Nghiên cứu tính toán điện cảm trong mô hình thông số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XÍCH QUÂN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN CẢM
TRONG MÔ HÌNH THÔNG SỐ PHÂN BỐ MBA LỰC
DẠNG HỘP ĐEN CHO PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HÔ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Đình Anh Khôi

Cán bộ nhận xét 1: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương

Cán bộ nhận xét 2: PGS.TS. Vũ Phan Tú

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 07 thảng 01 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Nguyễn Văn Liêm (Chủ tịch)
2. PGS.TS. HỒ Văn Nhật Chương (Phản biện 1)
3. PGS.TS. Vũ Phan Tú (Phản biện 2)
4. TS. Huỳnh Quang Minh (Uỷ viên)
5. TS. Lê Kỷ (Thư ký)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khỉ luận văn đã được sửa chữa (nếu cố).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNGKHOA
ĐIỆN-ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHÚ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Xích Quân

MSHV: 7140977

Ngày, tháng, năm sinh: 18/05/1992

Nơi sinh: Vĩnh Long

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

Mã số: 60520202

I.

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính toán điện cảm trong mô hình thông số phân
bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Tính toán các thông số điện cảm trong mô hình thông số phân bố 01 MBA
lực 6.5 MVA, 47/27.2 kv Yd5 dựa trên phân tích đáp ứng tần số.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Phạm Đình Anh Khôi

TP.HCM, ngày ..... tháng ...... năm .......
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA


i
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Đình Anh Khôi đã tận tình hướng dẫn em trong
quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn thầy đã hết lòng chỉ dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.
Xin cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện - Điện Tử thuộc Trường Đại học Bách Khoa
và cán bộ Phòng Đào tạo Sau Đại học đã tạo điều kiện và hỗ trợ các thông tin cần thiết
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn các anh chị và các bạn trong và lớp Cao học Kỹ thuật Điện đã động viên
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Cảm ơn bạn bè, gia đình và người thân đã ủng hộ trong mọi hoàn cảnh để công
trình thực hiện luận văn và học phần thạc sĩ được hoàn thành.
Xin chân thành cảm ơn!

2
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Mô phỏng các đáp ứng tần số đo lường trên đầu cực cho máy biến áp lực (MBA)
dựa trên mô hình mạch tương đương thông số tập trung đã được thực hiện trong các
công trình nghiên cứu trước đây ở Việt Nam. Tuy nhiên, để có thể chẩn đoán các sự cố
cơ cho cuộn dây MBA (xô lệch ngang/dọc), nhất thiết phải dùng các mô hình thông số
phân bố MBA vì các sự cố cơ ảnh hưởng các đáp ứng tần số chủ yếu ở vùng tần số trưng
bình và cao (khoảng vài chục kHz trở lên, tùy theo MBA).
Có hai cách tính toán các phần tử chính (điện cảm, điện dưng) trong mô hình
thông số phân bố cho MBA: dựa trên các thông số hình học và đặc tính điện-từ MBA
(tính toán giải tích) và dựa trên phân tích các phép đo. Cách thứ nhất chỉ có thể áp dụng
đối với một số MBA có sẵn thông số hình học và đặc tính điện-từ, vốn thường không
có sẵn đối với hầu hết các MBA trong thực tế. Để mở rộng khả năng ứng dụng của kỹ
thuật Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Respose Analysis - FRA) chẩn đoán sự cố
cơ MBA, cần thiết phải xây dựng phương pháp luận áp dụng cách thứ hai, vì MBA đang
vận hành không có các thông số yêu cầu (dạng hộp đen).
Phạm vi nghiên cứu của Luận văn chỉ áp dụng tính toán thông số điện cảm trong
mô hình thông số phân bố của 1 MBA dạng hộp đen trong khi thông số điện dung sẽ
được giải quyết trong một đề tài khác. Đóng góp của Luận văn là giúp việc phân tích
đáp ứng tần số cho các MBA đang vận hành trở nên khả thi.


