tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật ỨNG DỤNG MẠNG nơ RON CHẨN đoán sự cố TRONG máy BIẾN áp lực

Trong đó, phương pháp phân tích khí hoà tan Dissolved Gas Analysis -DGA rất hiệu quả trong việc chẩn đoán các trạng thái hư hỏng tiềm ẩn trong MBA.Mặc dù vậy, độ chính xác củ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON CHẨN ĐOÁN SỰ

CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn

khoa học của PGS TS Nguyễn Hữu Công Các kết quả tính toán, số liệu nêu

trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trìnhkhoa học nào khác

Tác giả luận văn

Bùi Đức Cường

M c l c ục lục ục lục CHƯƠNG I TÓM TẮT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN

ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC 11

1.1 Tổng quan về máy biến áp 11

1.2 Các thông số cơ bản của máy biến áp 11

1.3 Thí nghiệm truyền thống MBA 14

1.3.1 Kiểm tra tổng thể bên ngoài 14

1.3.2 Thí nghiệm không tải 14

1.3.3 Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA 16

1.3.4 Đo điện trở một chiều các cuộn dây 18

1.3.5 Kiểm tra tỷ số biến 20

1.3.6 Kiểm tra tổ nối dây 22

1.3.7 Thí nghiệm dầu cách điện 23

1.4 Kết luận 23

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA) 25

2.1 Tổng quan về chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trong MBA lực 25

2.1.1 Tầm quan trọng của việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực 25

2.1.2 Phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn 25

2.1.2.1 Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện 25

2.1.2.2 Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD 26

2.1.2.3 Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA) 28

2.1.2.4 Kết hợp DGA và phương pháp âm 30

2.2 Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA 30

2.2.1 Nghiên cứu các đặc tính sinh khí trong MBA lực 30

2.2.2 Các lỗi tiềm ẩn của MBA 32

2.2.3 Sự nghiên cứu và ứng dụng của các phương pháp tỉ lệ 33

2.2.4 Ứng dụng của phương pháp Rogers, khí chính 36

2.2.5 Các phương pháp chẩn đoán và trải nghiệm công nghiệp khác 38

2.2.5.1 Chẩn đoán rò rỉ 38

2.2.5.2 Chẩn đoán sự mủn giấy 38

2.3 Các quy tắc cơ bản trong chẩn đoán lỗi MBA 39

2.3.1 Các giả thiết 39

2.3.2 Nền tảng của các quy tắc – hướng dẫn IEC 40

2.3.3 Sự thể hiện và sửa đổi của các quy tắc hướng dẫn 41

2.3.4 Quy tắc chẩn đoán lỗi đặc biệt (đặc thù) 44

2.3.4.1 Chẩn đoán OH và OHO 45

2.3.4.2 Chẩn đoán trên cơ sở tỉ lệ CO/CO2 45

2.3.4.3 Các quy tắc chẩn đoán OHC và CD bổ sung 45

2.3.4.4 Chẩn đoán NR 45

2.4 Kết luận 45

CHƯƠNG III: MẠNG NƠRON KẾT HỢP DGA ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM

ẨN MBA LỰC 48

3.1 Các phương pháp trí tuệ nhân tạo cơ bản 48

3.2 Giới thiệu về mạng nơron 50

3.2.1 Não, nơron sinh học 51

3.2.2 Mạng nơron sinh học 53

3.2.3 Mạng nơron nhân tạo 55

3.2.3.1 Cấu trúc và mô hình một nơron nhân tạo 56

3.2.3.2 Một số mô hình cấu trúc của mạng nơron nhân tạo 60

3.2.3.3 Quá trình nghiên cứu và phát triển nơron nhân tạo 61

3.2.3.4 Mạng nơron nhân tạo nhiều lớp (MLP) truyền thẳng 63

3.2.4 Luyện mạng nơron 64

3.2.4.1 Các luật học cơ bản 65

3.2.4.2 Xấp xỉ mạng nơron 75

3.3 Tính chất kỹ thuật – Cơ chế của chẩn đoán trên cơ sở mạng nơron 76

3.4 Ứng dụng mạng nơron để chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA lực 77

3.5 Kết luận 80

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG MẠNG NƠRON TRONG CHUẨN ĐOÁN LỖI TIỀM ẨN MBA LỰC 81

4.1 Lựa chọn cấu trúc mạng tối ưu 81

4.2 Huấn luyện mạng nơron 81

4.2.1 Ứng dụng Neural Network Toolbox để luyện mạng Neural MLP 3 lớp 82

4.2.2 Chương trình lập trình theo thuật toán lan truyền ngược huấn luyện mạng nơron trong chẩn đoán sự cố theo công nghệ DGA 84

4.3 Các kết quả thực nghiệm về cấu trúc mạng 88

4.3.1 Cấu trúc mạng nơron 5–8–3 88

4.3.2 Cấu trúc mạng nơron 5–10–3 89

4.3.3 Cấu trúc mạng nơron 5–15–3 89

4.3.4 Cấu trúc mạng nơron 5–16–3 90

4.3.5 Kết luận 90

4.4 Kết quả chẩn đoán 90

4.4.1 Tập dữ liệu vào-ra 90

4.4.1.1 Quá trình luyện mạng 91

4.4.1.2 Kết quả chuẩn đoán 96

4.5 Kết luận 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

TÓM TẮT LUẬN VĂN 100

Danh mục các ký hi u, các ch vi t t t ệu, các chữ viết tắt ữ viết tắt ết tắt ắt

Viết tắt Tiếng Anh Giải thích Tiếng Việt

ANNEPS

The combined Artificial NơronNetwork and ExPert System toolfor power transformer incipientfault diagnosis

Kết hợp mạng nơron nhân tạo vàhệ chuyên gia trong chuẩn đoán sựcố máy biến áp MBA

COC Combined Output Confidence kết hợp đầu ra tin cậy

DGA Dissolved Gas-in_oil Analysis Phân tích khí hòa tan trong dầuDGA Dissolved Gas-in_oil Analysis Phân tích khí hòa tan trong dầu

AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo

ANN Artificial Nơron Network Nơron nhân tạo

LVQ Learning Vector Quantization

nơron network luyện mạng nơron

NR Normal condition Điều kiện bình thường

OHO OverHeating of Oil Quá nhiệt độ dầu

CD Cellulose Degradation Suy giảm cách điện của celluloseOHC OverHeating of Cellulose Quá nhiệt của cellulose

PD Partial discharge Phóng điện cục bộ

LEDA Low Energy discharge Phóng điện năng lượng thấp

HEDA High Energy Discharge Phóng điện năng lượng cao

TDCG Total Dissolved Combustible

Gases Tổng hợp các lượng khí hòa tanTCG Total Combustible Gases Tổng hợp 1 lượng khí hòa tanTDHG Total Dissolved Hydrocarbon

L1 Critical gas-in-oil levels for lượng khí trong dầu nằm ngoài

abnormal screening giới hạn quy định

AE Acoustic Emission tiếng kêu bất thường

DP Degree of Polymerization Mức độ hóa dầu

IFT InterFacial Tension so cuộn dây

IR Insulation Resistance Cách điện kháng

KOH: KOH: acid number Hàm lượng axít

LTC Load Tap Changer Bộ điều áp dưới tải

PD Partial Discharge Phóng điện cục bộ

IP Polarization Index Chỉ số phân cực “trong vật liệu

cách điện”

