Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Đề xuất phương pháp đánh giá tình trạng vận hành và dự báo thời điểm bảo trì bộ điều áp dưới tải máy biến áp lực lưới điện 110kv Long An

CBM – Condition-based maintenance: Bảo dưỡng theo tình trạngCIGRE - Conseil Internationnal des Grand Reseaux Electriques: Tổ chức khoa họcvà ky thuât quốc tế về các hệ thống điện lớnDGA

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Sự cố máy biến áp lực (MBA) có tác động đáng kể đến chi phí vân hành hệ thống điện Tại nhiều Công ty điện lực, MBA đã hoạt động trong nhiều năm vượt quá thời hạn sử dụng dự kiến Khi nhu cầu điện tăng cao, MBA ở một số khu vực đang phải chịu tải vượt quá công suất định mức để đáp ứng nhu cầu Một trong những thành phần quan trọng trong MBA là bộ điều áp dưới tải (On-load tap changer - OLTC), có tác dụng điều chỉnh điện áp trong mạng phân phối.

Nhiều nhà sản xuất công bố bộ OLTC do họ sản xuất hầu như không cần bảo trì trong suốt quá trình vân hành Đối với các bộ OLTC ngâm dầu, tần suất bảo dưỡng được công bố vào khoảng 7 năm, với giới hạn 50.000 – 100.000 chu kỳ hoạt động. Các bộ OLTC với công nghệ dâp hồ quang bằng chân không được công bố là chỉ cần bảo trì sau 150.000 – 300.000 chu kỳ hoạt động [1] Tuy nhiên, những con số trên chỉ là cho quảng cáo sản phẩm Trên thực tế, OLTC có số lượng lớn các bộ phân chuyển động nên OLTC dễ xảy ra lỗi cơ học do cơ chế vân hành nấc điện áp phải thay đổi thường xuyên Ngoài ra, OLTC cũng dễ bị lỗi như dầu nhiễm bẩn, hoặc chất lượng của tiếp điểm không tốt gây phát nhiệt Ngoài các tiếp điểm dẫn dòng, còn có rất nhiều các điểm tiếp xúc có khả năng bị lệch, lò xo bị lỏng, hệ thống truyền động động cơ bị trục trặc, các khuyết tât ở bánh răng và cam, v.v Những sự cố cơ học trong bộ OLTC trên thực tế không phải là hiếm, và hoàn toàn có thể dẫn đến hư hỏng cả MBA nếu không được xử lý kịp thời.

Các thống kê của tổ chức CIGRE trong hình 1.1 cho thấy khoảng 30% MBA trong trạm biến áp bị sự cố có liên quan đến hư hỏng xảy ra trên bộ OLTC Do tỷ lệ hỏng hóc cao này nên việc giám sát chặt chẽ tình trạng OLTC của MBA là rất quan trọng Không giống như các bộ phân tĩnh khác trong MBA, OLTC bao gồm nhiều bộ phân chuyển động Do có số lượng lớn các bộ phân chuyển động, OLTC cũng là một trong những bộ phân có xác suất cao gây ra sự cố trên lưới điện, dẫn đến làm mất điện ngoài kế hoạch và gián đoạn nguồn cung cấp. để tăng tính khả dụng và đạt được vân hành tối ưu Các phương pháp giám sát tình trạng và chẩn đoán MBA đã được phát triển và phổ biến tại thời điểm hiện tại Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan đến việc phân tích và đánh giá tình trạng bộ OLTC trong nước lẫn trên thế giới hiện đang còn hạn chế, bởi số lượng rất hạn chế của các phương pháp thí nghiệm và kiểm tra tình trạng đặc thù cho bộ OLTC Hơn nữa, các phương pháp thí nghiệm chẩn đoán cho bộ OLTC chỉ mới được phát triển gần đây, nên các nghiên cứu liên quan đến tính toán chỉ số tình trạng của bộ OLTC hiện chưa được thực hiện nhiều.

Hình 1.1: Thống kê về sự cố trên MBA của CIGRE WG 12.05 và WG A2.37 [2-3]

Tình hình nghiên cứu hiện nay

Hiện nay, các hướng nghiên cứu về lĩnh vực đánh giá tình trạng của MBA chủ yếu xoay quanh 3 chủ đề chính, bao gồm: (1) cải tiến và giới thiệu thêm phương pháp thí nghiệm, (2) cải tiến phương pháp tính chỉ số tình trạng vân hành, và (3) dự báo tuổi thọ còn lại của MBA Tiêu biểu có thể kể đến các nghiên cứu của nhóm Jahromi thực hiện tại Canada [4] Nghiên cứu này đã xây dựng được một phương pháp chấm điểm MBA dựa trên các kết quả thí nghiệm và kiểm tra định kỳ, tạo tiền đề cho nhiều nghiên cứu khác phát triển thêm Tuy nhiên, việc đánh giá chủ yếu tâp trung vào các phần tử chính như dầu cách điện, mạch từ và cuộn dây Các phần tử khác như sứ cách điện và đặc biệt là bộ OLTC, dù vẫn xuất hiện trong các tiêu chí thời điểm năm 2009 thì các hạng mục thí nghiệm chẩn đoán chuyên sâu cũng chưa được ứng dụng rộng rãi, và do đó chưa được xem xét trong nghiên cứu này. Đối với các nghiên cứu trong nước, một số nghiên cứu trước đây đã đóng góp trong việc cải tiến phương pháp chấm điểm và tiêu chí đánh giá tình trạng MBA phù hợp hơn với hiện trạng tại lưới điện mà họ khảo sát Trong giai đoạn từ 2017 đến 2021, đã có các nghiên cứu tiêu biểu của Nguyễn Diệp Đăng Khoa (năm 2017) và Âu Khương Tình (năm 2021) thực hiện để nghiên cứu tính toán chỉ số vân hành cho các máy biến áp 110kV [5-6] Trong đó, nghiên cứu [5] không xem xét đến bộ OLTC, còn nghiên cứu [6] có đưa một tiêu chí là “Tình trạng bộ OLTC” vào chấm điểm tình trạng cho MBA, dù rằng cách đánh giá tiêu chí này dựa hoàn toàn vào nhân định của đơn vị quản lý vân hành chứ không xét đến kết quả thí nghiệm.

Các nghiên cứu nêu trên chỉ tâp trung vào tính toán chỉ số tình trạng cho tổng thể MBA, chứ chưa tâp trung chuyên sâu vào việc phân tích đánh giá tình trạng để đưa ra thời điểm phù hợp bảo trì bộ OLTC Đánh giá tình trạng bộ OLTC vẫn còn là một chủ đề chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều Theo tìm hiểu của học viên, các nghiên cứu đa phần vẫn chỉ tâp trung vào một ky thuât đo, hoặc đánh giá một hạng mục thí nghiệm nào đó (ví dụ như phân tích khí hòa tan trong dầu, đo điện trở động). Một số nghiên cứu liên quan được liệt kê trong bảng 1.1.

Bảng 1.1: Tổng hợp một số nghiên cứu liên quan đến việc đánh giá tình trạng bộ

OLTC trong và ngoài nước[6-15]

STT Nghiên cứu Tác giả Đóng góp Nguồn Tham khảo

Nghiên cứu xây dựng tiêu chí, chỉ số đánh giá tình trạng vân hành và tuổi thọ của máy biến áp lực trên lưới điện phân phối Công ty Điện Âu Khương Tình

Chỉ số tình trạng MBA

Luân văn cao học, Đại học Bách Khoa

- ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2021 [6]

STT Nghiên cứu Tác giả Đóng góp Nguồn khảo

Phương pháp tam giác Duval để chẩn đoán kết quả phân tích khí hòa tan trong dầu

Chẩn đoán lỗi trong các bộ OLTC

Tổng hợp các phương pháp thí nghiệm mới cho bộ

Giới thiệu các phương pháp thí nghiệm

Phương pháp đo điện trở động cho bộ

Giới thiệu ky thuât đo, đề xuất quy trình đo

Phương pháp đo điện trở động cho bộ

R Jongen Đề xuất phương pháp đánh giá Kỉ yếu hội nghị [12,13]

Phương pháp phân tích âm thanh rung bộ OLTC

L Allard Giới thiệu phương pháp đo Tạp chí [14]

Phương pháp phân tích âm thanh rung bộ OLTC

M Foata Kết quả thực tế Tạp chí [15]

Với tình hình nghiên cứu như trên, học viên nhân thấy chủ đề đánh giá tình trạng bộ OLTC là một chủ đề mở, và có khả năng được đào sâu để khảo sát Hướng tiếp cân khả thi là tham khảo các nghiên cứu trước đây về tính toán chỉ số tình trạng củaMBA, từ đó kế thừa và xây dựng nên một hệ thống chấm điểm tương tự có khả năng áp dụng lên các bộ OLTC.

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Vì những lí do đã nêu ở phần trước, học viên chọn đề tài “Nghiên cứu các tiêu chí dự báo thời điểm bảo trì bộ điều áp dưới tải máy biến áp lực 110 kV miền Nam”. Mục tiêu nghiên cứu nhằm giúp Tổng công ty điện lực Miền Nam tránh được việc bị động trong công tác quản lý vân hành các MBA nói chung, và kiểm soát tình hành chủ động hơn trong công tác bảo trì, bảo dưỡng thiết bị và góp phần nâng cao độ tin cây cung cấp điện an toàn, liên tục. Đề tài nghiên cứu đề xuất tiêu chí dự báo thời điểm bảo trì OLTC của các MBA trên lưới điện phân phối 110kV, phạm vi khảo sát bao gồm 38 MBA 110kV do Công ty Điện Lực Long An quản lý và vân hành, chi tiết như trong bảng 1.2 Về phạm vi nghiên cứu, đề tài sẽ tâp trung vào các nhiệm vụ:

 Nghiên cứu các phương pháp thí nghiệm điện và hóa để đánh giá tình trạng bộ OLTC

 Nghiên cứu xây dựng các hệ thống đánh giá kết quả thí nghiệm

 Nghiên cứu phương pháp tính toán chỉ số tình trạng cho bộ OLTC

 Dự báo thời điểm cần bảo trì bộ OLTC

Bảng 1.2: Các MBA 110kV tại khu vực Long An

Hãng sản xuất bộ OLTC

Mã hiệu Số serial bộ

STT Máy biến áp xuất bộ

34 Tân Tâp T1 - ABB VUCGDN 1ZSC 2018

Tính thiết thực của nghiên cứu

Hiện nay, chính sách bảo trì dựa trên tình trạng (CBM) đang được Tâp đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) áp dụng trên các trạm biến áp 220kV và 110kV trên phạm vi cả nước, thay thế cho việc bảo trì theo thời gian vốn đã được áp dụng trong suốt một khoảng thời gian dài trước đây [16-22] CBM là chính sách bảo trì tối ưu, với sự hỗ trợ của các công cụ đánh giá tình trạng, sẽ cung cấp thông tin chính xác và có giá trị về tình trạng của máy Một hệ thống CBM hoàn chỉnh phải có khả năng giám sát tình trạng của thiết bị trong vân hành, dự báo nhu cầu bảo trì trước khi xảy ra hư hỏng hoặc hỏng hóc đáng kể, xác định các vấn đề cần bảo trì và xác định vị trí, thâm chí ước tính tuổi thọ của MBA.