3

ABSTRACT
Simualtion of frequency responses measured on power transformers’ terminals
based on lumped parameter equivalent ciruits has been performed in previous
researches in Vietnam. However, to be able to diagnose mechanical failures of power
transformer windings (radial/axial deformation), it is necessary to exploit distributed
parameter circuits since echanical failures influence frequency resposes mainly at

medium frequencies an higher (starting from tens of kHz, depending on tranformer
types)
There are two procedures in determination of main electrical parameters, i.e.,
inductances and capacitances, in the distributed parameter circuits: geometrical
parameters and electrical-magnetic properties based, and measurement based
procedure. The former is only applicable on some ’special’ power transformers that
have availabe geometrical structure and electrical- magnetic properties. The latter is
recommended for in-service power transformers, since they donot have the required
data (black-box transformers).
This thesis focuses on calculation of inductances in the distributed parameter
circuit of a black-box power transformer whereas the capacitances are determined in
another thesis. The contribution of this thesis is to support the analysis o frequency
responses of in-service power transformers become feasible.


4

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu
của tôi và chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác.

Tp. HCM, tháng 12 năm 2016
Người thực hiện

Nguyễn Xích Quân


V

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
TÓM TẮT LUẬN VĂN............................................................................................. ii
ABSTRACT .............................................................................................................. iii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC ................................................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ....................................................................................... 1
1.1 Máy biến áp lực ........................................................................................... 1
1.1.1 Sơ lược về máy biến áp .................................................................... 1
1.1.1.1 Cấu tạo .................................................................................. 2
1.1.1.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................ 5
1.1.2 Các loại sự cố trong máy biến áp ..................................................... ố
1.1.2.1 Phân loại sự cố ..................................................................... 7
1.1.2.2 ....................................................................................
Các nguyên nhân gây ra sự cố ......................................................... 11
1.1.3 Các kiểu quấn dây thường gặp trong MBA ................................... 11
1.1.3.1 Các kiểu tổ hợp đấu dây trong MBA 3 pha ....................... 12
1.1.3.2 Các kiểu quấn dây thường gặp trong MBA 3 pha ............. 12
1.2 Phân tích đáp ứng tần số FRA .................................................................. 13
1.2.1 Tổng quan FRA .............................................................................. 13
1.2.2 Các phép đo được sử dụng trong FRA ........................................... 15
1.2.3 ...............................................................................................
Khảo sát đáp ứng tần số FRA ................................................................................... 16
1.3 .........................................................................................................
Các mô hình thông số điện sử dụng trong phân tích đáp ứng tần số ........................ 17
1.3.1 Mô hình thông số tập trung ............................................................ 17
1.3.2 Mô hình thông số phân bố ............................................................. 18

Nguyễn Xích Quân - 7140977


vi
CHƯƠNG 2 ĐIỆN CẢM TRONG MÔ HÌNH THÔNG SỐ PHÂN BỐ CỦA
MBA CÓ SẢN THÔNG SỐ HÌNH HỌC .................................................................21
2.1 Phương thức tính toán .............................................................................. 21
2.1.1 Tính toán điện cảm giửa hai phân đoạn bất kỳ ...............................21
2.1.2 Các giá trị tương ứng ...................................................................... 24
2.2 Lập luận tính toán thông số điện cảm và hỗ cảm...................................... 25
2.2.1 Tự cảm và hỗ cảm trên cùng một pha .............................................25
2.2.1.1 Tự cảm và hỗ cảm trên cuộn cao áp (HV) ........................25
2.2.1.2 Tự cảm và hỗ cảm trên cuộn hạ áp (LV) ..........................26
2.2.1.3 Tự cảm và hỗ cảm giửa HV và LV ..................................26
2.2.2 Tự cảm và hỗ cảm trên hai pha khác nhau .....................................26
2.2.2.1 Hỗ cảm giửa HV- HV .......................................................26
2222 Hỗ cảm giửa LV- LV............................................................. 27
2.2.2.3 Hỗ cảm giửa HV- LV ....................................................... 27
CHƯƠNG 3 TÍNH TOẤN THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM TRONG MÔ HÌNH THÔNG
SỐ PHÂN BỐ CHO MBA LỰC DẠNG HỘP ĐEN ................................................28
3.1 Xác định tự cảm và hỗ cảm giữa các phân đoạn trong cùng một pha ....... 28
3.2 Xác định tự cảm và hỗ cảm giữa các phân đoạn nằm trên các pha khác
nhau
........................................................................................................ 29
3.3 Xác định tự cảm và hỗ cảm giữa các phân đoạn nằm trên cuộn HV và
cuộnLV ...............................................................................................................

