Để nâng cao độ chính xác của việc phân tích khí hòa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu chuẩn IEC 60599

NGUYỄN THANH THẢO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

NGUYỄN THANH THẢO

ĐỀ TÀI:

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH
XÁC CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KHÍ HỊA TAN TRONG
DẦU MÁY BIẾN ÁP LỰC THEO TIÊU CHUẨN IEC60599

C
C

R
L

T

U
D

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

TĐH.K37

Đà Nẵng – Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-----------------------------------

NGUYỄN THANH THẢO

ĐỀ TÀI:

C
C

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC
CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KHÍ HỊA TAN TRONG DẦU MÁY
BIẾN ÁP LỰC THEO TIÊU CHUẨN IEC-60599

R
L

T

U
D

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Kim Ánh

Đà Nẵng - Năm 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đề tài Ứng dụng logic mờ để nâng cao độ chính xác của việc
phân tích khí hịa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu chuẩn IEC-60599
là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Gia Lai, ngày 30 tháng 11 năm 2020.

Nguyễn Thanh Thảo

C
C

R
L

U
D

T

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3 Mục đích nghiên cứu
1.4 Phương pháp nghiên cứu
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
CHƯƠNG 2 – KHẢO SÁT LỖI CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC
2.1 Giới thiệu
2.2 Cơ sở kỹ thuật
2.2.1 Cấu tạo MBA
2.2.2 Các thông số kỹ thuật
2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA
2.3 Khảo sát lỗi cho MBA lực
2.3.1 Gông từ
2.3.2 Cuộn dây
2.3.3 Vỏ máy
2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn
2.3.5 Sứ cách điện
2.3.6 Bộ chỉnh nấc áp phân áp
2.4 Kết luận
CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA
VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH KHÍ HỒ TAN
TRONG MẪU DẦU
3.1 Giới thiệu
3.2 Tổng quan về dầu MBA
3.3 Đặc tính lý hóa và q trình phân hủy khi hoạt động của MBA dưới
tác dụng của nhiệt và điện
3.4 Mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phân tích được
3.5 Sự ra đời của phương pháp DGA và quy tắc chẩn đoán lỗi MBA theo

IEC
3.6 Kết luận
CHƯƠNG 4 – LÝ THUYẾT LOGIC MỜ
4.1 Cơ sở lý thuyết logic mờ
4.2 Định nghĩa tập mờ
4.3 Một vài dạng hàm liên thuộc thường được sử dụng
4.4 Mơ hình mờ cho đối tượng, mơ hình Mamdani và mơ hình Sugeno
CHƯƠNG 5 - ỨNG DỤNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LOGIC MỜ
CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN
ÁP LỰC
5.1 Nền tản của tiêu chuẩn IEC 60599
5.2. Xây dựng logic mờ dựa trên nền tảng tiêu chuẩn IEC 60599
5.2.1 Giới thiệu logic thông minh và ưu điểm của logic mờ

C
C

R
L

U
D

T

1
1
1
1
2

2
3
3
3
3
4
5
8
9
10
10
11
13
15
16
17

17
18
21
22
24
26
27
27
27
28
29
43

43
45
45


5.2.2 Chọn mơ hình mờ
5.2.3 Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào và đầu ra
5.2.4 Các qui tắc mờ
5.3 Ứng dụng công cụ Matlab để xây dựng chương trình chẩn đốn
5.4 Kết quả chẩn đốn
KẾT LUẬN
KIẾN NGHỊ
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

C
C

R
L

U
D

T

46
46
49
50

54
60
61
62
64


ỨNG DỤNG LOGIC MỜ
ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA VIỆC PHÂN TÍCH KHÍ HỊA TAN
TRONG DẦU MÁY BIẾN ÁP LỰC THEO TIÊU CHUẨN IEC-60599

Học viên: Nguyễn Thanh Thảo; Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa
Mã số: 8520216, Khóa: K37.TĐH.KT- Trường Đại học Bách khoa- ĐHĐN.
Tóm tắt:
Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống
truyền dẫn và phân phối điện năng. Đối với phụ tải công nghiệp, máy biến áp
nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy
của toàn bộ hệ thống cung cấp điện. Khi hoạt động với các môi trường vận hành
khác nhau, đặc tính phụ tải và chế độ bảo dưỡng khác nhau sẽ dẫn đến những cơ
chế suy thoái và hỏng hóc của máy cũng sẽ khác nhau. Do đó chúng phải được
giám sát, kiểm sốt, chẩn đốn lỗi và đề xuất các giải pháp phòng ngừa cần
thiết.

C
C

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Ứng dụng logic mờ để nâng cao độ
chính xác của việc phân tích khí hòa tan trong dầu máy biến áp lực theo tiêu
chuẩn IEC-60599” này thực hiện hai vấn đề: (i) Khảo sát lỗi để chỉ ra tất cả các
lỗi xảy ra và nguyên nhân gốc rễ của nó, trên tất cả các cấu tử bên trong và bên

ngoài máy biến áp, sự tác động của lỗi đến các phần tử khác; (ii) ứng dụng logic
mờ trong việc chẩn đốn, đánh giá tình trạng và phân loại lỗi tiềm ẩn xảy ra đối
với máy biến áp lực thơng qua phân tích mẫu dầu. Từ khóa – lỗi máy biến áp;
DGA máy biến áp, chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến áp lực, bảo dưỡng RCM,
logic mờ.

