Tài liệu Thiết kế hệ chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực dựa trên Fuzzy Logic

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
–––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN KHẮC HƯNG

THIẾT KẾ HỆ CHUẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN
CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC DỰA TRÊN FUZZY LOGIC
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành: 8 52 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Đỗ Trung Hải
2. TS. Nguyễn Tiến Duy

THÁI NGUYÊN - 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa
học của TS. Đỗ Trung Hải và TS. Nguyễn Tiến Duy. Các kết quả tính tốn, số liệu
nêu trong ḷn văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình
khoa học nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Khắc Hưng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện của
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc về cách thức
nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và lựa chọn đề tài luận
văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn vững
vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích ứng cao trước sự phát triển của
khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát hiện, giải quyết độc lập những vấn đề
thuộc chuyên ngành được đào tạo và phục vụ cho công tác được tốt hơn. Việc thực
hiện nhiều bài tập nhóm trong thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận được cách
làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên cứu và hoàn
thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
TS. Đỗ Trung Hải và TS. Nguyễn Tiến Duy đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu
đáo, nhiệt tình trong q trình thực hiện để tác giả hồn thành ḷn văn thạc sĩ này;
Các CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tác giả trong quá trình tiến hành thực nghiệm đề tài và bảo vệ luận văn thạc sĩ;
Các đồng chí lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viên của Công ty Điện lực
Bắc Kạn đã giúp đỡ tác giả thực hiện việc nghiên cứu, thu thập các số liệu để tác giả
hoàn thành luận văn thạc sĩ này; các đồng nghiệp là những người đã hoàn thành
chương trình cao học, đã dành thời gian đọc, đóng góp, chỉnh sửa cho luận văn thạc
sĩ này hoàn thiện tốt hơn;
Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động viên
tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này;

Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được sự chia sẻ, hỗ trợ và tạo điều kiện của
Hội đồng Chấm luận văn thạc sĩ, để bản luận văn này hoàn thiện hơn.
Xin trân trọng cám ơn.
Bắc Kạn, ngày

tháng 05 năm 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ........................................................................ vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ
SỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC ..............................................................5
1.1. Tổng quan về máy biến áp lực .........................................................................5
1.1.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp ......................................................5
1.1.2. Thí nghiệm máy biến áp ...........................................................................7
1.2. Các phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn ........................................................10
1.2.1. Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện ..............................................10
1.2.2. Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD ................................11
1.2.3. Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA) .............................................12
1.3. Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA ...............................................14

1.3.1. Đặc tính sinh khí .....................................................................................14
1.3.2. Các lỗi tiềm ẩn của MBA .......................................................................15
1.3.3. Chẩn đoán lỗi dựa trên phương pháp tỉ lệ ..............................................18
1.4. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp dựa trên DGA .....................22
1.5. Kết luận chương .............................................................................................23
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ CHẨN ĐOÁN LỖI THEO FUZZY LOGIC ......24
2.1. Tổng quan về fuzzy logic và suy luận xấp xỉ ................................................24
2.1.1. Khái niệm tập mờ và logic mờ ...............................................................24
2.1.2. Các phép toán trên tập mờ ......................................................................26
2.1.3. Biến ngơn ngữ ........................................................................................30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2.1.4. Suy luận xấp xỉ .......................................................................................31
2.2. Thiết kế hệ chẩn đoán lỗi ...............................................................................35
2.2.1. Xây dựng mô hình chẩn đoán mới theo logic mờ ..................................36
2.2.2. Thiết kế thuật toán cho mô hình chẩn đoán mờ .....................................38
2.3. Kết luận chương .............................................................................................42
CHƯƠNG 3. MƠ PHỎNG ....................................................................................43
3.1. Giới thiệu về cơng cụ, mơi trường lập trình ..................................................43
3.2. Kết quả mô phỏng ..........................................................................................44
3.2.1. Giao diện chính của chương trình ..........................................................45
3.2.2. Chức năng chẩn đoán .............................................................................46
3.2.3. Chức năng tra cứu...................................................................................48
3.2.4. Chức năng in báo cáo .............................................................................50
3.3. Kết luận chương .............................................................................................50
KẾT LUẬN ..............................................................................................................51

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................52
PHỤ LỤC: MỘT SỐ MODUL CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH ....................56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DGA Dissolved Gas Analysis
HFCT High Frequency Current Transformer
IEC International Electrotechnical Commission
MBA Máy biến áp
PD Partial Discharge
TOGAS Transformer Oil Gas Analysis System
SQL Structured Query Language

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các lỗi MBA và nguyên nhân gây ra ....................................................... 15
Bảng 1.2. Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ ....................................................... 18
Bảng 1.3. Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg ........................................................ 18
Bảng 1.4. Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg ......................................................... 19
Bảng 1.5. Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers ................................. 19
Bảng 1.6. Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến ......................... 20
Bảng 1.7. Chẩn đoán theo phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến .............................. 20

