Nghiên cứu tính toán điện cảm trong mô hình thông số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XÍCH QN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐIỆN CẢM TRONG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHÂN BỐ MBA LỰC DẠNG HỘP ĐEN CHO PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HƠ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Phạm Đình Anh Khơi Cán nhận xét 1: PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương Cán nhận xét 2: PGS.TS Vũ Phan Tú Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 thảng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS Nguyễn Văn Liêm (Chủ tịch) PGS.TS HỒ Văn Nhật Chương (Phản biện 1) PGS.TS Vũ Phan Tú (Phản biện 2) TS Huỳnh Quang Minh (Uỷ viên) TS Lê Kỷ (Thư ký) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNGKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHÚ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Xích Quân MSHV: 7140977 Ngày, tháng, năm sinh: 18/05/1992 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính tốn điện cảm mơ hình thơng số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tính tốn thơng số điện cảm mơ hình thơng số phân bố 01 MBA lực 6.5 MVA, 47/27.2 kv Yd5 dựa phân tích đáp ứng tần số III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Phạm Đình Anh Khơi TP.HCM, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Đình Anh Khơi tận tình hướng dẫn em trình làm luận văn Xin cảm ơn thầy hết lòng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn cách tốt Xin cảm ơn thầy cô Khoa Điện - Điện Tử thuộc Trường Đại học Bách Khoa cán Phòng Đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện hỗ trợ thơng tin cần thiết suốt q trình thực luận văn Cảm ơn anh chị bạn lớp Cao học Kỹ thuật Điện động viên giúp đỡ suốt trình học tập Cảm ơn bạn bè, gia đình người thân ủng hộ hoàn cảnh để cơng trình thực luận văn học phần thạc sĩ hoàn thành Xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT LUẬN VĂN Mơ đáp ứng tần số đo lường đầu cực cho máy biến áp lực (MBA) dựa mơ hình mạch tương đương thơng số tập trung thực công trình nghiên cứu trước Việt Nam Tuy nhiên, để chẩn đốn cố cho cuộn dây MBA (xô lệch ngang/dọc), thiết phải dùng mơ hình thơng số phân bố MBA cố ảnh hưởng đáp ứng tần số chủ yếu vùng tần số trưng bình cao (khoảng vài chục kHz trở lên, tùy theo MBA) Có hai cách tính tốn phần tử (điện cảm, điện dưng) mơ hình thơng số phân bố cho MBA: dựa thơng số hình học đặc tính điện-từ MBA (tính tốn giải tích) dựa phân tích phép đo Cách thứ áp dụng số MBA có sẵn thơng số hình học đặc tính điện-từ, vốn thường khơng có sẵn hầu hết MBA thực tế Để mở rộng khả ứng dụng kỹ thuật Phân tích đáp ứng tần số (Frequency Respose Analysis - FRA) chẩn đoán cố MBA, cần thiết phải xây dựng phương pháp luận áp dụng cách thứ hai, MBA vận hành khơng có thông số yêu cầu (dạng hộp đen) Phạm vi nghiên cứu Luận văn áp dụng tính tốn thơng số điện cảm mơ hình thơng số phân bố MBA dạng hộp đen thông số điện dung giải đề tài khác Đóng góp Luận văn giúp việc phân tích đáp ứng tần số cho MBA vận hành