Xây Dựng Cây Lỗi Và Ứng Dụng Logic Mờ Để Chẩn Đoán Sự Cố Tiềm Ẩn Trong Máy Biến Áp Lực.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN HẢI XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC Chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số 8520216[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN HẢI XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN KIM ÁNH Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài Xây dựng lỗi ứng dụng logic mờ để chẩn đoán cố tiềm ẩn máy biến áp lực cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Người cam đoan Võ Văn Hải MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 CHƯƠNG - XÂY DỰNG CÂY LỖI CHO MÁY BIẾN ÁP LỰC .4 2.1 Giới thiệu 2.2 Cơ sở kỹ thuật xây dựng lỗi 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 .6 2.3 Xây dựng lỗi cho MBA lực 10 2.3.1 Gông từ .10 2.3.2 Cuộn dây .11 2.3.3 Vỏ máy 12 2.3.4 Vật liệu cách điện - cách điện rắn .13 2.3.5 Sứ cách điện 15 2.3.6 Bộ chỉnh nấc áp phân áp .15 2.4 Kết luận 16 CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH MẪU DẦU .17 3.1 Giới thiệu 17 3.2 Tổng quan dầu MBA .18 3.3 Đặc tính lý hóa q trình phân hủy hoạt động MBA tác dụng nhiệt điện 21 3.4 Mối tương quan lỗi MBA khí phân tích 22 3.5 Sự đời phương pháp DGA quy tắc chẩn đoán lỗi MBA 24 3.5.1 Luật chẩn đoán Dornenurg 25 3.5.2 Luật chẩn đoán Goger sửa đổi 26 3.5.3 Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 60599 sửa đổi 27 3.5.4 Luật chẩn đốn khí đặc trưng (khí khóa) .28 3.5.5 Luật chẩn đốn JICA 29 3.5.6 Luật chẩn đoán EPS.Wang 29 3.5.7 Luật chẩn đoán Viện Năng lượng Nga 30 3.5.8 Luật chẩn đoán tam giác Duval 32 3.6 Kết luận 34 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MÁY BIẾN ÁP LỰC .35 4.1 Cơ sở lý thuyết logic mờ 35 4.1.1 Định nghĩa tập mờ 35 4.1.2 Một vài dạng hàm liên thuộc thường sử dụng 36 4.1.3 Mô hình mờ cho đối tượng, mơ hình Mamdani mơ hình Sugeno 37 4.2 Nền tản tiêu chuẩn IEC 60599 .50 4.3 Xây dựng logic mờ dựa tản tiêu chuẩn IEC 60599 53 4.3.1 Giới thiệu logic thông minh ưu điểm logic mờ .53 4.3.2 Chọn mơ hình mờ .53 4.3.3 Xây dựng hàm liên thuộc cho đầu vào đầu 53 4.3.4 Các qui tắc mờ 57 4.4 Ứng dụng công cụ Matlab để xây dựng chương trình chẩn đốn 60 4.5 Kết chẩn đoán 63 4.5.1 Chẩn đoán liệu thu thập từ tài liệu tham khảo .63 4.5.2 Chẩn đoán liệu thực 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .68 PHỤ LỤC Ế Đ NH GIAO ĐỀ ÀI L ẬN VĂN HẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH XÂY DỰNG CÂY LỖI VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC Học viên: Võ Văn Hải Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K34 ĐH Ng rường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt Máy biến áp phần tử quan trọng hệ thống truyền dẫn phân phối điện kể từ nguồn phát đến phụ tải Đối với phụ tải công nghiệp, máy biến áp nguồn mắc xích quan trọng có ảnh hưởng lớn đến làm việc bình thường tin cậy của tồn hệ thống cung cấp điện Khi hoạt động với môi trường vận hành khác nhau, đặc tính phụ tải chế độ bảo dưỡng khác dẫn đến chế suy thối hỏng hóc máy khác Do đối tượng có cấu trúc phức tạp nên chúng phải giám sát, kiểm soát, chẩn đoán lỗi đề xuất giải pháp phòng ngừa cần thiết Xuất phát từ thực tế