Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện: Chẩn đoán lỗi thường gặp trong máy biến áp sử dụng kỹ thuật phân tích khí hòa tan
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1021.39 KB, 44 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chẩn đốn lỗi thường gặp trong máy
biến áp sử dụng kỹ thuật phân tích khí
hịa tan
NGUYỄN THẾ LINH
Ngành Kỹ thuật điện
Chun ngành Thiết Bị Điện Điện Tử
Giảng viên hướng dẫn:
TS. Nguyễn Bích Liên
Bộ mơn:
Thiết Bị Điện Điện Tử
Viện:
Điện
HÀ NỘI, 1/2021
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Lời cảm ơn
Năm năm học ở Bách Khoa khơng phải là khoảng thời gian dài nhưng cũng
khơng q ngắn, trải qua biết bao mơn học, từ các mơn học đại cương đến các
mơn học chun ngành, mỗi mơn đều mang một ý nghĩa riêng và khơng hề dễ
dàng để vượt qua. Nhưng đến giờ phút này, em cũng đã đến được mơn học
cuối cùng, đó là Đồ án tốt nghiệp.
Từ khi đặt chân vào trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ln là một cảm giác
bất ngờ vì rất nhiều các mơn đại cương khó như Tốn cao cấp, Vật lí đại
cương... Sang đến các năm tiếp theo, tưởng chừng mọi chuyện sẽ dễ dàng
hơn, nhưng khơng, các mơn cơ sở ngành cũng là những khái niệm rất lạ lẫm.
Có nhiều lúc em đã hoang mang và lo sợ, sợ rằng mình khơng thể tiếp tục theo
đuổi được mơi trường học tập này. Nhưng bên cạnh những sự khó khăn đó là
sự giảng dạy rất tận tình của các thầy cơ, của những bàn tay đã cả đời quen
với bụi phấn. Cánh cửa thư viện ln rộng mở, chào đón sinh viên đến mượn
những quyển sách cần thiết cho mơn học. Và cũng cảm ơn đến những người
bạn chân thành, ln ln giúp đỡ mỗi khi mình gặp khó khăn, là những người
anh em cùng chiến tuyến, cùng gồng gánh nhau vượt qua những năm tháng đại
học. Tất cả đã cho em một sự động viên, nghị lực để có thể đi được đến ngày
hơm nay.
Sau những năm tháng gắn bó với trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, em xin
gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cơ Ban lãnh đạo nhà trường, các
giảng viên hết lịng tận tụy vì sinh viên, đặc biệt là TS. Nguyễn Bích Liên, cơ
đã tận tình chỉ bảo để em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp. Cảm ơn những
người bạn thân thiết, những hành lang trường đầy nắng và gió, cảm ơn Đại
học Bách Khoa Hà Nội đã tơ điểm thêm thanh xn và chặng đường học tập
của em!
Tóm tắt nội dung đồ án
Nội dung đồ án trình bày về việc chẩn đốn lỗi cho máy biến áp sử dụng kỹ
thuật phân tích khí hịa tan trong dầu máy biến áp bằng các phương pháp: khí
chính; tỷ lệ; tam giác Duval; và quan trọng nhất là phương pháp sử dụng mạng
neural network. Đồ án sẽ chỉ ra những ưu nhược điểm cũng như tính chính xác
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
của các phương pháp kể trên. Đồng thời, nắm được cách xây dựng một mạng
neural network và kết quả đầu ra của mạng trong việc chẩn đoán lỗi máy biến
áp điện lực.
Mục lục
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
DANH MỤC HÌNH VẼ
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐỐN LỖI CHO MÁY BIẾN
ÁP ĐIỆN LỰC
1.1 Giới thiệu về máy biến áp điện lực
Máy biến áp điện lực (MBA) là một thiết bị điện quan trọng trong các hệ
thống truyền tải và phân phối điện. Sự hoạt động ổn định, an tồn và hiệu quả
của thiết bị này ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của tồn bộ hệ thống. Vì
vậy để cải thiện độ tin cậy của máy biến áp và giảm chi phí cho cơng tác bảo
trì, các kỹ thuật chẩn đốn và theo dõi là rất cần thiết. Để chẩn đốn sự cố
trong máy biến áp có nhiều phương pháp khác nhau khi máy biến áp ở trạng
thái online hoặc offline. Khi máy biến áp đang ở trạng thái offline, các thử
nghiệm có thể được thực hiện như: đo điện trở cách điện, đo hệ số tổn thất
điện mơi, đo độ phân cực mặt phân cách, kiểm tra tỉ lệ số vịng dây, đo điện
trở cách điện cuộn dây… Khi máy biến áp làm việc ở trạng thái online, các
phương pháp có thể áp dụng như: phương pháp đáp ứng tần số, phân tích phổ
âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp phân tích khí hịa tan…
Trong đối tượng nghiên cứu ở đây, ta sử dụng phương pháp phân tích khi hịa
tan, là phương pháp đang dần trở nên phổ biến hiện nay bởi những ưu điểm:
Thực hiện phân tích lấy mẫu mà khơng phải ngắt nguồn điện máy biến
áp.