Bảng 1.8. Tỉ lệ các thành phần khí và các lỗi tương ứng theo IEC-60599 (2015) ... 22
Bảng 1.9. Mã của các tỉ số theo từng khoảng giá trị ................................................. 22
Bảng 1.10. Bảng luật chuẩn đoán lỗi theo mã quy ước ............................................ 22
Bảng 2. 1. Bảng luật chẩn đoán cho 8 lỗi được viết lại theo nhãn ngôn ngữ ........... 38
Bảng 2.2. Ngưỡng L1 theo IEC-599 ......................................................................... 39
Bảng 2.3. Tính toán độ tin cậy kết luận của các luật chẩn đoán mờ ......................... 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các cuộn dây mới...................................................................................... 16
Hình 1.2. Phóng điện đánh thủng cách điện chưa biến dạng vịng dây .................... 16
Hình 1.3. Phóng điện đánh thủng cách điện và biến dạng vòng dây ........................ 16
Hình 2.1. Hàm thuộc A(x) của tập kinh điển A ....................................................... 17
Hình 2.2. Hàm thuộc của tập mờ B ........................................................................... 26
Hình 2.3. Hàm thuộc của tập mờ C ........................................................................... 26
Hình 2.4. Hàm thuộc F(x) có mức chuyển đổi tún tính ....................................... 27
Hình 2.5. Sơ đồ bộ suy luận xấp xỉ theo tiếp cận fuzzy logic................................... 35
Hình 2.6. Tập mờ cho các tỉ số ................................................................................. 38
Hình 2.7. Cơng thức tính độ thuộc trên các tập mờ khác nhau ................................. 40
Hình 3.1. Visual Studio 2013 Ultimate ..................................................................... 44
Hình 3.2. Bảng cơ sở dữ liệu..................................................................................... 45
Hình 3.3. Giao diện chính của chương trình ............................................................. 47
Hình 3.4. Nhập số liệu để thực hiện chức năng chẩn đoán ....................................... 48
Hình 3.5. Kết quả chẩn đoán sau khi nhập số liệu .................................................... 48
Hình 3.6. Tra cứu lịch sử chẩn đoán ......................................................................... 49
Hình 3.7. Danh sách lịch sử chẩn đoán ..................................................................... 50

Hình 3.8. Chi tiết kết quả tra cứu .............................................................................. 51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Máy biến áp (MBA) lực là một thiết bị chủ đạo trong hệ thống năng lượng. Độ
tin cậy của chúng không chỉ ảnh hưởng tới khả năng cung cấp điện mà cịn ảnh hưởng
tới sự vận hành có tính kinh tế của một hộ tiêu thụ nào đó (ví dụ như các lò luyện, dây
truyền sản xuất, v.v. trong các nhà máy). Ví dụ, một lỗi của MBA phân phối có thể làm
cho hàng nghìn hộ tiêu thụ mất điện.Một lỗi của MBA tăng thế có thể là nguyên nhân
gây ra mất điện của các khu vực liền kề trong hệ thống lưới điện đó.
Chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBAlực trong hệ thống điện là một vấn đề đã
được nhiều nhà khoa học quan tâm. Để có thể đưa ra được thông tin về các lỗi (lỗi
tiềm ẩn) có thể xảy ra trong tương lai của MBA, trong một số công trình đã đưa ra
các phương pháp chẩn đoán dựa trên phân tích lượng khí hoà tan trong dầu. Ngoài ra
cịn có các phương pháp chẩn đoán dựa trên đáp ứng phổ tần MBA, chẩn đoán dựa
trên độ rung của MBA. Phương pháp sắc ký khí với phân tích khí hoà tan trong dầu
[1] cần thiết phải có những thiết bị đo chun dụng và địi hỏi độ chính xác cao. Dựa
trên những kỹ thuật này, đã có nhiều kỹ thuật hiện đại cho phép chẩn đoán tốt hơn
[11], tuy nhiên một điểm chung của các phương pháp này là phải dựa trên các kỹ
thuật đo đạc chính xác. Vì vậy, kết quả chẩn đoán cũng phụ thuộc nhiều vào độ chính
xác kết của của các phép đo. Một phương pháp chẩn đoán khác có thể kế thừa được
tri thức chuyên gia dưới dạng luật thống kê đã được giới thiệu [12], [16]. Phương
pháp này được phát triển dựa trên sử dụng mạng neural nhân tạo. Để có được kết
quả chẩn đoán chính xác, theo phương pháp sử dụng mạng neural cần phải có bộ
dữ liệu thực nghiệm “đủ lớn” để huấn luyện mạng và lựa chọn được một cấu trúc
mạng hợp lí. Thực tế cho thấy, theo tiếp cận này có rất nhiều cấu trúc mạng có

thể được lựa chọn với những kết quả chẩn đoán khác nhau. Thời gian huấn luyện
mạng lớn cũng là một nhược điểm của phương pháp này. Ngoài ra, các phương
pháp sử dụng fuzzy logic, mờ-neural cũng được đề xuất [17], [18], [15]. Điểm
chung của các phương pháp này đó là kế thừa được tri thức chuyên gia trên cơ
sở hệ ḷt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




Ở Việt Nam, các hệ hỗ trợ quyết định dựa trên trí tuệ nhân tạo được phát triển
trên cở sở sử dụng tri thức chuyên gia như hệ chuyên gia, mạng neural, fuzzy logic,
v.v. cũng dần được phát triển rộng rãi. Có thể thấy một số nghiên cứu đã được công
bố như ứng dụng hệ mờ [2], mạng neureal [3], hệ chuyên gia [4], hay kết hợp hệ
chuyên gia, mạng neural và fuzzy logic để phát triển hệ chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA
[5] - [10]. Điểm chung của các nghiên cứu này đó là có sử dụng hệ tri thức chuyên
gia. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tìm kiếm các phương pháp mới hiệu quả hơn ln là
địi hỏi của quá trình phát triển. Vì vậy, dưới sự định hướng của các thầy hướng dẫn
là nghiên cứu thiết kế hệ chẩn đoán gồm nhiều bộ suy luận có cấu trúc nối tầng để
chẩn đoán sự số tiềm ẩn của MBA lực. Với định hướng đó, em xin lựa chọn đề tài
“Thiết kế hệ chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực dựa trên Fuzzy Logic” làm đề tài
nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điện.
Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Mục tiêu: Phân tích được cơ sở dữ liệu và các dấu hiệu nhận biết để phát hiện
và chẩn đoán được chính xác các sự cố (tiềm ẩn) của MBA lực. Nghiên cứu
đề x́t cấu trúc mơ hìnhhệ suy ḷn xấp xỉ dựa trên Fuzzy Logic cho hệ chẩn
đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực.

-

Đối tượng nghiên cứu là: Các phương pháp chẩn đoán của MBA lực trong
các trạm biến áp hạ thế. Nghiên cứu về lý thuyếtfuzzy logic, hệ chuyên gia và
suy luận xấp xỉ.

-

Về phạm vi nghiên cứu: Giới hạn công suất MBA từ 50KVA đến 2000 KVA.

Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu về các lỗi thường xảy ra đối với MBA lực khi vận hành trong hệ
thống điện. Nghiên cứu về quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và các phương pháp
chẩn đoán. Tìm hiểu những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bốtrong và
ngoài nước về chẩn đoán sự cố MBA. Đặc biệt, tìm hiểu về phương pháp chẩn đoán
sự cố MBA dựa trên phân tích khí hoà tan (DGA - Dissolved Gas Analysis). Đánh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




giá ưu nhược điểm của phương pháp. Đề xuất mô hình mới cho hệ chẩn đoán theo
tiếp cậnlập luận xấp xỉ. Trao đổi với các chuyên gia thí nghiệm điện.
- Cài đặt phần mềm dựa trên thuật toán đã được thiết kế; Kiểm nghiệm trên dữ
liệu thực tế và hiệu chỉnh phần mềm.
Những nội dung nghiên cứu chính và bố cục luận văn
Dự kiến nội dung báo cáo của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương chính,
phần kết luận và tài liệu tham khảo. Bố cục được trình bày như sau:

Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết và hướng nghiên cứu chính.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ SỐ
TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC
Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu về: Các lỗi thường xảy ra đối với
MBA lực khi vận hành trong hệ thống điện; Quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và
các phương pháp chẩn đoán; Những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bố
về chẩn đoán sự cố MBA; Phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên phân tích khí
hồ tan. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp.
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ HỆ CHẨN ĐOÁN LỖI THEO FUZZY LOGIC
Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu tổng quan về lý thuyết fuzzy
logic, suy luận xấp xỉ dựa trên fuzzy logic và ứng dụng trong các hệ chuyên gia. Thiết
kế hệ chẩn đoán có bộ suy luận xấp xỉ dựa trên phương pháp chẩn đoán DGA.
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG
Nội dung trọng tâm của chương là cài đặt phần mềm chẩn đoán chạy trên môi trường
web dựa trên thuật toán đã thiết kế trong chương 2; Kiểm nghiệm thuật toán chẩn đoán sự
cố tiềm ẩn MBA với những bộ dữ liệu thực tế và hiệu chỉnh phần mềm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Về ý nghĩa khoa học: Học viên thực hiện đề tài đã nghiên cứu các phương
pháp chẩn đoán dựa trên kết quả của kỹ thuật DGA như Dornembug, Roger và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




