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 online MBA

324 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT
ĐỘ ĐIỂM NÓNG CUỘN DÂY VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
THÀNH PHẦN KHÍ HỊA TAN TRONG DẦU CHO HỆ THỐNG
GIÁM SÁT ONLINE MBA
Công ty Lưới điện cao thế TP Hà Nội

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 tồn và tin cậy
HTĐ. Đặc biệt theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đến năm 2020 thực
hiện 100% các TBA 110 kV là trạm khơng người trực vận hành, để hồn 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 hịa 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 đốn sự cố tương đối chính xác, nhưng khơng thể đưa ra
chẩn đốn về MBA một cách tổng thể. Ngoài ra, ảnh 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, khơng ngừng nâng cao 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 hịa tan trong dầu để tiến hành chẩn
đốn tình trạng vận hành của MBA; từ đó phát hiện các sự cố xảy ra, dự báo sự cố có
thể phát sinh trong q trình vận hành, đồng thời nâng cao khả năng vận hành quá tải
của MBA.


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 325

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:
 Sử dụng các tín hiệu đo lường tại trạm làm cơ sở tiến hành giám sát, vận hành
MBA bao gồm dịng điện, điện áp, cơng suất, hệ số công suất, nhiệt độ môi
trường, nhiệt độ lớp dầu trên, v.v.
 Đo thành phần khí hịa tan (DGA) bằng sắc phổ dầu, đo trực tuyến hoặc lấy mẫu
dầu đo riêng lẻ;
 Giám sát, điều khiển hệ thống quạt và bơm làm mát;
 Giám sát phóng điện cục bộ.

Nguồn: sytec.com.vn
Hình 1: Giám sát MBA hiện đang được sử dụng

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 không bình
thường,...) hoặc sử dụng như một thành phần của liên động điều khiển (q dịng, q
áp,...) và chưa có tính năng dự báo sự cố. Từ góc độ giám sát, điều khiển và thơng 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 hồn tồn cơng tác vận hành TBA. Trên cơ sở đó, các đơn vị, tổ chức đã và


326 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017
đang tiến hành xây dựng chương trình giám sát trực tuyến, điều khiển MBA có tính tồn
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 đồn Điện lực
Trung Quốc thơng qua kiểm nghiệm. MDS4000 có module quan trọng là “MDD3000TGiám 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 q tải, phân
tích lão hóa cách điện cuộn dây.
Tại Việt Nam, tháng 6 năm 2010 cơng 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 220 kV

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 “Cơng 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

 Các hệ thống trình bày ở trên đều sản xuất hợp bộ, vốn đầu tư cao;
 Khả năng nâng cấp và mở rộng thấp;
 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 oilimmersed power transformers” đã được ban hành và có nhiều nội dung được cải
tiến cập nhật;
 Phân tích thành phần khí hịa tan trong dầu tn theo tiêu chuẩn IEEE Std
C57.104-1991 được ban hành từ năm 1991, hiện nay IEEE Std C57.104-2008


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 327

“Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers”
đã được ban hành và có nhiều chỉnh sửa;
 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 NĨNG CUỘN DÂY
1. Giới thiệu

Thực tế cơng 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
q 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.), 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 vơ cùng quan trọng trong điều khiển vận hành MBA nói
riêng và trong vận hành các TBA khơng 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.
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 tốn 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.


328 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017

Nguồn: IEC 60076-7-2005
Hình 2: Phương pháp phương trình vi phân

Trong đó:
K

: Hệ số phụ tải

θa

: Nhiệt độ môi trường (oC)

θo

: Nhiệt độ lớp dầu trên (oC)

θh

: Nhiệt độ điểm nóng cuộn dây (oC)

R

: Tỉ số giữa tổn thất có tải và tổn thất khơng tải tại dịng điện định mức

k11 k21 k22: Hằng số tính tốn của mơ hình nhiệt
x

: Hằng số exponent của nhiệt độ dầu

y

: Hằng số exponent của nhiệt độ cuộn dây

τ0

: Hằng số thời gian của dầu

τw

: Hằng số thời gian của cuộn dây

Δθhr

: Độ tăng nhiệt độ điểm nóng cuộn dây so với lớp dầu trên (định mức), K

Δθor

: Độ tăng nhiệt độ lớp dầu trên so với môi trường (định mức), K

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 tốn 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 cơng thức (III-1) và (III-2).