30

3.4 Công thức tính toán giá trị điện cảm và hỗ cảm cho MBA lực dạng hộp

đen
........................................................................................................ 30
CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THÔNG SỐ PHẦN BỐ CHO MBA T3 ............................32
4.1 Tính toán thông số điện cảm trong mô hình phân bố cho MBA T3 ......... 32
4.1.1 Vớin = 8 .......................................................................................... 32
4.1.1.1 .................................................................................. Kết quả đo lường
....................................................................................................... 32
4.1.1.2 Công thức tính toán điện cảm và hỗ cảm cho mô hình phân
bố kiểu DO-do với n=8..............................................................................................32

Nguyễn Xích Quân - 7140977


vii
4.1.2 Với n= 16 ........................................................................................ 34
4.2 Mô phỏng mô hình thông số phân bố cho MBA T3 bằng phần mềm
ADS

......................................................................................................... 35
4.2.1 Thông số điện cảm trong mô phỏng MBA thí nghiêm ...................37
4.2.2 Thông số điện dung trong mô phỏng MBA thí nghiêm..................43
4.3 Kết quả mô phỏng đáp ứng tần số cho MBA thí nghiêm.......................... 43
4.3.1 Ảnh hưởng của thông số Af đến kết quả.........................................44
4.3.1.1 Kết quả mô phỏng trong trường hợp xét đến ảnh hưởng AL .44
4.3.1.2 Kết quả mô phỏng trong trường hợp bỏ qua ảnh hưởng AL..45
4.3.1.3 Kết luận về ảnh hưởng của thông số AL ...............................46
4.3.2 Ảnh hưởng của số lượng phân đoạn trong mô hình đến kết quả

mô phỏng ..................................................................................................................46
4.3.2.1 .......................................................................................

Kết quả mô phỏng với n = 8................................................................ 46
4.3.2.2 .......................................................................................
Kết quả mô phỏng với n = 16.............................................................. 47
4.3.2.3 Nhận xét ................................................................................ 47
4.3.3 Kết quả mô phỏng với các phép đo phân tích đáp ứng tần số trên
các cuộn dây trong mô hình MBA thử nghiêm .........................................................47
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................52
PHỤ LỤC .................................................................................................................54

Nguyễn Xích Quân - 7140977


viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1

Lá thép cấu thành lõi MBA .................................................................... 2

Hình 1.2

Hình dạng và kết cấu lõi MBA .............................................................. 3

Hình 1.3

Vỏ máy biếp áp 1 pha và ba pha ............................................................ 4

Hình 1.4

Mô hình dây quấn MBA 1 pha............................................................... 4

Hình 1.5

Dây quấn trên MBA 3 pha ..................................................................... 5

Hình 1.6

Nguyên ý hoạt động của MBA .............................................................. 5

Hình 1.7

Sự cố các vòng dây trong MBA ............................................................. 7

Hình 1.8

Sự cố phá vỡ giữa các vòng dây ............................................................ 8

Hình 1.9

Các vòng dây bị oằn do tách động của lục điện từ ................................ 8

Hình 1.10 Trục cuộn dây HV sau và truớc khi sup đổ do lỗi hệ thống cơ khí
(clamping failure) ........................................................................................................ 9
Hình 1.11 Dây dẫn bị xô lệch .................................................................................... 10
Hình 1.12 Lớp giấy cách điện cellulose
bị cháy do máy hoạt động
ở nhiệt độ cao ............................................................................................................ 10
Hình 1.13

Kiểu

quấn dây đĩa nối tiếp ................................................................ 12

Hình 1.14

Kiểu

quấn dây đĩa đan xen ................................................................ 13

Hình 1.15

Kiểu

quấn dây nhiều lớp ................................................................... 13

Hình 1.16 Nguyên tắc hoạt động của FRA (trái) và mô hình đơn giản hóa một
MBA (phải) ........................................................................................................
14
Hình 1.17 Kết quả so sánh đáp ứng tần số của một máy biến áp lúc đầu (màu
nâu) và sau khi có sự cố (màu đỏ)......................................................... 15

Nguyễn Xích Quân - 7140977


ix

Hình 1.18

Bốn phép đo đáp ứng tần số tiêu chuẩn trên MBAcó tổ đấu dây Yndl6

Hình 1.19

Đáp ứng tần số một MBA ba pha ........................................................ 17

