ứng dụng mạng nơ ron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP








LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON CHẨN ĐOÁN SỰ
CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC






Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số:23.04.3898
Học viên: BÙI ĐỨC CƢỜNG
Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN HỮU CÔNG

THÁI NGUYÊN - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cƣ́ u củ a tôi dƣới sự hƣớng dẫn
khoa học của PGS. TS. Nguyễn Hữu Công. Cc kết quả tính toán, số liệ u nêu
trong luậ n văn là trung thƣ̣ c và chƣa tƣ̀ ng đƣợ c công bố trong bấ t k công trnh
khoa học no khc.
Tác giả luận văn



Bùi Đức Cƣờng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
Mục lục
CHƢƠNG I. TÓM TẮT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN
ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC 12
1.1. Tổng quan về my biến p 12
1.2. Cc thông số cơ bản của my biến p 12
1.3. Thí nghiệm truyền thống MBA 15

1.3.1. Kiểm tra tổng thể bên ngoi 15
1.3.2. Thí nghiệm không tải 15
1.3.3. Đo điện trở cch điện v hệ số hấp thụ cuộn dây MBA 17
1.3.4. Đo điện trở một chiều cc cuộn dây 19
1.3.5. Kiểm tra tỷ số biến 21
1.3.6. Kiểm tra tổ nối dây 23
1.3.7. Thí nghiệm dầu cch điện 24
1.4. Kết luận 24
CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU ĐỂ
CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA) 26
2.1. Tổng quan về chẩn đon lỗi tiềm ẩn trong MBA lực 26
2.1.1. Tầm quan trọng của việc chẩn đon lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực 26
2.1.2. Phƣơng php chẩn đon lỗi tiềm ẩn 26
2.1.2.1. Kiểm tra đnh gi về điều kiện cch điện 26
2.1.2.2. Gim st trực tuyến sự phóng điện một phần – PD 27
2.1.2.3. Phân tích độ khí ho tan trong dầu (DGA) 29
2.1.2.4. Kết hợp DGA v phƣơng php âm 31
2.2. Chẩn đon lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA 31
2.2.1. Nghiên cứu cc đặc tính sinh khí trong MBA lực 31
2.2.2. Cc lỗi tiềm ẩn của MBA 33
2.2.3. Sự nghiên cứu v ứng dụng của cc phƣơng php tỉ lệ 34
2.2.4. Ứng dụng của phƣơng php Rogers, khí chính 37
2.2.5. Cc phƣơng php chẩn đon v trải nghiệm công nghiệp khc 39
2.2.5.1. Chẩn đon rò rỉ 39
2.2.5.2. Chẩn đon sự mủn giấy 39
2.3. Cc quy tắc cơ bản trong chẩn đon lỗi MBA 40
2.3.1. Cc giả thiết 40
2.3.2. Nền tảng của cc quy tắc – hƣớng dẫn IEC 41
2.3.3. Sự thể hiện v sửa đổi của cc quy tắc hƣớng dẫn 42
2.3.4. Quy tắc chẩn đon lỗi đặc biệt (đặc thù) 45

2.3.4.1. Chẩn đon OH v OHO 46
2.3.4.2. Chẩn đon trên cơ sở tỉ lệ CO/CO2 46
2.3.4.3. Cc quy tắc chẩn đon OHC v CD bổ sung 46
2.3.4.4. Chẩn đon NR 46
2.4. Kết luận 46
CHƢƠNG III: MẠNG NƠRON KẾT HỢP DGA ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM
ẨN MBA LỰC 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
3.1. Cc phƣơng php trí tuệ nhân tạo cơ bản 49
3.2. Giới thiệu về mạng nơron 51
3.2.1. Não, nơron sinh học 52
3.2.2. Mạng nơron sinh học 54
3.2.3. Mạng nơron nhân tạo 56
3.2.3.1. Cấu trúc v mô hnh một nơron nhân tạo 57
3.2.3.2. Một số mô hnh cấu trúc của mạng nơron nhân tạo 61
3.2.3.3. Qu trnh nghiên cứu v pht triển nơron nhân tạo 62
3.2.3.4. Mạng nơron nhân tạo nhiều lớp (MLP) truyền thẳng 64
3.2.4. Luyện mạng nơron 65
3.2.4.1. Cc luật học cơ bản 66
3.2.4.2. Xấp xỉ mạng nơron 76
3.3. Tính chất kỹ thuật – Cơ chế của chẩn đon trên cơ sở mạng nơron 77
3.4. Ứng dụng mạng nơron để chẩn đon lỗi tiềm ẩn MBA lực 78
3.5. Kết luận 81
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG MẠNG NƠRON TRONG
CHUẨN ĐOÁN LỖI TIỀM ẨN MBA LỰC 82
4.1. Lựa chọn cấu trúc mạng tối ƣu 82
4.2. Huấn luyện mạng nơron 82

