Ứng dụng mạng Nơrôn chuẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong máy biến áp lực

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>ỨNG DỤNG MẠNG NƠRƠN CHẨN ĐỐN </b>

<b>SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC</b>

<i><b>APPLICATION OF NEURAL NETWORK IN DIAGNOSING POWER </b></i>
<i><b>TRANSFORMER INCIPIENT FAULTS </b></i>

ĐINH THÀNH VIỆT - NGUYỄN QUỐC TUẤN

<i>Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng </i>

NGUYỄN VĂN LÊ

<i>Ban Quản lý Dự án Thuỷ điện 3 </i>

<b>TÓM TẮT </b>

Bài báo đề cập đến vấn đề ứng dụng mạng nơrôn vào việc chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong
máy biến áp lực. Việc chẩn đốn đúng sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, mang
lại hiệu quả kinh tế.

<b>ABSTRACT </b>

The paper presents the application of neural network in diagnosing power transformer
incipient faults. Good result of the diagnosis might improve the reliability of power supply and
raise economic effects.

<b>1. Đặt vấn đề </b>

Máy biến áp (MBA) lực là một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, vì
độ tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống. Trong khi
đó, MBA dễ rơi vào các trạng thái khơng bình thường, đặc biệt là các MBA có tuổi đời từ 15

năm trở lên. Nếu MBA vận hành ở trạng thái khơng bình thường kéo dài thì tuổi thọ của
MBA sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm gián đoạn cung cấp điện. Khi MBA lực bị sự
cố, thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí có thể lên đến hàng triệu USD đối với các MBA
cơng suất lớn.

Chính vì thế MBA cần được kiểm tra và bảo dưỡng thường xuyên bằng các biện pháp
khác nhau, khi MBA đang mang điện (<i>on-line</i>) hay cắt điện (<i>off-line</i>). Để tăng độ tin cậy cung
cấp điện cũng như giảm thiểu các thiệt hại về kinh tế do việc cắt MBA gây ra, đã có nhiều
biện pháp thử nghiệm khi MBA đang mang điện. Trong đó, phương pháp phân tích khí hồ
tan (Dissolved Gas Analysis - DGA) rất hiệu quả trong việc chẩn đoán các trạng thái hư hỏng
tiềm ẩn trong MBA. Việc phối hợp phương pháp DGA với phương pháp mạng nơrơn có thể
góp phần nâng cao độ chính xác của kết quả chẩn đoán MBA.

<b>2. Các dạng sự cố tiềm ẩn trong MBA </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<i>Hình 1: Sự sinh khí trong điện mơi dầu </i>

S? sinh khí khi cách d?u bi?n áp b? đánh th?ng [4]
C

hỏng khác trên lõi; hư hỏng các đai bó quanh vỏ máy; kẹt tuần hoàn dầu; khuyết tật hệ thống
làm mát.

Có nhiều phương pháp khác nhau dùng cho chẩn đoán các sự cố tiềm ẩn trong MBA
lực gồm các biện pháp <i>on-line</i> và <i>off-line</i>. Các thử nghiệm <i>off-line</i> như: đo điện trở cách điện,
hệ số tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cách, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộn dây... Các
phương pháp <i>on-line</i> như: phương pháp đáp ứng tần số, phân tích phổ âm thanh, phương pháp
hồng ngoại, phương pháp DGA,...

Trong số các phương pháp này thì DGA là phương pháp phổ biến và được ứng dụng

rộng rãi để dự báo sự cố có thể xảy ra đối với MBA. Cách điện chính của máy biến áp gồm
giấy (cellulose) và dầu máy biến áp, chúng được cấu tạo từ những hợp chất hữu cơ. Dầu biến
áp có cơng thức cấu tạo CnH2n+2 với
n = 20  40, cellulose có công thức
cấu tạo [C12H14O4(OH)6] với n =
300  750. Trong quá trình hoạt
động của máy biến áp, dưới tác dụng
của nhiệt độ các hợp chất hữu cơ
này sẽ sinh ra các thành phần khí
khác nhau. Tuỳ theo nhiệt độ khác
nhau và trong những điều kiện khác
nhau mà mức độ sinh khí cũng khác
nhau như ở hình 1.