tiêu chuẩn IEC-599; Tìm hiểm các kết quả nghiên cứu về chẩn đoán đã được
các tác giả quốc tế công bố; Phân tích những ưu điểm, tồn tại của các kết quả
nói trên. Từ đó đã đề x́t một mơ hình chẩn đoán theo tiếp cận Fuzzy logic

với sự thiết kế các hàm thuộc là phù hợp với thực tế. Mô hình chẩn đoán đã
được thiết kế cụ thể thành thuật toán hoàn chỉnh để trở thành một phần mềm
hệ chuyên gia trong chẩn đoán sự số tiềm ẩn của MBA lực.
-

Về ý nghĩa thực tiễn:Với thuật toán chẩn đoán được thiết kế, phần mềm đã
được cài đặt hoàn chỉnh chạy trên môi trường web. Phầm mềm đã được kiểm
thử với nhiều bộ dữ liệu thực tế và đã có những hiệu chỉnh cần thiết để kết quả
chẩn đoán trở nên tin cậy hơn. Sản phẩm phần mềm này hoàn toàn có thể áp
dụng trong thực tế đối với cơng tác thí nghiệm nghiệm MBA tại các Cơng ty,
Trung tâm thí nghiệm điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN
SỰ SỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC
Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu về: Các lỗi thường xảy ra đối với
MBA lực khi vận hành trong hệ thống điện; Quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và
các phương pháp chẩn đoán; Những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bố
về chẩn đoán sự cố MBA; Phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên phân tích khí
hồ tan. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp. Nội dung được thể hiện bằng
các mục sau.
1.1. Tổng quan về máy biến áp lực
Như ta đã biết điện năng là loại năng lượng được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất và đời sống, việc điện khí hoá cơng nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng vận tải và
các ngành kinh tế khác địi hỏi phải có thiết bị khác nhau. Việc truyền tải điện năng
từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện và trạm biến áp(trạm

biến áp giảm áp ở cuối đường dây cho phù hợp với điện áp của phụ tải tiêu thụ). Từ
đó ta cũng thấy rõ MBA chỉ làm nhiệm vụ thay đổi cấp điện áp, hoặc phân phối năng
lượng chứ không phải là chuyển hoá năng lượng.
Hiện nay ngành chế tạo MBA của nước ta đã sản xuất được nhiều chủng loại
MBA khác nhau, trước khi đưa MBAđưa vào vận hành đều phải thí nghiệm nghiệm
thu, nhằm xác định chất lượng của MBA thông qua các thông số kỹ thuật.
1.1.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp
Các thông số định mức được ghi trên các máy, các thông số khác được nhà chế
tạo ghi trong lý lịch máy. Cụ thể từng thông số như sau.
a) Công suất định mức
Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra từ phía thứ cấp của MBA.
-

Ký hiệu: Sđm

-

Đơn vị tính: kVA (hay VA).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




b) Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức: là điện áp của cuộn dây sơ cấp.
-

Ký hiệu: U1đm

-

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).
Đối với MBA 3 cuộn dây có UTđm, UHđm.

c) Dịng điện định mức sơ cấp và thứ cấp:
Là những dòng điện dây 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)
Đối với MBA 1 pha:
I1dm 

Sdm
U1dm

(0.1)

I 2dm 

Sdm
U 2 dm

(0.2)

Đối với MBA 3 pha:
I1dm 

Sdm
3U1dm

(0.3)

I 2 dm 

Sdm
3U 2 dm

(0.4)

d) Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz
-

Ký hiệu: fđm.

-

Đơn vị tính: Hz.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




e) Điện áp ngắn mạch của MBA
Là điện áp đo được khi ngắn mạch một phía của cuộn dây sao cho dòng điện

-

đạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta có: Ucao-hạ.
3 giá trị điện áp ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao–Hạ; Cao–Trung; Trung–

-

Hạ.
Điện áp ngắn mạch tính theo % (Uk %).

-

f) Dịng điện khơng tải I0 (A)
Dịng điện khơng tải là giá trị hiệu dụng của dòng 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 còn gọi là dòng từ hoá.
g) Tổn hao không tải
Là công suất tác dụng bị hấp thụ khi khơng có tải đi qua cuộn dây. Tổn hao này

còn gọi là tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P0.
h) 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 dòng điện định mức đi qua các cực 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).

i) 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  hay .
1.1.2. Thí nghiệm máy biến áp
Việc thí nghiệm MBA để xác định tình trạng các thành phần và sự làm việc của
MBA.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




a) Kiểm tra tổng thể bên ngồi
-

Sứ khơng bị sứt mẻ.