4.2.1. Ứng dụng Neural Network Toolbox để luyện mạng Neural MLP 3 lớp 83
4.2.2. Chƣơng trnh lập trnh theo thuật ton lan truyền ngƣợc huấn luyện mạng
nơron trong chẩn đon sự cố theo công nghệ DGA 85
4.3. Cc kết quả thực nghiệm về cấu trúc mạng 89
4.3.1. Cấu trúc mạng nơron 5–8–3 89
4.3.2. Cấu trúc mạng nơron 5–10–3 90
4.3.3. Cấu trúc mạng nơron 5–15–3 90
4.3.4. Cấu trúc mạng nơron 5–16–3 91
4.3.5. Kết luận 91
4.4. Kết quả chẩn đon 91
4.4.1. Tập dữ liệu vo-ra 91
4.4.1.1. Qu trnh luyện mạng 92
4.4.1.2. Kết quả chuẩn đon 97
4.5. Kết luận 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
TÓM TẮT LUẬN VĂN 101

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Viết tắt
Giải thích
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ANNEPS
The combined Artificial Nơron
Network and ExPert System tool
for power transformer incipient

fault diagnosis
Kết hợp mạng nơron nhân tạo v
hệ chuyên gia trong chuẩn đon sự
cố my biến p MBA
COC
Combined Output Confidence
kết hợp đầu ra tin cậy
DGA
Dissolved Gas-in_oil Analysis
Phân tích khí hòa tan trong dầu
DGA
Dissolved Gas-in_oil Analysis
Phân tích khí hòa tan trong dầu
AI
Artificial Intelligence
Trí tuệ nhân tạo
ANN
Artificial Nơron Network
Nơron nhân tạo
LVQ
Learning Vector Quantization
nơron network
luyện mạng nơron
NN
Nơron Network
Nơron
NR
Normal condition
Điều kiện bnh thƣờng
OH

OverHeating
Qu nhiệt độ
OHO
OverHeating of Oil
Qu nhiệt độ dầu
CD
Cellulose Degradation
Suy giảm cch điện của cellulose
OHC
OverHeating of Cellulose
Qu nhiệt của cellulose
PD
Partial discharge
Phóng điện cục bộ
LEDA
Low Energy discharge
Phóng điện năng lƣợng thấp
HEDA
High Energy Discharge
Phóng điện năng lƣợng cao
H
2

Hydrogen

CH
4

Ethane

C
2
H
6

Methane

C
2
H
4

Ethylene

C
2
H
2

Acetylene


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
CO
2

Carbon dioxide

CO
Carbon monoxide

O
2

Oxygen

N
2

Nitrogen

TDCG
Total Dissolved Combustible
Gases
Tổng hợp cc lƣợng khí hòa tan
TCG
Total Combustible Gases
Tổng hợp 1 lƣợng khí hòa tan
TDHG
Total Dissolved Hydrocarbon
Gases
Tổng hợp lƣợng khí Hydrocarbon
L1
Critical gas-in-oil levels for
abnormal screening
lƣợng khí trong dầu nằm ngoi
giới hạn quy định
AE

Acoustic Emission
tiếng kêu bất thƣờng
DP
Degree of Polymerization
Mức độ hóa dầu
IFT
InterFacial Tension
so cuộn dây
IR
Insulation Resistance
Cch điện khng
KOH:
KOH: acid number
Hm lƣợng axít
LTC
Load Tap Changer
Bộ điều p dƣới 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
cch điện”
SFL
oxidation stability
Độ ổn định oxi hóa

IFID
InFormative InDex
Chỉ số thông tin
TA
Test Accuracy
Kiểm tra cấp chính xc
LOC
Location
Định vị
TRN
Training
Huấn luyện
TST
Testing
Thử nghiệm
WNDG
Windings
Cuộn dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
Danh mục bảng biểu
Bảng 1. 1. Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép 18
Bảng 1. 2. Bảng quy đổi nhiệt độ 19
Bảng 1. 3. Các tổ nối dây cuộn dây MBA 23
Bảng 1. 4. Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA 24
Bảng 2. 1. Sự tương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân 33
Bảng 2. 2. Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ 34
Bảng 2. 3. Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 35

