Xây Dựng Cây Lỗi Và Ứng Dụng Logic Mờ Để Chẩn Đoán Sự Cố Tiềm Ẩn Trong Máy Biến Áp Lực.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ VĂN HẢI

XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ
CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN KIM ÁNH

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đề tài Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn đoán sự cố
tiềm ẩn trong máy biến áp lực là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Người cam đoan

Võ Văn Hải


MỤC LỤC
TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN..............................................................1
1.1. Đặt vấn đề.............................................................................................................1
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1
1.3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................2
CHƯƠNG 2 - XÂY DỰNG CÂY LỖI CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC .............................4
2.1. Giới thiệu ..............................................................................................................4
2.2. Cơ sở kỹ thuật xây dựng cây lỗi...........................................................................4
2.2.1. Cấu tạo MBA ................................................................................................4
2.2.2. Các thơng số kỹ thuật....................................................................................5
2.3.3. Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA .....................................6
2.3. Xây dựng cây lỗi cho MBA lực .........................................................................10
2.3.1. Gông từ .......................................................................................................10
2.3.2. Cuộn dây .....................................................................................................11
2.3.3. Vỏ máy ........................................................................................................12
2.3.4. Vật liệu cách điện - cách điện rắn ...............................................................13
2.3.5. Sứ cách điện ................................................................................................15
2.3.6. Bộ chỉnh nấc áp phân áp .............................................................................15
2.4. Kết luận ..............................................................................................................16
CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO KỸ
THUẬT PHÂN TÍCH MẪU DẦU ...............................................................................17
3.1. Giới thiệu ............................................................................................................17
3.2. Tổng quan về dầu MBA .....................................................................................18

3.3. Đặc tính lý hóa và q trình phân hủy khi hoạt động của MBA dưới tác dụng
của nhiệt và điện ........................................................................................................21
3.4. Mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phân tích được ................................22
3.5. Sự ra đời của phương pháp DGA và các quy tắc chẩn đoán lỗi MBA ..............24


3.5.1. Luật chẩn đoán của Dornenurg ...................................................................25
3.5.2. Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi ..................................................26
3.5.3. Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 60599 và bản sửa đổi........................27
3.5.4. Luật chẩn đốn bằng các khí đặc trưng (khí khóa) .....................................28
3.5.5. Luật chẩn đoán JICA ..................................................................................29
3.5.6. Luật chẩn đoán EPS.Wang .........................................................................29
3.5.7. Luật chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga .................................................30
3.5.8. Luật chẩn đoán tam giác Duval ..................................................................32
3.6. Kết luận ..............................................................................................................34
CHƯƠNG 4 - ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MÁY
BIẾN ÁP LỰC...............................................................................................................35
4.1. Cơ sở lý thuyết logic mờ ....................................................................................35
4.1.1. Định nghĩa tập mờ ......................................................................................35
4.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng ...................................36
4.1.3. Mơ hình mờ cho đối tượng, mơ hình Mamdani và mơ hình Sugeno..........37
4.2. Nền tản của tiêu chuẩn IEC 60599 .....................................................................50
4.3. Xây dựng logic mờ dựa trên nền tản tiêu chuẩn IEC 60599 ..............................53
4.3.1. Giới thiệu logic thông minh và ưu điểm của logic mờ ...............................53
4.3.2. Chọn mơ hình mờ .......................................................................................53
4.3.3. Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào và đầu ra .................................53
4.3.4. Các qui tắc mờ ............................................................................................57
4.4. Ứng dụng công cụ Matlab để xây dựng chương trình chẩn đốn ......................60
4.5. Kết quả chẩn đoán ..............................................................................................63
4.5.1. Chẩn đoán trên dữ liệu thu thập được từ tài liệu tham khảo.......................63

4.5.2. Chẩn đoán trên dữ liệu thực ........................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................68
PHỤ LỤC
Ế Đ NH GIAO ĐỀ ÀI L ẬN VĂN HẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH
XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ
CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC
Học viên: Võ Văn Hải Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa
Mã số: 8520216

Khóa: K34. ĐH. Ng

rường 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 kể từ nguồn phát đến phụ tải. Đối với một phụ tải công nghiệp,
máy biến áp nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm
việc bình thường và tin cậy của của tồn 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 thối và hỏng hóc của máy cũng sẽ rất khác nhau. Do đây là đối tượng có
cấu trúc phức tạp nên chúng phải được giám sát, kiểm soát, chẩn đốn lỗi và đề xuất các giải
pháp phịng ngừa cần thiết.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Xây dựng cây lỗi và ứng dụng logic mờ để chẩn
đoán sự cố tiềm ẩn trong máy biến áp lực” này thực hiện hai vấn đề: (i) nghiên cứu xây dựng
cây 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 thơng qua phân tích mẫu dầu.
Từ khóa – Cây lỗi máy biến áp; DGA máy biến áp, chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến
áp lực, bảo dưỡng RCM, logic mờ

