Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình thông số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

Do sự đa dạng về sự cố hư hỏng trong máy biến áp nêu trên nên các phương pháp chẩn đoán sự cố trong MBA cũng được phát triển khá nhiều, ví dụ như:  Phương pháp đo điện trở cuộn dây  Ph

GIỚI THIỆU

Tổng quan

Một hệ thống điện cơ bản bao gồm ba phần chính hợp thành đó là phụ tải, lưới điện và nguồn điện Sơ đồ hình 1.1 trình bày về một hệ thống điện cơ bản

Hệ thống điện gồm nguồn điện, lưới điện truyền tải, phân phối và phụ tải, vì vậy sẽ có rất nhiều cấp điện áp trong một hệ thống điện Lưới điện truyền tải dùng để liên kết những vùng có các cấp điện áp khác nhau, có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất từ nguồn đến phụ tải điện, để giảm tổn thất công suất khi truyền tải cần tăng giá trị điện áp (U), hoặc cung cấp công suất cho phụ tải từ các trạm nguồn điện áp cao cần phải giảm điện áp (U) Mà việc liên kết các phần có các cấp điện áp khác nhau là rất cần thiết để tạo thành một hệ thống điện lớn Vì vậy, máy biến áp lực được dùng ở bất cứ nơi nào cần sự biến đổi về điện áp

Máy biến áp lực (MBA) là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, đóng vai trò giúp truyền tải công suất giữa các cấp điện áp trong hệ thống điện, và làm cầu nối giữa các cấp điện áp khác nhau qua đó tạo nên mạng lưới hệ thống điện lớn Về mặt tài chính, MBA là một trong các phần tử có giá thành mắc nhất trong hệ thống điện Hình 2.1 minh họa máy biến áp lực 1 pha và 3 pha

Hình 1.1: Sơ đồ khối một hệ thống điện cơ bản

Thông thường thì tuổi thọ của MBA có thể dài từ 20 đến 35 năm Nếu được vận hành trong điều kiện ổn định và được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên thì tuổi thọ có thể kéo dài trên 50 năm Tuy nhiên, với những trường hợp MBA không được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên và đúng chu kỳ thì những MBA có tuổi thọ trên 15 năm sẽ có nguy cơ gặp sự cố cao hơn khi vận hành do sự già hóa của lõi thép và các hiện tượng thường gặp khi vận hành trước đó Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường kéo dài thì tuổi thọ của MBA sẽ giảm và độ ổn định, tin cậy cung cấp điện của MBA cho hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến việc cung cấp và vận hành ổn định hệ thống điện Vì vậy, chẩn đoán sự cố trong máy biến áp đang là một hướng đề tài đang được quan tâm hiện nay dù đối với những quốc gia khác việc này không còn xa lạ, nhưng với Việt Nam thì đây là một khái niệm cũng khá mới.

Phương pháp chẩn đoán sự cố

Cách thức chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực rất là đa dạng và có nhiều phương pháp khác nhau dựa trên các tính chất của sự cố như: sự cố về nhiệt, sự cố về điện, sự cố về cơ [1, 2]

Do sự đa dạng về sự cố hư hỏng trong máy biến áp nêu trên nên các phương pháp chẩn đoán sự cố trong MBA cũng được phát triển khá nhiều, ví dụ như:

 Phương pháp đo điện trở cuộn dây

 Phương pháp thử nghiệm cao áp xoay chiều tần số công nghiệp

 Kỹ thuật phân tích hòa tan khí trong dầu (DGA)

 Phương pháp đo phóng điện cục bộ

 Phương pháp phân tích đáp ứng tần số (FRA)

Hình 1.2: Minh hoạ máy biến áp lực 1 pha và 3 pha

Hầu hết các phương pháp chẩn đoán sự cố nói chung cho MBA dựa trên phép đo thông số điện một chiều (như đo điện trở cách điện và điện trở cuộn dây…) và xoay chiều tần số công nghiệp (điện cảm rò, tổng trở ngắn mạch, điện dung,…) hay phân tích đặc tính lý, hóa học của cách điện trong MBA (áp suất dầu, khí hòa tan trong dầu, nồng độ nước, đặc tính cách điện rắn,…) tỏ ra hiệu quả; tuy nhiên đối với các loại sự cố điện và đặc biệt là cơ trong cuộn dây MBA (sự cố vặn xoắn hay dịch chuyển cuộn dây do ngắn mạch hay dòng lớn, sự cố trong bộ phân áp, sự cố sau khi vận chuyển từ nhà sản xuất đến công trình), các phương pháp trước đây không hiệu quả Trong khi đó, FRA là công cụ thể hiện được sự ưu điểm trong việc phân tích các sự cố điện và cơ trong cuộn dây MBA

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số là một công cụ chẩn đoán để phát hiện các sự cố và hư hỏng về điện và cơ thể hiện qua sự biến dạng cuộn dây và sự dịch chuyển của mạch từ của MBA [2].

Bố cục của luận văn

Cấu trúc của luận văn được trình bày như sau:

Chương 1 giới thiệu các kiến thức tổng quan về hệ thống điện và trình bày bố cục nội dung luận văn

Chương 2 trình bày chung về kiến thức tổng quan cho kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) cho việc chẩn đoán sự cố bên trong máy biến áp lực và những đặc tính, cấu hình đo liên quan đến kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số

Chương 3 tìm hiểu, giới thiệu các mô hình máy biến áp lực, từ đó đưa ra các mô hình thông số điện cho máy biến áp lực phục vụ cho việc phân tích, mô phỏng trong chương 4 và chương 5

Chương 4 giới thiệu về phương pháp xác định giá trị thông số điện dung trong mô hình thông số phân bố MBA, nhằm thực hiện tính toán giá trị thông số điện dung để xây dựng mô hình cho việc mô phỏng

Chương 5 giới thiệu các kết quả thu được từ các phép đo và mô phỏng, dựa trên các kết quả đạt được đưa ra các phân tích đánh giá cho kết quả nghiên cứu

Chương 6 kết luận và đề nghị hướng phát triển trong tương lai liên quan đến nghiên cứu.

KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG

Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA)

Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA – Frequency Response Analysis) là một dạng phân tích chẩn đoán sự cố điện và cơ trong máy biến áp lực (MBA) dựa trên thí nghiệm về điện và đã được tiêu chuẩn hóa theo CIGRE-2008 [1], IEC 60076-18 [2] và IEEE PC57.149/D9.1 [3]

2.1.1 Các loại sự cố áp dụng FRA

Theo IEC 60076-18 [2], FRA có thể dùng để phát hiện các thay đổi trong những phần hoạt động của đối tượng kiểm tra (như cuộn dây, kết nối và bộ phận lõi) FRA thường dùng để phát hiện việc thay đổi cấu trúc hình học và ngắn mạch trong các cuộn dây

FRA có thể ứng dụng để đánh giá mức độ các sự cố trong MBA như sau:

 Sự cố hay thí nghiệm ngắn mạch dòng lớn

 Sự cố với bộ điều áp

 Sự cố thay đổi cấu trúc cơ khí MBA do vận chuyển hay tác động ngoại lực

Tiêu chuẩn IEEE PC57.149/D9.1 [4] bổ sung thêm rằng FRA có thể ứng dụng để phát hiện các sự cố gây ra thay đổi cấu trúc hình học bên trong MBA, như sự cố dòng lớn (ngắn mạch) trong cuộn dây MBA sinh ra lực điện từ (tỷ lệ với bình phương dòng điện) làm biến dạng cuộn dây MBA (dọc hay ngang trục) FRA còn ứng dụng để phát hiện các sự cố cuộn dây hở mạch, có điện trở tiếp xúc lớn, ngắn mạch giữa có vòng dây

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số là một công cụ chẩn đoán để phát hiện các sự cố và hư hỏng về điện và cơ thể hiện qua sự biến dạng cuộn dây và sự dịch chuyển của mạch từ của MBA Các nghiên cứu từ các trường hợp thực tế đã cho thấy tính hiệu quả của kỹ thuật này

2.1.2 Các phép đo đáp ứng tần số

FRA là công cụ mạnh để phát hiện được những vấn đề sự cố về cơ cũng như về điện bên trong MBA mà các phương pháp khác không có khả năng phát hiện được Việc biết được tình trạng bên trong MBA sẽ cho phép chúng ta có thể vận hành MBA ở mức tải lớn nhất mà không gây tác hại đến độ tin cậy

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng 5

Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) đã được phát triển qua nhiều năm kể từ khi nó được đưa ra từ thập niên 1960 Vào những năm 1970, công ty Ontario Hydro đã đi tiên phong về kỹ thuật đáp ứng tần số bằng cách đưa một tín hiệu dạng sin và đo trực tiếp các đáp ứng tần số Sau đó lần lượt được các công ty khác nghiên cứu và ứng dụng Vào những năm 1990, các sản phẩm thương mại đầu tiên ứng dụng thực tế đã được giới thiệu Hiện tại có một số lượng lớn các công ty dịch vụ thí nghiệm trên thế giới đã và đang sử dụng phương pháp phân tích tần số và phương pháp xung để đánh giá tình trạng và quản lý một số lượng lớn các MBA lực đang vận hành trên lưới điện của mình Hình 2.1 minh họa nguyên lý của FRA

 Cấp điện áp hình sin trị hiệu dụng thấp (ví dụ 10 V), nhưng biến thiên trong một vùng tần số rộng (ví dụ từ 10 Hz đến 10 MHz), vào 1 đầu cực MBA (ký hiệu V r reference voltage);

 Đo điện áp ở một đầu cực khác (ký hiệu V m = measured voltage);

 Tính tỷ số giữa chúng Biên độ = 20*log (V m /V r ) (dB)

Góc pha = góc pha {V m } – góc pha {V r } (độ)

Nguyên lý đo đáp ứng tần số như trên được gọi là SFRA (Sweep = quét tần số điện áp hình sin), đang là nguyên tắc được áp dụng rộng rãi trong FRA hiện nay Một nguyên lý khác là dựa trên điện áp xung (IFRA với I viết tắt cho Impulse) nhưng kém ứng dụng thực tế hơn do chỉ hiệu quả ở tần số dưới 200 kHz

Hình 2.1: Minh họa nguyên lý của FRA

Một sơ đồ ví dụ cho mạch đo phân tích đáp ứng tần số được cho bởi IEC 60076-18 [2] thể hiện như sau (hình 2.2):

Có 4 cấu hình đáp ứng tần số cơ bản được thống nhất giữa các tiêu chuẩn đề cập ở trên:

 End-to-end open-circuit (EEOC): đo hở mạch

 End-to-end short-circuit (EESC): đo ngắn mạch

 Capacitive inter-winding (CAP): đo hiệu ứng dung

 Inductive inter-winding (IND): đo hiệu ứng cảm Hình 2.3 minh họa các kiểu đo như trên áp dụng cho MBA có tổ đấu dây YN-d

Hình 2.2: Sơ đồ minh họa mạch đo đáp ứng tần số

Mỗi cấu hình đo đều cho các dạng đáp ứng tần số khác nhau về độ lớn, dạng và góc pha

Trong số 4 cấu hình đo này, người ta thường chỉ sử dụng cấu hình đo hở mạch (biên độ) để chẩn đoán vì các thông số điện trong sơ đồ tương đương MBA (điện cảm, điện dung, điện trở cuộn dây và lõi thép trong tổng thể MBA) đều có ảnh hưởng đến dạng đáp ứng tần số ở những vùng tần số nhất định trong khi các sơ đồ đo khác chỉ có ảnh hưởng rõ rệt của từng thông số riêng biệt

2.1.3 Nguyên lý phân tích đáp ứng tần số của MBA

Từ các phép đo đáp ứng tần số sẽ thu được kết quả là đường đặc tính của các đáp ứng thu được, sau khi phân tích có thể nhận thấy được những vùng có những thay đổi phụ thuộc vào những dải tần số khác nhau, minh họa đối với 1 MBA tự ngẫu ở hình 2.4 Ở dải tần số thấp, thông thường thành phần điện dung của MBA có thể được xem là không đáng kể và đáp ứng là thuần cảm (từ 10 Hz đến 2 kHz ở hình 2.4) Ở các tần số này điện cảm của mạch từ chiếm ưu thế: tổng trở lõi sắt (core impendance), điện cảm rò (leakage inductance) Có một sự sai lệch đáng kể ở các đáp ứng giữa hai pha bên ngoài (A, C) và pha giữa (B) tại dải tần số này Điều này là do các đường đi của từ thông trong lõi thép Pha giữa có hai đường đi của từ thông có từ trở bằng nhau và pha ngoài có hai đường đi của từ thông có từ trở khác nhau Kết quả là các pha ngoài có hai điểm cộng hưởng so với pha giữa vốn chỉ có một điểm cộng hưởng Điều này cũng giải thích về sự khác biệt về biên độ (dB) lúc khởi đầu (xem hình 2.4) Ở dải tần số cao hơn (từ 2 kHz trở đi) đáp ứng trông phức tạp vì có rất nhiều điểm cộng hưởng Ở dải tần số này điện