SFL oxidation stability Độ ổn định oxi hóa

IFID InFormative InDex Chỉ số thông tin

TA Test Accuracy Kiểm tra cấp chính xác

Danh mục bảng biểu

Bảng 1 1 Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép 17

Bảng 1 2 Bảng quy đổi nhiệt độ 18

Bảng 1 3 Các tổ nối dây cuộn dây MBA 22

Bảng 1 4 Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA 23

Bảng 2 1 Sự tương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân 32

Bảng 2 2 Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ 33

Bảng 2 3 Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 34

Bảng 2 4 Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg 34

Bảng 2 5 Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers 35

Bảng 2 6 Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 35

Bảng 2 7 Chẩn đoán theo phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến 36

Bảng 2 8 Các tiêu chuẩn chẩn đoán của phương pháp khí chính 37

Bảng 2 9 Tiêu chuẩn IEC 599 cải tiến 40

Bảng 2 10 Ý nghĩa của lỗi viết tắt trong Hình 2 2 và Hình 2 3 44

Bảng 3 1 Các hệ chuyên gia cho PTIFD 49

Bảng 3 2 Một số hàm f cơ bản thường được sử dụng 57

Bảng 3 3 Một số hàm H(s) thường được dùng trong nơron nhân tạo 59

Bảng 3.4 Một số hàm phi tuyến thường dùng trong các mô hình nơron 59

Bảng 4 1.Bảng các bộ dữ liệu đầu vào dùng cho luyện mạng 90

Bảng 4 2 Kết quả của các quá trình chẩn đoán 96

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha 14

Hình 1 2 Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb 15

Hình 1 3 Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac 15

Hình 1 4 Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab 15

Hình 1 5 Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện 17

Hình 1 6 Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe 19

Hình 1 7 Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha 21

Hình 1 8 Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha 21

Hình 1 9 Thí nghiệm ab nối tắt bc 21

Hình 1 10 Thí nghiệm bc nối tắt ac 21

Hình 1 11 Sơ đồ nguồn xung phía cao áp 22

Hình 2 1 Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi 31

Hình 2 2 Phân loại lỗi theo tiêu chuẩn IEC 599 42

Hình 2 3 Vùng phân loại của quy tắc cơ bản cuối cùng 43

Hình 2 4 Lưu đồ của quy trình chẩn đoán lỗi trên cơ sở nguyên tắc DGA 47

Hình 3 1.Cấu tạo của một nơron sinh học 51

Hình 3 2 Mạng nơron đơn giản gồm 2 nơron 54

Hình 3 3 Mô hình mạng nơron sinh học gồm 5 nơron 55

Hình 3 4 Nơron nhiều đầu vào 56

Hình 3 5 Mô hình một nơron nhân tạo nhiều đầu vào 58

Hình 3 6 Mạng nơron hai lớp truyền thẳng 63

Hình 3 7 Mạng MLP 69

Hình 3 8 Phương pháp tìm kiếm Emin theo hướng ngược gradient của E 69

Hình 3 9 Mạng MLP truyền thẳng 73

Hình 3 10 Ví dụ về nhiều bộ giá trị cho một lỗi “Hồ quang điện” 77

Hình 3 11 Sơ đồ cấu trúc của một mạng MLP 2 lớp ẩn 78

Hình 4 1 Minh hoạ thuật toán lan truyền ngược 86

Hình 4 2 Sơ đồ biểu diễn tương đương 86

Hình 4 3 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–8–3] 88

Hình 4 4 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–10–3] 89

Hình 4 5 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–15–3] 89

Hình 4 6 Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–16–3] 90

Hình 4 7 Mô hình mạng nơron 91

Hình 4 8 Giao diện của quá trình huấn luyện mạng 92

Hình 4 9 Tiến trình luyện mạng 93

Hình 4 10 Kết quả luyện mạng 93

Hình 4 11 Trạng thái của quá trình luyện mạng 94

Hình 4 12 Mô hình của mạng nơron sau khi đã luyện mạng thành công 94

Hình 4 13 Các thành phần của mạng (a-e) 96

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật, nhiều công cụ tínhtoán thông minh hỗ trợ trong các hệ thống phần mềm chẩn đoán sự cố thiết bị.Trong hệ thống lưới điện, máy biến áp (MBA) lực là thiết bị có chức năng thay đổicấp điện áp phù hợp đối với yêu cầu cung cấp điện cụ thể của phụ tải, là một trongnhững thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy độ tin cậy cung cấp điện của

nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống Trong quá trình vận hành, cónhiều lý do để MBA rơi vào trạng thái làm việc không bình thường hoặc thậm chí làgặp sự cố: như điều kiện thời tiết, mưa bão sấm sét, công suất của phụ tải, tuổi thọcủa máy, … Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường kéo dài thì tuổi thọcủa MBA sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm gián đoạn cung cấp điện Khinày, tuỳ theo tính chất của phụ tải mà thiệt hại so sự cố gây ra là rất lớn

Chính vì thế MBA cần được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ bằng các biệnpháp khác nhau, ngay cả khi MBA đang vận hành (on-line) hay cắt điện (off-line)

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, tăng tuổi thọ cũng như giảm thiểu các thiệt hại vềkinh tế do việc cắt MBA gây ra, đã có nhiều biện pháp thử nghiệm khi MBA đangmang điện Trong đó, phương pháp phân tích khí hoà tan (Dissolved Gas Analysis -DGA) rất hiệu quả trong việc chẩn đoán các trạng thái hư hỏng tiềm ẩn trong MBA.Mặc dù vậy, độ chính xác của phương pháp DGA truyền thống cũng còn phụ thuộcvào kinh nghiệm của các chuyên gia và tiêu tốn thời gian trong quá trình chẩn đoán.Việc phối hợp phương pháp DGA với phương pháp chẩn đoán thông minh có thểgóp phần giảm thời gian và nâng cao độ chính xác của kết quả chẩn đoán MBA

Luận văn này là một nghiên cứu ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho việc chẩnđoán các lỗi tiềm ẩn của máy biến áp lực Các kỹ thuật AI bao gồm các mạng nơronnhân tạo (ANN hoặc ngắn gọn là mạng nơron - NN), các hệ chuyên gia, các hệ mờvà phương pháp hồi quy đa biến

Việc chẩn đoán lỗi được dựa trên cơ sở phân tích khí hoà tan trong dầu(DGA) Người ta đã chỉ ra rằng các phương pháp chẩn đoán lỗi thông thường như

các phương pháp tỉ lệ (Rogers, Dornenburg and IEC) và phương pháp khí chính, có

sự hạn chế nhất định như bài toán “không có sự quyết định” Rất nhiều kỹ thuật AIkhác nhau có thể giải quyết các bài toán trên và cho thấy đó là giải pháp tốt hơn

Theo tiêu chuẩn IEC 599 và các thí nghiệm trong thực tiễn, một kết luậnmang tính máy móc trên cơ sở kiến thức cơ bản để phát hiện lỗi cho MBA đã đượcpháp triển Bằng việc sử dụng các dữ liệu thống kê về lỗi của MBA từ một MBAcông nghiệp tương ứng, một mô hình mạng nơron MLP đã được đánh giá là lựachọn tốt nhất trong số các kiến trúc mạng nơron Các phương pháp logic mờ trên cơ

sở đánh giá điều kiện cách điện của biến áp dầu/giấy và ước lượng khoảng thời gianlấy mẫu dầu cũng như các đề xuất về bảo dưỡng cũng được đưa ra nghiên cứu vàthực hiện một cách đầy đủ

Một vài phương pháp định vị lỗi tiềm ẩn trong MBA lực cũng đã đượcnghiên cứu tỉ mỉ, kết quả cho thấy mạng MLP là sự lựa chọn tốt nhất Nhiềuphương pháp on-load tap changer (OLTC) coking diagnosis cũng đã được nghiêncứu tỉ mỉ và một mạng MLP dựa trên một modul mạng vẫn được coi là sự lựa chọntốt nhất Phân tích hồi quy cũng được xem là một phương pháp tốt trong mạngnơron của quá trình chọn mẫu đầu vào Các kết quả trên có thể giúp phát triển chiếnlược bảo dưỡng MBA lực được tốt hơn và đóng vai trò như một nền tảng cơ sở của

sự giám sát MBA bằng phương pháp DGA trực tuyến

Xuất phát từ các vấn đề trên, học viên lựa chọn đề tài “Ứng dụng mạng

nơron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực”.