Việc lấy mẫu trở đơn giản cũng như chi phí tiết rẻ hơn nhờ sự phát
triển của khoa họccơng nghệ.
Cảnh báo trước về sự xuất hiện các lỗi tiềm ẩn.
Dễ dàng lập kế hoạch cho các phương án ngăn ngừa lỗi.
1.2 Tổng quan về chẩn đốn lỗi cho máy biến áp điện lực
Mục đích chẩn đốn lỗi của hệ thống là để phát hiện, cách ly nhận dạng các
ngun nhân gây nên sự vận hành bất thường của hệ thống đó mà đối tượng
cụ thể ở đây là dựa theo kết quả phân tích khí hịa tan để chẩn đốn tình trạng
của máy biến áp.
Các lỗi tiềm ẩn của máy biến áp có thể phân thành các dạng chính sau: hồ
quang điện, vầng quang điện, q nhiệt của giấy cách điện (cellulose), q
nhiệt của dầu.
6
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Các loại sự cố máy biến áp: Hồ quang điện, vầng quang điện, quá
nhiệt cách điện chất rắn, quá nhiệt cách điện lỏng.
Các nguyên nhân gây ra sự cố trong máy biến áp: Một loại hư hỏng
xảy ra do nhiều nguyên nhân, cũng như việc các nguyên nhân có thể
gây ra một vài lỗi.
Bảng 1. Sự tương quan giữa các lỗi trong MBA và các nguyên nhân
Hư hỏng
Nguyên nhân
Hồ
Quang
Vầng
Quang
Ngắn mạch các vòng
dây
x
Quá
nhiệt
giấy
x
Hở mạch cuộn dây
x
x
Xê dịch hoặc biến dạng
cuộn dây
x
x
Xê dịch hoặc biến dạng
các thanh dẫn
x
x
x
Lỏng các đầu nối tại
đầu sứ, dây dẫn, quấn
dây
x
x
Nước tự do hoặc độ ẩm
quá mức trong dầu
x
x
Các hạt kim loại
x
x
Lỏng mối nối các tấm
chắn vầng quang
x
Lỏng vòng siết, dây nối
đất
x
Sự cố đánh thủng
x
Quá tải
x
x
7
Quá nhiệt
dầu
x
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Hư hỏng bu lông cách
điện
x
Rỉ sét hoặc hư hỏng
khác trên lõi
x
Hư hỏng đai bó quanh
vỏ máy
x
Bảng phân loại này chỉ mang tính tương đối mang tính tham khảo, dựa trên
một số tiêu chuẩn cụ thể. Theo bảng thì một loại lỗi có thể do nhiều ngun
nhân gây ra, điều này làm cho việc phân vùng lỗi trở nên khó khăn. Do đó, khi
vận hành thực tế, việc chẩn đốn lỗi chỉ mang tính xác định lỗi tiềm ẩn ban
đầu chứ chưa phải đưa ra kết luận cuối cùng. Các kiểm tra khác và thậm chí
việc mở MBA có thể là cần thiết để khoanh vùng lỗi cùng như tìm ra ngun
nhân chính xác hơn.
1.3 Các phương pháp chẩn đốn lỗi tiềm ẩn cho máy biến áp
1.3.1 Kiểm tra cách điện
Cách điện của các máy biến áp điện lực bao gồm cách điện rắn và dầu. Nước
có thể gây hư hại hệ thống cách điện này. Nó làm giảm độ bền điện mơi, có
thể đo được trong dầu cách điện. Hiệu ứng hình thành bọt khí cũng có thể xảy
ra, làm tăng cường độ điện trường tại bề mặt của bọt hơi nước và có thể dẫn
đến phóng điện cục bộ. Hơn nữa, nước gây ra sự thủy phân trong cách điện
cellulose (thường là giấy, tấm bìa ép). Đây là một q trình hóa học làm hư
hỏng cellulose. Cùng với khí oxy, nó có thể tạo thêm nước, gây ra hiệu ứng
bóng tuyết và làm gia tăng q trình lão hóa của cách điện rắn. Trong phần lớn
trường hợp, sự già cỗi và hàm lượng nước trong cách điện rắn có liên hệ với
nhau, do đó hàm lượng nước có thể được sử dụng như một chỉ số cho sự lão
hóa của cellulose.
Tuy nhiên, nếu sự suy giảm độ bền điện mơi giảm mạnh, dầu có thể được
thay thế, đó là một nỗ lực để phục hồi cách điện rắn. Do đó, xác định hàm
lượng nước là rất quan trọng để đánh giá tình trạng cách điện.
1.3.2 Phóng điện cục bộ
Phóng điện cục bộ (Partial Discharge – PD) là các phóng điện tập trung làm
cầu nối từng phần trong cách điện cao áp. Đo PD là một cơng cụ được chấp
8
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
nhận trên thế giới để kiểm sốt chất lượng của hệ thống cách điện cao áp.