Bảng 2. 4. Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg 35
Bảng 2. 5. Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers 36
Bảng 2. 6. Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 36
Bảng 2. 7. Chẩn đoán theo phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 37
Bảng 2. 8. Các tiêu chuẩn chẩn đoán của phương pháp khí chính 38
Bảng 2. 9. Tiêu chuẩn IEC 599 cải tiến 41
Bảng 2. 10. Ý nghĩa của lỗi viết tắt trong Hình 2. 2 và Hình 2. 3 45
Bảng 3. 1. Các hệ chuyên gia cho PTIFD 50
Bảng 3. 2. Một số hàm f cơ bản thường được sử dụng 58
Bảng 3. 3. Một số hàm H(s) thường được dùng trong nơron nhân tạo 60
Bảng 3.4. Một số hàm phi tuyến thường dùng trong các mô hình nơron 60
Bảng 4. 1.Bảng các bộ dữ liệu đầu vào dùng cho luyện mạng 91
Bảng 4. 2. Kết quả của các quá trình chẩn đoán 97



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
Danh mục hình vẽ, đồ thị
Hình 1. 1. Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha 15
Hình 1. 2. Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb 16
Hình 1. 3. Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac 16
Hình 1. 4. Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab 16
Hình 1. 5. Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện 18
Hình 1. 6. Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe 20
Hình 1. 7. Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha 22
Hình 1. 8. Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha 22
Hình 1. 9. Thí nghiệm ab nối tắt bc 22
Hình 1. 10. Thí nghiệm bc nối tắt ac 22

Hình 1. 11. Sơ đồ nguồn xung phía cao áp 23
Hình 2. 1. Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi 32
Hình 2. 2. Phân loại lỗi theo tiêu chuẩn IEC 599 43
Hình 2. 3. Vùng phân loại của quy tắc cơ bản cuối cùng 44
Hình 2. 4. Lưu đồ của quy trình chẩn đoán lỗi trên cơ sở nguyên tắc DGA 48
Hình 3. 1.Cấu tạo của một nơron sinh học 52
Hình 3. 2. Mạng nơron đơn giản gồm 2 nơron 55
Hình 3. 3. Mô hình mạng nơron sinh học gồm 5 nơron 56
Hình 3. 4. Nơron nhiều đầu vào 57
Hình 3. 5. Mô hình một nơron nhân tạo nhiều đầu vào 59
Hình 3. 6. Mạng nơron hai lớp truyền thẳng 64
Hình 3. 7. Mạng MLP 70
Hình 3. 8. Phương pháp tìm kiếm Emin theo hướng ngược gradient của E 70
Hình 3. 9. Mạng MLP truyền thẳng 74
Hình 3. 10. Ví dụ về nhiều bộ giá trị cho một lỗi “Hồ quang điện” 78
Hình 3. 11. Sơ đồ cấu trúc của một mạng MLP 2 lớp ẩn 79
Hình 4. 1. Minh hoạ thuật toán lan truyền ngược 87
Hình 4. 2. Sơ đồ biểu diễn tương đương 87
Hình 4. 3. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–8–3] 89
Hình 4. 4. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–10–3] 90
Hình 4. 5. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–15–3] 90
Hình 4. 6. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–16–3] 91
Hình 4. 7. Mô hình mạng nơron 92
Hình 4. 8. Giao diện của quá trình huấn luyện mạng 93
Hình 4. 9. Tiến trình luyện mạng 94
Hình 4. 10. Kết quả luyện mạng 94
Hình 4. 11. Trạng thái của quá trình luyện mạng 95
Hình 4. 12. Mô hình của mạng nơron sau khi đã luyện mạng thành công 95
Hình 4. 13. Các thành phần của mạng (a-e) 97