BUILDING ERROR AND APPLICATION OF LOGIC FREQUENCY TO
DIAGNOSTIC CORRUPTION IN PRESSURE TRANSFORMERS
Abstract Transformer is a importation equipment in electrical power system from
generate to load. 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 fault free analysis and fuzzy logic application in DGA to diagnosis
of power transformer. 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.
Dissolved gas analysis of transformer oil has been one of the most reliable techniques to
detect the incipient faults. Many conventional DGA methods have been developed to interpret


DGA results obtained from gas chromatography. 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
Giải thích
Viết tắt
Tiếng Anh
DGA

Tiếng Việt

Dissolved Gas-in_oil Analysis

Phân tích khí hịa tan trong dầu

NR

Normal condition

Điều kiện bình thường

OH

OverHeating

uá nhiệt độ

OverHeating of Oil

uá nhiệt độ dầu

OHO
CD
OHC

Suy giảm cách điện của cellulose

Cellulose Degradation

uá nhiệt của cellulose

OverHeating of Cellulose
Partial discharge

Phóng điện cục bộ

LEDA

Low Energy discharge

Phóng điện năng lượng thấp

HEDA

High Energy Discharge

Phóng điện năng lượng cao

PD

H2

Hydrogen

CH4

Methane

C2H6

Ethane

C2H4

Ethylene

C2H2

Acetylene

CO2

Carbon dioxide

CO

Carbon monoxide

O2/N2

Oxygen / Nitrogen

TDCG

Total Dissolved Combustible Gases

Tổng hợp 1 lượng khí hòa tan
trong dầu

TCG

Total Combustible Gases

TDHG

Total Dissolved Hydrocarbon Gases

L1

Critical
gas-in-oil
abnormal screening

levels

Tổng hợp các lượng khí hịa tan

Tổng
hợp
Hydrocarbon

lượng

khí

for Lượng khí trong dầu nằm ngoài
giới hạn quy định


AE

Acoustic Emission

Tiếng kêu bất thường

DP

Degree of Polymerization

Mức độ hóa dầu

IFT

InterFacial Tension

So cuộn dây

IR

Insulation Resistance

Cách điện kháng

KOH:

KOH: acid number

Hàm lượng axít

OLTC

Load Tap Changer

Bộ điều áp dưới tải

PD

Partial Discharge

Phóng điện cục bộ

PF

Power Factor

Hệ số công xuất

IP

Polarization Index

Chỉ số phân cực “trong vật liệu
cách điện”

SFL

Oxidation stability

Độ ổn định oxi hóa

IFID

InFormative InDex

Chỉ số thơng tin

Test Accuracy

Kiểm tra cấp chính xác

LOC

Location

Định vị

TRN

Training

Huấn luyện

TST

Testing

Thử nghiệm

Windings

Cuộn dây

TA

WNDG
MBA

MBA


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg.............................................................25
Bảng 3.2. Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg ..............................................................25
Bảng 3.3. Phương pháp Goger sửa đổi ..........................................................................27
Bảng 3.4. Các qui luật chẩn đoán theo phương pháp Roger sửa đổi ............................27
Bảng 3.5. Các mã tỷ số theo IEC 60599........................................................................28
Bảng 3.6. Mô tả sự cố theo mã tỷ số .............................................................................28
Bảng 3.7. Phương pháp chẩn đốn theo phương pháp khí đặc trưng (khí khóa) ..........29
Bảng 3.8. Độ nhạy ngưỡng các khí ...............................................................................31
Bảng 3.9. Giới hạn và tốc độ sinh khí trong một tháng.................................................32

Bảng 3.10. Bảng qui luật chẩn đoán dựa vào tam giác Duval ......................................33
Bảng 4.1. Mã R1, R2, R3 dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 ...........................................52
Bảng 4.2. Phân chia lỗi theo các mã R1, R2, R3...........................................................52
Bảng 4.3. So sánh kết quả các phương pháp .................................................................63