R
L

T

U
D

FUZZY LOGIC APPLICATION IN DGA TO DIAGNOSIS OF POWER
TRANSFORMER BASE ON IEC 60599
Abstract Transformer is a importation equipment in electrical power
system. It is dependence on working environment and the strategy maintenance,
the degenerate of transformers is diffidence. Fault detection and diagnosis of the
running transformer is a key channel to improve the safety and power supply
reliability of power system.
This thesis is about fuzzy logic application in DGA to diagnosis of power
transformer base on IEC 60599. Fault tree analysis is an important method of
fault diagnosis of power transformer. It is a special logical causal diagram, and it
analysis from the whole to the local level like a inverted tree. The main purpose
to construct fault tree of power transformer is analysis the proportion of each
part step by step by expression such as event code and logic gate symbols. And
then the technology or management tools can be put forward to management
fault hidden troubles.

Dissolved gas analysis of transformer oil has been one of the most reliable
techniques to detect the incipient faults. Many conventional DGA methods have
been developed to interpret DGA results obtained from gas chromatography.
Although these methods are widely used in the world, they sometimes fail to
diagnose, especially when DGA results falls outside conventional methods
codes or when more than one fault exist in transformer. To overcome these
limitations, fuzzy inference system (FIS) is proposed. The accuracy of various
DGA methods in interpreting the transformer condition is improved.
Key words – fault free power transformer; Diagnosis of power transformer
faults on fuzzy; Fuzzy Logic Application in DGA Methods; fault free analysis ;
fuzzy logic; Ratio methods.

C
C

R
L

U
D

T


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Giải thích

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DGA

Dissolved Gas-in_oil Analysis

Phân tích khí hịa tan trong dầu

NR

Normal condition

Điều kiện bình thường

OH

OverHeating

Quá nhiệt độ

OHO

OverHeating of Oil

Quá nhiệt độ dầu

CD

Cellulose Degradation

Suy giảm cách điện của cellulose

OHC

OverHeating of Cellulose

Quá nhiệt của cellulose

PD

Partial discharge

Phóng điện cục bộ

LEDA

Low Energy discharge

Phóng điện năng lượng thấp

HEDA

High Energy Discharge

Phóng điện năng lượng cao

H2

Hydrogen

Hydrogen

CH4

Methane

C2H6

Ethane

C2H4

Ethylene

C2H2

Acetylene

CO2

Carbon dioxide

Carbon dioxide

CO

Carbon monoxide

Carbon monoxide

O2/N2

Oxygen / Nitrogen

Oxygen / Nitrogen

TDCG

Total Dissolved Combustible Gases

Tổng hợp các lượng khí hịa tan

TCG

Total Combustible Gases

Tổng hợp 1 lượng khí hịa tan
trong dầu

TDHG

Total Dissolved Hydrocarbon Gases

Tổng hợp lượng khí
Hydrocarbon

L1

Critical gas-in-oil levels for
abnormal screening

Lượng khí trong dầu nằm ngoài
giới hạn quy định

AE

Acoustic Emission

Tiếng kêu bất thường

DP

Degree of Polymerization

Mức độ hóa dầu

IFT

InterFacial Tension

So cuộn dây

IR

Insulation Resistance

Cách điện kháng

KOH:

Acid number

Hàm lượng axít

C
C

R
L

Methane

T

U
D

Ethane
Ethylene
Acetylene


Giải thích

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

OLTC

Load Tap Changer

Bộ điều áp dưới tải

PD

Partial Discharge

Phóng điện cục bộ

PF

Power Factor

Hệ số cơng xuất

IP

Polarization Index

Chỉ số phân cực “trong vật liệu
cách điện”

SFL

Oxidation stability

Độ ổn định oxi hóa

IFID

InFormative InDex

Chỉ số thơng tin

TA

Test Accuracy

Kiểm tra cấp chính xác

LOC

Location

Định vị

TRN

Training

Huấn luyện

TST

Testing

Thử nghiệm

WNDG

Windings

Cuộn dây

MBA

Transformer

C
C

R
L

Máy biến áp

U
D

T


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Ký hiệu

Tên bảng

Trang

Bảng 3.1

Các mã tỷ số theo IEC 60599

24

Bảng 3.2

Mô tả sự cố theo mã tỷ số

25

Bảng 5.1

Mã R1, R2, R3 dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599

45

Bảng 5.2

Phân chia lỗi theo các mã R1, R2, R3

45

Bảng 5.3
Bảng 5.4

Bảng 5.5

So sánh kết quả các phương pháp chẩn đoán lỗi MBA

theo Tiêu chuẩn IEC-60599 và Logic mờ 12 qui tắc
Tiêu chuẩn khí hồ tan trong dầu (Quyết định số
1387/QĐ-EVNNPT ngày 10.06.2015 của Tổng công ty
truyền tải điện Việt Nam (EVNNPT))
Bảng 5.4 Tiêu chuẩn tỉ lệ khí hồ tan trong dầu (Quyết
định số 1387/QĐ-EVNNPT ngày 10.06.2015 của Tổng
công ty truyền tải điện Việt Nam (EVNNPT))

