18_4927

PHâN TíCH THơNG sỐ ĐIỆN
MÁY BIẾN ÁP LỰC TỪ KẾT qUẢ ĐO
ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN sỐ
ThS. NGUYỄN KHẮC HIỆU, ThS. NGUYỄN SĨ HUY CƯỜNG
Cơng ty Thí nghiệm điện miền Nam
KS. NGƠ VĂN HIỀN
Cơng ty CPNnghiên cứu & Thí nghiệm điện
PGS.TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHƠI
Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM

TĨM TẮT
Trong bài viết “Phân tích áp ứng tần số - Máy
biến áp lực và ứng dụng” ăng ở bản tin số 14
áp ứng tần số, cách thức chẩn ốn sự cố và giới
thiệu mơ hình mạch iện tương ương thông số
tập trung của máy biến áp lực. Dựa vào ó, bài
viết này ề xuất cách thức xác ịnh các thơng số
iện chính trong mạch tương ương này của các
máy biến áp lực 110 kV và 500 kV ứng dụng phân
tích sự cố chập vịng dây và hiện tượng từ dư,
qua ó hỗ trợ cơng tác thí nghiệm chẩn ốn tình
trạng máy biến áp.

I. GIỚI THIỆU
Hiện nay, kỹ thuật phân tích áp ứng tần số
(PTĐƯTS) ã ược áp dụng trong quy trình thí
nghiệm máy biến áp lực (MBA) tại các cơng ty thí
nghiệm iện nhưng chủ yếu vẫn chỉ mang tính
chất cảnh báo dựa trên sự sai khác ặc tuyến áp
ứng tần số của cuộn dây giữa các lần o ở các
thời iểm khác nhau, giữa các pha của cùng một

MBA hay của các MBA giống nhau [1−3]. Sự sai
khác này sẽ ược ánh giá chẩn oán ịnh tính
(theo kinh nghiệm chuyên gia, kết hợp với hướng
dẫn, tiêu chuẩn quốc tế CIGRE và IEEE) hay ánh
giá ịnh lượng (thông qua các hệ số tương quan
trong 03 phân vùng tần số theo tiêu chuẩn Trung
Quốc DL/T-911 [4]).
Trong thực tế, việc ánh giá ịnh tính phụ
thuộc lớn vào kinh nghiệm chuyên gia nên có thể
rất tản mạn và khơng có tính thuyết phục trong
quy trình chẩn ốn. Đánh giá ịnh lượng theo
tiêu chuẩn Trung Quốc cũng chỉ có ý nghĩa tham
khảo vì có nhiều yếu tố chưa ược khảo sát trong
tiêu chuẩn này như loại MBA, kiểu dây quấn, tổ
ấu dây... Để cung cấp thêm thông tin ánh giá
ịnh lượng các kết quả o áp ứng tần số (ĐƯTS)
cho các loại MBA ba pha hai cuộn dây, bài viết giới
thiệu một phương pháp xác ịnh các thông số

iện trong mơ hình iện thơng số tập trung của
MBA, góp phần nâng cao chất lượng chẩn oán
sự cố iện và cơ vốn ang dựa vào các kỹ thuật
thử nghiệm truyền thống.

II. MƠ HÌNH ĐIỆN THƠNG SỐ TẬP TRUNG CỦA
MÁY BIẾN ÁP LỰC BA PHA HAI CUỘN DÂY
Hình 1 giới thiệu mơ hình thơng số tập trung
ba pha cho một MBA hai cuộn dây, nhận ược
dựa trên nguyên lý ối ngẫu mạch từ - mạch iện
trong vùng tần số thấp. Mô hình này phản ánh

vật lý các hiện tượng iện từ xảy ra trong MBA ở
loại MBA và cấu tạo cuộn dây) nên các thơng số
iện trong mơ hình (bảng 1) có thể ược sử dụng
ể phân tích các chế ộ vận hành cũng như sự cố
cho MBA có tổ ấu dây bất kỳ.
Ciw/2

x6

L4
CgH/2
A

RH

N

B

RH

R1

R4
CgH/2
C
CgH/2

RH

n

CsL

L1
Ly

NH:NL

b
CgL/2

RL
R1

NH:NH

CgL/2

Ry

L4
L3

CsH

a
CgL/2

RL

NH:NH

CgH/2

NH:NL

CgL/2

Ry

L4
L3

CsH

CsL

L1
Ly

NH:NH
R4

RL

R4
R1

CsH

CgH/2

CgH/2

L3

L1

CsL
NH:NL

CgL/2

c
CgL/2

Hình 1 – Mơ hình thơng số tập trung cho một MBA hai
cuộn dây YNyn6
BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018

