Đang tải... (xem toàn văn)
So sánh kết quả tính toán và dữ liệu đo cho sai lệch bé xác nhận tính khả thi trong ứng dụng chương trình vào giám sát chế độ nhiệt của máy biến áp.. Từ khóa:.[r]
(1)XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ NHIỆT MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CỦA IEC
BUILDING PROGRAM FOR THERMAL CALCULATION OF POWER TRANSFORMER BASED ON THE IEC DYNAMIC THERMAL MODEL
Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Đăng Toản, Lê Nguyễn Thành Trung
Trường Đại học Điện lực
Ngày nhận bài: 19/9/2018, Ngày chấp nhận đăng: 20/12/2018, Phản biện: TS Dương Trung Kiên
Tóm tắt:
Bài báo trình bày kết xây dựng chương trình tính tốn nhiệt độ điểm nóng độ suy giảm tuổi thọ máy biến áp dựa mô hình động IEC 60076-7 Chương trình tính tốn xây dựng dựa mơ hình tích phân chế độ nhiệt máy biến áp Để xác nhận tính hợp lệ, kết tính tốn chương trình so sánh với kết cho tiêu chuẩn Sau thơng số mơ hình nhiệt máy biến áp truyền tải thực tế 600MVA - 500kV với kiểu làm mát ONAF lựa chọn để tính tốn So sánh kết tính tốn liệu đo cho sai lệch bé xác nhận tính khả thi ứng dụng chương trình vào giám sát chế độ nhiệt máy biến áp
Từ khóa:
Độ suy giảm tuổi thọ, máy biến áp, mô hình động chế độ nhiệt, nhiệt độ điểm nóng
Abstract:
This paper introduces the results of building a program for calculating the hot-spot temperature and loss of life of power transformer based on the dynamic thermal model of IEC60076-7 The program is developed on the basis of thermal differential equations of the transformer To validate the program, calculating results are compared to those given by the standard Afterwards, the parameters of the model of a real transformer 600 MVA - 500 kV with cooling method of ONAF is selected to calculate The comparison between simulating result and measurement provides with small error that the program can be feasibly applied to the monitoring thermal behavior of the transformer
Key words:
Loss of life, power transformer, thermal dynamic model, hot-spot temperature 1 MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điện, máy biến áp (MBA) phần tử quan trọng trình truyền tải, phân phối điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ Hơn nữa, cố hư hỏng MBA gây hậu nặng
(2)Một thông số quan trọng để đánh giá tình trạng vận hành MBA nhiệt độ bên máy Nghiên cứu chế độ nhiệt MBA hình thành từ lâu tính toán chế độ nhiệt hướng dẫn tiêu chuẩn IEC-60076-7 [1] hay tiêu chuẩn IEEE Std C57.92-1981 [2]
Ngồi mơ hình động tính tốn chế độ nhiệt cịn đề xuất nhiều nghiên cứu mơ hình tuyến tính theo hướng dẫn IEEE [3], mơ hình Swift [4], mơ hình đơn giản hóa Susa [5] Ưu điểm mơ hình tuyến tính đơn giản, khối lượng tính tốn nhỏ dễ dàng sử dụng giám sát nhiệt độ trực tuyến Tuy nhiên, mơ hình áp dụng giả thiết đơn giản hóa coi số thời gian dầu không thay đổi theo điều kiện vận hành khác nên có hạn chế độ xác tính toán Các nghiên cứu [4] [5] đưa cách tính tốn dựa phương trình vi phân xuất phát từ nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên Đặc biệt mơ hình [5] cịn xét đến ảnh hưởng độ nhớt dầu mơ hình tính tốn Nhược điểm phương pháp không xét đến đối lưu cưỡng thay đổi điện trở nhiệt Hơn phương trình mơ tả có dạng phi tuyến việc xác định thơng số q trình phức tạp Ngồi nghiên cứu vừa qua tìm thấy phương pháp cải tiến tính tốn chế độ nhiệt dựa mơ hình xây dựng sở tượng vật lý bên MBA có xét đến biến thiên điện trở nhiệt Tuy nhiên phương pháp thường kèm với cấu trúc mơ hình tính tốn phức tạp