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cấu tạo MBA ...................................................................................................5
Hình 2.2. Cây lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành .........................................10
Hình 2.3. Cây lỗi của lõi từ ...........................................................................................11
Hình 2.4. Cây lỗi cuộn dây ............................................................................................11
Hình 2.5. Cây lỗi vỏ máy biến áp ..................................................................................12
Hình 2.7. Cây lỗi cách điện rắn .....................................................................................13
Hình 2.8. Cây lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện ...................................................14
Hình 2.9. Cây lỗi sứ cách điện ......................................................................................15
Hình 2.10. Cây lỗi bộ chuyển nấc phân áp ....................................................................16
Hình 3.1. Lưu đồ phân tích hiện tượng, nguyên nhân, phương pháp để chẩn đốn .....18
Hình 3.2. Dầu cách điện của hãng NYNAS ..................................................................19
Hình 3.3. Sự sinh khí trong dầu khi nhiệt độ thay đổi .................................................22
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phát sinh ..........23
Hình 3.5 . Thuật tốn Phương pháp Dornenurg [3].......................................................26
Hình 3.6. Thuật tốn phương pháp EPS.Wang [3] ........................................................30
Hình 3.7. Lưu đồ thuật tốn chẩn đốn của Viện Năng lượng Nga ..............................31
Hình 3.8. Luật chẩn đốn theo tam giác Duval .............................................................32
Hình 4.1. Sơ đồ khối chức năng của bộ logic mờ .........................................................37
Hình 4.2. Hàm liên thuộc của luật hợp thành ................................................................40
Hình 4.3. Giải mờ bằng phương pháp cực đại ..............................................................43
Hình 4.4. Giải mờ theo nguyên lý trung bình ................................................................43
Hình 4.5. Giải mờ theo nguyên lý cận trái ....................................................................44
Hình 4.6. Giải mờ theo nguyên lý cận phải ...................................................................44

Hình 4.7. Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm ..................................................45
Hình 4.9. Lưu đồ phân chẩn đốn theo phương pháp IEC 60599 .................................51
Hình 4.10. Hàm liên thuộc của R1 .................................................................................54
Hình 4.11. Hàm liên thuộc của R2 ................................................................................55
Hình 4.12. Hàm liên thuộc của R3 ................................................................................56
Hình 4.13. Gọi cửa sổ thiết kế FIS từ lệnh fuzzy từ Matlab .........................................60
Hình 4.14. Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào ra trên Matlab ..........................61
Hình 4.15. Xây dựng logic mờ trên matlab ...................................................................61
Hình 4.16. kiểm tra kết quả của bộ logic mờ ................................................................62
Hình 4.17. Luật mờ bằng khơng gian ............................................................................62
Hình 4.18. Sơ đồ simulink để chẩn đoán .......................................................................63


Hình 4.19. Trích biên bản thí nghiệm dầu cách điện ....................................................64
Hình 4.20. Kết quả chẩn đốn với các bộ logic mờ và tiêu chuẩn IEC-60599 .............64
Hình 4.21. Kết quả chẩn đoán của bộ logic mờ 12 qui tắc............................................65


1

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN
1.1 Đặt vấn đề
Máy biến áp (MBA) là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống
truyền dẫn và phân phối điện năng kể từ nguồn phát đến phụ tải. Đối với một phụ tải
cơng nghiệp, MBA nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn
đến sự làm việc bình thường và tin cậy của của tồn bộ hệ thống. Do đó, chiến lược
bảo dưỡng phịng 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.
Cho ví dụ một trường hợp cụ thể tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, trong hơn 10

năm 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).
rong trường hợp của MBA lực 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 thối và hỏng hóc cũng sẽ rất 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) nghiên
cứu xây dựng cây lỗi để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ xảy ra một
lỗi nào đó trên tất cả các cấu tử bên trong và bên ngồi MBA, (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 cơng tác bảo trì bảo dưỡng thường xun của nhà máy lọc hóa
dầu Dung Quất.
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 xây dựng cây lỗi;


2
Khảo sát tất cả các phương pháp đã được thực hiện để chẩn đốn MBA thơng
qua phân tích khí hịa 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 cơng tác chẩn