11


Bảng 1. Giải thích các thơng số MBA trong hình 1

A. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG
Các giá trị iện dung ối với ất (CgH, CgL) và
liên cuộn dây (Ciw) trong hình 1 ược xác ịnh

Thơng số iện
R1//L1 (trụ) và Ry//
Ly (gơng)
Tổng trở rị (pha)

RH, RL, L3

Tổng trở thứ tự không (pha)

R4//L4

Điện dung pha các cuộn dây
- Dọc (series)

CsH, CsL

- Đối-với- ất (ground)

CgH, CgL

- Liên-cuộn-dây
(inter-winding)

ầu cực các cuộn dây pha cần ấu nối với nhau
ể xác ịnh giá trị tổng cộng ba pha (tương ứng là
CHG, CLG, CHL trong hình 3); theo ó, chỉ cần ít nhất
xác ịnh các iện dung tổng cộng CHG, CLG, CHL, từ
ó tính ược các iện dung pha CgH, CgL, Ciw.

Ciw

III. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DỰA TRÊN CÁC
PHÉP ĐO
Các thông số iện trong mô hình thơng số tập
trung MBA ở hình 1 có ảnh hưởng lớn ến biên
,
1
Ly) và các iện dung các cuộn dây (Cs, Cg, Ciw). Để
minh họa, hình 2 giới thiệu một kết quả o ĐƯTS
tiêu biểu của một cuộn dây trong một MBA với
ba phân vùng ảnh hưởng chính ở tần số thấp:
1) vùng ảnh hưởng chủ yếu bởi các iện cảm lõi
chính bởi các iện dung các cuộn dây với iểm
ặc trưng “CAP” tương ứng với góc pha (tỉ số iện
và iện dung trên, với các iểm cộng hưởng ặc
thông số tổn hao ( iện trở, iện dẫn) không áng
kể tại các iểm “IND” và “CAP” (do góc pha ạt
cực trị), và dễ dàng xác ịnh tại các iểm “RES”
(theo giải pháp mơ phỏng). Các thơng số khác chỉ
có ảnh hưởng lớn ở vùng tần số trung bình và cao
nên sẽ khơng ược khảo sát.

Hình 3 – Sơ đồ nguyên lý các điện dung 3 pha trong MBA
hai cuộn dây

Bảng 2. Các phép o iện dung MBA hai cuộn dây [5]
Giá

TT

Chế
ộ

Nguồn
cấp

Nối
ất

Bảo

1

UST

HV

–

–

LV

CHL

2

UST

LV

–

–

HV

CHL

3

GST

HV

LV

–

–

CHL+
CHG

4

GST

LV

HV

–

–

CHL+
CLG

5

GSTg

HV

–

LV

–

CHG

6

GSTg

LV

–

HV

–

CLG

vệ

UST

trị

Trong mơ hình mạch thơng số tập trung ở
hình 1 vẫn cịn thơng số iện dung dọc của các
cuộn dây (CsH, CsL) chưa ược xác ịnh. Do các
iện dung này không o ược nên sẽ ược xác
ịnh gián tiếp thơng qua mơ phỏng sử dụng cơng
cụ Simulink/Matlab. Theo ó, nếu biên ộ ĐƯTS
mơ hình) có sự sai khác so với biên ộ ĐƯTS o
lường ở iểm “CAP”, tức ảnh hưởng của iện dung
dọc là áng kể so với các iện dung o ược, một
giá trị hợp lý của bộ {CsH, CsL} sẽ ược thêm vào ể
cân bằng sự sai khác này.

B. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM
Trong thực tế vận hành, các cơng ty iện lực
Hình 2 – Ba phân vùng ảnh hưởng của các thơng số chính
trên đặc tuyến biên độ ĐƯTS hở mạch
12

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018

tỉ số iện áp. Vì vậy, nhu cầu thực tế là cần có


một phương pháp tính tốn gián tiếp, dựa trên
ngun lý khảo sát sự thay ổi của ặc tuyến
(L1 và Ly
theo minh họa ở hình 4.