C
C

R
L

U
D

T

54
55

56

DANH MỤC HÌNH VẼ
Ký hiệu

Tên hình

Trang

Hình 2.1

Cấu tạo MBA

4

Hình 2.2

Lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành

9

Hình 2.3

Lỗi của lõi từ

9

Hình 2.4

Lỗi cuộn dây

10

Hình 2.5

Lỗi vỏ máy

11

Hình 2.6

Lỗi cách điện rắn

12

Hình 2.7

Lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện

13

Hình 2.8

Lỗi sứ cách điện

14

Hình 2.9

Lỗi bộ chuyển nấc phân áp

15

Hình 3.1

Lưu đồ phân tích hiện tượng, ngun nhân, phương pháp để
chẩn đốn

18

Hình 3.2

Dầu cách điện PLC Supertrans

17

Hình 3.3

Sự sinh khí trong dầu khi nhiệt độ thay đổi

C
C

R
L

T

21

Hình 4.1

Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa lỗi MBA và các khí phát
sinh
Sơ đồ khối chức năng của bộ logic mờ

Hình 4.2

Hàm liên thuộc của luật hợp thành

32

Hình 4.3

Giải mờ bằng phương pháp cực đại

34

Hình 4.4

Giải mờ theo nguyên lý trung bình

35

Hình 4.5

Giải mờ theo nguyên lý cận trái

35

Hình 4.6

Giải mờ theo nguyên lý cận phải

35

Hình 4.7

Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm

36

Hình 4.8

Cấu trúc bộ logic mờ cơ bản

39

Hình 5.1

Lưu đồ phân chẩn đốn theo phương pháp IEC 60599

44

Hình 5.2

Hàm liên thuộc của R1

47

Hình 5.3

Hàm liên thuộc của R2

48

Hình 5.4

Hàm liên thuộc của R3

49

Hình 5.5

Cửa sổ thiết kế FIS từ lệnh fuzzy từ Matlab

50

Hình 5.6

Xây dựng các hàm liên thuộc cho đầu vào ra trên Matlab

51

Hình 5.7

Xây dựng logic mờ trên matlab

52

Hình 5.8

Kiểm tra kết quả của bộ logic mờ

52

Hình 3.4

U
D

23
29


Ký hiệu

Tên hình

Trang

Hình 5.9

Luật mờ bằng khơng gian

53

Hình 5.10

Sơ đồ Matlab-Simulink để chẩn đốn

54

Hình 5.11

Đồ thị chẩn đốn lỗi MBA theo tiêu chuẩn IEC-60599 và
Logic mờ 12 qui tắc

55

Hình 5.12

Đồ thị chẩn đoán lỗi MBA theo Quyết định số 1387/QĐEVNNPT ngày 10.06.2015 và Logic mờ 12 qui tắc

56

Hình 5.13

Trích biên bản thí nghiệm khí trong dầu cách điện MBA

58

Hình 5.14

Kết quả chẩn đoán với các bộ logic mờ và tiêu chuẩn IEC60599

59

Hình 5.15

Kết quả chẩn đốn của bộ logic mờ 12 qui tắc

60

C
C

R
L

U
D

T


Trang 1

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN
1.1 Đặt vấn đề
Máy biến áp (MBA) là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ
thống truyền dẫn và phân phối điện năng kể từ nguồn phát đến phụ tải. Đối với
một phụ tải công nghiệp, MBA nguồn là một mắc xích cực kỳ quan trọng và có
ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc bình thường và tin cậy của tồn bộ hệ thống.
Do đó, chiến lược bảo dưỡng phịng ngừa cho MBA lực dựa trên tình trạng hay
dựa trên những thông tin dự báo để cải thiện độ tin cậy và tính sẵn sàng của hệ
thống hiện được quan tâm một cách đặc biệt ở hầu hết các nhà máy.
Trên lưới điện lực Việt Nam, trong thời gian vận hành vừa qua, việc bảo
dưỡng thuần túy hoàn toàn dựa kinh nghiệm và theo khuyến cáo của nhà sản
xuất. Chúng ta biết rằng, cơ chế suy thoái, lỗi, hư hỏng của một thiết bị có tính
chất ngẫu nhiên. Do đó, các quyết định bảo trì chỉ dựa theo kinh nghiệm hoặc
theo thời gian sử dụng là mù mờ, có thể dẫn đến những lãng phí do: thay sớm