trở nên khả thi ABSTRACT Simualtion of frequency responses measured on power transformers’ terminals based on lumped parameter equivalent ciruits has been performed in previous researches in Vietnam However, to be able to diagnose mechanical failures of power transformer windings (radial/axial deformation), it is necessary to exploit distributed parameter circuits since echanical failures influence frequency resposes mainly at medium frequencies an higher (starting from tens of kHz, depending on tranformer types) There are two procedures in determination of main electrical parameters, i.e., inductances and capacitances, in the distributed parameter circuits: geometrical parameters and electrical-magnetic properties based, and measurement based procedure The former is only applicable on some ’special’ power transformers that have availabe geometrical structure and electrical- magnetic properties The latter is recommended for in-service power transformers, since they donot have the required data (black-box transformers) This thesis focuses on calculation of inductances in the distributed parameter circuit of a black-box power transformer whereas the capacitances are determined in another thesis The contribution of this thesis is to support the analysis o frequency responses of in-service power transformers become feasible LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn hoàn thành dựa kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Tp HCM, tháng 12 năm 2016 Người thực Nguyễn Xích Quân V MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC V DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Máy biến áp lực 1.1.1 Sơ lược máy biến áp 1.1.1.1 Cấu tạo 1.1.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.1.2 Các loại cố máy biến áp ố 1.1.2.1 Phân loại cố 1.1.2.2 Các nguyên nhân gây cố 11 1.1.3 Các kiểu quấn dây thường gặp MBA 11 1.1.3.1 Các kiểu tổ hợp đấu dây MBA pha 12 1.1.3.2 Các kiểu quấn dây thường gặp MBA pha 12 1.2 Phân tích đáp ứng tần số FRA 13 1.2.1 Tổng quan FRA 13 1.2.2 Các phép đo sử dụng FRA 15 1.2.3 Khảo sát đáp ứng tần số FRA 16 1.3 Các mơ hình thơng số điện sử dụng phân tích đáp ứng tần số 17 1.3.1 Mơ hình thơng số tập trung 17 1.3.2 Mơ hình thơng số phân bố 18 Nguyễn Xích Quân - 7140977 vi CHƯƠNG ĐIỆN CẢM TRONG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHÂN BỐ CỦA MBA CĨ SẢN THƠNG SỐ HÌNH HỌC 21 2.1 Phương thức tính tốn 21 2.1.1 Tính tốn điện cảm giửa hai phân đoạn .21 2.1.2 Các giá trị tương ứng 24 2.2 Lập luận tính tốn thơng số điện cảm hỗ cảm 25 2.2.1 Tự cảm hỗ cảm pha .25 2.2.1.1 Tự cảm hỗ cảm cuộn cao áp (HV) 25 2.2.1.2 Tự cảm hỗ cảm cuộn hạ áp (LV) 26 2.2.1.3 Tự cảm hỗ cảm giửa HV LV 26 2.2.2 Tự cảm hỗ cảm hai pha khác .26 2.2.2.1 Hỗ cảm giửa HV- HV .26 2222 Hỗ cảm giửa LV- LV 27 2.2.2.3 Hỗ cảm giửa HV- LV 27 CHƯƠNG TÍNH TOẤN THƠNG SỐ ĐIỆN CẢM TRONG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHÂN BỐ CHO MBA LỰC DẠNG HỘP ĐEN 28 3.1 Xác định tự cảm hỗ cảm phân đoạn pha 28 3.2 Xác định tự cảm hỗ cảm phân đoạn nằm pha khác 29 3.3 Xác định tự