Thiết kế hệ thống giám sát từ xa trạng thái máy biến áp sử dụng cảm biến gia tốc

Mở đầu MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Máy biến áp phần quan trọng hệ thống truyền tải điện Khi máy biến áp bị hƣ hỏng làm gián đoạn cung cấp điện liên tục, ảnh hƣởng đến đời sống, kinh tế xã hội vùng, khu vực…Ngoài chi phí cho việc vận chuyển, bảo dƣỡng sửa chữa máy biến áp bị cố cao, tốn tiền bạc thời gian Hiện lƣới điện đối mặt với hệ thống máy biến áp bị lão hóa già cỗi, vận hành với phụ tải tăng cao nơi, nguy cố máy biến áp lƣới điện lớn Bởi vậy, tổng thể việc phân tích, giám sát trạng thái máy biến áp trở lên cần thiết Trong năm gần đây, giới có bƣớc phát triển kỹ thuật nhanh chóng phƣơng diện phép đo, thu thập phân tích liệu để xác định lỗi nhằm đƣa đánh giá kịp thời tình trạng máy biến áp Hiện có nhiều phƣơng pháp để chuẩn đốn tình trạng máy biến áp, nhƣng tựu chung lại chia làm hƣớng Hƣớng thứ phƣơng pháp Online có nghĩa kiểm tra, chuẩn đốn trạng thái máy biến áp mà khơng cần cắt điện Hƣớng thứ hai phƣơng pháp Offline, kiểm tra, chuẩn đoán trạng thái máy biến áp việc cắt điện Đối với việc cắt điện kiểm tra máy biến áp khó thực việc cắt điện ảnh hƣởng tới sản lƣợng phụ tải, tiêu kinh doanh Công ty Điện lực đời sống kinh tế xã hội nhân dân Với lý nêu trên, việc nghiên cứu tìm hiểu phƣơng pháp vừa giám sát, chuẩn đoán đƣợc trạng thái máy biến áp vừa cắt điện máy biến áp cần thiết Sau tác giả xin trình bày nội dung luận văn tốt nghiệp “Giám sát từ xa trạng thái máy biến áp cảm biến gia tốc” - - Mở đầu Mục đích ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu phƣơng pháp giám sát đƣợc trạng thái máy biến áp mà không cần cắt điện thông qua cảm biến gia tốc Từ đƣa thêm phƣơng pháp bổ xung cho phƣơng pháp truyền thống khác để vừa giám sát vừa chuẩn đốn tình trạng vận hành máy biến áp mà khơng cần cắt điện Nội dung đề tài cần giải Đƣa mơ hình giám sát máy biến áp sử dụng cảm biến gia tốc Thiết kế mạch đo, lƣu đồ thuật toán hoạt động vi xử lý cảm biết gia tốc Viết phần mềm để tải liệu phân tích kết đo Luận văn đƣợc bố trí nhƣ sau:  Chƣơng mở đầu  Chƣơng I: Các phƣơng pháp giám sát trạng thái máy biến áp  Chƣơng II: Tổng quan độ rung đặc tính rung động máy biến áp  Chƣơng III: Mơ hình giám sát trạng thái máy biến áp 110kV sử dụng cảm biến gia tốc  Chƣơng IV: Các kết triển khai thử nghiệm  Chƣơng V: Kết luận hƣớng phát triển  Tài liệu tham khảo - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp CHƢƠNG 1: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIÁM SÁT MÁY BIẾN ÁP HIỆN NAY Hiện có nhiều phƣơng pháp giám sát chuẩn đốn tình trạng máy biến áp Trong chƣơng luận văn tóm tắt số phƣơng pháp dùng để giám sát tình trạng máy biến áp (MBA) gồm: Phân tích hàm lƣợng khí hịa tan dầu MBA (DGA), Đo phóng điện cục máy biến áp (PD), Phân tích đáp ứng tần số quét (FRA) 1.1 Phân tích hàm lƣợng khí hòa tan dầu máy biến áp [3] Phƣơng pháp phân tích khí hồ tan (Dissolved Gas Analysis - DGA) hiệu việc chẩn đoán trạng thái hƣ hỏng tiềm ẩn MBA 1.1.1 Khái niệm Trong trình vận hành MBA, dầu cách điện làm việc nhiệt độ cao, cƣờng độ trƣờng điện từ cao, bị phân hủy diễn theo chế phá vỡ mạch C-H C-C tạo thành hydro nguyên tử radical hydrocarbon Các sản phẩm vừa sinh kết hợp với hình thành khí H2, CH4, C2H6… hydrocarbon Khi có nguồn nhiệt lớn sinh MBA (quá nhiệt mối nối, phóng điện cục phóng hồ quang…) phân hủy diễn mạnh sản sinh thêm khí C2H4 C2H2 chí carbon dạng hạt Ngâm dầu có giấy cách điện (cellulose) vật liệu cách điện rắn, trình phân hủy sinh khí CO2, CO 1.1.2 Các ngun nhân gây khí Mỗi dạng hỏng hóc với nguyên nhân hỏng hóc tạo khí đặc trƣng khác dầu MBA Các khí là: H2, O2, N2, CH4, CO, CO2, C2H4, C2H6, C2H2, C3H6 + C3H8 liên quan với cố nhƣ sau:  Các khí đƣợc tạo MBA xảy cố vầng quang: - Tác dụng lên dầu: H2-khí chính, CH4-khí đặc trƣng nồng độ bé - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp - Tác dụng lên giấy: H2, CO, CO2  Các khí đƣợc tạo MBA xảy cố nhiệt: - Tác dụng lên dầu: Khi nhiệt độ thấp (dƣới 300oC) C2H6-khí chính, CH4-khí đặc trƣng với nồng độ cao, C2H4-khí đặc trƣng với nồng độ thấp Khi nhiệt độ dầu cao (trên 300oC) C2H4-khí chính, H2-khí đặc trƣng nồng độ thấp, C2H2 CH4-khí đặc trƣng nồng độ thấp đến cao - Tác dụng lên giấy: CO-khí chính, CO2-khí đặc trƣng  Các khí đƣợc tạo MBA xảy cố hồ quang điện: - Tác dụng lên dầu: H2 C2H2-khí (các khí phân huỷ có lƣợng lớn), CH4 C2H4-khí đặc trƣng nồng độ cao - Tác dụng lên giấy: CO-khí đặc trƣng có nồng độ cao, CO2-khí đặc trƣng có nồng độ bé 1.1.3 Các phương pháp phân tích khí hịa tan Hiện có nhiều phƣơng pháp chẩn đoán cố MBA dựa vào DGA, phƣơng pháp phổ biến là:  Phương pháp tỷ số: Các tỷ số đƣợc định nghĩa bảng 1, nồng độ giới hạn khí đƣợc cho bảng Trong thực tế, nhiều hệ chuyên gia kiểm tra nồng độ khí H2, CH4, C2H2, C2H4 thay khí Bảng 1: Định nghĩa tỷ số Tỷ số CH4/H2 C2H2/C2H4 C2H2/CH4 C2H6/C2H2 C2H4/C2H6 Ký hiệu R1 R2 R3 R4 R5 - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp Bảng 2: Nồng độ khí hồ tan Khí H2 CH4 CO C2H2 C2H4 C2H4 Giới hạn (ppm) 100 120 350 35 50 65  Phương pháp tỷ số ban đầu: gồm có khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4, R5  Phương pháp Dornenburg: gồm khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4 (bảng 3)  Phương pháp Rogers gốc: gồm khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4 với R4 = C2H6/CH4  Phương pháp Rogers sửa đổi: giống nhƣ phƣơng pháp Rogers gốc nhƣng dùng chữ số để mã hoá dùng bảng) Bảng 3: Phương pháp hệ số Dornenburg Sự cố R1 R2 R3 R4 Nhiệt phân > 1,0 < 0,75 < 0,3 > 0,4 Vầng quang < 0,1 Không dùng < 0,3 > 0,4 Hồ quang điện > 0,1 < 1,0 > 0,75 > 0,3 < 0,4  Các phương pháp khác: biểu đồ khí, khí đặc trƣng, phân tích khí nhiên liệu tổng (Total Combustible Gas Analysis - TCGA) 1.1.4 Kết luận Việc kiểm tra hàm lƣợng khí dầu cách điện giúp ngƣời quản lý vận hành chẩn đốn sớm tình trạng vận hành MBA Kỹ thuật phân tích khí hịa tan dầu cách điện theo dõi tốc độ sinh khí cháy giúp ta phán đoán cách chặt chẽ nguyên nhân khí sinh ra, đánh giá độ hƣ hỏng MBA để có biện pháp - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp khắc phục đảm bảo cho MBA vận hành an toàn đạt hiệu kinh tế cao lƣới điện DGA phƣơng pháp