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 329

15000
15000

V = e(
)

110  273   273
h
N

L   Vn  tn

(III-1)
(III-2)

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 tốn 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 thơng 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 tốn 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 tốn
tốc độ lão hóa cách điện, tuổi thọ cách điện một cách rõ ràng và có tính chính xác cao.
Bên cạnh đó, cơng nghệ giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây cũng có những
nhược điểm:


330 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017
 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 tốn 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 tốn.
5. 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 cơng nghệ giám sát khác, từ đó có thể xây dựng một hệ
thống giám sát online MBA có tính tồn diện, tính chính xác và độ tin cậy cao.
Số liệu đo
(Dt=3min)
a – nhiệt độ mơi trường

o – nhiệt độ dầu (nếu có)

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, …

I – dịng điện

Mơ hình tính tốn
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
o > θomax
h > θhmax1, θhmax2
RL – Tuổi thọ cách
điện

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

Hình 3: Giám sát trực tuyến nhiệt độ cuộn dây

PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 331

IV. GIÁM SÁT THÀNH PHẦN KHÍ HỊA TAN TRONG DẦU
1. Giới thiệu

Trong q 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 cịn 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 cịn 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 q 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 hịa 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 H2, CH4, CO
cách điện

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 hịa tan trong dầu

Thơng 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 đốn sự cố MBA. Trong q trình sử dụng khí đặc trưng để tiến
hành xác định sự cố MBA, phương pháp giám sát thành phần khí hịa tan trong dầu
khơng 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 hịa tan, hiện tại có rất nhiều thiết bị được giới thiệu và sử dụng rộng rãi trên


332 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

thế giới. Chuyên đề nghiên cứu, ứng dụng thiết bị TM8 của hãng Serveron, TM8 đo
hàm lượng 09 loại khí hịa tan trong dầu (H2, O2, CH4, CO, CO2, C2H4, C2H6, C2H2, N2).
- Module phân li dầu khí: sử dụng phương pháp tách khí chân khơng, khơng làm
tiêu hao dầu.
- Module đo lường: sử dụng cảm biến bán dẫn, đo hàm lượng các khí phát sinh.
- Module xử lí số liệu: thơng qua các phép tốn 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 đốn sự cố.

Hình 4: Giao diện các chức năng chính của thiết bị TM8


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 333

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

Sai số

1

H2

3 - 3000 ppm

±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,...), ngồi 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
tốn của phương pháp được thể hiện trong Hình 5.


334 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017

Nguồn: IEEE Std C57.104-2008
Hình 5: Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg

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 khơng 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
đốn. Kết quả chẩn đốn 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

> 1.0

< 0.75

< 0.3

> 0.4

Phóng điện cục
bộ

< 0.1

Hồ quang điện

> 0.1 ~ < 1.0

< 0.3
> 0.5

> 0.3

> 0.4
< 0.4

3. Giám sát trực tuyến thành phần khí hịa 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 hịa 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 tốn theo phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg.


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 335

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.
Số liệu đo
Thiết bị đo sắc phổ dầu (1 lần/1 h）
H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO (μL/L)

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

Chẩn đốn 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

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

Hình 6: Giám sát trực tuyến thành phần khí hịa tan trong dầu MBA

4. Đánh giá

Cơng 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 tốn 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 đốn
đầu ra, từ đó cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA những cảnh báo, kết luận có chất
lượng phục vụ cho cơng tác vận hành và điều khiển MBA[3].
Bên cạnh đó, cơng 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 1 h/lần lấy
mẫu), trong một số trường hợp không kịp 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


336 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017

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 1 h 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 vơ cùng nguy hiểm.
 Thiết bị đo sắc phổ dầu đối với mỗi loại khí riêng biệt có độ nhạy khơng giống
nhau, khi sai số xảy ra làm cho các tỉ số biến đổi với biên độ rộng, ảnh hưởng đến

tính chính xác của kết quả tính tốn, làm giảm độ tin cậy của các chẩn đốn
đầu ra.
5. 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. Cơng
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 tồn 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 tồn 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

A. 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/1 h;
- Mơ hình tốn học và kết quả đầu ra: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây là
phương pháp tính tốn 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.


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 337

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.
B. 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 đốn 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;
- Q trình nhiệt trong MBA là một q trình phức tạp, có qn tính lớn. Chu kì
lấy mẫu một ngắn một dài có thể theo sát q trình phát sinh sự cố, đáp ứng cơng 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 đốn riêng biệt, thông qua việc
sử dụng logic kiểm tra chéo sẽ cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA các chẩn đốn
có tính chính xác cao.
 Đặc điểm của hệ thống TOMS

A. 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 khơng 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.
B. 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.
C. Cơ sở dữ liệu của TOMS được xây dựng trên SQL Server, SQL Server có 3 ưu
điểm lớn: xử lí thơng 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.
D. 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.


338 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017

Transformer Profile
(Đặc tính MBA)

Online Calculation
Nhiệt độ cuộn dây

Dữ liệu vào
(3 phút/lần)
Server dữ liệu
Sắc phổ dầu
(1 h/lần)

Trans_data

Thành phần khí trong
dầu
Hệ đánh giá, chẩn đốn
tổng hợp

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
Hình 7: Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS

 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 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.


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 339

Hình 8: Giao diện Transformer Profile

Hình 9: Giao diện Online Monitor

Hình 10: Giao diện Report


340 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017
V. 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 mơ hình trạm thao tác xa và khơng người trực một cách an tồn, 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 hịa tan trong
dầu. Thơng 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 tồn 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,...