đốn lỗi MBA thơng qua phân tích mẫu dầu.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Luận văn nhắm đến thực hiện hai vấn đề chính như sau:
Xây dựng cây 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 cấu tử bên trong và bên ngoài MBA.
Ứng dụng logic mờ trong việc chẩn đoán sớm sự cố đối với MBA lực với độ
chính xác cao nhằm ứng dụng vào việc chuẩn bị công tác hậu cần và bảo trì
thường xun của Cơng ty lọc hóa dầu Bình Sơn.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tìm kiếm các cơng 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 xây dựng cây 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 cũng như
sự phân hủy trong quá trình làm việc cũng như các ứng dụng trong việc chẩn
đốn;
Nghiên cứu áp dụng cơng cụ phù hợp để cải thiện độ chính xác của các nghiên
cứu trước đây trong việc chẩn đốn và phân tích mẫu dầu;
Xây dựng thuật tốn, sử dụng phần mềm Matlab-Simulinkđể mơ phỏng.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Tại nhà máy lọc dầu Dung Quất hiện có hơn 109 MBA lực để phân phối điện
đến tất cả các phân xưởng sản xuất. Với vai trò là thiết bị đầu tuyến nên các máy này
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 suốt thời gian kể từ khi nhà máy đi vào vận
hành cho đến thời điểm hiện tại, có hai vấn đề lớn cần phải được nghiên cứu và đề
xuất hướng giải quyết càng sớm càng tốt đó là:
- Xây dựng cây 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 cũng như xây dựng kế hoạch can thiệp hợp lý.

3
- Trong tất cả các phương pháp thơng qua thí nghiệm để chẩn đốn lỗi MBA, ngồi
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 khơng 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 thơng tin
rất có giá trị phục vụ cho việc đánh giá mức độ suy thối của MBA [20,21].
hơng 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 ngồi các biên giới hạn thì tiêu chuẩn IEC chưa đưa ra được
kết luận. Chính vì vậy, cơng 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 cơng tác bảo trì, nâng cao độ tin cậy và cải thiện hơn
nữa hiệu quả sản xuất kinh doanh của tổ hợp lọc hóa dầu Bình Sơn.


4

Chương 2 - XÂY DỰNG CÂY LỖI CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC
2.1 Giới thiệu
Cây lỗi của MBA được mô tả bằng cây biểu thị quan hệ nguyên nhân và kết quả
giữa các dạng lỗi trong thiết bị, giữa các lỗi ở mức độ nghiêm trọng MBA và các lỗi ở
mức độ thành phần và được biểu diễn như một cây thư mục. Cây lỗi mô tả 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 cây lỗi là phương pháp 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 xây dựng cây lỗi
Cây lỗi của MBA được nghiên cứu xây dựng 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 xây dựng cây 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 sự cố có thể xảy ra đối với thành phần đó?
c. Những hậu quả có thể xảy ra khi sự cố này là gì?
d. Có thể làm gì để giảm xác suất sự cố, xác định sự khởi đầu của sự cố hoặc
giảm hậu quả của sự cố? 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. Ngồi 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 dịng điện;


5
Vỏ MBA: chức năng chính là chứa cuộn cuộn dây, lõi từ, dầu hoặc khơng khí

làm mát, các phần khác như biến dòng, biến điện áp, thiết bị bảo vệ, thiết bị đo
lường, đồng hồ nhiệt độ.

Sứ

CTs
Đầu nối
Chuyển nấc
phân áp
Cách điện

Dây quấn
Vỏ, bộ phận
tản nhiệt và
bình dầu phụ

Lõi

Hình 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 cơng suất biểu kiến (cơng suất tồn phần) đưa ra từ
phía thứ cấp của máy biến áp, Ký hiệu đ và đơn vị tính: kVA (hay VA).
Điện áp định mức:
 Điện áp sơ cấp định mức: là điện áp của cuộn dây sơ cấp, ký hiệu đ và
đơn vị tính kV (hay V).
 Điện áp thứ cấp định mức: là điện áp của dây quấn thứ cấp khi MBA
không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, ký hiệu đ ,
đơn vị tính kV (hay V).

Dịng 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.
 Ký hiệu: I1đm, I2đm,
 Đơn vị tính: (hay A).