chẩn đốn MBA xác với ƣu điểm cắt điện MBA mà cần lấy mẫu dầu lúc MBA vận hành 1.2 Đo phóng điện cục máy biến áp [1] 1.2.1 Khái niệm phóng điện cục Phóng điện cục (Partial Discharge - PD) tƣợng đánh thủng điện môi cục phần nhỏ hệ thống cách điện rắn lỏng dƣới tác dụng ứng suất điện áp cao, nối tắt phần điện cực Trong thời gian xuất phóng điện cục bộ, lƣợng tiêu tán chỗ thay đổi kiểu loại tín hiệu nhƣ xung dòng điện Điện áp rơi qua điện cực, xuất xạ điện từ, tín hiệu quang, lƣợng âm 1.2.2 Các phương pháp để phát PD Phương pháp truyền thống Đo PD truyền thống đề cập tới phƣơng pháp đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270, tức đo điện tích biểu kiến cảm ứng mạch đo Điện tích biểu kiến q xung PD điện tích đƣa vào thời gian ngắn điểm nối thiết bị đƣợc thí nghiệm mạch đo cụ thể, cho giá trị đọc thiết bị đo nhƣ xung dòng điện PD thân Đơn vị đo thƣờng pC Do khơng thể đo PD trực tiếp, phƣơng pháp sử dụng mạch đo tƣơng đƣơng Mặc dù điện tích biểu kiến đo đƣợc tổng trở đo (measuring impedance) khó có quan hệ xác tuyệt phóng điện thực bên đối tƣợng thử, tăng tuyến tính điện tích biểu kiến đồng nghĩa với xảy PD với biên độ cao hơn, từ đánh giá đƣợc mức độ nguy hiểm tƣợng PD Tiêu chuẩn IEC 60270 đề cập tới xác định mạch đo, đại lƣợng đo, qui trình hiệu chuẩn Phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi trƣờng phịng thí nghiệm - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp Đo PD theo IEC 60270 phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều thập kỉ qua Các cảm biến đo sử dụng phƣơng pháp thiết bị tụ ghép tầng (capacitive coupling devices) đƣợc lắp sứ nhƣ hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ mạch đo PD ty sứ theo khuyến cáo IEC 60270 đó: U : Nguồn cao áp hạ áp Zmi: Tổng trở đo CC: Cáp nối Ca: Thiết bị đƣợc thử Ck: Tụ phía cao Cm: Tụ song song với tổng trở đo CD: Thiết bị ghép tầng MI: Thiết bị đo Z : Thiết bị lọc cao áp Phương pháp phi truyền thống Bên cạnh phƣơng pháp đo PD truyền thống, nhiều phƣơng pháp đo PD khác đƣợc phát triển, bao gồm điện (electrical - HF/VHF/UHF), âm (acoustic), quang (optical), hóa học (chemical) Một vài phƣơng pháp (Electrical/Acoustic) đƣợc tiêu chuẩn hóa tƣơng lai gần IEC 62478 Các phƣơng pháp có đặc tính đo tốt hơn, đặc biệt hệ số nhiễu tín hiệu nên phù hợp với đo thiết bị - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp điện on-site on-line, nơi bị ảnh hƣởng mạnh nhiễu đến tín hiệu đo Đặc biệt phƣơng pháp đo sóng điện từ sóng âm đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế phƣơng pháp cung cấp đủ thông tin liên quan tới tồn PD khả định vị gần nhƣ tất thiết bị hệ thống điện Do phần lớn nhiễu đo PD on-site on-line dải tần số thấp nên việc đo dải tần cao với HF/VHF/UHF cho kết tốt hệ số nhiễu tín hiệu Đƣợc hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 62478 tƣơng lai gần, phƣơng pháp đo PD phi truyền thống đƣợc sử dụng rộng rãi thống Nhƣợc điểm phƣơng pháp phi truyền thống phƣơng pháp đo phụ thuộc vào thiết bị đƣợc thử khác Do hệ thống đo đƣợc tất thiết bị điện cao áp đắt so với phƣơng pháp truyền thống Ngoài ra, phần lớn