một thiết bị, hoặc những hỏng hóc đột ngột dẫn đến dừng hệ thống trong một
thời gian dài (do không kịp chuẩn bị phụ tùng thay thế).
Trong trường hợp MBA lực khi hoạt động với các mơi trường vận hành
khác nhau, đặc tính phụ tải và chế độ bảo dưỡng khác nhau dẫn đến những cơ
chế suy thối và hỏng hóc cũng khác nhau. MBA là đối tượng có cấu trúc phức
tạp nên giám sát tình trạng để chẩn đốn lỗi và đề xuất các giải pháp kiểm soát
là rất cần thiết.
Xuất phát từ thực tế này, trong luận văn này thực hiện hai vấn đề: (i) khảo
sát tất cả các lỗi của máy biến áp lực, cơ chế hình thành cũng như các dấu hiệu
của nó, (ii) phân tích mẫu dầu để đánh giá tình trạng và phân loại lỗi có thể xảy
ra đối với MBA lực. Đây là một phần việc quan trọng trong cơng tác bảo trì bảo
dưỡng thường xun máy biến áp lực trên lưới điện Việt Nam.
1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi của đề tài này, nghiên cứu được thực hiện đối với MBA
lực làm mát bằng dầu khoán (mineral oil). Cụ thể:
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và nghiên cứu tổng quan về lỗi có
thể có để xác định lỗi;
- Khảo sát tất cả các phương pháp đã được thực hiện để chẩn đốn MBA
thơng qua phân tích khí hịa tan trong dầu cách điện và thường được gọi là
phương pháp DGA (Dissolved Gas-in_oil Analysis);
- Nghiên cứu, ứng dụng logic mờ, để nâng cao độ chính xác trong cơng tác
chẩn đốn lỗi MBA thơng qua phân tích mẫu dầu.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Luận văn nhắm đến thực hiện hai vấn đề chính như sau:
- Xác định lỗi cho MBA lực để chỉ ra tất cả các lỗi xảy ra và nguyên nhân
gốc rễ xảy ra một lỗi nào đó trên tất cả các phần tử bên trong và bên ngoài
MBA.

C
C

R
L

U
D

T


Trang 2

- Ứng dụng logic mờ trong việc chẩn đoán sớm sự cố MBA lực với độ
chính xác cao nhằm ứng dụng vào việc chuẩn bị công tác hậu cần và bảo trì
thường xuyên của đơn vị quản lý.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tìm kiếm các cơng việc đã được thực hiện dựa vào tất cả các nguồn tài
nguyên có thể có như sách, luận văn, luận án và các bài báo đã được công bố để:
- Nghiên cứu xác định lỗi của MBA lực;
- Khảo sát các phép thí nghiệm để xác định từng loại lỗi của cây lỗi MBA;
- Nghiên cứu đặc tính hóa lý của dầu cách điện MBA, cơ chế hoạt động, sự
phân hủy trong quá trình làm việc cũng như các ứng dụng trong việc chẩn đốn;
- Nghiên cứu áp dụng cơng cụ phù hợp để cải thiện độ chính xác của các
nghiên cứu trước đây trong việc chẩn đốn và phân tích mẫu dầu;
- Xây dựng thuật tốn, sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để mơ phỏng.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với vai trò là thiết bị cực kỳ quan trọng nên máy biến áp phải được chẩn
đoán định kỳ và bảo dưỡng thường xuyên nhằm duy trì độ tin cậy và khả năng
cung cấp điện liên tục. Trong đó có hai vấn đề lớn cần phải được nghiên cứu và
đề xuất hướng giải quyết càng sớm càng tốt đó là:

- Xác định lỗi MBA lực nhằm mục đích xác định và đánh giá sự tác động
lẫn nhau của các phần tử cấu thành MBA lực đến quá trình hình thành lỗi. Điều
này cho phép bộ phận bảo trì phân tích và phân loại lỗi đến từ nguyên nhân nào
và cuối cùng là chuẩn bị vật tư thay thế, xây dựng kế hoạch can thiệp hợp lý.
- Trong tất cả các phương pháp thơng qua thí nghiệm để chẩn đốn lỗi
MBA, ngồi việc đo phóng điện cục bộ thì chỉ có phương pháp DGA là cho
phép thực hiện trực tiếp (online) không cần cắt điện. Đồng thời, phương pháp
này cũng cho chúng ta chẩn đoán được nhiều lỗi mà các phương pháp khác
khơng có được [17].
Ngày nay, với các cơng cụ kỹ thuật hiện đại cho phép phân tích mẫu dầu
được thực hiện online ngay tại hiện trường. Tốc độ sinh khí là tham số chứa
đựng thơng tin rất có giá trị phục vụ cho việc đánh giá mức độ suy thối của
MBA.
Thơng thường, việc chẩn đốn lỗi của MBA bằng phương pháp DGA được
áp dụng thuần túy dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 [6,7,8]. Điều này nổi lên vấn
đề là những mẫu dầu chứa đựng thông tin của vài nguyên nhân sự cố cùng một
lúc, mẫu dầu có giá trị phân tích nằm ngồi các biên giới hạn thì tiêu chuẩn IEC
chưa đưa ra được kết luận. Chính vì vậy, công việc thứ hai của luận văn này là
tập trung nghiên cứu để đề xuất cải tiến thuật toán chẩn đốn lỗi dựa trên việc
phân tích mẫu dầu. Mục đích cuối cùng là để ứng dụng vào công tác bảo trì,
nâng cao độ tin cậy và cải thiện hơn nữa hiệu quả sản xuất, truyền tải và phân
phối điện năng./.

