Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phóng điện cục bộ để xác định tình trạng cách điện của máy biến áp 110/22KV

Huỳnh Quốc Việt CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ THIẾT BỊ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ VỚI MÁY BIẾN ÁP ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN 3.2.1 Phương pháp phân tích hàm lượng khi cháy hòa tan trong

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀO VƯƠNG THIỆN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ

ĐỂ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY BIẾN ÁP

110/22KV

RESEARCH ON APPLICATION OF PARTIAL DISCHARGE TECHNOLOGIES IN DETERMINING THE INSULATION CONDITION OF 110/22KV POWER TRANSFORMERS

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VẪN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, năm 2019

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Huỳnh Quốc Việt

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày

tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Trang 3

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đào Vương Thiện

Ngày tháng năm sinh: 03/11/1970

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ

ĐỂ XÁC ĐỊNH TÌNH TRẠNG CÁCH ĐIỆN CỦA MÁY BIẾN ÁP 110/22KV

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

cục bộ hiện nay trên thế giới

TPHCM, đặc biệt về ứng dụng cho máy biến áp lục

dụng trên thục tế

cách điện của máy biến áp đuợc đo

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/3/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/8/2019

TS Huỳnh Quốc Việt

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

MSHV: 1670831 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh

Trang 4

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường trường Đại học Bách khoa TPHCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Hệ thống điện nói riêng đã truyền đạt cho em kiến thức các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Trang 5

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Máy biến áp là thiết bị quan trọng của trạm trung gian, ảnh huởng lớn đến vận hành luới điện, do đó công tác kiểm tra, phòng ngừa sụ cố máy biến áp rất đuợc quan tâm Luận văn này tìm hiểu các công nghệ chẩn đoán, phát hiện PD trên thế giới và khả năng áp dụng tại Việt Nam Tù đó, ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ thích hợp để đánh giá tình trạng cách điện đối với máy biến áp lục tại khu vục TP.HCM hiện nay

Transformers are important equipment of transmission/distribution stations, greatly affecting the operation of the grid Therefore, the inspection and prevention of transformer incidents are of great concerns This thesis explores the technologies of diagnosis and detection of PD in the world and its applicability in Vietnam Since then, applying appropriate partial discharge detecting technology to assess the insulation status for power transformers

in Ho Chi Minh City area

Tên luận văn tiếng Việt: Nghiên cứu ứng dụng phóng điện cục bộ để xác định tình trạng

cách điện của máy biến áp 110/22 kv

Name of thesis in English: Research on application of partial discharge technologies in

determining the insulation condition of 110/22kV power transformers

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

Trang 6

LỜI CAM ĐOAN

- oOo -

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi duới sụ huớng dẫn của TS Huỳnh Quốc Việt Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong luận văn này là trung thục, những số liệu, bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, đánh giá đuợc tác giả thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình; truờng Đại học Bách Khoa TPHCM không liên quan đến nhũng vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thục hiện (nếu có)

Trang 7

Luận văn thạc sĩ CBHD: TS Huỳnh Quốc Việt

MỤC LỤC

1.7 Tổng quan về lưới điện do Tổng công ty điện lực TPHCM: (sổ liệu tinh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỬ NGHIỆM VÀ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ

2.7.5 Phương pháp đo giá trị dòng cao tần dùng biến dòng cao tần (HFCT)23

Trang 8

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ THIẾT BỊ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC

BỘ VỚI MÁY BIẾN ÁP ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN

3.2.1 Phương pháp phân tích hàm lượng khi cháy hòa tan trong dầu máy biển

3.2.2 Phương pháp đo giá trị dòng cao tần dùng biển dòng cao tần (HFCT)34

3.3.6 Giao diện chương trình ứng với từng chức năng cụ thể của thiết bị: 44

CHƯƠNG 4: MỘT SỐ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRÊN DỮ LIỆU THỬ

Trang 9

Trang 10

DANH MỤC HÌNH ẢNH

•

Hình 2.1 Mô hình điện học của hiện tượng phỏng điện cục bộ 15

Hình 2.2 Các dạng phỏng điện cục bộ 16

Hình 2.3 Một số hình ảnh thực tế của PD trên thiết bị điện 17

Hình 2.4 Mạch thử PD cơ bản theo IEC 60270 18

Hình 2.5 Cấu tạo cơ bản của cảm biến UHF dạng dĩa 19

Hình 2.6 Mạch thử cáp ngầm dùng phương pháp UHF 20

Hình 3.1 Bề mặt thiết bị đo 40

Hình 3.2 Cảm biến AE và HFCT 41

Hình 3.3 Cấu trúc cơ bản của thiết bị thử nghiệm 41

Hình 3.4 VỊ trí lap cảm biến điển hình 43

Hình 3.5 Đẩu dây thực tế trên máy 43

Hình 3.6 VỊ trí lap cảm biến thực tế 44

Hình 3.7 Cửa số chính của chương trình 44

Hình 3.8 Chức năngAuto 45

Hình 3.9 Giao diện của chức năng WAVE 46

Hình 3.10 Giao diện phân tỉch dạng sóng ỌNave Analysis) 47

Hình 3.11 Giao diện phân tỉch pho (Spectrum Analysis) 48

Hình 3.12 Giao diện Phát hiện tín hiệu (Signal Detection) 49

Hình 3.13 Chức năng dò tìm vị trí PD (Locatỉol Detection) 50

Hình 3.14 Biểu đồXung-thời gian (Pulse-Time Graph) 51

Hình 3.15 Biểu đồ Xung-pha (Pulse-Phase Graph) 52

Hình 3.16 Lưu đồ thực hiện kiểm tra ở bước 1 53

Hình 3.17 Lưu đồ thực hiện kiểm tra ở bước 2 53

Hình 3.18 Dạng tín hiệu AE và HFCT thu được khỉ kiếm tra với máy bình thường 54

Hỉnh 3.19 Bước kiểm tra PD bằng AE khỉ phát hiện có tín hiệu HFCT bất thường 54

Hỉnh 3.20 Sử dụngAE không phát hiện giả trị bất thường 55

Hỉnh 3.21 Dạng tín hiệu AE và HFCT thu được khi nhiêu điện từ truyền từ bên ngoài 55

Hình 3.22 Dạng tín hiệu AE và HFCT thu được khỉ xuất hiện PD trong máy 56

Hình 3.23 Đặc tỉnh dạng sóng PD 59

Hình 3.24 Dạng sóng khi có PD trong máy 60

Hỉnh 3.25 Dạng sóng khi có phỏng điện trong cuộn dây 60

Hỉnh 3.26 Dạng tín hiệu thu được do rung động cơ khỉ 60

Hỉnh 3.27 Tín hiệu thu được khi tiếp điểm của OLTC ở điềukiện tốt 61

Hỉnh 3.28 Tín hiệu thu được khi tiếp điểm của OLTC ở điềukiện xấu 61

Hỉnh 3.29 Tín hiệu thu được khi có phỏng điện hồ quang docơ phận lỏng lẻo 61 Hỉnh 3.30 Nguyên lỷ cấu tạo và hoạt động của cảm biến AE 62