phƣơng pháp đo phi truyền thống khả hiệu chuẩn để đƣa biên độ đại lƣợng PD cố, nên đƣa định xử lí phù hợp (đạt hay khơng đạt) Phương pháp đo phóng điện cục sóng âm (PD Acoustic)  Hiện tƣợng phóng điện cục sinh sóng âm với biên độ bé tần số cao Các song âm truyền qua vật liệu cách điện (rắn, lỏng) truyền tới vỏ thùng MBA đến sensor đƣợc bố trí thích hợp Bằng việc di chuyển vị trí sensor kết nối với máy định vị PD Acoustic định vị đƣợc tƣơng đối xác điểm phát sinh phóng điện cục bên MBA  Ngồi ra, sóng âm truyền tới vỏ qua đƣờng nối đất vỏ thiết bị đến biến dịng cao tần đƣợc bố trí dây nối đất trung tính MBA;  Phƣơng pháp đo độ lớn phóng điện cục với giá trị đƣợc xác định mV Phương pháp đo phóng điện cục UHF  Hiện tƣợng phóng điện cục sinh sóng siêu cao tần (UHF); - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp  Sử dụng cảm biến siêu cao tần (UHF sensor) gắn vào van xả dầu MBA để lấy tín hiệu PD, kèm theo kích hoạt (trigger) trình đo  Phƣơng pháp đo độ lớn phóng điện cục với giá trị đƣợc xác định mV 1.3 Phân tích đáp ứng tần số quét máy biến áp [2] 1.3.1 Khái niệm Việc tính nguyên vẹn học ban đầu MBA lực nhƣ biến dạng cuộn dây, dịch chuyển lõi thép,… tác động lực điện lớn, mà nguyên nhân dịng điện cố, việc co ngót cuộn dây dẫn đến việc nới lỏng lực ép, vấn đề nảy sinh trình vận chuyển lắp đặt gây nên Sự biến dạng cuộn dây việc dịch chuyển lõi thép không đƣợc phát sớm thƣờng chuyển thành hƣ hỏng điện môi nhiệt Loại hƣ hỏng thay đổi đƣợc có khắc phục cách đại tu MBA nhƣ quấn lại cuộn dây, sửa chữa lại lõi thép thay hồn tồn máy biến áp Vì cần thiết phải kiểm tra nguyên vẹn MBA lắp đặt sau trình vận chuyển, nhƣ MBA vận hành cách định kỳ đặc biệt sau cố ngắn mạch, nhằm đánh giá tình trạng bất thƣờng đƣa cảnh báo sớm hƣ hỏng xảy Đã chục năm nay, hãng chế tạo thiết bị chẩn đoán MBA giới đƣa áp dụng kỹ thuật để giải hiệu vấn đề này, “Kỹ thuật phân tích đáp ứng tần số” (FRAFrequency Response Analysis) 1.3.2 Cơ sở việc phân tích đáp ứng tần số MBA đƣợc xem mạng lƣới phức hợp bao gồm phần tử RLC Những đóng góp vào mạng lƣới phức hợp RLC xuất phát từ điện trở cuộn dây đồng; điện cảm cuộn dây điện dung có từ lớp cách điện bối dây, cuộn dây với nhau, cuộn dây lõi thép, lõi thép vỏ thùng, thùng máy cuộn dây, v.v Tuy nhiên, sử dụng - - Chương 1: Các phương pháp giám sát máy biến áp mạch đẳng trị đƣợc đơn giản hóa với phần tử RLC gộp lại nhƣ minh họa hình 1.2 để giải thích cách xác nguyên lý kỹ thuật đáp ứng tần số Hình 1.2: Mạch đẳng trị đơn giản hóa với phần tử RLC gộp lại Bất kỳ dạng hƣ hỏng mặt vật lý MBA dẫn đến thay đổi mạng lƣới RLC Những thay đổi mà tìm kiếm sử dụng đáp ứng tần số để làm bật thay đổi nhỏ lƣới RLC bên MBA Đáp ứng tần số đƣợc tiến hành cách đặt tín hiệu điện áp thấp có tần số thay đổi vào cuộn dây MBA đo hai tín hiệu đầu vào đầu Tỷ số hai tín hiệu cho ta đáp ứng yêu cầu Tỷ số đƣợc gọi hàm truyền MBA từ ta thu đƣợc giá trị độ lớn góc pha Với tần số khác nhau, mạng lƣới RLC cho mạch tổng trở khác Vì lý đó, hàm truyền tần số đơn vị đo lƣờng tổng trở thực mạng lƣới RLC MBA - 10 - Chương 4: Một số kết triển khai thử nghiệm