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
MỞ ĐẦU
Ngy nay, cùng với sự pht triển của cc ngành kỹ thuật, nhiều công cụ tính
ton thông minh hỗ trợ trong cc hệ thống phần mềm chẩn đon sự cố thiết bị.
Trong hệ thống lƣới điện, my biến p (MBA) lực l thiết bị có chức năng thay đổi
cấp điện p phù hợp đối với yêu cầu cung cấp điện cụ thể của phụ tải, l một trong
những thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, v vậy độ tin cậy cung cấp điện của
nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống. Trong qu trnh vận hnh, có
nhiều lý do để MBA rơi vo trạng thi lm việc không bnh thƣờng hoặc thậm chí l
gặp sự cố: nhƣ điều kiện thời tiết, mƣa bão sấm sét, công suất của phụ tải, tuổi thọ
của my, … Nếu MBA vận hnh ở trạng thi không bnh thƣờng kéo di th tuổi thọ
của MBA sẽ giảm v có khả năng xảy ra sự cố lm gin đoạn cung cấp điện. Khi
ny, tu theo tính chất của phụ tải m thiệt hại so sự cố gây ra l rất lớn.
Chính v thế MBA cần đƣợc kiểm tra v bảo dƣỡng định k bằng cc biện
pháp khác nhau, ngay cả khi MBA đang vận hnh (on-line) hay cắt điện (off-line).
Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, tăng tuổi thọ cũng nhƣ giảm thiểu cc thiệt hại về
kinh tế do việc cắt MBA gây ra, đã có nhiều biện php thử nghiệm khi MBA đang
mang điện. Trong đó, phƣơng pháp phân tích khí hoà tan (Dissolved Gas Analysis -
DGA) rất hiệu quả trong việc chẩn đon cc trạng thi hƣ hỏng tiềm ẩn trong MBA.
Mặc dù vậy, độ chính xc của phƣơng php DGA truyền thống cũng còn phụ thuộc
vo kinh nghiệm của cc chuyên gia v tiêu tốn thời gian trong qu trnh chẩn đon.
Việc phối hợp phƣơng php DGA với phƣơng php chẩn đon thông minh có thể
góp phần giảm thời gian v nâng cao độ chính xc của kết quả chẩn đoán MBA.
Luận văn ny l một nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho việc chẩn
đon cc lỗi tiềm ẩn của my biến p lực. Cc kỹ thuật AI bao gồm cc mạng nơron
nhân tạo (ANN hoặc ngắn gọn l mạng nơron - NN), cc hệ chuyên gia, cc hệ mờ
v phƣơng php hồi quy đa biến.
Việc chẩn đon lỗi đƣợc dựa trên cơ sở phân tích khí ho tan trong dầu

(DGA). Ngƣời ta đã chỉ ra rằng cc phƣơng php chẩn đon lỗi thông thƣờng nhƣ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
cc phƣơng php tỉ lệ (Rogers, Dornenburg and IEC) v phƣơng php khí chính, có
sự hạn chế nhất định nhƣ bi ton “không có sự quyết định”. Rất nhiều kỹ thuật AI
khc nhau có thể giải quyết cc bi ton trên v cho thấy đó l giải php tốt hơn.
Theo tiêu chuẩn IEC 599 v cc thí nghiệm trong thực tiễn, một kết luận
mang tính my móc trên cơ sở kiến thức cơ bản để pht hiện lỗi cho MBA đã đƣợc
php triển. Bằng việc sử dụng cc dữ liệu thống kê về lỗi của MBA từ một MBA
công nghiệp tƣơng ứng, một mô hnh mạng nơron MLP đã đƣợc đnh gi l lựa
chọn tốt nhất trong số cc kiến trúc mạng nơron. Cc phƣơng php logic mờ trên cơ
sở đnh gi điều kiện cch điện của biến p dầu/giấy v ƣớc lƣợng khoảng thời gian
lấy mẫu dầu cũng nhƣ cc đề xuất về bảo dƣỡng cũng đƣợc đƣa ra nghiên cứu v
thực hiện một cch đầy đủ.
Một vi phƣơng php định vị lỗi tiềm ẩn trong MBA lực cũng đã đƣợc
nghiên cứu tỉ mỉ, kết quả cho thấy mạng MLP l sự lựa chọn tốt nhất. Nhiều
phƣơng php on-load tap changer (OLTC) coking diagnosis cũng đã đƣợc nghiên
cứu tỉ mỉ v một mạng MLP dựa trên một modul mạng vẫn đƣợc coi l sự lựa chọn
tốt nhất. Phân tích hồi quy cũng đƣợc xem l một phƣơng php tốt trong mạng
nơron của qu trnh chọn mẫu đầu vo. Cc kết quả trên có thể giúp pht triển chiến
lƣợc bảo dƣỡng MBA lực đƣợc tốt hơn v đóng vai trò nhƣ một nền tảng cơ sở của
sự gim st MBA bằng phƣơng php DGA trực tuyến.
Xuất pht từ cc vấn đề trên, học viên lựa chọn đề ti “Ứng dụng mạng
nơron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực”.
Phần nội dung của bản luận văn đƣợc trnh by gồm 4 chƣơng:
Chƣơng I: Tóm tắt về cc phƣơng php truyền thống chẩn đon sự cố
my biến p lực
Chƣơng II: Phƣơng php phân tích khí ho tan trong dầu để chẩn đon sự