Sự sinh khí trong dầu MBA
tuân theo những quy luật nhất định.
Vì vậy, DGA là phương pháp chẩn
đoán MBA khá chính xác với ưu
điểm là không phải cắt điện MBA
mà chỉ cần lấy mẫu dầu lúc MBA
đang vận hành.

<b>3. Cơ sở để xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán máy biến áp </b>

Như đã nêu ở phần 2, sự cố trong MBA lực được phân thành 3 nhóm chính với nhiều
ngun nhân khác nhau. Mỗi dạng hỏng hóc cùng với các nguyên nhân hỏng hóc sẽ tạo ra các
khí đặc trưng khác nhau trong dầu MBA. Các khí có thể là: H2, O2, N2, CH4, CO, CO2, C2H4,
C2H6, C2H2, C3H6 + C3H8 và có thể liên quan với sự cố như sau:

-Các khí được tạo ra khi trong MBA xảy ra sự cố vầng quang:

+ Tác dụng lên dầu: H2-khí chính, CH4-khí đặc trưng nồng độ bé.
+ Tác dụng lên giấy: H2, CO, CO2.

-Các khí được tạo ra khi trong MBA xảy ra sự cố quá nhiệt:

+ Tác dụng lên dầu: Khi nhiệt độ thấp (dưới 300oC) thì C2H6-khí chính, CH4-khí
đặc trưng với nồng độ cao, C2H4-khí đặc trưng với nồng độ thấp. Khi nhiệt độ dầu cao (trên
300oC) thì C2H4-khí chính, H2-khí đặc trưng nồng độ thấp, C2H2 và CH4-khí đặc trưng nồng
độ thấp đến cao.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

+ Tác dụng lên dầu: H2 và C2H2-khí chính (các khí phân huỷ chính có một lượng
lớn), CH4 và C2H4-khí đặc trưng nồng độ cao.

+ Tác dụng lên giấy: CO-khí đặc trưng có nồng độ cao, CO2-khí đặc trưng có
nồng độ bé.

Hiện nay có nhiều phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa vào DGA, trong đó các
phương pháp phổ biến là:

- Phương pháp các tỷ số: Các tỷ số được định nghĩa ở bảng 1, nồng độ giới hạn của
các khí được cho ở bảng 2. Trong thực tế, nhiều hệ chuyên gia chỉ kiểm tra nồng độ của 4 khí
H2, CH4, C2H2, C2H4 thay vì 6 khí.

<i>Bảng 1: Định nghĩa các tỷ số </i>

Tỷ số CH4/H2 C2H2/C2H4 C2H2/CH4 C2H6/C2H2 C2H4/C2H6

Ký hiệu R1 R2 R3 R4 R5

<i> Bảng 2: Nồng độ các khí hồ tan </i>

Khí H2 CH4 CO C2H2 C2H4 C2H4

Giới hạn (ppm) 100 120 350 35 50 65

- Phương pháp tỷ số ban đầu: gồm có 5 khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 và 5 tỷ số R1,
R2, R3, R4, R5.

- Phương pháp Dornenburg: gồm 5 khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 và 4 tỷ số R1, R2,
R3, R4 (bảng 3)

- Phương pháp Rogers gốc: gồm 5 khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 và 4 tỷ số R1, R2,
R3, R4 với R4 = C2H6/CH4.

- Phương pháp Rogers sửa đổi: giống như phương pháp Rogers gốc nhưng dùng 4
chữ số để mã hoá và dùng 2 bảng)

<i>Bảng 3: Phương pháp hệ số Dornenburg </i>

Sự cố R1 R2 R3 R4

Nhiệt phân > 1,0 < 0,75 < 0,3 > 0,4

Vầng quang < 0,1 Không dùng < 0,3 > 0,4

Hồ quang điện > 0,1 và < 1,0 > 0,75 > 0,3 < 0,4

- Các phương pháp khác: biểu đồ khí, khí đặc trưng, phân tích khí nhiên liệu tổng
(Total Combustible Gas Analysis - TCGA).