Hình 4.19: Đặc tính phổ biên độ cửa số tín hiệu 60s Từ kết phân tích đặc tính phổ nhƣ hình 4.19, ta thấy có đỉnh phổ rõ vị trí 30Hz, đỉnh phổ nhỏ 100Hz đỉnh phổ lớn gần vị trí 200Hz, 210Hz, 400Hz 420Hz Kết tƣơng đối phù hợp với lập luận lý thuyết MBA rung động theo tần số gấp đơi tần số tín hiệu điện (  50  100 Hz) hài tần số Kết khác tần số rung động 30Hz, ta tạm nhận định tần số rung động riêng kết cấu khí máy biến áp Đồng thời hài bậc cao tần số quan sát đƣợc 210Hz 420Hz Để khảo sát lặp lại quan sát nhận xét đỉnh phổ tần số, ta tiến hành phân tích xác định đỉnh phổ cho tất đoạn phút tín hiệu (tổng cộng 196 đoạn liên tiếp đƣợc thu thập) kết đƣợc thể hình 4.20 - 68 - Chương 4: Một số kết triển khai thử nghiệm Hình 4.20: Đồ thị biến thiên đỉnh phổ theo thời gian đo Trên hình 4.20 biến thiên giá trị đỉnh phổ đƣợc xét tới Ta nhận thấy đỉnh phổ tƣơng đối cố định, biến thiên nhỏ q trình khảo sát Do coi đỉnh phổ đặc trƣng máy biến áp trình làm việc bình thƣờng Khảo sát mức độ biến thiên tín hiệu rung động trục trình 196 phút nhƣ hình 4.21 Ta thấy đƣợc thay đổi rõ giá trị trung bình Trên hình 4.21 ta có giá trị trung bình P Q đo đƣợc máy biến áp Ta thấy thời gian đo, giá trị cơng suất MBA thay đổi theo tải, ảnh hƣởng tới mức độ rung động Khi công suất MBA tăng, mức độ rung động tăng theo Tuy nhiên thời gian đo liên tục đƣợc ngắn nên khảo sát bƣớc đầu Sự phụ thuộc cụ thể mức độ - 69 - Chương 4: Một số kết triển khai thử nghiệm rung động vào công suất tiêu thụ hay công suất phản kháng cần đƣợc khảo sát tiếp tục để kết có đƣợc độ tin cậy cao Hình 4.21: Đồ thị mức dao động máy biến áp T2 196 phút biến thiên với biểu đồ phụ tải - 70 - Chương 5: Kết luận hướng phát triển CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Hiện có nhiều phƣơng pháp giám sát trạng thái MBA, kể phƣơng pháp truyền thống phi truyền thống Phƣơng pháp đo độ rung máy biến áp chƣa đƣợc phát triển nhƣng phƣơng pháp dùng để giám sát online tình trạng vận hành MBA, từ có phát hƣ hỏng khí cuộn dây, mạch từ MBA Ƣu điểm phƣơng pháp giám sát lúc MBA vận hành, theo dõi độ rung máy MBA mang tải thời điểm khác Xây dựng đáp ứng rung động chuẩn, hiểu nhƣ tạo mẫu tín hiệu chuẩn để làm sở đánh giá so sánh, đối chiếu đáp ứng rung động lần đo khác Nghiên cứu đặc tính rung động MBA tạo phƣơng pháp giám sát trạng thái MBA Do thị trƣờng chƣa có thiết bị chuyên dụng để đo độ rung cho MBA, nên phạm vị đề tài này, tác giả tập chung nghiên cứu vấn đề  Thiết bị: Chế tạo thiết bị đo độ rung sở sử dụng cảm biến gia tốc Thiết bị có khả thu thập số liệu, lƣu trữ liệu thẻ nhớ  Chương trình phần mềm: Viết phần mềm thu thập số liệu từ thẻ nhớ lên máy tính phần mềm để truy xuất liệu dạng đồ thị phổ tần số 5.2 Hƣớng phát triển Vì phƣơng pháp mới, thời gian có hạn tác giả gặp nhiều khó khăn thực luận văn này, luận văn nhiều hạn chế Nếu có thêm thời gian thực hiện, tác giả phát triển hoàn thiện để kỳ vọng phƣớng pháp kết hợp với số phƣơng pháp truyền thống khác đánh giá xác tình trạng khí cuộn dây, mạch từ MBA Một số hƣớng phát triển luận văn là: - 71 - Chương 5: Kết luận hướng phát triển  Cải thiện