Tính đến nay, cách duy nhất để xác định xem OLTC có cần bảo trì hay không là thực hiện kiểm tra mẫu dầu hoặc ngừng sử dụng máy biến áp để cho phép mởOLTC để thực hiện kiểm tra Quá trình này có thể mất vài giờ cho đến vài tuần (tùy vào mức độ cần thiết phải bảo trì), gây thêm áp lực và làm giảm độ tin cây của lưới điện hoặc trong một số trường hợp xấu, khách hàng sẽ không có điện cho đến khiMBA được đưa vào sử dụng trở lại. pháp đánh giá tình trạng, cũng như dự báo thời điểm bảo trì phù hợp cho các bộOLTC đang được gắn trong các MBA 110kV trên lưới điện Long An Kết quả nghiên cứu sẽ giúp cho Công ty Điện Lực Long An đánh giá được tình trạng các bộOLTC đang vân hành, xây dựng kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng phù hợp nhằm ngăn ngừa sự cố và đảm bảo độ tin cây cung cấp điện.

BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI

Nguyên lý hoạt động

Các bộ OLTC đều dựa trên nguyên tắc chuyển mạch cơ học để lựa chọn vị trí nấc điện áp mà không có bất kỳ sự gián đoạn nào về dòng điện Nếu OLTC sử dụng một công tắc tiếp điểm duy nhất trong thao tác đổi nấc, dòng điện chắc chắn sẽ bị cắt cho đến khi công tắc được kết nối với vị trí điểm nhấn cuối cùng Để giải quyết vấn đề cắt dòng điện, khái niệm tiếp điểm “đóng trước khi ngắt” được sử dụng Về vấn đề này, vị trí nấc điện áp mong muốn được bắt cầu trước khi ngắt tiếp điểm khỏi vị trí nấc chính Vì vây, tiếp điểm OLTC kết nối hai nấc cùng lúc và sau đó tạo ra dòng điện tuần hoàn Để hạn chế dòng điện tuần hoàn, trở kháng chuyển tiếp được sử dụng ở dạng điện trở hoặc cuộn kháng.

Các bộ OLTC theo nguyên lý điện trở chuyển mạch phù hợp với các MBA có cấp điện áp cao, nhưng đòi hỏi có cơ cấu chuyển tiếp nhanh để đóng và ngắt điện trở vào mạch chính trong khoảng thời gian ngắn, thường vào khoảng 50 – 150 ms [23] Nguyên lý điện kháng thường được ứng dụng trong các bộ OLTC ở cấp điện áp thấp hơn 138 kV, nhưng có khả năng mang dòng tải cao và cũng không yêu cầu phải có cơ cấu chuyển tiếp nhanh Các bộ OLTC dạng điện kháng sử dụng một biến áp tự ngẫu là một phần của mạch chính (thông thường phải do nhà sản xuất máy biến áp thiết kế nằm trong thân máy máy biến chính) Nguyên lý này được sử dụng phổ biến ở Bắc My; còn ở Việt Nam thì phần lớn các bộ OLTC được sử dụng trong các máy biến áp truyền tải đều sử dụng nguyên lý điện trở chuyển mạch.

Quá trình chuyển mạch được thực hiện một cách nhanh chóng, với thời gian chuyển tiếp khoảng 40 ms đến 60 ms tùy thuộc vào loại và thiết kế Chu trình vân hành tiếp điểm hồ quang được thực hiện ngay khi lò xo tích năng được nhả ra Các điện trở chuyển tiếp được nối vào mạch trong thời gian ngắn khoảng 20 - 30 ms (tùy thuộc vào loại và thiết kế) Tổng thời gian để thay đổi một nấc từ khi khởi động cơ cấu truyền động động cơ đến khi hoàn thành thao tác thay đổi nấc là từ 2 giây đến 10 giây, tùy thuộc vào nhà sản xuất [24, 25].

Có hai dạng cơ cấu chuyển mạch trong các bộ OLTC: khóa chuyển hướng (Diverter Switch) và khóa chọn nấc (Selector Switch) Cơ cấu khóa chuyển hướng sử dụng khóa chuyển mạch nối tiếp với bộ phân chọn nấc có các cặp tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động phối hợp với nhau để dẫn dòng điện Các bộ OLTC dùng cơ cấu chuyển mạch dạng khóa chọn nấc thì lại có bộ phân chọn nấc và dao chuyển mạch nằm chung trong một cơ cấu duy nhất, và vì vây nên chủ yếu được ứng dụng trong các MBA có công suất thấp hơn Cả hai dạng cơ cấu chuyển mạch có thể có hệ thống tiếp điểm ngâm trong dầu, hoặc hiện nay đang phổ biến hơn là dạng khóa chân không [1].

Bảng 2.1: So sánh ưu và nhược điểm của các dạng khóa chuyển mạch trong OLTC

Cơ cấu Ưu điểm Nhược điểm

-Bộ phân chọn nấc ít bị hư hại

-Có thể thay thế dao chuyển hướng nếu có dự phòng (khi cần bảo trì)

-Đối mặt với hiện tượng dầu nhiễm bẩn

-Các tiếp điểm chọn nấc dễ bị lão hóa (vì bộ phân chọn nấc nằm cùng cơ cấu với các dao chuyển mạch)

-Không cần bảo trì nhiều

-Tránh được hiện tượng dầu nhiễm bẩn

Hình 2.1: Cơ cấu OLTC khóa chuyển hướng (bên trái) và khóa chọn nấc (bên phải) ngâm dầu [1]

Cấu trúc tổng quát

Vị trí đặt của bộ OLTC được thiết kế để các sản phẩm phụ trong quá trình dâp hồ quang ở khóa chuyển hướng hay khóa chọn nấc ảnh hưởng đến các phần tử tích cực trong máy biến áp Bảng 2.2 phân tích ưu điểm và nhược điểm của các thiết kế khác nhau.

Bảng 2.2: Các dạng cấu trúc tổng thể của bộ OLTC [1]

Thiết kế Hình minh họa Phân tích

-Thùng dầu phụ của bộ OLTC có thể được loại bỏ trong một số trường hợp

-Dễ tiếp cân để bảo trì

-Có khả năng rỉ dầu ra môi trường

-Dầu bẩn ở khóa chuyển hướng sẽ đi xuống bộ phân chọn nấc

-Dễ tiếp cân để bảo trì

-Ít phải xử lý dầu

-Dầu của bộ phân chọn nấc ít có khả

Thiết kế Hình minh họa Phân tích năng bị nhiễm tạp chất

-Có khả năng rỉ dầu ra môi trường

-Ít phải xử lý dầu

-Có thể dễ dàng bảo trì, thay thế khóa chuyển hướng

-Dầu bẩn có thể rò rỉ sang thân máy

-Phải có cần cẩu để rút khóa chuyển hướng ra khi bảo trì

Nằm buồng riêng trong thân máy / có rào chắn một phần

-Tương tự như loại nằm trong thân máy

-Có thể kiểm tra / bảo trì bộ phân chọn nấc mà không cần phải rút hết dầu chính trong thân máy ra

-Tương tự như loại nằm trong thân máy

-Đòi hỏi kích thước thân máy to hơn

-Thiết kế phức tạp hơn

Ký hiệu: Khóa chuyển hướng Bộ phân chọn nấc

Trong các dạng nêu trên, dạng nằm buồng riêng trong thân máy và có rào chắn là dạng đang được sử dụng phổ biến nhất trên các bộ OLTC tại Việt Nam Với loại này, kể cả dầu OLTC có bị nhiễm bẩn thì cũng không lan ra dầu chính trong khoangMBA.

Việc thay đổi tỷ số được thực hiện bằng cách cộng hoặc trừ số vòng dây ở cuộn sơ cấp hoặc thứ cấp Ba cách sắp xếp cơ bản được thể hiện trong hình 2.2 Tùy thuộc vào hệ thống và các thông số thiết kế của bố trí máy biến áp a), b) hoặc c) có thể được áp dụng Cách bố trí tuyến tính như trong hình 2.2(a) thường được áp dụng cho phạm vi điều chỉnh điện áp tối đa 20% Nếu sử dụng bộ chọn chuyển đổi đảo chiều như trong hình 2.2(b), thì điện áp cuộn dây có nấc điều chỉnh có thể được cộng hoặc trừ khỏi điện áp cuộn dây chính; phạm vi điều chỉnh có thể tăng lên hoặc số lượng nấc điều chỉnh trên cuộn dây có nấc điều chỉnh có thể giảm đi Các MBA phân phối và truyền tải tại Việt Nam hiện nay đều sử dụng cấu hình OLTC dạng đảo chiều theo phương thức này.

Hình 2.2(c) thể hiện dạng điều chỉnh thô/tinh Ưu điểm của cách bố trí này là tổn thất có tải thấp hơn ở vị trí nấc phân áp với số vòng dây tối thiểu Tuy nhiên, từ quan điểm thiết kế độ bền điện môi, sự sắp xếp này đòi hỏi cách bố trí cuộn dây phức tạp hơn Sự sắp xếp nhiều bước thô tạo ra phạm vi điều chỉnh lớn, cũng như nấc điều chỉnh tinh hơn, thường áp dụng cho các máy biến áp chỉnh lưu và máy biến áp lò nung.

Hình 2.2: Các cấu hình để mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp [24]

Việcbố trí bộ OLTC đấu nối ở đâu trong cuộn dây là một vấn đề cực kỳ quan trọng. Nếu cuộn dây đấu hình sao, bộ OLTC đấu nối ở đầu trung tính sẽ hợp lý hơn về mặt kinh tế và ky thuât (hình 2.3a) Trong trường hợp này, yêu cầu về mức cách điện cũng thấp hơn so với việc đặt ở đầu cực cao thế, đồng thời nhà sản xuất MBA hoàn toàn có thể sử dụng cơ cấu OLTC 3 pha Nếu như buộc phải đấu nối OLTC vào các đầu cực do cuộn dây nối hình tam giác, yêu cầu về cách điện sẽ phải cao hơn Trong trường hợp này, cơ cấu OLTC

3 pha sử dụng khóa chuyển hướng có thể sẽ không còn phù hợp; thay vào đó phải sử dụng cơ cấu dao lựa chọn hoặc 3 cơ cấu khóa chuyển hướng đơn pha có điện áp định mức phù hợp (hình 2.3b), hoặc một cơ cấu 2 pha kết hợp với một cơ cấu đơn pha (hình 2.3c) Một cấu hình khác được sử dụng để làm giảm yêu cầu chịu đựng điện áp của bộ OLTC như đấu nối ở giữa cuộn dây (hình 2.3d) Các cấu hình đấu nối bộ OLTC vào máy biến áp tự ngẫu được mô tả trong hình 2.4.

Hình 2.3: Các cấu hình đấu nối bộ OLTC vào cuộn dây của máy biến áp cách ly [1]

Hình 2.4: Các cấu hình đấu nối bộ OLTC vào cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu [1]

2.2.3 Cấu tạo bộ phận chính

Cấu tạo chính của một bộ OLTC phổ biến đang được sử dụng tại Việt Nam (dạng điện trở chuyển tiếp và dâp hồ quang bằng buồng chân không) được thể hiện trong hình 2.5 Các bộ phân chính bao gồm:

-Tiếp điểm đảo chiều: dùng để đảo chiều cuộn dây, gia tăng phạm vi điều chỉnh điện áp;

-Tiếp điểm chọn nấc: đấu nối cố định vào các đầu dây của cuộn dây điều chỉnh điện áp;

-Tiếp điểm chuyển hướng: đóng vai trò chính trong quá trình chuyển tiếp giữa các tiếp điểm chọn nấc;

-Điện trở chuyển mạch: để hạn dòng quẩn trong quá trình chuyển tiếp;

-Buồng chân không: dâp tắt hồ quang sinh ra trong quá trình chuyển tiếp.