Hình 2.3: Cấu hình đo đáp ứng tần số

Chương 2: Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số và ứng dụng 8 dung của cuộn dây chiếm ưu thế do tần số (f) tăng làm cho cảm kháng (X L = 2πfL) tăng và dung kháng (X C = 1/(2πfC)) giảm dẫn đến ảnh hưởng đến dòng điện phân bố trong mạch Do đó, các đáp ứng của cuộn dây là ít phụ thuộc vào mạch từ, khiến cho kết quả đo khá nhạy cảm với sự biến dạng của cuộn dây Ở dải tần số cao điện cảm có thể được xem là không đáng kể và có thể bỏ qua, đáp ứng thực tế có tính dung

Như vậy, đối với MBA khảo sát 1 có thể thấy đáp ứng tần số (ĐƯTS) được chia ra 4 vùng như sau:

 Vùng 1 (Core influence), ảnh hưởng của lõi từ, với dải tần số f < 2 kHz Trong đồ thị đáp ứng này, đáp ứng pha B khác biệt rõ so với hai đáp ứng còn lại, nguyên nhân là do ảnh hưởng của hai pha kế bên trong bộ máy biến áp ba pha

 Vùng 2 (Interaction between windings), vùng tương tác giữa các cuộn dây: giữa tần số từ 2 đến 20 kHz, đáp ứng bị ảnh hưởng bởi sự tương tác giữa các cuộn dây, như là cách kết nối (Delta, Wye, ), dây trung tính…

 Vùng 3 (Winding structure influence), vùng ảnh hưởng của cấu trúc bên trong cuộn dây: Từ 20 kHz đến 1 MHz, cấu trúc bên trong cuộn dây sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ đến đáp ứng tần số Trong ví dụ này, đồ thị FRA ở vùng 3, quá trình cộng hưởng ít hơn và phần lớn giá trị điện dung tăng lên do tần số (f) tăng làm cho cảm

1 Đáp ứng tần số đối với từng MBA khác nhau là khác nhau vì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tổ đấu dây, công suất, điện áp, kiểu dây quấn

Hình 2.4: Kết quả đáp ứng tần số ở các dải tần số khác nhau cho 1 MBA tự ngẫu

Khả năng chẩn đoán sự cố của FRA cho MBA

FRA là công cụ mạnh để phát hiện được những vấn đề trục trặc về cơ cũng như về điện bên trong MBA mà các phương pháp khác không có khả năng phát hiện được Việc biết được tình trạng bên trong MBA sẽ cho phép chúng ta có thể vận hành máy ở mức tải lớn nhất mà không gây tác hại đến độ tin cậy Những tình trạng bất thường bên trong MBA có thể phát hiện bằng việc sử dụng FRA:

 Sự biến dạng và dịch chuyển của cuộn dây

 Ngắn mạch và hở mạch các vòng dây

 Vận hành hành quá tải trong thời gian dài, gây hư hỏng cuộn dây

 Hư hỏng việc nối đất của lõi thép

 Việc xê dịch lõi thép

Hình 2.5 giới thiệu các sự cố cơ điển hình trong cuộn dây MBA.

Phạm vi áp dụng

Việc sử dụng kỹ thuật FRA trong các hạng mục thử nghiệm định kỳ đã nhận được phản hồi tích cực từ những công ty dịch vụ bảo trì trên thế giới, do đó FRA nên được xem là một công cụ chẩn đoán hỗ trợ trong thí nghiệm đánh giá, điều tra sự cố ở các MBA Đến nay, sau gần hai mươi năm kiểm nghiệm trên thực tế, kỹ thuật FRA đã chứng tỏ là một công cụ mạnh mẽ để phát hiện sự dịch chuyển của cuộn dây và các hư hỏng khác vốn ảnh hưởng đến tổng trở của MBA một cách tin cậy

Theo kinh nghiệm của các công ty điện lực đã áp dụng kỹ thuật FRA vào việc đánh giá tình trạng của các MBA trên thế giới, cần xem đây như là một tiêu chuẩn cần thiết, việc tiến hành các phép đo FRA được đề xuất ứng dụng trong những tình huống sau đây:

 Ở các MBA mới với mục tiêu lấy số liệu ban đầu;

 Các thử nghiệm kiểm tra điện định kỳ;

 Sau khi lắp đặt lại MBA;

 Khi gặp phải bất kỳ sự cố trong MBA (sự cố ngắn mạch )

Hình 2.5: Một số ví dụ về sự cố trong MBA

MÔ HÌNH THÔNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐỂ PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Mô hình thông số tập trung (MHTT)

Ở dải tần số thấp (20 Hz đến vài trăm Hz hoặc vài kHz), mô hình thông số tập trung là mô hình cơ bản để phân tích đáp ứng tần số Khi phân tích FRA bằng mô hình này, ở dải tần số thấp kết quả tương đối chính xác, còn với tần số trung bình trở đi thì không còn chính xác nữa Để thực hiện phân tích FRA ở tần số cao cần xây dựng một mô hình thông số khác, tất nhiên việc xây dựng mô hình chính xác hơn cũng cần nhiều dữ liệu và thông số từ MBA hơn Điều này là rất khó khăn vì không dễ để có đầy đủ các thông số này mà không tháo rời MBA để đo đạc; trong khi việc yêu cầu nhà sản xuất cung cấp những dữ liệu này cũng không thực sự khả thi

Mô hình thông số tập trung của MBA được thể hiện bởi một mô hình kết nối 3 pha mà ở đó sự liên kết giữa cuộn dây và phần lõi được thay thế bởi điện cảm tập trung (và điện trở) và các điện dung tương đương Mô hình thông số tập trung chỉ có tác dụng cho dải tần số thấp do ở đó thì điện cảm chiếm ưu thế, do đó mạch điện từ thể hiện cấu trúc lõi là yếu tố quan trọng cho việc phát triển mô hình Chi tiết về nguyên tắc đối ngẫu dựa trên mô hình thông số tập trung và điện cảm được trình bày trong [5]