thiết kế thiết bị để có phần cứng nhỏ gọn, chắn để dễ dàng lắp đặt Thiết bị đƣợc bổ sung lớp màng kim loại chống nhiễu, chịu đƣợc mƣa môi trƣờng khắc nghiệt  Thiết kế lại theo định hƣớng giảm tiêu tốn lƣợng để cần sử dụng nguồn pin ắc-qui để chủ động linh hoạt lắp đặt  Tăng tốc độ đƣờng truyền số liệu từ thiết bị máy tính,  Tích hợp phần mềm đọc liệu phần mềm truy suất liệu Có giao diện thị đặc tính rung động thu đƣợc từ thiết bị đo dƣới dạng độ thị Hiển thị nhiều đáp ứng rung động đồ thị, có thêm tính giúp ngƣời sử dụng so sánh trực quan đáp ứng với đáp ứng mẫu - 72 - Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Công ty ENTEC, Các phƣơng pháp đo phóng điện cục MBA, 2014 Công ty ENTEC, Những kinh nghiệm với ứng dụng thực tế phân tích đáp ứng tần số quét cho máy biến áp, 2014 Đinh Thành Việt, Nguyễn Quốc Tuấn Nguyễn Văn Lê, Ứng dụng mạng nơ rơn chuẩn đốn cố tiềm ẩn Máy biến áp điện lực, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, số 1(9), trang 53-57, Đà Nẵng, 2005 TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI Joung Taek Yoon, Kyung Min Park, Byeng D Youn, Wook-Ryun Lee, Diagnostics of Mechanical Faults in Power Transformers - Vibration Sensor Network Design under Vibration Uncertainty, European Conference of the Prognostics and Health Management Society, pp – 7, 2014 Belen Garcıa, Juan Carlos, Angel Alonso, Winding deformations detection in power transformers by tank vibrations monitoring, Eletric Power Systems Research, vol 74, pp 129 – 138, 2005 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích ý nghĩa thực tiễn Nội dung đề tài cần giải CHƢƠNG 1: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIÁM SÁT MÁY BIẾN ÁP HIỆN NAY 1.1 Phân tích hàm lƣợng khí hịa tan dầu máy biến áp [3] 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các nguyên nhân gây khí 1.1.4 Kết luận 1.2 Đo phóng điện cục máy biến áp [1] 1.2.1 Khái niệm phóng điện cục 1.2.2 Các phương pháp để phát PD 1.3 Phân tích đáp ứng tần số quét máy biến áp [2] 1.3.1 Khái niệm 1.3.2 Cơ sở việc phân tích đáp ứng tần số 1.3.2 Phạm vi áp dụng phương pháp 11 1.3.3 Kết luận 12 1.4 Kết luận chung 12 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ RUNG VÀ ĐẶC TÍNH RUNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 13 2.1 Tổng quan tƣợng rung máy biến áp 13 2.1.1 Rung động cuộn dây 13 2.1.2 Rung động lõi thép 14 2.2 Nhu cầu giám sát độ rung máy biến áp 15 2.3 Xác định đặc tính rung động máy biến áp 16 2.3.1 Sơ đồ thực nghiệm 16 2.3.2 Kết thực nghiệm 18 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH GIÁM SÁT MÁY BIẾN ÁP 110KV SỬ DỤNG CẢM BIẾN GIA TỐC 27 3.1 Cảm biến gia tốc 27 3.1.1 Giới thiệu Cảm biến gia tốc 27 3.1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến gia tốc kiểu tụ 28 3.1.3 Ứng dụng cảm biến gia tốc 33 3.1.4 Lựa chọn cảm biến gia tốc 33 3.2 Sơ đồ khối hệ thống đo 35 3.3 Nguyên lý hoạt động số phần tử thiết bị đo 36 3.3.1 Khối cảm biến: 36 3.3.2 Bộ nhớ 38 3.3.3 Khối Realtime 39 3.3.4 Khối LCD 40 3.3.5 Khối nguồn 40 3.3.6 Khối vi xử lý trung tâm 40 3.3.6 Khối truyền thông 42 3.4 Sơ đồ nguyên lý 43 3.4.1 