Hình 2.5: Cấu tạo bộ OLTC chuyển tiếp bằng điện trở và có buồng dâp hồ quang bằng chân không [1]

2.2.4 Cấu tạo hệ thống truyền động

Các thao tác chuyển nấc của bộ OLTC được điều khiển thông qua tủ điều khiển và hệ thống truyền động tích năng Cấu tạo cơ bản của hệ thống truyền động được miêu tả trong hình 2.6 Tủ điều khiển bao gồm mạch nhị thứ, contactor, công tắc hành trình, động cơ tích năng, bộ phân sưởi và các MCB cấp nguồn Khi tín hiệu điều khiển chuyển nấc được gửi đến tủ điều khiển, các tiếp điểm contactor tăng hoặc giảm sẽ được thao tác, khởi động động cơ tích năng truyền động lên ống dẫn động dọc, làm quay các bánh răng và truyền động sang ống dẫn động ngang để nén lò xo trên nắp của bộ OLTC Sau khi tích năng đầy đủ, phần thế năng sẽ được chuyển thành động năng để chuyển động quay nhằm thay đổi vị trí các tiếp điểm chuyển hướng và điện trở chuyển mạch trong quá trình thao tác chuyển nấc Sau khi quá trình chuyển nấc hoàn tất, các tiếp điểm được trả lại trạng thái ban đầu, motor dừng quay và vào trạng thái nghỉ.

Hình 2.6: Phần truyền động và chuyển mạch của bộ OLTC [1]

Chu trình hoạt động

Để có cơ sở đề câp đến các phương pháp thí nghiệm cho bộ OLTC ở phần sau, trước mắt mục này sẽ phân tích chu trình hoạt động của hai dạng chuyển mạch điển hình bằng khóa chọn nấc và khóa chuyển hướng dùng nguyên lý điện trở chuyển tiếp (loại phổ biến được sử dụng tại Việt Nam).

Thông thường, bộ OLTC loại điện trở có các bộ tiếp điểm chuyển mạch khác nhau cho phía mở và phía đóng của khóa chuyển hướng Một ý tưởng để giảm số lượng bộ ngắt chân không cần thiết là sử dụng cùng một bộ ngắt chân không cho cả chu trình mở và đóng tiếp điểm Các bộ OLTC dòng VV của hãng sản xuất MR sử dụng chu trình chuyển mạch dạng này, được thể hiện chi tiết trong hình 2.7 [1].

Hình 2.7: Chu trình chuyển mạch của bộ OLTC dạng điện trở [1]

Trong chu trình này, bộ OLTC có 2 đường dẫn dòng điện Đường dẫn chính bao gồm tiếp điểm chuyển mạch chính trong buồng chân không (MSV) và tiếp điểm chọn nấc chính (MTS) nối tiếp với nhau Đường dẫn chuyển tiếp bao gồm tiếp điểm chân không chuyển tiếp (TTV), tiếp điểm chọn nấc chuyển tiếp (TTS) và điện trở chuyển tiếp (R) Chu trình chuyển tiếp từ nấc m sang nấc m+1 như sau:

(1): Vị trí ở nấc m, cả 2 buồng chân không đóng

(3): Tiếp điểm TTV mở trước khi tiếp TTS đóng vào nấc m+1

(4) Tiếp điểm TTS đóng vào nấc m+1

(5) Tiếp điểm TTV đóng, khi này trong mạch sẽ có dòng quẩn (Ic) khống chế bởi điện trở chuyển tiếp (R)

(6) Tiếp điểm MSV mở, dòng chuyển tiếp từ tiếp điểm chính MTS sang đường dẫn dòng chuyển tiếp

(7) Tiếp điểm chính MTS di chuyển khỏi nấc m

(8) Tiếp điểm chính MTS đóng vào nấc m+1

(9) Tiếp điểm chân không MSV đóng, hoàn thành quá trình chuyển tiếp

Khi chuyển từ nấc m+1 xuống nấc m, chu trình này được thực hiện ngược lại từ bước (9) về bước (1) Các chu trình chuyển tiếp khác đối với dạng 2 điện trở được phân tích kĩ hơn thông qua các sơ đồ mạch, và việc phân tích chú trọng vào dòng bị gián đoạn tại các tiếp điểm, điện áp phục hồi và tính chất của chu kỳ hoạt động trong phụ lục A, tham khảo từ [1, 25, 26].

Các dạng hư hỏng thường gặp trên bộ OLTC

Trong quá trình chuyển nấc, dù rằng dòng chính qua MBA không bị gián đoạn, nhưng có khá nhiều thao tác chuyển tiếp trong nội bộ của bộ OLTC Điều này gây ngắt dòng ở các tiếp điểm chính cũng như chuyển tiếp và tạo ra hồ quang Vì phải thường xuyên tiếp xúc với hồ quang trong quá trình vân hành, các tiếp điểm này dần sẽ bị mài mòn Bên cạnh đó, hồ quang sẽ đốt nóng dầu cách điện, gây ra các phản hứng hóa học, hình thành các khí cháy, tạo ra các hợp chất carbon Những vấn đề này xảy ra trong thời gian dài sẽ làm suy giảm chất lượng của các tiếp điểm và dẫn đến những hiện tượng như cốc hóa, mụi than đóng trên bề mặt, hay nghiêm trọng hơn là hiện tượng cháy rỗ tiếp điểm.

Các lỗi chính của OLTC có thể được phân thành ba loại: (1) lỗi dầu cách điện (do tạo ra khí), (2) lỗi cơ học (chủ yếu đến từ các tiếp điểm của bộ đổi nấc, mòn cơ học của lò xo và ốc vít bị lỏng) và (3) các sự cố về điện (giảm độ bền điện môi do sự xuống cấp của dầu hoặc giấy cách điện).

2.4.1 Lão hóa dầu cách điện

Dầu cách điện đóng vai trò quan trọng trong việc cách điện giữa các bộ phân của OLTC Tuy nhiên, việc xảy ra hồ quang đôi khi vẫn là điều không thể tránh khỏi và dẫn đến một số lỗi về lão hóa dầu cách điện Hồ quang sẽ đốt nóng dầu cách điện, gây ra các phản hứng hóa học, hình thành các khí cháy, tạo ra các hợp chất carbon. Lớp này có thể đóng trên bề mặt kim loại, gây tiếp xúc không tốt Những vấn đề này xảy ra trong thời gian dài sẽ làm suy giảm chất lượng của các tiếp điểm và dẫn đến những hiện tượng như cốc hóa, mụi than đóng trên bề mặt (hình 2.8), hay nghiêm trọng hơn là hiện tượng cháy rỗ tiếp điểm.

Hình 2.8: Hiện tượng mụi than đóng trên tiếp điểm do dầu nhiễm bẩn [27] Đối với các bộ đổi nấc có tiếp điểm chuyển tiếp ngâm trong dầu, các khí cháy như hydrogen (H ), methane (CH ), ethane (C H ), ethylene (C H ), và acetylene

(C2H2) sẽ được sinh ra kể cả trong quá trình vân hành bình thường Hồ quang trong dầu sẽ sản sinh ra chủ yếu là H2 và C2H2, kèm theo một lượng nhỏ các khí quá nhiệt bao gồm CH4, C2H6, và C2H4 Các lỗi về dầu cách điện trong OLTC đã được xác định và có thể được phân loại bằng cách phân tích hàm lượng khí hòa tan trong dầu. Chẩn đoán lỗi thích hợp sẽ đưa ra cảnh báo cho bất kỳ loại khí nào có nồng độ, mức tăng, tốc độ thay đổi hoặc tỷ lệ khí vượt quá giới hạn quy định, cũng như các nhân xét và khuyến nghị diễn giải ngắn gọn dựa trên các phát hiện.

Do có một lượng lớn các bộ phân phải chuyển động trong quá trình chuyển nấc, bộ OLTC có nguy cơ gặp phải khá nhiều lỗi cơ khí trong quá trình vân hành Những bộ phân bao gồm khóa chuyển hướng, công tắc chọn lựa, lò xo tích năng và lò xo tiếp điểm hoàn toàn có thể bị hư hỏng Các lỗi cơ khí phổ biến nhất trong OLTC là ốc vít lỏng lẻo, mô-men xoắn bất thường, kẹt truyền động và hao mòn cơ học Nếu bị kẹt cơ khí trong quá trình truyền động, khả năng dẫn đến sự cố là rất lớn.

Những lỗi cơ học này có thể được phân loại thành 4 dạng Đầu tiên là hiện tượng rung cơ học khi chuyển mạch Điều này xảy ra khi có sự ăn mòn tại các ốc vít kết nối với các bộ phân dẫn điện như dây dẫn và điện trở chuyển tiếp Các ren của bu lông sẽ bị lỏng, dẫn đến tiếp xúc kém và trường hợp xấu nhất là bu lông sẽ bị rơi ra.

Lỗi cơ học tiếp theo là lỗi tiếp xúc, nguyên nhân sâu xa của hiện tượng này là do hao mòn và ăn mòn điện trên các tiếp điểm tĩnh và động của bộ OLTC Như được hiển thị trong hình 2.9, các lò xo đầu tiếp điểm đã gặp hiện tượng mỏi sau nhiều chu kỳ vân hành Hình 2.10 cho thấy một ví dụ rõ ràng về lò xo tích năng bị hỏng Lò xo tích năng cung cấp năng lượng cho bánh răng vân hành quay bộ đổi nấc ở tốc độ rất nhanh, thường là khoảng 50 – 60 ms Kết quả là, điều này gây ra hiện tượng phóng hồ quang trên các đầu tiếp điểm và chuỗi thao tác OLTC trở nên bất thường. Một lỗi cơ học khác là lỗi cơ cấu chuyển mạch hiện tượng mỏi cơ khí Hâu quả là hệ thống điện trở chuyển tiếp và tiếp điểm của OLTC sẽ bị đốt cháy Hoạt động điện trở tiếp xúc Khi đó, hồ quang và nhiệt tăng lên trong quá trình chuyển mạch và cuối cùng gây cháy thêm các tiếp điểm.

Hình 2.9: Hư hỏng lò xo tiếp điểm [27]

Hình 2.10: Hư hỏng lò xo tích năng [27]

Nguyên nhân cuối cùng là chuyển động bất thường của bộ điều khiển động cơ do sự mài mòn cơ học trên bánh răng truyền động và sự hiện diện của bụi than trên bề mặt tiếp xúc Do lỗi này, bộ truyền động động cơ không thể thực hiện thay đổi nấc trơn tru, dẫn đến lỗi xảy ra trong OLTC.

Hình 2.11: Hiện tượng cháy tiếp điểm [28]

2.4.3 Lỗi phần điện Đối với các bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang trong dầu, hiệu quả của dầu cách điện trong việc cách nhiệt chống hồ quang trong quá trình đổi nấc bị giảm đáng kể khi có hơi ẩm Tiếp xúc không tốt giữa các tiếp điểm, quá nhiệt cục bộ và phóng điện do ngắn mạch bên ngoài, phóng điện hồ quang do trễ hoặc hỏng chuyển mạch, và phóng điện do hư hỏng dầu cách điện hoặc vât liệu cách điện là những ví dụ về hỏng hóc về điện Nhìn chung, các lỗi về điện trong bộ OLTC được phân thành 2 nhóm chính, bao gồm lỗi quá nhiệt và lỗi phóng điện Các lỗi này xảy ra sẽ gây hư hỏng các tiếp điểm bên trong bộ OLTC, như minh họa ở hình 2.12.

(a) Vết phóng hồ quang ở các tiếp điểm tĩnh ở bộ phân chọn nấc (b) Hiện tượng mài mòn tiếp điểm ở các tiếp điểm ngắt dòng

Hình 2.12: Lỗi các tiếp điểm OLTC do phóng hồ quang [29]

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI

Tổng quan về các phương pháp thí nghiệm

Do cấu trúc cơ khí và cấu trúc mạch điện phức tạp của OLTC nên các lỗi có đặc điểm rất đa dạng Các lỗi nghiêm trọng thường xảy ra ở các đầu tiếp điểm và mạch chuyển tiếp Nhưng các cực tiếp điểm được đặt bên trong và OLTC được lắp đặt bên trong MBA đặt ở phía điện áp cao Vì vây rất khó để theo dõi tình trạng của chúng một cách trực tiếp Cho đến thời điểm trước năm 2020, vẫn chưa có giải pháp nào thực sự hiệu quả cho việc giám sát online và chẩn đoán lỗi OLTC.