Hình 1.20

Mô hình thông số tập trung một MBA 3 pha ....................................... 18

Hình 1.21

Mô hình tương đương máy biến áp hai cuộn dây 1

Hình 1.22

Mạch điện hình 71 với n phần tử ......................................................... 20

Hình 2.1

Mặt
21

cắt

của

lõi

sắt

và

2

phần tử ............. 19

phần

tửkvàm

Hình 2.2 Minh họa các thành phần trong công thức ................................................. 22
Hình 4.1 Một phần tử trong mô hình phân bố mô phỏng máy biếp áp T3
................................................................................................................................... 3
7
Hình 4.2 Điện cảm trong trong mô hình phân bố mô phỏng máy biếp áp T3 với n = 8
.... .................. .................................................................................. 37
Hình 4.3 Hỗ cảm giữa các phần tử trong cùng một cuộn pha A phía cao áp n=8 .........
............................................................... ...... ..... ... .......... ...... 38
Hình 4.4 Hỗ cảm giữa các phần tử giữa các phần tử trên pha A và pha B với n=8 ......
............. ............ ... ........... .. ................................................... ... 39
Hình 4.5 Điện cảm trong trong mô hình phân bố mô phỏng máy biếp áp T3 với n =
16
.... ............... ... .. ...... ................................... ... ................................... 40
Hình 4.6 Hỗ cảm giữa các phần tử trong cùng một cuộn pha A phía cao áp với n=16
................................................................ .. ........................ ................ 41
Hình 4.7

Hỗ cảm giữa các phần tử nằm trên pha A và pha B phía với n=16 ..... 42

Hình 4.8

Thông số điện dung với n=8 ................................................................ 43

Hình 4.9

Thông số điện dung với n= 16 ............................................................. 43

Hình 4.10

Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA A tại LF; n =8 .................. 44

Hình 4.11

Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA A tại LF; n =16 ................ 45

Hình 4.12 Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA A
tại MF với
CsL
=
1;
n=
8
................................................................................................................................... 4
5
Hình 4.13

Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA

Nguyễn Xích Quân - 7140977

A

tại MF


x
với CsL = 1; n= 16 .................................................................................................... 46
Hình 4.14 Kết

quả phép đo HỞ MẠCH
CUỘN PHA A
tại MF
với
CsH = CsL = 0.5; n =8 ..... ..................................................................................... 47
Hình 4.15 Kết

quả phép đo HỞ MẠCH
CUỘN PHA A
tại MF
với
CsH = CsL = 0.5; n =16 .... ..................................................................................... 48
Hình 4.16 Kết

quả phép đo HỞ MẠCH
CUỘN PHA A
tại MF
với
CsH= l;n = 8„... ..................................................................................................... 48
Hình 4.17 Kết

quả phép đo HỞ MẠCH
CUỘN PHA A
tại MF
với
CsH= l;n = 16... ..................................................................................................... 48
Hình 4.18 Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA B tại LF; n = 8 ...................... 49

Nguyễn Xích Quân - 7140977


X

Hình 4.19 Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA B tại LF; n = 16 ...................... 49
Hình 4.20 Kết quả phép đo HỞ MẠCH CUỘN PHA B tại MF với CsL = 1; n = 8 ......
........................... 49

Nguyễn Xích Quân - 7140977


xi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số máy biến áp T3 ......................................................................... 28
Bảng 4.1 Kết quả thí nghiêm trên cuôn HV ............................................................. 33
Bảng 4.2 Kết quả thí nghiêm trên cuôn LV ............................................................. 33
Bảng 4.3 Kết quả tính toán với n=8 ......................................................................... 34
Bảng 4.4 Kết quả tính toán với n=16 ....................................................................... 34
Bảng 4.5 Các thông sô điện cảm và điện dung sử dụng trong mô hình ADS phục vụ
trong luận văn .............................................................................................................. 35

Nguyễn Xích Quân - 7140977


xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FRA

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số

MBA

Máy biến áp

AC

Dòng điện xoay chiều

LF

Vùng tần số thấp

MF

Vùng tần số trung bình

AL

Khoảng lệch của giá trị hỗ cảm giửa các phân đoạn

n

Số phân đoạn trong mô hình phân bố

LV

Phía hạ áp

HV

Phía cao áp

Lo(km)

Hổ cảm giữa phần tử thứ k và phần tử thứ m giả sử không có
lõi thép

Zl(km)

Điện kháng giữa phần tử thứ k và phần tử thứ m chỉ xét từ
thông đi qua lõi thép

Z2(km)

Điện kháng giữa phần tử thứ k và phần tử thứ m chỉ xét từ
thông rò xung quanh lõi thép

5

Tham số biến đổi Laplace.