C
C

R
L

U

D

T


Trang 3

CHƯƠNG 2 – KHẢO SÁT LỖI CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC
2.1 Giới thiệu
Lỗi của MBA sẽ được mô tả bằng cây biểu thị quan hệ nguyên nhân và kết
quả giữa các dạng lỗi trong thiết bị, giữa các lỗi ở mức độ nghiêm trọng MBA
và các lỗi ở mức độ thành phần và được biểu diễn như một cây thư mục. Quan
hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mảng của thiết bị; giữa
các lỗi cơ bản và lỗi hệ thống. Phương pháp biểu diễn dạng cây rất hiệu quả để
nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống công nghiệp [18].
Đối với MBA, cây lỗi được xây dựng nhằm mục đích thể hiện sự tương tác
lỗi của các phần tử trong MBA. Đây là cơ sở để người vận hành ngăn ngừa hoặc
xử lý nhanh sự cố ngay khi lỗi mới xuất hiện.
2.2 Cơ sở kỹ thuật
Lỗi của MBA được khảo sát dựa trên các cơ sở sau:
- Cấu tạo MBA;
- Kinh nghiệm vận hành, bảo dưỡng, thí nghiệm MBA lực;
- Tham khảo ý kiến các chuyên gia MBA hoặc tham khảo qua tài liệu nhà
sản xuất MBA.
Để xác định lỗi MBA cần dựa vào cấu tạo MBA và trả lời các câu hỏi như
sau [11]:
a. Thiết bị gồm những thành phần nào? Chức năng của nó là gì ?
b. Những hư hỏng có thể xảy ra đối với thành phần đó?
c. Những hậu quả có thể xảy ra khi hư hỏng này xuất hiện là gì?
d. Có thể làm gì để giảm xác suất sự cố, xác định sự khởi đầu của hỏng hóc

hoặc giảm hậu quả của hư hỏng? Tăng cường hoặc giảm bảo dưỡng, kiểm tra
định kỳ, tìm kiếm phương pháp kiểm tra, kiểm soát lỗi, chuẩn bị phương án vật
tư, dụng cụ thay thế.
2.2.1 Cấu tạo MBA
MBA được cấu tạo từ các thành phần cơ bản như trong Hình 2.1, bao gồm
2 phần chính là lõi từ và cuộn dây. Ngồi ra cịn các cấu tử như sứ cách điện,
biến dòng điện, các đầu nối, bộ phận chuyển nấc phân áp, cách điện rắn, cách
điện lỏng (dầu làm mát và dầu cách điện), vỏ máy, cánh tản nhiệt, bình dầu phụ,
đồng hồ hiển thị nhiệt độ cuộn dây, đồng hồ hiển thị nhiệt độ dầu, rơ le áp suất,
rơ le hơi, chỉ thị mức dầu.
- Lõi từ: chức năng chính từ là dẫn từ;
- Cuộn dây: Chức năng chính là dẫn dịng điện;
- Vỏ MBA: chức năng chính là chứa cuộn cuộn dây, lõi từ, dầu hoặc khơng
khí làm mát, các phần khác như biến dòng, biến điện áp, thiết bị bảo vệ,
thiết bị đo lường, đồng hồ nhiệt độ.

C
C

R
L

U
D

T


Trang 4

Vỏ, bộ phận
tản nhiệt và
bình dầu phụ

C
C

R
L

T

U
D

Hình 2.1 Cấu tạo MBA

2.2.2 Các thông số kỹ thuật
Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy biến áp như sau:
- Công suất định mức: Là công suất biểu kiến (công suất tồn phần) đưa ra
từ phía thứ cấp của máy biến áp, Ký hiệu 𝑈đ𝑚 và đơn vị tính: kVA (hay VA).
- Điện áp định mức:
 Điện áp sơ cấp định mức: là điện áp của cuộn dây sơ cấp, ký hiệu
𝑈1đ𝑚 và đơn vị tính kV (hay V).
 Điện áp thứ cấp định mức: là điện áp của dây quấn thứ cấp khi MBA
không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, ký hiệu
𝑈2đ𝑚 , đơn vị tính kV (hay V).
- Dịng điện định mức sơ cấp và thứ cấp: Là những dòng điện của dây quấn
sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức.
 Ký hiệu: I1đm, I2đm,

 Đơn vị tính: (hay A).
- Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz


Trang 5
 Ký hiệu: fđm,
 Đơn vị tính: Hz.
- Điện áp ngắn mạch của MBA: Là điện áp đo được khi ngắn mạch một
phía của cuộn dây sao cho dịng điện đạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn
dây, ta có: Ucao-hạ.
 Ba giá trị điện áp ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao – Hạ; Cao –
Trung; Trung – Hạ.
 Điện áp ngắn mạch tính theo % (Uk %).
- Dịng điện khơng tải I0 (A): Dịng điện khơng tải là giá trị hiệu dụng của
dịng điện đi qua cuộn dây, khi điện áp điện áp đặt vào cuộn dây đó là định mức
với tần số định mức còn các cuộn dây khác để hở mạch, dòng điện này cịn gọi
là dịng từ hố.
- Tổn hao khơng tải: Là công suất tác dụng bị hấp thụ khi khơng tải đi qua
cuộn dây.Tổn hao này cịn gọi là tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P0.
- Tổn hao ngắn mạch: Là phần công suất tác dụng bị hấp thụ trong dây
quấn MBA khi có dịng tải đi qua cuộn dây. Khi có dịng điện định mức đi qua
các cực dây của một trong các cuộn dây, còn các cực của cuộn dây kia nối tắt
lại. Nếu có các cuộn dây khác thì các cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1).
 Ký hiệu: Pn,
 Đơn vị tính: W (hay kW).
- Tổ đấu dây: Là góc lệch pha của điện áp dây sơ cấp và thứ cấp, có 12 tổ
dấu dây, các cuộn dây có thể nối với nhau Y hay Δ.
2.3.3 Các phương pháp thí nghiệm để xác định lỗi MBA
Thí nghiệm, kiểm tra nhằm mục đích phát hiện những hư hỏng bất thường
MBA, bao gồm thí nghiệm định kỳ và thí nghiệm MBA mới trước khi đưa vào