Trong những năm gần đây, một số công cụ đánh giá tình trạng cho bộ OLTC đã được giới thiệu Bảng 3.1 đưa ra cái nhìn tổng quan về khả năng phát hiện của năm phương pháp chẩn đoán [23] và sau đó chúng sẽ được thảo luân chi tiết hơn từng phương pháp.

Có thể thấy chương trình Bảo dưỡng dựa trên tình trạng vân hành (CBM) dành cho OLTC đều phải dựa vào việc triển khai nhiều ky thuât song song để sớm phát hiện và xử lý phạm vi lỗi rộng nhất có thể Chúng có thể bao gồm đo điện trở động(DRM), phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA), phân tích tín hiệu âm thanh rung(VAM), phân tích dòng động cơ (MSCA) Tuy vây, nhưng vẫn cần phải giải quyết những khó khăn trong việc phân tích và diễn giải kết quả đo của các ky thuât nêu trên, đồng thời phải tích lũy thêm kinh nghiệm chuyên gia trước khi sử dụng nó cho các mục đích CBM.

Bảng 3.1: Khả năng chẩn đoán lỗi của các phương pháp thí nghiệm bộ OLTC [23]

Chân không Điện kháng Điện trở

DÒNG ĐỘNG CƠ Tất cả

Chân không Điện kháng Điện trở

SCAN HỒNG NGOẠI Trong thân máy

Ngoài thân máy ĐO ĐIỆN TRỞ ĐỘNG Tất cả

Thời gian/Chu trình G E E E Điều khiển/Rơle E Động cơ G

Sự liền lạc các tiếp điểm G G G G

Các phương pháp thí nghiệm hóa

Dầu và vât liệu cách điện nhúng trong dầu có thể phân hủy dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và phóng điện, bởi thế sinh ra các sản phẩm khí phân hủy với thành phần khác nhau, các khí này hòa tan vào trong dầu Loại và nồng độ của từng khí thành phần có thể chỉ ra dạng, mức độ và nguồn gốc sinh ra chúng Để phân tích mẫu dầu, đầu tiên là phải lấy mẫu thông qua bơm tiêm hoặc bằng chai Chu kỳ lấy mẫu để theo dõi tình trạng của bộ OLTC được khuyến cáo như sau (theo CIGRE 445) [23]:

6 đến 12 tháng trong tình trạng bình thường

1 đến 2 tháng trong tình trạng sinh khí cao

Hàng tuần (hoặc thâm chí là hàng ngày) trong trường hợp nghi ngờ có sự cố nghiêm trọng và bất thường, cho đến khi cắt điện để kiểm tra và bảo dưỡng bên trong.

Một ống dẫn dầu từ bộ OLTC xuống vị trí lấy mẫu an toàn nên được lắp đặt để phục vụ cho công tác lấy mẫu định kỳ để tránh sự lệ thuộc vào lịch cắt điện.

Hình 3.1: Minh họa cho các cách thức lấy mẫu dầu [30]

3.2.1 Kiểm tra chất lượng dầu cách điện

Việc kiểm tra chất lượng dầu cách điện là điều bắt buộc trong công tác thí nghiệm hiệu chỉnh trước khi đóng điện Để theo dõi chất lượng dầu cách điện của bộ OLTC trong quá trình vân hành, hai tiêu chí quan trọng nhất chính là điện áp phóng điện và hàm lượng nước trong dầu Bảng tiêu chí đánh giá tham khảo từ các tiêu chuẩn quốc tế được thể hiện trong bảng 3.2 [23].

Bảng 3.2: Tiêu chí đánh giá chất lượng dầu của bộ OLTC [23]

Dầu khoáng mới (trước khi đóng điện) > 60 < 12

Sau bảo trì, đại tu Dầu mới > 50 < 15

Vân hành lâu năm Dầu đã qua sử dụng >30 < 30

3.2.2 Phân tích khí hòa tan trong dầu

Như đã đề câp ở chương 2, các khí cháy như hydrogen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), và acetylene (C2H2) sẽ được sinh ra kể cả trong quá trình vân hành bình thường của bộ OLTC ngâm trong dầu Các lỗi về dầu cách điện trong OLTC có thể được xác định và có thể được phân loại bằng cách phân tích hàm lượng khí hòa tan trong dầu Chẩn đoán lỗi thích hợp sẽ đưa ra cảnh báo cho bất kỳ loại khí nào có nồng độ, mức tăng, tốc độ thay đổi hoặc tỷ lệ khí vượt quá giới hạn quy định, cũng như các nhân xét và khuyến nghị diễn giải ngắn gọn dựa trên các phát hiện.

Trong phòng thí nghiệm, mẫu dầu được lấy về sẽ trải qua quá trình tách khí theo một trong các phương pháp:

- Phương pháp A (Tách khí chân không - Vacuum Extraction): khí hòa tan được chiết từ mẫu dầu được nạp vào bình chân không biết trước thể tích Các khí thoát ra được nén tới áp lực khí quyển và đo tổng thể tích.

- Phương pháp B (Tách khí bằng khí mang - Stripping Extraction): khí hòa tan được chiết từ mẫu dầu được bơm trực tiếp vào bộ chiết khí (oil stripper) có chứa các viên bi để tạo bề mặt tiếp xúc lớn thông qua khí mang thổi qua dầu.

- Phương pháp C (Tách khí headspace - Headspace Extraction): khí hòa tan trong dầu ở trạng thái cân bằng giữa hai pha – pha khí (headspace) và pha lỏng (dầu) trong điều kiện thí nghiệm theo định luât Henry Ở trạng thái cân bằng, pha khí được tạo áp lực dương bằng khí Argon và sau đó nạp vào vòng định lượng mẫu nhờ việc giảm áp lực tới áp lực khí quyển Thể tích khí chứa trong vòng định lượng mẫu được đưa vào máy sắc ký để phân tích.

Một phần của khí chiết ra (phương pháp A) hoặc tất cả các khí được chiết ra (phương pháp B) hay một phần khí ở thể khí (phương pháp C) được nạp vào máy sắc ký khí để phân tích Thành phần của mẫu được tính từ biểu đồ sắc ký bằng cách so sánh diện tích pik của từng thành phần với diện tích pik của thành phần đó trong biểu đồ sắc ký so sánh khi xác định hỗn hợp khí chuẩn có thành phần và nồng độ đã biết.

Ngoài ra, việc phân tích có thể được thực hiện ngay tại hiện trường bằng một thiết bị chuyên dụng sử dụng phương pháp quang phổ Các thiết bị này tiến hành tự động lấy mẫu, tách khí headspace và dùng các cảm biến cân hồng ngoại để phát hiện các khí CO, CO2, C2H2, C2H4, C2H6, CH4và thâm chí là C3H8[30].

Hình 3.2: Hình minh họa phương pháp sắc ký khí và phương pháp quang phổ [30]

Khi nồng độ các khí cháy vượt quá giới hạn nào đó (tùy thuộc vào loại OLTC), rất có thể trong bộ đổi nấc đã phát sinh những vấn đề bất thường Việc chẩn đoán sẽ được bổ trợ tốt hơn khi so sánh với các kết quả trong quá khứ hoặc so sánh với các dữ liệu của bộ đổi nấc cùng loại.

Phương pháp tam giác Duval số 2 được phát triển để chẩn đoán sự cố cho bộ

Dữ liệu sẽ được tham chiếu lên hệ quy chiếu tam giác, trong đó có 3 trục là tỉ lệ % các khí methane, ethylene và acetylene Các vùng tương ứng với từng dạng sự cố được vẽ bên trong tam giác này (như hình 3.3 và bảng 3.3) Phạm vi ứng dụng của tam giác số 2 (phiên bản gốc) bao gồm các loại OLTC kiểu: UN, UR, UV và UT (Westinghouse); UB, UC và UZ (ABB – không bao gồm một số dạng UZB); LR và LRT (GE); 390, 490, 550 and 990 (McGraw Edison); TLH (Siemens);’s RM và OilTaps T, V (MR-Reinhausen); TC (Federal pacific); RT (Ferranti); RS (Hyundai), các dòng OLTC của Cooper.

Các phiên bản khác của tam giác Duval số 2 mở rộng các vùng hoạt động bình thường từ N1 đến N5 (tương ứng với các tam giác từ 2a – 2e), ứng dụng cho một số dòng OLTC cụ thể của hãng MR [7]:

- 2e: MR OilTap G®; một vài dòng ABB UZD® và UZB®

Hình 3.3: Tam giác Duval số 2 và các vùng bình thường mở rộng [7]

Bảng 3.3: Chẩn đoán lỗi trên bộ OLTC bằng phương pháp tam giác Duval số 2

Vùng Phạm vi (%) Sự cố Khuyến cáo

Quá nhiệt T3 (T>700°C), cốc hóa nặng Lọc dầu

Kiểm tra xem các tiếp điểm có bị cốc hóa hay không

Quá nhiệt T2 hoặc T2 đang diễn tiến kèm theo cốc hóa nhẹ, hoặc điện trở tiếp xúc của tiếp điểm gia tăng.

Kiểm tra xem các tiếp điểm có bị cốc hóa hay không, kết quả đo điện trở một chiều có bất thường hay không, kiểm tra vết phóng hồ quang nặng.

Phóng hồ quang bất thường D1 (ngoài vùng N).

Kiểm tra vết phóng hồ quang nhẹ

Phóng hồ quang bất thường D1 hoặc hiện tượng quá nhiệt đang xảy ra.

Ghi chú: để phân biệt D2 và T3, tiến hành xả và thay dầu Sau khoảng 100 lần thao tác OLTC thì kiểm tra DGA Nếu kết quả vẫn không thay đổi so với trước khi thay dầu, đây có thể là dấu hiệu của dạng phóng hồ quang nặng D2 Nếu kết quả dịch về phía bên trái, khả năng đây là dạng sự cố quá nhiệt T3.

Các phương pháp thí nghiệm điện

3.3.1 Đo điện trở một chiều

Phương pháp đo điện trở một chiều của cuộn dây (còn gọi là phép đo điện trở tĩnh) là một hạng mục được thực hiện thường xuyên trong công tác thí nghiệm định kỳ máy biến áp, và là hạng mục được quy định trong Quy chuẩn ky thuât Quốc gia về ky thuât điện: Tâp 5 [31] Với phép đo này, điện trở tĩnh của cuộn dây cũng như tiếp xúc nội bộ giữa cuộn dây và sứ đầu vào, giữa cuộn dây và các tiếp điểm chọn nấc, và cả tiếp điểm chính của dao chuyển hướng có thể được kiểm tra Giá trị đo tại hiện trường sẽ được quy đổi nhiệt độ để so sánh với số liệu xuất xưởng; hoặc việc so sánh cũng có thể được tiến hành giữa các pha để phát hiện các vấn đề bất thường trong hệ thống cuộn dây và các kết nối nội bộ đến bộ chuyển nấc và sứ đầu vào.

Hiện tượng hở mạch giữa các điểm tiếp xúc tĩnh có thể được phát hiện trong quá trình đo điện trở một chiều Tuy nhiên, bởi vì phép đo được thực hiện ở trạng thái tĩnh, các vấn đề trong quá trình chuyển nấc hầu như không thể được phát hiện Để khắc phục, hạng mục đo điện trở một chiều có thể được bổ trợ bởi các phương pháp kiểm tra đặc tính động trong quá trình chuyển nấc của MBA.