Hình 3.31 Nguyên lý hoạt động của cảm biến HFCT 63

Hỉnh 3.32 Tín hiệu điện gãy ra bởi PD tại đầu ra của cảm biến 64

Trang 11

Hình 3.33 Tín hiệu sóng bao từ dạng sóng của tin hiệu gốc 65

Hình 3.34 Sơ đồ khối đơn giản của 1 bộ phát hiện PD bằng sóng âm thanh 66

Hình 3.35 Chi tiết khối điều hòa tín hiệu tương tự 67

Hình 3.36 Mô hình hỏa mảy biến áp và các vị trí đặt cảm biến âm thanh 69

Hình 3.37 Mô hình biểu diễn tọa độ của nguồn phỏng điện cục bộ và các cảm biến 69

Hình 4.1 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 1-1 73

Hình 4.2 Dạng sóng của cảm biến AE cỏ giá trị đo lớn nhẩt trường hợp 1-1 74

Hình 4.3 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 1-2 75

Hình 4.4 Dạng sóng của cảm biến AE cỏ giá trị đo lớn nhẩt trường hợp 1-2 7 5 Hình 4.5 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 1-3 76

Hình 4.6 Dạng sóng của cảm biến AE cỏ giá trị đo lớn nhẩt trường hợp 1-3 76

Hình 4.7 Dạng sóng tẩt cả cảm biến - trường hợp 2-1 77

Hình 4.8 Dạng sóng của cảm biến AE có giá trị đo lớn nhất trường hợp 2-1 77

Hình 4.9 Dạng sóng tẩt cả cảm biến - trường hợp 2-2 78

Hình 4.10 Dạng sóng của cảm biến AE có giá trị đo lớn nhất trường hợp 2-2.78 Hình 4.11 Dạng sóng tẩt cả cảm biến - trường hợp 2-3 79

Hình 4.22 Dạng sóng của cảm biến AE có giá trị đo lớn nhẩt trường hợp 5-1.86 Hình 4.23 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 5-2 86

Hỉnh 4.24 Dạng sóng của cảm biến AE có giả trị đo lớn nhất trường hợp 5-2.88 Hình 4.25 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 6-l(lần 1) 89

Hình 4.26 Dạng sóng tất cả cảm biến - trường hợp 6-1 (lần 2) 90

Hình 4.27 Máy biến áp được rút ruột để sửa chữa 91

Hình 4.28 VỊ trỉphát hiện PD trên thân cuộn dây 92

Hình 4.29 VỊ trỉphát hiện PD dưới cuộn dây 92

Hỉnh 4.30 VỊ trỉphát hiện tín hiệu AE do lõi thép ghép không sát, bị lệch 92

DANH MỤC BẢNG • Bảng 2-1: Giả trị khỉ hòa tan tương ủng năm vận hành 21

Bảng 2-2: Giả trị khỉ hòa tan tương ủng với dạng tình trạng vận hành bất thường 21

Bảng 2-3: Tỉnh chất khiếm khuyết tương ứng với tỉ lệ hàm lượng các cặp khí 22

Bảng 2-4: Tỉnh năng các phương pháp đo khác nhau 24

Trang 12

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật của thiết bị thử PD 40 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn đảnh giả PD theo nhà chế tạo 56

Trang 13

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

•

- PD: Phóng điện cục bộ

- TCT: Tổng công ty Điện lực TP.HCM

- MBA: máy biến áp

- EVN: Tập đoàn điện lực Việt Nam

- Công ty LĐCT: Công ty Lưới điện Cao thế

- GIS: Hệ thống thông tin địa lý/Trạm cách điện khí

- DGA: Phân tích khí hòa tan

- HFCT: Biến dòng cao tần

- AE: Cảm biến âm thanh

- UHF: Tần số siêu cao

Trang 14

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu các công nghệ chẩn đoán, phát hiện PD trên thế giới và khả năng

áp dụng tại Việt Nam Đánh giá và phân tích tình hình ứng dụng công nghệ

đo phóng điện cục bộ đối với máy biến áp lực tại khu vục TP.HCM hiện nay

- ứng dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ đối với máy biến áp lục để chẩn đoán, đánh giá đuợc hiện trạng vận hành thục tế của máy biến áp lục để đề

ra phuơng thức vận hành, kế hoạch sủa chữa, bảo trì hợp lý, từ đó góp phần ngăn ngừa sụ cố một cách hiệu quả

- Dụa trên các kiến thức thu đuợc trong quá trình nghiên cứu để hệ thống hóa tiêu chuẩn thủ nghiệm, xây dụng các quy trình kiểm tra, chẩn đoán PD phù hợp với tình hình vận hành thục tế của các máy biến áp do Tổng công ty quản lý

1.2 Phạm vỉ nghiên cứu

Đối tuợng chính của nghiên cứu là máy biến áp lục tại các trạm trung gian 220-110/22kV của Tổng công ty Điện lục TP.HCM

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về hiện trạng vận hành, cung cấp điện của hệ thống trạm 110/22kV của Tổng công ty Điện lục TP.HCM (hiện trạng vận hành, tình hình sụ cố trong các năm gần đây)

220 Tìm hiểu về thủ nghiệm chẩn đoán sụ cố MBA, tập trung vào công nghệ đo phóng điện cục bộ

- Tìm hiểu phần mềm phân tích tín hiệu TP500AMD, phân tích một số dữ liệu phóng điện cục bộ cụ thể thu đuợc từ thục tế hiện truờng

1.4 Phương pháp nghiền cứu:

dụng

Trang 15

1.5 Nội dung nghiên cứu:

- Tổng quan về hiện trạng vận hành, cung cấp điện của hệ thống trạm 110/22kV của Tổng công ty Điện lục TP.HCM (hiện trạng vận hành, tình hình sụ cố trong các năm gần đây)

220 Tìm hiểu về thủ nghiệm chẩn đoán sụ cố MBA, tập trung vào công nghệ đo phóng điện cục bộ (partial discharge)

- Tìm hiểu phần mềm phân tích tín hiệu TP500AMD, phân tích một số dữ liệu phóng điện cục bộ cụ thể thu đuợc từ thục tế hiện truờng

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Tù kết quả nghiên cứu, đua ra một số đánh giá, kiến nghị:

- ứng dụng công nghệ này trên thục tế thế nào?

- Công nghệ này có những mặt hạn chế nào?

1.7 Tổng quan về lưới điện do Tổng công ty điện lực TPHCM: (số liệu tính đến tháng 6-2019):

- Nguồn cung cấp: Khu vực TP.HCM nhận nguồn cung cấp từ 04 trạm trung gian 500/220/1 lOkV (Phú Lâm, Nhà Bè, Tân Định, cầu Bông) và 05 trạm trung gian 220/1 lOkV (Bình Chánh, Thủ Đức, Cát Lái, Tao Đàn, Hóc Môn)

do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý, 05 trạm trung gian 220/1 lOkV Bình Tân, Hiệp Bình Phước, Củ Chi 2, Khu công nghệ cao, Quận 8 do Công ty

Lưới điện cao thế TP.HCM (LĐCT) quản lý với tổng công suất 2500 MVA

- Lưới truyền tải: do Công ty LĐCT TPHCM quản lý bao gồm 99,811 km đường dây 220kV; l,092km cáp ngầm 220kV; 653,69 km đường dây llOkV;

86,29 km cáp ngầm llOkV cung cấp cho 55 trạm biến áp 1 lOkV với tổng dung lượng MBT lắp đặt là 6592 MVA