ÍXJ

Tần số góc.

m

Tham số hiệu ứng bề mặt của lõi sắt.

p

Điện trở suất của lớp lõi khi xem như là rắn đồng nhất.

p'

Giá trị quy đổi của p tính toán cho tương quan giữa lõi sắt với
điện trường rò

Pí

Độ từ thẩm của lõi theo phương của trục.

Pz(rel)

Giá trị tương đối của /Ịj.

Pr

Độ từ thẩm của lõi theo phương xuyên tâm.

P1

Độ từ thẩm xung quanh lõi

Nguyễn Xích Quân - 7140977


xiii

a

Tham số cơ bản của lõi, phụ thuộc vào điện trường rò, dựa
theo tính toán

Ằ

Chiều dài thực tế của mạch từ.

p»

Tham số tổng cộng

Nk

Số vòng dây phần tử thứ Ac.

Nm

Số vòng dây phần tử thứ J7Ĩ.

N

Số giới hạn bắt buộc hội tụ cho phép tính

Io,h

Hàm Bessel sửa đổi loại thứ 1

Ko,K!

Hàm Bessel sửa đổi loại thứ 2.

P1.Q1.F!

Hàm số phụ thuộc vào không gian lõi.

b

Bán kính lõi

z

Khoảng cách giữa 2 phần tử.

Nguyễn Xích Quân - 7140977


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Chương 1 sẽ giới thiệu tổng quan về ba phần chính: thứ nhất là tổng quan về máy biến
áp lực bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các sự cố trong máy biến áp các kiểu quấn dây
trong máy biến áp. Thứ hai là tổng quan về lĩnh vực phân tích đáp ứng tần số (frequency
respone analysis - FRA). Và cuối cùng là tổng quan về các mô hình thông số điện sử dụng
trong FRA.
1.1 Máy biến áp lực
1.1.1 Sơ lược về máy biến áp lực [1,2,3]
Hệ thống truyền tải và phân phối điện năng có vai trò vô cùng to lớn, đặc biệt là máy
biến áp (MBA), một trong những thành phần quan trọng cấu tạo nên hệ thống điện, độ tin
cậy của MBA cũng góp phần đảm bảo chất lượng điện năng và giảm hao tổn trong quá trình
truyền tải. Máy biến áp (MBA) là thiết bị điện gồm hai hoặc nhiều cuộn dây, hay một cuộn
dây có đầu vào và đầu ra trong cùng một từ trường. Máy biến áp có chức năngbiến đổi hiệu
điện thế xoay chiều, tăng thế hoặc hạ thế; đầu ra cho một hiệu điện thế tương ứng với nhu
cầu sử dụng.
Các đại lượng định mức của MBA qui định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại
lượngnày do nhà máy chế tạo qui định và thường được ghi trên nhãn máy biến áp, bao gồm:
- Điện áp định mức:Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu Ulđm là điện áp đã quy định cho
cuộn dây sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp đã quy định cho
cuộn dây thứ cấp khi cuộn dây thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp
là định mức. Với máy biến áp ba pha điện áp định mức là điện áp dây.
- Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi cuộn
dây của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với máy
biến áp ba pha, dòng điện định mức là dòng điện dây. Dòng điện sơ cấp định mức kí
hiệu Ildm, dòng điện thứ cấp định mức kí hiệu I2dm-

Nguyễn Xích Quân - 7140977


2
- Công suất định mức:Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến thứ

cấp ở chế độ làm việc định mức. Công suất định mức được kí hiệu là sđm.
1.1.1.1

Cấu tạo

Cấu tạo của một MBA lực bao gồm các phần tử:
-

Lõi thép (core)

-

Cuộn dây (winding)

-

Vỏ máy (tank)

- Ngoài ra còn các phần tử khác như: cách điện, đầu sứ, thùng dầu chính và phụ,
bộ cân bằng áp suất...
❖

Lõi thép từ:
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường

là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 -ỉ- 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi
ghép lại với nhau thành lõi thép hay còn gọi là mạch từ.