Phương pháp kiểm tra đặc tính động của bộ OLTC thường được gọi phổ biến hơn là phương pháp đo điện trở động MBA (Dynamic Resistance Measurement - DRM) Về cơ bản, đây là phương pháp nâng cao hơn của phép đo điện trở một chiều Sau khi dòng điện một chiều được nạp ổn định vào cuộn dây, thao tác chuyển nấc sẽ được tiến hành Toàn bộ quá trình chuyển tiếp được ghi nhân và thể hiện thông qua một trong các cách sau: Đồ thị dòng điện động, đồ thị điện áp động hoặc đồ thị điện trở động (xem hình 3.4).

Nếu như dòng điện bị ngắt đột ngột trong quá trình thí nghiệm, năng lượng tích trữ trong mạch từ sẽ gây ra sự biến thiên dòng điện rất dốc và sinh ra xung điện áp cao trên cuộn dây Vì vây, việc ngắn mạch phía thứ cấp của máy biến áp là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho thiết bị đo sử dụng phương pháp DRM Bên cạnh đó, việc ngắn mạch cũng góp phần triệt tiêu đi tổng trở từ hóa của máy biến áp, khiến cho sự sụt dòng trong quá trình chuyển tiếp thể hiện rõ hơn, giúp việc phân tích kết quả trở nên dễ dàng hơn Hình 3.5 cho thấy ảnh hưởng của việc ngắn mạch cuộn dây thứ cấp của máy biến áp lên đặc tuyến dòng điện động (kết quả đo trên thiết bị CPC 100 của Công ty Thí Nghiệm Điện miền Nam) Dễ nhân thấy, với việc triệt tiêu tổng trở từ hóa của máy biến áp trong phép đo, sự sụt dòng trong các chu trình chuyển tiếp thể hiện rõ hơn, và thâm chí thời gian chuyển tiếp các điện trở cũng có thể được nhân diện từ đồ thị dòng điện động.

Hình 3.4: Phân tích đồ thị điện trở động

Hình 3.5: Hình ảnh thực tế phép đo dòng điện động thực tế chịu ảnh hưởng bởi việc ngắn mạch cuộn dây thứ cấp

Việc phân tích và đánh giá kết quả cần rất nhiều kinh nghiệm chuyên gia Để phân tích đồ thị dòng điện động, phương thức cơ bản nhất vẫn là so sánh độ sụt dòng và tốc độ sụt dòng ở cùng chu trình chuyển nấc giữa các pha, hoặc so sánh với dữ liệu lấy mẫu ban đầu (nếu có) Các phân tích chuyên sâu hơn dựa trên dạng sóng trong quá trình chuyển tiếp hiện vẫn là một chủ đề đang được nghiên cứu.

3.3.3 Phân tích dòng động cơ

Hạng mục phân tích dấu hiệu dòng động cơ (Motor Current Signature Analysis – MSCA) có thể cho biết những thông tin hữu ích về tình trạng của cơ cấu truyền động (các khớp nối, hộp số, dầu mỡ bôi trơn), sự đồng bộ trong dao chọn nấc cũng như hoạt động của dao chuyển hướng Các vấn đề bất thường trong hệ thống truyền động có thể được phát hiện bằng cách theo dõi xu hướng và so sánh dòng động cơ trong quá trình thao tác chuyển nấc của bộ OLTC.

Phương pháp này sử dụng ampe kìm đo dòng điện trên nguồn cung cấp động cơ OLTC trong tủ điều khiển đổi nấc của MBA Khi dòng động cơ cao bất thường hay có nhiều biến động, rất có thể hệ thống truyền động đang gặp trở lực cơ khí gây ra bởi ma sát do thiếu bôi trơn, hoặc sự không ăn khớp cơ khí giữa các bộ phân Bên cạnh đó, nếu như trục dẫn động bị lỏng, mômen khởi động sẽ có sự khác biệt, làm cho dòng khởi động có thể sẽ thấp hơn so với trạng thái bình thường Những dấu hiệu này được minh họa trong hình 3.6.

Hình 3.6: Hình minh họa cho khả năng phát hiện khiếm khuyết cơ khí trong hệ thống truyền động của bộ OLTC thông qua ky thuât phân tích dòng động cơ [32]

3.3.4 Phân tích âm thanh rung

Các rung động trong chu trình chuyển nấc sẽ sinh ra các tín hiệu sóng âm lan truyền trong dầu và va chạm vào thân máy Tín hiệu thu được bởi cảm biến gia tốc nếu được xử lý tốt có thể sẽ cung cấp thông tin về các giai đoạn trong chu trình chuyển nấc (xem hình 3.7) Mỗi bộ OLTC đều sẽ có dạng sóng rung động – âm thanh đặc trưng được xem như là dấu vân tay Sự xuống cấp và lão hóa trong các cơ cấu truyền động và các tiếp điểm của bộ OLTC sẽ được phản ánh thông qua sự thay đổi trong dạng sóng này Các tín hiệu cơ khí thường xuất hiện ở vùng tần số từ 2 – 10kHz, còn các tín hiệu điện (ví dụ như hồ quang) thường xuất hiện ở vùng tần số từ 10 – 20 kHz [23].

Hình 3.7: Chẩn đoán lỗi dựa trên phân tích âm thanh rung [23]

Với phương pháp này, các tính chất cơ – điện trong quá trình chuyển mạch của bộ OLTC có thể được phân tích Tuy nhiên, do phương pháp này mới chỉ được phát triển gần đây, việc đánh giá kết quả đo vẫn còn là một thử thách Trích xuất các đại lượng đặc trưng để phân tích tín hiệu vẫn còn là một chủ đề cần được nghiên cứu thêm.

3.4 Chỉ số tình trạng vận hành MBA

Chỉ số tình trạng vân hành là một phươngán có thể giúp đơn vị quản lý vân hành đưa ra quyết định trong việc sửa chữa hoặc thay thế MBA một cách hợp lý và khoa học Một số thông tin như dữ liệu vân hành, kết quả thí nghiệm hoặc giám sát tình trạng sẽ được thu thâp và phân tích định lượng thông qua một bảng tiêu chí chấm điểm thành phần Các điểm thành phần sau đó được tổng hợp lại thành chỉ số tình trạng vân hành, giá trị thể hiện chất lượng của MBA đang vân hành Căn cứ vào giá trị này, đơn vị quản lý có thể phân loại MBA tùy theo tình trạng và mức độ quan trọng của phụ tải và chọn lựa chế độ vân hành phù hợp.

Về mặt tổng quan,việc triển khaiphương pháp tính toán chỉ số tình trạng sẽ gồm ít nhất 3 bước Bước đầu tiên sẽ thu thâp dữ liệu đầu vào là tâp dữ liệu thô (kết quả thí nghiệm, lịch sử tải, tình trạng vân hành…) Bước kế tiếp sẽ chấm điểm định lượng, và bước cuối cùng sẽ tổng hợp các điểm thành phần thành chỉ số tình trạng vân hành tổng thể của thiết bị Một ví dụ về cách thức tính điểm chung trong các nghiên cứu này được thể hiện qua công thức (3.1)[4], trong đó mỗi dữ liệu đầu vào sẽ được đánh giá dựa trên thang điểm từ 0 đến 4 Các dữ liệu liên quan đến bộ OLTC đóng góp 40% vào tổng điểm, 60% còn lại là các kết quả thí nghiệm hóa, thí nghiệm điện và dữ liệu về tình trạng bảo dưỡng[4].

HI (Health Index): Chỉ số tình trạng vân hành (có giá trị từ 0 đến 100) Fj: Điểm số của từng hạng mục (có giá trị từ 0 đến 4)

Kj: Trọng số tương ứng của từng hạng mục (có giá trị từ 1 đến 10)

Bảng 3.4 so sánh số lượng dữ liệu đầu vào cũng như trọng số của các nghiên cứu khác nhau dựa trên phương pháp tổng điểm trọng số theo công thức (3.1) Trong đó, nghiên cứu ở Canada [4] sử dụng 24 loại dữ liệu đầu vào, nghiên cứu của ở Romani [33] sử dụng thêm 3 phương pháp thí nghiệm khác để bổ sung vào tiêu chí chấm điểm Một số nghiên cứu khác thực hiện tại khu vực Đông Nam Á [34, 35] sử dụng mô hình của nhóm Jahromi và giảm thiểu số lượng đầu vào cần thiết để phù hợp với nguồn dữ liệu mà họ có được.

Bảng 3.4: Bảng so sánh một số nghiên cứu nước ngoài về chỉ số tình trạng của

STT Dữ liệu đầu vào

1 Phân tích khí hòa tan trong dầu 10 10 10 10

12 Tình trạng sứ đầu vào 5 5 5 5

13 Tình trạng rỉ sét thân máy 2 2 1 -

14 Tình trạng hệ thống làm mát 2 2 1 -

15 Tình trạng rỉ sét thùng dầu phụ 1 1 - -

18 Tình trạng ron, mặt bích 1 1 - -

Phân tích khí hòa tan trong dầu (bộ điều áp)

24 Tình trạng tổng 5 5 - 5 quát của bộ điều áp

Ghi chú: nghiên cứu của nhóm Tanasescu còn xét thêm 3 phương pháp thí nghiệm khác là hệ số dẫn suất, chỉ số phân cực và hệ số tổn hao điện môi ở 1 mHz với trọng số K = 10

Các nghiên cứu trên đều xoay quanh việc tính toán chỉ số tình trạng cho tổng thể các MBA chứ không phân tích cho OLTC, dù rằng hư hỏng trên bộ OLTC không phải là hiếm, và thực tế thì nhu cầu bảo trì bộ OLTC cũng cao hơn so với các phần tử khác trong MBA Nguyên lý đánh giá tình trạng vân hành MBA nêu trên sẽ được áp dụng để đề xuất cách thức đánh giá tình trạng vân hành cho OLTC mô tả ở chương sau.

Chỉ số tình trạng vân hành MBA

& DỰ BÁO THỜI ĐIỂM BẢO TRÌ BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI

Tiếp nối nội dung tính toán chỉ số tình trạng MBA, chương này giới thiệu phương pháp tính toán chỉ số tình trạng riêng cho bộ OLTC Nghiên cứu dựa trên nền tảng gồm các phương pháp thí nghiệm chẩn đoán cho bộ OLTC cùng các nghiên cứu trước đây về tính toán chỉ số tình trạng cho MBA Dựa trên phương pháp này, học viên cũng sẽ đề xuất phương án dự báo thời điểm bảo trì bộ OLTC.

4.1 Phương pháp chấm điểm các hạng mục bảo trì và thí nghiệm

4.1.1 Đánh giá các hạng mục vận hành và bảo trì Để đảm bảo MBA hoạt động đáng tin cây, bộ OLTC phải hoạt động bình thường Do đó, cần phải thường xuyên bảo trì cho mọi bộ OLTC, dù là công nghệ dầu hay chân không [1] Có thể thấy, cơ sở đầu tiên để xác định xem bộ OLTC đã cần bảo trì hay chưa chính là số năm vân hành (đối với bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang trong dầu) và số lần thao tác (đối với bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang trong chân không) Bên cạnh đó, do trong lịch sử vân hành đã có ghi nhân một vài chủng loại OLTC gặp sự cố, thông tin này cũng có thể được xem xét khi đánh giá tình trạng.

Các phần điều khiển, cơ khí truyền động và hệ thống rơle nội bộ, dù ít quan trọng hơn, nhưng khả năng chúng bị hư hao theo thời gian lại cao hơn nếu đơn vị quản lý vân hành không bảo trì, bảo dưỡng đúng lúc Các dạng hư hỏng cơ khí truyền động đã được phân tích ở chương 2, cho thấy rằng trong quá trình vân hành bộ OLTC, tình trạng cơ khí truyền động đóng vai trò rất quan trọng, và nên được xem xét để đánh giá tình trạng bộ OLTC định kỳ.

Bảng 4.1 mô tả chi tiết cách đánh giá các hạng mục vân hành và bảo trì OLTC do học viên đề xuất trong quá trình nghiên cứu Liên quan đến số năm vân hành và số lần thao tác, học viên tham khảo tài liệu của hãng sản xuất MR [1] để xây dựng ngưỡng tình trạng Các mục còn lại được xây dựng căn cứ vào nhu cầu của đội quản lý vân hành MBA.

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG VÀ DỰ BÁO THỜI ĐIỂM BẢO TRÌ BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI

Phương pháp chấm điểm các hạng mục bảo trì và thí nghiệm

4.1.1 Đánh giá các hạng mục vận hành và bảo trì Để đảm bảo MBA hoạt động đáng tin cây, bộ OLTC phải hoạt động bình thường Do đó, cần phải thường xuyên bảo trì cho mọi bộ OLTC, dù là công nghệ dầu hay chân không [1] Có thể thấy, cơ sở đầu tiên để xác định xem bộ OLTC đã cần bảo trì hay chưa chính là số năm vân hành (đối với bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang trong dầu) và số lần thao tác (đối với bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang trong chân không) Bên cạnh đó, do trong lịch sử vân hành đã có ghi nhân một vài chủng loại OLTC gặp sự cố, thông tin này cũng có thể được xem xét khi đánh giá tình trạng.

Các phần điều khiển, cơ khí truyền động và hệ thống rơle nội bộ, dù ít quan trọng hơn, nhưng khả năng chúng bị hư hao theo thời gian lại cao hơn nếu đơn vị quản lý vân hành không bảo trì, bảo dưỡng đúng lúc Các dạng hư hỏng cơ khí truyền động đã được phân tích ở chương 2, cho thấy rằng trong quá trình vân hành bộ OLTC, tình trạng cơ khí truyền động đóng vai trò rất quan trọng, và nên được xem xét để đánh giá tình trạng bộ OLTC định kỳ.

Bảng 4.1 mô tả chi tiết cách đánh giá các hạng mục vân hành và bảo trì OLTC do học viên đề xuất trong quá trình nghiên cứu Liên quan đến số năm vân hành và số lần thao tác, học viên tham khảo tài liệu của hãng sản xuất MR [1] để xây dựng ngưỡng tình trạng Các mục còn lại được xây dựng căn cứ vào nhu cầu của đội quản lý vân hành MBA.

Bảng 4.1: Bảng đánh giá các hạng mục vân hành và bảo trì[1] Đánh giá Điểm Số năm vận hành

Uy tín của chủng loại

Tình trạng cơ khí truyền động

Hệ thống rơle nội bộ

Không có thông tin về sự cố được ghi nhân

Có thông tin về sự cố được ghi nhân

Có vấn đề lớn và chưa được bảo trì

Có vấn đề lớn và chưa được bảo trì Rất xấu 0 > 20 > 150.000 - Kẹt cơ khí Hỏng hóc

4.1.2 Đánh giá hạng mục kiểm tra chất lượng dầu cách điện Để theo dõi chất lượng dầu cách điện của bộ OLTC trong quá trình vân hành,hai tiêu chí quan trọng nhất chính là điện áp phóng điện và hàm lượng nước trong dầu Dựa trên đề xuất trong CIGRE 445 [23], học viên chọn ngưỡng đánh giá xấu nhất đối với điện áp phóng điện là < 30 kV, và với hàm lượng nước là > 35 ppm.

Ngưỡng đánh giá chi tiết cho mục này được trình bày trong bảng 4.3, cùng với các đánh giá phân tích hàm lượng khí hòa tan trong dầu.

4.1.3 Đánh giá hạng mục phân tích hàm lượng khí hòa tan

Việc phân tích kết quả DGA đối với bộ OLTC là khó khăn hơn so với thân MBA, bởi vì trong điều kiện vân hành bình thường, tùy vào thiết kế của bộ OLTC, các khí cháy vẫn được sinh ra với những mức độ khác nhau Tốc độ và sự hình thành các khí cháy phụ thuộc vào cấu tạo của bộ OLTC, nguyên lý chuyển tiếp, dòng tải và tần suất chuyển nấc Ở các bộ OLTC sử dụng dao chân không, toàn bộ các thao tác chuyển tiếp dòng đều được thực hiện trong các buồng chân không. Hoạt động của khóa đảo chiều mở rộng và các tiếp điểm của bộ phân chọn nấc ngâm trong dầu gần như rất ít hình thành các khí cháy. Để xác định giới hạn nồng độ khí và tỉ số khí, phụ lục B của tiêu chuẩn IEEE C57.139 giới thiệu giải pháp tính toán dựa trên thống kê Theo đó, đối với từng loại OLTC, một tâp dữ liệu gồm tối thiểu 100 kết quả nồng độ từng khí thành phần cần được thu thâp Quy trình tính toán giới hạn nồng độ khí và tỉ số khí bao gồm các bước như sau [36]:

Tính toán giới hạn nồng độ khí:

- Xây dựng tâp dữ liệu nồng độ khí

- Tính toán các đại lượng: o Giá trị tứ phân vị thứ nhất Q1 bằng trung vị phần dưới (25th percentile) o Giá trị tứ phân vị thứ hai Q2 chính bằng giá trị trung vị o Giá trị tứ phân vị thứ ba Q3 bằng trung vị phần trên (75th percentile) o Khoảng cách tứ phân vị IQR = Q3-Q1 o Giới hạn dữ liệu ngoại lai U1 = Q3 + 1.5IQR, U2 = Q3 + 3IQR

- Sử dụng U2 làm giới hạn nồng độ khí mức 2 (Cần chú ý - Caution), hoặc nếu không phù hợp thì xem xét và hiệu chỉnh.

Tính toán giới hạn tỉ số khí:

- Loại bỏ các kết quả có nồng độ khí thấp hơn mức đáng tin cây

- Xây dựng lại tâp dữ liệu tỉ số khí

- Tính toán các đại lượng Q1, Q2, Q3, IQR, U1, U2 cho tâp tỉ số khí

- Loại bỏ các tỉ số khí lớn hơn hoặc bằng giới hạn U2

- Xây dựng tâp dữ liệu mới bao gồm logarithm tự nhiên của các tỉ số còn lại

- Tính toán kích thước tâp dữ liệu (N), giá trị bình quân (M) và độ lệch chuẩn (S)

- Tính toán bách phân vị 95th và 99th của phân bố chuẩn với giá trình bình quân M và độ lệch chuẩn S o P0.95 = M + 1.65*S o P0.99 = M + 2.33*S

- Tính toán phân phối xác suất loga chuẩn cho tâp các tỉ số khí không dị biệt: o C0.95 = exp(P0.95) o C0.99 = exp(P.099)

- Sử dụng C0.95 làm giá trị giới hạn mức 2 (Cần chú ý - Caution) và C0.99 làm giá trị giới hạn mức 3 (Báo động – Warning) Các giá trị này có thể hợp lý khi tâp dữ liệu tính toán cuối cùng còn tối thiểu 30 giá trị.

Bảng 4.2 giới thiệu kết quả tính toán giới hạn nồng độ và tỉ số khí tính toán từ

726 mẫu kết quả DGA của một loại OLTC ngâm dầu nêu trong phụ lục B của tiêu chuẩn IEEE C57.139 [36].

Bảng 4.2: Kết quả tính toán giới hạn hàm lượng và tỉ số khí hòa tan trong dầu cho các bộ OLTC dựa trên tâp dữ liệu mẫu của IEEE [36]

Acetylene (C 2 H 2 ) < 225 ppm ≥ 225 ppm Đối với các bộ OLTC có tiếp điểm trong chân không, áp dụng

Khi nồng độ các khí cháy vượt quá giới hạn mức 2, rất có thể trong bộ đổi nấc đã phát sinh những vấn đề bất thường Khi đó, có thể sử dụng phương pháp tam giác Duval số 2 (giới thiệu ở mục 3.2.2) để phân tích và chẩn đoán lỗi. Để chấm điểm tình trạng cho mục phân tích khí hòa tan trong dầu, học viên đề xuất sử dụng 2 tiêu chí là giới hạn nồng độ và tỉ số khí, cùng chẩn đoán lỗi theo tam giác Duval Ngưỡng đánh giá chi tiết trình bày trong bảng 4.3, cùng với các đánh giá phân tích chất lượng dầu.

Bảng 4.3: Bảng đánh giá các hạng mục thí nghiệm hóa[1-4] Đánh giá Điểm đánh giá Điện áp phóng điện [1]

Giới hạn nồng độ và tỉ số khí hòa tan [3]

Chẩn đoán lỗi (tam giác Duval) [4]

Tốt 4 > 70 kV < 15 ppm Mức 1 Vùng bình thường (N)

15 – 25 ppm - Vùng T2 / T3 (quá nhiệt, cốc hóa)

25 – 30 ppm Mức 2 Vùng X1 (có thể có hồ quang)

30 – 35 ppm - Vùng X2 / X3 (hồ quang) Đánh giá Điểm đánh giá Điện áp phóng điện [1]

Giới hạn nồng độ và tỉ số khí hòa tan [3]

Chẩn đoán lỗi (tam giác Duval) [4]

Rất xấu 0 < 30 kV > 35 ppm Mức 3

4.1.4 Đánh giá hạng mục đo điện trở động

Việc phân tích và đánh giá kết quả đo điện trở động (DRM) giới thiệu ở hình4.1 cho bộ OLTC cần rất nhiều kinh nghiệm chuyên gia Phương thức cơ bản nhất vẫn là so sánh độ sụt dòng và tốc độ sụt dòng ở cùng chu trình chuyển nấc giữa các pha, hoặc so sánh với dữ liệu lấy mẫu ban đầu (nếu có) Các phân tích chuyên sâu hơn dựa trên dạng sóng trong quá trình chuyển tiếp hiện vẫn là một chủ đề đang được nghiên cứu.

Trong quá trình khảo sát và nghiên cứu các kết quả đo điện trở động do Công ty Thí nghiệm điện miền Nam cung cấp, học viên nhân thấy không thể đánh giá định lượng góc sụt dòng cũng như độ sụt dòng, bởi vì chúng phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như cấu hình phép đo, dòng một chiều nạp vào mạch chính, cũng như sự chắc chắn của các đầu dây kẹp đấu nối thí nghiệm Các thông số có thể dùng để đánh giá hạng mục đo điện trở động được liệt kê chi tiết trong bảng 4.4.

Bảng 4.4: Bảng đánh giá hạng mục đo điện trở động (DRM)[13]

Mức đánh giá Điểm Độ lệch điện trở cuộn dây giữa 3 pha

Thời gian chuyển tiếp điện trở Dạng sóng

Tốt 4 < 1% < 50 ms Quá trình chuyển mạch rõ ràng

Quá trình chuyển mạch rõ ràng

Có hiện tượng sụt dòng nhỏ trước và sau chuyển tiếp

Quá trình chuyển mạch rõ ràng

Có hiện tượng sụt dòng lớn trước và sau chuyển tiếp

Xấu 1 4 – 5 % 60 – 65 ms Sụt dòng về 0 trong quá trình chuyển tiếp

Rất xấu 0 > 5 % > 65 ms Sụt dòng về 0 trong quá trình chuyển tiếp

4.1.5 Đánh giá hạng mục phân tích dòng động cơ

Phân tích đồ thị dòng khởi động động cơ (MSCA) cũng là một trong những hạng mục cần rất nhiều kinh nghiệm chuyên gia Hiện nay, có 2 cách thức để phân tích dạng sóng khởi động của dòng động cơ, bao gồm phân tích biên độ đỉnh của dòng khởi động, và phân tích dạng sóng xác lâp Khi dòng động cơ cao bất thường hay có nhiều biến động, rất có thể hệ thống truyền động đang gặp trở lực cơ khí gây ra bởi ma sát do thiếu bôi trơn, hoặc sự không ăn khớp cơ khí giữa các bộ phân Bên cạnh đó, nếu như trục dẫn động bị lỏng, mômen khởi động sẽ có sự khác biệt, làm cho dòng khởi động có thể sẽ thấp hơn so với trạng thái bình thường Học viên đề xuất bảng 4.5 làm cơ sở để đánh giá hạng mục phân tích dòng động cơ của bộ OLTC.