Bắt đầu

Chọn các giá trị L1
và Ly ban đầu

Mô phỏng ĐƯTS, so
sánh với kết quả đo

Xác định các sai số:
ΔMag(sim-mea)
Δf_res1(sim-mea)
Δf_res2(sim-mea)

L1 = L1 + ΔL1
Ly = Ly + ΔLy
y

Tính tốn ΔL1, ΔLy
bằng Fuzzy logic

Sai

Hình 4 – Mơ phỏng sự thay đổi của đặc tuyến biên độ
ĐƯTS theo giá trị L1 và Ly ở tần số thấp

Từ hình 4 có thể rút ra quy luật ảnh hưởng của
iện cảm L1 và Ly ến biên ộ ĐƯTS trong vùng
tần số thấp như sau:
Khi iện cảm L1, Ly tăng, ặc tuyến có xu hướng
giảm, dịch chuyển i xuống (trục biên ộ); ồng thời,
các iểm cộng hưởng dịch sang trái (trục tần số).

|ΔMag(sim-mea)| ≤ɛ1
|Δf_res1(sim-mea)| ≤ ɛ2
|Δf_res1(sim-mea)| ≤ ɛ2
|Δf_res2(sim-mea)| ≤ ɛ3
Đúng
Kết thúc

Hình 6. Lưu đồ xác định điện cảm L1 và Ly

Khi iện cảm L1, Ly giảm, ặc tuyến có xu
hướng tăng (trục biên ộ); ồng thời, iểm cộng
hưởng bị dịch chuyển sang phải (trục tần số).
Tỉ lệ Ly/L1 càng lớn, khoảng cách giữa hai
iểm cộng hưởng càng lớn và ngược lại.
Dựa vào quy luật này, các giá trị L1 và Ly (áp
dụng cho từng pha) sẽ ược xác ịnh ịnh lượng
theo sai số ở ba vị trí, minh họa ở hình 5: iểm

“IND”, ΔMag(sim-mea), và 2 iểm cộng hưởng
“RES”, Δf_res1(sim-mea) và Δf_res2(sim-mea),
theo lưu ồ giải thuật ược giới thiệu ở hình 6,
với các thông số ɛ1, ɛ2, ɛ3 là giới hạn sai số theo ộ
chính xác mong muốn.

Hình 5. Các sai số xác định thơng số điện cảm

Hình 7. Sơ đồ khối của hệ thống xử lý logic mờ

Hình 7 thể hiện quá trình xử lý của hệ thống
logic mờ. Đầu tiên, ba biến ngõ vào sẽ ược mờ
hóa thành vector ngõ vào qua bước mờ hóa. Bộ
xử lý chứa các hàm thành viên là tập hợp tất cả
các trường hợp có thể có của ngõ vào và áp ứng
tương ứng dựa theo hệ tri thức, chính là các quy
luật tác ộng của các iện cảm ến biên ộ ĐƯTS
mô phỏng trong vùng tần số thấp. Vector ngõ
vào sau khi qua bộ xử lý sẽ cho ra vector ngõ ra
tương ứng, và bước giải mờ chuyển tín hiệu này
thành biến ngõ ra. Hệ thống xử lý logic mờ trong
hình 8 ược thiết kế theo hệ thống “Mandani” 3
ngõ vào (các sai số ở hình 5) và 2 ngõ ra (ΔL1 và
ΔLy) với các luật như sau: “And method” MIN, “Or
method” MAX, “Implication” MIN, “Aggregation”
trong hình 8.
BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018

13

IV. TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 1 – PHÂN TÍCH
SỰ CỐ CHẬP VÒNG TRONG MỘT MBA 110 kV
A. ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT
Do các MBA 110 kV chiếm tỷ lệ lớn trong lưới
iện truyền tải và phân phối của miền Nam, hai
MBA có thơng số tương tự nhau 63 MVA, 115/23
kV ( ặt tên là T1 và T2) với thông tin chi tiết cho ở
bảng 3 ược chọn thí iểm ể khảo sát ứng dụng
phương pháp ề xuất.
Bảng 3. Thông số các MBA thử nghiệm
Số pha