cố my tiềm ẩn MBA lực
Chƣơng III: Mạng nơron kết hợp DGA để chẩn đon sự cố tiềm ẩn máy
biến áp lực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Chƣơng IV: Kết quả thực nghiệm sử dụng mạng nơron trong chẩn đon
lỗi tiềm ẩn MBA lực
Kết luận v kiến nghị
Do trnh độ v thời gian hạn chế, tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến góp ý
của cc thầy gio, cô gio v cc ý kiến đóng góp của đồng nghiệp.
Đặc biệt, tôi xin chân thnh cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tnh của thầy gio
hƣớng dẫn khoa học PGS. TS. Nguyễn Hữu Công v sự giúp đỡ của cc thầy gio
trong trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thi Nguyên, khoa Điện tử –
trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp v cc đồng nghiệp. Tôi cũng xin cảm ơn
những bạn bè, ngƣời thân trong gia đnh đã động viên, giúp đỡ để tôi có thể hon
thnh luận văn nhƣ ngy hôm nay.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
CHƢƠNG I. TÓM TẮT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN
ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC

1.1. Tổng quan về máy biến áp
Nhƣ ta đã biết điện năng l loại năng lƣợng đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản
xuất v đời sống, việc điện khí ho công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải v
các ngành kinh tế khc đòi hỏi phải có thiết bị khc nhau. Việc truyền tải năng từ
nhà máy điện đến hộ tiêu dùng điện cần phải có đƣờng dây tải điện v trạm biến p.

Việc truyền tải điện năng đi xa lm sao cho kinh tế nhất cần thiết phải có cc trạm
biến p tăng p ở đầu nguồn v trạm biến p giảm p ở cuối đƣờng dây cho phù hợp
với điện p của phụ tải tiêu thụ. Từ đó ta cũng thấy rõ máy biến áp chỉ lm nhiệm
vụ thay đổi cấp điện p, hoặc phân phối năng lƣợng chứ không phải l chuyển ho
năng lƣợng.
Hiện nay ngành chế tạo my biến p của nƣớc ta đã sản xuất đƣợc nhiều
chủng loại my biến p khc nhau, trƣớc khi đƣa my biến p đƣa vo vận hnh đều
phải thí nghiệm nghiệm thu, nhằm xc định chất lƣợng của my biến p thông qua
cc thông số kỹ thuật có phù hợp với nh chế tạo. Đặc biệt, trong qu trnh vận hnh
cc sự cố của my biến p có thể xảy ra gây những thiệt hại nghiêm trọng đến sản
xuất của cc hộ tiêu thụ. Việc chẩn đon sự cố của my biến p đến nay cũng có
nhiều phƣơng php, trong luận văn ny tôi xin giới thiệu một số phƣơng php tiêu
biểu.
1.2. Các thông số cơ bản của máy biến áp
Cc thông số định mức đƣợc ghi trên cc my, cc thông số khc đƣợc nh
chế tạo ghi trong lịch my. Cụ thể từng thông số nhƣ sau:
1. Công suất định mức
L công suất biểu kiến (công suất ton phần) đƣa ra từ phía thứ cấp của my
biến p.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
- Ký hiệu: S
đm

- Đơn vị tính: kVA (hay VA).
2. Điện áp định mức
Điện p sơ cấp định mức: là điện p của cuộn dây sơ cấp.
- Ký hiệu: U1

đm

- Đơn vị tính: kV (hay V).
Điện p thứ cấp định mức: là điện p của dây quấn thứ cấp khi MBA không
tải và điện p đặt vo dây quấn sơ cấp l định mức.
- Ký hiệu: U2
đm

- Đơn vị tính: kV (hay V).
Đối với MBA 3 cuộn dây có U
Tđm
, U
Hđm
.
3. Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp:
L những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp v thứ cấp ứng với công suất
và điện p định mức.
- Ký hiệu: I
1đm
, I
2đm

- Đơn vị tính: (hay A)
Đối với MBA 1 pha:
1
1
dm
dm
dm
S

I
U

(1.1)
2
2
dm
dm
dm
S
I
U

(1.2)
Đối với MBA 3 pha:
1
1
3
dm
dm
dm
S
I
U

(1.3)
2
2
3
dm

dm
dm
S
I
U

(1.4)


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
4. Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz
- Ký hiệu: f
đm
.
- Đơn vị tính: Hz.
5. Điện áp ngắn mạch của MBA
- Là điện p đo đƣợc khi ngắn mạch một phía của cuộn dây sao cho dòng điện
đạt gi trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta có: U
cao-hạ
.
- 3 gi trị điện p ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao–Hạ; Cao–Trung;
Trung–Hạ.
- Điện p ngắn mạch tính theo % (U
k
%).
6. Dòng điện không tải I
0
(A)

