Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu của máy biến áp lực tích hợp chức năng giám sát từ xa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thiết kế mô đun điều khiển máy lọc dầu
của máy biến áp lực, tích hợp chức năng
giám sát từ xa
TRỊNH ANH QUỐC

Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Hoàng Sỹ Hồng

Viện:

Điện

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI - 2020



Lời cảm ơn
Đầu tiên, Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS. TS. Hoàng Sỹ Hồng,
người hướng dẫn trực tiếp em thực hiện đề tài này. Thầy đã có những định
hướng, hướng dẫn, chỉ bảo và trao đổi với em trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cũng như trong suốt thời gian
em thực hiện luận văn tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy,

cô giáo đã trực tiếp giảng dạy và trau dồi cho em những kiến thức quý giá trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Em cũng xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Ngọc
Nhân, Viện nghiên cứu về Điện tử-Tin học-Tự động hóa- Bộ Cơng Thương đã
giúp đỡ em tiếp cận các nguồn tài liệu về công nghệ và các loại máy lọc dầu hiện
nay trong thị trường Việt Nam.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Viện Điện, Chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hố và
các thầy cơ Bộ môn Đo lường và Điều khiển đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em
hoàn thiện luận văn này.


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Thiết kế mơ đun điều khiển máy lọc dầu của máy biến áp lực, tích hợp
chức năng giám sát từ xa
Tác giả luận văn: Trịnh Anh Quốc

Khóa: 2018B

Người hướng dẫn: PGS.TS. Hồng Sỹ Hồng
Từ khóa (Keyword): máy lọc dầu máy biến áp, mơ đun điều khiển, giám sát từ
xa.
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Dầu trong máy biến áp có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc cách
điện và làm mát máy biến áp, đặc biệt đối với máy biến áp cơng suất lớn.
Do tính chất quan trọng của dầu trong máy biến áp nên trong máy biến áp
cáo thế ln có hệ thống giám sát dầu online để đo đạc các thơng số về dầu
và cảnh báo sớm tình trạng của máy biến áp. Theo quy trình chế tạo, bảo
dưỡng, sửa chữa, thì dầu cách điện phải đáp ứng các thông số kỹ thuật cao

trước khi đưa vào máy biến áp như: hàm lượng nước trong dầu, hàm lượng
khí gas trong dầu, và điện áp đánh thủng phải đủ lớn. Do vậy, dầu trước khi
sử dụng phải được lọc để tách nước, khí gas, tăng điện áp đánh thủng…đảm
bảo rằng các thông số của dầu đáp ứng tốt cho máy biến áp. Với xu hướng
phát triển công nghệ thế giới, các hệ thống giám sát được tích hợp thêm các
chức năng như giám sát, điều khiển qua giao diện người – máy từ xa nhằm
nắm bắt được các sự cố tức thời, đảm bảo khoảng cách an toàn và linh hoạt.
Gần gũi với cơng việc đang làm, có cơ hội thuận lợi để tiếp cận và tìm
hiểu các loại máy lọc dầu biến áp trong các trạm điện.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn là thiết kế mơ đun nhúng nhỏ gọn có
đầy đủ chức năng điều khiển và giám sát từ xa cho hệ thống máy lọc dầu
máy biến áp trong các trạm điện tại Việt Nam.
c) Tóm tắt cơ đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Thời đại cơng nghệ tiên tiến hiện nay, một số máy lọc dầu vẫn cịn sử
dụng cơng nghệ cũ chưa có tính tự động hóa cao, chức năng giám sát quá


trình lọc dầu cịn lạc hậu. Tác giả đã cải tiến một hệ thống điều khiển q
trình khép kín: có các cảm biến để giám sát quá trình hoạt động, có các van
đóng cắt cũng như điều chỉnh lưu lượng dầu để quá trình hoạt động được tốt
ưu nhất. Trung tâm điều khiển được gói gọn trong một mơ đun điều khiển
nhỏ gọn và kinh tế, được tích hợp chức năng truyền thơng khơng dây wifi
giúp người vận hành có thể điều khiển và giám sát từ xa qua internet.
d) Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thiết kế một bộ điều khiển và truyền thông
qua wifi, cài đặt được các tham số điều khiển và giám sát bám sát thực tế
vận hành của hệ thống hiện hữu và mô phỏng lại để thực hiện điều chỉnh tối
ưu. Dựa trên các tài liệu kỹ thuật và quy trình vận hành thực tế của máy lọc
dầu để hiểu được công nghệ từ đó xây dựng được thuật tốn điều khiển;

thiết kế và nâng cấp bộ điều khiển cho máy lọc dầu.
e) Kết luận
Luận văn cơ bản đã đáp ứng được các yêu cầu đặt ra bạn đầu. Các thiết
kế và mô phỏng được thực hiện thành công chạy đúng với bài toán đặt ra.
Từ các nghiên cứu trong luận văn này cho thấy việc ứng dụng công nghệ và
áp dụng cho hệ thống máy lọc dầu máy biến áp là hoàn toàn khả thi, mang
lại giá trị kinh tế và hiệu quả kĩ thuật cao. Phương pháp điều khiển giám sát
tự động và từ xa mang lại hiệu suất cao và an tồn hơn rất nhiều so với vận
hành thủ cơng.
Học viên thực hiện