Phần nội dung của bản luận văn được trình bày gồm 4 chương:

Chương I: Tóm tắt về các phương pháp truyền thống chẩn đoán sự cốmáy biến áp lực

Chương II: Phương pháp phân tích khí hoà tan trong dầu để chẩn đoán sựcố máy tiềm ẩn MBA lực

Chương III: Mạng nơron kết hợp DGA để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máybiến áp lực

Chương IV: Kết quả thực nghiệm sử dụng mạng nơron trong chẩn đoánlỗi tiềm ẩn MBA lực

Kết luận và kiến nghị

Do trình độ và thời gian hạn chế, tôi rất mong nhận được những ý kiến góp ýcủa các thầy giáo, cô giáo và các ý kiến đóng góp của đồng nghiệp

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Hữu Công và sự giúp đỡ của các thầy giáo

trong trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, khoa Điện tử –trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp và các đồng nghiệp Tôi cũng xin cảm ơnnhững bạn bè, người thân trong gia đình đã động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoànthành luận văn như ngày hôm nay

CHƯƠNG I TÓM TẮT VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN

ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC

Chapter 1 Tổng quan về máy biến áp

Như ta đã biết điện năng là loại năng lượng được sử dụng rộng rãi trong sảnxuất và đời sống, việc điện khí hoá công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải vàcác ngành kinh tế khác đòi hỏi phải có thiết bị khác nhau Việc truyền tải năng từnhà máy điện đến hộ tiêu dùng điện cần phải có đường dây tải điện và trạm biến áp.Việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất cần thiết phải có các trạmbiến áp tăng áp ở đầu nguồn và trạm biến áp giảm áp ở cuối đường dây cho phù hợp

với điện áp của phụ tải tiêu thụ Từ đó ta cũng thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm

vụ thay đổi cấp điện áp, hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là chuyển hoánăng lượng

Hiện nay ngành chế tạo máy biến áp của nước ta đã sản xuất được nhiềuchủng loại máy biến áp khác nhau, trước khi đưa máy biến áp đưa vào vận hành đềuphải thí nghiệm nghiệm thu, nhằm xác định chất lượng của máy biến áp thông quacác thông số kỹ thuật có phù hợp với nhà chế tạo Đặc biệt, trong quá trình vận hànhcác sự cố của máy biến áp có thể xảy ra gây những thiệt hại nghiêm trọng đến sảnxuất của các hộ tiêu thụ Việc chẩn đoán sự cố của máy biến áp đến nay cũng cónhiều phương pháp, trong luận văn này tôi xin giới thiệu một số phương pháp tiêubiểu

Chapter 2 Các thông số cơ bản của máy biến áp

Các thông số định mức được ghi trên các máy, các thông số khác được nhàchế tạo ghi trong lịch máy Cụ thể từng thông số như sau:

1 Công suất định mức

Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra từ phía thứ cấp của máybiến áp

S I

dm

S I

dm dm

dm

S I

U



2

23

dm dm

dm

S I

U



4 Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz

- Ký hiệu: fđm

- Đơn vị tính: Hz

5 Điện áp ngắn mạch của MBA

- Là điện áp đo được khi ngắn mạch một phía của cuộn dây sao cho dòng điệnđạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta có: Ucao-hạ

- 3 giá trị điện áp ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao–Hạ; Cao–Trung;Trung–Hạ

- Điện áp ngắn mạch tính theo % (Uk %)

6 Dòng điện không tải I 0 (A)

Dòng điện không tải là giá trị hiệu dụng của dòng điện đi qua cuộn dây, khiđiện áp điện áp đặt vào cuộn dây đó là định mức với tần số định mức còn các cuộndây khác để hở mạch, dòng điện này còn gọi là dòng từ hoá

7 Tổn hao không tải

Là công suất tác dụng bị hấp thụ khi K tải đi qua cuộn dây Tổn hao này còngọi là tổn hao sắt Đơn vị (kW) ký hiệu P0

8 Tổn hao ngắn mạch

Là phần công suất tác dụng bị hấp thụ trong dây quấn MBA khi có dòng tải

đi qua cuộn dây Khi có dòng điện định mức đi qua các cực dây của một trong cáccuộn dây, còn các cực của cuộn dây kia nối tắt lại Nếu có các cuộn dây khác thì cáccuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1)

Chapter 3 Thí nghiệm truyền thống MBA

Các hạng mục và trình tự tiến hành thí nghiệm máy biến áp như sau:

Kiểm tra tổng thể bên ngoài

- Sứ không bị sứt mẻ

- Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi mầu

- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ

- Các chi tiết được lắp đặt đúng thiết kế Các thông số của máy biến áp phùhợp với tài liệu

Thí nghiệm không tải

Mục đích: xác định tình trạng cuộn dây và lõi thép có bị chạm chập, xê dịchhoặc mạch từ bị xô, bu lông không ép chặt, chất lượng lõi thép xấu

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

1 Sơ đồ thí nghiệm không tải ở chế độ định mức nguồn 3 pha

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý đo tổn hao không tải bằng nguồn 3 pha

2 Thí nghiệm bằng nguồn 1 pha điện áp thấp

Hình 1 2 Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb

Hình 1 3 Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac

Hình 1 4 Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab

Mục đích của việc nối tắt các pha không đo:

- Nối tắt các pha không đo để tránh sai số kết quả của phép đo

- Nếu kết qủa không bình thường ta phải khử từ

I0a = I0c; sai lệch không quá 5%

Thông thường I0a = I0c = (1.2  1.5)×I0b

Tổn hao không tải ở điện áp được tính:

U’ - Điện áp thực tế khi đo không tải.

P0dm - Tổn hao không tải khi tính đổi về điện áp định mức

n - Là hệ số gia công mạch từ (n = 1.9 đối với thép nóng; n = 1.8đối với thép nguội)

Do kết cấu của mạch các từ trụ không bằng nhau; trụ giữa B ngắn; trụ A, Cdài do đó tổn hao không tải trên các trụ không bằng nhau Tuy nhiên sai lệch vẫnnằm trong quy định Có thể P0ab = P0bc 5%

Nếu kết quả đo không bình thường ta cần tìm lý do như khử từ và tiến hànhthí nghiệm tỷ số biến và đo trên điện trở một chiều để kết luận chính xác

Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA

Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thông quatrị số của điện trở R60” và R15” Giá trị R60” phải đáp ứng được với cấp điện áp mà nólàm việc Giá trị điện trở cách điện yêu cầu phụ thuộc vào thông số của nhà chế tạo

- Với thiết bị dùng để đo điện trở cách điện dùng mêgôm 2500V hoặc 5000V.Các cuộn dây được nối tắt và nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện tíchgây sai số đo

- Đo điện trở cách giữa các cuôn dây với nhau, giữa các cuộn dây với vỏ, vànối vỏ với đất

Hình 1 5 Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện

Ta thực hiện phép đo:

Cao áp – Trung áp + Hạ áp + Vỏ

Trung áp – Cao áp + Hạ áp + Vỏ

Hạ áp – Cao áp + Trung áp + Vỏ

Cao áp + Trung áp + Hạ áp – Vỏ

- Kết quả đo tại thời điểm R15’’ và R60’’ kể từ thời điểm đặt điện áp đo phải đảmbảo

- Hệ số hấp thụ: Kht = 60"

15"

R

R 1.3Với t0 tại thời điểm đo t = (10-30) 0C

Trị số điện trở đo R60” không giảm quá 30% giá trị đo xuất xưởng hoặc hiệusố đo lần trước quy về cùng nhiệt độ

Bảng 1 1 Bảng giá trị điện trở cách đi n nh nh t cho phép ện nhỏ nhất cho phép ỏ nhất cho phép ất cho phép

- Với MBA có các thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả các nấc.