Hình 3.1 thể hiện mô hình thông số tập trung của một MBA 2 cuộn dây Ynd5 với tổ đấu dây tương ứng là HV đấu sao; LV đấu tam giác và mạch điện từ ở giữa Các cuộn dây có điện dung tổng với đất là C gH (C gL ), điện dung nối tiếp C sH (C sL ), và điện dung liên cuộn-dây (giữa các cuộn dây) C iw

Chương 3: Mô hình thông số điện của MBA để phân tích đáp ứng tần số 12

 Z 1 = R 1 // L 1 : trở kháng phi tuyến của trụ lõi

 Z y = R y // L y : trở kháng phi tuyến của gông lõi

 L 3 : điện cảm rò tương đương ở cao áp

 Z 4 = R 4 // L 4 : điện cảm hở mạch thứ tự không

 R H , R L : điện trở tương ứng của cuộn dây cao áp và hạ áp

 C sH , C sL : điện dung nối tiếp

 C gH , C gL : điện dung nối đất

 C iw : điện dung mắc giữa hai cuộn dây cao áp và hạ áp

Mô hình thông số phân bố (MHPB)

Khi ở tần số thấp từ 50Hz đến vài trăm Hz hoặc vài kHz tùy theo máy biến áp, dòng điện cảm ứng không đáng kể Sức điện động cảm ứng trên cuộn cảm (emf) và độ sụt áp trên điện trở xuất hiện, vì vậy theo hình 3.1 cuộn dây có thể được mô hình đơn giản

Hình 3.1: Mô hình thông số tập trung của một MBA 2 cuộn dây đấu Ynd5 [5]

Chương 3: Mô hình thông số điện của MBA để phân tích đáp ứng tần số 13 bằng các tụ điện (C gH , C gL , C sH , C sL , C iw ), các cuộn cảm (L 1 , L y , L 3 , L 4 ) và điện trở tương ứng Tuy nhiên ở vùng tần số trung bình và cao, MHTT trước đây không còn chính xác nữa, do tần số (f) tăng làm cho cảm kháng (X L = 2πfL) tăng và dung kháng (X C

= 1/(2πfC)) giảm dẫn đến ảnh hưởng đến dòng điện phân bố trong mạch (Hình 2.1) Vì vậy việc xây dựng mô hình thông số phân bố cho việc phân tích tại các dải tần số trung bình và cao là rất cần thiết

3.2.1 Các kiểu quấn dây trong MBA Ở vùng tần số trung bình và cao (20 kHz đến 1 MHz) thì cấu trúc bên trong cuộn dây sẽ ảnh hưởng lớn đến đáp ứng tần số, do đó việc nghiên cứu các cấu trúc bên trong cuộn dây, kiểu quấn dây MBA là hết sức cần thiết

Cấu trúc cuộn dây của MBA thì rất phức tạp và được thiết kế với các yêu cầu khác nhau

Vì vậy, các hiện tượng quá độ điện từ xảy ra cũng biến đổi đa dạng giữa các cuộn dây

Kích thước vật lý của cuộn dây cũng ảnh hưởng đáng kể đến đáp ứng tần số trong MBA

Các kiểu quấn dây tiêu biểu trong MBA được thể hiện như sau [6]:

 Pancake windings (loại shell của MBA)

 Helical windings (kiểu xoắn ốc)

 Disc windings (ordinary disc or interleaved disc – kiểu đĩa)

Hình 3.2: Minh họa các phần tử trong mô hình MBA

Hình 3.3 và 3.4 minh họa một vài kiểu quấn dây trong MBA

Hình 3.3: Kiểu lớp (trái) và kiểu xoắn ốc (phải)

Hình 3.4: Kiểu đĩa thường (trái) và kiểu đĩa xen kẽ (phải)

3.2.2 Xác định MHPB cho các kiểu quấn dây tiêu biểu

Dựa trên cách sắp xếp các turn (vòng dây), disc (đĩa) trong cuộn dây, phần sau sẽ trình bày các mô hình thông số phân bố tham khảo cho các kiểu quấn dây tiêu biểu trong máy biến áp lực

3.2.2.1 Cuộn dây kiểu đĩa (disc)

Cuộn dây kiểu đĩa được sử dụng cho các cuộn dây với số lượng vòng dây lớn và dòng điện nhỏ Cuộn dây kiểu đĩa được xây dựng bằng việc kết nối các đĩa nối tiếp Cuộn dây kiểu đĩa và kiểu xoắn ốc có cách sắp xếp tương tự nhau, khi số lượng vòng dây càng lớn thì cuộn dây kiểu đĩa hường được xem xét đến thay vì kiểu xoắn ốc

Thành phần điện dung nối tiếp của cuộn dây kiểu đĩa thường có giá trị rất nhỏ so với giá trị điện dung liên cuộn dây và điện dung nối đất Do đó, để tăng điện dung nối tiếp của cuộn dây kiểu đĩa thường thì cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ được phát triển để khắc phục điều đó (giá trị điện dung nối tiếp có giá trị đáng kể)

Hình 3.5 thể hiện cấu hình và mạch tương đương của cuộn dây kiểu đĩa thường [6]:

Hình 3.6 thể hiện cấu hình và mạch tương đương của cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ [6]:

Hình 3.5: Cấu hình mạch cuộn dây kiểu đĩa thường

Hình 3.6: Cấu hình mạch cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ

Hình 3.7 mô tả mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phần tử của 1 MBA 2 cuộn dây ở đây các phần tử điện dung được thể hiện với chỉ số 0 đi kèm, điện cảm và hỗ cảm được thể hiện tương ứng là L i (L j ) và M ij Điện dung không có sự khác nhau về tính chất vật lý giữa điện dung tổng và điện dung ở các phân đoạn Vì vậy các giá trị điện dung phần tử có thể được suy ra từ điện dung tổng thông qua hệ số n (số phân đoạn) Do đó các thông số thiết kế bên trong của MBA thì không cần thiết cho việc xác định các điện dung phần tử nếu điện dung tổng được xác định từ các phép đo

Hình 3.7: Mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phân đoạn của 1 MBA 2 cuộn dây