một số trường hợp thông số đầu vào mô hình khó xác định
Mơ hình tính toán chế độ nhiệt MBA theo tiêu chuẩn IEC áp dụng lâu, mơ hình lựa chọn sử dụng báo Các kết tính tốn theo mơ hình IEC có sai lệch bé so với liệu đo thực tế [1] Hơn nữa, tiêu chuẩn thường xuyên bổ sung cập nhật để hồn thiện độ xác tính tốn
Đóng góp nghiên cứu xây dựng chương trình tính tốn chế độ nhiệt dựa cấu trúc mơ hình tiêu chuẩn giới thiệu mục Trong mục này, báo giới thiệu ứng dụng tính tốn giám sát nhiệt độ điểm nóng độ suy giảm tuổi thọ cho MBA Trong mục 3, sau xác nhận tính hợp lệ chương trình, nhiệt độ lớp dầu MBA truyền tải thực tế tính tốn chương trình so sánh với liệu đo thực tế Trong q trình tính tốn, thơng số mơ hình lựa chọn hợp lý để thu kết với sai lệch bé Cuối số tổng kết đưa mục
2 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN DỰA TRÊN MƠ HÌNH ĐỘNG THEO TIÊU CHUẨN IEC 60076-7
2.1 Mơ hình động theo tiêu chuẩn IEC 60076-7
(3)Kết kiểu làm mát ON OF, mơ hình động biểu diễn dạng phương trình vi phân phi tuyến, nghĩa độ tăng nhiệt lớp dầu điểm nóng có tăng đột biến dịng tải khơng theo quy luật hàm mũ [4]
Phương trình vi phân với ẩn nhiệt độ lớp dầu viết dạng [1]:
11 x o
or o o a
d K R k R dt (1) Độ tăng nhiệt điểm nóng tính dạng tổng hai thành phần:
2 h h h
(2)
Trong hai số hạng vế phải lời giải hai phương trình sau:
1 h h w 22 hr y 21 dt d k K
k (3)
h2
2 h 22 o hr y 21 dt d k K
k (4) Từ tính nhiệt độ điểm nóng nhất:
h o h
(5)
Tuổi thọ thay đổi từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 xác định :
t t Vdt L (6)
với tốc độ già cỗi V tính từ nhiệt độ điểm nóng nhất:
273 15000 273 110 15000 h e V (7) Trong phương trình (1) đến (5) thơng
số cần gồm:
or: độ tăng nhiệt độ dầu định mức;
hr: độ tăng nhiệt độ điểm nóng
định mức;
k11, k21, k22: số nhiệt mơ hình;
x: số mũ tương ứng độ tăng nhiệt độ dầu;
y: số mũ tương ứng với độ tăng nhiệt độ
của cuộn dây;
o: số thời gian dầu;
w: số thời gian cuộn dây;
R: tỷ số tổn thất mang tải với dịng
định mức tổn hao khơng tải;
Dữ liệu đầu vào nhiệt độ môi trường a hệ số mang tải K MBA, đại lượng cần tính tốn nhiệt độ lớp dầu phía o nhiệt độ điểm nóng h
2.2 Xây dựng chương trình tính tốn
Chương trình tính tốn chế độ nhiệt thực với thông số đầu vào giới thiệu mục 2.1 Trong thực tế, liệu đo thường lưu lại với thời gian lấy mẫu Dt cỡ vài phút Để tính tốn,
các phương trình (1), (3) (4) (6) sai phân hóa với bước sai phân Dt Điểm khởi tạo lưu đồ tính theo phương trình sau:
2
1
(0)
1
x
o or a
K R R
(8)
1 21
y
h k K hr
(9)
hr
y 21
h k 1K
(4)Hình Lưu đồ tính tốn
Dựa vào phương trình từ (1) đến (10) xây dựng chương trình tính tốn theo lưu đồ Hình Trong n số mẫu liệu đầu vào (nhiệt độ môi trường hệ số mang tải) Chương trình thực phần mềm lập trình phổ biến nay, ví dụ mơi trường Matlab thực với file m Ở phần đầu chương trình nhập thơng số đầu vào, tính tốn điểm khởi tạo, sau vịng lặp thực để tính tốn nhiệt độ lớp dầu nhiệt độ điểm nóng
Một lựa chọn khác xây dựng dựa công cụ trực quan GUI với ba bước: “Nhập liệu”, “Tính tốn” “Xuất kết quả” Trong đó, liệu nhập từ file MS Excel, tính tốn dựa thuật tốn mơ tả xuất kết dạng bảng số dạng đồ thị thể hình
Hình Màn hình khởi tạo chương trình (hình trên); Kết tính tốn (hình dưới)
3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN
3.1 Xác nhận tính hợp lệ chương trình