cảm hỗ cảm phân đoạn nằm cuộn HV cuộnLV 30 3.4 Cơng thức tính tốn giá trị điện cảm hỗ cảm cho MBA lực dạng hộp đen 30 CHƯƠNG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHẦN BỐ CHO MBA T3 32 4.1 Tính tốn thơng số điện cảm mơ hình phân bố cho MBA T3 32 4.1.1 Vớin = 32 4.1.1.1 Kết đo lường 32 4.1.1.2 Cơng thức tính tốn điện cảm hỗ cảm cho mơ hình phân bố kiểu DO-do với n=8 32 Nguyễn Xích Quân - 7140977 vii 4.1.2 Với n= 16 34 4.2 Mô mô hình thơng số phân bố cho MBA T3 phần mềm ADS 35 4.2.1 Thông số điện cảm mơ MBA thí nghiêm 37 4.2.2 Thông số điện dung mô MBA thí nghiêm 43 4.3 Kết mơ đáp ứng tần số cho MBA thí nghiêm 43 4.3.1 Ảnh hưởng thông số Af đến kết .44 4.3.1.1 Kết mô trường hợp xét đến ảnh hưởng AL 44 4.3.1.2 Kết mô trường hợp bỏ qua ảnh hưởng AL 45 4.3.1.3 Kết luận ảnh hưởng thông số AL .46 4.3.2 Ảnh hưởng số lượng phân đoạn mơ hình đến kết mô 46 4.3.2.1 Kết mô với n = 46 4.3.2.2 Kết mô với n = 16 47 4.3.2.3 Nhận xét 47 4.3.3 Kết mô với phép đo phân tích đáp ứng tần số cuộn dây mơ hình MBA thử nghiêm 47 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 54 Nguyễn Xích Quân - 7140977 53 [10] D.A.K Pham, T.M.T Pham, H Borsi and E Gockenbach, “A new method for purposes of failure diagnostics and FRA interpretation applicable to power transformers”, IEEE Trans Dielectr Electr Insul., vol 20, no 6, pp 2026-2034, 2013 [11] IEC 60076-18, Power transformers - Part 18: Measurement of frequency response, 2012 Nguyễn Xích Quân - 7140977 54 Phụ lục 1: Kết mô luận văn thực phần mềm ADS Kết mô trường họp bỏ qua ảnh hưởng AL a) ❖ E00G-000 • Vùng tần số thấp -■í-l h-rl 1Ũ5 1Ũ4 ■103 s10 Ị' S’ ẠV measured - -simulated (LF) Ị 'X ‘x_ % sz CĐ Hình 4.10:Kết phép đo EOOGOOO LF; n =8 measured simulated (LF) 1Ũ3 ■ 104 Ị &JU, 1Ũ3 r c 03 Ơ5 % 102 ', SỊ I I I 1111 _ ; u-ud _ I _ I I I I I ll _ I I I I I I I I _ 10 1Ũ3 104 1CS Frequency in Hz 10* > Hình 4.11: Kết phép đo EOOG OOO vùng LF ;n =16 Nguyễn Xích Quân - 7140977 55 Frequency in Hz * Hình 4.12:Ket phép đo EOOG ooo vùng MF có CsL; n= Frequency in Hz - > Hình 4.13:Kết phép đo EOOG ooo vùng MF có CsL; n= 16 Nguyễn Xích Qn - 7140977 56 Frequency in Hz - > Hình 4.15;Kết phép đo EOOG OOO vùng MF với CsH CsL có giá trị 1/2 giá trị tính tốn; n =16 Frequency án H2 —> Hình 4.16:Kết phép đo EOOG ooo vùng MF có CsH; n = Nguyễn Xích Quân - 7140977 57 Nguyễn Xích Quân - 7140977 58 ❖ OEOG_OOO Vùng tần số thấp measured Magnitude in ÍÌ 1ŨB - - simulated (LF) 1C XÍA > *¥ 10s r Ị ^4 ■■■ '■i J '1 102 Ị _ I I I I ■■ ll I I I I I I I ll I I I I I I II I I I ■ I ■ I I 11 I I I I I 11 11 102 105 1OB 10* 1O3 Frequency in Hz > Hình 4.18:Kết phép đo OEOGOOO LF; n = Magnitude in ÍỈ -> 10s 104 •S 103 VV'-v s 102 ■ ■ ■ ■ ■ ‘I 10 1Ũ 1Ũ Frequency in Hz I: 105 lữ6 - > Hình 4.19:Kết phép đo OEOG OOO LF; n = 16 Vùng tần số trung bình với CsA =0; Csa = Magnitude in n —* • ! measured - -simulated(LF) • Nguyễn Xích Qn - 7140977 59 Frequency In Hz —> Hình 4.21: Kết phép đo OEOGOOO vùng MF với CsL = 1; n = 16 Frequency in Hz - > Hình 4.22:Kết phép đo OEOG OOO vùng MF với CsH = CsL = 0.5; n = Nguyễn Xích Quân - 7140977 60 Frequency ìn Hz > Hình 4.24:Kết phép đo OEOGOOO vùng MF với CsH = 1; n=8 Frequency in Hz —> Hỉnh 4.25:Kết phép đo OEOG OOO vùng MF với CsH = 1; n=l ❖ OOOO-GOE Vùng tẩn số thấp G A 10 T measured — simulated (LF) 1O2 Nguyễn Xích Quân - 7140977 IO3 Frequency in Hz 61 106F A 10 IO4 ■ ,x V X < h TtA 10a Ui w2 .measured - - simulated (LF) A V r 1-uJ _ I _ I I I I II I _ I I I I I I ll I I I I I I I I _ 1Ũ2 1Ũ3 104 Frequency In 105 1Ũ6 Hz - > Hình 4.27:Ket phép đo OOOOGOE LF; n = 16 Nguyễn Xích Quân - 7140977 62 Vùng tần số trung bình với CsA =0; Csa = — Frequency in Hz * Hình 4.28:Ket phép đo OOOOGOE vùng MF vớiCsL = 1; n = Frequency in Hz - > Hình 4.29:Kết phép đo oooo GOE vùng MF vớiCsL = 1; n = 16 Nguyễn Xích Quân - 7140977 63 ► Frequency in Hz Hình 4.30:Ket phép đo OOOOGOE vùng MF vớiCsH = CsL = 0.5; n = Frequency in Hz - > Hình 4.31: Kết phép đo OOOOGOE vùng MF vớiCsH = CsL = 0.5; n = 16 • Vùng tần số trung bình với CsA =1; Csa = Frequency in Hz - > Hình 4.32:Kốt phép đo OOOO GOE vùng MF có CsH; n = Nguyễn Xích Qn - 7140977 64 Frequency in Hz - > Hình 4.33:Ket phép đo oooo GOE vùng MF cỏ CsH; n = 16 ❖ OOOO-EGO Vùng tần số thấp Ị ỉ6 1ữ6 measured - simulated (LF) /*.J ■ /i W1 □ lữ k G Frequency in Hz Hình 4.34:Ket phép đo OOOO-EGO LF; n = ■*r ■ •••■•! f-lfll-l” measured 10s — simulated (LF) ị 10s ■g cn ID4 103 102 -L -L -L 103 104 105 106 Frequency in Hz Nguyễn Xích Quân - 7140977 *■ 65 Hình 4.36:Kết phép đo OOOO_EGO vùng MF có CsL; n = Hình 4.37:Kết phép đo OOOO_EGO vùng MF có CsL; n = 16 • Vùng tần số trung bình với CsA =0.5; Csa = 0.5 Frequency in Hí * Hình 4.38:Kết phép đo OOOO_EGO vùng MF với CsH CsL có giá trị 1/2 giá trị tính tốn; n = Nguyễn Xích Quân - 7140977 66 *■ Frequency 111 Hz Hình 4.39:Ket phép đo OOOO_EGO vùng MF với CsH CsL có giá trị 1/2 giá trị tính tốn; n = 16 • Vùng tần số trung bình với CsA =1; Csa = Frequency in Hz - * Hình 4.40: Kết phép đo 0000 EGO vùng MF có CsH Frequency in Hz *■ Hình 4.41: Kết phép đo OOOO EGO vùng MF có CsH Nguyễn Xích Quân - 7140977 67 ❖ FRA_NU • Vùng tần số thấp ^-1 I ri I measured — simulated (LF| -20 Magnitude in dB -40 40 102 103 10* 105 106 Frequency in Hz -> Hình 4.42: Kết phép đo FRA NU LF; n=8 ■I— Magnitude in dB —> • measured -20 - - Simulated (LF) jF fl i A■ -40 [? ww IX -60 ■V -80 I _ I I _ I I * I o3 w4 1Ũ5 1Ũ ■ 1O2 Frequency In Hz —> Magnitude in dB > • Hình 4.43: Kết phép đo FRA NU LF; n=16 Nguyễn Xích Quân - 7140977 ... thuật Điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính tốn điện cảm mơ hình thơng số phân bố MBA lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tính tốn thơng số điện cảm. .. Cơng thức tính tốn giá trị điện cảm hỗ cảm cho MBA lực dạng hộp đen 30 CHƯƠNG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHẦN BỐ CHO MBA T3 32 4.1 Tính tốn thơng số điện cảm mơ hình phân bố cho MBA T3 ... MBA vận hành khơng có thơng số yêu cầu (dạng hộp đen) Phạm vi nghiên cứu Luận văn áp dụng tính tốn thơng số điện cảm mơ hình thơng số phân bố MBA dạng hộp đen thông số điện dung giải đề tài khác