6
Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz
 Ký hiệu: fđm,
 Đơn vị tính: Hz.
Điện áp ngắn mạch của MBA: Là điện áp đo được khi ngắn mạch một phía của
cuộn dây sao cho dịng điện đạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta
có: Ucao-hạ.
 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 %).
Dịng điện khơng tải I0 (A): Dịng điện khơng 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 là
dòng từ hố.
Tổn hao khơng tải: Là cơng suất tác dụng bị hấp thụ khi không tải đi qua cuộn
dây.Tổn hao này còn gọi là tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P0.
Tổn hao ngắn mạch: Là phần công suất tác dụng bị hấp thụ trong dây quấn
MBA khi có dịng tải đi qua cuộn dây. Khi có dịng điện định mức đi qua các
cực dây của một trong các cuộn dây, còn các cực của cuộn dây kia nối tắt lại.
Nếu có các cuộn dây khác thì các cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1).
 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 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 ngồi
Kiểm tra tổng thể bên ngồi là cơng 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 khơng bị sứt mẻ;
Gioăng khơng dị dầu, hạt chống ẩm khơng 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 ph hợp
với tài liệu;
Hệ thống tiếp địa tốt;
Vỏ máy không bị rỉ, biến dạng


7
b) Thí nghiệm khơng tải
Mục đích là để xác định tình trạng cuộn dây và lõi th p có bị chạm chập, xê
dịch hoặc mạch từ bị xô, bu lông khơng ép chặt, chất lượng lõi thép xấu. Thí nghiệm
khơng 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 d ng 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’ 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.
uá trình thực hiện ph p 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 khơng.
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 vịng 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 ph p so sánh các pha với nhau ở cùng một nấc hoặc so


8
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 khơng, việc xác định tổ đấu dây
cịn 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. hí nghiệm dầu MBA
để đảm bảo vận hành an toàn, chất lượng của dầu thơng qua các hạng mục thí nghiệm,
phân tích dầu. Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao điện mơi 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
Ph p 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
D ng 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 cơng nghiệp thì nhiễu rất lớn ảnh hưởng từ các q trình cơng
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.

9
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
Ph p 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 q trình vận hành, chỉ thí nghiệm khi máy biến áp chịu dịng ngắn
mạch q 70 dịng điện tính tốn. Giá trị cho ph p khơng vượt q 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 đốn sự cố
MBA lực, ngồi ra cịn 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 mơi sứ đầu ra của MBA có cách điện giấy
dầu.
Đo góc tổn hao điện mơi phản ánh phẩm chất cách điện của cuộn dây.
Thí nghiệm máy biến dịng 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 khơng bình thường, đặc biệt là các MBA có tuổi đời
từ 15 năm trở lên. Nếu MBA vận hành ở trạng thái khơng bình thường k o 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
SD 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


10
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 Xây dựng cây lỗi cho MBA lực
Cây 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) và 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 tồn nên khơng đưa vào cây lỗi.

Hình 2.2. Cây lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành
Cây 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 lỗi cũng dẫn đến làm sự cố máy biến áp.
2.3.1 Gông từ
Gông từ gồm các lá thép ghép với nhau thành hình trụ, trên đó quấn dây dẫn.
Chức năng chính là dẫn từ, do đó, mã lỗi (failure mode) của chức năng này là giảm
hiệu suất MBA. Nguyên nhân dẫn đến là do hỏng cơ khí qua q trình lắp đặt, vận
chuyển, hoặc máy biến áp chịu dịng ngắn mạch, một ngun nhân khác đó là từ dư,
vật liệu dẫn từ kém. Cây lỗi của gong từ như hình 2.3.

11

Hình 2.3. Cây lỗi của lõi từ
2.3.2 Cuộn dây
Chức năng chính là dẫn dịng điện, đó là những vịng dây hoặc thanh dẫn quấn
quanh trụ, gông từ, chịu tác động của nhiệt độ khi dẫn dòng và lực điện điện động khi
ngắn mạch. Lỗi của cuộn dây là do hỏng vật liệu và do hỏng cách điện rắn. Cây lỗi
cuộn dây như hình 2.4.

Hình 2.4. Cây lỗi cuộn dây


12
2.3.3 Vỏ máy
Vỏ máy hay cịn 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 phịng 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 q trình vận hành, máy biến áp bị
phóng điện, ngắn mạch mạch, quá dòng do sét lan truyền dẫn đến áp quá áp suất từ
bên trong. Hỏng vỏ máy do vật liệu phải kể đến môi trường làm việc muối bám gây rỉ,
vật liệu chế tạo các roăng làm kín khơng ph hợp gây rị rỉ dầu, hoặc roăng làm kín bị
già hóa theo thời gian cũng gây rị rỉ dầu máy biến áp. Cây lỗi vỏ máy biến áp như
hình 2.5

Hình 2.5. Cây lỗi vỏ máy biến áp

13
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 2.7. Cây lỗi cách điện rắn


14
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 k o 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, khơng kín, rị rỉ dầu. Cây lỗi của hệ thống làm mát và dầu cách điện như
hình 2.8

Hình 2.8. Cây lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện