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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN LÊ QUỐC KHÁNH NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ĐIỆN DUNG TRONG MƠ HÌNH THƠNG SỐ PHÂN BỐ MBA LỰC DẠNG HỘP ĐEN CHO PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MẲ SỐ: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯĨNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Phạm Đình Anh Khơi Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đảnh giả luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hộỉ đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu cỏ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Lê Quốc Khánh MSHV: 7140974 Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1991 Nơi sinh: Ninh Thuận Mã số: 60 52 02 02 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính tốn điện dung 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 dung 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: (Ghi theo QĐ giao đề tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS Phạm Đình Anh Khơi Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Ghtchú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV Lời cảm ơn Lời xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Phạm Đình Anh Khơi, người dẫn tận tình, nhiệt tình hướng dẫn tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Để hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cách hoàn chỉnh, bên cạnh nỗ lực cố gắng thân có hướng dẫn nhiệt tình q Thầy Cô, động viên ủng hộ gia đình bạn bè suốt thời gian học tập nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể quý Thầy Cô Bộ môn Hệ thống điện quý Thầy cô Trường Đại học Bách Khoa tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu trường Tôi xin ghi nhận công sức đóng góp q báu, nhiệt tình bạn Qn, Tồn, Ngun người nhóm thực nghiên cứu liên quan đến đề tài Tôi xin cảm ơn đóng góp ý kiến giúp đỡ bạn Cuối cùng, xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bè bạn người không ngừng động viên, hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho suốt trình học tập, nghiên cứu thực đề tài luận văn tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016 Học viên Nguyễn Lê Quốc Khánh Tóm tắt nội dung luận văn V Tóm tắt nội dung luận văn Nghiên cứu tính tốn điện dung mơ hình thơng số phân bố máy biến áp lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số TỪ KHĨA: Phân tích đáp ứng tần số, Mơ hình phân bố, Điện dung, Máy biến áp lực dạng hộp đen Mô 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 cơng trình nghiên cứu trước Việt Nam Tuy nhiên, để chẩn đoán cố cho cuộn dây MBA (xô lệch ngang/dọc), thiết phải dùng mô hình thơng số phân bố MBA cố ảnh hưởng đáp ứng tần số chủ yếu vùng tần số trung bình cao (khoảng vài chục kHz trở lên, tùy theo MBA) Có hai cách tính tốn phần tử (điện cảm, điện dung) 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 thơng số yêu cầu (dạng hộp đen) Phạm vi nghiên cứu Luận văn áp dụng tính tốn thơng số điện dung mơ hình thơng số phân bố MBA dạng hộp đen thông số điện cảm 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 VI Abstract Research capacitance calculations in the distributed circuits model of black box type transformers for frequency response analysis Key words: black-box power transformers, frequency response analysis, capacitances, physical distributed chcuits 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 chcuits 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 chcuits: geometrical parameters and electricalmagnetic properties based, and measurement based procedure The former is only applicable on some 'special' power transformers that have availabe geometrical structure and electricalmagnetic properties The latter is recommended for in-service power transformers, since they donot have the requhed data (black-box transformers) This thesis focuses on calculation of capacitances in the distributed parameter chcuit of a black-box power transformer whereas the inductances 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 VII LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu tính tốn điện dung mơ hình thơng số phân bố mảy biến áp lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần sổ” cơng trình nghiên cứu thân tơi, hướng dẫn TS Phạm Đình Anh Khơi, số liệu kết thực nghiêm hồn tồn trung thực Tơi cam đoan khơng chép cơng trình khoa học người khác, tham khảo có trích dẫn rõ ràng Tơi xin chịu trách nhiệm cơng trình nghiên cứu mình! Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016 Người cam đoan Nguyễn Lê Quốc Khánh Mục lục IX MỤC LỤC Lời cảm ơn IV Tóm tắt V Lời cam đoan VIII Mục lục IX Danh mục hình XI Danh mục bảng XIII Danh mục từ viết tắt XIV CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.2 Phương pháp chẩn đoán cố 1.3 Bố cục luận văn CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐÁP ÚNG TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG 2.1 Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số (FRA) 2.1.1 Các loại cố áp dụng FRA 2.1.2 Các phép đo đáp ứng tần số 2.1.3 Nguyên lý phân tích đáp ứng tần số MBA .7 2.2 Khả chẩn đoán cố FRA cho MBA 2.3 Phạm vi áp dụng 10 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH THƠNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐỂ PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ 11 3.1 Mô hình thơng số tập trung (MHTT) 11 3.2 Mơ hình thông số phân bố (MHPB) 12 3.2.1 Các kiểu quấn dây MBA 13 3.2.2 Xác định MHPB cho kiểu quấn dây tiêu biểu 15 3.2.2.1 Cuộn dây kiểu đĩa (disc) .15 3.2.2.2 Cuộn dây kiểu lớp (layer) .17 CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIẸN DUNG CHO MHPB 19 4.1 Tổng quan .19 4.2 Xác định điện dung dựa vào thơng số hình học điện mơi MBA 20 4.2.1 Điện dung mắc vòng cuộn HV LV 20 4.2.2 Điện dung nối đất cuộn HV với vỏ (Cgfi) LV với lõi (CgI) 21 4.2.3 Điện dung nối tiếp .21 4.2.3.1 Cuộn dây kiểu đĩa thường (ordinary disc) 21 4.2.3.2 Cuộn dây kiểu xoắn ốc (helical) 22 4.2.3.3 Cuộn dây kiểu đĩa xen kẽ (interleaved disc) 22 4.2.3.4 Cuộn dây kiểu lớp (layer) .23 4.3 Xác định giá trị điện dung qua phép đo 23 CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH THƠNG SỐ ĐIỆN CỦA MBA ĐÊ PHẦN TÍCH ĐÁP ÚNG TẦN SỐ 26 5.1 Nguyên lý phân tích đối tượng nghiên cứu 26 5.2 Mơ hình mạch mơ xác định giá trị điện dung 26 Mục lục X 5.2.1 Mơ hình mạch mô phần mềm mô 26 5.2.2 Giá trị điện dung 28 5.2.2.1 Điện dung với đất tổng điện dung liên cuộn dây tổng 29 5.2.2.2 Điện dung nối tiếp tổng 29 5.3 Thực mô cho trường hợp 31 5.3.1 Mô với số phân đoạn n = n = 16 32 5.3.2 Mô xem xét ảnh hưởng Cs 36 5.3.3 Nhậnxét7 .7 38 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .39 6.1 Kết luận 39 6.2 Hướng phát triển đề tài 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC .42 Phụ lục 54 Frequency ỉn Hz —> Hình PL1.35: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CSH =1.812 nF) Frequency in Hz > Hình PL1.36: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố (CSL = 2.016 nF) Phụ lục 55 Frequency in Hz > Hình PL1.37: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CSH = 0.906 nF CSL = 1.008 nF) Hình PL1.38: Kết phép đo mơ đáp ứng tần số oc DPI a-b cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CgỊỊ =1.812 nF) Phụ lục Hình PL1.39: Kết phép đo mơ đáp ứng tần sổ oc DPI a-b cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CsL = 2.016 nF) Hình PL1.40: Kết phép đo mơ đáp ứng tần số oc DPI a-b cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CsH = 0.906 nF CSL = 1.008 nF) 56 Phụ lục Hình PL1.41: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (CsH = 1.812 nF) Hình PL1.42: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (CSL = 2.016 nF) 57 Phụ lục Magnitude in dB 58 - > PL1.43: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (Csỉỉ = 0.906 nF 1.008 nF) Magnitude im dB —> *7, I Frequency in Hz Frequency in Hz - > Hình PL1.44Kết phép đo mơ FRA pha a cuộn LV (CsH =1.812 nF) Phụ lục 59 Hình PL1.45: Kết phép đo mô FRA pha a cuộn LV (CSL = 2.016 nF) Frequency in Hz - > Hình PL1.46: Ket phép đo mô FRA pha a cuộn LV (CsH = 0.906 nF CSL = 1.008 nF) Phụ lục 60 MƠ vói số phần tử n = 16 Khảo sát với AL = Hình PL1.47: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI A-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CSH = 1.812 nF) Frequency in Hz - * Hình PL1.48: Ket phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI A-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CsL = 2.016 nF) Phụ lục 61 Hình PL1.49: Kết phép đo mơ đáp ứng tần số oc DPI A-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CSỊỈ = 0.906 nF CsL = 1.008 nF) Hình PL1.50: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI B-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CsIỈ =1.812 nF) Phụ lục 62 Frequency in Hz > Hình PL1.51: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI B-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CSL = 2.016 nF) Frequency in Hz —> Hình PL1.52: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI B-N cuộn HV dùng mơ hình phân bố (CsH = 0.906 nF CsL = 1.008 nF) Phụ lục 63 Frequency in Hz - > Hình PL1.53: Kết phép đo mơ đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CSH =1.812 nF) Hình PL1.54: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mô hình phân bố (CsL = 2.016 nF) Phụ lục Hình PL1.55: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-c cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CSH = 0.906 nF CSL = 1.008 nF) Hình PL1.56: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-b cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CsfỊ =1.812 nF) 64 Phụ lục 65 Frequency in Hz Hình PL1.57: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-b cuộn LV dùng mô hình phân bố (CsL = 2.016 nF) Hình PL1.58: Kết phép đo mô đáp ứng tần số oc DPI a-b cuộn LV dùng mơ hình phân bố (CsH = 0.906 nF CsL = 1.008 nF) Phụ lục 66 Frequency ĩn Hz > Hình PL1.59: Kết phép đo mơ FRA pha A cuộn HV (CsH = 1.812 nF) Hình PL1.60: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (CsL = 2.016 nF) Phụ lục 67 Frequency ỉn Hz —> Hình PL1.61: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (CSỊỊ = 0.906 nF CsL = 1.008 nF) Hình PL1.62: Kết phép đo mô FRA pha a cuộn LV (CsH =1.812 nF) Phụ lục 68 • Cấp điện áp hình sin trị hiệu dụng thấp (ví dụ 10 V), biến thiên vùng tần số rộng (ví dụ từ 10 Hz đến 10 MHz), vào đầu cực MBA (ký hiệu Vr = reference voltage); • Đo điện áp đầu cực khác (ký hiệu vm = measured voltage); • Tính tỷ số chúng Biên độ = 20*log (V„/Vr) (dB) Góc pha = góc pha {vm} - góc pha {vr} (độ) Nguyên lý đo đáp ứng tần số gọi SFRA (Sweep = quét tần số điện áp hình sin), nguyên tắc áp dụng rộng rãi FRA Một nguyên lý khác dựa điện áp xung (IFRA với I viết tắt cho Impulse) ứng dụng thực tế hiệu tần số 200 kHz Hình PL1.60: Kết phép đo mô FRA pha A cuộn HV (CsL = 2.016 nF) ... văn Nghiên cứu tính tốn điện dung mơ hình thơng số phân bố máy biến áp lực dạng hộp đen cho phân tích đáp ứng tần số TỪ KHĨA: Phân tích đáp ứng tần số, Mơ hình phân bố, Điện dung, Máy biến áp lực. .. Mã số: 60 52 02 02 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tính tốn điện dung 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. .. TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ VÀ ỨNG DỤNG Chương trình bày kiến thức, nguyên lý kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số ứng dụng kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số cho máy biến áp lực Kỹ thuật phân tích đáp ứng