Kết quả đo cho ta biết được các đầu phân nhánh đưa ra có đúng haykhông

Dụng cụ đ o:

- Cầu đo chuyên dùng P333T hoặc multi-ampe

- Có thể bằng phương pháp vôn–ampe với điều kiện đồng hồ có cấp chính xác

ít nhất 0.5

Ido  20%×Iđm MBA, nếu lớn hơn sẽ đốt nóng cuộn dây gây sai số kết quả đo

Hình 1 6 Sơ đồ đo điện trở một chiều bằng phương pháp Vôn – Ampe

Cách thao tác:

- Đóng CD1, khi ổn định đóng thì CD2

- Cắt CD2 sau đó cắt CD1 để tránh dòng cảm ứng làm hỏng vôn mét

Trị số điện trở một chiều sau khi đo được so sánh với lý lịch nhà máy và sosánh giữa các pha với nhau trong cùng một nấc không được lệch quá 2% Khi đo ởnhiệt độ khác với lần đo trước và khác với số hiệu chỉnh của nhà máy ta phải quyđổi về cùng nhiệt độ



 (Đối với dây quấn bằng nhôm)

Trong đó :

Rt1: là điện trở đo được ở nhiệt độ t1

Rt2: là nhiệt độ đo được ở nhiệt độ t2

t1: nhiệt độ đo lần trước

t2: nhiệt độ đo lần sau

Kiểm tra tỷ số biến

Mục đích: Xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả các nấc phân áp Kếthợp với các chỉ tiêu khác xác định chạm chập vòng dây Xác định điện áp cuộn caoáp và cuộn hạ áp

Các quy đ ịnh khi đ o và tính tỷ số biến:

- Hệ số biến là tỷ số điện áp dây của cuộn sơ và cuộn thứ cấp khi không tải

- MBA hai cuộn dây thì có một hệ số biến cao–hạ

- MBA ba cuộn dây có ba hệ số biến cao–hạ; cao–trung; trung–hạ

- Điện áp đưa vào đo tỷ số biến không được nhỏ hơn 1% điện áp định mức

- Khi đo tỷ số biến, cần nối tắt cuộn không đo lại để tránh sai số

- Tỷ số biến được phép so sánh các pha với nhau ở cùng một nấc hoặc so sánhvới số liệu đo lần trước của nấc đó ở từng pha với nhau, sự sai lệch khôngđược quá 2%

Cách tính tỷ số biến:

- Khi thí nghiệm bằng nguồn 3 pha:

Các MBA ở tổ nối dây Y/Y; /; Y/; /Y Khi thí nghiệm bằng nguồn 3pha thì theo quy định trên ta có:

1 2

U K

U



Với U1 là điện áp dây đo bên cao áp, U2 là điện áp dây đo bên hạ áp

- Khi thí nghiệm bằng nguồn điện áp 1 pha:

Biến áp nối Y/Y; / có:

1 2

U K

2

U

U K

Biến áp nối /Y có:

233

Hình 1 7 Sơ đồ thí nghiệm bằng nguồn 3 pha

Hình 1 8 Sơ đồ thí nghiệm dùng nguồn 1 pha

Hình 1 9 Thí nghiệm ab nối tắt bc

Hình 1 10 Thí nghiệm bc nối tắt ac

* Việc nối tắt đảm bảo nguyên tắc các pha không đo được nối tắt.

Kiểm tra tổ nối dây

Tổ nối dây là góc lệch pha giữa điện áp dây (hoặc điện áp pha) cuộn dây bêncao áp so với điện áp dây (điện áp pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên

Ký hiệu:

- Đầu dây cao áp ABC cuối là XYZ

- Đầu dây hạ áp abc cuối là xyz

Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hànhsong song

Để xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không, ta

có thể dùng thiết bị chuyên dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phương phápxung một chiều 3 trị số

Hình 1 11 Sơ đồ nguồn xung phía cao áp ngu n xung phía cao áp ồ nguồn xung phía cao áp

-5 + - - 4 + 0

-Việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ máybiến áp

Thí nghiệm dầu cách điện

Nhiệm vụ của dầu trong MBA là cách điện và làm mát

Thí nghiệm dầu MBA: để đảm bảo vận hành an toàn của MBA ta phải kiểmtra chất lượng của dầu thông qua các hạng mục Đo điện áp phóng điện đánh thủng,

đo góc tổn hao điện môi ở 900C

Bảng 1 4 Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA

Hạng mục TN Udl (KV) Dầu mới trong máy Dầu đang vận hành

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

- Thí nghiệm máy biến dòng lắp sẵn ở máy biến áp

- Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến áp

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

Chapter 4 Kết luận

MBA lực là một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, vì độtin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống.Trong khi đó, MBA dễ rơi vào các trạng thái không bình thường, đặc biệt là cácMBA có tuổi đời từ 15 năm trở lên Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bìnhthường kéo dài thì tuổi thọ của MBA sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm giánđoạn cung cấp điện Khi MBA lực bị sự cố, thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí

có thể lên đến hàng triệu USD đối với các MBA công suất lớn

Để chẩn đoán các sự cố trong MBA lực có nhiều phương pháp khác nhau khiMBA on-line hoặc off-line Các thử nghiệm off-line như: đo điện trở cách điện, hệsố tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cách, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộndây, … Các phương pháp on-line như: phương pháp đáp ứng tần số, phân tích phổ

âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp DGA, …Trong đó đối tượngnghiên cứu ở đây tập trung vào phương pháp DGA, là phương pháp phổ biến vàđược sử dụng rộng rãi hiện nay

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU

ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA)

Chapter 5 Tổng quan về chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trong MBA lực

Tầm quan trọng của việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực

Máy biến áp lực là một thiết bị chủ đạo trong hệ thống năng lượng Độ tincậy của chúng không chỉ ảnh hưởng tới khả năng cung cấp năng lượng điện của cáckhu vực được cấp điện mà còn ảnh hưởng tới sự vận hành có tính kinh tế của một

hộ tiêu thụ nào đó (ví dụ như các lò luyện, dây truyền sản xuất, … trong các nhàmáy) Ví dụ, một lỗi của MBA phân phối có thể làm cho hàng nghìn hộ tiêu thụ mấtđiện Và một lỗi của MBA tăng thế trong lưới phát năng lượng có thể là nguyênnhân gây ra ngắt điện của các khu vực liền kề trong lưới đó

Với một sự gây thiếu điện năng một cách ngẫu nhiên từ một MBA lực cũng

có thể tính đến hàng triệu USD, chưa kể đến các chi phí liên quan tới việc sửa chữavà thay thế thiết bị Do các khuyến khích về phát triển kinh tế, các kiểm định mangtính ngăn ngừa và giám sát trực tuyến được thực hiện nhằm mục đích thu được lợinhuận từ việc dự báo các điều kiện lỗi tiềm ẩn và kế hoạch cắt giảm điện bảo dưỡngvà thay thế MBA

Phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn

Mối quan tâm chính về các lỗi tiềm ẩn của MBA lực là sự suy giảm phẩmchất của hệ thống cách điện Điều này có thể dẫn đến vấn đề là hệ thống cách điện

sẽ bị đánh thủng bởi xung dòng điện (các lực điện động trên cuộn dây) hay quá điệnáp Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA là gắn liền với việc đánh giá các điều kiện cáchđiện của các vật liệu cách điện trong MBA

Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện

Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện chủ yếu muốn nói tới các kiểm traoff-line định kỳ, bao gồm việc đo điện trở cách điện (IR), hệ số tổn hao chất điện

môi (DLF), sự phân cực hoá bề mặt (IP) có sử dụng IR bất thường và tần số phântán của điện dung, hệ số xoay (TP), điện trở cuộn dây, điện trở cọc tiếp địa (CGR)và một số kiểm tra khác Các kiểm tra trên được ứng dụng cho toàn bộ MBA và đólà sự đo đạc chính với điều kiện cách điện Chúng có thể cho thấy một số vấn đề vềtình trạng MBA nhưng có thể không tìm được lỗi tiềm ẩn Các kiểm tra khác vềgiấy hay mẫu bìa cách điện được lấy từ MBA Những kiểm tra trên bao gồm việc đođạc độ polyme hoá (DP) và sức căng (TS) Một số phương pháp mới có liên quannhư việc phân tích mầu sắc của dầu cách điện, đo đạc phổ phân cực bề mặt ISP nhờ

sử dụng điện áp phản hồi (RV) và các kỹ thuật hoá phân tích cũng được sử dụng vớicùng mục đích Các kỹ thuật kiểm tra mà phải can thiệp vào bên trong MBA làkhông thuận lợi bởi vì quá trình lấy mẫu có thể gây nguy hiểm cho tình trạngnguyên vẹn của hệ thống cách điện, nhưng cũng có thể là cần thiết với những MBA

đã quá cũ

Các phương pháp kiểm định tối ưu nhất cho việc đánh giá sự cách điện củaMBA lực là các dạng on-line (trực tuyến), bao gồm việc giám sát phóng điện mộtphần (PD - partial discharge) và phân tích độ hoà tan khí trong dầu (DGA -dissolved gas-in-oil analysis) Các kiểm định trực tuyến này cũng là các phươngpháp chính trong chẩn đoán các lỗi tiềm ẩn

Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD

PD được tạo ra bởi các tình trạng lỗi có liên quan tới độ ẩm, các lỗ hổngtrong các chất cách điện đặc, các phần tử kim loại và các bong bóng khí Thậm chí

có thể gây ra phá hỏng chất điện môi Một sự gia tăng đáng kể mức PD và trong hệsố gia tăng của hoạt động PD có thể cho biết một dấu hiệu sớm về một lỗi tiềm ẩn

Các phương pháp giám sát PD trực tuyến thường rơi vào hai dạng: Phươngpháp điện và phương pháp âm Theo như cách sử dụng cảm biến, cả hai dạng trênlại được phân vào hai dạng nhỏ hơn: giám sát không xâm nhập và giám sát xâmnhập (xâm nhập ở đây chỉ đến sự can thiệp vào bên trong MBA) Việc giám sátkhông xâm nhập sử dụng các cảm biến được gắn ở bên ngoài MBA như là mắcthêm tụ, các biến dòng tần số cao, đồng hồ gia tốc kiểu áp lực, …

Điều kiện xâm nhập phải đặt các cảm biến PD vào trong MBA do vậy sự canthiệp này sẽ gây ra nguy hiểm tới các bộ phận trong MBA và tốn kém hơn Vì các

lý do an toàn, người ta thường sử dụng các cảm biến sợi quang hơn so với các loạicảm biến khác khi giám sát PD kiểu xâm nhập

Trong việc giám sát PD dạng điện, dòng điện xung PD thường được đo trựctiếp thông qua một mạch điện dung hoặc một máy biến dòng tần số cao (HFCT -high frequency current transformer) Các tụ nối có thể là một tụ tách điện áp cao củaPD-free được đặt cạnh tải đầu ra của MBA hoặc sự dụng các tụ lót một cách tựctiếp Vấn đề chính với việc giám sát PD dạng điện là sự xuất hiện tượng giao thoa.Giải quyết điều này có thể bao gồm các thuật toán rất phức tạp và không phải lúcnào cũng giải quyết được trong các ứng dụng thực tiễn

Giám sát PD âm đã được tập trung nghiên cứu trong cả lĩnh vực học thuật vàthực tiễn trong công nghiệp qua nhiều năm Động lực thúc đẩy cho hướng nghiêncứu này là lợi ích có thể nhận được thông qua các PD chính xác cục bộ Đã có rấtnhiều các nghiên cứu trên lý thuyết về các nguyên lý PD cục bộ và một số hệ thống

đã được phát triển với mục đích này Các ứng dụng đã chỉ ra cho thấy vẫn có cácnguyên nhân gây khó khăn cho việc giải thích của các kết quả và chúng yêu cầuphải được nghiên cứu đầy đủ ý nghĩa hơn

Ví dụ: Vận tốc âm bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ dầu,khí và nước chứa trong dầu, tần số sóng mang của tín hiệu âm Việc sử dụng mộtgiá trị hằng số trong bài toán của hàm PD cục bộ có thể cho kết quả rất sơ lược Mộtvấn đề lớn đối với giám sát PD là kết quả Hiện tại chưa có các quy luật chung nào

có thể tương quan về trạng thái của biến áp với các hoạt động của PD hoặc thậm chíviệc phân lớp các hoạt động của PD một cách rõ ràng cũng chưa có Việc chỉ sửdụng một tham số là một giá trị giới hạn mức PD mang tính kinh nghiệm Dườngnhư có thể chấp nhận được đối với giá trị này vì nó không được chỉ ra trong bất cứtiêu chuẩn nhà nước nào

Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA)

Một kỹ thuật mang tính thành công hơn trong việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trựctuyến là phân tích độ hoà tan khí trong dầu (DGA) Phân tích khí hoà tan trong dầucủa máy biến áp là nhằm mục đích sớm phát hiện ra sự quá nhiệt cục bộ, sự phóngđiện ở mức độ thấp Sự phát triển các quá trình này sẽ dẫn đến sự cố Sự cố pháttriển trong thời kỳ này không phát hiện được bằng rơle ga Một lượng nhỏ các khíhình thành liên tục thông qua quá trình phân huỷ nhỏ trong dầu hoặc trong cáchđiện cứng Để phân tích khí hoà tan trong dầu máy biến áp sử dụng hệ thống máyphân tích gọi là TOGAS (Transformer Oil Gas Analysis System) Từ kết quả phântích khí hoà tan trong dầu máy biến áp ta có thể chuẩn đoán được các dạng hư hỏngcủa máy biến áp (theo IEC 599) Việc phân tích DGA khi không cần phải ngắtnguồn điện MBA hay còn gọi là phương pháp “online” hay trực tuyến Loại phântích này bao gồm DGA thông thường, đó là dựa trên cơ sở việc lấy mẫu dầu định kỳvà kỹ thuật hiện đại của việc giám sát khí trực tuyến

DGA thông thường đã được thực hiện trong một số năm và đã đạt đượcnhững thành công to lớn so với các kỹ thuật khác Lý do chính của thành công nàylà quá trình lấy mẫu và phân tích mẫu là đơn giản và rẻ tiền, dễ dàng chuẩn hoá Rấtnhiều thực nghiệm đã được tiến hành từ quá trình này và nhiều tiêu chuẩn DGA đãđược thiết lập: IEC 599, IEC 599R, C57.104, … Các khí được chuẩn hoá chủ yếu

đã được xác định là hydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4),acetylene (C2H2), CO và CO2

Tuy nhiên có một vấn đề quan trọng trong các phương pháp DGA thôngthường đó là mức độ tin cậy vào kết quả Khi các MBA khác nhau về kích thước,cấu trúc, nhà sản xuất, chế độ tải và lịch sử bảo dưỡng cũng có thể có các đặc tínhkhí khác biệt, chúng cần phải được xem xét một cách riêng biệt trong hầu hết cáctrường hợp Do vậy DGA thường được coi là “kinh nghiệm” chứ không phải làkhoa học

Việc giám sát khí trong dầu trực tuyến đã sớm xuất hiện ngay sau khi kỹthuật DGA được công bố Rất nhiều nghiên cứu thời kỳ đầu và các sản phẩm mang

tính thương mại sau này cũng được công bố Một số các giám sát chỉ tập trung vào

H2 trong khi một số khác thì tập trung vào nhiều loại khí khác nữa Một lợi ích củagiám sát trực tuyến là việc đo lường liên tục một hoặc nhiều loại khí do vậy bất cứnhững thông tin cần thiết nào cho việc giám sát lỗi tiềm ẩn cũng có thể dễ dàng thunhận được

Các vấn đề liên quan tới những sự giám sát này là sự chọn lựa và tính bềnvững của các màng lọc phần tử khí, phạm vi đo lường và tính chất cách điện Tínhchọn lựa thể hiện ở những kỹ năng lọc cho phép các loại khí nhất định xuyên qua vàngăn cản các khí còn lại Khả năng lựa chọn kém sẽ cho độ chính xác đo lường thấphơn Các màng lọc không bền sẽ bị phá hỏng nhanh hơn, đặc biệt là dưới các điềukiện làm việc có nhiệt độ thay đổi lớn như giữa mùa hè và mùa đông thậm chí làgiữa ngày và đêm Thông tin tại các điểm giám sát là các đại lượng không điện,trong khi các đầu đọc của thiết bị đo lại chứa đựng các mạch điện Các mạch nàythực chất là các mạch chuyển đổi và thường có đặc tính chuyển đổi là tuyến tínhhoặc phi tuyến Độ chính xác của máy đo còn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, củamôi trường làm việc

Nói chung phạm vi đo lường và khả năng cách điện của thiết bị giám sát trựctuyến đôi khi còn sai lệch so với các kiểm định thực nghiệm bằng phương phápkhác Với các bộ giám sát thế hệ mới, khoảng cách này đang được thu hẹp Trongmọi lý do, bộ giám sát trực tuyến được sử dụng như một công cụ kiểm tra để xácđịnh ban đầu các lỗi bất thường có thể có Việc chẩn đoán lỗi một cách chi tiết sau

đó đã chuyển sang DGA thông thường

Việc Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron vào việc chẩn đoán thông minh làmột yêu cầu quan trọng cho việc giám sát trực tuyến Tuy nhiên, các vấn đề này vẫnchỉ là những nghiên cứu ban đầu, vì chưa có máy móc nào đủ thông minh để thaythế hoàn toàn cho công việc của chuyên gia

Kết hợp DGA và phương pháp âm

Sự kết hợp sử dụng DGA và các phương pháp âm thường dẫn đến sự chuẩnhoá thành công và xác định các lỗi của PD Quá trình này được dùng để nhận diệnlỗi PD, trước hết người ta sử dụng DGA, sau đó tìm vị trí của PD bằng cách sửdụng phương pháp âm

Chapter 6 Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA

Trong phần này, các kỹ thuật cơ sở của DGA cho việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩncủa MBA lực được đề cập Trước hết, chúng ta sẽ xem lại các nghiên cứu cơ chếphân huỷ của dầu và xenlulo và khám phá về mối quan hệ cân bằng nhiệt động họcgiữa lỗi nhiệt độ với tỉ lệ tạo khí Sau đó chúng ta sẽ nghiên cứu về các phươngpháp DGA thông thường, bao gồm các phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính vàcác thực nghiệm trong thực tiễn với việc chẩn đoán lỗi tiềm ẩn trên cơ sở DGA.Cuối phần này chúng ta sẽ thảo luận về các nghiên cứu gần đây của việc chẩn đoánbằng hệ thông minh nhân tạo và sự phát triển của kỹ thuật DGA trong tương lai

Nghiên cứu các đặc tính sinh khí trong MBA lực

Các nghiên cứu về cơ chế sinh khí của giấy/dầu dưới tác động của nhiệt hayđiện có thể tìm thấy trong các nghiên cứu từ những năm 1930 Sự đánh thủng cũngđược nghiên cứu bởi Hastead [4] Một nghiên cứu tương tự về sau cũng được thựchiện, đặc biệt là sự suy giảm phẩm chất của giấy

Trước Hastead, người ta đã nhận thấy rằng dưới tác dụng của điện và nhiệt,phần tử hydro–cacbon của khoáng dầu có thể bị phân huỷ thành dạng hydrogen vàcác mảnh H–C, các mảnh này có thể kết hợp với nhau để tạo ra các khí nhưhydrohen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4), acetylene (C2H2), …người ta cũng tìm ra rằng số lượng của mỗi chất khí riêng biệt phụ thuộc vào nhiệt

độ ở lân cận điểm chịu tác dụng

Hastead đã đề xuất một mô hình nhiệt động học để mô tả mối quan hệ giữalỗi nhiệt và đặc tính sinh khí Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tất cả các hydro-cacbon là

bị phân li vào trong dầu một cách hoàn toàn Theo như mô hình, tỉ lệ phát triển của

mọi thành phần khó có thể tính được tại bất kỳ nhiệt độ nào, do đó mối quan hệgiữa việc tạo khí và nhiệt độ có thể thu được như Hình 2 1 Nghiên cứu về nhữngmối quan hệ này đã chỉ ra rằng các chất khí được tạo ra theo thứ tự cùng với sự giatăng của nhiệt độ: H2 → CH4 → C2H6 → C2H4 → C2H2 Ví dụ như: H2 được tạo ratại nhiệt độ thấp và số lượng của nó gia tăng một cách ổn định trong khi đó C2H2được tạo ra tại nhiệt độ rất cao (~ 10000C) và cũng gia tăng về số lượng một cách ổnđịnh.

Hình 2 1 Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi

Sự suy giảm phẩm chất cách điện dạng giấy của MBA đã được chẩn đoánmột cách thông thường theo số lượng và tỉ lệ của CO và CO2 hoà tan (IEC 599) Ta

có thể đo được sự có mặt của chúng khi gia tăng nhiệt một cách đột ngột qua mộtngưỡng, khoảng 140 0C – 150 0C Tuy nhiên việc đo đạc này chưa đủ để thiết lậpnên một định nghĩa cho việc chẩn đoán bởi vì CO và CO2 có thể được tìm thấytrong MBA đơn giản như là một kết quả của sự Oxy hoá dầu trong điều kiện làmviệc ở nhiệt độ thấp kéo dài Các nhà nghiên cứu đã tìm ra rằng CO và CO2 có thể

được hấp thụ vào trong giấy cách điện sau khi được tạo ra, kết quả thể hiện trong sựdao động của các giá trị tập trung đo được.

Các lỗi tiềm ẩn của MBA

Các lỗi tiềm ẩn của MBA lực có thể được phân loại thành các dạng chínhsau: hồ quang điện, vầng quang điện, quá nhiệt của xenlulo, quá nhiệt của dầu.Những lỗi này có thể do một hoặc nhiều nguyên nhân được chỉ ra trong Bảng 2 1

Bảng 2 1 S t ương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ng quan gi a các l i ti m n c a MBA l c v các nguyên nhân ữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ủa MBA lực và các nguyên nhân à các nguyên nhân

Xiết ống nối ko chặt, đầu

Nước tự do hoặc độ ẩm

quá giới hạn trong dầu x

Mảnh kim loại nhỏ nổi

Lỗi hệ thống làm mát x

Việc phân loại này là tương đối tùy theo tiêu chuẩn cụ thể Ví dụ: công tyDoble Engineering sử dụng một hệ thống phân loại khác

Theo như Bảng 2 1, một loại lỗi có thể do nhiều nguyên nhân Điều này làmcho việc phân vùng lỗi trở nên rất khó khăn Do đó, khi vận hành thực tế thường chỉ

sử dụng DGA để chẩn đoán lỗi ban đầu chứ chưa phải là kết luận cuối cùng Cáckiểm tra khác và thậm chí việc mở MBA có thể là cần thiết để khoanh vùng lỗi vàtìm nguyên nhân một cách chính xác hơn

Tuy nhiên, việc chẩn đoán lỗi bằng DGA là đủ tốt để cung cấp thông tin cholịch trình bảo dưỡng và đóng vai trò như một chiến lược bảo dưỡng mang tính ngănngừa Với mục đích này, DGA đã trở thành công cụ then chốt cho việc chẩn đoánlỗi tiềm ẩn của MBA lực Nó bao gồm rất nhiều những nghiên cứu thành công trong

3 lĩnh vực chính: phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính và các phương phápthông minh nhân tạo cơ bản

Sự nghiên cứu và ứng dụng của các phương pháp tỉ lệ

Các phương pháp tỉ lệ sử dụng tỉ lệ khí hoà tan là cơ sở chính của việc chẩnđoán lỗi 5 hệ số tỉ lệ mang tính truyền thống được sử dụng như Bảng 2 2:

Bảng 2 3 Ph ương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ng pháp h s t l Dornenburg ện nhỏ nhất cho phép ố tỉ lệ Dornenburg ỉ lệ Dornenburg ện nhỏ nhất cho phép

Bảng 2 4 Giá tr gi i h n L1 c a Dornenburg ị giới hạn L1 của Dornenburg ới hạn L1 của Dornenburg ạn L1 của Dornenburg ủa MBA lực và các nguyên nhân

L1 Giới

Theo như mô hình nhiệt động lực học của Hastead, phương pháp tỉ lệ Rogers

đã được đề xuất năm 1973 và được cải tiến năm 1975, rồi cải tiến tiếp một lần nữavào năm 1977 Qua thực tế và trong công nghiệp, các kiểm định trong phòng thínghiệm và các hoạt động đánh giá mang tính lý thuyết, phương pháp này đã đượcchỉnh sửa thành tiêu chuẩn IEC

Phương pháp tỉ lệ Rogers nguyên bản đã sử dụng Bảng 2 5 để chẩn đoán với

giá trị 1 thể hiện các giá trị thực tế lớn hơn giá trị 1.0 và giá trị 0 thể hiện giá trị

thực tế nhỏ hơn 1.0 Phương pháp Rogers cải tiến sử dụng 2 bảng, một bảng địnhnghĩa mã và một bảng định nghĩa luật chẩn đoán như trong Bảng 2 6 và Bảng 2 7

Các phương pháp sơ bộ này sử dụng bốn bộ tỉ lệ, tỉ lệ C2H6/CH4 chỉ thể hiệnmột phạm vi nhiệt độ giới hạn của sự phân huỷ xenlulo nhưng không trợ giúp gì choviệc phát hiện, nhận diện lỗi Do vậy, trong tiêu chuẩn IEC 599, phương pháp tỉ lệRogers phát triển cao hơn bị xoá bỏ Xem phụ lục 1 trong [4] để biết mô tả chi tiếtcủa chuẩn IEC 599/1978

Bảng 2 5 B ng ch n oán g c c a ph ảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers ẩn của MBA lực và các nguyên nhân đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers ố tỉ lệ Dornenburg ủa MBA lực và các nguyên nhân ương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ng pháp t l Rogers ỉ lệ Dornenburg ện nhỏ nhất cho phép

CH4/H2 C2H6/CH4 C2H4/C2H6 C2H2/C2H4 Chẩn đoán

điện từng phần, hoặc biến chất

thông thường.

dòng tuần hoàn

theo năng lượng

thủng hoặc phóng điện tàn dư

Một cải tiến của chuẩn IEC 599 đã được đưa ra năm 1996 (IEC 599/2) Nó đãtrở nên hoàn hảo vào thời gian này

Phương pháp tỉ lệ Rogers và chuẩn IEC 599 đã được phát triển thông dụngtrong công nghiệp Tuy nhiên trong một số trường hợp, nó không đưa ra được kếtluận cuối cùng

Bảng 2 6 Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến

CH4/H2(R1)

C2H4/C2H6(R5)

C2H2/C2H4(R2)

1 hoặc 2 0 0 0 Quá nhiệt yếu - dưới 1500C

1 hoặc 2 1 0 0 Quá nhiệt yếu 1500C – 2000C

khớp nối

0 0 1 hoặc 2 1 hoặc 2 Hồ quang và dòng ngắn mạch

0 0 2 2 Đánh lửa liên tục với điện thế thả nổi

5 0 0 1 hoặc 2 Phóng điện từng phần có kiểm tra

Ứng dụng của phương pháp Rogers, khí chính

Sự nghiên cứu về phương pháp khí chính được bắt đầu tại các phòng thínghiệm ở Doble và đã có những kết luận ban đầu vào năm 1973 và được đề xuấtvào năm 1974 Năm 1978, một sự so sánh giữa phương pháp khí chính và phươngpháp tỉ lệ Rogers đã được trình bày tại các hội nghị thường niên ở Doble Người tanhận thấy rằng các phương pháp tỉ lệ được áp đặt cho việc sử dụng với MBA loại

dự phòng, còn phương pháp khí chính được sử dụng chủ yếu cho các MBA kínhoặc có bọc khí Griffin đã đưa ra một kết luận mở rộng về phương pháp khí chính,các phương pháp tỉ lệ và các ứng dụng có liên quan

Phương pháp khí chính là việc xác định khí chính cho mỗi loại lỗi và sửdụng phần trăm của khí này đề chẩn đoán lỗi, nó giải thích và làm rõ các kết quảDGA trên cơ sở các bộ mẫu trong thực tế Ví dụ: PD chuyên sâu ở mức thấp hayquá trình vầng quang điện chủ yếu là do H2 cùng với một số lượng lớn khác khíHydro–cacbon Do đó, phương pháp khí chính cho PD hay vầng quang điện là H2.Mặt khác PD hay vầng quang điện có thể phân biệt được nếu hàm lượng phần trămcủa H2 là lớn trong một mẫu dầu Trên cơ sở các nghiên cứu ban đầu của Di Pughvà tiêu chuẩn IEEE C57.104 như Bảng 2 8 đã tổng kết các tiêu chuẩn chẩn đoáncủa phương pháp khí chính Hàm lượng phần trăm của chất khí được dựa trên tổngsố các chất khí hoà tan dễ bắt lửa (TDCG) và là một con số xấp xỉ