3.2.2.2 Cuộn dây kiểu lớp (layer) Mô hình minh họa cuộn dây kiểu lớp thể hiện trong hình 3.8 [6]

Hình 3.9 mô tả mô hình thông số MBA với thông số điện cảm và điện dung Giá trị điện dung được trình bày là điện dung giữa các layer và từ layer trên và dưới với vỏ MBA (đất) [7]:

Mô hình MBA trên hình 3.9 có thể được đơn giản hóa bằng việc sắp xếp lại các điện dung Để thực hiện điều này giả thiết rằng điện áp giữa các layer là bằng nhau, việc mô tả được thể hiện trong hình 3.10 [7]:

Hình 3.8: Cấu hình mạch kiểu lớp

Hình 3.9: Mô hình MBA kiểu lớp

Hình 3.11 trình bày mô hình MBA sau khi đã thực hiện việc sắp xếp lại các giá trị điện dung như trên

Từ mô hình trên hình 3.11 cho cuộn dây kiểu lớp ta nhận xét thấy so với mô hình cuộn dây kiểu đĩa trong hình 3.7 có nét tương đồng về cách sắp xếp các phần tử điện dung và điện cảm Do đó, có thể dùng mô hình tương đương cuộn dây kiểu đĩa thay thế cho mô hình cuộn dây kiểu lớp, nhưng chỉ trong vùng tần số giới hạn

Hình 3.10: Thực hiện đơn giản hóa mạch

Hình 3.11: Mô hình MBA sau khi sắp xếp lại

Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 19

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG CHO MHPB

Tổng quan

Khi có điện áp đặt vào hai bản cực dẫn điện được ngăn cách bằng điện môi cách điện làm cho hai bản cực tích điện trái dấu và sinh ra một điện trường giữa hai bản cực Khả năng tích trữ năng lượng điện trường này gọi là điện dung Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích lũy điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch xoay chiều

Có 3 loại điện dung cơ bản trong MBA xây dựng mô hình thông số phân bố:

 Điện dung nối đất (Ground Capacitance): Điện dung giữa cuộn dây và đất, được xem như điện dung giữa vỏ/lõi MBA và cuộn dây Thường được kí hiệu là C g , tương ứng với cuộn dây sơ cấp là C gH và C gL cho cuộn dây thứ cấp

 Điện dung nối tiếp (Series Capacitance): Điện dung tự thân của các cuộn dây giữa các vòng dây hay là giữa các đĩa (lớp) Điện dung này phụ thuộc vào bản chất của cuộn dây và kí hiệu là C s

 Điện dung liên cuộn dây (InterWinding Capacitance): là điện dung giữa cuộn cao áp và hạ áp (C iw ) hoặc giữa các cuộn cao áp với nhau (C HH )

Hình 4.1: Các thành phần điện dung tồn tại trong MBA

Xác định điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi trong MBA

Đối với MBA dạng hộp đen không có các thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện nhưng để có cơ sở lý thuyết cho việc xác định các giá trị điện dung, cần xem xét các công thức giải tích tính toán giá trị điện dung Phần này sẽ đưa ra các công thức giải tích giá trị điện dung từ các thông số hình học và điện môi của MBA, tác giả tham khảo cách tính toán điện dung từ các mô hình MBA trong [8, 9, 10, 11] Các giá trị điện dung được trình bày như sau:

4.2.1 Điện dung mắc vòng giữa cuộn HV và LV Điện dung giữa cuộn HV và LV là điện dung giữa 2 dây dẫn hình trụ đặt song song với nhau [8]

Trong đó  0 : Độ điện thẩm chân không h : Chiều cao cuộn dây m : Số mạch từ

R i : Bán kính trong cuộn HV

R o : Bán kính ngoài cuộn LV

 eff : Độ điện thẩm tương đương Hình 4.2 mô tả mô hình đơn giản cho việc tính toán điện dung giữa cuộn HV và LV [8]

Hình 4.2: a) Hệ thống cách điện HV và LV; b) Mô hình hệ thống cách điện đơn giản

4.2.2 Điện dung nối đất giữa cuộn HV với vỏ ( C gH ) và LV với lõi ( C gL ) Điện dung C gH và C gL một cách tổng quát là điện dung giữa dây dẫn hình trụ đặt song song mặt phẳng nối đất [8]

Trong đó 0 : Độ điện thẩm chân không h : Chiều cao cuộn dây m : Số mạch từ

R i : Bán kính trong cuộn dây

R o : Bán kính ngoài cuộn dây

 : Độ điện thẩm điện môi cách điện

4.2.3.1 Cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc) Đối với điện dung giữa vòng dây – vòng dây (C tt ) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa các vòng dây trên cùng 1 đĩa để áp dụng được định luật Coulomb Giá trị điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8]: p p ave h C R

Trong đó 0 : Độ điện thẩm chân không h : Chiều cao 1 vòng dây (do có xét đến hiệu ứng bề mặt)

 p : Bề dày cách điện giữa 2 vòng dây liền kề

R ave : Bán kính trung bình

Dựa vào phân bố năng lượng điện trường trên 1 đĩa, có thể xác định điện dung vòng dây

– vòng dây tổng trên 1 đĩa bằng cách nhân với 2 1

N N  với N là số lượng vòng dây trên 1 đĩa

Chương 4: Xác định thông số điện dung cho MBPB 22 Đối với điện dung giữa đĩa – đĩa, C dd là rất nhỏ so với C tt nên khi tính điện dung nối tiếp

C s thường được bỏ qua Cách tính điện dung C dd thì tương tự với C tt , là điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8] ks p i o R

Trong đó  0 : Độ điện thẩm chân không

 ks : Khoảng cách giữa 2 đĩa

4.2.3.2 Cuộn dây kiểu xoắn ốc (helical) Điện dung của cuộn dây kiểu xoắn ốc một cách tổng quát là điện dung giữa 2 mặt phẳng cùng tiết diện [8] d R C  0 ( R o 2  i 2 )

Trong đó  0 : Độ điện thẩm chân không d : Khoảng cách giữa 2 đĩa (disk)

4.2.3.3 Cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc) Giá trị điện dung nối tiếp cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ được tham khảo từ [8]:

Trong đó C tt và C d được tham khảo từ biểu thức (4.3) và (4.4)

4.2.3.4 Cuộn dây kiểu lớp (layer) Đối với điện dung giữa vòng dây – vòng dây (C tt ) thì giả thiết có độ lệch áp đồng nhất giữa các vòng dây trên cùng 1 layer (lớp) để áp dụng được định luật Coulomb Xem như