-

Gioăng khơng dị dầu, hạt chống ẩm khơng đổi mầu.

-

Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ.

-

Các chi tiết được lắp đặt đúng thiết kế. Các thông số của MBA phù hợp với tài
liệu.

b) Thí nghiệm khơng tải
Mục đích: xác định tình trạng cuộn dây và lõi thép có bị chạm chập, xê dịch
hoặc mạch từ bị xô, bu lông khơng ép chặt, chất lượng lõi thép xấu.Thí nghiệm khơng
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.Kết quả đo được so với số
liệu xuất xưởng hoặc giá trị cho trên mác máy.Nếu kết quả đo khơng bình thường ta
cần tìm lý do như khử từ và tiến hành thí nghiệm tỷ số biến và đo trên điện trở một
chiều để kết luận chính xác.
c) Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây máy biến áp
Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thông qua trị số
của điện trở R60” và R15”. Giá trị R60” 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.

d) Đo điện trở một chiều các cuộn dây
Mục đích:
-

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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




-

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.
e) Kiểm tra tỷ số biến
Mục đích: 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.
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.
Ký hiệu:
-

Đầu dây cao áp ABC cuối là XYZ.

-

Đầu dây hạ áp abc cuối là xyz.
Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành

song song.Để xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay khơng,
ta có thể dùng thiết bị chun dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phương pháp
xung một chiều 3 trị số.Việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng
sơđồ bảo vệ MBA.
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 của MBA ta phải kiểm tra chất lượng của
dầu thơng qua các hạng mục. Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao
điện mơi ở 90 oC.
Trên đây là giới thiệu một số thí nghiệm xác định thơng số cơ bản , ngoài ra
cịn phải kể đến một số thí nghiệm xác định các thơng số khác như:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN

-

Đo điện trở cách điện và tổn hao điện môi sứ đầu ra của MBA có cách điện
giấy dầu.

-

Đo góc tổn hao điện môi phản ánh phẩm chất cách điện của cuộn dây.

-

Thí nghiệm máy biến dịng lắp sẵn ở MBA.

-

Kiểm tra đồ thị vịng bộ điều chỉnh biến áp.

-

Thí nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp.

1.2. Các phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn
Mối quan tâm chính về các lỗi tiềm ẩn của MBA lực là sự suy giảm phẩm chất
của hệ thống cách điện. Điều này có thể dẫn đến vấn đề là hệ thống cách điện sẽ bị
đánh thủng bởi xung dòng điện (các lực điện động trên cuộn dây) hay quá điện áp. Chẩn
đoán lỗi tiềm ẩn MBA là gắn liền với việc đánh giá các điều kiện cách điện của các vật
liệu cách điện trong MBA. Việc đánh giá có thể được thực hiện một cách trực tiếp bằng
thử cách định hoặc đánh giá gián tiếp qua các phương pháp khác nhau.

1.2.1. Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện
Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện chủ yếu muốn nói tới các kiểm tra offline định kỳ, bao gồm việc đo điện trở cách điện (IR), hệ số tổn hao chất điện môi
(DLF), sự phân cực hoá bề mặt (IP) có sử dụng IR bất thường và tần số phân tán của
điện dung, hệ số xoay (TP), điện trở cuộn dây, điện trở cọc tiếp địa (CGR) và một số
kiểm tra khác. Các kiểm tra trên được ứng dụng cho toàn bộ MBA và đó là sự đo đạc
chính với điều kiện cách điện. Chúng có thể cho thấy một số vấn đề về tình trạng
MBA nhưng có thể không tìm được lỗi tiềm ẩn. Các kiểm tra khác về giấy hay mẫu
bìa cách điện được lấy từ MBA. Những kiểm tra trên bao gồm việc đo đạc độ polyme
hoá (DP) và sức căng (TS). Một số phương pháp mới có liên quan như việc phân tích
mầu sắc của dầu cách điện, đo đạc phổ phân cực bề mặt ISP nhờ sử dụng điện áp
phản hồi (RV) và các kỹ thuật hoá phân tích cũng được sử dụng với cùng mục đích.
Các kỹ thuật kiểm tra mà phải can thiệp vào bên trong MBA là không thuận lợi bởi
vì quá trình lấy mẫu có thể gây nguy hiểm cho tình trạng nguyên vẹn của hệ thống
cách điện, nhưng cũng có thể là cần thiết với những MBA đã quá cũ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