Mạch nguyên lý 43 3.4.2 Mạch in 45 3.5 Lƣu đồ thuật toán hoạt động vi xử lý cảm biến gia tốc 46 3.6 Các phần mềm PC 47 3.7 Phƣơng pháp phân tích phổ Fourier ứng dụng phân tích tín hiệu đo cảm biến gia tốc 47 CHƢƠNG IV: MỘT SỐ KẾT QUẢ TRIỂN KHAI VÀ THỬ NGHIỆM 49 4.1 Phần cứng 49 4.2 Phần mềm vi xử lý 51 4.3 Phần mềm PC để tải liệu 52 4.4 Chƣơng trình MALAB phân tích kết đo 54 4.5 Các kết đo 57 4.5.1 Máy biến áp T2 trạm 110kV Quế Võ – Bắc Ninh 57 4.5.2 Máy biến áp T1 trạm 110kV Yên Phong – Bắc Ninh 59 4.5.3 Máy biến áp T2 trạm 110kV Xa La – Hà Nội 61 4.5.4 Máy biến áp T1 trạm 110kV Xa La – Hà Nội 63 4.6 Các kết tính tốn 66 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 71 5.1 Kết luận 71 5.2 Hƣớng phát triển 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ mạch đo PD ty sứ theo khuyến cáo IEC 60270 Hình 1.2: Mạch đẳng trị đƣợc đơn giản hóa với phần tử RLC đƣợc gộp lại 10 Hình 2.1: Mạch từ cuộn dây máy biến áp 13 Hình 2.2: Đồ thị quan hệ chiều dài cảm ứng từ 15 Hình 2.3: Hệ thống thử nghiệm đo độ rung 16 Hình 2.4: Cảm biến lắp bên để đo độ rung cuộn dây 17 Hình 2.5: Cảm biến lắp bên để đo độ rung lõi thép 17 Hình 2.6: Các cảm biến lắp đặt bên máy biến áp 18 Hình 2.7: Cảm biến rung lắp đặt bên vỏ máy biến áp 18 Hình 2.8: Rung động lõi thép theo hƣớng dọc trục trụ gông từ 19 Hình 2.9: Rung động lõi thép theo hƣớng xuyên tâm trụ trái gơng từ 19 Hình 2.10: Rung động lõi thép theo hƣớng xuyên tâm thẳng góc trụ trái gơng từ 20 Hình 2.11: Rung động cuộn dây pha theo hƣớng dọc trục 21 Hình 2.12: Rung mặt trƣớc cuộn dây theo hƣớng xuyên tâm thẳng góc với lõi thép 21 Hình 2.13: Kết đo rung động phía mặt máy 22 Hình 2.15: Rung động dọc trục cuộn dây pha máy biến áp mang tải 23 Hình 2.16: Rung động xuyên tâm cuộn dây pha máy biến áp mang tải 24 Hình 2.17: Rung động vỏ MBA đo phía mặt đáy 25 Hinh 2.18: Rung động vỏ MBA đo phía mặt 25 Hình 3.1: Mơ hình giám sát trạng thái MBA sử dụng cảm biến gia tốc 27 Hình 3.2: Một số loại cảm biến gia tốc 28 Hình 3.3: Tụ điện phẳng 28 Hình 3.4: Cách xác định thành phần trực giao véc-tơ gia tốc 29 Hình 3.5: Gia tốc 30 Hình 3.6: Vận tốc 30 Hình 3.7: Độ dịch chuyển 30 Hình 3.8: Hệ khối lƣợng – lò xo đƣợc dùng để đo gia tốc 31 Hình 3.9: Mơ hình tụ điện đơn hai tụ điện nối tiếp 32 Hình 3.10: Sơ đồ khối cảm biến gia tốc dòng MPU-60X0 33 Hinh 3.11: Sơ đồ khối hệ cảm biến chuyển động 34 Hình 3.12: Sơ đồ khối hệ thống đo 36 Hình 3.13: Hình ảnh thực tế cảm biến gia tốc MPU6050 36 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý khối MPU 6050 38 Hình 3.15: Thẻ nhớ dung lƣợng cao SD 38 Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý thẻ nhớ SD 39 Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý khối Realtime DS1307 39 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý khối LCD 40 Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 40 Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý PSoC CY8C29566 42 Hình 3.21: Sơ đồ ngun lý khối truyền thơng PL2302 43 Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lý 44 Hình 3.23: Mặt mạch in 45 Hình 3.24: Mặt dƣới mạch in 45 Hình 3.25: Thuật tốn Vi xử lý cảm biến gia tốc 46 Hình 4.1: Khối cảm biến 49 Hình 4.2: Khối Vi xử lý 50 Hình 4.3: Khối Vi xử lý chƣa đóng hộp 50 Hình 4.4: Khối cảm biến chƣa đóng hộp 51 Hình 4.5: Hệ thống đo sử dụng cảm biến gia tốc 51 Hình 4.6: Sử dụng phần mềm MPU 6050 để đọc liệu từ thiết bị đo độ lên máy tính qua cổng truyền thông USB 52 Hình 4.7: Giao diện lúc khởi động hình 53 Hình 4.8: Giao diện thiết lập thơng số 53 Hình 4.9: Giao diện lúc đọc thơng số từ thiết bị đo lên máy tính 54 Hình 4.10: Thơng số máy biến áp T2- Quế Võ – Bắc Ninh 58 Hình 4.11: Vị trí gắn cảm biến gia tốc MBA T2 Quế Võ – Bắc Ninh 59 Hình 4.12: Máy biến áp T1- Yên Phong – Bắc Ninh 60 Hình 4.13: Mác máy biến áp MBA T1 Yên Phong – Bắc Ninh 61 Hình 4.14: Máy biến áp T2 trạm 110kV Xa La – Hà Nội 62 Hình 4.15: Vị trí gắn cảm biến gia tốc MBA T2 Trạm Xa La – Hà Nội 63 Hình 4.16: Máy biến áp T1 trạm 110kV Xa La – Hà Nội 65 Hình 4.17: Vị trí gắn cảm biến gia tốc MBA T1 Trạm Xa La – Hà Nội 66 Hình 4.18: Tín hiệu thu đƣợc từ accelerometer (trục x) phút 67 Hình 4.19: Đặc tính phổ biên độ cửa số tín hiệu 60s 68 Hình 4.20: Đồ thị biến thiên đỉnh phổ theo thời gian đo 69 Hình 4.21: Đồ thị mức dao động máy biến áp T2 196 phút biến thiên với biểu đồ phụ tải 70 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp ngƣời khác Trong suốt trình thực luận văn này, tác giả nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quan tâm quý thầy cô Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi đến thầy giáo PGS.TSKH Trần Hoài Linh lời cảm ơn chân thành Nếu khơng có bảo giúp đỡ nhiệt tình thầy luận văn khó hồn thành đƣợc Một lần tác giả xin chân thành cám ơn thầy giáo PGS.TSKH Trần Hồi Linh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan thuyết minh trình tìm hiểu dựa hƣớng dẫn từ Thầy giáo hƣớng dẫn tài liệu tham khảo trích dẫn Kết tính tốn trung thực tơi tìm hiểu tài liệu Tác giả, Học viên TRẦN BÌNH DƢƠNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng : Định nghĩa tỷ số ……………………………………………………………… Bảng : Nồng độ khí hịa tan…………………………………………………………….5 Bảng : Phƣơng pháp hệ số Dornenburg……………………………………………… ĐỊNH NGHĨA VÀ TỪ VIẾT TẮT MBA : Máy biến áp PD : Partial Discharge FRA: Frequency Response Analysis DCA: Dissolved Gas Analysis IEC: International Electrotechnical Commission TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam RLC: Mạch gồm phần tử điện trở, cuộn kháng tụ điện MEMS: Micro ElectroMechanical Systems UHF: Ultra high frequency ... giám sát máy biến áp 110kV sử dụng cảm biến gia tốc CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH GIÁM SÁT MÁY BIẾN ÁP 110KV SỬ DỤNG CẢM BIẾN GIA TỐC Để đo rung động biến áp cần thiết phải đặt cảm biến gia tốc bên máy biến. .. biến áp sử dụng cảm biến gia tốc nhƣ hình 3.1: Hình 3.1: Mơ hình giám sát trạng thái MBA sử dụng cảm biến gia tốc 3.1 Cảm biến gia tốc 3.1.1 Giới thiệu Cảm biến gia tốc MEMS sensor hệ thống cảm. .. 12MHz U D C L VCC_PC Chương 3: Mơ hình giám sát máy biến áp 110kV sử dụng cảm biến gia tốc Chương 3: Mơ hình giám sát máy biến áp 110kV sử dụng cảm biến gia tốc 3.4.2 Mạch in Hình 3.23: Mặt mạch