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ MÁY LỌC DẦU ............................................ 1
1.1

Khái quát về máy lọc dầu .......................................................................... 1

1.2

Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu máy biến áp tiêu biểu .......................... 6

1.3

Kết luận chương ....................................................................................... 11

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU..................... 13
2.1

Các thiêt bị chính đang lắp trong máy lọc dầu ........................................ 13

Bơm dầu vào, bơm dầu ra ......................................................... 13
02 Bơm chân không SV 300B .................................................. 14
Cụm gia nhiệt ............................................................................ 14

2.2

Lựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 ................. 15
Cảm biến nhiệt độ PT100 và IC MAX31865. .......................... 15
Cảm biến lưu lượng dòng chảy................................................. 17
Cảm biến mức thấp, mức cao CR30 – 13DP ............................ 18
Cảm biến bọt VP03EP .............................................................. 19
Van điện từ xả bọt UNID.......................................................... 20

2.3

Thiết kế phần cứng................................................................................... 21
Tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu ............................ 21
Thiết kế mạch điều khiển nhúng............................................... 21
Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU ......................................... 22
Khối nguồn ............................................................................... 23
Khối tín hiệu vào (Input) .......................................................... 24
Khối vi điều khiển trung tâm (MCU) ....................................... 25
Khối truyền thơng Wi-fi ........................................................... 26
Khối tín hiệu ra (Ouput) ........................................................... 30
Thiết kế mạch in cho hệ thống .................................................. 33

2.4

Thiết kế phần mềm cho hệ thống ............................................................. 34
Yêu cầu của chương trình ......................................................... 34

Nguyên lý làm việc ................................................................... 34
Thiết kế phần mềm nhúng cho MCU ....................................... 35
Thiết kế phần mềm nhúng cho ESP8266 12E .......................... 37
Xây dựng bản tin giao tiếp cho hệ thống .................................. 40

2.5

Truyền nhận dữ liệu đám mây MQTT CLOUD ...................................... 41


2.6

Kết luận chương ....................................................................................... 42

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.............................................................. 43
3.1

Giao diện chọn chế độ .............................................................................. 43

3.2

Giao diện hệ điều khiển máy lọc dầu máy biến áp lực ............................ 44
Chế độ điều khiển bằng tay ....................................................... 44
Chế độ điều khiển tự động ........................................................ 50
Các cảnh báo của hệ thống........................................................ 54

3.3

Kết luận chương ....................................................................................... 55
Kết quả thiết kế mô đun nhúng ................................................. 55

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 58
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 60
1.

Sơ đồ mạch lực hệ thống điều khiển máy lọc dầu MAS 4000 ................ 60

2.

Lập trình điều khiển quá trình lọc dầu của MCU .................................. 68

3.

Lập trình điều khiển khối truyền thơng ESP8266 .................................. 72

4.

Chương trình ngắt khi nhận được bản tin UART .................................. 74


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Máy biến áp dầu trong thực tế ................................................................ 1
Hình 1.2 Cơng tác lọc dầu thực tế tại trạm biến áp [2] .......................................... 2
Hình 1.3 Quy trình lọc dầu cơ bản ......................................................................... 2
Hình 1.4 Mơ hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3] .................................. 4
Hình 1.5 Máy lọc dầu MAS4000-TEC .................................................................. 5
Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu MAXEI [4] ............................................. 6
Hình 1.7 Máy lọc dầu MAXEI [5] ......................................................................... 7
Hình 1.8 Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu KATO – KLVC [1] .......................... 7

Hình 1.9 Máy lọc dầu KATO - KLVC [6] ............................................................ 8
Hình 1.10 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu Globecore [7]........................................ 9
Hình 1.11 máy lọc dầu Globecore [1].................................................................. 10
Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1]...................................................... 13
Hình 2.2 Máy bơm chân khơng SV 300B [1] ...................................................... 14
Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ E5CC – OMRON [1]....................................... 15
Hình 2.4 Cấu tạo cảm biến PT100 [8] ................................................................. 16
Hình 2.5 Kết nối đầu ra cho PT100 ..................................................................... 16
Hình 2.6 Mạch chuyển đổi tín hiệu RTD sang tín hiệu số MAX31865 .............. 17
Hình 2.7 Cảm biến lưu lượng dịng chảy ............................................................. 17
Hình 2.8 Cảm biến mức CR30-13DP [9] ............................................................ 18
Hình 2.9 Tín hiệu đầu ra của CR30- 15DP .......................................................... 19
Hình 2.10 Mã cảm biến VP03EP ......................................................................... 19
Hình 2.11 Van điện từ UNID ............................................................................... 20
Hình 2.12 Sơ đồ kết nối tổng quan hệ thống điều khiển máy lọc dầu ................. 21
Hình 2.13 Sơ đồ khối phần cứng ......................................................................... 22
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ............................................................... 23
Hình 2.15 Sơ đồ khối đầu vào input .................................................................... 24
Hình 2.16 Kết nối giữa PT100, Digital MAX31865 và MCU ............................ 25
Hình 2.17 Hình ảnh thực tế vi điều khiển STM32F103C8T6 ............................ 25
Hình 2.18 Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6 ...................................... 26
Hình 2.19. Mơ đun ESP8266 12E........................................................................ 27
Hình 2.20 Sơ đồ chân mơ đun ESP8266 [12] ...................................................... 28
Hình 2.21 Khối mơ đun wifi ESP8266 ................................................................ 28
Hình 2.22 Nguyên lý “Smart config” của ESP8266 ............................................ 29
Hình 2.23 Hiện tượng dội phím thường gặp ........................................................ 29
Hình 2.24 Thiết kế mạch reset chống dội phím ................................................... 30
Hình 2.25 Cấu tạo bên trong của ULN 2803 ....................................................... 31