Các phương pháp kiểm định tối ưu nhất cho việc đánh giá sự cách điện của
MBA lực là các dạng on-line (trực tuyến), bao gồm việc giám sát phóng điện một
phần (PD – partial discharge) và phân tích độ hoà tan khí trong. Các kiểm định trực
tuyến này cũng là các phương pháp chính trong chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn.
1.2.2. Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD
PD được tạo ra bởi các tình trạng lỗi có liên quan tới độ ẩm, các lỗ hổng trong
các chất cách điện đặc, các phần tử kim loại và các bong bóng khí. Thậm chí có thể
gây ra phá hỏng chất điện môi. Một sự gia tăng đáng kểmức PD và trong hệ số gia
tăng của hoạt động PD có thể cho biết một dấu hiệu sớm về một lỗi tiềm ẩn.
Các phương pháp giám sát PD trực tuyến thường rơi vào hai dạng: Phương pháp
điện và phương pháp âm. Theo như cách sử dụng cảm biến, cả hai dạng trên lại được

phân vào hai dạng nhỏ hơn: giám sát không xâm nhập và giám sát xâm nhập (xâm
nhập ở đây chỉ đến sự can thiệp vào bên trong MBA). Việc giám sát không xâm nhập
sử dụng các cảm biến được gắn ở bên ngoài MBA như là mắc thêm tụ, các biến dòng
tần số cao, đồng hồ gia tốc kiểu áp lực, v.v.
Điều kiện xâm nhập phải đặt các cảm biến PD vào trong MBA do vậy sự can
thiệp này sẽ gây ra nguy hiểm tới các bộ phận trong MBA và tốn kém hơn. Vì các lý
do an toàn, người ta thường sử dụng các cảm biến sợi quang hơn so với các loại cảm
biến khác khi giám sát PD kiểu xâm nhập.
Trong việc giám sát PD dạng điện, dòng điện xung PD thường được đo trực tiếp
thông qua một mạch điện dung hoặc một máy biến dòng tần số cao (HFCT - high
frequency current transformer). Các tụ nối có thể là một tụ tách điện áp cao của PDfree được đặt cạnh tải đầu ra của MBA hoặc sự dụng các tụ lót một cách tực tiếp. Vấn
đề chính với việc giám sát PD dạng điện là sự xuất hiện tượng giao thoa. Giải quyết
điều này có thể bao gồm các thuật toán rất phức tạp và không phải lúc nào cũng giải
quyết được trong các ứng dụng thực tiễn.
Giám sát PD âm đã được tập trung nghiên cứu trong cả lĩnh vực học thuật và
thực tiễn trong công nghiệp qua nhiều năm. Động lực thúc đẩy cho hướng nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




này là lợi ích có thể nhận được thơng qua các PD chính xác cục bộ. Đã có rất nhiều
các nghiên cứu trên lý thuyết về các nguyên lý PD cục bộ và một số hệ thống đã được
phát triển với mục đích này. Các ứng dụng đã chỉ ra cho thấy vẫn có các nguyên nhân
gây khó khăn cho việc giải thích của các kết quả và chúng yêu cầu phải được nghiên
cứu đầy đủ ý nghĩa hơn.
Ví dụ: Vận tốc âm bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ dầu, khí
và nước chứa trong dầu, tần số sóng mang của tín hiệu âm. Việc sử dụng một giá trị
hằng số trong bài toán của hàm PD cục bộ có thể cho kết quả rất sơ lược. Một vấn đề
lớn đối với giám sát PD là kết quả. Hiện tại chưa có các quy luật chung nào có thể

tương quan về trạng thái của biến áp với các hoạt động của PD hoặc thậm chí việc
phân lớp các hoạt động của PD một cách rõ ràng cũng chưa có. Việc chỉ sử dụng một
tham số là một giá trị giới hạn mức PD mang tính kinh nghiệm. Dường như có thể
chấp nhận được đối với giá trị này vì nó khơng được chỉ ra trong bất cứ tiêu chuẩn
nhà nước nào.
1.2.3. Phân tích độ khí hồ tan trong dầu (DGA)
Một kỹ tḥt mang tính thành công hơn trong việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trực
tuyến là phân tích độ hoà tan khí trong dầu. Phân tích khí hoà tan trong dầu của MBA
là nhằm mục đích sớm phát hiện ra sự quá nhiệt cục bộ, sự phóng điện ở mức độ thấp.
Sự phát triển các quá trình này sẽ dẫn đến sự cố. Sự cố phát triển trong thời kỳ này
không phát hiện được bằng rơle ga. Một lượng nhỏ các khí hình thành liên tục thông
qua quá trình phân huỷ nhỏ trong dầu hoặc trong cách điện cứng. Để phân tích khí
hoà tan trong dầu MBA sử dụng hệ thống máy phân tích gọi là TOGAS (Transformer
Oil Gas Analysis System). Từ kết quả phân tích khí hoà tan trong dầu MBA ta có thể
chẩn đoán được các dạng hư hỏng của MBA (theo IEC 599). Việc phân tích DGA
khi khơng cần phải ngắt nguồn điện MBA hay còn gọi là phương pháp “online” hay
trực tún. Loại phân tích này bao gồm DGA thơng thường, đó là dựa trên cơ sở việc
lấy mẫu dầu định kỳ và kỹ thuật hiện đại của việc giám sát khí trực tún.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