Bảng 4.5: Mức đánh giá hạng mục phân tích dòng động cơ (MCSA)

Mức đánh giá Điểm Biên độ đỉnh Dạng sóng xác lập

Tốt 4 3 – 10 lần dòng định mức Không có dao động

Khá 3 - Có dao động nhỏ

Trung bình 2 < 3 hoặc > 10 lần dòng định mức Có dao động lớn

Rất xấu 0 Động cơ bị kẹt Động cơ bị kẹt

4.1.6 Đánh giá hạng mục phân tích âm thanh rung

Một trong những đặc điểm có thể được kiểm tra trực tuyến để cung cấp chỉ báo về trạng thái OLTC là phân tích âm thanh rung động (VAM) Rung động được tạo ra bởi chuyển động cơ học của bộ đổi nấc, có thể dễ dàng phát hiện bằng cách được ghi lại và so sánh với dữ liệu trước đó với giả định rằng dấu hiệu âm thanh có thể được tái tạo tốt kịp thời đối với các bộ đổi nấc không có lỗi Những điểm bất thường cần được làm nổi bât bằng sự khác biệt trong cấu hình âm thanh theo thời gian (xem hình 4.2) Tín hiệu âm thanh có thể được chia thành hai dải tần số: một trong dải tần vài chục kHz nhằm mục đích xác định các sự cố cơ học (ví dụ: lò xo bị mài mòn quá mức hoặc bị đứt) và một dải tần số trong khoảng 100 kHz nhằm phát hiện các sự cố về điện (cháy hồ quang khi có không nên có).

Hình 4.2: Trích xuất đặc trưng từ dạng sóng âm thanh rung của bộ OLTC[14]

Vấn đề chủ yếu khi áp dụng phương pháp phân tích VAM là phải có dữ liệu gốc đặc trưng cho từng chủng loại OLTC để so sánh và phân tích Phương pháp này cũng chỉ vừa mới được thương mại hóa trong những năm gần đây; chưa có quy trình và tiêu chuẩn để chuẩn hóa thiết bị cũng như cách thức thực hiện phép đo Cơ sở để phân tích, tiêu chí để đánh giá kết quả hiện vẫn chưa được thống nhất Các nghiên cứu trên thế giới hiện tại chủ yếu xoay quanh hướng sử dụng các bộ lọc số và các phép biến đổi khác nhau để trích xuất những thông tin hữu ích về tình trạng cơ khí và chẩn đoán lỗi phần điện của bộ OLTC [37-44] Liên quan đến việc đánh giá kết quả, vẫn chưa có tài liệu nào tổng hợp được các cách thức đánh giá.

Việc phân tích dạng sóng hiện tại phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm chuyên gia và nhân định của nhà sản xuất Dù vây, phương pháp này hiện vẫn đang nhân được rất nhiều sự quan tâm, bởi vì nó là một hạng mục có thể được thực hiện kể cả khi MBA đang mang điện (online) cũng như khi cắt điện (offline).

4.2 Đề xuất phương pháp chấm điểm tình trạng vận hành bộ OLTC Để chẩm điểm tình trạng cho bộ OLTC, học viên để xuất sử dụng phương pháp tính điểm bằng trung bình trọng số như phương pháp áp dụng cho MBA (khi chưa có phương pháp đề xuất từ các nghiên cứu liên quan) Điểm tổng hợp sẽ là giá trị trung bình có nhân trọng số của từng hạng mục theo công thức (4.1), với điểm thành phần từ các hạng mục nêu trong bảng 4.6 Hướng dẫn chấm điểm cho từng hạng mục đã được đề câp ở mục 4.1.

- HIOLTC(Health Index): Chỉ số tình trạng vân hành bộ OLTC (có giá trị từ 0 đến 100)

- Fj: Điểm số của từng hạng mục (có giá trị từ 0 đến 4)

- Kj: Trọng số tương ứng của từng hạng mục (có giá trị từ 1 đến 10)

Bảng 4.6: Các hạng mục chấm điểm tình trạng cho bộ OLTC của MBA 110 kV

STT Nhóm dữ liệu Hạng mục Trọng số

3 Uy tín của chủng loại 2 0 -> 4

4 Tình trạng cơ khí truyền động 1 0 -> 4

5 Hệ thống rơle bảo vệ nội bộ 1 0 -> 4

Phân tích chất lượng dầu 4 0 -> 4

7 Phân tích khí hòa tan trong dầu 2 0 -> 4

Thí nghiệm điện Điện trở động (DRM) 4 0 -> 4

9 Phân tích dòng động cơ

10 Phân tích âm thanh rung động (VAM) 1 0 -> 4

Đề xuất khuyến cáo về thời điểm bảo trì bộ OLTC

Các phương pháp tính toán chỉ số tình trạng, dù là cho thiết bị nào thì cũng đều cần đi kèm một bảng khuyến cáo hành động về bảo trì hoặc sửa chữa, thay thế phù hợp để đơn vị chủ quản có thể áp dụng Đối với MBA, nghiên cứu trước đây của Nguyễn Diệp Đăng Khoa và Âu Khương Tình [5,6] đều có đưa ra khuyến cáo hành động tiếp theo cần thực hiện đối với MBA sau khi tính toán được chỉ số tình trạng. Đối với bộ OLTC, ngoại trừ khuyến cáo bảo trì của chính các hãng sản xuất,hiện vẫn chưa có nghiên cứu nào đề xuất thời điểm bảo trì Tuy nhiên, tham khảo nghiên cứu của Âu Khương Tình, học viên cũng xây dựng bảng đề xuất hành động tiếp theo sau khi tính toán chỉ số tình trạng bộ OLTC, chi tiết như trong bảng 4.7.Khả năng áp dụng của khuyến cáo và đề xuất thời gian bảo trì này sẽ được kiểm chứng thông qua trường hợp khảo tiêu biểu ở mục 4.4 và phân tích cho bộ cơ sở dữ liệu trong chương 5.

Bảng 4.7: Bảng liên hệ giữa chỉ số tình trạng vân hành và khuyến cáo, đề xuất thời gian bảo trì cho bộ OLTC MBA 110kV

Chỉ số tình trạng vận hành Đánh giá Khuyến cáo thực hiện Đề xuất thời gian bảo trì

90 – 100 Tốt Vân hành bình thường

75 – 90 Khá Vân hành bình thường

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm Cần lên kế hoạch thay thế ngay khi có thể

Trường hợp khảo sát thực tế

Để minh họa cho việc tích toán, mục này sẽ trình bày một trường hợp cụ thể trên bộ OLTC của MBA 110kV T2 đang vân hành tại trạm 110kV Bến Lức (do Đông Anh sản xuất vào năm 2007) Trong MBA này, bộ OLTC loại chân không,chuyển tiếp 2 điện trở, mã hiệu VVIII400Y-76-10191W của hãng MR sản xuất.Tính đến năm 2024, bộ OLTC này đã vân hành được 17 năm, với số lần thao tác là quá trình thao tác có xuất hiện những âm thanh ma sát rất lớn Kết quả thí nghiệm hóa năm 2023 cho thấy tình trạng ổn định, tuy rằng hàm lượng nước trong dầu tương đối cao (30 ppm) Kết quả phân tích khí hòa tan trong dầu như sau:

+ CH4: 4.7 ppm ; CO: 538.9 ppm; CO2: 1685.2 ppm;

Với kết quả trên, có thể thấy hàm lượng khí khá thấp, và vì đây là bộ OLTC có cơ cấu dâp hồ quang trong chân không, lượng khí C2H2 phát sinh gần như là không đáng kể Khi xem xét mức cảnh báo, lượng khí trên xếp vào mức 1 (Bình thường). Kết quả chẩn đoán lỗi theo phương pháp tam giác Duval số 2 cho thấy lượng khí rơi vào vùng N (vùng bình thường). Đối với phần thí nghiệm điện, trong kết quả thí nghiệm điện trở động, độ lệch điện trở lớn nhất giữa 3 pha là 0.51%, thời gian chuyển tiếp dài nhất là 52 ms Khi phân tích dạng sóng chuyển mạch, có phát hiện tại một số nấc có hiện tượng dòng điện trồi sụt nhẹ trước và sau quá trình chuyển mạch (xem hình 4.3), nguyên nhân là do tiếp điểm tiếp xúc không được tốt, dẫn đến quá trình đóng cắt mạch có ma sát và chưa trơn tru Ngoài ra thì, kết quả phân tích dòng động cơ cũng như phân tích âm thanh rung động không cho thấy vấn đề bất thường nào.

Với các kết quả như trên, điểm đánh giá tổng hợp được nêu trong bảng 4.7,trong đó cả 10 hạng mục được chấm điểm theo hướng dẫn nêu ở mục 4.1.

Hình 4.3: Kết quả đo điện trở động của MBA T2 Bến Lức Bảng 4.8: Kết quả chấm điểm cho bộ OLTC của MBA T2 Bến Lức

STT Hạng mục Kết quả Điểm

1 Số năm vân hành 17 (Fj)1

3 Uy tín của chủng loại Loại VVIII400Y-76-10191W của hãng MR, chưa ghi nhân thông tin sự cố loại này 4

4 Tình trạng cơ khí truyền động Có vấn đề lớn (các khớp cơ khí đã bị hao mòn) 2

5 Hệ thống rơle bảo vệ nội bộ Có vấn đề lớn (mạch nhị thứ đã từng bị chuột cắn) 2

6 Phân tích chất lượng dầu BDV = 51 kV

7 Phân tích khí hòa tan trong dầu Tình trạng: mức 1

8 Điện trở động (DRM) ΔR = 0.51%; t = 52 ms; Quá trình chuyển mạch rõ rang, có hiện tượng sụt dòng nhỏ trước chuyển mạch 3

9 Phân tích dòng động cơ

Ipeak = 7 x Irated Không có dao động trong dạng sóng xác lâp 4

10 Phân tích âm thanh rung động

Như vây, điểm tình trạng của bộ OLTC choMBA khảo sátáp dụng công thức (4.1)là:HI �� = 62.

Với mức điểm như trên, bộ OLTC có mức tình trạng vân hành “Xấu”, với khuyến cáo hành động là “Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm”, thời điểm bảo trì được khuyến cáo là trong vòng 6 tháng Xem xét qua tình hình thực tế, khuyến cáo trên là phù hợp, bởi vì các khớp cơ khí trong hệ truyền động đã có dấu hiệu bị hao mòn và phát ra âm thanh ma sát trong quá trình chuyển nấc Ngoài ra, bởi vì hàm lượng nước trong mẫu dầu rất cao (30 ppm), cần thiết phải tiến hành lọc dầu để loại bỏ hàm lượng nước này nhằm đảm bảo tính chất cách điện được phục hồi phù hợp.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả tính toán

Sử dụng phương pháp tính toán nêu trong chương 4, học viên đã tính toán chỉ số tình trạng cho các bộ OLTC thuộc 38 MBA 110kV do Công ty Điện Lực Long

An quản lý và vân hành (đã nêu ở bảng 1.2 trong chương 1) Các thông tin tóm tắt về 38 bộ OLTC này như sau:

- Hãng sản xuất: MR (31 bộ), ABB (7 bộ)

- Thời gian vân hành: o Lâu nhất: từ năm 2001 (MBA T1 Bến Lức) o Mới nhất: từ năm 2022 (MBA T1, T2 Long Hâu)

- Số lần thao tác nhiều nhất: 136235 lần (MBA T1 Cần Đước)

- Loại chuyển tiếp: điện trở (tất cả 38 bộ)

- Loại dâp hồ quang: tiếp điểm chân không (36 bộ), tiếp điểm ngâm dầu (2 bộ)

Kết quả tính toán chi tiết được thể hiện trong bảng 5.1, với 38 bộ OLTC có chỉ số tình trạng dao động trong khoảng 40 – 90 điểm, với điểm bình quân là 77 điểm.Điểm thấp nhất là bộ OLTC tại MBA Cần Đước T1 (44 điểm), Long An T1 (46 điểm); điểm cao nhất là MBA Bình Tiền T1 (91 điểm) Điều này phù hợp với xu hướng: số năm vân hành và số lần thao tác càng nhiều, tình trạng càng xấu nên điểm chỉ số tình trạng càng thấp Ngoài ra, các bộ OLTC có tiếp điểm hồ quang ngâm trong dầu có điểm tương đối thấp hơn so với các bộ OLTC loại buồng dâp hồ quang chân không, ví dụ như bộ Cần Được T1 (44 điểm) và Rạch Chanh T1 (64 điểm),khá thấp so với điểm bình quân chung (77 điểm).