- Sản lượng điện nhận: trong tháng 06 đạt 2.304 triệu kWh, tăng 8,29% so với cùng kỳ (2.127 triệu kWh) Lũy kế năm 2019 (06 tháng) của Công ty đạt 13,270 triệu kWh (bình quân 73 triệu kWh/ngày), tăng 8,59% so với cùng kỳ năm 2018 (12.221 triệu kWh) Sản lượng điện thương phẩm: trong tháng 06 đạt 2.291 triệu kWh, tăng 8,5% so với cùng kỳ (2.111 triệu kWh)

Trang 16

Lũy kế năm 2019 của Công ty đạt 13.213 triệu kWh, đạt 50,43% kế hoạch Tổng Công ty giao năm 2019 (26.200 triệu kWh), tăng 8,59% so với cùng

kỳ 2018 (12.168 triệu kWh)

nhánh rẽ 220-1 lOkV đang vận hành là 128 đường dây (10 đường dây 220kV và 118 đường dây llOkV) Tình hình vận hành chung trong 06 tháng năm 2019: 00/128 đường dây vận hành trên 100% Iđm; 14/128 đường dây vận hành từ 80-100% Iđm; 66/128 đường dây vận hành tải từ 40-79% Iđm

và 48/128 đường dây vận hành dưới 40% Iđm

220-1 lOkV đang vận hành trên lưới là 126 MBA (08 MBA 220kV và 118 MBA HOkV) Tình hình vận hành tháng 06/2019: 00/126 MBA vận hành trên 100% Iđm; 40/126 MBA vận hành từ 80- 100% Iđm; 60/126 MBA vận hành tải từ 40-79% Iđm và 26/126 MBA vận hành dưới 40% Iđm

bộ: Tính đến thời điểm tháng 6/2019, tổ kiểm tra, chẩn đoán PD MBA thuộc Công ty Lưới điện Cao thế - Tổng công ty điện lực TPHCM chỉ có 5 thành viên, trong đó có 4 thành viên trực tiếp công tác tại hiện trường

tác hiện đang quản lý 02 máy thử PD (01 máy dùng cho kiểm tra tủ máy cắt hợp bộ 24kV, 01 máy dùng cho máy biến áp, cả 02 máy có thời gian sử dụng khoảng 5 năm ) và 01 bộ phân tích khí hòa tan trong dầu

1.8 Đặt vấn đề nghiên cứu:

Hiện nay, lưới điện khu vực TP.HCM đang được cải tạo nâng cấp đồng bộ trên tất cả các cấp điện áp, từ đường dây đến các trạm biến áp, trong đó các trạm biến áp trung gian được áp dụng các công nghệ như GIS, SCADA, trạm không người trực Bên cạnh đó, công tác quản lý, kiểm tra, bảo trì sửa chữa vận hành thiết bị trong trạm cũng từng bước cải thiện, góp phần quan trọng trong vận hành

an toàn và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của Tổng công ty

Đối với trang thiết bị trong trạm, máy biến áp được ví như trái tim của trạm

Trang 17

trung gian, có chi phí đầu tư lớn và đóng vai trò quan trọng trong vận hành lưới điện Sự cố máy biến áp đòi hỏi thời gian xử lý dài, gây thiệt hại lớn về kinh tế và ảnh hưởng đến phương thức vận hành lưới điện, do đó công tác kiểm tra, phòng ngừa sự cố máy biến áp rất được quan tâm

Ngoài việc kiểm tra được thực hiện thông qua các thử nghiệm định kỳ, thử nghiệm sau sửa chữa, bảo trì, bảo dưỡng bằng các phương pháp truyền thống thì các công nghệ thử nghiệm chẩn đoán cũng đang được áp dụng rộng rãi và cho thấy một số hiệu quả nhất định, trong đó có thể kể đến công nghệ đo phóng điện cục bộ

để dự đoán khả năng sự cố hoặc khoanh vùng sự cố trong máy biến áp Từ các kết quả đo ta có thể đưa ra các đánh giá về tình hình vận hành máy biến áp cũng như lập kế hoạch bảo trì, thay thế nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

1.9 Tính cấp thiết của đề tài

Với việc Tổng Công ty Điện lực TP HCM là đơn vị đầu tiên trong Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) thực hiện mô hình trạm không người trực, việc kiểm tra

và giám sát tình trạng cách điện, phát nhiệt, phóng điện cục bộ trong MBA trong điều kiện thường xuyên không có người vận hành là vô cùng cần thiết

Tại EVN, việc quản lý và đánh giá chất lượng MBA đang vận hành trên hệ thống vẫn chỉ quy định áp dụng theo các thông số, hạng mục thí nghiệm sau lắp đặt hay sau đại tu, cũng như thí nghiệm định kỳ cho MBA Tuy nhiên, nếu theo các hạng mục quy định, cũng khó phát hiện được các nguy cơ tiềm ẩn gây ra sự cố, vì khi các số liệu đo vượt ngưỡng cho phép thì MBA đó đã có vấn đề hư hỏng tương đối nặng và chỉ có cách tách vận hành để đại tu, sửa chữa; dẫn đến mất nhiều thời gian xử lý, thay đổi phương thức vận hành lưới điện

Bên cạnh đó, đo phóng điện cục bộ là phương pháp thử nghiệm không phá hủy, không làm xấu đi tình trạng cách điện của thiết bị và có thể thực hiện trên thiết

bị đang vận hành, từ đó có thể chẩn đoán sớm nguy cơ và phạm vi xảy ra sự cố, đưa

ra các cảnh báo và phương hướng xử lý chủ động, kịp thời

Hiện nay, Tổng Công ty Điện lực TP HCM đang áp dụng công nghệ đo phóng điện cục bộ cho các máy biến áp lực tại các trạm đang quản lý, tuy nhiên kết quả phân tích chính xác dạng nguy cơ và vị trí sự cố phụ thuộc rất nhiều vào kinh

Trang 18

nghiệm và khả năng phân tích của các chuyên gia, nhân viên kỹ thuật thực hiện Bên cạnh đó, một số nhiễu tín hiệu trong điều kiện lưới điện đang vận hành cũng làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích

Trang 19

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỬ NGHIÊM VÀ CHẨN ĐOÁN

Sự CỐ MÁY BIẾN ÁP, HIỆN TƯỢNG PHONG ĐIỆN cục Bộ

2.1 Tiêu chuẩn, khối lượng thử nghiệm máy biến áp lực:

Các máy biến áp điện lực phải được thử nghiệm để xác định chất lượng thiết bị trong quá trình chế tạo, khi xuất xưởng, hay trong vận hành hàng năm Công tác thử nghiệm nhằm mục đích giám sát chất lượng sản xuất và chất lượng vận hành của thiết bị nhằm giảm xác suất sự cố cũng như tiến hành các kế hoạch bảo dưỡng dự phòng, sửa chữa Khối lượng các hạng mục, tiêu chuẩn và thời gian thử nghiệm máy biến áp tùy thuộc vào nhiều yếu tố như điện áp và dung lượng định mức của máy biến áp, điều kiện làm việc của máy biến áp, tầm quan trọng của máy biến áp

2.2 Các hạng mục thử nghiệm chính của máy biến áp lực:

1 Kiểm tra tình trạng bên ngoài

2 Đo điện trở cách điện

3 Xác định tang góc tổn hao điện môi (tgỗ)

4 Thử nghiệm chịu điện áp một chiều tăng cao và xác định dòng điện rò

5 Thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp

6 Thử nghiệm chịu điện áp xung thao tác

7 Thử nghiệm chịu điện áp xung sét tiêu chuẩn

8 Thử nghiệm phóng điện cục bộ

9 Thử nghiệm chịu điện áp quá áp cảm ứng tần số cao

10 Thử nghiệm xác định chất lượng dầu cách điện :

11 Thử nghiệm xác định tổ đấu dây

12 Thử nghiệm xác định tỉ số biến áp

13 Thử nghiệm không tải

Trong đó các thử nghiệm quan trọng của máy biến áp đều là các thử nghiệm trên cách điện (từ 2 đến 10), tuy nhiên phần lớn các thử nghiệm đã nêu đểu phải cắt điện máy biến áp mới thực hiện được, chỉ có các thử nghiệm phóng điện cục bộ và xác định chất lượng dầu cách điện là những thử nghiệm chẩn đoán không phá hủy có thể thực hiện khi máy biến áp đang vận hành, rất thuận tiện để phát hiện sớm hiện tượng phóng điện cục bộ trước khi chất lượng cách điện bị suy giảm nặng dẫn đến phóng điện hoàn toàn và gây nên

Trang 20

sự cố mất điện

2.3 Khái niệm về phóng điện cục bộ:

Phóng điện cục bộ (Partial Discharge) là hiện tượng phóng điện xảy ra trong và trên

bề mặt chất cách điện tại các vị trí khiếm khuyết (nứt, gãy), tại bề mặt ranh giới giữa chất cách điện và vật dẫn điện trong điện môi rắn và lỏng, những bọt khí nằm trong điện môi lỏng Phóng điện cục bộ cũng có thể xuất hiện dọc theo ranh giới giữa những vật liệu cách điện khác nhau do điện trường phân bố không đều trong chất cách điện và khi cường độ điện trường tại các vị trí này đạt tới một giá trị nhất định

Xét về mô hình điện có thể hình dung đơn giản như sau: khi đặt vật liệu cách điện vào trong một điện trường, phần cách điện yếu là nơi tạo ra một điện trường tập trung cao hơn những vùng khác giống như điện trường ở 2 bản cực của một tụ điện hay như khe hở giữa 2 điện cực Khi điện trường này vượt quá giá trị tới hạn nào đó thì xảy ra phóng điện giống như sự đánh thủng tụ điện do quá điện áp Sự phóng điện này gọi là phóng điện cục

bộ Hiện tượng này xảy ra rất nhanh và gây ra các xung dòng điện có tần số cao gây ra nhiễu cao tần cho nguồn cung cấp Nhưng do điện áp nguồn có cường độ lớn hơn nhiều so với điện áp phóng điện này cho nên sự phóng điện này thông thường bị dập tắt rất nhanh (khi phóng điện thì lỗ thủng bị phá huỷ trở nên dẫn điện, khi điện trường tại đây bị triệt tiêu thì lỗ hổng lại tái xuất hiện), khi cường độ điện trường tiếp tục tăng lên đến một mức nào đó thì lại xuất hiện phóng điện cục bộ tiếp theo Sự phóng điện này lặp đi lặp lại trong vật liệu cách điện

Hình 2.1 Mô hình điện học của hiện tượng phóng điện cục bộ

Hiện tượng phóng điện cục bộ được mô tả một cách đơn giản bằng mạch tương đương như hình vẽ 2.1: a là điện dung của toàn bộ khối vật liệu cách điện, c là điện dung của lỗ bọt khí (hay chỗ khiếm khuyết cách điện) và b là điện dung của vật liệu cách điện nối nối tiếp với c Khi điện áp Vc tăng đủ lớn đến mức tới hạn, lập tức có sự phóng điện

Trang 21

trong bọt khí, tương tự trường hợp c phóng điện và điện áp dọc theo bọt khí triệt tiêu trong khoảng thời gian rất ngắn (từ 1 đến 1000 ns) Quan hệ giữa biên độ phóng điện hay năng lượng phóng điện toàn phần q và điện áp Uc như sau:

Q = b X Uc

Sự phóng điện này tạo ra một xung dòng điện và gây ra thành phần điện áp biến đổi nhanh Sự thay đổi này có thể đo được bằng bộ đo điện áp kiểu điện dung (capacitive voltage divider) và máy biến áp xung

Mặc dù phóng điện cục bộ chỉ diễn ra trong một pham vị hẹp (cục bộ) với một cường

độ yếu, nhưng khi đã phát sinh sẽ tiếp tục phát triển và có thể dẫn tới phá hủy môi trường cách điện

- Có sự bắn phá do các ion trong vật liệu cách điện gây ra phát nhiệt cục bộ có thể dẫn đến sự thay đổi và suy giảm đặc tính hoá học của vật liệu cách điện, tăng tốc độ già hoá của vật liệu Trong trường hợp xấu, điểm phóng điện cục bộ lan rộng dẫn đến phá huỷ dần vật liệu cách điện theo thời gian

- Phóng điện cục bộ gây ra điện trường cao quanh vùng phóng điện có thể dẫn đến phóng điện thứ phát (do tạo ra môi trường dẫn điện xung quanh chỗ phóng điện làm suy yếu tính chất cách điện của điện môi -

Trang 22

hiện tượng cây điện) Hiện tượng này cũng làm xấu các đặc tính điện của vật liệu cách điện và làm tăng tổn hao, tăng nhiệt độ, giảm tuổi thọ của thiết bị

2.4 Phân loại phóng điện cục bộ:

2.4.1 Phóng điện bên trong vật liệu cách điện:

Nguyên nhân phần lớn do lỗi vật liệu cách điện (các vết nứt, bọt khí) xảy ra trong quá trình sản xuất (chất liệu lẫn tạp chất) hoặc sai sót trong quá trình thi công (vệ sinh không tốt, thao tác không đúng kỹ thuật); hiện tượng phóng điện này có thể xảy ra mọi dạng cách điện: thể rắn (lớp XLPE của cáp ngầm, vỏ epoxy của thiết bị, giấy cách điện máy biến áp ), thể lỏng (dầu máy biến áp), thể khí (khí SF6 trong thiết bị GIS)

2.4.2 Phóng điện bề mặt:

Xảy ra trên bề mặt cách điện, nguyên nhân phần lớn do thời tiết, môi trường vận hành thiết bị (khí hậu oi nóng, độ ẩm cao, hoặc ở vùng biển); do thi công sai (tác động lực lớn lên bề mặt cách điện, vệ sinh kém ) thường thấy ở thiết bị như sứ, đầu cáp, giá đỡ cách điện; ngoài ra còn có thể do tiếp xúc xấu

Trang 23

Hình 2.3 Một sổ hình ảnh thực tế của PD trên thiết bị điện

2.6 Các hiện tượng vật lý kèm theo phóng điện cục bộ:

Các hiện tượng thứ phát đi theo hiện tượng phóng điện cục bộ bao gồm hiên tượng

phát sáng, phát âm thanh, sinh ra dòng điện cao tần, sóng điện từ, sổng vô tuyến tần số

radio, tần số siêu cao và tác dụng hỏa học với cách điện lỏng (dầu)

2.7 Các phương pháp phát hiện PD:

Dựa trên các hiện tượng thứ phát, các phương pháp đo PD được phát triển và được

phân chia thành các phương pháp truyền thống và phi truyền thống, bao gồm:

- Phương pháp truyền thống: Đo các xung dòng theo tiêu chuẩn IEC 60270 băng

thông 100 -5- 500 kHz đùng để phát hiện, định lượng, theo dõi xu hướng phát triển

PD Tuy nhiên, thường thì rất khó thực hiện đo dòng trực tiếp khi làm thử nghiệm

tại hiện trường, do đổ trong thực tế khi đo tại hiện trường thường dùng các phương

pháp phỉ truyền thống

- Phương pháp phi truyền thống: dựa trên các đại lượng thứ phát đi theo hiện tượng

PD: đo lường sóng điện từ siêu cao tần - UHF; sóng âm thanh (Acoustic Emission)

Trang 24

2.7.1 Phương pháp đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270 (hình 1.4)

- Đo các xung dòng xuất hiện trong quá trình phóng điện cục bộ

- Các xung dòng phóng điện cục bộ nói trên trong MBA và các thiết bị điện khác có chu kỳ nhỏ hơn 1 ps Tín hiệu PD được thu thông qua Bushing tap hoặc coupling capacitor

- Phương pháp này đo điện tích biểu kiến với giá trị được xác định bằng pC

Hình 2.4 Mạch thử PD cơ bản theo IEC 60270

2.7.2 Phương pháp đo phóng điện cục bộ bằng sóng âm (PD Acoustic):

Hiện tượng phóng điện cục bộ sinh ra các sóng âm với biên độ rất bé và tần số cao Các sóng âm đó sẽ truyền qua các vật liệu cách điện (rắn, lỏng) tới vỏ thiết bị rồi đến các cảm biến được đặt bên ngoài từ đó có thể xác định được hiện tượng phóng điện cục bộ

Bằng việc di chuyển vị trí các cảm biến kết nối với máy định vị PD Acoustic, có thể định vị được tương đối chính xác các điểm phát sinh phóng điện cục bộ bên trong thiết bị điện Phương pháp này sẽ được đế cập rõ hơn ở phần sau

2.7.3 Phương pháp đo phóng điện cục bộ bằng UHF:

Hiện tượng phóng điện cục bộ cũng sinh ra các sóng siêu cao tần (UHF); các xung

PD xuất hiện rất nhanh, với thời gian tăng thậm chí dưới 1 nano giây, do đó, chúng có thể phát ra sóng điện từ có phổ tần số đến 1 GHz hoặc cao hơn

High Voltage Source

Trang 25

Khi có phóng điện bên trong khoang GIS hoặc trong máy biến áp, các xung có thời lượng lên tới 1 ILLS

Mặc dù các cảm biến UHF đo PD bằng sóng vô tuyến, chúng thường được dùng trong phạm vi gần, vì công suất sóng điện từ của tín hiệu PD là không đáng kể Cảm biến UHF có thể được phân loại là bộ phận kết nối bên trong hoặc bên ngoài, tùy theo việc chúng được gắn bên trong hay bên ngoài thiết bị cao áp Các cảm biến UHF bên trong thường được gắn trong quá trình lắp ráp vỏ của các khoang GIS, đôi khi được lắp trong các máy biến áp hoặc cũng có thể được gắn kèm trong các phụ kiện cáp Các cảm biến bên ngoài bao gồm các bộ phận kết nối di động được lắp trong các ngăn kiểm tra hoặc trong các khung kim loại, vỏ các thiết bị cao áp như GIS, thiết bị đóng cắt hoặc động cơ Các cảm biến bên ngoài cũng có thể được ghép nối với vỏ cáp lực và trên các phụ kiện của chúng Đối với máy biến áp, sử dụng cảm biến siêu cao tần (cảm biến UHF) gắn vào van

xả dầu của MBA để lấy tín hiệu PD, kèm theo một bộ kích hoạt (trigger) trong quá trình đo; phương pháp này đo độ lớn phóng điện cục bộ với giá trị được xác định bằng mV

Các cảm biến UHF phổ biến nhất cho ứng dụng này là ăng ten dạng đĩa, thể hiện khả năng chống nhiễu đối với môi trường tiếng ồn vì nó có tính định hướng cao và chỉ đo được sóng điện từ truyền theo một hướng Đây là một lợi thế với các phép đo PD (hình 2.5)

Hình 2.5 Cấu tạo cơ bản của cảm biến UHF dạng đĩa

Tổn hao của các xung PD phụ thuộc vào môi trường cách điện, ví dụ, trong trường hợp của một hệ thống GIS độ suy giảm có thể là 2 dB/m Tuy

Ground plate

Trang 26

nhiên, khi môi trường cách điện ở trạng thái rắn, như trong cáp lực, các thành phần của xung bị suy giảm đáng kể theo khoảng cách Đặc tính này rất hữu ích khi được dùng để xác định vị trí của các nguồn PD trong cáp và phụ kiện bằng phép đo UHF, vì thế phương pháp UHF thích hợp sử dụng để chẩn đoán cáp ngầm (hình 2.6)

Hình 2.6 Mạch thử cáp ngầm dùng phương pháp UHF

2.7.4 Phương pháp phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA):

Xác định được mức độ và dạng phóng điện cục bộ bằng cách phân tích hàm lượng khí hòa tan trong dầu, dựa trên các kết quả phân tích để có hướng xử lý phù họp

Trong quá trình vận hành máy biến áp, dầu cách điện làm việc ở nhiệt độ và cường

độ trường điện từ cao, bị phân hủy tạo thành hydro nguyên tử và các gốc hydrocarbon Các

có các nguồn nhiệt lớn sinh ra trong MBA (quá nhiệt mối nối, phóng điện cục bộ hoặc phóng điện hồ quang ) sự phân hủy diễn ra mạnh hơn và sản sinh thêm khí C2ĨỈ4 và C2ĨỈ2

và thậm chí là cả carbon dạng hạt Giấy cách điện (cellulose) và các vật liệu cách điện rắn

hành máy biến áp mà hàm lượng các khí này sẽ thay đổi nhưng sẽ dao động quanh một giá trị xác định được cho theo bảng 2-1: (Quy trình vận hành - sửa chữa MBA năm 1997 của Tổng công ty điện lực Việt Nam)

r—I L1IF

calibrator

*

Trang 27

Bảng 2-1: Giá trị khi hòa tan tương ứng năm vận hành

Hàm lượng khí hòa tan

Do vậy, kêt quả thí nghiệm vê hàm lượng khí trong dâu cách điện sẽ giúp người quản lý

tan tương ứng với dạng tình trạng vận hành bẩt thường

Ngoài ra , dựa trên tỉ lệ hàm lượng các cặp khí có thể xác định sơ bộ tính chất khiếm khuyết của MBA theo bảng 2-3 dưới đây (Quy trình vận hành - sửa chữa MBA năm 1997 của Tổng công ty điện lực Việt Nam)

Trang 28

Bảng 2-3: Tỉnh chất khiếm khuyết tương ứng với tỉ lệ hàm lượng các cặp khí

lượng thấp

1.0

trong dầu giữa các chỗ

thấp (<150°C)

1.0

Trang 29

nhiệt trong nhiệt độ

2.7.5 Phương pháp đo giá trị dòng cao tân dùng biên dòng cao tân

(HFCT)

Khi xảy ra phóng điện cục bộ, các sóng dòng cao tần cũng truyền tới vỏ thiết bị

đi qua đường nối đất rồi đến biến dòng cao tần được bố trí tại dây nối đất hoặc trung tính MBA; Phương pháp này đo độ lớn phóng điện cục bộ với giá trị được xác định bằng mV, Phương pháp này sẽ được đế cập rõ hơn ở phần sau

2.8 Phân loại các phương pháp phát hiện PD:

Đo phóng điện cục bộ (PD) cho phép phát hiện các khuyết tật cách điện trong máy điện trước khi xảy ra sự cố Nó cũng có thể cải thiện độ tin cậy vận hành của thiết

bị, dự đoán tuổi thọ và kiểm tra thiết bị không phá hủy Phương pháp phát hiện PD đã phát triển trong mỗi loại thiết bị và cáp điện lực Tuy nhiên, dường như không tồn tại phương pháp chung trong phát hiện PD cho tất cả các loại thiết bị điện

PD nói chung là một hiện tượng vật lý và hóa học thoáng qua Một PD thường xảy ra ở một khoảng cách từ vị trí đo và các thông số phóng điện được phát hiện bởi các cảm biến thông qua môi trường bao gồm cấu trúc của thiết bị; các thông số cụ thể là ánh

Trang 30

sáng, sóng điện từ (EM), sóng âm thanh và khí hòa tan sinh ra bởi PD trong một thiết bị điện có thể được phát hiện bởi cáp quang, bộ cảm biến siêu tần số (UHF) , cảm biến phát

xạ âm thanh (AE), cảm biến khí hòa tan , ứng với mỗi loại thiết bị, cần có một phương pháp đo PD riêng, tính năng của từng phương pháp đo được thể hiện ở bảng 2-4

Bảng 2-4: Tinh nẵng các phương pháp đo khác nhau

Phép đo Cảm biến

Phương pháp phát hiện

Đại lượng vật lý

Phổ tần số

Loại thử nghiệm

Đối tượng

Điện

CT tổng trở, điện cực bên trong

Tan so thấp, ERA

MC cách điện khí, cáp ngầm, MBA, SÚCĐ theo tiêu chuẩn IEC

Trang 31

tượng

Biến dòng

Chẩn đoán ngoài

MC cách điện khí, MBA

Foil electrode method

Cáp ngầm, đường dâyCĐ khí

Điện từ

An ten UHF

An ten vòng

An ten nhánh

Phương pháp cảm biến siêu

tan so băng thông hẹp

Sóng điện từ

Các tần số đặc biệt trong dải tần

A

tan so băng thông rộng

Sóng điện từ

Sóng

MC cách điện khí,

Trang 32

tượng điện

Cảm biến khuếch đại rung động

Dao động

âm thanh

DC 20kHz

Xuất xưởng Hiện trường

MC cách điện khí, MBA dầu

Quang

học

Cáp quang

Ánh

hóa học

Cảm biến ion flor

Khí phân rã

Xuất xưởng Hiện trường

MC cách điện khí, MBA cách điện khí

hòa

Xuất xưởng MBA

cách

Trang 33

tượng

Các phương pháp sử dụng tín hiệu điện được phân thành hai loại: i) phương pháp

đo dòng điện và điện áp trong mạch điện, và ii) phương pháp đo sóng điện từ lan truyền trong thiết bị bằng các cảm biến, cụ thể như sau:

- HFCT (High Frequency Current Transformer): dùng biến dòng cao tần, lắp vào các

vị trí tiếp địa vỏ của thiết bị cao áp để nhận tín hiệu dòng cao tần

- TEV (Transient Earth Voltage): sử dụng cảm biến điện dung, dùng lắp vào vỏ thiết

bị điện cao áp để thu nhận tín hiệu PD bên trong

- Inductive coupler, Bushing coupler: cảm biến gắn vào chân sứ thiết bị cao áp để thu nhận tín hiệu UHF và tín hiệu dòng điện, cảm ứng điện từ do PD gây ra trong thiết

bị cao áp

2.9 So sánh các phưong pháp phát hiện PD với từng thiết bị cụ thể:

- Khi so sánh các phương pháp đo PD cho các thiết bị khác nhau, độ nhạy hoặc kỹ thuật có thể khác nhau ngay cả khi áp dụng nguyên tắc đo tương tự Đầu tiên, chúng

ta xét về mặt so sánh áp dụng cho thiết bị

- Đối với thiết bị GIS, nhiều phương pháp đo được sử dụng có lẽ vì phóng điện cục

bộ trong thiết bị này có hình thái tương đối đơn giản và có thể dễ dàng đo từ bên ngoài

- Đối với một máy biến áp dầu sẽ có ít phương pháp được sử dụng hơn vì cấu trúc bên trong của nó phức tạp và kích thước bên ngoài lớn, độ nhạy cho phép đo từ bên ngoài có xu hướng thấp hơn Thêm vào đó, còn có phương pháp phát hiện phổ biến với chi phí hợp lý hơn là phân tích khí trong dầu chiếm ưu thế hơn với các phương pháp phát hiện PD khác

- Đối với cáp điện lực, các phương pháp phát hiện PD đặc trưng được sử dụng vì các đặc tính cách điện và cấu trúc của chúng Đối với các phương pháp phát hiện PD

Trang 34

bằng UHF, AE và phương pháp quang học, giá trị pC được thống kê, báo cáo bởi các phép đo thực hiện đồng thời với phương pháp phát hiện PD bằng IEC60270

- Tiếp đến, chúng ta lại xét về mặt so sánh các phương pháp:

- Người ta biết rằng thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60270 có thể phát hiện dòng PD trong mạch ngoài khi đo ở dây nối đất tại tần số tương đối thấp Mặc dù độ nhạy và

độ phân giải tương đối thấp, phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60270 được sử dụng rộng rãi cho nhiều thiết bị vì một số ưu điểm: khả năng chống nhiễu,

đo lường dễ dàng, và khả năng hiệu chuẩn nhờ các dạng sóng được phân rã

- Phương pháp AE gần đây đã được sử dụng rộng rãi để phát hiện các vật thể lạ trong GIS và xác định vị trí PD trong máy biến áp vì số lượng PD lớn và vận tốc lan truyền thấp trong các thiết bị này

- Độ nhạy PD mong muốn cho thiết bị GIS cao hơn máy biến áp dầu và thấp hơn cáp lực vì điện trường được sử dụng và cấu trúc thiết bị của GIS

- Các kết quả so sánh tương đương giữa các thiết bị cho thấy phương pháp sóng điện

từ cung cấp độ nhạy tuyệt vời và được kỳ vọng sẽ tiến triển trong tương lai mặc dù chúng vẫn là công nghệ mới và đang ở giai đoạn thử nghiệm Và như thế, sự phát triển của công nghệ phát hiện PD bằng sóng điện từ sẽ thích hợp hơn cho cáp điện

2.10 Nhiễu trong thử nghiệm PD và cách khắc phục:

2.10.1 Nguồn gây nhiễu:

Các phép đo định lượng của cường độ phóng điện cục bộ thường bị nhiễu thuộc hai loại:

- Nhiễu xảy ra ngay cả khi mạch thử nghiệm không được cấp điện, ví dụ như khi thao tác đóng điện trong các mạch khác, khởi động máy điện quay, các thử nghiệm bằng điện áp cao trong vùng lân cận, do sóng vô

tuyến, bao gồm cả nhiễu của chính dụng cụ đo đó

- Nhiễu chỉ xảy ra khi mạch thủ nghiệm đuợc đóng điện (đối tuợng thủ không đuợc cấp điện) Những nhiễu này thuờng tăng khi điện áp tăng Chúng có thể do phóng điện cục bộ trong máy biến áp thủ nghiệm, trên dây dẫn điện áp cao hoặc trong sứ xuyên (nếu không phải là một phần của đối tuợng thủ nghiệm) Nhiễu cũng có thể đuợc gây ra do tia lủa điện sinh ra khi nối đất hoặc tiếp xúc phía cao thế không tốt Nhiễu

Trang 35

có thể cũng đuợc gây ra bởi các thành phần họa tần của điện áp thủ nghiệm gần với băng thông của hệ thống đo luờng Các sóng hài cao hơn thuờng có mặt trong nguồn cung cấp mang điện áp thấp do sụ hiện diện của các thiết bị đóng cắt bán dẫn (thyristor, v.v.) cùng với nhiễu khi các tiếp điểm trong mạch phát ra tia lửa khi đóng cắt mạch hoặc do tiếp xúc xấu, đi qua máy biến áp thủ nghiệm vào mạch đo

2.10.2 Phát hiện nhiễu:

• Nhiễu từ nguồn áp độc lập có thể đuợc phát hiện bằng chỉ số đọc trên thiết bị khi mạch thủ nghiệm không đuợc cấp điện Giá trị đọc trên dụng cụ là giá trị đo của những nhiễu loạn này Các nguồn nhiễu phụ thuộc vào điện áp có thể đuợc phát hiện theo cách sau: đối tuợng thủ nghiệm đuợc loại bỏ hoặc thay thế bằng một tụ điện tuơng đuơng không

có PD tại điện áp thủ nghiệm quy định Mạch nên được hiệu chuẩn sau đó được cấp điện tới điện áp thử nghiệm đầy đủ Nếu mức nhiễu vượt quá 50% giá trị PD tối đa cho phép chỉ định cho đối tượng thử nghiệm, thì các biện pháp giảm nhiễu nên được thực hiện Lưu

ý việc trừ đi giá trị nhiễu từ giá trị PD đo được là giải pháp không chính xác

2.10.3 Mức nhiễu:

Không có giá trị nhất định cho cường độ của nhiễu được đưa ra, nhưng như một hướng dẫn chung, nhiễu tương đương với cường độ điện tích biểu kiến riêng lẻ đến hàng trăm picocoulomb có thể có trong các khu vực thử nghiệm không được che chắn, đặc biệt

là trong trường hợp các mạch thử nghiệm có kích thước vật lý lớn Bằng cách sử dụng các

kỹ thuật được mô tả tiếp theo sau đây, nhiễu có thể được giảm đáng kể Trong các phòng thử nghiệm được che chắn với việc áp dụng hiệu quả các phưong pháp để giảm nhiễu, các biện pháp ngăn chặn nhiễu từ nguồn cung cấp và từ các hệ thống điện khác, giới hạn nhiễu được định lượng bằng điện tích biểu kiến q khoảng 1 pC có thể đạt được

2.10.4 Giảm nhiễu:

Có thể giảm nhiễu khi thử PD từ một số giải pháp sau:

- Lắp màn chắn và lọc nhiễu: Giảm nhiễu có thể đạt được bằng cách nối đất phù hợp với tất cả các cấu trúc dẫn điện (kim loại), lọc nguồn cung cấp cho các mạch thử nghiệm và đo lường, cũng không được có các phần nhô ra trong vùng thử nghiệm Tốt nhất là thử nghiệm trong phòng được che chắn nơi tất cả các kết nối điện vào

Trang 36

phòng được thực hiện thông qua các bộ lọc để triệt tiêu nhiễu

- Xử lý và phục hồi tín hiệu dựa trên thiết bị điện tử: Nói chung, trong điều kiện công nghiệp, độ nhạy bị hạn chế bởi sự hiện diện của nhiễu Các phương pháp điện tử khác nhau có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp để tách tín hiệu phóng điện cục bộ thực sự khỏi nhiễu Các phương pháp này chỉ nên được sử dụng cẩn thận để không loại bỏ hoặc làm yếu đi các tín hiệu PD quan trọng Chúng được mô tả dưới đây:

• Phương pháp cửa sổ thời gian: Các dụng cụ được cung cấp một cổng có thể được

mở và đóng tại thời điểm lựa chọn trước để truyền tín hiệu đầu vào hoặc chặn

nó Neu nhiễu xảy ra trong khoảng thời gian đều đặn, cổng có thể được đóng lại trong những khoảng thời gian này Trong các thử nghiệm có điện áp thay đổi, tín hiệu phóng điện cục bộ thực sự thường chỉ xảy ra và lặp lại một cách thường xuyên ở các khoảng thời gian trong các chu kỳ của điện áp thử nghiệm Cửa sổ thời gian chỉ mở trong khoảng thời gian này

• Tính trung bình xung: Nhiễu trong môi trường công nghiệp là ngẫu nhiên, trong khi phóng điện cục bộ thường tái phát ở cùng một giai đoạn trong mỗi chu kỳ của điện áp đặt vào Do đó có thể giảm đáng kể mức độ nhiễu ngẫu nhiên bằng cách sủ dụng kỹ thuật tính trung bình xung

• Lụa chọn tần số: Nhiễu do sóng vô tuyến bị giới hạn ở các băng tần rời rạc nhung vẫn sẽ ảnh huởng đến một phần băng thông rộng của máy phát hiện phóng điện cục bộ nếu tần số truyền sóng nằm trong dải tần số độ nhạy của các dụng cụ đo

Để giảm loại nhiễu này, mức tăng khuếch đại của dụng cụ có thể làm giảm đi bởi các bộ lọc bandstop đuợc điều chỉnh theo tần số nơi xảy ra nhiễu Ngoài ra, các dụng cụ có băng tần hẹp có thể đuợc sủ dụng và đuợc điều chỉnh theo tần số

Trang 37

bỏ nhiễu để xác định chính xác tín hiệu thu được thật sự là PD hay nhiễu ngoài

Đối với bất kỳ thiết bị điện nào, xử lý tín hiệu có ba vai trò: loại bỏ nhiễu, xác định

vị trí phát sinh PD và nhận dạng những vật thể lạ bên ngoài xâm nhập vào thiết bị

- Khử nhiễu: Trong thiết kế phần cứng và lựa chọn tín hiệu đo của các thiết bị thử nghiệm, đối với cáp điện và thiết bị GIS, băng tần cao từ vài MHz đến vài chục MHz được chọn làm tín hiệu để loại bỏ nhiễu, sợi quang được dùng với cáp điện lực để truyền tải tín hiệu đo, tránh bị nhiễu do cảm ứng trong đường truyền tín hiệu Ngoài ra, các mạch lọc tín hiệu kỹ thuật số cũng được áp dụng khá rộng rãi

để loại bỏ nhiễu

- Xác định vị trí PD: Đe so sánh các phương pháp xác định vị trí PD, cần xem xét

sự khác biệt công cụ cho các đối tượng đo Ví dụ, cấu trúc dây cáp điện và đường dây cách điện khí có dạng đường thẳng, trong khi đó của thiết bị GIS và máy biến áp mở rộng theo ba chiều Do đó, cần các công cụ khác nhau để xác định vị trí PD tùy thuộc vào từng loại đối tượng đo Phát hiện PD bằng phương pháp âm thanh có một số lợi thế như khả năng phát hiện từ bên ngoài thiết bị, không nhạy cảm với nhiễu điện từ, độ nhạy cao và có thể xác định vị trí của nguồn phát sinh