Bảng 2 8 Các tiêu chu n ch n oán c a ph ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ẩn của MBA lực và các nguyên nhân đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers ủa MBA lực và các nguyên nhân ương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân ng pháp khí chính

lượng lớn H2, một chút CH4, mộtlượng nhỏ C2H6 và C2H4 CO à CO2cũng có thể được xét đến nếu cócenllulose.

lượng lớn C2H4, một lượng C2H6 íthơn, có thể có CH4 và H2

C2H4: 63%

C2H6: 20%Quá nhiệt

cellulose

Carbonmonoxide (CO)

lượng lớn CO và CO2 Có thể có

Các phương pháp chẩn đoán và trải nghiệm công nghiệp khác

Bên cạnh các phương pháp DGA trên, có một số lượng lớn các kiến thức vềchẩn đoán và kinh nghiệm trong thực tế Dưới đây là 2 ví dụ

Chẩn đoán rò rỉ

Với các MBA có hệ thống bảo quản dầu trong túi khí nitrogen (N2), sự rò rỉ

có thể sửa chữa được vì oxygen (O2) là một trong số các chất hoạt hoá chủ yếu củadầu và của sự oxy hoá xenlulo Sự có mặt của O2 nếu lớn hơn 5% tổng số các chấtthì sẽ được xét như là sự rỏ rỉ miếng đệm Khi hàm lượng O2 và N2 lớn hơn tổng cácchất khí khác mặc dù đôi khi tỉ số N2/O2 nhỏ hơn nhiều so với 5% thì cũng có thể có

sự rò rỉ, có thể kết luận rằng có sự rò rỉ trong quá trình lấy mẫu và kiểm tra Nếukhả năng này không xảy ra thì sự rò rỉ của hệ thống chứa dầu là chắc chắn có

Chẩn đoán sự mủn giấy

Chẩn đoán suy giản phẩm chất giấy là một phần cốt yếu để đánh giá điềukiện cách điện của MBA Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách sửdụng tỉ lệ CO và CO2 Tỉ lệ CO/CO2 nằm từ 3 – 10 là phạm vi thông thường chấpnhận được Quy tắc này xuất phát từ IEC 599 và MacD80 Với phạm vi “thôngthường” ở đây được đề xuất là 3<CO2/CO<11 và 0.07<CO/CO2<0.3

Khi có sự quá nhiệt độ cao của xenlulo (ví dụ dưới các điều kiện hồ quang),

tỉ lệ CO/CO2 là 1:1 vì hồ quang tạo ra CO rất nhanh chóng Ngược lại nếu vấn đề

làm mát không đạt yêu cầu hoặc MBA quá tải thì CO2 sẽ tăng nhanh hơn CO và dovậy tỉ số CO/CO2 sẽ nằm trong phạm vi 1:20 – 1:10.

Vào đầu những năm 1990, các chẩn đoán phân huỷ xenlulo trên cơ sở

“furan” đã trở nên được đặc biệt ưa chuộng với rất nhiều nhà nghiên cứu Furan là

một từ viết tắt của một hợp chất furanic Có 5 loại furanic thông dụng được tìm thấylà 5-hydroxymethyl-2-furfural (HMF), furfuryl alcohol hoặc furfurol (FOL), 2-furfural hoặc 2-furfuraldehyde hoặc 2-furaldehyde (FAL), 5-methyl-2-furfural (MF)và 2-acetyl furan (AF) Một lượng lớn hợp chất furanic có thể được tạo ra từ cácchất giấy (xenlulo) khi nhiệt độ vượt quá 120 0C Khi được tạo ra chúng có thể tồntại rất lâu trong một lượng dầu lớn của MBA và dó đó thuận tiện cho việc chẩnđoán các lỗi tiềm ẩn

FAL là một sản phẩm phụ furanic chủ yếu của sự phân huỷ xenlulo và đãđược chỉ ra là có độ ổn định lớn hơn so với các hợp chất furanic khác Nó là mộtbiểu hiện rõ ràng của sự phân huỷ giấy trong MBA lực Một số nguyên lý đã đượcthiết lập cho việc chẩn đoán, phát hiện chất furan và sẽ được trình bày sau

Chapter 7 Các quy tắc cơ bản trong chẩn đoán lỗi MBA

Trong phần trước, quá trình phát triển của chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA lực

đã được nhìn nhận lại và xác định các vấn đề chưa giải quyết được Từ phần này, ta

sẽ bắt đầu nghiên cứu các phương pháp trí tuệ nhân tạo để có thể giải quyết các vấn

đề trên Trong phần này, ta sẽ thảo luận những vấn đề có thể để khắc phục được bàitoán “không quyết định” vẫn còn tồn tại trong các phương pháp tỉ lệ

2 Việc lấy mẫu, lưu trữ, trích mẫu và khí sắc ký của các mẫu dầu tuân theo cácquy định về quản lý chất lượng hoặc các kết quả kiểm tra đã điều chỉnh Dovậy không có hoặc có ít sai số trong kết quả chung.

3 Các chất khí trong dầu MBA là phân bố đồng đều Nói cách khác, điều kiệnlỗi ở đây cũng giống như đối với các mẫu khí trong dầu đã lấy

Giả thiết đầu tiên rất là rất dễ xác định Giả thiết thứ hai cũng dễ dàng để xácđịnh theo một số các thông báo và hướng dẫn thí nghiệm Nhưng giả thiết thứ ba thìkhông phải luôn luôn là rõ ràng vì không ai biết một cách chính xác điều gì đã xảy

ra trong thùng chứa dầu Một số bước có thể được tiến hành để nó gần hơn với thựctế Một bước là tăng tốc bơm tuần hoàn dầu trong vài ngày trước khi lấy mẫu dầu,bước khác là rút ngắn khoảng thời gian lấy mẫu dầu Nếu kết hợp hai bước này cóthể giúp cho việc thu mẫu dầu được như ý hơn

Nền tảng của các quy tắc – hướng dẫn IEC

Để thiết lập một kiến thức nền về chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA lực, bướcđầu tiên là đi thu thập các quy tắc Các hướng dẫn chung của IEC và IEEE có thể rấthữu dụng trong bước này Các hướng dẫn phải được thực hiện khi sử dụng các quytắc này

Tiêu chuẩn IEC 599, cả phiên bản năm 1978 và bản sao sau này đều được sửdụng trong nghiên cứu Phiên bản năm 1978 được tổng kết trong với một số lưu ýchung dưới đây:

1 Các giá trị có ý nghĩa đầy đủ được nêu ra cho các tỉ lệ nên chỉ coi như là cácđặc trưng

2 Các MBA được lắp khít vào với thùng chứa OLTC có thể thể hiện các lỗiloại 202/102 tuỳ thuộc vào sự rò rỉ hoặc sự truyền đi của quá trình phân huỷ

hồ quang trong các thùng dầu máy cắt tới trong thùng chính MBA

3 Các sự kết hợp các tỉ lệ không có trong chuẩn IEC 559 có thể xảy ra trongthực tế