C tt giữa các vòng dây là như nhau với mọi layer, chọn các thông số tại layer ngoài cùng, ta có thể tính gần đúng như sau [8]: p i o R

Trong đó  0 : Độ điện thẩm chân không

 : Độ điện thẩm điện môi cách điện Đối với điện dung giữa layer – layer, xem như điện dung C ll giữa 2 layer là như nhau với mọi layer, và do 2 layer được đặt rất sát nhau trong thực tế, ta có thể tính xấp xỉ như sau [8]: d h C 2 0 R ave 

Trong đó  0 : Độ điện thẩm chân không d : Bề dày cách điện trung bình giữa 2 layer (lớp) h : Chiều cao cuộn dây

R ave : Bán kính trung bình cuộn dây

Xác định giá trị điện dung qua các phép đo

Ở phần trên đã đưa ra các công thức giải tích cho việc xác định giá trị điện dung dựa vào thông số hình học và điện môi của MBA, nhưng đối với MBA dạng hộp đen không có các thông số hình học, điện môi của hệ thống cách điện thì việc tính toán giá trị điện bằng các công thức giải tích không thể thực hiện được Do đó, phần này sẽ đề xuất việc xác định giá trị điện dung trong MHPB máy biến áp lực dạng hộp đen dựa trên các phép đo

Các giá trị điện dung tổng với đất C gH (C gL ) và điện dung liên cuộn dây C iw của các cuộn dây MBA có thể được xác định trực tiếp dựa trên việc sử dụng thiết bị đo cao áp AC và phương pháp đo hệ số phân tán (dissipation factor measurment) khoảng vài kV, trong dải tần số thấp (từ 15 đến 400 Hz) kỹ thuật này gọi là kỹ thuật đo thông thường (conventional technique) Do các giá trị điện dung của từng pha riêng lẻ thì không thể xác định bằng cách thực hiện riêng lẻ được, nên tất cả đầu cực của cuộn dây HV (LV) phải được kết nối cho mạch tương đương 3 pha (khi đó, C HG = 3C gH , C LG = 3C gL và C HL

= 3C iw ) Ngoài ra, để xác định điện dung với đất và điện dung liên cuộn dây có thể dùng kỹ thuật đo dựa trên việc phân tích của phép đo tổng trở dung (capacitive driving-point impedance) sử dụng thiết bị VNA (vector-network analyzer) tại điện áp khoảng vài V (AC) trong dải tần số (từ 20 Hz đến 2 MHz) kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật mới Kỹ thuật xác định điện dung dựa vào kỹ thuật thông thường (conventional technique) và kỹ thuật mới (new technique) cho các so sánh ở chương 5

Hình 4.3 trình bày sơ đồ mạch tương đương điện dung của một MBA 2 cuộn dây mà ở đó C HG , C LG và C HL có thể được xác định từ các phép đo điện dung tương đương khi một nhóm đầu cực HV và LV được kích thích (cấp nguồn) và những phần khác được nối đất hoặc để hở mạch Chi tiết cho 2 kỹ thuật đo này được giới thiệu trong [5]

Bảng 4.1 thể hiện cấu hình đo tham khảo để xác định C HG , C LG và C HL [5]:

Hình 4.3: Mạch tương đương điện dung 3 pha cho MBA 2 cuộn dây

Như vậy, các giá trị điện dung C HG , C LG và C HL có thể được xác định từ những nguyên lý trên Đối với điện dung nối tiếp của cuộn dây thì không thể được xác định khi mà không có các thông số hình học MBA hoặc không thể tháo rời phần MBA cho các phép đo bên trong Tuy nhiên, giải pháp đề xuất đưa ra là dựa trên việc so sánh kết quả mô phỏng mô hình MBA và kết quả đo với cấu hình đo tổng trở hở mạch (OC DPIs: open-circuit driving-point impendances) tại dải tần số trung bình, từ đó phân tích, đánh giá độ chênh lệch giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo để xác định điện dung nối tiếp Ở dải tần số trung bình thì việc ảnh hưởng cấu trúc cuộn dây bên trong MBA là đáng kể, mà MBA dạng hộp đen thì việc biết được cấu trúc bên trong MBA là không thể Do đó, việc xác định được giá trị điện dung nối tiếp của cuộn dây 1 cách phù hợp cần được xem xét đến 2 yếu tố sau trong quá trình mô phỏng:

 Kiểu quấn dây MBA: cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc), cuộn dây kiểu lớp (layer) và cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)

 Số lượng phân đoạn (n) được chọn trên 1 pha

Thứ tự Cấu hình đo Điện dung tương đương

LV được ngắn mạch C 1 = C HG // (C HL nối tiếp C LG )

LV được nối đất C 2 = C HG // C HL

HV được ngắn mạch C 3 = C LG // (C HL nối tiếp C HG ) 4 LV được kích từ,

HV được nối đất C 4 = C LG // C HL

Chương 5: Mô phỏng và phân tích 26

MÔ HÌNH THÔNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐỂ PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

Mô hình mạch mô phỏng và xác định các giá trị điện dung

5.2.1 Mô hình mạch mô phỏng và phần mềm mô phỏng

Việc xây dựng mô hình thông số phân bố là một khâu rất quan trọng để có thể đánh giá các kết quả mô phỏng có gần chính xác với phép đo Từ các mô hình và phân tích ở

Chương 3, mô hình được lựa chọn thử nghiệm là cuộn dây kiểu đĩa thường cho cuộn HV và LV có dạng (trên 1 pha) như hình sau:

Advanced Design System 2009 (ADS) là hệ thống phần mềm thiết kế điện tử tự động hóa được tạo ra bởi Keysight EEsof EDA, một bộ phận của Keysight Technologies

Phần mềm này cung cấp một môi trường thiết kế tích hợp để thiết kế các sản phẩm điện tử như điện thoại di động, máy nhắn tin, mạng không dây, truyền hình vệ tinh, hệ thống radar, kết nối dữ liệu tốc độ cao Ngoài ra, ADS Keysight hỗ trợ tất cả các bước của quá trình thiết kế, layout, kiểm tra các quy tắc thiết kế, mô phỏng mạch điện theo miền tần số - miền thời gian và mô phỏng điện từ trường xung quanh hệ thống, cho phép người dùng có thể mô tả đầy đủ và tối ưu hóa thiết kế mà không phải sử dụng nhiều công cụ