3 pha

Công suất

63 MVA

Cách iện

Dầu

Điện áp

115/23 kV

Năm sản
xuất

2008

Tổ ấu dây

YNyn0

Trong hai MBA này, MBA T1 ở tình trạng vận
hành bình thường cịn MBA T2 ã bị sự cố và cơ
lập vận hành. Do MBA T2 khơng có dữ liệu o
ĐƯTS trước ây, các dữ liệu o ĐƯTS của MBA T1
có thể xem như là dữ liệu ở tình trạng vận hành
bình thường của MBA T2 ể phân tích.
Hình 8. Thiết kế khâu xử lý mờ

B. CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG
tỉ số biến và thí nghiệm khơng tải iện áp thấp, trình bày theo bảng 4, là bất thường và cho thấy, MBA
này nhiều khả năng bị ngắn mạch chập vòng cuộn dây pha C. Cụ thể, tỉ số biến pha C lệch ít nhất
tỉ số biến và tổn hao không tải lớn nhất ối với MBA T1 tương ứng là 0.11% và 0.31%.
Bảng 4. Kết quả o tỉ số biến và thí nghiệm khơng tải MBA T2
Kết quả o tỉ số biến

Kết quả thí nghiệm không tải

Nấc

KA

KB

KC

% K

Pha o

U0 (kV)

I0 (mA)

P0 (W)

1

5.8014

5.7997

6.6248

14.22

A

10

86.8

647

10

5.0043

5.0028

5.6537

13.07

B

10

86.6

642

19

4.2076

4.2063

4.7203

12.39

C

50

33.8

116,023

C. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH
dung và tổn hao iện môi) và iện cảm (từ phương pháp ề xuất, với các giới hạn sai số ε1= 0.5 dB, ε2
ε3
các thông số tương ứng (22.00 H và 23.19 H) của MBA T1. Các thông số iện dung của MBA T2 ều
không thay ổi so với MBA T1.

14

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018


Bảng 5. Thông số iện dung và iện cảm trong mơ hình thơng số tập trung MBA T1 và T2
MBA T1
Điện dung (nF)

MBA T2
Điện cảm (H)

Điện dung (nF)

Điện cảm (H)

Ciw

1.862

Ly

23.19

Ciw

1.862

Ly

6.20

CgH

6.561

L1 (A, B, C)

22.00

CgH

6.561

L1 (C)

0

CgL

3.775

CgL

3.775

L1 (A, B)

22.00

Hình 9 và 10 giới thiệu so sánh kết quả các ặc tuyến biên ộ ĐƯTS mơ phỏng (dựa trên mơ hình
iện thơng số tập trung ở hình 1) và o lường (thực hiện bởi thiết bị FRAX 101) trong vùng tần số thấp
bảng 5) và các thông số phụ ( iện trở, iện dẫn) ã ược xác ịnh một cách phù hợp. Các ộ lệch nhỏ
khắc phục ơn giản bằng cách sử dụng ặc tuyến phi tuyến iện trở theo tần số R1(f) và Ry(f) thay vì
một giá trị hằng số ã ược chọn ể ơn giản hóa khâu mơ phỏng.

Hình 9. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo
lường của các cuộn dây MBA T1

Hình 10. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mơ phỏng và đo lường
của các cuộn dây MBA T2

Nếu phân tích ịnh lượng các ĐƯTS o lường trên pha C giữa hai MBA T1 và T2, hoặc giữa hai pha
ngoài cùng (A và C) của MBA T2 dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu chuẩn DL/T-911 của Trung
Quốc [4], chỉ nhận ược kết luận rằng “cuộn dây bị biến dạng trầm trọng”. Tuy nhiên, với phương pháp
ề xuất, có thể phân tích dựa trên sự thay ổi các thông số iện một cách rõ ràng và thuyết phục hơn.

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018

15


Các giá trị iện dung của MBA T1 và T2 ở bảng 5 khơng có sự thay ổi, chứng tỏ MBA T2 chưa có
sự cố cơ (biến dạng ngang và dọc trục) vì khơng có sự thay ổi áng kể cấu trúc hình học các cuộn
ứng sẽ xuất hiện dịng iện ngắn mạch, từ ó lại sinh ra thêm thành phần từ thơng ngược chiều, khử
từ thơng chính ban ầu. Như vậy, có cơ sở ể khẳng ịnh nhận ịnh chập vòng cuộn dây pha C trong
MBA T2 dựa trên kết quả các thử nghiệm truyền thống trước ây.

V. TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 2 – PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG TỪ DƯ TRONG MỘT MBA 500 KV
A. ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT
Một MBA ba pha 525/23.5 kV 730 MVA YNd11 (T3) ã ược chọn ể phân tích thơng số trước và
ngoại trừ có ộ lệch biên ộ ĐƯTS trong vùng tần số thấp, giới thiệu ở hình 11.

Hình 11. So sánh đặc tuyến ĐƯTS trước và sau khử từ của các cuộn dây MBA T3

B. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH
Bảng 6 giới thiệu các thông số iện dung và iện cảm trong mơ hình thơng số tập trung cho MBA
T3 nhận ược từ phương pháp ề xuất. Các thông số iện dung và iện cảm tương ương các gông
) ều không thay ổi áng kể trước và sau khi khử từ. Tuy nhiên, có thể dễ dàng nhận thấy
y
) cả 3 pha A, B, C trước khi khử từ (tương
1
ứng 15 H, 25.3 H và 22.5 H) so với sau khi khử từ (40.7 H ở cả 3 pha).
Bảng 6. Thông số iện dung và iện cảm trong mơ hình thơng số tập trung MBA T3 trước và sau khi khử từ

Trước khi khử từ
Điện dung (nF)

16

Sau khi khử từ

Điện cảm (H)

Ciw

10.455 L1 (A, B, C)

CgH

9.518

CgL

52.636

Điện dung (nF)

Điện cảm (H)

15, 25.3, 22.5

Ciw

10.455

L1 (A, B,C)

40.7

41.5

CgH

9.518

Ly

42.7

CgL

52.636

Ly

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018


Hình 12 so sánh kết quả mơ phỏng và o lường ĐƯTS hở mạch của các cuộn dây pha MBA T3 trước khi khử
từ (hình 12a) và sau khi khử từ (hình 12b). Kết quả cho thấy các thơng số iện xác ịnh dựa trên phương
pháp ề xuất có ộ tin cậy cao.

a)

b)

Hình 12. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mơ phỏng và đo lường của các cuộn dây MBA T3 trước khử từ (a) và sau khử từ (b)

Kết quả phân tích ịnh lượng các ĐƯTS o
lường các cuộn dây MBA T3 trước và sau khi
khử từ dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu
chuẩn DL/T-911 của Trung Quốc cho thấy “cuộn
dây bình thường”. Tuy nhiên, sự thay ổi không
không thay ổi ( áng kể) của các thông số iện

theo các yếu tố khác nhau như mức ộ và thời
iểm thao tác óng cắt nguồn tác ộng.

KẾT LUẬN
Bài viết ã ề xuất một phương pháp tin cậy
và khả thi trong việc xác ịnh các thông số iện
dung và iện cảm trong mơ hình thơng số tập
truyền thống và kỹ thuật phân tích áp ứng tần
số, qua ó cung cấp thêm thơng tin ịnh lượng
góp phần nâng cao chất lượng chẩn ốn các sự
cố chập vịng và phân tích từ dư cho các MBA tiêu
biểu 110 kV và 500 kV.
(truyền thống và nâng cao) vẫn chưa ược thực
hiện ầy ủ ối với các MBA trên lưới iện truyền

tải và phân phối miền Nam bởi các trang thiết bị
thử nghiệm công suất lớn vẫn chưa ược trang
bị hồn chỉnh. Vì vậy, phương pháp ề xuất có
thể ược ứng dụng ể mở rộng cơ sở dữ liệu thử
nghiệm hiện tại cho các MBA, nhằm gia tăng chất
lượng chẩn oán trong iều kiện hiện nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

[1] IEC 60076 -18, “Power Transformer – Part 18:
Measurement of Frequency Response,” 2012.
[2] IEEE C57.149, “IEEE Guide for the Application
and Interpretation of Frequency Response Analysis for Oil Immersed Transformers,” 2012.
[3] CIGRE Report 342 Working Group A2.26,
“Mechanical condition assessment of transformer
windings using FRA,” 2008.
[4] DL/T 911, Chinese Standard, “Frequency Response Analysis on Winding Deformation of Power
Transformer,” 2005
[5] M. Krüger, “Application Guide: Capacitance
and dissipation factor measurement with CPC 100
+ CP TD1,” Omicron GmbH, Austria, 2004.
[6] Tổng công ty Điện lực Việt Nam, “Quy trình
vận hành và sửa chữa máy biến áp,” ban hành
theo quyết ịnh 623/ĐVN/KTNĐ, 1997.

BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018

17