Bảng 5.1: Kết quả tính toán chỉ số tình trạng cho các bộ OLTC trong các MBA trên lưới điện Long An

Sốnămvậnhành(F 1 ) Sốlầnthaotác(F 2 ) Uytíncủachủngloại(F 3 ) Tìnhtrạngcơkhítruyềnđộng(F 4 ) Hệthốngrơlebảovệnộibộ(F 5 ) Phântíchchấtlượngdầu(F 6 ) Phântíchkhíhòatantrongdầu(F 7 ) Điệntrởđộng(DRM)(F 8 ) Phântíchdòngđộngcơ(F 9 ) Phântíchâmthanhrung(F 10 )(VAM) Chỉsốtìnhtrạng

Bảng 5.2 so sánh kết quả đánh giá chỉ số tình trạng theo phương pháp đề xuất trong luân văn và nhân định của đơn vị quản lý vân hành;theo đó, có thể nhân thấy sự tương đồng giữa 2 kết quả đánh giá trong 27/38 trường hợp, đạt tỉ lệ 71%.

Bảng 5.2: Kết quả đánh giá chỉ số tình trạng OLTC so với nhân định của đơn vị quản lý vân hành

No MBA Mã hiệu Chỉ số tình trạng Đánh giá chỉ số tình trạng Đánh giá của đơn vị QLVH

1 An Thạnh T1 VVIII400Y-76-10191G 82 Khá Khá

2 An Thạnh T2 VVIII600Y-76-10191W 84 Khá Khá

5 Bình Tiền T1 VVIII600Y-76-10191WR 91 Tốt Tốt

6 Bình Tiền T2 VVIII600Y-76-10191WR 89 Khá Tốt

7 Cần Đước T1 UZFRN 380/300 44 Rất xấu Trung

No MBA Mã hiệu Chỉ số tình trạng Đánh giá chỉ số tình trạng Đánh giá của đơn vị QLVH bình

9 Cần Giuộc T1 VUCGDN 380/600/C 88 Khá Khá

12 Đức Hòa 3 T1 VUCGDN 380/600/C 84 Khá Tốt

13 Đức Hòa 3 T2 VUCGDN 380/600/C 82 Khá Tốt

15 Đức Huệ T2 VVIII600Y-76-10191W 89 Khá Khá

16 Đức Lâp T1 VVIII600Y-76-10191W 78 Khá Khá

17 Đức Lâp T2 VVIII600Y-76-10191W 82 Khá Khá

18 Hựu Thạnh T1 VVIII600Y-76-10191W 86 Khá Khá

19 Hựu Thạnh T2 VVIII600Y-76-10191W 86 Khá Khá

22 Long Hâu T1 VVIII600Y-76-10191W 91 Tốt Tốt

23 Long Hâu T2 VVIII600Y-76-10191W 87 Khá Khá

24 Long Hiệp T1 VVIII600Y-76-10191W 84 Khá Khá

25 Long Hiệp T2 VVIII600Y-76-10191W 84 Khá Khá

26 Mộc Hóa T1 BUL 84 Khá Khá

No MBA Mã hiệu Chỉ số tình trạng Đánh giá chỉ số tình trạng Đánh giá của đơn vị QLVH

27 Mộc Hóa T2 BUL 78 Khá Khá

30 Tầm Vu T1 VVIII600Y-76-10191G 86 Khá Khá

31 Tầm Vu T2 VVIII600Y-76-10191W 86 Khá Khá

32 Tân An T1 VVIII600Y-76-10191W 72 Trung bình Tốt

33 Tân An T2 VVIII600Y-76-10191W 82 Khá Tốt

34 Tân Tâp T1 VUCGDN 380/600/C 83 Khá Tốt

36 Thạnh Hóa T2 VUCGRN 380/450C 86 Khá Khá

37 Thủ Thừa T1 VUCGDN 380/600/C 84 Khá Khá

38 Vĩnh Hưng T2 VVIII400Y-76-10191W 90 Tốt Tốt

Một điểm quan trọng có thể nhân thấy, đó là đơn vị quản lý vân hành không nhân định bộ OLTC nào có tình trạng “Xấu”, nhưng khi tính toán chỉ số tình trạng thì có 3 bộ OLTC ở ngưỡng này (Bến Lức T1, Bến Lức T2, Đức Hòa T2) và thâm chí 2 bộ ở ngưỡng “Rất xấu” (Cần Đước T1, Long An T1) Điều này đến từ việc các bộ OLTC trên dù vẫn đang hoạt động, nhưng đã có số năm vân hành cao (tất cả đều đã vân hành trên 15 năm) và số lần thao tác rất nhiều Kết hợp vào đó, kết quả thí nghiệm các hạng mục hóa và điện đều có xu hướng không tốt, dẫn đến điểm tình trạng bị giảm xuống.

Bảng 5.3 tổng hợp khuyến cáo bảo trì cho các bộ OLTC tại khu vực Long An,trong đó có thể hiện hành động tương ứng và thời điểm bảo trì đề xuất Đa số các bộ

OLTC có thời gian vân hành dưới 10 năm và số lần thao tác ít đều có điểm tình trạng cao hơn 80, trong khi các bộ vân hành đến 15 năm xu hướng điểm số trong khoảng 70 – 80, tùy vào tình trạng thực tế Các bộ OLTC có kết quả thí nghiệm xấu, lịch sử vân hành có ghi nhân bất thường thì điểm tình trạng sẽ rơi vào khoảng 60 –

75, và mức này có thể xem là trung bình Trong tình huống đó, các đơn vị quản lý vân hành nên lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động để cải thiện tình trạng Đối với các bộ OLTC có điểm từ 50 – 60 (mức xấu), bên cạnh việc lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, có thể cần phải tiến hành thêm việc bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm bên trong để đảm bảo các cơ chế chuyển mạch được vân hành trơn tru, tránh phát sinh hồ quang ngoài ý muốn.

Khi điểm tình trạng nhỏ hơn 50, bộ OLTC đã có nhiều vấn đề, không chỉ đến từ kết quả thí nghiệm xấu, mà còn do bản chất đã vân hành lâu năm với số lần thao tác lớn Trong trường hợp này, đơn vị quản lý vân hành vẫn nên lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm, đồng thời kiểm tra tình trạng các tiếp điểm này trong quá trình bảo trì Nếu phát hiện có hiện tượng ăn mòn tiếp điểm, cần xem xét thay thế các bộ phân liên quan đến vấn đề trên, hoặc xấu nhất là cần phải tiến hành thay thế toàn bộ OLTC, nếu như các điểm khuyết khuyết đã lan rộng và không thể khắc phục chỉ bằng việc bảo trì.

Bảng 5.3: Khuyến cáo bảo trì cho các bộ OLTC tại Long An

No MBA Mã hiệu Đánh giá theo chỉ số tình trạng

10191G Khá Vân hành bình thường

10191W Khá Vân hành bình thường

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi

Thời điểm bảo trì cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm

10191WR Tốt Vân hành bình thường

10191WR Khá Vân hành bình thường

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi dầu mỡ cho cơ cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm Cần lên kế hoạch thay thế ngay

380/600/C Khá Vân hành bình thường

380/600/C Trung bình Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi

Thời điểm bảo trì dầu mỡ cho cơ cấu truyền động năm

Lên kế hoạch lọc dầu, bảo trì và bôi

Thời điểm bảo trì cấu truyền động, bảo trì và vệ sinh các tiếp điểm Cần lên kế hoạch thay thế ngay

10191W Tốt Vân hành bình thường

Khá Vân hành bình thường

10191G Khá Vân hành bình thường

380/450C Khá Vân hành bình thường

10191W Tốt Vân hành bình thường

Tóm lại, để áp dụng nghiên cứu đề tài vào thực tế vân hành thì cần 10 hạng mục dữ liệu đầu vào, trong đó 5 dữ liệu liên quan đến quá trình vân hành - thương hiệu (số năm vân hành, số lần thao tác, uy tín của chủng loại, tình trạng cơ khí lượng dầu, phân tích khí hòa tan trong dầu) và 3 dữ liệu thí nghiệm điện (điện trở động, phân tích dòng động cơ, phân tích âm thanh rung) Các dữ liệu này là dữ liệu quá khứ, cần thu thâp định kỳ để có thể phân tích chỉ số tình trạng vân hành ở một thời điểm nhất định.

Nhân xét

Trong luân văn này, học viên đã đề xuất một phương pháp đánh giá tình trạng vân hành áp dụng cho các bộ OLTC của MBA trong bối cảnh chưa có một phương pháp liên quan nào được đề xuất trước đây Từ đó, học viên cũng đã đề xuất một bảng khuyến cáo các hành động cần được thực hiện sau đó cùng với dự báo thời điểm bảo trì cho các bộ OLTC này để góp phần ngăn ngừa sự cố xảy ra trong OLTC ảnh hưởng đến tình trạng vân hành MBA.

Phương pháp đề xuất này cũng đã được tính toán áp dụng thí điểm cho 38 MBA 110kV lưới điện Long An Kết quả tính toán cho bộ cơ sở dữ liệu cũng đã được đánh giá là phù hợp với nhân định của đơn vị quản lý vân hành Điều này cho thấy phương pháp đề xuất có độ tin cây nhất định.

Ngoài ra, kết quả đạt được từ luân văn đã giúp cho đơn vị chủ quản là Công ty Điện lực Long An có được bức tranh tổng quát về tình trạng vân hành của các bộ OLTC trên lưới điện 110kV, từ đó có kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng kịp thời hoặc thay thế khi cần thiết.

6.2 Hướng phát triển Để có thể ứng dụng phương pháp tính toán chỉ số tình trạng vân hành cho bộ OLTC, cần phải có đầy đủ thông tin về lịch sử vân hành và kết quả thí nghiệm định kỳ Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tâp trung vào việc phát triển hệ thống giám sát tình trạng theo thời gian thực, nhằm kịp thời phát hiện ra những vấn đề bất thường trong quá trình vân hành của bộ OLTC Ngoài ra, các nghiên cứu về sau có thể mở rộng quy mô nghiên cứu, như tăng số lượng MBA khảo sát, hoặc cho cácMBA có cấp điện áp cao hơn như 220 kV, 500 kV.

Tiêu đề	Đề xuất phương pháp đánh giá tình trạng vận hành và dự báo thời điểm bảo trì bộ điều áp dưới tải máy biến áp lực lưới điện 110kV Long An
Tác giả	Nguyễn Công Luận
Người hướng dẫn	PGS. TS. Phạm Đình Anh Khôi
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP.HCM
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	3,85 MB