đó, luận văn “Xây dựng lỗi ứng dụng logic mờ để chẩn đoán cố tiềm ẩn máy biến áp lực” thực hai vấn đề: (i) nghiên cứu xây dựng lỗi để tất lỗi xảy nguyên nhân gốc rễ nó, tất cấu tử bên bên máy biến áp, tác động lỗi đến phần tử khác, (ii) ứng dụng logic mờ việc chẩn đốn, đánh giá tình trạng phân loại lỗi tiềm ẩn xảy máy biến áp lực thơng qua phân tích mẫu dầu Từ khóa – Cây lỗi máy biến áp; DGA máy biến áp, chẩn đoán cố tiềm ẩn máy biến áp lực, bảo dưỡng RCM, logic mờ BUILDING ERROR AND APPLICATION OF LOGIC FREQUENCY TO DIAGNOSTIC CORRUPTION IN PRESSURE TRANSFORMERS Abstract Transformer is a importation equipment in electrical power system from generate to load 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 fault free analysis and fuzzy logic application in DGA to diagnosis of power transformer 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 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Giải thích Viết tắt Tiếng Anh DGA Tiếng Việt Dissolved Gas-in_oil Analysis Phân tích khí hịa tan dầu NR Normal condition Điều kiện bình thường OH OverHeating uá nhiệt độ OverHeating of Oil uá nhiệt độ dầu OHO CD OHC Suy giảm cách điện cellulose Cellulose Degradation uá nhiệt cellulose OverHeating of Cellulose Partial discharge Phóng điện cục LEDA Low Energy discharge Phóng điện lượng thấp HEDA High Energy Discharge Phóng điện lượng cao PD H2 Hydrogen CH4 Methane C2H6 Ethane C2H4 Ethylene C2H2 Acetylene CO2 Carbon dioxide CO Carbon monoxide O2/N2 Oxygen / Nitrogen TDCG Total Dissolved Combustible Gases Tổng hợp lượng khí hịa tan dầu TCG Total Combustible Gases TDHG Total Dissolved Hydrocarbon Gases L1 Critical gas-in-oil abnormal screening levels Tổng hợp lượng khí hịa tan Tổng hợp Hydrocarbon lượng khí for Lượng khí dầu nằm ngồi 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: KOH: acid number Hàm lượng axít OLTC Load Tap Changer Bộ điều áp tải PD Partial Discharge Phóng điện cục PF Power Factor Hệ số công 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 thông tin Test Accuracy Kiểm tra cấp xác LOC Location Định vị TRN Training Huấn luyện TST Testing Thử nghiệm Windings Cuộn dây TA WNDG MBA MBA DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 25 Bảng 3.2 Giá trị giới hạn L1 Dornenburg 25 Bảng 3.3 Phương pháp Goger sửa đổi 27 Bảng 3.4 Các qui luật chẩn đoán theo phương pháp Roger sửa đổi 27 Bảng 3.5 Các mã tỷ số theo IEC 60599 28 Bảng 3.6 Mô tả cố theo mã tỷ số .28 Bảng 3.7 Phương pháp chẩn đoán theo phương pháp khí đặc trưng (khí khóa) 29 Bảng 3.8 Độ nhạy ngưỡng khí .31 Bảng 3.9 Giới hạn tốc độ sinh khí tháng .32 Bảng 3.10 Bảng qui luật chẩn đoán dựa vào tam giác Duval 33 Bảng 4.1 Mã R1, R2, R3 dựa theo tiêu chuẩn IEC 60599 52 Bảng 4.2 Phân chia lỗi theo mã R1, R2, R3 52 Bảng 4.3 So sánh kết phương pháp 63 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Cấu tạo MBA Hình 2.2 Cây lỗi MBA lực dựa phần tử cấu thành 10 Hình 2.3 Cây lỗi lõi từ 11 Hình 2.4 Cây lỗi cuộn dây 11 Hình 2.5 Cây lỗi vỏ máy biến áp 12 Hình 2.7 Cây lỗi cách điện rắn .13 Hình 2.8 Cây lỗi hệ thống làm mát dầu cách điện 14 Hình 2.9 Cây lỗi sứ cách điện 15 Hình 2.10 Cây lỗi chuyển nấc phân áp 16 Hình 3.1 Lưu đồ phân tích tượng, nguyên nhân, phương