PD Phương pháp này được áp dụng cho GIS và máy biến áp Ngoài ra, phương pháp này cho phép dễ dàng phát hiện không chỉ hiện tượng PD mà còn phát hiện

sự chuyển động các hạt kim loại trong thiết bị GIS Mặt khác, đối với cáp điện, các hộp nối cáp có thể được sử dụng để xác định vị trí PD bằng phương pháp phát hiện PD với các điện cực lá (Foil Electrode).Trong phương pháp này, nguồn sinh PD có thể được xác định bằng cách xem xét thời gian truyền xung từ chỗ nối đến nơi đặt thiết bị đo

- Xác định loại khiếm khuyết dẫn đến PD: thể hiện trên 02 mặt chủ yếu là quá trình trích xuất các đại lượng đại diện cho các đặc tính vật lý của PD và quá trình xử

lý tín hiệu để xem xét và đưa ra quyết định Mặt thứ nhất là điển hình hóa các đặc tính về <D-q-n (góc pha điện áp tại thời điểm xét, độ lớn điện tích và tần suất xuất hiện) với từng loại PD để tạo thành tập dữ liệu thống kê Mặt thứ hai là PD được điển hình hóa bằng các ứng dụng CNTT như mạng neural hoặc logic mờ

để làm dữ liệu huấn luyện và ra quyết định dựa vào các tập dữ liệu O-q-n đã được

Trang 38

thu thập trước đó; kết quả thống kê cho thấy độ chính xác của trường hợp sử dụng kết hợp các hệ thống logic mờ và các mạng neural lên đến gần 100%

2.12 Các phương pháp phát hiện PD đang được áp dụng tại Tổng công ty điện lực TPHCM:

- Phương pháp dòng cao tần (HFCT): dùng các biến dòng cao tần lắp vào vị trí tiếp địa vỏ của thiết bị cao áp, dùng được cho các thiết bị: máy biến áp, cáp ngầm cao áp, chống sét, biến dòng điện, biến điện áp cao áp

- Phương pháp đo điện áp quá độ (TEV): cảm biến điện dung lắp ngoài các thiết

bị cao áp, dùng cho các thiết bị GIS, cáp ngầm trung/cao áp

- Phương pháp cảm biến siêu tần số (UHF): lắp ngoài thiết bị, thu nhận tín hiệu sóng điện từ do PD tạo ra, áp dụng cho cáp ngầm, thiết bị GIS

- Phương pháp cảm biến âm thanh (AE): lắp ngoài thiết bị cao áp, thu nhận tín hiệu âm thanh do PD tạo ra, áp dụng cho máy biến áp, tủ hợp bộ

- Phương pháp phân tích khí hòa tan (DGA): Áp dụng với máy biến áp dầu

Trang 39

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ THIẾT BỊ ĐO PHÓNG ĐIỆN CỤC Bộ VỚI MÁY BIẾN ÁP ĐANG ĐƯỢC sử DỤNG TRÊN LỬỚI

3.2 Ưu, nhược điểm của 3 phương pháp trên:

Nói chung, các phương pháp này không phù hợp để định lượng phóng điện cục bộ, nhưng về cơ bản chúng được sử dụng để phát hiện và / hoặc để xác định vị trí phóng điện trong thiết bị

3.2.1Phương pháp phân tích hàm lượng khí cháy hòa tan trong dầu máy biến áp:

Phương pháp này đã được áp dụng từ lâu, đến nay vẫn còn hiệu quả trong việc xác định có phóng điện trong máy biến áp hay không và mức độ già hóa cách điện, tuy nhiên phương pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm sau:

- Không xác định được chính xác thời gian xảy ra phóng điện

- Không thể phân tích và dự báo khuynh hướng phát triển của phóng điện

- Không giám sát theo thời gian thực, dữ liệu thu thập không liên tục, kết quả không đồng nhất

- Không xác định được vị trí xảy ra phóng điện

- Tốn nhiều thời gian phân tích

3.2.2Phương pháp đo giá trị dòng cao tần dùng biến dòng cao tần

(HFCT)

Phương pháp này có ưu điểm là độ nhạy cao, không phụ thuộc vào hình dạng xung như trong các dụng cụ đo PD thông thường, tỷ lệ tín hiệu / nhiễu (SNR) có thể được cải thiện, phân tích dữ liệu theo các dải tần số nhất định, có khả năng phân

Trang 40

tích khuynh hướng PD, có thể áp dụng những dạng thức mẫu của tín hiệu PD, có thể cấu hình cảm biến để khử nhiễu tốt hơn, tuy nhiên phương pháp này lại có nhược điểm là không thể định vị PD một cách chính xác

3.2.3 Phương pháp đo phóng điện cục bộ bằng sóng âm (PD Acoustic):

Phương pháp này có ưu điểm là dễ lắp đặt (thùng biến áp được nối đất; do

đó, các cảm biến có thể được đặt một cách an toàn trên ở bất kỳ điểm nào trên thùng), tín hiệu PD một phần đi qua dầu cách điện của máy biến áp, trên thực tế chúng là miễn nhiễm với nhiễu do corona và nhiễu bới tín hiệu điện từ các nguồn bên ngoài khác, dùng phương pháp này xác định được tốc độ và khuynh hướng lặp lại của xung PD Tuy nhiên, phương pháp này lại có nhược điểm là độ nhạy thấp (khi PD trong dầu thì dùng phương pháp này có thể phát hiện dễ dàng nhưng nếu

PD trong cách điện rắn thì lại gặp khó khăn) Mặt khác, do định vị PD bằng sóng

âm dựa vào tính toán thời gian tới từ nguồn PD đến các cảm biến, như vậy nó phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ truyền sóng âm thanh mà cấu tạo bên trong của máy biến

áp rất phức tạp, không đồng nhất, qua nhiều loại cách điện khác nhau, vì thế với các điểm PD nằm sâu trong cách điện, tín hiệu âm thanh đến cảm biến sẽ đi qua nhiều đường khác nhau, qua nhiều vật cản dẫn đến độ trễ, độ suy hao tín hiệu gây khó khăn cho việc định vị PD, ngoài ra phương pháp này còn phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc của cảm biến và vỏ thùng, còn bị ảnh hưởng bởi các xung động cơ học (mưa, gió, quạt làm mát MBA)

Vì thế, nếu chỉ dùng một trong các phương pháp kể trên cũng chưa đủ tin cậy để người vận hành có thể đưa ra các quyết định cấp thiết liên quan đến vận hành thiết bị trong hệ thống điện, cần phải kết hợp với một số phương pháp phát hiện và định vị nguồn phóng điện khác nhau để chẩn đoán phóng điện cục bộ được hiệu quả và chính xác hơn

3.3 Thiết bị chẩn đoán phóng điện cục bộ đang được sử dụng tại Tổng công ty điện lực TPHCM

Hiện nay, để chẩn đoán phóng điện cục bộ trong máy biến áp, Tổng công ty điện lực TPHCM sử dụng thiết bị Power PD loại TP-500A, thiết bị này sử

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	2,96 MB
File đính kèm	123.rar (26 MB)