DGA thông thường đã được thực hiện trong một số năm và đã đạt được những
thành công to lớn so với các kỹ thuật khác. Lý do chính của thành cơng này là q
trình lấy mẫu và phân tích mẫu là đơn giản và rẻ tiền, dễ dàng chuẩn hoá. Rất nhiều
thực nghiệm đã được tiến hành từ quá trình này và nhiều tiêu chuẩn DGA đã được
thiết lập: IEC 599, IEC 599R, C57.104, v.v. Các khí được chuẩn hoá chủ yếu đã được
xác định là hydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), acetylene

(C2H2), CO và CO2.
Tuy nhiên có một vấn đề quan trọng trong các phương pháp DGA thơng thường
đó là mức độ tin cậy vào kết quả. Khi các MBA khác nhau về kích thước, cấu trúc,
nhà sản xuất, chế độ tải và lịch sử bảo dưỡng cũng có thể có các đặc tính khí khác
biệt, chúng cần phải được xem xét một cách riêng biệt trong hầu hết các trường hợp.
Do vậy DGA thường được coi là “kinh nghiệm” chứ không phải là khoa học.
Việc giám sát khí trong dầu trực tuyến đã sớm xuất hiện ngay sau khi kỹ thuật
DGA được công bố. Rất nhiều nghiên cứu thời kỳ đầu và các sản phẩm mang tính
thương mại sau này cũng được cơng bố. Một số các giám sát chỉ tập trung vào H2
trong khi một số khác thì tập trung vào nhiều loại khí khác nữa. Một lợi ích của giám
sát trực tuyến là việc đo lường liên tục một hoặc nhiều loại khí do vậy bất cứ những
thông tin cần thiết nào cho việc giám sát lỗi tiềm ẩn cũng có thể dễ dàng thu nhận
được.
Các vấn đề liên quan tới những sự giám sát này là sự chọn lựa và tính bền vững
của các màng lọc phần tử khí, phạm vi đo lường và tính chất cách điện. Tính chọn
lựa thể hiện ở những kỹ năng lọc cho phép các loại khí nhất định xun qua và ngăn
cản các khí cịn lại. Khả năng lựa chọn kém sẽ cho độ chính xác đo lường thấp hơn.
Các màng lọckhông bền sẽ bị phá hỏng nhanh hơn, đặc biệt là dưới các điều kiện làm
việc có nhiệt độ thay đổi lớn như giữa mùa hè và mùa đơng thậm chí là giữa ngày và
đêm. Thơng tin tại các điểm giám sát là các đại lượng không điện, trong khi các đầu
đọc của thiết bị đo lại chứa đựng các mạch điện. Các mạch này thực chất là các mạch

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




chuyển đổi và thường có đặc tính chuyển đổi là tuyến tính hoặc phi tuyến. Độ chính
xác của máy đo cịn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, của mơi trường làm việc.
Nói chung phạm vi đo lường và khả năng cách điện của thiết bị giám sát trực

tuyến đôi khi còn sai lệch so với các kiểm định thực nghiệm bằng phương pháp khác.
Với các bộ giám sát thế hệ mới, khoảng cách này đang được thu hẹp. Trong mọi lý
do, bộ giám sát trực tuyến được sử dụng như một công cụ kiểm tra để xác định ban
đầu các lỗi bất thường có thể có. Việc chẩn đoán lỗi một cách chi tiết sau đó đã chuyển
sang DGA thơng thường.
1.3. Chẩn đốn lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA
1.3.1. Đặc tính sinh khí
Phân tích khí hoà tan trong dầu của MBA là nhằm mục đích sớm phát hiện ra
sự quá nhiệt cục bộ, sự phóng điện ở mức độ thấp v.v. Để phân tích khí hoà tan trong
dầu MBA sử dụng hệ thống máy phân tích gọi là TOGAS (Transformer Oil Gas
Analysis System). Từ kết quả phân tích khí hoà tan trong dầu MBA ta có thể chẩn
đoán được các dạng hư hỏng của MBA. Việc phân tích DGA khi khơng cần phải ngắt
nguồn điện MBA hay còn gọi là phương pháp “online” hay trực tuyến. Loại phân tích
này bao gồm DGA thơng thường, đó là dựa trên cơ sở việc lấy mẫu dầu định kỳ và
kỹ thuật hiện đại của việc giám sát khí trực tuyến.
Dưới tác dụng của điện và nhiệt, phần tử hydro–cacbon (𝐻– 𝐶) của khống dầu
có thể bị phân huỷ thành dạng hydrogen và các mảnh 𝐻– 𝐶, các mảnh này có thể kết
hợp với nhau để tạo ra các khí là hydrohen (𝐻2 ), methane (𝐶𝐻4 ), ethane (𝐶2 𝐻6 ),
ethylene (𝐶2 𝐻4 ), acetylene (𝐶2 𝐻2 ), 𝐶𝑂 và 𝐶𝑂2 . Lượng khí của mỗi chất khí riêng biệt
phụ thuộc vào nhiệt độ ở lân cận điểm chịu tác dụng. Nhiều nhà nghiên cứu đã đề
xuất các phương pháp khác nhau để dự đoán lỗi tiềm ẩn trong MBA như tỉ số
Dornenberg, tỉ số Roger, phương pháp khí chính, tiêu chuẩn IEC-599.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN




1.3.2. Các lỗi tiềm ẩn của MBA
Các lỗi tiềm ẩn của MBA lực có thể được phân loại thành các dạng chính sau:

hồ quang điện, vầng quang điện hay phóng điện cục bộ, quá nhiệt của xenlulo, quá
nhiệt của dầu. Mức năng lượng do các sự cố này gây ra xếp theo thứ tự từ cao đến
thấp như sau: hồ quang  quá nhiệt  vầng quang. Những lỗi này có thể do một
hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau được chỉ ra trongBảng 1. 2.
Bảng 1. 1. Các lỗi MBA và nguyên nhân gây ra

Nguyên nhân

Hồ quang
điện

Ngắn mạch vòng dây
Hở mạch vịng dây
Sự hở mạch của LTC có sẵn
Biến dạng hoặc xô lệch cuộn
dây
Biến dạng hoặc xô lệch thanh
cái
Xiết ống nối ko chặt, đầu ren,
bảng đầu cuối
Nước tự do hoặc độ ẩm quá
giới hạn trong dầu
Mảnh kim loại nhỏ nổi trong
dầu
Lỏng kết nối với tấm chắn vầng
quang điện
Lỏng mặt bích, miếng đệm,
lõi tiếp địa, lõi định vị góc
(thanh nối)
Đứt gãy máng

Quá tải
Hỏng đai ốc cách ly
Rỉ trục hoặc hỏng trục
Hỏng nhánh song song của
thùng chứa
Kẹt đường tuần hoàn dầu
Lỗi hệ thống làm mát

x
x
x

x

Các lỗi
Vầng
Quá nhiệt
quang
của
điện
xenlulo
x
x
x

x

x

x

x

x

Quá
nhiệt của
dầu

x
x

x
x
x

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

x
x

x
x
x
x
x
x

Hình 1.1. Các cuộn dây mới
Hình 1. 1. là một số hình ảnh cuộn dây còn mới nguyên. Chúng đang trong quá
trình kiểm tra tổng thể về các thông số cách điện, độ vững chắc cơ học, v.v. trước khi
đưa vào sử dụng.

Hình 1.2. Phóng điện đánh thủng cách điện chưa biến dạng vịng dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Hình 1.2. là sự cố phóng điện gây chập cháy và chưa có sự biến dạng cơ học
vịng dây. Tuy nhiên đây là trạng thái sự cố khá nghiêm trọng. Máy biến áp trong tình
trạng này là không thể tiếp tục làm việc.

Hình 1.3. Phóng điện đánh thủng cách điện và biến dạng vịng dây
Hình 1. 3. cho thấy sự phóng điện gây chập cháy và biến dạng cơ học một số
vòng dây. Đây là trạng thái sự cố rất nghiêm trọng. Máy biến áp trong tình trạng này
là không thể tiếp tục làm việc mà phải được khắc phục.
Theo như Bảng 1. 2, một loại lỗi có thể do nhiều nguyên nhân. Điều này làm
cho việc phân vùng lỗi trở nên rất khó khăn. Do đó, khi vận hành thực tế thường chỉ
sử dụng DGA để chẩn đoán lỗi ban đầu chứ chưa phải là kết luận cuối cùng. Các
kiểm tra khác và thậm chí việc mở MBA có thể là cần thiết để khoanh vùng lỗi và
tìm nguyên nhân một cách chính xác hơn.
Tuy nhiên, việc chẩn đoán lỗi bằng DGA là đủ tốt để cung cấp thông tin cho
lịch trình bảo dưỡng và đóng vai trị như một chiến lược bảo dưỡng mang tính ngăn
ngừa. Với mục đích này, DGA đã trở thành cơng cụ then chốt cho việc chẩn đoán lỗi
tiềm ẩn của MBA lực. Nó bao gồm rất nhiều những nghiên cứu thành công trong 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN