phng
phng pháp hin i nghiên cu trng in t trong các thit b in.
n nay ã có nhiu cơng trình nghiên cu, tính tốn, thit k MBA
in lc mt pha ba pha có in áp cao, cơng sut ln góp phn hồn thin
sn xut, ch to máy bin áp in lc.


21
T nm 1995 nhà máy ch to thit b in ông Anh –Hà Ni c
Tng Công ty in lc Vit Nam giao nhim v nghiên cu thit k ch to
th máy bin áp 110kV. Sau khi ch to th thành công, nhà máy ã a vào
sn xut quy mô. n nay ã ch to trên 60 máy bin áp 110kV vi công
sut t 25MVA n 63MVA. Các máy bin áp do nhà máy ch to ã óng
góp tích cc cho cơng tác xây dng c bn, phc v chng trình chng quá
ti, phát trin li in Quc gia.
Nm 2001 Tng Công ty in lc Vit Nam ã giao cho nhà máy
nghiên cu, tính tốn, thit k, ch to th MBA in lc ba pha
225/115/23kV-125/125/25MVA. Ngày 02/01/2004, ti trm bin áp 220kV
Sóc sn, MBA do nhà máy ch to ã chính thc óng in hồ vào li in
Quc gia, mang ti y .
Vic ch to thành công MBA 225/115/23kV-125/125/25MVA là bc
tin nhy vt, khng nh kh nng vn lên ca nhà máy ch to thit b in
ông Anh và ca ngành Ch to thit b in Vit Nam.
Công ty C in Th c cng ã ch to MBA 110kV/40MVA và

MBA 110kV/63MVA góp phn phc v cho vic truyn ti in nng các
tnh phía Nam.
Tuy nhiên vic gii quyt bài tốn trng t, trng nhit, trng in
trong các MBA loi này  không ngng nâng cao hiu sut, tng tui th,
gim giá thành ca máy luôn là vn  quan tâm ca các nhà nghiên cu,
thit k, ch to cng nh ca ngi s dng.
 gii bài toán trng in t trong các thit b in nói chung và
MBA nói riêng trc ht cn phi thit lp mơ hình nghiên cu. iu này ịi
hi phi có y  các thơng tin sau:
- Các c tính khơng gian và thi gian ca ngun: Ngun tp trung hay
phân b trong không gian. Ngun không i hay bin thiên theo thi gian.


22
- c tính vt lý và hình hc ca các min con và tồn min khơng gian
nghiên cu. Thuc tính vt liu in, vt liu t, vi các thông s ca mơi
trng là tuyn tính hay phi tuyn.
- Phân tích các hin tng in t  bit trong thit b tn ti nhng
trng gì. Qui lut phân b trng trong khơng gian và thi gian. Tính i
xng hình hc, i xng và phn i xng vt lý, iu kin biên gii và iu
kin b.
Sau ó da vào yêu cu bài tốn, cn xác nh i lng vt lý gì  la
chn mơ hình và n s ca mơ hình.
i vi MBA, chn mơ hình trng in t ng vit cho t th vect
→

A  nghiên cu t trng là thích hp nht.
→

 gii mơ hình trng in t ng vit cho t th vect A cho kt

qu chính xác, thì mt  dòng in ca ngun gây ra trng phi chính xác
c v tr hiu dng ln góc pha. iu này ịi hi phi có mơ hình mch mt
cách chính xác.
Nhiu tác gi ã xây dng mơ hình mch ca MBA mt pha, mơ hình
mch ca MBA ba pha ba dây qun, MBA pha ba nhiu dây qun cách ly,
nhng mơ hình mch MBA t ngu có xét dịng in không ti I0 và MBA ba
pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu thì cha c  cp.
Vic kt hp mơ hình mch và mơ hình trng  nghiên cu t trng
trong MBA in lc ba pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu
cng cha c  cp.
1.3. Đề xuất hướng nghiên cứu của tác giả:
 gii quyt yêu cu ca lun án t ra, tác gi  xut hng nghiên
cu nh sau:
1) Thit lp mơ hình trng in t  nghiên cu t trng ca MBA.
2) Xây dng mô hình mch ca MBA ba pha ba dây qun trong ó có


23
hai dây qun ni t ngu.  thc hin iu ó trc ht phi xây dng mơ
hình mch ca MBA t ngu. Sau ó xây dng mơ hình mch ca MBA ba
pha ba dây qun trong ó có hai dây qun ni t ngu.
3) Tính các thơng s ca mơ hình mch MBA ba pha ba dây qun
trong ó có hai dây qun ni t ngu. Da vào mơ hình mch tính dịng in,
mt  dịng in trong dây qun các pha ca MBA mt cách chính xác c v
tr hiu dng ln góc pha khi bit  ln và tính cht ca ti.
4) Bm dịng in có mt  ã xác nh c t mơ hình mch vào
mơ hình trng  gii bài toán t trng ca MBA bng máy tính s và
phng pháp PTHH vi phn mm FEMM.
- Áp dng phng pháp trên  nghiên cu t trng ca MBA in
lc ba pha ba dây qun 225/115/23kV-125/125/25MVA trong ó có hai dây

qun 225/115kV ni t ngu sn xut ln u tiên ti nhà máy Ch to Thit
b in ông Anh - Hà Ni.
5) Rút ra mt s kt lun.
Kết luận chương 1:
Bằng cách xây dựng mơ hình mạch của MBA ba pha ba dây quấn
trong đó có hai dây quấn nối tự ngẫu, khi đó dịng điện chạy trong các dây
quấn của MBA mới được xác định chính xác cả về trị hiệu dụng lẫn góc pha
khi biết độ lớn và tính chất của tải.
Kết hợp mơ hình mạch với mơ hình trường thơng qua phương pháp
phần tử hữu hạn để nghiên cứu máy điện nói chung và máy biến áp nói riêng
là phương pháp hiện đại, có độ chính xác cao, đặc biệt hiện tượng phi tuyến
được trực tiếp đưa vào phần tử hữu hạn.

XUW


24
CHƯƠNG 2

THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.1. Trường điện từ
2.1.1. Các đại lượng đặc trưng trường điện từ
Trng in t c c trng bng bn vect: Vect cng  in
trng E , vect cm ng in (vect in dch) D , vect cng  t trng

H và vect cm ng t B . Các vect trên không c lp vi nhau . i vi
các môi trng ng hng, chúng liên h vi nhau bng nhng h thc:

D = εE

(2.1)

B= µH

(2.2)

Trong ó:

ε : hng s in mơi
µ : h s t thm
Trong h n v SI, các i lng trên có n v và th nguyên nh
sau:

E:

(Vm-1)

[m.kg.s-3.A-1]

D:

(Cm-2)

[m-2.s.A]

H:

(Am-1)

[m -1.A]

B:

(T)

[kg.s-2.A-1]

ε:

(Fm-1)

[m -3.kg-1.s4.A2 ]

µ:

(Hm-1)

[m.kg.s-2.A-2]

Trong mơi trng chân khơng:

µ = µ 0 = 4 π.10 −7
và

ε = ε0 =

1
4π .9.109

Hm −1

Fm −1

(2.3)
(2.4)