Hình 2.26 Sơ đồ chân output đi qua ULN2803 ................................................... 31
Hình 2.27 Sơ đồ khối đầu ra Ouput ..................................................................... 32
Hình 2.28 Thiết kế mạch in 2 lớp dạng 2D .......................................................... 33
Hình 2.29 Thiết kế mạch in dạng 3D ................................................................... 33
Hình 2.30 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển ......................................... 35
Hình 2.31 Quá trình xử lý và truyền nhận dữ liệu của MCU .............................. 36
Hình 2.32 Đặc trưng của smartconfig của ESP8266 12E .................................... 38
Hình 2.33 Khung bản tin UDP mà ứng dụng ESP Touch gửi đi ......................... 38
Hình 2.34 Cài đặt mật khẩu wifi cho esp bằng ứng dụng Esptouch .................... 38
Hình 2.35 Lưu đồ thuật tốn cho ESP8266 ......................................................... 39
Hình 2.36 Bản tin JSON gửi từ ESP8266 lên MQTT Cloud ............................... 40
Hình 2.37 Sơ đồ truyền tin của hệ thống điều khiển............................................ 41
Hình 3.1 Khung giao diện Panel MQTT Configuaration..................................... 43
Hình 3.2 Khung giao diện Control Panel ............................................................. 43
Hình 3.3 Khung giao diện System Alarm ............................................................ 43
Hình 3.4 Khung giao diện System Status ............................................................ 43
Hình 3.5 Cấu hình kết nối tới MQTT Cloud ........................................................ 44
Hình 3.6 Thơng báo kết nối tới cloud thành cơng................................................ 44
Hình 3.7 Bản tin được hồi đáp khi kết nối thành cơng ........................................ 44
Hình 3.8 Khởi động hệ thống ở chế độ MANUAL ............................................. 45
Hình 3.9 Trạng thái của hệ thống ở chế độ MANUAL ....................................... 45
Hình 3.10 Khởi động bộ Cooler và bơm chân khơng Vac................................... 46
Hình 3.11 Khởi động bơm chân khơng Root ....................................................... 46
Hình 3.12 Khởi động bơm dầu vào ...................................................................... 47
Hình 3.13 Khởi động một bộ gia nhiệt ................................................................ 47
Hình 3.14 Khởi động 2 bộ gia nhiệt ..................................................................... 48
Hình 3.15 Khởi động bơm 2 để hút dầu ra........................................................... 48
Hình 3.16 Ngắt bơm dầu vào khi cảm biến mức cao tác động ............................ 49
Hình 3.17 Cả 2 bơm hoạt động khi mức dầu ổn định .......................................... 49
Hình 3.18 Ngắt bơm dầu ra nếu cảm biến mức thấp khơng tích cực ................... 50

Hình 3.19 Kích hoạt van xả bọt khí VE ............................................................... 50
Hình 3.20 Khởi động hệ thống ở chế độ Auto ..................................................... 51
Hình 3.21 Bộ gia nhiệt hoạt động ........................................................................ 51
Hình 3.22 Bơm dầu ra hoạt động ......................................................................... 52
Hình 3.23 Ngắt bơm dầu vào khi cảm biến mức cao tác động ............................ 52
Hình 3.24 Bơm dầu vào hoạt động trở lại ............................................................ 53
Hình 3.25 Ngắt bơm dầu ra khi mức dầu dưới mức thấp .................................... 53


Hình 3.26 Van điện tử VE hoạt động .................................................................. 53
Hình 3.27 Cảnh báo mức cao ............................................................................... 54
Hình 3.28 Cảnh báo quá nhiệt ............................................................................. 54
Hình 3.29 Cảnh báo thay phin lọc ....................................................................... 55
Hình 3.30 Hình ảnh mơ đun thực tế..................................................................... 56


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của dầu cách điện máy biến áp .................................. 3
Bảng 1.2 Tiêu chuẩn của dầu sau khi lọc .............................................................. 8
Bảng 2.1 Các thông số của máy bơm chân không SV 300B ............................... 14
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến bọt............................................................ 19
Bảng 2.3 Danh sách tín hiệu vào/ra của MCU .................................................... 22


DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ cái viết tắt/ ký
hiệu

Ý nghĩa

HMI

Giao diện người - máy

PLC

Bộ điều khiển logic khả trình

MCU

Vi điều khiển

IC

Vi mạch tích hợp

RTD

Nhiệt điện trở

MQTT cloud

Lưu trữ dữ liệu đám mây truyền nhận theo giao thức
MQTT

PCB

Bảng mạch in hay bo mạch

SSID

Tên định danh mạng wifi


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ MÁY LỌC DẦU
1.1 Khái quát về máy lọc dầu
Trong hệ thống truyền tải điện, máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng
(hình.1.1). Khi xảy ra sự cố có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng điện của cả một
khu vực. Vì vậy, việc đảm bảo trạng thái làm việc ổn định của máy biến áp là vô
vùng quan trọng. Môi trường dầu bên trong máy biến áp đóng vai trị quan trọng
vừa làm tăng độ bền cách điện, vừa hỗ trợ làm mát các cuộn dây. Nhưng đi kèm
với đó, thì dầu bên trong máy biến áp lại rất dễ bị mất và giảm thơng số tiêu
chuẩn an tồn khi sử dụng trong thời gian dài. Lúc này, việc thay hoàn toàn dầu
trong máy biến áp tốn rất nhiều chi phí và nếu liên tục sử dụng thì đây cũng
khơng phải một giải pháp tối ưu. [1]

Hình 1.1 Máy biến áp dầu trong thực tế

Giải pháp hiệu quả hơn là tái sử dụng lại dầu máy biến áp đã qua sử dụng
sau khi được loại bỏ cặn bẩn, hơi nước và các khí hồ tan, giúp tiết kiệm nhiều
về chi phí và chất lượng dầu sau khi tái chế vẫn đáp ứng được các thơng số an
tồn và tiêu chuẩn kỹ thuật theo quy định. Máy lọc dầu là một hệ thống thực hiện
q trình lọc những thành phần khơng cần thiết ảnh hưởng tới chất lượng của
dầu, đạt được những tiêu chuẩn cần thiết cho dầu (hình 1.2). Cơ cấu về các sản
phẩm dầu phải đáp ứng được nhu cầu của thị trường, đảm bảo về chất lượng của
dầu theo tiêu chuẩn chất lượng đã quy định để sử dụng cho các thiết bị trong các
nhà máy, khu công nghiệp như: máy biến áp, turbin, …. Mục đích của máy lọc
dầu là loại bỏ các tạp chất như nước, các cặn bẩn, khí hịa tan, …có trong dầu để
đảm bảo q trình vận hành tốt nhất cho thiết bị.

1


Hình 1.2 Cơng tác lọc dầu thực tế tại trạm biến áp [2]

Các tính chất của dầu trước khi được xử lý, lọc:
Dầu trước khi lọc có chứa nhiều các cặn bẩn, không đạt tiêu chuẩn về
độ nhớt và điện áp đánh thủng.
- Trong dầu có chứa hàm lượng nước và các khí hịa tan gây ảnh hưởng
nhất định đến chất lượng của dầu làm cho quá trình hoạt động của các
thiết bị khơng được an tồn, khơng hoạt động được với công suất tốt
nhất.
- Trong dầu chưa được xử lý có thể chứa các hợp chất lưu (như H2S,
...). Những hợp chất lưu huỳnh này sẽ tác dụng với kim loại có trong
dầu đặc biệt đối với đồng (Cu) gây ra sự ăn mịn.
Quy trình của một máy lọc dầu cơ bản (hình 1.3):
-

Hình 1.3 Quy trình lọc dầu cơ bản

Dầu được hút từ máy biến áp rồi đưa đến bộ gia nhiệt (làm nóng dầu).
Trong bộ gia nhiệt dầu được làm nóng lên đến nhiệt độ quy định từ 500C đến
700C (tùy từng loại máy, hãng sản xuất). Sau đó được đưa vào bình chân khơng
bằng đầu phun sương (hoặc các yếu tố phân tán) để tạo tối đa sự tiếp xúc của dầu
2


với chân khơng trong bình. Nước trong dầu sẽ bốc hơi và được hút vào bình
ngưng để chuyển đổi nước từ thể hơi sang thể lỏng rồi được bơm vào bình chứa.
Dầu sau khi được khử nước sẽ được đưa ra bằng bơm xả. Dầu sẽ được đưa qua

bộ lọc hạt có hiệu suất cao và được đưa trở lại hệ thống cần sử dụng.
Có thể phân loại máy lọc dầu theo chức năng hoặc theo đối tượng ứng dụng
trong đó theo chức năng có: Máy lọc dầu ly tâm: lọc cặn; Phin lọc: lọc cặn; Hấp
thụ nước: làm lượng nước có trong dầu giảm, theo đối tượng có: Máy lọc dầu
máy biến áp; Máy lọc dầu Turbin. [1]
Trong nghiên cứu này học viên sẽ nghiên cứu về máy lọc dầu theo đối
tượng: máy lọc dầu cho máy biến áp lực.
Tại sao phải lọc dầu cho máy biến áp?
- Dầu trước khi lọc có chứa hàm lượng cao các chất khí hịa tan như: H2,
CO, CO2, O2, N2, CH4, CH2, C2H2, C2H6. Trong quá trình hoạt động của máy
biến áp, các chất này có trong dầu sẽ tạo ra phản ứng hóa học dẫn đến sự cố
nghiêm trọng trong máy biến áp (phóng điện cục bộ, hồ quang và tăng nhiệt cục
bộ).
- Đo hàm lượng nước, acid, độ nhiễm bẩn và cường độ điện trường đánh
thủng của dầu, để đưa ra tình trạng tổng quan của dầu và các bộ phận của máy
biến áp bên trong dầu. Chất lượng của dầu đóng vai trị quan trọng trong việc
ngăn ngừa sự xuống cấp của dầu cách điện và kéo dài tuổi thọ máy biến áp.
- Dầu sử dụng trong máy biến áp thường là dầu khống. Trong dầu có thể
chứa các hợp chất của S (lưu huỳnh), phần lớn sẽ bị loại bỏ trong q trình tinh
chế. Tuy nhiên vẫn cịn sót lại lượng rất nhỏ. Những hợp chất lưu huỳnh này sẽ
tác dụng với kim loại có trong dầu đặc biệt đối với đồng, gây ra sự ăn mòn giấy
cách điện và ăn mòn thanh đồng (cuộn dây) trong máy biến áp.
Dầu sử dụng cho máy biến áp phải đáp ứng được những yêu cầu sau:
Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của dầu cách điện máy biến áp
Hạng mục

