NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐIỂM NÓNG CUỘN DÂY VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN KHÍ HÒA TAN TRONG DẦU CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN MÁY BIẾN ÁP (DGA)

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐIỂM NÓNG CUỘN DÂY
VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN KHÍ HÒA TAN TRONG DẦU
CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN MÁY BIẾN ÁP
Abstract
Power transformers are the most important primary equipment in substation, its health is
directly related to power generation, power system security and reliability. Moreover, transformer
failure development is more complex, often with a variety of factors, it is intelligent to realize
transformer condition monitoring and judgment is very important work. There are many
transformer monitoring methods, such monitoring technology as: oil dissolved gas analysis,
winding temperature, infrared temperature, partial discharge, vibration measurement,.. This thesis
in connection with oil-immersed power transformers, by studying the winding hot-spot
temperature and oil chromatographic monitoring, proposed the Transformer Online Monitoring
System- TOMS. TOMS is using the indirect method for winding hot-spot temperature
measurement and using Doernenburg ratio method for oil gas composition measurements. TOMS
system carried on integrated fault diagnosis and assessment process； that can discover latent
failures in the operation of the transformer, simultaneously improving the ability of transformer
overload operation; therefore TOMS can give substation automation system a lot of subsidies role.
Keyword: Transformer Online Monitoring System; winding hot-spot temperature; oil
dissolved gas analysis; indirect method; Doernenburg ratio method

I. Đặt vấn đề
Máy biến áp lực (MBA) là thiết bị quan trọng và có giá trị lớn trong hệ thống
điện (HTĐ), tình trạng vận hành của MBA trực tiếp ảnh hưởng đến tính an toàn và
tin cậy HTĐ. Đặc biệt theo chủ trương của Tập đoàn điện lực Việt Nam đến năm
2020 thực hiện 100% các TBA 110kV là trạm không người trực vận hành, để hoàn
thành kế hoạch trên cần thiết phải có các biện pháp đảm bảo cho tất cả các trang
thiết bị trong trạm, trong đó MBA là phần tử quan trọng nhất, vận hành một cách an
toàn, tin cậy và hiệu quả.
Hệ thống giám sát online MBA có tác dụng phát hiện sớm các bất thường, hư

hỏng để có biện pháp xử lý kịp thời, nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm thời gian
mất điện các MBA. Để giám sát tình trạng hoạt động máy biến áp, hiện nay nhiều
công nghệ đã được áp dụng như: phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu (DGA),
phát hiện phóng điện cục bộ (PD), giám sát nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu máy
biến áp, giám sát điện áp 2 phía máy biến áp .v.v. Các thiết bị giám sát có đặc điểm
đều sử dụng thiết bị, cảm biến chuyên dụng độc lập, đặc tính giám sát đơn lẻ, trong
những tình huống sự cố nhất định có thể đưa ra chẩn đoán sự cố tương đối chính
xác, nhưng không thể đưa ra chẩn đoán về MBA một cách tổng thể. Ngoài ra, ảnh
1


hưởng của chu kì lấy mẫu cũng cản trở việc phát hiện kịp thời sự cố cũng như dự
báo diễn biến của sự cố cho người vận hành.
Sự phát triển của công nghệ hiện đại, không ngừng nâng các khả năng tự động
hóa trong TBA đã cung cấp các giải pháp hữu hiệu cho giám sát online MBA. Bên
cạnh đó, ứng dụng các tiêu chuẩn tiên tiến về giám sát MBA có thể xây dựng một
hệ thống giám sát online MBA toàn diện, tính chính xác cao, theo thời gian thực.
Đối tượng nghiên cứu của chuyên đề này là MBA dầu, chủ yếu sử dụng giám
sát nhiệt độ cuộn dây và đo sắc phổ các thành phần khí hòa tan trong dầu để tiến
hành chẩn đoán tình trạng vận hành của MBA; từ đó phát hiện các sự cố xảy ra, dự
báo sự cố có thể phát sinh trong quá trình vận hành, đồng thời nâng cao khả năng
vận hành quá tải của MBA.
II. Thực trạng nghiên cứu, ứng dụng trong và ngoài nước
1. Hiện trạng giám sát, điều khiển MBA
Các hệ thống giám sát, điều khiển MBA hiện có:
1) Sử dụng các tín hiệu đo lường tại trạm làm cơ sở tiến hành giám sát, vận
hành MBA bao gồm dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất, nhiệt
độ môi trường, nhiệt độ lớp dầu trên, v.v.v
2) Đo thành phần khí hòa tan (DGA) bằng sắc phổ dầu, đo trực tuyến hoặc
lấy mẫu dầu đo riêng lẻ;

3) Giám sát, điều khiển hệ thống quạt và bơm làm mát;
4) Giám sát phóng điện cục bộ.
Hình 1: Giám sát MBA hiện đang được sử dụng

Nguồn: sytec.com.vn
Các hệ thống đang sử dụng đều sử dụng thông tin từ các thiết bị chuyên dụng
đơn lẻ, giám sát MBA từ các bộ phận khác nhau, các chẩn đoán đưa ra chủ yếu
được sử dụng để hiển thị và cảnh báo ở mức thấp (quá nhiệt MBA, hệ thống quạt
2


không bình thường,... ) hoặc sử dụng như một thành phần của liên động điều khiển
(quá dòng, quá áp,...) và chưa có tính năng dự báo sự cố. Từ góc độ giám sát, điều
khiển và thông tin MBA thì tính đồng bộ, nhất quán của các thiết bị riêng lẻ là chưa
cao.
Tại Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung, các trạm tự động hóa những
năm gần đây phát triển với tốc độ cao, tiêu chuẩn IEC61850 được ứng dụng ngày
càng sâu rộng. Các trạm được giám sát, điều khiển bằng hệ thống DCS đã thể hiện
ưu thế vượt trội so với kiểu truyền thống, đặc biệt là khả năng thu thập, xử lý và lưu
trữ một lượng thông tin rất lớn với mức độ chính xác rất cao. Đồng thời, mở ra khả
năng tự động hóa hoàn toàn công tác vận hành TBA. Trên cơ sở đó, các đơn vị, tổ
chức đã và đang tiến hành xây dựng chương trình giám sát trực tuyến, điều khiển
MBA có tính toàn diện và độ chính xác cao.
2. Các hệ thống giám sát trực tuyến MBA được nghiên cứu và ứng dụng trong
thời gian gần đây
Năm 2010, ALSTOM giới thiệu hệ thống “MS 3000–Online condition
monitoring and expert System”. Hệ thống này có chức năng giám sát cuộn dây, đầu
cực, hệ thống làm mát, OLTC của MBA.
Tháng 11 năm 2010, hệ thống “MDS4000-Hệ thống giám sát và đánh giá trạng
thái của các thiết bị truyền tải điện” của công ty EON-LG được Tập đoàn điện lực

Trung Quốc thông qua kiểm nghiệm. MDS4000 có module quan trọng là
“MDD3000T-Giám sát trực tuyến MBA”, MDD3000 giám sát thành phần khí và
nước trong dầu, giám sát nhiệt độ cuộn dây thông qua các cảm biến quang học.
Siemens giới thiệu hệ thống “SITRAM@ GAS-Guard 8” và “SITRAM@ CM”
vào năm 2011. Hai hệ thống này có chức năng chủ yếu gồm: phân tích thành phần
khí trong dầu, đo lường nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu, khả năng vận hành quá tải,
phân tích lão hóa cách điện cuộn dây.
Tại Việt Nam, tháng 6 năm 2010 công ty ATS trình bày đề tài nghiên cứu khoa
học “Xây dựng phần mềm giám sát khả năng tải đường dây, giám sát khả năng tải
và lão hoá cách điện của máy biến áp”. Đến đầu năm 2011, phần mềm “Power line
& Transformer Monitering” đã được chạy thử nghiệm trong một số trạm biến áp
220kV và thu được kết quả bước đầu rất khả quan.
Tháng 6 năm 2011, Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia EVN-NPT đã khởi
động chương trình nghiên cứu “Công nghệ giám sát & phân tích online dầu”, sử
dụng thiết bị phân tích Multitrans của hãng Kelman (UK). EVN-NPT nhận định đây
là một công nghệ mới trên thế giới và sẽ được áp dụng tại Việt Nam, nên cũng cần
có các hội thảo và trao đổi về việc ứng dụng và khai thác công nghệ này.
3. Các vấn đề tồn tại
3


1) Các hệ thống trình bày ở trên đều sản xuất hợp bộ, vốn đầu tư cao;
2) Khả năng nâng cấp và mở rộng thấp;
3) Giám sát nhiệt độ cuộn dây tuân theo tiêu chuẩn IEEE Std C57.91-1995,
hiện tại tiêu chuẩn IEC 60076-7-2005 “Power transformers–Part7:
Loading guide for oil-immersed power transformers” đã được ban hành
và có nhiều nội dung được cải tiến cập nhật;
4) Phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu tuân theo tiêu chuẩn IEEE Std
C57.104-1991 được ban hành từ năm 1991, hiện nay IEEE Std C57.1042008 “Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed
Transformers” đã được ban hành và có nhiều chỉnh sửa;

5) Giao diện HMI của phần mềm chưa trực quan, chưa thân thiện với người
sử dụng, còn nhiều chức năng có thể nâng cấp thêm.
III. Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây

1. Giới thiệu
Thực tế công tác QLVH trong TBA, việc nâng cao khả năng chịu tải của MBA
rất quan trọng. Việc nâng cao khả năng tải của máy sẽ loại trừ được những tổn hại
trong quá trình vận hành; giúp điều độ có thêm thời gian và phương án để đưa phụ
tải về phạm vi an toàn.
Phụ tải thực tế lớn hơn phụ tải danh định của MBA sẽ gây ảnh hưởng đến tất cả
các bộ phận của MBA (cuộn dây, đầu cực, cách điện, lõi thép, OLTC, cáp nối đầu
cực, biến dòng, v.v.v), gây ra tổn hại cho máy. Đặc biệt là tại cuộn dây, tác động rất
dễ nhận thấy và ở mức độ nghiêm trọng nhất. Cách điện tại điểm nóng nhất của
cuộn dây có tốc độ lão hóa cao nhất, dẫn đến sự cố phóng điện trong cuộn dây, gây
ra hư hỏng MBA. Có thể kết luận, nhiệt độ điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây
MBA là nhân tố ảnh hưởng quyết định khả năng vận hành quá tải của máy, vì vậy
việc giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong
điều khiển vận hành MBA nói riêng và trong vận hành các TBA không người trực
nói chung.
2. Phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây
Giữa những năm 80 của thế kỉ trước, các nhà khoa học đã thử nghiệm sử dụng
cảm biến quang học để đo lường nhiệt độ cuộn dây. Sử dụng cáp quang có thể trực
tiếp, chính xác đo được nhiệt độ cuộn dây theo thời gian thực, từ đó giám sát nhiệt
độ nội bộ trong MBA, điều khiển hệ thống làm mát tương ứng, nâng cao khả năng
chịu tải của MBA, đảm bảo cung cấp điện an toàn cả trong giờ cao điểm, nâng cao
tuổi thọ MBA.

4

Tuy nhiên, việc ứng dụng cảm biến quang học yêu cầu lắp đặt rất nhiều cảm
biến trong MBA, kỹ thuật bảo dưỡng phức tạp, vốn đầu tư rất cao nên đến hiện tại
chưa được áp rộng rãi.
Đối với hệ số phụ tải K và nhiệt độ môi trường θa, nhiệt độ dầu θo biến đổi theo
thời gian, tiêu chuẩn IEC 60076-7-2005 cung cấp Phương pháp phương trình vi
phân, gián tiếp tính toán nhiệt độ điểm nóng cuộn dây θh và tổn hao tuổi thọ cách
điện tương ứng[1]. Lưu đồ của Phương pháp phương trình vi phân được thể hiện
trong Hình 2.
Hình 2: Phương pháp phương trình vi phân

Nguồn: IEC 60076-7-2005
Trong đó:
K
θa
θo
θh
R
mức
k11 k21 k2
x
y
τ0
τw
Δθhr
mức), K
Δθor

: Hệ số phụ tải
: Nhiệt độ môi trường (oC)
: Nhiệt độ lớp dầu trên (oC)

: Nhiệt độ điểm nóng cuộn dây (oC)
: Tỉ số giữa tổn thất có tải và tổn thất không tải tại dòng điện định
: Hằng số tính toán của mô hình nhiệt
: Hằng số exponent của nhiệt độ dầu
: Hằng số exponent của nhiệt độ cuộn dây
: Hằng số thời gian của dầu
: Hằng số thời gian của cuộn dây
: Độ tăng nhiệt độ điểm nóng cuộn dây so với lớp dầu trên (định
: Độ tăng nhiệt độ lớp dầu trên so với môi trường (định mức), K

5


Hằng số k11, k21, k22, τ0, τw, x, y quyết định bởi dung lượng MBA và hệ thống
làm mát.
Do phân bố nhiệt trong máy không đều, cách điện tại khu vực có nhiệt độ cao
nhất sẽ bị tổn hại nặng nề nhất, IEC 60076-7-2005 tính toán tốc độ lão hóa dựa trên
nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây. Tốc độ lão hóa cách điện và tổn hao tuổi thọ
cách điện được tính theo công thức (III-1) và (III-2).
15000
15000
(

)
110  273   273
h
V e

(III-1)

N

(III-2)

L   Vn  tn
n 1

Trong đó:
V
: Tốc độ lão hóa cách điện
Vn
: Tốc độ lão hoá cách điện ở khoảng thời gian tn
L
: Tổn hao tuổi thọ cách điện
n
: Chỉ số của khoảng thời gian t
N
: Tổng số các khoảng thời gian t trong chu kỳ thời gian
t
: Khoảng thời gian
Các thí nghiệm thực tế đã chỉ ra, nhiệt độ điểm nóng cuộn dây tính toán theo
Phương pháp phương trình vi phân tiệm cận với kết quả đo trực tiếp bằng cảm biến
quang học; phương pháp gián tiếp có ưu điểm là chi phí thấp, vận hành bảo dưỡng
đơn giản, thuận lợi cho áp dụng vào giám sát trực tuyến MBA[3].
3. Giám sát online nhiệt độ điểm nóng cuộn dây
Ứng dụng Phương pháp phương trình vi phân cho giám sát trực tuyến nhiệt độ
điểm nóng cuộn dây, các bước tiến hành như sau:
1. Thiết lập thông số MBA
2. Thu thập giá trị đo, chu kì lấy số liệu 1 lần/3 phút, số liệu được lấy từ
Server của hệ thống tự động hóa TBA.

3. Tính toán trạng thái khởi đầu
4. Giải phương trình vi phân
5. Đưa số liệu đầu ra, đồ thị theo thời gian
6. Đưa ra cảnh báo
Sơ đồ khối của chương trình được thể hiện trong Hình 3.
4. Đánh giá
Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây sử dụng cảm biến quang học (trực tiếp)
hay phương trình vi phân (gián tiếp) đều có những ưu điểm, nhược điểm nhất định.
Cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA nhiệt độ điểm nóng cuộn dây, từ đó tính
toán tốc độ lão hóa cách điện, tuổi thọ cách điện một cách rõ ràng và có tính chính
6


xác cao. Bên cạnh đó, công nghệ giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây cũng có
những nhược điểm:
- Giám sát nhiệt độ cuộn dây cho dù sử dụng cảm biến quang đo trực tiếp cũng
là phương pháp gần đúng, vị trí đặt cảm biến phụ thuộc nhiều vào kinh
nghiệm chuyên gia và kết quả của của những thí nghiệm thực tế. Do đó kết
quả đo thu được chỉ đạt được mức độ chính xác nhất định.
- Phương pháp phương trình vi phân trong quá trình tính toán có nhiều tối ưu
hóa, sử dụng các giả thiết điều kiện và các thông số MBA. Các yếu tố này
kết hợp lại làm giảm tính chính xác của kết quả tính toán.
Kết luận:
Phát huy ưu điểm, hạn chế nhược điểm của Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn
dây, đồng thời kết hợp với các công nghệ giám sát khác, từ đó có thể xây dựng một
hệ thống giám sát online MBA có tính toàn diện, tính chính xác và độ tin cậy cao.
Hình 3: Giám sát trực tuyến nhiệt độ cuộn dây
Số liệu đo
(Dt=3min)
a – nhiệt độ môi trường

o – nhiệt độ dầu (nếu có)
I – dòng điện

Đặc tính MBA
Giá trị danh định: U， S， In， R， Δθhr， Δθor
Đặc tính nhiệt: x， y， k11， k21， k22， τ0， τw
Giá trị ngưỡng: θomax1, θhmax1, …

Mô hình tính toán
Phương pháp phương trình vi phân
IEC 60076-7-2005

o – nhiệt độ dầu
h – nhiệt độ điểm nóng cuộn dây
L – tốc độ lão hóa cách điện

Cảnh báo

Báo cáo
-Đồ thị theo thời gian:
I, K, a, o, h
-Bảng báo cáo

o > θomax
h > θhmax1, θhmax2
RL – Tuổi thọ cách
điện

IV. Giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu

1. Giới thiệu
7


Trong quá trình vận hành MBA, bất cứ một hiện tượng phát nhiệt hay phóng
điện cục bộ phát sinh trong MBA đều sinh ra các thành phần khí cháy trong dầu
MBA, phóng điện còn duy trì hàm lượng khí cháy sẽ gia tăng theo thời gian. Khi
mức độ các hàm lượng khí lớn có thể làm cháy nổ MBA.
Các khí phát sinh có nguồn gốc chủ yếu từ dầu MBA, bên cạnh đó còn có các
thành phần do cách điện cố định (giấy cách điện, vật liệu composite,...) giải phóng
ra. Phát nhiệt hay phóng điện trong dầu dẫn đến các liên kết C-C, C-H bị phá vỡ
hoặc kết hợp, trong quá trình đó các khí như H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO, CO2
được tạo thành, không ngừng di chuyển và phát tán trong dầu. Hàm lượng và thành
phần các khí phát sinh có liên quan mật thiết đến loại hình và mức độ nghiêm trọng
của sự cố. Giám sát và phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu có thể phát hiện
sớm các bất thường bên trong MBA và theo dõi được diễn biến phát sinh các sự
cố[2].
Bảng 1: Loại hình sự cố và các khí phát sinh
Loại hình sự cố

Khí phát sinh đặc trưng

Các khí khác

Quá nhiệt dầu

CH4,C2H4

H2,C2H6

Quá nhiệt dầu và giấy cách điện

CH4,C2H4,CO,CO2

H2,C2H6

Phóng điện cục bộ trong dầu và giấy cách điện

H2,CH4,CO

C2H2,C2H6,CO2

Phóng điện trong dầu

H2,C2H2

Hồ quang điện trong dầu

H2,C2H2

CH4,C2H4,C2H6

Hồ quang điện trong dầu và giấy

H2,C2H2,CO,CO2

CH4,C2H4,C2H6

Nguồn: IEEE Std C57.91-1995
2. Phương pháp giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu

Thông qua quan sát và thực nghiệm độc lập trên nhiều MBA, các tổ chức và nhà
khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra nguyên lý sử dụng tỉ số của thành phần khí
phát sinh trong dầu để chẩn đoán sự cố MBA. Trong quá trình sử dụng khí đặc
trưng để tiến hành xác định sự cố MBA, phương pháp giám sát thành phần khí hòa
tan trong dầu không ngừng được tổng kết, cải tiến, tính chính xác và độ tin cậy ngày
càng được nâng cao.
- Thiết bị đo sắc phổ dầu
Thiết bị đo sắc phổ dầu là thành phần quan trọng của hệ thống giám sát thành
phần khí hòa tan, hiện tại có rất nhiều thiết bị được giới thiệu và sử dụng rộng rãi
trên thế giới. Chuyên đề nghiên cứu, ứng dụng thiết bị TM8 của hãng Serveron,
TM8 đo hàm lượng 09 loại khí hòa tan trong dầu (H2, O2, CH4, CO, CO2, C2H4,
C2H6, C2H2, N2).
 Module phân li dầu khí: sử dụng phương pháp tách khí chân không,
không làm tiêu hao dầu.
8


 Module đo lường: sử dụng cảm biến bán dẫn, đo hàm lượng các khí phát
sinh.
 Module xử lí số liệu: thông qua các phép toán lọc, nâng cao tính chính
xác và ổn định của số liệu; đưa ra dữ liệu số hóa theo chuẩn IEC61850
cung cấp cho chương trình chẩn đoán sự cố.
Hình 4: Giao diện các chức năng chính của thiết bị TM8

Phạm vi đo lường và sai số của TM8 được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2: Đặc tính đo lường của TM8
STT

Loại khí

Phạm vi đo

1

H2

3-3000 ppm

9

Sai số
±5%


2

O2

30-25000 ppm

±5%

3

CH4

5-7000 ppm

±5%

4

CO

5-10000 ppm

±5%

5

CO2

5-30000 ppm

±5%

6

C2H4

3-5000 ppm

±5%

7

C2H6

5-5000 ppm

±5%

8

C2H2

1-3000 ppm

±5%

9

N2

5000-100000 ppm

±10%

Thiết bị TM8 có các ưu điểm thích hợp với việc xây dựng hệ thống giám sát
online dầu MBA:
 Đo lường trên MBA mang tải, chu kì đo 30 phút/mẫu nhanh hơn so với
các phương pháp truyền thống;
 Thiết bị đo có độ nhạy cao;
 Chủng loại khí đo được rất đa dạng, 09 loại khí (H2, CO2,...), ngoài ra có
thêm tùy chọn đo nhiệt độ và độ ẩm trong dầu;
 Hỗ trợ chuẩn thông tin IEC61850, thuận lợi cho việc thu thập và trao đổi
dữ liệu;
 Độ bền điện từ cao, hoạt động được trong môi trường khắc nghiệt của
TBA, không gây tổn hao dầu MBA.
- Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg

Tiêu chuẩn IEEE Std C57.104-2008 đề xuất Phương pháp so sánh tỉ số
Doernenburg để chẩn đoán sự cố MBA dựa trên tỉ lệ của các thành phần khí phát
sinh trong dầu. Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg sử dụng 4 tỉ số hàm lượng
khí: R1= CH4/H2, R2= C2H2/C2H4, R3= C2H2/CH4, R4= C2H6/C2H2 đưa ra phán đoán
về 3 loại sự cố tổng hợp trong MBA: quá nhiệt, phóng điện cục bộ và hồ quang
điện. Trình tự tính toán của phương pháp được thể hiện trong Hình 5.
Hình 5: Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg

10


Nguồn: IEEE Std C57.104-2008
Hàm lượng các khí phát sinh trước tiên được so sánh với giá trị nồng độ định
mức L1, từ đó xác định có hay không sự cố và giá trị đo hàm lượng khí khả dụng.
Sau đó các tỉ số R1, R2, R3, R4 theo trình tự so sánh với các giá trị tham chiếu, từ đó
đưa ra các chẩn đoán. Kết quả chẩn đoán trình bày cụ thể trong Bảng 3.
Bảng 3: Kết quả chẩn đoán theo Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg
Sự cố
R1= CH4/H2 R2= C2H2/C2H4 R3= C2H2/CH4 R4=
C2H6/C2H2
Quá nhiệt
>0.4
>1.0
<0.75
<0.3
Phóng điện cục
>0.4
<0.1
<0.3
bộ

Hồ quang điện
>0.1 ~ <1.0
>0.5
>0.3
<0.4
3. Giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan trong dầu
Sử dụng số liệu từ thiết bị đo sắc phổ dầu và ứng dụng Phương pháp so sánh tỉ
số Doernenburg xây dựng chương trình giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan
trong dầu, các bước tiến hành như sau:
1. Thu thập giá trị đo, số liệu được cung cấp từ đầu ra của thiết bị do sắc phổ
dầu.
2. Tính toán theo phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg.
3. Đưa ra các chẩn đoán sự cố
4. Đưa ra bảng báo cáo, đồ thị thời gian
Sơ đồ khối của chương trình được thể hiện trong Hình 6.

11


Hình 6: Giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan trong dầu MBA
Số liệu đo
Thiết bị đo sắc phổ dầu (1lần/1h）
H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO (μL/L)

Mô hình tính toán
Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg
(IEEE Std C57.104-2008)

Báo cáo

Chẩn đoán sự cố
0- MBA vận hành bình
thường
1- Nghi vấn có sự cố
2- Quá nhiệt
3- Phóng điện cục bộ
4- Hồ quang điện

Bảng báo cáo
Đồ thị thời gian:
H2,CH4,C2H2,C2H4,
C2H6,CO (μL/L)

4. Đánh giá
Công nghệ giám sát thành phần khí trong dầu MBA bằng Phương pháp so sánh
tỉ số Doernenburg có rất nhiều ưu điểm như sử dụng số liệu đầu vào theo tiêu chuẩn
IEC61850 từ thiết bị đo sắc phổ dầu tiên tiến, chính xác; thuật toán so sánh tỉ số
tường minh, có cơ chế tự giám sát kết quả đo nên nâng cao được độ tin cậy của các
chẩn đoán đầu ra, từ đó cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA những cảnh báo,
kết luận có chất lượng phục vụ cho công tác vận hành và điều khiển MBA[3].
Bên cạnh đó, công nghệ này cũng có những điểm cần cải thiện:
- Thiết bị đo sắc phổ dầu có chu kỳ đo dài (thiết bị TM8 thường đặt 1h/lần lấy
mẫu), trong một số trường hợp không cập thời phát hiện được sự cố cũng
như theo dõi diễn biến của sự cố. Đặc biệt là sự cố phóng điện có năng lượng
lớn, sự cố diễn biến nhanh, lưu lượng khí phát sinh biến đổi vô cùng lớn.
Nếu sự cố phát sinh khi chu kì lấy mẫu vừa mới kết thúc thì phải đến 1h sau
thiết bị mới phản ứng, lúc đó mức độ của sự cố đã nghiêm trọng hơn rất
nhiều, hậu quả đối với MBA nói riêng và cả TBA nói chung là vô cùng nguy
hiểm.
- Thiết bị đo sắc phổ dầu đối với mỗi loại khí riêng biệt có độ nhạy không