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>4. Ứng dụng mạng nơrơn chẩn đốn MBA </b>

Hiện nay mạng nơrôn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau cũng
như trong hệ thống điện. Có nhiều mơ hình mạng khác nhau như: Perceptron, Perceptron
nhiều lớp (MLP), mạng nơron với hàm cơ sở xuyên tâm (mạng RBF)... Mạng MLP ở đây
được ứng dụng để dự báo sự cố tiềm ẩn trong MBA.

Trong bài báo này, các tác giả xây dựng mơ hình mạng 10x30x15x5x9 (hình 2). Đầu
vào của mạng gồm có 10 nút tương ứng
với nồng độ ppm các khí sau: H2, N2,
O2, CO, CO2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2 và
(C3H6 + C3H8). Lớp đầu ra ứng với 9
trường hợp sau: bình thường, phóng
điện cục bộ với năng lượng thấp, phóng
điện cục bộ với năng lượng cao, phóng
điện cơng suất bé, phóng điện cơng suất
lớn, hư hỏng nhiệt độ thấp dưới 150o

C,
hư hỏng nhiệt độ thấp từ 150oC đến
300oC, hư hỏng nhiệt độ trung bình từ
300oC đến 700oC, hư hỏng nhiệt độ cao
trên 700oC. Trong q trình luyện mạng
trên máy tính sử dụng ngôn ngữ lập

trình Visual C và hàm kích hoạt logistic
cho cả lớp ẩn lẫn lớp đầu ra. Các số liệu
luyện mạng nơrôn được tham khảo từ
các biên bản thí nghiệm mẫu dầu MBA
của Trung tâm thí nghiệm điện-Cơng ty
Điện lực 3 [3].

<i>Hình 3: Giao diện chương trình luyện mạng nơrơn </i>
<b>y ₁</b>

<b>y ₂</b>

<b>y ₉</b>

<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>

<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>

<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>
<b>.</b>

<b>x ₁</b>

<b>x ₂</b>

<b>x _{1 0}</b>

<b>Lớp vào 3 lớp ẩn Lớp ra </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Giao diện chương trình luyện mạng nơrơn được trình bày ở hình 3. Chương trình đã
được thử nghiệm với số liệu thực tế của Trung tâm Thí nghiệm Điện–Cơng ty Điện lực 3. Với
mẫu dầu kiểm tra ngày 03/09/2002 của MBA T2 trạm biến áp 110 kV Ngự Bình (E6) [3], kết
quả dự báo của chương trình theo phương pháp mạng nơrơn (hình 4) là MBA có sự q nhiệt
với nhiệt độ trên 700o_{C. Kết quả này phù hợp với kết luận được nêu trong biên bản thí}
nghiệm.

<i>Hình 4: Giao diện chương trình chẩn đốn MBA </i>

<b>5. Kết luận </b>

Việc chẩn đốn chính xác trạng thái máy biến áp, đặc biệt là đối với các MBA công
suất lớn có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần giảm thiểu sự cố bất ngờ xảy ra, tăng độ tin cậy
cung cấp điện. Việc ứng dụng phương pháp mạng nơrơn phối hợp với phương pháp DGA có
thể góp phần nâng cao độ chính xác của chẩn đốn, dễ dàng lập trình, cho phép xây dựng
được hệ chuyên gia chẩn đoán máy biến áp.

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>

[1] Zhenyaun Wang, <i>Artificial intelligence applications in the diagnosis of power </i>
<i>transformer incipicent,</i> Virginia, 2000.

[2] Tapan K. Saha, <i>Review of modern diagnostic techniques for assessing insulation </i>

<i>condition in aged transformers,</i> IEEE transactions on dielectrics and electrical
insulation, Vol.10, No.5, p.903-917, 2003.

[3] Trung tâm Thí nghiệm Điện - Công ty Điện lực 3, Các <i>“Biên bản thí nghiệm hàm </i>

</div>

<!--links-->