Hình 1.1: Lá thép cấu thành lõi MBA
Lõi thép gồm 2 phần: Trụ (T) và Gông (G):

■ Trụ T là phần để đặt dây quấn.
■ Gông (hay còn gọi là ách) G là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ
kín..
Lõi thép máy biến áp thường có hai loại cấu tạo: kiểu bao bọc (shell) và loại core.Hình
1.2 mêu tả hai kiểu cấu tạo này.Lõi từ các máy biến áp 3 pha có công suất và điện áp lớn
Nguyễn Xích Quân - 7140977


3
thường được chế tạo theo kiểu shell. Hình 1.2 cũng cho cho thấy hình dạng mạch từ thường
gặp với các MBA 3 pha.
Đối với các MBA 3 pha loại mạch từ chung. Mạch từ được tạo thành có 3 trụ, trên mỗi trụ
được bố trí dây quấn sơ và thứ cấp của mỗi pha. Dây quấn trên mỗi pha của biến áp 3 pha
thường được quấn theo dạng cuộn dây hình trụ tròn và lõi thép biến áp có tiết diện là hình
đa giác tổ hợp từ nhiều dạng chữ nhật tạo thành.

♦♦♦ Vỏ máy
Vỏ MBA dùng để chứa lõi thép, dây quấn.vỏ bảo vệ được thiết kế tối ưu sao cho vừa
bao bọc được toàn bộ MBA lại đảm bảo khả năng bảo vệ các bộ phận bên trong trong quá
trình hoạt động và trong quá trình vận chuyển. Lớp vỏ được chế tạo từ các lớp thép chất
lượng cao. Bên trong được sơn các lớp dầu có chất lượng cao.

Nguyễn Xích Quân - 7140977


4

Hình 1.3: vỏ máy biến áp 1 pha và ba pha
❖

Dây quấn
Nhiệm vụ của dây quấn máy biến áp là nhận năng luợng vào và truyền năng lượng ra.

Các cuộn dây được quấn bằng đổng hay nhôm được phủ bằng lớp bảo vệ giấy cách điệnhay
lớp men sứ có điện môi cao. Lựa chọn chất liệu đồng hay nhôm phụ thuộc vào yêu cầu của
máy biến áp: điện áp, công suất, tuổi thọ, giá cả.... Dây quấn được thiết kế dạngtròn đồng
tâm tạo nên cơ cấu vững chắc đồng thời có khả năng làm mát tốt nhất.

Nguyễn Xích Quân - 7140977


5

Hình 1.5: Dây quấn trên MBA 3 pha
Nguyên lý hoạt động

1.1.1.2

Máy biến áp lực hay các loại máy biến áp khác đều có nguyên lý hoạt động giống
nhau dựa trên định luật cảm ứng điện từ.

Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động của MBA
Khi ta nối dây quấn sơ cấp vào nguồn điện xoay chiều điện áp U1 sẽ có dòng điện
sơcấp Iinhư hình 1.6. Dòng điện 11 sinh ra từ thôngO biến thiên chạy trong lõi thép. Từ
thông này móc vòng đồng thời với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp được gọi là từ thông
chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ
■ "2 - rr2 dt

Nguyễn Xích Quân - 7140977

6
W1, W2, lần lượt là số vòng dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp
Khi máy biến áp có tải, dưới tác động của sức điện động , có dòng điện thứ cấp I2cung
cấp điện cho tải.
Từ thông 4> biến thiên hình sin: 4> = Ta có:
•

ej = -wr— = 4.444>wr14\

•

e

2 = —1^2 dt = 4-444’mílxV^ ^***^^t 2

-

-)

J

Trong đó :
. ^ = 4.444)^4)^
. E2 = 4.44<t>W2<t>max
• k = E-JE2 = W-J w2 , k được gọi là hệ số biến áp.
Bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí ta có:
UJU^ ụ = ^ = k

17 2

E2 W2

Bỏ qua mọi tổn hao trong máy biến áp, ta có:
u2 X l2 ~ Uỵ X 4 suy ra Uỵ/U^ấp xỉ /211 =
1.1.2