STT
1

Tiêu chuẩn áp dụng

2

Độ nhớt, ở 400C

3

Quan sát bên ngoài

Đơn vị

Yêu cầu
IEC 60296

mm2

<= 9,2
Trong, sáng khơng có nước
và tạp chất

4

5

Điểm chớp cháy
+ Cốc hở

0

C

>= 148

+ Cốc kín

0

C

>= 144

ppm

<= 30

Hàm lượng nước

3


6

Điện thế đánh thủng
+ Trước khi lọc

kV

>= 35

+ Sau khi lọc

kV

>= 70

- Dầu cho máy biến áp thường có thời gian sử dụng kéo dài nhờ khả năng
chống oxi hóa, chống lại sự hình thành cặn, độ ổn định nhiệt độ tốt giúp cho dầu
tăng khả năng chịu tải trọng nhiệt cao giúp tiết kiệm chi phí bảo dưỡng.
- Có tính cách điện cao.
- Độ nhớt thấp giúp giải nhiệt tốt.
- Khả năng chống oxy hóa tốt -> kéo dài tuổi thọ dầu.
- Điểm chớp cháy cao nên tránh được nguy cơ cháy nổ.
- Khả năng tách nhũ tốt, đảm bảo tách nước hoàn toàn trong trường hợp dầu
bị nhiễm nước.
- Hồn tồn khơng lẫn tạp chất như khí hịa tan, nước hoặc chất rắn dạng
huyền phù.
Với những tiêu chuẩn và quy định về chất lượng của dầu cho máy biến áp
nêu trên thì máy lọc dầu máy biến áp sẽ cho ra sản phẩm dầu đúng với quy định
về chất lượng cũng như độ an toàn của dầu khi sử dụng cho máy biến áp. Cùng
với hàng loạt các quy trình, cơng nghệ lọc và xử lý dầu hiện đại để cho ra một
sản phẩm dầu tốt nhất.
Mơ hình máy lọc dầu kết nối trực tiếp với máy biến áp như hình 1.4. Quá
trình lọc được lặp đi lặp lại cho đến khi dầu đạt được tiêu chuẩn sử dụng trong
máy biến áp. Để đạt được thông số theo yêu cầu của dầu sử dụng cho máy biến
áp, máy lọc dầu phải được nối với máy biến áp và lọc theo hình thức đối lưu.

Hình 1.4 Mơ hình máy lọc dầu kết nối với máy biến áp [3]

Ví dụ: Máy lọc dầu online MAS4000 – TEC:
- Tính năng: Lọc dầu khi máy biến áp vẫn hoạt động bình thường.

4


- Thông số kỹ thuật:
+ Công nghệ TEC
+ Lưu lượng có thể thay đổi từ 2000 – 4000 l/giờ lọc online và từ 1000 –
4000 l/giờ offline.
+ Công suất gia nhiệt: 64 kW

Hình 1.5 Máy lọc dầu MAS4000-TEC

+ Tốc độ tăng nhiệt ở lưu lượng biểu kiến: 270C
+ Công suất tổng: 74kW
+ Phin lọc: Luôn đạt 95 %
+ Đo áp suất chân không bằng cảm biến pirani
+ Lưu lượng bơm chân khơng 180 m3/giờ.
+ Có hệ thống ống nối với máy biến áp, hệ thống van, các cảm biến đo
lường, điều khiển, cảnh báo, kiểu ống nối Guillemin DN40.
+ Một bình khử khí an tồn để bảo vệ máy biến áp.
+ Ba van cách ly (cao, thấp và truyền qua) và phụ kiện nối với MBA.
+ Kiểm soát liên tục nhiệt độ của dầu vào trước khử khí.
+ Kiểm sốt liên tục việc quá áp trong hệ thống đường ống bởi bộ điều
khiển áp suất, van giảm áp.
+ Đo lưu lượng dầu vào kết hợp với van tỷ lệ trước khi dầu đi vào bình
khử khí để đảm bảo dầu vào một cách liên tục điều khiển bằng PLC.
+ Liên tục giám sát mức dầu trong bình chứa của máy biến áp để bảo vệ
máy biến áp.
+ Tự động điều chỉnh bọt khí trong bình tách khí.
5