Dòng điện không tải l gi trị hiệu dụng của dòng điện đi qua cuộn dây, khi
điện p điện p đặt vo cuộn dây đó là định mức với tần số định mức còn cc cuộn
dây khác để hở mạch, dòng điện ny còn gọi l dòng từ ho.
7. Tổn hao không tải
L công suất tc dụng bị hấp thụ khi K tải đi qua cuộn dây. Tổn hao ny còn
gọi l tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P
0
.
8. Tổn hao ngắn mạch
L phần công suất tc dụng bị hấp thụ trong dây quấn MBA khi có dòng tải
đi qua cuộn dây. Khi có dòng điện định mức đi qua cc cực dây của một trong cc
cuộn dây, còn cc cực của cuộn dây kia nối tắt lại. Nếu có cc cuộn dây khc th cc
cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1).
- Ký hiệu: Pn
- Đơn vị tính: W (hay kW).
9. Tổ đấu dây
L góc lệch pha của điện p dây sơ cấp và thứ cấp, có 12 tổ dấu dây, các
cuộn dây có thể nối với nhau  hay .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
1.3. Thí nghiệm truyền thống MBA
Cc hạng mục v trnh tự tiến hnh thí nghiệm my biến p nhƣ sau:
1.3.1. Kiểm tra tổng thể bên ngoài
- Sứ không bị sứt mẻ.
- Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi mầu.
- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ.
- Cc chi tiết đƣợc lắp đặt đúng thiết kế. Cc thông số của my biến p phù
hợp với ti liệu.

1.3.2. Thí nghiệm không tải
Mục đích: xác định tnh trạng cuộn dây v lõi thép có bị chạm chập, xê dịch
hoặc mạch từ bị xô, bu lông không ép chặt, chất lƣợng lõi thép xấu.
Thí nghiệm không tải l hạng mục kiểm tra đầu tiên trƣớc khi tiến hnh thí
nghiệm cc hạng mục để trnh từ dƣ trong mạch từ khi nạp dòng điện một chiều.
1. Sơ đồ thí nghiệm không tải ở chế độ định mức nguồn 3 pha

Hình 1. 1. Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha
P
0
= P
AB
+ P
BC
(1.5)
0 0 0
0
(%) 100(%)
3
a b c
dm
I I I
I
I


(1.6)
Kết quả đo đƣợc so với số liệu xuất xƣởng hoặc gi trị cho trên mc my.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
2. Thí nghiệm bằng nguồn 1 pha điện áp thấp

Hình 1. 2. Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb

Hình 1. 3. Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac

Hình 1. 4. Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab
Mục đích của việc nối tắt cc pha không đo:
- Nối tắt cc pha không đo để trnh sai số kết quả của phép đo.
- Nếu kết qủa không bnh thƣờng ta phải khử từ.
I
0a
= I
0c
; sai lệch không qu 5%.
Thông thƣờng I
0a
= I
0c
= (1.2  1.5)×I
0b
.
Tổn hao không tải ở điện p đƣợc tính:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
0 0 0
0
'
2
ab bc ca
P P P
P


(W) (1.7)
=>
0dm 0
'
P =P '
dm
U
U



(W) (1.8)
Trong đó:
U‟ - Điện p thực tế khi đo không tải.
P
0dm
- Tổn hao không tải khi tính đổi về điện p định mức.
n - L hệ số gia công mạch từ (n = 1.9 đối với thép nóng; n = 1.8
đối với thép nguội).
Do kết cấu của mạch cc từ trụ không bằng nhau; trụ giữa B ngắn; trụ A, C

dài do đó tổn hao không tải trên cc trụ không bằng nhau. Tuy nhiên sai lệch vẫn
nằm trong quy định. Có thể P
0ab
= P
0bc
5%.
Nếu kết quả đo không bình thƣờng ta cần tm lý do nhƣ khử từ v tiến hnh
thí nghiệm tỷ số biến v đo trên điện trở một chiều để kết luận chính xc.
1.3.3. Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA
Đây l chỉ tiêu để đnh gi tnh trạng cch điện của cc cuộn dây thông qua
trị số của điện trở R
60”
và R
15”
. Gi trị R
60”
phải đp ứng đƣợc với cấp điện p m nó
lm việc. Gi trị điện trở cch điện yêu cầu phụ thuộc vo thông số của nh chế tạo.
- Với thiết bị dùng để đo điện trở cch điện dùng mêgôm 2500V hoặc 5000V.
Các cuộn dây đƣợc nối tắt v nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện tích
gây sai số đo.
- Đo điện trở cch giữa cc cuôn dây với nhau, giữa cc cuộn dây với vỏ, v
nối vỏ với đất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18

Hình 1. 5. Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện
Ta thực hiện phép đo:

Cao áp – Trung p + Hạ p + Vỏ.
Trung áp – Cao p + Hạ p + Vỏ.
Hạ p – Cao p + Trung p + Vỏ.
Cao p + Trung p + Hạ p – Vỏ.
- Kết quả đo tại thời điểm R
15‟‟
và R
60‟‟
kể từ thời điểm đặt điện p đo phải
đảm bảo.
- Hệ số hấp thụ: K
ht
=
60"
15"
R
R
1.3
Với t
0
tại thời điểm đo t = (10-30)
0
C.
Trị số điện trở đo R
60”
không giảm qu 30% gi trị đo xuất xƣởng hoặc hiệu
số đo lần trƣớc quy về cùng nhiệt độ.
Bảng 1. 1. Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép
t
0

(
0
C)
U
đm

S
đm
10
20
30
40
50
60
70
U
đm
<35kVA
S
đm
<1000KVA
450
300
200
130
90
60
40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
U
đm
<35kV
S
đm
>1000kVA
U110kV
S
đm
không kể
900
600
400
260
180
120
80

Bảng 1. 2. Bảng quy đổi nhiệt độ
Hiệu
nhiệt độ
t=t
1
-t
2
1
2
3

4
5
10
15
20
25
30
Hệ số
hiệu
chỉnh
1.04
1.08
1.13
1.17
1.22
1.5
1.84
2.25
2.75
3,4
1.3.4. Đo điện trở một chiều các cuộn dây
Mục đích:
- Xác định tnh trạng nguyên vẹn của cuộn dây, tiếp xúc mối hn, mối nối, tiếp
xúc cc dao lựa chọn của bộ chuyển nấc.
- Qu trnh thực hiện phép đo đƣợc tiến hnh ở tất cả cc cuộn dây cao áp,
trung p, hạ p v ở cc nhnh của cuộn dây, ở tất cả các pha.
- Với MBA có cc thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả cc nấc.
Kết quả đo cho ta biết đƣợc cc đầu phân nhnh đƣa ra có đúng hay
không.
Dụng cụ đo:

- Cầu đo chuyên dùng P333T hoặc multi-ampe.
- Có thể bằng phƣơng pháp vôn–ampe với điều kiện đồng hồ có cấp chính xc
ít nhất 0.5.
I
do
 20%×I
đm
MBA, nếu lớn hơn sẽ đốt nóng cuộn dây gây sai số kết quả đo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20

Hình 1. 6. Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe
Cách thao tác:
- Đóng CD1, khi ổn định đóng thì CD2.
- Cắt CD2 sau đó cắt CD1 để trnh dòng cảm ứng lm hỏng vôn mét.
Trị số điện trở một chiều sau khi đo đƣợc so snh với lý lịch nh my v so
sánh giữa cc pha với nhau trong cùng một nấc không đƣợc lệch qu 2%. Khi đo ở
nhiệt độ khc với lần đo trƣớc v khc với số hiệu chỉnh của nh my ta phải quy
đổi về cùng nhiệt độ.
2
21
1
235
Rt =Rt
235
t
t



(Đối với dây quấn bằng đồng) (1.9)
2
21
1
245
Rt =Rt
245
t
t


(Đối với dây quấn bằng nhôm) (1.10)
Trong đó:
Rt
1
: là điện trở đo đƣợc ở nhiệt độ t
1
.
Rt
2
: l nhiệt độ đo đƣợc ở nhiệt độ t
2
.
t
1
: nhiệt độ đo lần trƣớc.
t
2
: nhiệt độ đo lần sau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
1.3.5. Kiểm tra tỷ số biến
Mục đích: Xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả cc nấc phân p. Kết
hợp với cc chỉ tiêu khc xc định chạm chập vòng dây. Xác định điện p cuộn cao
áp và cuộn hạ p.
Các quy định khi đo và tính tỷ số biến:
- Hệ số biến l tỷ số điện p dây của cuộn sơ và cuộn thứ cấp khi không tải.
- MBA hai cuộn dây thì có một hệ số biến cao–hạ.
- MBA ba cuộn dây có ba hệ số biến cao–hạ; cao–trung; trung–hạ.
- Điện p đƣa vào đo tỷ số biến không đƣợc nhỏ hơn 1% điện p định mức.
- Khi đo tỷ số biến, cần nối tắt cuộn không đo lại để trnh sai số.
- Tỷ số biến đƣợc phép so snh cc pha với nhau ở cùng một nấc hoặc so snh
với số liệu đo lần trƣớc của nấc đó ở từng pha với nhau, sự sai lệch không
đƣợc qu 2%.
Cách tính tỷ số biến:
- Khi thí nghiệm bằng nguồn 3 pha:
Cc MBA ở tổ nối dây Y/Y; /; Y/; /Y. Khi thí nghiệm bằng nguồn 3
pha thì theo quy định trên ta có:
1
2
U
K
U