Phóng điện cục bộ thường xuất hiện trước một phá hủy hoàn toàn trong
trường khơng đồng nhất, do đó có thể phát hiện các lỗi liên quan đến các điểm
yếu cục bộ trước khi sự cố xảy ra. Các nhà sản xuất được khuyến cáo nên
thực hiện đo PD để đảm bảo chất lượng tn theo một số tiêu chuẩn như IEC
60076. Do đó, có thể khuyến cáo thực hiện thí nghiệm PD trong q trình thiết
kế từng bộ phận riêng lẻ trên các bộ phận của máy biến áp khi sản xuất và
sau đó trên tồn bộ máy biến áp.
Một phép đo PD có thể phát hiện các khiếm khuyết trong cách điện (ví dụ các
vết nứt, các tạp chất) gây ra bởi q trình sản xuất khơng hồn thiện hoặc áp
lực tăng cao trong cách điện do thiết kế kém. Loại phóng điện cục bộ cũng
như vị trí của chúng có thể đưa lại thơng tin quan trọng về hư hỏng.
1.3.3 Phân tích khí hịa tan (DGA)
Các MBA cho phép truyền tải năng lượng điện hiệu quả ở điện áp cao và sử
dụng điện ở mức điện áp thấp một cách thuận tiện. MBA được sử dụng kể từ
những ngày đầu sản xuất và truyền tải điện năng và ngày nay đã trở nên phổ
biến trên tồn thế giới ước tính có khoảng hơn 2,000,000 MBA lớn trên tồn
thế giới (>100kVA). Mặc dù hàng nghìn MBA mới đang được sản xuất mỗi
năm, phần lớn các MBA trên tồn cầu đã đi vào hoạt động và một tỷ lệ đáng
kể trong đó đã và đang tiếp cận, thậm chí vượt xa so với tuổi thọ thiết kế của
chúng. Hầu như tất cả các MBA lớn, dù cũ hay mới đều có lõi và các cuộn dây
ngâm trong dầu cùng với các kết nối điện đầu vào và đầu ra. Các cuộn dây
MBA sẽ được cách điện bởi nhiều lớp giấy dày bọc xung quanh từng phần
của mỗi cuộn dây. Dầu hoạt động với vai trị tản nhiệt và cách điện trung
bình.
Khi dầu hoặc giấy cách điện bị q tải, chẳng hạn như trong điều kiện nhiệt
độ cao kết hợp với lượng tải lớn hoặc trong điều kiện lỗi hoặc thậm chí trong
điều kiện hoạt động bình thường, nó sẽ bị phá vỡ và tạo ra một loạt các sản
phẩm phụ và các khí đơn giản. Các khí này ngay lập tức hịa tan vào trong dầu
và sẽ ở trong dầu mãi (nếu như khơng thể thốt ra khỏi thiết bị thơng qua
breather của máy).
Các khí có liên quan đến các lỗi cụ thể là khí H2, CO2, CO, C2H6, CH4, C2H4 và
C2H2.
Phân tích khí hịa tan (Dissolved Gas Analysis DGA) từ lâu đã được cơng
nhận là kỹ thuật mạnh nhất trong việc phát hiện dự đốn lỗi MBA. Nó đã đi
đầu trong các chiến lược tiến bộ cho các tiện ích giám sát trong vịng bốn thập
9
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
kỷ qua. Điều này đã được chứng minh qua rất nhiều ấn phẩm phát hành và rất
nhiều tiêu chuẩn quốc gia cũng như quốc tế liên quan đến cách thức tiến hành
DGA và cách thức mà các kết quả được phân tích. Đối mặt với các thế hệ
MBA đã cũ cộng với áp lực giảm thiểu vốn và chi phí hoạt động, DGA đã trở
nên càng quan trọng hơn cho các đơn vị quản lý và vận hành các trạm biến áp
trên tồn quốc.
CHƯƠNG 2.
CHẨN ĐỐN LỖI TRONG MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN
LỰC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ HỊA TAN
2.1 Giới thiệu về khí hịa tan trong dầu máy biến áp
Qua thực tiễn đã chứng minh, việc phân tích khí hịa tan trong dầu là phương
pháp chẩn đốn phát hiện các hư hại ban đầu trong các thiết bị điện chính xác,
hiệu quả và kinh tế nhất. Theo dõi thường xun để chẩn đốn kịp thời các hư
hỏng tiềm ẩn trong q trình vận hành, sẽ giúp việc quản lí, vận hành lưới
điện một cách hồn hảo.
Dây quấn của máy biến áp bao gồm lớp cách điện bằng giấy được ngâm trong
dầu cách điện, do đó cách điện giấy và dầu cách điện được xem như là đối
tượng chính dùng cho việc phát hiện các sự cố tiến triển nhanh, các sự cố ban
đầu và xu hướng cách điện ứng với điều kiện thể trạng của máy biến áp khi
đang vận hành. Do các lỗi nhiệt và điện, sự phân ly của giấy và dầu dẫn tới
10
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
các lỗi nghiêm trọng. Một số khí thốt ra do q trình phân ly làm giảm cường
độ cách điện và khả năng giảm nhiệt của dầu máy biến áp. Ethane (C 2H6),
methane (CH4), hydrogen (H2), acetylene (C2H2) và ethylene (C2H4) là các khí
tạo ra do phân ly của dầu. Carbon dioxide (CO 2) và carbon monoxide (CO)
được tạo ra do phân ly của giấy.
Các lỗi của Máy Biến Áp có thể chia thành 2 nhóm:
Nhóm các lỗi nhiệt: Lỗi dầu (C2H4, C2H6), Lỗi giấy (CO, CO2).
Nhóm các lỗi điện: Phóng điện cục bộ (H2, CH4), Hồ quang (C2H2)
Ngoại trừ khí CO và CO2 thì các chất khí cịn lại được sinh ra do sự phân ly
của dầu. Tỷ lệ CO/CO2 có thể sử dụng để đánh giá sự xuống cấp của giấy
cách điện (theo IEC 599).
2.2 Các phương pháp phân tích khí hịa tan để chẩn đốn lỗi tiềm ẩn
trong máy biến áp
Ta sẽ trình bày một số phương pháp cơ bản sử dụng khí hịa tan trên cơ sở
chẩn đốn lỗi tiềm ẩn của máy biến áp bao gồm phương pháp khí chính, các
phương pháp tỷ lệ và phương pháp tam giác Duval.
2.2.1 Phương pháp khí chính (KGM)
Đây là phương pháp sử dụng nồng độ riêng biệt của 6 chất khí bao gồm CO,
H2, CH4, C2H2, C2H4 và C2H6. Phương pháp này đánh giá 4 lỗi cơ bản: Q
nhiệt dầu (Overheated oil), Q nhiệt giấy (Overheated cellulose), Phóng điện
cục bộ trong dầu (Partial discharge in oil), Hồ quang trong dầu (Arcing in oil).
Tỷ lệ phần trăm này được xác định dựa trên kinh nghiệm thực tế.
Bảng 2. Các tiêu chuẩn chẩn đốn của phương pháp khí chính
Lỗi
Khí chính
Nội dung
Tỷ lệ phần
trăm của khí
Hồ quang
Acetylen
(C2H2)
Bao gồm 1 lượng
lớn H2 và C2H2,
ngồi ra thì có thể
bao gồm một
lượng nhỏ CH4 và
C 2 H4
H2: 60%
Phóng điện cục bộ
Hydrogen Bao gồm lượng
(H2)
lớn H2, một lượng
CH4, một lượng
11
C2H2: 30%
H2: 85%
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Q nhiệt dầu
Q nhiệt giấy
nhỏ C2H4 và C2H6
CH4: 13%
Ethylene
(C2H4)
Bao gồm lượng
lớn C2H4, một
lượng C2H6, ngồi
ra có thể có H2 và
CH4
C2H4: 63%
Carbon
Monixide
(CO)
Bao gồm lượng
lớn các khí CO và
CO2
CO: 92%
C2H6: 20%
Thành phần phần trăm chi tiết của các chất khí khác được mơ tả trực quan qua
biểu đồ hình 2.1.
Hình 2. Biểu đồ phương pháp khí chính
Phương pháp này đơn giản tuy nhiên lại khơng được áp dụng rộng rãi trong
thực tế như các phương pháp khác. Các nghiên cứu dựa trên ngân hàng dữ liệu
IEC của máy biến áp được điều tra chỉ ra rằng chỉ 42% của các chẩn đốn ứng
dụng phương pháp này là chính xác (theo tài liệu số [3]).
2.2.2 Phương pháp tỷ lệ
Các phương pháp tỷ lệ sử dụng khí hịa tan là cơ sở để chẩn đốn các lỗi. Các
tỷ lệ được sử dụng được ký hiệu như trong bảng 2.2.
12
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Bảng 2. Định nghĩa các tỷ lệ của các phương pháp tỷ lệ
Tỉ số
CH4/H2
Ký hiệu
X1
C2H2/C2H4 C2H2/CH4 C2H6/C2H2 C2H4/C2H6
X2
X3
X4
X5
Phương pháp tỷ lệ Doernenburg (DRM)
Đây là phương pháp được nghiên cứu và phát triển bởi Doernenburg vào năm
1970. Phương pháp này sử dụng việc đánh giá 4 hệ số tỷ lệ của các chất khí
để xác định các lỗi bao gồm lỗi nhiệt, lỗi phóng điện cục bộ và lỗi hồ quang.