pháp để chẩn đoán .18 Hình 3.2 Dầu cách điện hãng NYNAS 19 Hình 3.3 Sự sinh khí dầu nhiệt độ thay đổi 22 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn mối tương quan lỗi MBA khí phát sinh 23 Hình 3.5 Thuật tốn Phương pháp Dornenurg [3] .26 Hình 3.6 Thuật tốn phương pháp EPS.Wang [3] 30 Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán chẩn đoán Viện Năng lượng Nga 31 Hình 3.8 Luật chẩn đốn theo tam giác Duval .32 Hình 4.1 Sơ đồ khối chức logic mờ 37 Hình 4.2 Hàm liên thuộc luật hợp thành 40 Hình 4.3 Giải mờ phương pháp cực đại 43 Hình 4.4 Giải mờ theo nguyên lý trung bình 43 Hình 4.5 Giải mờ theo nguyên lý cận trái 44 Hình 4.6 Giải mờ theo nguyên lý cận phải 44 Hình 4.7 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 45 Hình 4.9 Lưu đồ phân chẩn đoán theo phương pháp IEC 60599 51 Hình 4.10 Hàm liên thuộc R1 54 Hình 4.11 Hàm liên thuộc R2 55 Hình 4.12 Hàm liên thuộc R3 56 Hình 4.13 Gọi cửa sổ thiết kế FIS từ lệnh fuzzy từ Matlab 60 Hình 4.14 Xây dựng hàm liên thuộc cho đầu vào Matlab 61 Hình 4.15 Xây dựng logic mờ matlab 61 Hình 4.16 kiểm tra kết logic mờ 62 Hình 4.17 Luật mờ khơng gian 62 Hình 4.18 Sơ đồ simulink để chẩn đoán .63 32 3.5.8 Luật chẩn đoán tam giác Duval Luật chẩn đoán tam giác Duval thực theo5 bước sau: Bước Xác định MBA có tồn cố hay khơng thơng qua giới hạn L1 tốc độ sinh khí Hình 3.8 Luật chẩn đốn theo tam giác Duval Chú thích: PĐ: Phóng điện cục T1 Sự cố nhiệt thấp 3000C T3 Sự cố nhiệt lớn 7000C T2 Sự cố nhiệt, nhiệt độ từ 3000C - 7000C D1: Phóng điện lượng thấp D2: Phóng điện lượng cao D : Phóng điện nhiệt Bảng 3.9: Giới hạn tốc độ sinh khí tháng Khí Giới hạn L1 (ppm) H2 100 CH4 75 C2H2 C2H4 75 C2H6 75 CO 700 CO2 7000 Giới hạn G1 (ppm/tháng) Giới hạn G2 (ppm/tháng) 10 50 38 3 38 38 70 350 700 3500 33 Nếu có gia tăng đột ngột H2 có mặt khí CO, CO2 khơng có khí hydrocacbon nào, sử dụng tỷ số CO2/CO để xác định xem Cellulose có bị hư hại q nhiệt hay khơng Bước Khi xác định tồn cố, sử dụng tổng nồng độ khí dùng tam giác Duval (CH4, C2H4, C2H2) xác định phần trăm khí (trong khí) cạnh tam giác để thực việc chẩn đốn Việc tính tốn cho khí thực sau tốc độ sinh khí tăng đột ngột, trừ lượng khí phát sinh trước đó, ta nhận lượng khí phát sinh từ cố bắt đầu.Cụ thể: lấy nồng độ khí CH4 (ppm) mẫu DGA trừ cho nồng độ khí CH4 mẫu DGA lấy từ trước (trong có gia tăng đột ngột nồng độ khí) ta nhận nồng độ khí CH4 từ xảy cố Thực tương tự C2H4, C2H2 Bước Cộng nồng độ (sau thực phép trừ) khí nhận từ bước 100 lượng khí sử dụng tam giác Duval Bước Chia khí cho tổng khí tính theo phần trăm Bước Xác định phần trăm khí cạnh tam giác Duval, từ điểm phần trăm khí vẽ đoạn thẳng song song với dấu gạch, đường thẳng cắt điểm điểm cố Lưu ý: Trong nhiều trường hợp nồng độ khí C2H2 kết nằm cạnh bên phải tam giác.Phương pháp tổng hàm lượng khí: sử dụng nồng độ thực khí CH4, C2H4 C2H2 ; tính theo mẫu DGA sau cố Phương pháp tốc độ sinh khí ppm: sử dụng hiệu số nồng độ sau trước cố khí CH4, C2H4 C2H2, xác định sau: Total =Methane/Total + Acetylene + Etylene; X=Methane/total; Y=Etylene/total; Z=Ecetylene/Total Căn vào tam giác Duval ta có quy luật chẩn đốn Bảng 3.10 Bảng 3.10: Bảng qui luật chẩn đoán dựa vào tam giác Duval STT 10 X 0.98