+ Điều khiển từ xa của các bộ lọc khi bị tắc nghẽn với cảm biến chênh áp.
+ Triệt tiêu hồn tồn khí tự do và bọt khí tại đầu ra của máy lọc dầu.
+ Kiểm sốt chân khơng với bộ đo chân khơng và áp kế.
+ Có máy khí nén độc lập.
+ Có kính để giám sát dịng chảy dầu tại đầu ra máy.
+ Khởi động tuần tự và tự khởi động lại q trình lọc.
+ Có bình tách hơi nước và khí.
+ Có bình tách khí độc lập nhằm bỏ khí cịn lại trong dầu trước khi đưa
vào máy biến áp. [1]
1.2 Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu máy biến áp tiêu biểu
Hiện nay trên thế giới đã có các hãng sản xuất máy lọc dầu cho máy biến áp
như MAXEI (Pháp), KATO (Nhật), Globecore (Ukaine) đều có bán trên thị
trường. Mỗi hãng đều có các đặc điểm và công nghệ khác nhau nhưng đều theo
một quy trình lọc dầu nhất định.
 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu Maxei
Sơ đồ công nghệ của máy lọc dầu Maxei như hình 1.6 và hình ảnh thực tế
của máy lọc dầu Maxei hình 1.7.

Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu MAXEI [4]

Dầu sẽ được tách các cặn bẩn bởi các phin lọc thô và phin lọc tình, mắt lọc
càng bé thì chất lượng dầu càng tốt, tuy nhiên nó sẽ ảnh hưởng đến lưu lượng của
dầu. Thông thường bộ lọc thô là các lưới lọc, và bộ lọc tinh với kích thước mắt
lọc 1µm.
6


Để tách khí và hơi nước trong dầu, ta dùng công nghệ chân không, dầu sẽ
được gia nhiệt, theo các nghiên cứu và thực tiễn thì nhiệt độ gia nhiệt nên ở 700C.

Nếu nhiệt độ tăng thêm thì việc tách nước và khí hịa tan trong dầu nhanh hơn,
tuy nhiên dầu dễ bị lão hóa. Nếu nhiệt độ thấp thì việc tách nước và khí hịa sẽ
chậm hơn, dầu khó đạt được các thông số yêu cầu. Dầu được làm nóng sẽ được
dẫn vào buồng chân khơng dưới dạng đầu phun sương. Khí hịa tan và hơi nước
sẽ được tách ra đi theo đường hút chân khơng ra ngồi. Dầu sau khi lọc được đưa
ra ngoài qua hệ thống bơm dầu ra. Quá trình lọc được thực hiện một cách tuần
hoàn, đến khi dầu sau khi lọc đạt được các thơng số như u cầu.

Hình 1.7 Máy lọc dầu MAXEI [5]

 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu Kato (hình 1.8):

Hình 1.8 Sơ đồ cơng nghệ của máy lọc dầu KATO – KLVC [1]

Máy lọc dầu chân khơng KATO có sẵn trong 4 mơ hình cơ bản: KLV-LAX,
KLVC-AX, KLVC-AX-I, và KLVC-AX-II với công suất lọc từ 500 l/giờ đến
20000 l/giờ.

7


Ứng dụng: Máy biến áp (dầu cách điện), máy bơm chân không, máy nén,
các bộ phận thủy lực, dầu silicon, dầu tuabin.
Các tính năng tiêu chuẩn:
- Bộ gia nhiệt mật độ thấp.
- Hệ thống chân không đơn hoặc hai giai đoạn với động cơ làm mát
bằng quạt tuần hồn kín (TEFC).
- Buồng chân không với thiết kế hiệu quả với diện tích bay hơi lớn.
- Các thiết bị cảm biến bảo vệ hệ thống.
- Báo động áp suất cao.

- Mức dầu cao báo động trong buồng chân không.
- Mức độ bọt cao báo động trong buồng chân khơng.

Hình 1.9 Máy lọc dầu KATO - KLVC [6]
Tiêu chuẩn của dầu biến áp sau khi lọc theo hãng KATO:
Ban
dầu

Kết quả sau 1 lần lọc

Kết quả sau 3 lần lọc

(No
mask)

-I

-II

(No
mask)

-I

-II

Nước trong
dầu
(ppm)

50

10

5

2-3

5

2

1

Khí (Vol%)

10

0,25

0,1

0,05

0,1

0,01

0,01

Điện
áp
đánh thủng
(kV)

30

60

70

80

70

80

90

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn của dầu sau khi lọc

8


Máy lọc dầu chân không KATO sử dụng để tinh chế dầu cách điện hoặc
thủy lực hoặc cho bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi mức độ thanh lọc cao.
Nguyên lý hoạt động: Dầu được nạp vào nhờ bơm dầu đầu vào qua van
đầu vào, sau đó đi qua bộ lọc, bộ gia nhiệt, bộ lọc thô. Bộ gia nhiệt có nhiệm vụ
làm nóng dầu, dầu được làm nóng đến nhiệt độ từ 300C đến 500C. Sau đó đi vào
buồng chân khơng. Vì dầu chưa xử lý đang trong q trình hút chân khơng trong

q trình này, áp suất tuyệt đối giảm, dẫn đến nhiệt độ sôi thấp hơn đáng kể đối
với các loại dầu chưa xử lý. Khi dầu được làm nóng đến nhiệt độ quy định thì
dầu sẽ được truyền qua màng mỏng chứa các nguyên tố khử khí. Điều này cho
phép nó tiếp xúc tối đa với chân khơng để mất nước và khử khí. Bơm chân khơng
hút ẩm và khí hịa tan dưới dạng hơi. Dầu sau khi được xử lý được bơm từ buồng
chân không qua bộ lọc tinh và đến van đầu ra.
 Sơ đồ cơng nghệ máy lọc dầu Globecore