Bảng 2. Phương pháp hệ số tỷ lệ Doernenburg
Lỗi
X1
X2
X3
X4
Lỗi nhiệt
>0,1
<0,75
<0,3
>0,4
Phóng điện
cục bộ
<0,1
Khơng xác
định
<0,3
>0,4
>0,1 hoặc <
0,1
>0,75
>0,3
<0,4
Hồ quang
Ngồi ra, ta cần kiểm tra các giá trị giới hạn của chất khí theo tiêu chuẩn L1.
Tiêu chuẩn này thiết lập lên ngưỡng tới hạn cho các chất khí. Để phương
pháp này có thể áp dụng thì ít nhất một chất khí cho mỗi một hệ số tỷ lệ phải
vượt q chuẩn L1 tương ứng. Các giá trị L1 được ghi lại theo bảng 2.4.
Bảng 2. Nồng độ khí hịa tan cho phương pháp tỷ lệ Doernenburg
Khí
H2
CH4
CO
Giới hạn
L1
100
120
350
13
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
C2H2
C2H4
C2H6
35
50
65
Phương pháp tỷ lệ Rougers (RRM)
Phương pháp này tương tự như phương pháp tỷ lệ Doernenburg được đề xuất
vào năm 1973, cải tiến vào các năm 1975 và 1977. Tuy nhiên, trái với phương
pháp tỷ lệ Doernenburg địi hỏi nồng độ đáng kể của các khí lỗi, phương pháp
này có thể được sử dụng với các nồng độ vượt q các giá trị L1 trong bảng
2.4.
Ban đầu, phương pháp tỷ lệ Rougers sử dụng ba tỷ lệ nồng độ, cụ thể
C2H2/C2H4, CH4/H2 và C2H4/C2H6 dẫn tới có 12 chẩn đốn được đề xuất. Sau
đó 12 chẩn đốn gốc được thay thế bởi 6 chẩn đốn kể cả trạng thái bình
thường như bảng 2.5. Tuy nhiên, tỷ lệ thành cơng cho việc nhận dạng lỗi
chính xác theo phương pháp này chỉ đạt được 58.9% (theo tài liệu số [3]).
Bảng 2. Phương pháp tỷ lệ Rougers
Kiểu lỗi
Biến chất thơng
thường
Phóng điện từng phần
Hồ quang
Lỗi q nhiệt yếu
Lỗi nhiệt <700oC
Lỗi nhiệt >700oC
X2
<0,1
X1
0,11
X5
<1
<0,1
0,13
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
0,11
0,11
>1
>1
<1
>3
13
13
>3
Phương pháp tỷ lệ IEC (IRM)
14
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Phương pháp này sử dụng chung ba tỷ lệ như phương pháp tỷ lệ Rougers sửa
đổi nhưng đưa ra đề xuất khác về dải tỷ lệ và các giải thích như bảng 2.6.
Bảng 2. Phương pháp tỷ lệ IEC
Kí
Tên lỗi
hiệ
u
PD Phóng điện cục bộ
D1
D2
T1
T2
T3
Phóng điện năng lượng
thấp
Phóng điện năng lương
cao
Lỗi nhiệt <300oC
Lỗi nhiệt trong khoảng
từ 300oC đến 700oC
Lỗi nhiệt >700oC
X2
X1
X5
Khơng
xác định
>1
<0,1
<0,2
0,10,5
>1
0,62,5
0,11
>2
Khơng
xác định
<1
>1
<1
>1
14
<0,2
>1
>4
2.2.3 Phương pháp Tam giác Duval (DTM)
Phương pháp Tam giá Duval được phát minh bởi nhà khoa học Michel Duval.
Phương pháp này được phát triển từ một phương pháp tỷ lệ IEC 60599 hiện
tại và cơ sở dữ liệu IEC TC10. Nó giải thích dữ liệu phân tích khí hịa tan dưới
dạng đồ họa sử dụng các nồng độ phần trăm của CH4, C2H2 và C2H4 được vẽ
ra dọc theo ba cạnh của một tam giác như hình 2.2.
15
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Hình 2. Tam giác phân Duval
Bên trong tam giác có bảy vùng lỗi bao gồm:
PD: Phóng điện cục bộ
D1: Phóng điện năng lượng thấp
D2: Phóng điện năng lượng cao
T1: Các lỗi nhiệt T < 300oC
T2: Các lỗi nhiệt 300 oC < T < 700 oC
T3: Các lỗi nhiệt T > 700 oC
DT: Các sự cố xếp chồng về điện và nhiệt
Để sử dụng phương pháp ta cần xác định được phần trăm của các chất khí.
CH4(%) (1); C2H2(%) (2)
C2H4(%) (3)
16
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Trong đó: a = CH4 (ppm), b = C2H2 (ppm), c = C2H4 (ppm)
Sau khi đã có các thơng số trên vẽ đường thẳng của đại lượng CH 4(%) song
song với cạnh C2H2, đường thẳng của đại lượng C2H4(%) song song với cạnh
CH4 và đường thẳng của đại lượng C2H2(%) song song với cạnh C2H4. Giao
điểm của 3 đường thằng chính là lỗi thu được.
Ví dụ ta có bảng thơng số DGA đo được.
Bảng 2. Thơng số các khí
Khí
CH4
C2H2
DGA
192
7
Ta xác định được phần trăm mỗi khí:
C 2 H4
170
Tổng
369
CH4(%) = 52%
C2H2(%) = 2%
C2H4(%) = 46%
Sau khi xác định giao của 3 đường thẳng của các đại lượng ta thu được kết
quả.
Hình 2. Xác định điểm lỗi trên tam giác Duval
Do điểm thu được nằm trong miền của lỗi T2 nên lỗi thu được chính là sự cố
nhiệt trong khoảng từ 300700oC.
17
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
2.2.4 So sánh các phương pháp
Ta có bảng tổng hợp và so sánh các phương pháp chẩn đốn lỗi sử dụng
nguồn dữ liệu phân tích là khí hịa tan (theo tài liệu số [3]).
Bảng 2. Bảng so sánh 5 phương pháp phân tích DGA
Kiểu
KGM
DRM
RRM
IRM
DTM
Phương pháp
Sử dụng nồng độ khí ga
riêng biệt, dễ thực hiện
nhưng độ tin cậy chưa
cao
Sử dụng 4 tỷ lệ của các
chất
khí(CH4/H2,C2H2/C2H4,
C2H2/CH4,C2H6/C2H2)
để xác định 3 loại lỗi
dựa trên các giới hạn tỷ
lệ đã xác định
Sử dụng 3 tỷ lệ của các
chất
khí(CH4/H2,C2H2/C2H4,
C2H4/C2H6) để xác định
5 loại lỗi, dựa trên các
giới hạn tỷ lệ đã xác
định
Tượng tự như phương
pháp IRM tuy nhiên có
một số thay đổi ở các
tỷ lệ, để xác định 6 loại
lỗi
Sử dụng tam giác kinh
nghiệm để xác định 7
lỗi, tuy nhiên thì khơng
thể xác định trường hợp
khơng xảy ra lỗi
Kiểu lỗi
Khí phân tích
Hồ quang, Phóng điện CO,CO2,H2,CH4,
cục bộ, quá nhiệt dầu, C2H4,C2H2 và C2H6
quá nhiệt cellulolse
Phóng điện cục bộ, hồ H2,CH4,C2H4,
quang, lỗi nhiệt
C2H2 và C2H6
Phóng điện cục bộ, hồ H2,CH4,C2H4,
quang, lỗi quá nhiệt yếu, C2H2 và C2H6
lỗi nhiệt <700oC, lỗi
nhiệt >700oC
Phóng điện cục bộ, H2,CH4,C2H4,
phóng điện năng lượng C2H2 và C2H6
thấp, phóng điện năng
lượng cao, các lỗi nhiệt
T < 300oC, các lỗi nhiệt
300 oC < T < 700 oC, các
lỗi nhiệt T > 700 oC
Phóng điện cục bộ, CH4, C2H4 và C2H2
phóng điện năng lượng
thấp, phóng điện năng
lượng cao, các lỗi nhiệt
T < 300oC, các lỗi nhiệt
300 oC < T < 700 oC, các
lỗi nhiệt T > 700 oC và
các sự cố xếp chồng về
nhiệt và điện
18
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Để so sánh tính hiệu quả và thống nhất của phương pháp, ta thực hiện kiểm
tra lỗi sử dụng tất cả phương pháp đối với hai mẫu khí hịa tan của hai máy
biến áp trên thực tế. Kết hợp với các thử nghiệm khác, hai mẫu khí này đã
được xác định tương ứng với tình trạng lỗi xảy ra trong máy biến áp là máy có
phóng điện cục bộ và máy có hiện tượng chớp tia lửa điện.
Bảng 2. Bảng thơng số các khí của MBA khi mắc lỗi phóng điện cục bộ (Mẫu số 1)
Khí
CH4
C 2 H2
C 2 H4
C 2 H6
CO
H2
Tổng
DGA
123
0
0
7
727
1312
2169
Bảng 2. Bảng thơng số các khí của MBA khi trong máy có hiện tượng tia lửa điện
(Mẫu số 2)
Khí
CH4
C 2 H2
C2H4
C2H6
CO
H2
Tổng
DGA
70
1
22
112
231
10
446
Từ bảng 2.9 và 2.10 ta sẽ kiểm tra lỗi theo từng phương pháp để kiểm tra độ
chính xác và trùng khớp giữa các phương pháp.
Ta xác định được phần trăm mỗi khí dựa vào bảng 2.9 và 2.10:
Bảng 2. Bảng phần trăm các khí
Khí
CH4(%) C2H2(%) C2H4(%) C2H6(%) CO(%) H2(%)
Mẫu số 1 5.67
(phóng điện
cục bộ)
0
0
0.32
33.52
60.49
Mẫu số 2 15.7
(hiện tượng
chớp tia lửa
điện)
0.22
4.94
25.1
51.8
2.24
Phương pháp khí chính (KGM)
19
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Mẫu số (1) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.11 kết hợp với bảng
2.1 thì với phương pháp khí chính này ta có thể kết luận lỗi trong trường hợp
này là phóng điện cục bộ và với phần trăm khí CO (%) = 33.52% thì ta có thể
kết luận lỗi trong trường hợp này là q nhiệt giấy cách điện.