vận hành với các hạng mục đủ để kết luận tình trạng MBA [17].
a) Kiểm tra tổng thể bên ngồi
Kiểm tra tổng thể bên ngồi là cơng việc đơn giản nhất nhằm phát hiện các
lỗi có thể quan sát được bằng mắt thường. Các hỏng hóc có thể phát hiện là:
- Sứ khơng bị sứt mẻ;
- Gioăng khơng dị dầu, hạt chống ẩm khơng đổi màu;
- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ;
- Các chi tiết được lắp đặt đúng thiết kế. Các thông số của máy biến áp phù
hợp với tài liệu;
- Hệ thống tiếp địa tốt;
- Vỏ máy khơng bị rỉ, biến dạng
b) Thí nghiệm khơng tải
Mục đích là để xác định tình trạng cuộn dây và lõi thép có bị chạm chập, xê
dịch hoặc mạch từ bị xô, bu lông không ép chặt, chất lượng lõi thép xấu. Thí

C
C

R
L

U
D

T


Trang 6
nghiệm không tải là hạng mục kiểm tra đầu tiên trước khi tiến hành thí nghiệm
các hạng mục để tránh từ dư trong mạch từ khi nạp dòng điện một chiều.

c) Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA
Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thơng qua
trị số của điện trở đo được tại 60 giây (R60’) và 15 giây (R15’). Giá trị điện trở
phải đáp ứng được với cấp điện áp mà nó làm việc. Giá trị điện trở cách điện
yêu cầu phụ thuộc vào thông số của nhà chế tạo:
- Với thiết bị dùng để đo điện trở cách điện dùng mêgôm 2500V hoặc
5000V. Các cuộn dây được nối tắt và nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện
tích gây sai số đo.
- Đo điện trở cách giữa các cuôn dây với nhau, giữa các cuộn dây với vỏ,
và nối vỏ với đất.
- Kết quả đo tại thời điểm R15’ và R60’ kể từ thời điểm đặt điện áp đo phải
đảm bảo.
- Hệ số hấp thụ: Kht = R60’/R15’ , K>=1.3
d) Đo điện trở một chiều các cuộn dây
Mục đích đo điện trở một chiều các cuộn dây là:
- Xác định tình trạng nguyên vẹn của cuộn dây, tiếp xúc mối hàn, mối nối,
tiếp xúc các dao lựa chọn của bộ chuyển nấc.
- Quá trình thực hiện phép đo được tiến hành ở tất cả các cuộn dây cao áp,
trung áp, hạ áp và ở các nhánh của cuộn dây, ở tất cả các pha.
- Với MBA có các thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả các nấc.
- Kết quả đo cho ta biết được các đầu phân nhánh đưa ra có đúng hay
khơng.
- Trị số điện trở một chiều sau khi đo được so sánh với lý lịch nhà máy và
so sánh giữa các pha với nhau trong cùng một nấc không được lệch quá 2%. Khi
đo ở nhiệt độ khác với lần đo trước và khác với số hiệu chỉnh của nhà máy ta
phải quy đổi về cùng nhiệt độ.
e) Kiểm tra tỷ số biến áp
Mục đích là để xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả các nấc phân
áp. Kết hợp với các chỉ tiêu khác xác định chạm chập vòng dây. Xác định điện
áp cuộn cao áp và cuộn hạ áp. Điện áp đưa vào đo tỷ số biến không được nhỏ

hơn 1% điện áp định mức. Tỷ số biến được phép so sánh các pha với nhau ở
cùng một nấc hoặc so sánh với số liệu đo lần trước của nấc đó ở từng pha với
nhau, sự sai lệch khơng được quá 2%.
f) Kiểm tra tổ nối dây
Tổ nối dây là góc lệch pha giữa điện áp dây (hoặc điện áp pha) cuộn dây
bên cao áp so với điện áp dây (điện áp pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên. Tổ đấu
dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành song song.
Ngoài xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không,

C
C

R
L

U
D

T


Trang 7
việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ máy biến
áp.
g) Thí nghiệm dầu cách điện
Nhiệm vụ của dầu trong MBA là cách điện và làm mát. Thí nghiệm dầu
MBA để đảm bảo vận hành an toàn, chất lượng của dầu thơng qua các hạng mục
thí nghiệm, phân tích dầu. Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao
điện môi ở 900C.
h) Thử nghiệm điện môi bằng điện áp tăng cao tần số cơng nghiệp