Hình 1.10 Sơ đồ công nghệ máy lọc dầu Globecore [7]

Máy lọc dầu chân khơng Globecore có cơng suất lọc tối đa là 4000 l/giờ.
Độ ồn từ máy phát ra dưới 80 dB. Dầu sau khi lọc qua máy lọc dầu chân không
Globecore:
- Khử nước có trong dầu: Từ 100 ppm xuống 10 ppm và từ 50 ppm xuống 5
ppm sau 1 lần lọc và xuống 3 ppm sau 3 lần lọc.
- Giảm hàm lượng khí từ bão hịa hồn tồn với khơng khí (10 đến 12% thể
tích) xuống dưới 0,1 %.
9


Độ tinh lọc: 5um.
Điện áp đánh thủng: trên 70 kV.
Nguyên lý hoạt động: Máy lọc dầu hoạt động theo các chế độ sau:
Gia nhiệt cho dầu và lọc: Dầu đi vào qua hệ thống van K1, lưới lọc PF,
van K10 và được bơm vào bởi máy bơm dầu P1 rồi đi vào bộ gia nhiệt MN, bộ
lọc F1, van K2, K5 rồi đi tới hệ thống đầu ra.
Quá trình làm nóng và làm sạch dầu: Sau khi dầu được đưa vào qua hệ
thống các van sẽ đi đến bộ gia nhiệt MN. Trong bộ gia nhiệt, nhiệt độ của dầu từ
500C đến 600C và được tinh chế (làm sạch) các tạp chất cơ học. Sau đó dầu đi
qua van K3 để vào bình chân khơng. Chân khơng trong bình chứa được tạo ra bởi

bơm hút chân không VP, được duy trì bởi van K11 và được điều khiển bằng máy
đo chân khơng VM. Khơng khí được cung cấp vào trong bình chứa qua bộ lọc
ẩm FV, sự tăng lên của khơng khí mang theo khí và hơi nước từ bề mặt dầu, theo
cách này dầu được sấy khô. Dầu sau khi được xử lý trong bình chân khơng, được
đưa trở lại bằng bơm dầu P2 qua van K8, K9, bộ lọc dầu F2, van K5 và đi vào
bình chứa dầu sạch. Chân khơng trong bình chứa được tạo ra bởi bơm chân
khơng VP1 và được duy trì ở 0,8 bar trong suốt q trình hoạt động.
Hút chân khơng máy biến áp: Được thực hiện bởi bơm chân không VP.
Hút chân khơng cho máy biến áp để trong q trình hoạt động không làm cho
dầu bị ẩm và loại bỏ các cặn bẩn có trong khơng khí.
-

Hình 1.11 máy lọc dầu Globecore [1]

10


Đánh giá công nghệ hiện hữu của các loại máy lọc dầu và phương án cải
tiến:
Loại máy
phổ biến

Công nghệ hiện hữu

Máy lọc - Điều khiển bằng nút bấm và
dầu Maxei
công tắc trên tủ, giám sát qua
đồng hồ cơ đo áp suất, lưu
lượng, đèn báo.
- Hệ thống điều khiển lạc hậu,

không có màn hình HMI.
Máy lọc - Điều khiển bằng nút bấm và
dầu
công tắc trên tủ, giám sát qua
KATO
đồng hồ cơ đo áp suất, lưu
lượng, đèn báo.
- Hệ thống điều khiển lạc hậu,
khơng có màn hình HMI
Máy lọc - Điều khiển bằng nút bấm và
dầu
công tắc trên tủ, giám sát qua
Globecore
đồng hồ cơ đo áp suất, lưu
lượng, đèn báo.
- Hệ thống điều khiển lạc hậu,
khơng có màn hình HMI

Cải tiến cơng nghệ
Công nghệ điều khiển của các
loại máy lọc dầu phổ biến tại
Việt Nam của các hãng Maxei,
KATO, Globecore còn đơn giản
và lạc hậu, chưa có tính tự động
hố cao.
Áp dụng các công nghệ mới
hiện nay, học viên cải tiến hệ
thống điều khiển của máy lọc
dầu như sau:
- Thiết kế mô đun nhúng đầy đủ

chức năng điều khiển giám sát
với giá thành rẻ và nhỏ gọn.
- Thiết kế giao diện HMI trực
quan giúp người vận hành dễ
dàng thao tác và kiểm sốt
máy.
- Thiết kế chức năng truyền
thơng từ xa, người vận hành
có thể giám sát từ xa khơng
dây, đảm bảo khoảng cách an
toàn và linh hoạt.

1.3 Kết luận chương
Ở nước ta hiện nay còn nhiều máy lọc dầu vẫn còn sử dụng cơng nghệ cũ
chưa có tính tự động hóa cao, chức năng giám sát q trình lọc dầu cịn lạc hậu
và thủ công. Việc cải tiến hệ thống máy lọc dầu sử dụng mô đun điều khiển
chuyên biệt cho máy lọc dầu là cần thiết và tối ưu hóa được khả năng vận hành
của máy lọc dầu mà những công nghệ cũ chưa xử lý hoàn toàn được. Hệ thống
máy lọc dầu cần có hệ thống HMI bằng cách cài ứng dụng có thể cài đặt trên máy
tính sẽ làm tăng hiệu quả hoạt động cho máy.
Hiện tại, đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy lọc dầu
máy biến áp, đã có tác giả Trần Xuân Ngọc nghiên cứu và phát triển, với luận
văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu, cải tiến hệ thống điều khiển cho máy lọc dầu
máy biến áp lực. năm 2020. Tác gỉa đã thiết kế hệ thống điều khiển lọc dầu sử
dụng PLC S7-1200.
Tác giả Trần Xuân Ngọc sử dụng PLC S7-1200 trong hệ thống điều khiển
giúp đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động ổn định hơn, nhưng dẫn tới gia tăng
chi phí sản xuất ra bộ điều khiển. Để tặng tính cạnh tranh về mặt kinh tế, học
viên lựa chọn thiết kế mô đun nhúng nhỏ gọn để điều khiển quá trình lọc dầu,
vừa linh hoạt trong việc mở rộng vừa giảm chi phí sản xuất ra bộ điều khiển.

11


Ngoài ra, căn cứ theo nhu cầu thực tế trong công tác lọc dầu định kỳ cho
máy biến áp, thời gian lọc dầu cho máy biến áp có thể kéo dài cả ngày, việc giám
sát trực tiếp tại máy lọc dầu gặp hạn chế khi thời tiết xấu như mưa gió, giơng bão
làm phát sinh thêm nhân lực chỉ để giám sát máy hoạt động.
Học viên đã nghiên cứu và thiết kế thêm chức năng giám sát xa vào mô đun
điều khiển, giúp người vận hành có thể giám sát máy hoạt động từ trung tâm điều
khiển và các nơi khác. Việc tích hợp tính năng giám sát xa giúp tiết kiệm hơn về
nhân lực, theo đó giảm chi phí vận hành. Tăng cường mức độ an toàn và linh
hoạt khi nhiều người có thể cùng giám sát khi đang ở nhiều vị trí làm việc khác
nhau.
Với định hướng phát triển của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là
chuyển dần các trạm biến áp có người trực thành trạm biến áp không người trực;
nhiều trạm biến áp được điều khiển giám sát từ xa chỉ qua một Trung tâm điều
khiển xa. Càng khẳng định rằng, việc tích hợp chức năng điều khiển giám sát xa
cho máy lọc dầu là điều cần thiết.
Phần thiết kế mô đun điều khiển và giao diện giám sát không dây từ xa cho
máy lọc dầu sẽ được trình bày ở các chương tiếp theo của luận văn này.

12


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY LỌC DẦU
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn. Được sự giới thiệu và hướng dẫn
trực tiếp của PGS. Hoàng Sỹ Hồng, học viên đã có điều kiện tiếp cận và nghiên
cứu về loại máy lọc dầu phổ biến tại Việt Nam là MAS 4000 của hãng ARRASMAXEI. Trong luận văn này, học viên sẽ tìm hiểu lựa chọn máy lọc dầu MAS
4000 làm đối tượng nghiên cứu và thiết kế mô đun điều khiển, tích hợp chức
năng giám sát từ xa nhằm nâng cấp hoạt động cho chúng.

MAS 4000 được thiết kế để xử lý và lọc các loại dầu: dầu cách điện, dầu bôi
trơn, dầu thủy lực. Với công suất lọc lên đến 4000 lít/giờ. MAS 4000 được ứng
dụng rộng rãi trong sửa chữa, lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng các loại máy
biến áp, các loại động cơ.
Hệ thống điều khiển lọc dầu của MAS 4000 hiện đã lạc hậu, người vận hành
điều khiển bằng cách bật tắt các nút ấn trên tủ để đóng cắt các rơ le và cuộn hút.
Học viên đã tìm hiểu các thiết bị đang được lắp trong máy lọc dầu hiện hữu
và đưa ra phưng án tận dụng lại các thiết bị cũ, lắp thêm các thiết bị mới, chi tiết
được trình bày cụ thể tại “mục 2.1 Các thiêt bị đang lắp trong máy lọc dầu” và
“mục 2.2 Lựa chọn thiết bị cho bộ điều khiển” dưới đây.
2.1 Các thiêt bị chính đang lắp trong máy lọc dầu
Máy lọc dầu MAS 4000 đang được lắp các thiết bị chính gồm:
-

02 Cụm gia nhiệt (mỗi bộ 32 kW)
Bơm dầu vào (2,2 kW – 3 pha)
Bơm dầu ra (3 kW – 3 pha)
Bơm chân không 1 (2.2 kW)
Bơm chân không 2 (1,1 kW)

Sơ đồ mạch lực của máy lọc dầu thể hiện tại “Mục 1: Sơ đồ mạch lực hệ
thống điều khiển máy lọc dầu MAS 4000” - trang 60 của Phụ lục.
Bơm dầu vào, bơm dầu ra

Hình 2.1 Máy bơm dầu Speck ASK 2001 [1]

-

Tốc độ dòng tối đa là 2,5 m3/giờ.
Hiệu suất động cơ: 0,37 – 4 kW.

13