Mẫu số (2) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.11 kết hợp với bảng
2.1 thì với tỷ lệ khí CH4 (%) = 15.7%, C2H4 (%) =4.94%, C2H6 (%) = 25.1% thì
ta có thể xác định được máy đang có lỗi q nhiệt tuy nhiên ta khơng thể xác
định được chính xác lỗi nhiệt này tương ứng với nhiệt độ bao nhiêu oC và với
phần trăm khí CO (%) = 51.8% thì ta có thể kết luận lỗi trong trường hợp này
là q nhiệt giấy cách điện.
Phương pháp tỷ lệ Doernenburg (DRM)
Ta có bảng tỷ lệ :
Bảng 2. Tỷ lệ các khí
Tỉ số
CH4/H2
C2H2/C2
H4
C2H2/CH4
C2H6/C2H2
C2H4/C2H6
Mẫu số 1 0.094
(phóng
điện cục
bộ)
Khơng
xác định
0
Khơng xác 0
định
Mẫu số 2 7
(hiện
tượng
chớp tia
lửa điện)
0.045
0.014
112
0.1
Mẫu số (1) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.3 thì với phương pháp tỷ lệ Doernenburg ta khơng thể kết luận được lỗi
trong trường hợp này.
Mẫu số (2) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.3 thì với phương pháp tỷ lệ Doernenburg ta có thể kết luận rằng máy biến
áp đã mắc lỗi nhiệt.
Phương pháp tỷ lệ Rougers (RRM)
20
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Mẫu số (1) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.5 thì với phương pháp tỷ lệ Rougers ta khơng thể kết luận được lỗi trong
trường hợp này.
Mẫu số (2) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.5 thì với phương pháp tỷ lệ Rougers ta khơng thể kết luận được lỗi trong
trường hợp này.
Phương pháp tỷ lệ IEC (IRM)
Mẫu số (1) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.6 thì với phương pháp tỷ lệ IEC ta có thể kết luận rằng máy biến áp đã mắc
lỗi phóng điện cục bộ.
Mẫu số (2) Dựa trên các phần trăm khí đã tính ở bảng 2.12 kết hợp với bảng
2.6 thì với phương pháp tỷ lệ IEC ta khơng thể kết luận được lỗi trong trường
hợp này.
Phương pháp tam giác Duval (DTM)
Ta có phần trăm các khí như sau:
Bảng 2. Bảng phần trăm ba khí
Khí
CH4(%)
C2H2(%)
C2H4(%)
Mẫu số 1 (phóng 100
điện cục bộ)
0
0
Mẫu số 2 (hiện 75.27
tượng chớp tia
lửa điện)
1.08
23.65
Sau khi xác định giao của 3 đường thẳng của các đại lương ta thu được kết
quả.
21
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Hình 2. Xác định điểm lỗi trên tam giác Duval
Mẫu số (1) Theo hình 2.4, ta thấy điểm lỗi nằm trên miền lỗi PD nên lỗi thu
được chính là Phóng điện cục bộ.
Mẫu số (2) Theo hình 2.4, ta xác định giao điểm của các đường thẳng của các
đại lượng và nhận thấy nó nằm trong vùng lỗi của T2 nên ta kết luận lỗi thu
được là sự cố nhiệt 300oC
cùng một mẫu khí thực tế đã biết và đã được xác định lỗi cho máy biến áp thì
đối với mỗi phương pháp lại cho ra một kết quả khác nhau. Do đó, ta có thể
nhận thấy được độ chính xác và tính thống nhất của các phương pháp nói trên
là chưa cao. Chính vì vậy mà ta cần một phương pháp tối ưu hơn, độ tin cậy
cao hơn và phương pháp đó sẽ được trình bày ở chương 3.
22
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
CHƯƠNG 3.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NEURAL NETWORK
Nhận thấy sự khơng thống nhất cũng như độ chính xác chưa cao của các
phương pháp đã trình bày ở trên nên ở chương này, chúng ta sẽ đi tìm hiểu một
phương pháp khác đó là chẩn đốn lỗi MBA bằng mạng neural network. Một
phương pháp được rất nhiều chun gia sử dụng với mức độ chính xác rất
cao.
3.1 Giới thiệu về mạng Neural Network
Mạng Neural Network được lấy cảm hứng từ nơron thần kinh sinh học, trong
đó dữ liệu từ nhiều dây thần kinh đầu vào đi về một nhân tế bào. Nhân tế bào
tổng hợp thơng tin và đưa ra quyết định ở tín hiệu đầu ra. Trong mạng neural
network nhân tạo thì dữ liệu đầu vào sẽ qua hàm tính tổng và hàm kích hoạt có
chức năng tương tự nhân tế bào. Tên gọi mạng neural network nhân tạo bắt
nguồn từ đây.
Hình 3. Cấu trúc mạng Neural Network
3.2 Cấu trúc mạng neural network
3.2.1 Lớp
Ngồi lớp đầu vào và lớp đầu ra thì mạng neural network đa lớp có thể có rất
nhiều lớp ẩn (hidden layer). Các lớp ẩn từ đầu vào tới đầu ra được đánh số
thứ tự từ một. Hình 3.1 là một ví dụ điển hình của mạng neural network nhiều
lớp.
23
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
Số lượng lớp trong mạng neural network nhiều lớp được kí hiệu là L, được
tính bằng tổng số lớp ẩn cộng với một. Khi đếm số lớp ẩn của mạng neural
network nhiều lớp thì lớp đầu vào và lớp đầu ra khơng được tính.
3.2.2 Nút
Quan sát Hình 3.2, mỗi điểm hình trịn trong một tầng được gọi là một nút
(node hoặc unit). Đầu vào của tầng ẩn thứ l được ký hiệu bởi z(l) , đầu ra tại
mỗi tầng thường được ký hiệu là a(l) (thể hiện activation, tức giá trị tại các nút
sau khi áp dụng hàm kích hoạt lên đầu vào z(l) ). Đầu ra của nút thứ i trong
tầng thứ l được ký hiệu là ai(l) . Giả sử thêm rằng số nút trong tầng thứ l
(khơng tính hệ số điều chỉnh) là d(l) . Vector biểu diễn đầu ra của tầng thứ l là
a(l) ∈ .
Hình 3. Cấu trúc mạng Neural Network
3.2.3 Trọng số và hệ số điều chỉnh
Có L ma trận trọng số cho một mạng neural network có L tầng. Các ma trận
này được ký hiệu là ,l = 1, 2, ..., L trong đó W (l) thể hiện các kết nối từ tầng
thứ l −1 tới tầng thứ l (nếu ta coi tầng đầu vào là tầng thứ 0). Cụ thể hơn,
phần tử thể hiện kết nối từ nút thứ i của tầng thứ (l − 1) tới nút từ j của tầng
thứ (l). Các hệ số điều chỉnh của tầng thứ (l) được ký hiệu là . Các trọng số
này được ký hiệu trên Hình 5.2. Khi tối ưu một mạng đa tầng cho một cơng
việc nào đó, chúng ta cần đi tìm các trọng số và hệ số điều chỉnh này. Tập hợp
các trọng số và hệ số điều chỉnh lần lượt được ký hiệu là W và b.
24
Nguyễn Thế Linh – 20152204 – Lớp Điện 1
K60
3.2.4 Hàm kích hoạt
Mỗi đầu ra tại một tầng, trừ tầng đầu vào, được tính theo cơng thức:
(31)
Trong đó ) là một hàm kích hoạt phi tuyến. Nếu hàm kích hoạt tại một tầng là
một hàm tuyến tính, tầng này và tầng tiếp theo có thể rút gọn thành một tầng
vì hợp của các hàm tuyến tính là một hàm tuyến tính. Hàm kích hoạt thường là
một hàm số áp dụng lên từng phần tử của ma trận hoặc vector đầu vào. Dưới
đây là một số hàm cơ bản (theo tài liệu số [4]).
Sigmoid và tanh:
( a) (b)
Hình 3. Ví dụ về đồ thị của hàm (a) sigmoid và hàm (b)tanh
Hàm sigmoid có dạng: sigmoid(z) = với đồ thị như trong Hình 3.3a. Nếu đầu
vào lớn, hàm số sẽ cho đầu ra gần với một. Với đầu vào nhỏ (rất âm), hàm số
sẽ cho đầu ra gần với khơng. Trước đây, hàm kích hoạt này được sử dụng
nhiều vì có đạo hàm rất đẹp. Những năm gần đây, hàm số này ít khi được sử
dụng. Một hàm tương tự thường được sử dụng và mang lại hiệu quả tốt hơn
là hàm tanh với:
(32)
Hàm số này có tính chất đầu ra chạy từ 1 đến 1, khiến cho nó có tính chất tâm
khơng (zerocentered) thay vì chỉ dương như hàm sigmoid. Gần đây, hàm
sigmoid chỉ được sử dụng ở tầng đầu ra khi đầu ra là các giá trị nhị phân hoặc
biểu diễn các xác suất. Một nhược điểm dễ nhận thấy là khi đầu vào có trị
tuyệt đối lớn, đạo hàm của cả sigmoid và tanh rất gần với khơng. Điều này
đồng nghĩa với việc các hệ số tương ứng với nút đang xét sẽ gần như khơng
được cập nhật khi sử dụng cơng thức cập nhật gradient desent. Thêm nữa, khi
25