Sử dụng phần mềm ADS để mô phỏng MHPB có ưu điểm là được cung cấp các công cụ hỗ trợ, môi trường thiết kế mạch điện thuận lợi và tương đối đơn giản Do đó trong luận văn này sử dụng ADS mô phỏng và xây dựng mô hình mạch, phân tích cho đối tượng MBA Hình 5.2 trình bày minh họa 1 phần mô hình MBA sử dụng phần mềm ADS để xây dựng:

Hình 5.1: Mô hình thông số phân bố trên 1 pha với n phân đoạn của 1 MBA 2 cuộn dây

5.2.2 Giá trị điện dung Đối với mô hình thông số phân bố trong hình 5.1 thể hiện trên, giá trị điện dung thành phần (với chỉ số 0 đi kèm) có thể dễ dàng được xác định từ các giá trị điện dung tổng tương ứng như sau: C gH0 = C gH /n; C gL0 = C gL /n; C iw0 = C iw /n; C sH0 = C sH *n; C sL0 = C sL *n (với n: số phân đoạn được chọn để mô phỏng; C gH = C GH /3; C gL = C GL /3; C iw = C HL /3)

Hình 5.2: Mô hình mặt cắt ngang các phần tử pha A

5.2.2.1 Điện dung với đất tổng và điện dung liên cuộn dây tổng

Bảng 5.1 trình bày các giá trị điện dung thu được từ 2 kỹ thuật đo thông thường (conventional technique) và kỹ thuật mới (new technique) [5] Kết quả đạt được cho thấy giá trị điện dung C HG và C HL thay đổi không đáng kể so với tần số, giá trị C LG giảm, mà việc giảm giá trị này là do sự thay đổi của độ điện thẩm cách điện giữa cuộn LV và lõi Do đó, để thực hiện phân tích đáp ứng tần số tại dải tần số trung bình (medium frequencies), giá trị điện dung với đất và điện dung liên cuộn dây từ kỹ thuật mới sẽ được sử dụng cho các mô phỏng tiếp theo

5.2.2.2 Điện dung nối tiếp tổng Điện dung nối tiếp thông thường chỉ phụ thuộc vào thuộc tính dây, loại dây quấn và cách điện, và nó không phụ thuộc vào các hệ số khác như là phần nối đất (thùng MBA, lõi MBA) hoặc cách điện hệ thống giữa các cuộn dây Giá trị điện dung này có thể rất thấp cho cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc), hoặc cao hơn cho cuộn dây kiểu lớp (layer) hoặc cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc)

Hình 5.3 trình bày kết quả mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV mà không có sự hiện diện của C s Hình 5.4 trình bày kết quả mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa a-c cuộn LV mà không có sự hiện diện của C s Từ kết quả trên hình 5.3 và 5.4 cho thấy giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo có độ chênh lệch, điều này được lý giải là do việc không thiếu giá trị điện dung nối tiếp trong mạch mô phỏng

Bảng 5.1: Giá trị điện dung đất và liên cuộn dây

Conventional (2 kV AC) New (1 V AC)

Chương 5: Mô phỏng và phân tích 30 Để xác định giá trị C s trong mạch, thực hiện chọn 1 điểm chuẩn (ref) trong vùng tần số 1 kHz đến 10 kHz mà tại điểm đó có giá trị thuần dung (góc pha xấp xỉ -90 0 ) Từ điểm ref kẻ dóng đường vuông góc lên kết quả đo và mô phỏng, từ đó xác định sơ bộ giá trị C sH với hình 5.3 và giá trị C sL với hình 5.4

Sau khi xác định sơ bộ giá trị C sH và C sL thực hiện mô phỏng lần lượt với các giá trị thay đổi quanh giá trị sơ bộ Hình 5.5 thực hiện mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV có C sH và hình 5.6 thực hiện mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa a-c cuộn LV có C sL

Hình 5.3: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố

Hình 5.4: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố

Dựa vào giá trị điện dung nối tiếp trong kết quả kết quả mô phỏng trong hình 5.5 và 5.6 thu được kết quả giá trị thích hợp cho C sH và C sL được xác định lần lượt như sau: C sH ≈

1.812 nF hoặc C sL ≈ 2.016 nF Với các giá trị này thì kết quả mô phỏng và kết quả đo có vẻ phù hợp.

Thực hiện mô phỏng cho các trường hợp

Với mô hình thông số phân bố trên cùng với các thông số giá trị điện cảm từ [12] và các giá trị điện dung ở phần 5.2 Để đánh giá các ảnh hưởng của giá trị C sH và C sL cùng với số lượng phân đoạn (n) trong MHPB, trình bày 2 trường hợp mô phỏng chính như sau:

Hình 5.5: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (có Cs)

Hình 5.6: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố (có Cs)

 Mô phỏng với số phân đoạn n = 8 và n = 16

 Mô phỏng xem xét ảnh hưởng với a) Chỉ có C sH = 1.812 nF; b) Chỉ có C sL = 2.016 nF và c) Có C sH và C sL nhưng với giá trị bằng 1 nửa giá trị trên (C sH = 0.906 nF và

5.3.1 Mô phỏng với số phân đoạn là n = 8 và n = 16

Bảng 5.2 thể hiện thông số các phân đoạn n = 8 Với các giá trị điện cảm và hỗ cảm được tham khảo từ [12]

Bảng 5.2: Thông số các giá trị với n=8

L AA Tự cảm của các phần tử trên cuộn dây A (L) 0.2144

L AB Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây B (L) -146e-3

L AC Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây C (L) -67.7e-3

L Aa Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây a (L) 215.5e-3

L Ab Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây b (L) -146.3e-3

L Ac Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây c (L) -67.5e-3

L aa Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a (L) 0.2186

L ab Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a và cuộn dây b (L) -146.7e-3

L ac Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a và cuộn dây c (L) -67.6e-3

L BB Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây B (L) 1.3805*L AA

L Bb Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây B và cuộn dây b (L) 1.3883*L Aa

L bb Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây b và cuộn dây b (L) 1.3925*L aa