Mục đích là đưa điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp trong thời
gian một phút để kiểm tra mức chịu đựng quá điện áp tạm thời tần số công
nghiệp của cách điện các cuộn dây với nhau, các bộ phận cách điện của cuộn
dây với lõi thép và nối đất để xác định chất lượng cách điện của MBA.
i) Quét đáp ứng tần số
Phép đo tổng thể để đánh giá sự ngun vẹn cơ khí của cuộn dây, mạch từ,
gơng từ của MBA và các thay đổi điện dung, điện kháng bên trong MBA. Đo
đáp ứng tần số quét (lấy dấu vân tay) cho tất cả các MBA để đánh giá tình trạng
cơ khí bên trong MBA, đo khi có ngắn mạch gần MBA hoặc sau khi nghi ngờ có
chấn động cơ khí đến MBA.
j) Đo phóng điện cục bộ
Dùng phương pháp sóng âm theo IEEE C57.127 và phương pháp điện theo
IEC 60270 nhằm phát hiện tần suất và mật độ phóng điện cục bộ, định vị vị trí
điểm phóng điện cục bộ, đo khi có DGA nghiêm trọng, hoặc sau một bất thường
trong MBA (ngắn mạch gần, relay so lệch tác động). Nhược điểm lớn nhất của
phương pháp này là nhiễu và trong mơi trường cơng nghiệp thì nhiễu rất lớn ảnh
hưởng từ các q trình cơng nghệ
k) Kiểm tra nhiệt độ
Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu trong quá trình vận hành, theo dõi
hàng tuần, tháng để biết đánh giá sự hoạt động bình thường MBA.
m) Thí nghiệm độ ẩm trong cách điện cứng
Mục đích thí nghiệm độ ẩm trong cách điện cứng là đánh giá chất lượng
cách điện cứng thong qua hàm lượng độ ẩm bằng thiết bị đo chuyên dụng. Cho
phép không thực hiện hạng mục này khi độ ẩm trong dầu máy biến áp không
vượt quá 10ppm, hạng mục này là bắt buộc đối với máy biến áp lắp mới hoặc
sau đại tu. Giá trị cho phép của độ ẩm trong cách điện cứng MBA mới và sau
đại tu không vượt quá 2%, với máy biến áp trong vận hành khơng q 4%.
n) Thí nghiệm tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch
Phép đo thực hiện để xác định tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch ở
tần số định mức và dịng điện định mức. Đây là hạng mục thí nghiệm bắt buộc

sau lắp mới và đại tu. Trong quá trình vận hành, chỉ thí nghiệm khi máy biến áp

C
C

R
L

U
D

T


Trang 8
chịu dịng ngắn mạch q 70% dịng điện tính tốn. Giá trị cho phép khơng vượt
q 5% so với ghía trị ghi trên nhãn máy tại nấc chính.
p) Thí nghiệm các thiết bị phụ trợ
Phần trên đây là giới thiệu một số phương pháp cơ bản trong chẩn đoán sự
cố MBA lực, ngồi ra cịn phải kể đến một số thí nghiệm các thiết bị phụ trợ
máy biến áp như:
- Đo điện trở cách điện và tổn hao điện mơi sứ đầu ra của MBA có cách
điện giấy dầu.
- Đo góc tổn hao điện mơi phản ánh phẩm chất cách điện của cuộn dây.
- Thí nghiệm máy biến dịng lắp sẵn ở máy biến áp.
- Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh 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. Để
chẩn đốn các sự cố trong MBA lực có nhiều phương pháp khác nhau khi MBA
on-line hoặc off-line. Các thử nghiệm off-line 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 on-line như: phân tích phổ âm thanh, phương pháp
hồng ngoại, phương pháp DGA.
Các phép thí nghiệm truyền thống cho chúng ta thấy rằng lỗi của máy biến
áp đến từ tất cả các phần tử cấu tạo nên máy biến áp. Cụ thể là cuộn dây và lõi
thép (mục b, mục c và mục e, f), bộ chuyển nấc phân áp (mục d), sứ cách điện
các phụ kiện bên ngoài (mục a), hệ thống làm mát và vỏ máy, roăng làm kín
(mục a).
2.3 Khảo sát lỗi cho MBA lực
Lỗi MBA được chia thành các phần căn cứ vào cấu tạo MBA như cuộn dây
(winding); lõi từ (core); bình chứa (tank); sứ cách điện (bushing); cách điện rắn
(cellulose isolation), hệ thống làm mát (cooler) và dầu cách điện, bộ chuyển nấc
như Hình 2.2 [10]. Các phần tử bảo vệ như rơ le hơi, van phòng nổ, biến dòng
điện, biến điện áp, đồng hồ đo nhiệt độ dầu, nhiệt độ cuộn dây góp phần bảo vệ
MBA hoạt động an tồn nên khơng đưa vào cây lỗi.

C
C

R
L

U
D

T


Trang 9

Hình 2.2 Lỗi MBA lực dựa trên các phần tử cấu thành
Lỗi máy biến áp tổng quát là hàm logic hoặc của bảy phần tử chính, hoặc
bất kỳ trong số các phần tử đó bị hư hỏng dẫn đến làm sự cố máy biến áp.
2.3.1 Gông từ
Gông từ gồm các lá thép ghép với nhau thành hình trụ, trên đó quấn dây
dẫn. Chức năng chính là dẫn từ, do đó, mã lỗi (failure mode) của chức năng này
là giảm hiệu suất MBA. Nguyên nhân dẫn đến là do hỏng cơ khí qua q trình
lắp đặt, vận chuyển, hoặc máy biến áp chịu dịng ngắn mạch, một ngun nhân
khác đó là từ dư, vật liệu dẫn từ kém. Lỗi của gơng từ được mơ tả như hình 2.3.

C
C

R
L

T

U
D

Hình 2.3 Lỗi của lõi từ


Trang 10

2.3.2 Cuộn dây
Chức năng chính là dẫn dịng điện, đó là những vịng dây hoặc thanh dẫn
quấn quanh trụ, gông từ, chịu tác động của nhiệt độ khi dẫn dòng và lực điện
động khi ngắn mạch. Hư hỏng của cuộn dây là do hỏng vật liệu và do hỏng cách
điện rắn. Lỗi cuộn dây được mơ tả như hình 2.4.

C
C

R
L

T

U
D

Hình 2.4 Lỗi cuộn dây
2.3.3 Vỏ máy
Vỏ máy hay cịn gọi là bình chứa MBA, là bộ phận chứa các phần như
gơng từ, cuộn dây, dầu làm mát, biến dịng điện, biến điện áp, các đầu cực
chuyển đổi nấc phân áp, các phần phụ kiện cảm biến nhiệt độ, đồng hồ, sứ đỡ,
cánh tản nhiệt, bình dầu phụ, van phịng nổ,v.v…Lỗi theo chức năng của vỏ máy
là rò rỉ dầu, hỏng vỏ máy, các dự kiện dẫn đến là do hỏng cơ khí hoặc lỗi vật
liệu. Trong đó do va đập cơ khí chiếm phần lớn như biến dạng do vận chuyển từ
nơi sản xuất đến nơi lắp đặt, quá trình lắp đặt, nâng hạ, các vật rắn va đập, hoặc
do trong quá trình vận hành, máy biến áp bị phóng điện, ngắn mạch mạch, q
dịng do sét lan truyền dẫn đến quá điện áp từ bên trong. Hỏng vỏ máy do vật
liệu phải kể đến môi trường làm việc có nhiều tạp chất Axit bám bề mặt gây rỉ,

vật liệu chế tạo các roăng làm kín khơng phù hợp gây rò rỉ dầu, hoặc roăng làm


Trang 11
kín bị già hóa theo thời gian cũng gây rò rỉ dầu máy biến áp. Lỗi vỏ máy biến áp
được mơ tả như hình 2.5

C
C

R
L

T

U
D

Hình 2.5 Lỗi vỏ máy biến áp
2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn
Cách điện rắn cho cuộn dây, vật liệu chủ yếu là xenlulo, giấy cách điện.
Theo chức năng của cách điện thì lỗi được xác định là không đảm bảo cách điện
giữa phần mang điện và phần không mang điện. Lỗi chủ yếu do cơ khí và vật
liệu. Về cơ khí, trong quá trình vận chuyển máy biến áp từ nơi sản xuất đến nơi
lắp đặt, sẽ có rung động mạnh, tạo nên các va đập, gây xô lệch, gây hỏng cách
điện rắn, hoặc va đập do lực điện động khi vận hành. Vật liệu, phải kể đến nóng
cục bộ, độ ẩm bên trong, làm cho giấy cách điện dây quấn mất cách điện dẫn


Trang 12

đến sự cố. Dầu cách điện, vừa làm mát cho MBA vừa cách điện cho các phần
mang điện với đất. Lỗi theo chức năng, nguyên nhân theo hình thành như hình
2.7.

C
C

R
L

T

U
D

Hình 2.6 Lỗi cách điện rắn
2.3.4. Hệ thống làm mát và dầu cách điện
Hệ thống làm mát bao gồm cánh tản nhiệt, dầu cách điện, quạt cưỡng bức,
động cơ kéo quạt, hệ thống điều khiển quạt cưỡng bức. Lỗi hệ thống làm mát tức
là chức năng giải nhiệt cho máy biến áp không như thiết kế. Quạt, hoặc động cơ
bị hỏng, hệ thống điều khiển không hoạt động, dầu cách điện không đối lưu để
dẫn và tản nhiệt, dầu cách điện khơng cách điện, dầu bị già hóa, chứa nhiều tạp


Trang 13
chất, nước, cánh tản nhiệt bị bụi bẩn làm cho nhiệt độ không tản đi, cánh tản
nhiệt chứa nhiều khuyết tật, móp méo, khơng kín, rị rỉ dầu. Lỗi của hệ thống
làm mát và dầu cách điện được mô tả như hình 2.8

C

C

R
L

T

U
D

Hình 2.7 Lỗi hệ thống làm mát và dầu cách điện
2.3.5 Sứ cách điện
Chức năng sứ là cách điện giữa phần mang điện và phần vỏ, để đưa ty sứ
xuyên qua mặt MBA ra ngoài. Hỏng sứ cách điện dẫn đến phóng điện ra vỏ,
ngun nhân chính là vỡ sứ do va đập cơ khí, do lực điện động gây ra bởi ngắn
mạch, do bụi muối bám dày cộng với độ ẩm cao. Sứ còn chịu sức căng của cáp
lực, cáp động lực giản nở theo nhiệt độ, kéo hoặc đẩy, chèn ép gây nên hỏng sứ.
Ngoài ra, sứ cịn bị già hóa theo thời gian và theo môi trường làm việc, đặc biệt
là sứ làm từ vật liệu cách điện polymer. Một hỏng hóc khác cần phân tích là