=

k

Các sự cố trong máy biến áp [1,2]
Trong quá trình vận hành của máy biến áp, vì nhiều lý do, máy biến áp có khả năng

gặp phải các sự cố về cơ hoặc điện. Các sự cố này có thể gây ảnh hưởng đến tuổi thọ cũng
như khả năng hoạt động của máy biến áp hoặc nặng hơn có thể phái hủy cấu trúc MBA.
Đồng thời, mục tiêu của luận văn này là xây dựng mô hình thông số cho máy biến áp, từ mô
hình này có thể phục vụ cho việc mô phỏng phân tích đáp ứng tần số (FRA) - một công cụ
mạnh trong việc chẩn đoán sự cố về cơ trong MBA. Nên việc có một cái nhìn tổng quan về
các sự cố trong MBA là rất quan trọng. Đó là nội dung của phần này.
1.1.2.1

Phân loại sự cố:

Các sự cố MBA thường gây ra bởi nhiều nguyên nhân khác nhau trong những điều kiện
khác nhau. Những sự cố này được phân chia thành 3 dạng chủ yếu liên quan đến:
• Sự cố về điện: vận hành trong điều kiện quá áp, điện áp tăng một cách đột ngột, điện
khí tĩnh, phóng điện.
- Vận hành trong điều kiện quá tải hay điều kiện quá áp: phụ thuộc vào thời gian và

Nguyễn Xích Quân - 7140977


7
cường độ tiếp xúc có thể gây cháy lớp cách điện hoặc nóng lõi sắt.
- Sự cố do sét đánh hoặc điện áp chuyển đổi liên tục có thể gây ra thiệt hại nghiêm
trọng. Hầu hết chúng là những sóng điện có cường độ lớn và dịch chuyển với vận tốc
ánh sáng.
- Điện khí tĩnh: hiện tượng này xảy ra ở những MBA có điện áp cao (hơn 345kV). Khi
nhiệt độ của dầu cách điện thấp và lớp dầu dày đặc luân chuyển nhanh chóng, những
điện tích tĩnh được sinh ra giữa lớp dầu và các thành phần kim loại bên trong MBA.
Khi độ lớn của dòng điện này vượt quá lớp dầu cách điện, nó sẽ sinh ra những tia
phóng điện có thể phá hủy hay làm hư hại MBA trong quá trình vận hành.
- Phóng điện: Sự cố phóng điện xảy ra do hệ thống cách điện kém, những lỗi khiếm
khuyết trong quá trình sản xuất, dầu cách điện và lớp cách điện bị bẩn... Phóng điện
có thể được ví nhưng sự hồ quang có cường độ thấp và sẽ gây tổn hại đến lớp cách
điện và dây dẫn.

Hình 1.9: Sự cố các vòng dây trong MBA

Nguyễn Xích Quân - 7140977


8

1=1------CZZ
K
C
C _____
í

1=1------Id

------------A
-----------H

------------ FT
A
J

------------A
-----------H

--------- FT
____ 13

------------ R
------------

-----------

-e

FT
s

-

Hình 1.10: Sự cố phá vỡ giữa các vòng dây

• Sự cố về cơ:

-

Quá trình vận chuyển hay di dời: mặc dù những MBA có hệ thống chổng đỡ cơ khí
bên trong cố khả năng chịu các lực lớn nhằm tránh tổn hư do quá trình di chuyển,
nhưng những hệ thống chống đỡ vẫn không thể chịu được lực lớn nếu cỏ sự cố bất
ngờ trong quá trình vận chuyển [8].

-

Lực điện từ (từ tính): lực điện từ sinh ra do máy biến áp gặp sự cố hay trong quá
trình ngắn mạch, lực từ sinh ra đủ lớn có thể gây hư hỏng cho thiết bị. Do đó, những
ứng dụng từ phát triển của cảc vật liệu và thiết kế giúp cho hệ thống cuộn dây cứng
cảp hơn chống lại sự biến dạng do lực điện từ, tuy nhiên cỏ những MBA vẫn chưa
được trang bị những công nghệ về vật liệu trên. Khi những MBA đã từng chịu được
áp lực trong những cuộn dây trước đó có thể cố khả năng chống lại lực điện từ
đảng kể vượt qua khả năng cho phép của chính nỏ.

Hình 1.8: Các vòng dây bị oằn do tách động của lực điện từ

Nguyễn Xích Quân - 7140977