C Aa0 Điện dung giữa cao và hạ áp pha A (F) 2.1714e-9/n

C gA0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây A (F) 628.76e-12/n

C ga0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây a (F) 2.5302e-9/n

C sA0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây A (F) 1.812e-9*n

C sa0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây a (F) 2.016e-9*n

C Bb0 Điện dung giữa cao và hạ áp pha B (F) 2.1714e-9/n

C gB0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây B (F) 628.76e-12/n

C gb0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây b (F) 2.5302e-9/n

C sB0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây B (F) 1.812e-9*n

C sb0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây b (F) 2.016e-9*n

Bảng 5.3 thể hiện thông số các phân đoạn n = 16 Với các giá trị điện cảm và hỗ cảm được tham khảo từ [12]

Hình 5.7, 5.8 và 5.9 so sánh mô phỏng phía cuộn HV với số phân đoạn n = 8 trong cấu hình đo với kết quả đo tương ứng

Bảng 5.3: Thông số các giá trị với n

L AA Tự cảm của các phần tử trên cuộn dây A (L) 53.6e-3

L AB Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây B (L) -36.5e-3

L AC Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây C (L) -16.8e-3

L Aa Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây a (L) 53.9e-3

L Ab Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây b (L) -36.6e-3

L Ac Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây A và cuộn dây c (L) -16.9e-3

L aa Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a (L) 54.6e-3

L ab Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a và cuộn dây b (L) -36.7e-3

L ac Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây a và cuộn dây c (L) -16.9e-3

L BB Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây B (L) 1.3805*L AA

L Bb Hỗ cảm giữa các phần tử trên cuộn dây B và cuộn dây b (L) 1.3883*L Aa

L bb Tự cảm giữa các phần tử trên cuộn dây b và cuộn dây b (L) 1.3925*L aa

C Aa0 Điện dung giữa cao và hạ áp pha A (F) 2.1714e-9/n

C gA0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây A (F) 628.76e-12/n

C ga0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây a (F) 2.5302e-9/n

C sA0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây A (F) 1.812e-9*n

C sa0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây a (F) 2.016e-9*n

C Bb0 Điện dung giữa cao và hạ áp pha B (F) 2.1714e-9/n

C gB0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây B (F) 628.76e-12/n

C gb0 Điện dung nối đất của các phần tử cuộn dây b (F) 2.5302e-9/n

C sB0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây B (F) 1.812e-9*n

C sb0 Điện dung nối tiếp giữa các phần tử trên cuộn dây b (F) 2.016e-9*n

Hình 5.7: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (C sH = 1.812 nF)

Hình 5.8: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (C sL = 2.016 nF)

Hình 5.9: Kết quả phép đo và mô phỏng đáp ứng tần số của OC DPI giữa A-N cuộn HV dùng mô hình phân bố (C sH = 0.906 nF và C sL = 1.008 nF)

Hình 5.10, 5.11 và 5.12 thực hiện mô phỏng tương tự như trên với phân đoạn n = 16

Từ các kết quả mô phỏng ở hình 5.7 đến hình 5.12 cho thấy kết quả mô phỏng MHPB có số lượng phân đoạn lớn hơn (n = 16) gần với kết quả đo hơn so với MHPB có số lượng phân đoạn (n=8) Ở tần số thấp thì hình dạng ở 2 trường hợp mô phỏng gần như không thay đổi Đối với vùng tần số trung bình trở lên thì hình dạng các đỉnh cộng hưởng với n = 16 có vẻ giống với phép đo hơn Như vậy, để mô phỏng các kết quả có giá trị chính xác cần thực hiện với MHPB với số lượng phân đoạn n càng lớn thì khả năng chính xác càng cao, nhưng việc xây dựng MHPB với n càng lớn thì thời gian xây dựng mô hình và khảo sát cũng tăng lên

5.3.2 Mô phỏng xem xét ảnh hưởng của C S Để kiểm tra ảnh hưởng của giá trị C sH và C sL được xác định như trên, các trường hợp mô phỏng sẽ được thực hiện nghiên cứu với: a) Chỉ có C sH = 1.812 nF; b) Chỉ có C sL 2.016 nF và c) Có C sH và C sL nhưng với giá trị bằng 1 nửa giá trị trên (C sH = 0.906 nF và

Hình 5.13, 5.14 và 5.15 so sánh mô phỏng phía cuộn HV trong cấu hình đo với kết quả đo tương ứng

Từ kết quả mô phỏng ở hình 5.13, 5.14 và 5.15 cho thấy với hình dạng của các đỉnh cộng hưởng trong kết quả đo ở tần số xung quanh 10 kHz gần phù hợp với kết quả mô phỏng ở hình 5.13, nhưng hình dạng các đỉnh cộng hưởng của kết quả đo trong vùng tần số từ 20 kHz đến 50kHz có xu hướng giống với kết quả mô phỏng ở hình 5.14 Như vậy, với việc mô phỏng xung quanh tần số 10 kHz dường như là phù hợp với kết quả đo mà ở đó chỉ có giá trị C sH Để kiểm tra thêm về các đáp ứng tần số trên MHPB với các thông số điện dung và điện cảm trên Luận văn còn thực hiện mô phỏng với các trường hợp với các cấu hình đo khác nhau được trình bày trong Phụ lục

Từ các kết quả mô phỏng thu được cho thấy:

 Kết quả mô phỏng đáp ứng tần số của mô hình MBA thực hiện trong vùng tần số thấp (từ 20 Hz đến 5 kHz) so với kết quả đo là hoàn toàn trùng nhau

 Với việc mô phỏng xung quanh tần số 10 kHz dường như là phù hợp với kết quả đo mà ở đó chỉ có giá trị C sH

 Ở tần số thấp thì hình dạng ở 2 trường hợp mô phỏng gần như không thay đổi Đối với vùng tần số trung bình trở lên thì hình dạng các đỉnh cộng hưởng với n = 16 có vẻ giống với phép đo hơn Như vậy, để mô phỏng các kết quả có giá trị chính xác cần thực hiện với MHPB với số lượng phân đoạn n càng lớn thì khả năng chính xác càng cao, nhưng việc xây dựng MHPB với n càng lớn thì thời gian xây dựng mô hình và khảo sát cũng tăng lên

Tiêu đề	Nghiên cứu tính toán điện dung trong mô hình thông số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số
Tác giả	Nguyễn Lê Quốc Khánh
Người hướng dẫn	TS. Phạm Đình Anh Khôi
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điện
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	4,89 MB