Chương trình xây dựng mục áp dụng tính tốn cho số liệu cho tiêu chuẩn IEC60076-7 Kết chạy chương trình thu hồn tồn phù hợp với liệu cho tiêu chuẩn, hình Sai
(5)Hình Nhiệt độ điểm nóng độ suy giảm tuổi thọ: tính tốn theo chương trình (hình trên); liệu tiêu chuẩn IEC 60076-7
(hình dưới)
3.2 Tính tốn cho máy biến áp 600 MVA, 500 kV ONAF thực tế
Máy biến áp lựa chọn có cơng suất 600 MVA, 500 kV với kiểu làm mát ONAF (dầu tuần hoàn tự nhiên gió cưỡng bức) Đây MBA thuộc nhóm có cơng suất trung bình lớn Tra cứu tiêu chuẩn IEC-60076-7 [1] có thơng số sau:
or = 59 K; hr=26 K; k11=0.5; k21=2;
k22=2; x=0,8; y=1,3; o=150; w=7; dựa
vào thông số máy, tính được R = 7,74 Kết tính tốn nhiệt độ lớp dầu cho MBA 600MVA, 500kV ONAF thể hình Có thể thấy nhiệt độ tính tốn nhiệt độ đo thực tế có độ lệch bé, nhỏ 0,30C Kết tính tốn xác nhờ việc lựa chọn thơng số mơ hình hợp lý theo khuyến nghị tiêu chuẩn IEC liệu nhà sản xuất Hơn thời gian lấy mẫu liệu đủ bé để đảm bảo độ xác tính tốn Đây đồng thời nhược điểm ứng dụng MBA vận hành với thời gian lấy mẫu phổ biến Tuy nhiên với phát triển nhanh chóng
hệ thống điều khiển giám sát trạm, việc lưu trữ với thời gian lấy mẫu cỡ vài phút trở ngại lớn Với sai lệch đủ bé cho phép sử dụng kết tính toán để giám sát nhiệt độ lớp dầu Đồng thời, chương trình tính tốn đại lượng khác nhiệt độ điểm nóng độ suy giảm tuổi thọ MBA với kết thể hình Điểm nóng thực tế khó xác định nên kết tính tốn đại lượng có ý nghĩa việc giám sát chế độ nhiệt MBA
(6)Hình Nhiệt độ điểm nóng độ suy giảm tuổi thọ MBA 600MVA, 500kV ONAF
4 KẾT LUẬN
Bài báo trình bày ứng dụng mơ hình động dạng tích phân xây dựng chương trình tính tốn chế độ nhiệt MBA Bộ thơng số mơ hình lựa chọn phù hợp sở áp dụng khuyến nghị IEC tính tốn theo liệu nhà sản xuất cho kết tính tốn có sai lệch bé so với liệu đo thực tế Sau thời gian vận hành, thơng số thay đổi nên việc cập nhật thông số cần thiết để trì độ xác tính tốn Đây đồng thời hướng phát triển nghiên cứu lĩnh vực ước lượng thông số mô hình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] IEC, “Tiêu chuẩn IEC 60076-7,” International Electrotechnical Commission, 2005
[2] IEEE, “ Std C57.92-1981, IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Power Transformers up to anh Including 100 MVA with 55ºC or 65ºC Average Winding Rise”
[3] B Lesieutre, W Hagman J Kirtley, “An improved transformer top oil temperature model for use in an on-line monitoring and diagnostic system,” IEEE Transactions on Power Delivery, tập 12, số 1, p 249–256, 1997
[4] G Swift, T Molinski W Lehn, “A Fundamental Approach to Transformer Thermal Modelling,” IEEE transactions on power delivery, tập 16, số 2, p 171 – 177, 2001
[5] D Susa, M Lehtonen H Nordman, “Dynamic thermal modelling of power transformers,” IEEE Transactions on Power Delivery, tập 20, số 1, p 197–204, 2005
Giới thiệu tác giả:
Tác giả Vũ Hoàng Giang tốt nghiệp đại học nhận Thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào năm 2002 2005; năm 2014 nhận Tiến sĩ Kỹ thuật điện Trường Đại học Claude Bernard Lyon 1, Cộng hòa Pháp; nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ Trường Đại học Claude Bernard Lyon từ năm 2014 đến năm 2015 Hiện tác giả công tác Trường Đại học Điện lực
(7)Tác giả Nguyễn Đăng Toản tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2001, nhận Thạc sỹ năm 2003 AIT - Thái Lan, Tiến sĩ năm 2008 Grenoble - INP - Pháp chuyên ngành hệ thống điện Tác giả công tác Trường Đại học Điện lực
Lĩnh vực nghiên cứu: ổn định hệ thống điện, HVDC/FACTS, lượng