giống nhau, khi sai số xảy ra làm cho các tỉ số biến đổi với biên độ rộng, ảnh

12


hưởng đến tính chính xác của kết quả tính toán, làm giảm độ tin cậy của các
chẩn đoán đầu ra.
Kết luận:
Giám sát thành phần khí trong dầu MBA là một công nghệ giám sát online
MBA hiện đại, tuân theo tiêu chuẩn hiện đại của tổ chức IEEE một cách nghiêm
ngặt. Công nghệ này có rất nhiều ưu điểm nhưng đồng thời cũng tồn tại những
nhược điểm.
Thông qua nghiên cứu hai công nghệ Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và
Giám sát thành phần khí trong dầu MBA, nhu cầu cấp thiết đặt ra là xây dựng được
một hệ thống giám sát MBA có đầy đủ ưu việt của từng công nghệ, giám sát trực
tuyến MBA một cách toàn diện hơn, chính xác hơn, độ tin cậy cao hơn so với áp
dụng từng công nghệ riêng rẽ. Đó chính là tư tưởng để xây dựng Hệ thống tổng hợp
giám sát trực tuyến MBA được trình bày trong phần tiếp theo.
V. Giới thiệu Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS
(Transformer Online Monitoring System)

1. Giới thiệu chung
Thông qua việc nghiên cứu các Hệ thống giám sát trực tuyến MBA hiện đang
được giới thiệu trên thế giới cũng như ưu nhược điểm của các phương pháp giám
sát riêng lẻ, tác giả giới thiệu Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp TOMS. Hệ thống TOMS có tính toàn diện, độ tin cậy, độ chính xác cao; khả năng
nâng cấp, mở rộng tốt và chi phí thấp hơn so với các hệ thống hợp bộ nhập khẩu.
- Tư tưởng xây dựng TOMS
1) Phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và giám sát thành
phần khí trong dầu MBA, mỗi phương pháp có đặc điểm riêng:
 Chu kì thu thập dữ liệu: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây có chu

kì 1 lần/3 phút, sắc phổ dầu là 1 lần/ 1h;
 Mô hình toán học và kết quả đầu ra: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn
dây là phương pháp tính toán gián tiếp, kết quả thu được là giá trị tiệm
cận trong khi đó sắc phổ dầu là sử dụng phép đo trực tiếp.
 Ý nghĩa đối với hệ thống tự động hóa TBA: giám sát nhiệt độ điểm
nóng cuộn dây đưa ra các cảnh báo, chủ yếu liên quan đến tình trạng
vận hành quá tải của MBA, hệ thống có thể sử dụng các cảnh báo này
để xem xét kế hoạch vận hành tiếp theo. Phương pháp sắc phổ dầu đưa
ra các chẩn đoán sự cố, hệ thống có thể sử dụng kết quả này để tiến
hành các công tác sa thải phụ tải hoặc làm một dữ liệu đầu vào cho
bảo vệ MBA.

13


2) TOMS kết hợp 2 phương pháp đã phân tích ở trên, hạn chế nhược điểm
của từng phương pháp riêng lẻ, sử dụng ưu điểm của từng phương pháp,
từ đó cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA các cảnh báo và chẩn đoán
có chất lượng cao:
 Kết hợp một phương pháp gián tiếp, một phương pháp trực tiếp sẽ
nâng cao tính linh hoạt của hệ thống. Khi dữ liệu của cấp cho một
phương pháp thiếu hụt, hệ thống vẫn duy trì hoạt động, các kết quả
đầu ra vẫn đạt được độ chính xác nhất định;
 Quá trình nhiệt trong MBA là một quá trình phức tạp, có quán tính lớn.
Chu kì lấy mẫu một ngắn một dài có thể theo sát quá trình phát sinh sự
cố, đáp ứng công tác dự báo diễn biến sự cố đồng thời nâng cao tính
ổn định của các kết quả đầu ra;
 Mỗi phương pháp giám sát có các kết quả phán đoán riêng biệt, thông
qua việc sử dụng logic kiểm tra chéo sẽ cung cấp cho hệ thống tự động
hóa TBA các chẩn đoán có tính chính xác cao.

- Đặc điểm của hệ thống TOMS
1) TOMS sử dụng Phương pháp phương trình vi phân thực hiện giám sát
nhiệt độ điểm nóng cuộn dây. Sử dụng phương trình vi phân không cần
lắp đặt khối lượng lớn cáp quang, thuận tiện cho việc vận hành và bảo
dưỡng MBA. Ngoài ra, ứng dụng phương pháp gián tiếp này sẽ giảm chi
phí đầu tư, nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm.
2) Hệ thống sử dụng Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg tiến hành giám
sát trực tuyến thành phần dầu trong MBA. Phương pháp so sánh tỉ số
Doernenburg là một phương pháp tiên tiến, ưu việt, sử dụng phương pháp
này sẽ nâng cao độ chính xác và tính tin cậy của hệ thống.
3) Cơ sở dữ liệu của TOMS được xây dựng trên SQL Server, SQL Server có
3 ưu điểm lớn: xử lí thông tin, dữ liệu một cách tập trung, thuận tiện cho
việc trao đổi thông tin giữa các hệ điều hành khác nhau, phù hợp nhiều hệ
thống cùng sử dụng dữ liệu.
4) Phần mềm của TOMS được viết bằng ngôn ngữ C# Microsoft Visual
2010. Phần mềm TOM có các module chức năng phong phú, tốc độ xử lí
và độ tin cậy cao. Giao diện HMI của TOMS trực quan, thân thiện.
2. Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS
Hệ thống TOMS được cấu thành bởi 2 thành phần chủ yếu là: Server dữ liệu
Trans_data và phần mềm TOM. Cấu trúc của TOMS được thể hiện như trong Hình
7.
Hình 7: Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp- TOMS
14


Transformer Profile
(Đặc tính MBA)

Online Calculation
Dữ liệu vào

(3 phút/lần)
Sắc phổ
dầu (1h/lần)

Nhiệt độ cuộn dây
Thành phần khí trong
dầu
Hệ đánh giá, chẩn đoán
tổng hợp

Server dữ liệu
Trans_data

Online Monitor
Đồng hồ Analog
Bảng dữ liệu
Đồ thị thời gian
Cảnh báo

Report
Bảng báo cáo (Form 1 ngày)
In, xuất báo cáo

- Server dữ liệu Trans_data
Trans_data được viết bởi SQL Server 2008, có 2 chức năng chính là: tiếp nhận,
xử lí dữ liệu đầu vào; làm cơ sở dữ liệu cho phần mềm TOM. Trans_data gồm 6
bảng dữ liệu: Input_1, Input_2, Onehour, Oneday, Trans_data_new, Trans_profile.
Nội dung và chức năng của các bảng dữ liệu này sẽ được trình bày trong bài báo
tiếp theo.
- Phần mềm TOM

Phần mềm TOM gồm liệu cho phần mềm TOM gồm 4 module: Giao diện
Transformer Profile, Khối trung tâm Online Calculation, giao diện Online Monitor,
giao diện Report. Các giao diện của phần mêm TOM được thiết kế như trong Hình
8, Hình 9 và Hình 10.
Hình 8: Giao diện Transformer Profile

15


Hình 9: Giao diện Online Monitor

Hình 10: Giao diện Report

16


KẾT LUẬN
Sự cố MBA có loại hình đa dạng và diễn biến phức tạp, sự cố không chỉ bị
ảnh hưởng bởi một vài yếu tố mà có liên quan đến rất nhiều các nguyên nhân khác
nhau. Theo sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, trong thực tế vận
hành MBA cần áp dụng hệ thống giám sát tiên tiến, toàn diện cho MBA, tạo tiền đề
cho vận hành TBA mô hình trạm thao tác xa và không người trực một cách an toàn,
tin cậy.
Chuyên đề đã tiến hành nghiên cứu 2 phương pháp hiện đại và được sử dụng
nhiều nhất trong công tác giám sát trực tuyến MBA hiện nay: Phương pháp giám sát
nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và Phương pháp giám sát thành phần khí hòa tan trong
dầu. Thông qua việc đánh giá ưu và nhược điểm của 2 phương pháp này, tiến hành
giới thiệu hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến MBA – TOMS. Nhằm thực hiện
yêu cầu đề ra là giám sát MBA toàn diện, chính xác theo gian thực, đề xuất phương
hướng nghiên cứu như sau: nghiên cứu cải tiến kỹ thuật giám sát điểm nóng cuộn

dây và giám sát thành phần khí MBA; thử nghiệm và nâng cao tính chính xác, độ tin
cậy của hệ thống TOMS; nắm vững các công nghệ giám sát MBA khác như giám
sát hồng ngoại (camera nhiệt), giám sát phóng điện cục bộ, giám sát chấn động cơ
học,...

17


1.
2.
3.

4.
5.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
IEC 60076-7:2005, Power transformers–Part7: Loading guide for oil-immersed
power transformers[S]. IEC, 2005
IEEE Std C57.104-2008, Guide for the Interpretation of Gases Generated in OilImmersed Transformers[S]. IEEE, 2008
DUONG ANH TUNG. Using winding hot-spot temperature and oil chromatographic
monitoring for Transformer Online Monitoring System[D]. Kunming University of
Science and Technology, 2014
IEEE Std C57.91-1995， IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed
Transformers[S]. IEEE, 1995
J.Bérubé, J.Aubin – Neoptix Inc. & W. McDermid – Manitoba Hydro.
Transformer Winding Hot-spot Temperature Determination[M]. WeidmannACTI’s 5th Annual Technical Conference, 2006

18