(1.11)
Với U
1

là điện p dây đo bên cao áp, U
2
là điện p dây đo bên hạ p.
- Khi thí nghiệm bằng nguồn điện p 1 pha:
Biến p nối Y/Y; / có:
1
2
U
K
U

(1.12)
Biến p nối Y/ có:
1
1
22
3
2
3
2
U
U
K
UU

(1.13)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22

Biến p nối /Y có:
11
2
2
2
3
3
2
UU
K
U
U

(1.14)

Hình 1. 7. Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha

Hình 1. 8. Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha

Hình 1. 9. Thí nghiệm ab nối tắt bc

Hình 1. 10. Thí nghiệm bc nối tắt ac
* Việc nối tắt đảm bảo nguyên tắc các pha không đo được nối tắt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
1.3.6. Kiểm tra tổ nối dây
Tổ nối dây l góc lệch pha giữa điện p dây (hoặc điện p pha) cuộn dây bên
cao áp so với điện p dây (điện p pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên.

Ký hiệu:
- Đầu dây cao p ABC cuối l XYZ.
- Đầu dây hạ p abc cuối l xyz.
Tổ đấu dây của MBA l một trong những điều kiện đƣa MBA vo vận hnh
song song.
Để xc định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mc my hay không, ta
có thể dùng thiết bị chuyên dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phƣơng pháp
xung một chiều 3 trị số.

Hình 1. 11. Sơ đồ nguồn xung phía cao áp

ab
bc
ac

ab
bc
ac
B-AC
+
-
0
B-AC
+
-
-
Bảng 1. 3. Các tổ nối dây cuộn dây MBA
Tổ nối
dây
Cuộn dây

Tổ nối
dây
Cuộn dây
ab
bc
ac
ab
bc
ac
1
-
+
+
0

+
0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
7
+
-
+
6
+
-
0
3

+
+
+
2
0
+
+
9
-
-
-
8
0
-
-
5
+
-
-
4
+
0
-
11
-
+
-
10
-
0

-
Việc xc định tổ đấu dây còn lm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ my
biến p.
1.3.7. Thí nghiệm dầu cách điện
Nhiệm vụ của dầu trong MBA l cch điện v lm mt.
Thí nghiệm dầu MBA: để đảm bảo vận hnh an ton của MBA ta phải kiểm
tra chất lƣợng của dầu thông qua cc hạng mục. Đo điện áp phóng điện đnh thủng,
đo góc tổn hao điện môi ở 90
0
C.
Bảng 1. 4. Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA
Hạng mục TN U
dl
(KV)
Dầu mới trong my
Dầu đang vận hnh
Cấp Điện p 110 – 220KV
60
55
tg % không qu ở 90
0
C
2.2
7
Trên đây l giới thiệu một số phƣơng php cơ bản trong chẩn đon sự cố
MBA lực, ngoài ra còn phải kể đến một số phƣơng php nữa nhƣ:
- Đo điện trở cch điện v tổn hao điện môi sứ đầu ra của MBA có cch điện
giấy dầu.
- Đo góc tổn hao điện môi phản nh phẩm chất cch điện của cuộn dây.
- Thí nghiệm my biến dòng lắp sẵn ở my biến p.

- Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến p.
- Thí nghiệm điện p xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp.
1.4. Kết luận
MBA lực l một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, v độ
tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
Trong khi đó, MBA dễ rơi vo cc trạng thi không bnh thƣờng, đặc biệt l cc
MBA có tuổi đời từ 15 năm trở lên. Nếu MBA vận hnh ở trạng thi không bnh
thƣờng kéo di th tuổi thọ của MBA sẽ giảm v có khả năng xảy ra sự cố lm gin
đoạn cung cấp điện. Khi MBA lực bị sự cố, thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí
có thể lên đến hng triệu USD đối với cc MBA công suất lớn.
Để chẩn đon cc sự cố trong MBA lực có nhiều phƣơng php khc nhau khi
MBA on-line hoặc off-line. Cc thử nghiệm off-line nhƣ: đo điện trở cch điện, hệ
số tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cch, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộn
dây, … Cc phƣơng pháp on-line nhƣ: phƣơng pháp đp ứng tần số, phân tích phổ
âm thanh, phƣơng php hồng ngoại, phƣơng php DGA, …Trong đó đối tƣợng
nghiên cứu ở đây tập trung vo phƣơng php DGA, l phƣơng php phổ biến v
đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay.