Chẩn đoán lỗi trong máy biến áp phân phối bằng phương pháp phân tích khí hòa tan (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN MẠNH THẮNG PHÁT HIỆN VÀ CHẨN ĐOÁN LỖI SỚM TRONG MÁY BIẾN ÁP TỪ KẾT QUẢ PHÂN PHÂN TÍCH KHÍ HÕA TAN C C R UT.L Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa D Mã số:8520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2020 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LÊ HÕA Phản biện 1: TS NGUYỄN KIM ÁNH Phản biện 2: TS VŨ PHAN HUẤN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Ngành kỹ thuật điều khiển tự động hóa họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 19 tháng 12 năm 2020 C C R UT.L D Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu truyền thông – Đại học Bách khoa - ĐHĐN  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Máy biến áp phân phối phận quan trọng cấu thành nên hệ thống lưới điện phân phối nay, đảm bảo điện áp phù hợp với điện áp hộ sử dụng điện Công ty Điện lực Gia Lai quản lý vận hành cung cấp điện đến hộ sử dụng điện qua máy biến áp phân phối dựa qui trình ban hành lâu, chưa theo kịp với yêu cầu thực tế dẫn đến việc quản lý vận hành không đánh giá hết tiềm ẩn rủi ro, gây hư hỏng cố không mong muốn, gián đoạn việc cung cấp điện Với bất cập tồn máy biến áp phân phối, đề tài xin đề xuất giải pháp chẩn đoán sớm lỗi máy biến áp phân phối, giảm thiểu cố xảy với máy biến áp phân phối, tăng cường công tác quản lý vận hành máy biến áp phân phối, giảm thiểu thiệt hại kinh tế, nâng cao tuổi thọ máy biến áp phân phối, nâng cao hiệu hoạt động truyền tải điện trạm biến áp phân phối Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan máy biến áp phân phối Nghiên cứu phân tích trường hợp hư hỏng, cố (gọi lỗi) đặc trưng máy biến áp phân phối Công ty Điện lực Gia Lai Đề xuất phương pháp chẩn đoán lỗi cho máy biến áp phân phối Giả thiết nghiên cứu Chưa có qui định cụ thể công tác quản lý vận hành trạm biến áp phân phối có yêu cầu nghiêm ngặt cung cấp điện như: Cấp điện cho quan quan trọng (Bệnh viện, Cơ quan Công an, Quân đội ), nhà máy sản xuất giá trị cao (các hàng hố xuất khẩu)… Khơng thể dự đốn tình trạng “sức khỏe” máy biến áp phân phối vận hành để có kế hoạch theo dõi Sự cố, hư hỏng máy biến áp phân phối xảy ngồi tầm kiểm sốt đơn vị quản lý vận hành Có nhiều trường hợp vừa thí nghiệm định kỳ xong máy biến áp phân phối, đưa vào vận hành thời gian ngắn xảy hư hỏng, cố Chưa áp dụng phương pháp chuẩn đoán D C C R UT.L tiên tiến áp dụng thực tế vấn đề xác định sớm hư hỏng cố máy biến áp cho máy biến áp phân phối Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Là máy biến áp phân phối Điện lực Pleiku quản lý vận hành cung cấp điện Phạm vi nghiên cứu: Là toàn khu vực thành phố Pleiku (do Điện lực Pleiku quản lý, vận hành), tỉnh Gia Lai Phƣơng pháp nghiên cứu Thu thập thông tin tình hình thực tế cung cấp điện thành phố Pleiku, yêu cầu cung cấp điện thành phố Pleiku, nhu cầu sử dụng điện thành phố Pleiku thông qua số liệu quản lý vận hành lưới điện thành phố Pleiku Thu thập thông tin thực tế quản lý vận hành máy biến áp phân phối Điện lực Pleiku - Công ty Điện lực Gia Lai Lấy mẫu dầu từ máy biến áp phân phối bị hư hỏng cố thí nghiệm phân tích khối lượng khí hịa tan mẫu dầu Lấy số biên thí nghiệm phân tích khí hịa tan thực tế, bước xây dựng sở liệu hư hỏng, cố C C R UT.L D Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đưa hình thức quản lý vận hành máy biến áp hiệu hơn, nắm tình trạng “sức khỏe” máy biến áp, từ có kế hoạch kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa trước để xảy hư hỏng, cố, từ nâng cao hiệu sử dụng máy biến áp phân phối, nâng cao tuổi thọ máy biến áp phân phối qua việc xây dựng phương pháp giám sát, bảo dưỡng Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Giảm thiểu cố điện không mong muốn, giảm thiểu thiệt hại Đề xuất phương pháp kiểm tra, quản lý vận hành máy biến áp phân phối bổ sung phương pháp chẩn đoán sớm lỗi máy biến áp phân phối cơng tác thí nghiệm định kỳ hành Điện lực thành phố Pleiku Công ty Điện lực tỉnh Gia Lai Đề xuất hãng sản xuất cải tiến sản phẩm để phù hợp với thực tế, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu cố lỗi sản xuất gây Góp phần giảm thiểu thiệt hại, phát triển kinh tế - xã hội Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan máy biến áp phân phối Chương 2: Các dạng hư hỏng phổ biến máy biến áp phân phối điện lực Pleiku – Công ty điện lực Gia Lai Chương 3: Các phương pháp chuẩn đoán lỗi máy biến áp Chương 4: Chuẩn đoán máy biến áp phân phối điện lực Pleiku phương pháp phân tích khí hịa tan D C C R UT.L CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 1.1.Vai trò MBA phân phối hệ thống điện Để truyền tải điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ cần phải có hệ thống lưới điện, trạm biến áp đóng vai trò quan trọng việc truyền tải Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối mơ tả hình 1.1 C C R UT.L D Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống lưới điện phân phối 1.2 Ảnh hƣởng MBA việc cung cấp điện Được đánh giá dựa tiêu chí độ tin cậy cung cấp điện 5 Bảng 1.1 Chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện Điện lực Pleiku 2016-2020 [12] Năm MAIFI SAIDI SAIFI 2016 5,29 1365 11,2 2017 4,35 919 10,08 2018 3,69 611 9,16 2019 3,07 418 8,20 2020 2,61 288 7,30 1.3 Ảnh hƣởng tính chất yêu cầu phụ tải việc cung cấp điện địa bàn tỉnh Gia Lai Các khách hàng quan trọng chủ yếu bệnh viện quan hành nhà nước Những phụ tải địi hỏi tính chất độ tin cậy cung cấp điện cao 1.4 Ảnh hƣởng việc ngừng cung cấp điện xảy cố Gián đoạn việc cung cấp điện cho nhà máy, khu vực dân cư, tổ chức, quan… ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện nghành, ảnh hưởng đến sinh hoạt sản xuất phụ tải, ảnh hưởng đến công tác điều hành hoạt động máy quyền địa phương, ảnh hưởng đến an ninh trị, phát triển kinh tế - xã hội Với xã hội công nghệ phát triển, điện gây nhiều thiệt hại cịn lớn hơn, việc điều khiển tự động … D C C R UT.L CHƢƠNG 2: CÁC DẠNG HƢ HỎNG PHỔ BIẾN TRONG MBA PHÂN PHỐI TẠI ĐIỆN LỰC PLEIKU – CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA LAI 2.1 Tổng quan MBA phân phối đơn vị Điện lực T.P Pleiku – C.ty Điện lực Gia Lai quản lý vận hành 462/2971 máy biến áp phân phối, chiếm 16% số máy biến áp phân phối tồn Cơng ty Trong MBA vận hành 15 năm chiếm 9%, MBA vận hành từ 10 – 15 năm chiếm 46% lại MBA vận hành 10 năm 2.2 Cấu tạo MBA phân phối Cấu tạo máy biến áp phân phối: So với máy biến áp truyền tải, máy biến áp phân phối có cấu tạo tương đối đơn giản: + Làm mát dầu không khí tự nhiên + Khơng có điều áp tải + Khơng có rơ le để bảo vệ máy biến áp Cơ bản, máy biến áp phân phối cấu tạo gồm: Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông, chế tạo vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 ÷ mm, mặt ngồi thép có sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép Dây quấn MBA nhận lượng vào truyền lượng Dây quấn msy biến áp thường làm dây đồng nhôm, tiết diện trịn hay chữ nhật, bên ngồi có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ thép, vòng dây, dây quấn dây quấn với lõi ép có cách điện Thùng máy biến áp: Trong thùng máy biến áp đặt lõi thép, dây quấn dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện tản nhiệt Lúc máy biến áp làm việc, phần lượng tiêu hao thoát dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép phận khác nóng lên Nhờ đối lưu dầu truyền nhiệt từ phận bên máy biến áp sang dầu từ dầu qua vách thùng môi trường xung quanh Bộ chuyển nấc phân áp có tác dụng chuyển nấc phân áp để điều chỉnh điện áp phía hạ áp, máy biến áp phân phối có chuyển nấc phía cao áp, chuyển nấc phân áp phải cắt điện máy biến áp để chuyển nấc D C C R UT.L 2.3 Công tác vận hành quản lý MBA phân phối đơn vị 2.3.1 Công tác kiểm tra định kỳ ngày Đối với MBA có cơng suất từ 1000kVA trở lên kiểm tra 15 ngày/lần Các TBA có tải từ 80% có cơng suất 1000kVA > Sđm ≥ 250kVA: tháng/1 lần Các TBA cịn lại: tháng/1 lần 2.3.2 Cơng tác kiểm tra định kỳ đêm Khoảng tháng/lần vào cao điểm tối (17h – 20h) 2.3.3 Công tác kiểm tra bất thường Kiểm tra trước sau có lụt bão, trước dịp lễ Tết Kiểm tra ngày/1 lần MBA vận hành tải 2.3.4 Kiểm tra cố Thực sau xảy cố, xác định nguyên nhân gây cố khắc phục kịp thời 2.3.5 Kiểm tra thí nghiệm Thực thí nghiệm Cơng ty/Điện lực định, thực thí nghiệm thiết bị có nghi ngờ khơng đảm bảo tiêu chuẩn vận hành 2.3.6 Kiểm tra tổng thể Định kỳ tháng cán kỹ thuật kiểm tra tất trạm biến áp phát tồn chưa xử lý 2.3.7 Các nội dung công tác kiểm tra định kỳ TBA phân phối Kiểm tra tiếng kêu, bề mặt cách điện, vỏ MBA, mức dầu bình dầu phụ, tình trạng phát nhiệt đầu cực, hệ thống nối đất, màu sắc hạt hút ẩm bình thở, thông số vận hành,… 2.3.8 Công tác bảo dưỡng MBA phân phối Bảo dưỡng trạm biến áp Công ty Điện lực/Điện lực định dựa kết kiểm tra tình trạng vận hành 2.3.9 Cơng tác thí nghiệm định kỳ TBA phân phối Đối với tất máy biến áp, tùy theo khối lượng công việc thực hiện, công tác sửa chữa chia cấp sau: Tiểu tu: Tu sửa chữa máy biến áp có cắt điện khơng tháo dầu không mở ruột máy Đại tu định kỳ: Rút vỏ máy rút ruột máy khỏi vỏ Kiểm tra sửa chữa tồn diện máy Có thể bao gồm sấy máy Đại tu phục hồi: Tùy theo tình trạng cuộn dây thay hồn tồn quấn lại phần hay sửa chữa cục Cũng bao gồm sửa chữa lõi tôn, phục hồi cách điện tôn D C C R UT.L 2.4 Nhận xét công tác quản lý vận hành MBA phân phối Quá trình kiểm tra định kỳ cho phép xác định sơ tình trạng vận hành đánh giá sơ tình trạng bên ngồi máy biến áp, để đánh giá bên máy biến áp phải tiến hành thí nghiệm định kỳ máy biến áp 2.5 Các dạng hƣ hỏng điển hình MBA phân phối Hư hỏng tính kỹ thuật, thiết kế / chế tạo hiệu Hư hỏng trình lắp đặt / vận hành Hư hỏng điều kiện vận hành bất lợi Hư hỏng trình lão hố Hư hỏng q trình phát nhiệt điểm tiếp xúc máy biến áp 2.6 Sự cố MBA phân phối Công ty Điện lực Gia Lai Các MBA có độ già hóa cách điện qua trình vận hành Các gioăng cao su vị trí sứ, mặt bích MBA bị lão hóa, khơng cịn đàn hồi, nứt, gãy Có tượng phát nhiệt đầu cực hạ MBA trình vận hành Có nước thẩm thấu vào máy biến áp, làm giảm cách điện cuộn dây, lão hóa cách điện, gây phóng điện cuộn dây gây cố, hư hỏng máy biến áp 2.7 Nhận xét đánh giá nguyên nhân hƣ hỏng Qui trình vận hành máy biến áp phân phối địi hỏi phải có kiểm tra định kỳ thí nghiệm định kỳ, dẫn đến tiêu tốn khối lượng nhân công chí phí kèm Các trường hợp kiểm tra định kỳ kiểm tra bên máy biến áp thơng số dịng điện, điện áp, phán đốn sơ tình trạng vận hành Các lỗi trình kiểm tra phát chủ yếu thông qua kinh nghiệm vận hành D C C R UT.L CHƢƠNG 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP CHUẨN ĐOÁN LỖI MBA 3.1 Các phƣơng pháp phát chuẩn đoán lỗi MBA 3.1.1 Phương pháp đo đáp ứng điện môi [13] Giúp xác định hàm lượng ẩm cellulose, độ dẫn điện dầu ảnh hưởng sản phẩm dẫn điện sinh trình lão hóa bên máy biến áp lực Gồm phương pháp : phương pháp dòng phân cực khử phân cực PDC, phương pháp phổ miền tần số FDS 3.1.2 Phương pháp đo phóng điện cục (PD)[13] Một phép đo PD phát khiếm khuyết cách điện (ví dụ vết nứt, tạp chất) gây q trình sản xuất khơng hồn thiện áp lực tăng cao cách điện thiết kế Loại phóng điện cục vị trí chúng đưa lại thơng tin quan trọng hư hỏng Mạch đo PD theo tiêu chuẩn IEC 60270 3.1.3 Phương pháp quét tần số điện áp điện dung hệ số tổn hao điện môi [13] Phương pháp giúp phân biệt cách điện mới, tuổi già cỗi Do đó, thích hợp để theo dõi q trình lão hóa nhóm máy biến áp, ví dụ cho kế hoạch đầu tư dài hạn 3.1.4 Phương pháp phân tích khí hịa tan dầu MBA [14] Khi dầu giấy cách điện bị tải điều kiện nhiệt độ cao, kết hợp với phụ tải lớn xảy hư hỏng điều kiện hoạt động máy biến áp, bị phá vỡ tạo loạt sản phẩm phụ khí Chúng gọi chung khí chuẩn đốn Do việc thí nghiệm phân tích hàm lượng khí dầu cách điện giúp người quản lý vận hành chẩn đốn sớm tình trạng vận hành máy biến áp D C C R UT.L 10 3.2 Tổng quan phƣơng pháp phân tích khí hịa tan 3.2.1 Phương pháp phân tích NTT Flagpoint [5] Phương pháp NTT Flagpoint đặt giới hạn ngưỡng riêng biệt khí phát sinh dầu máy biến áp dược mô tả bảng 3.2 Bảng 3.2 Giới hạn khí Khí Bình thường () Sự cố H2 150 ppm 1.500 ppm Hiện tượng vầng quang, hồ quang CH4 25 ppm 80 ppm Tia lửa điện C2H6 10 ppm 35 ppm Quá nhiệt cục C2H4 20 ppm 150 ppm Quá nhiệt nghiêm trọng C2H2 15 ppm CO 500 ppm CO2 10.000 ppm 70 ppm Hồ quang 1.000 ppm Quá nhiệt nghiêm trọng 15.000 ppm Quá nhiệt nghiêm trọng C C R UT.L D 3.2.2 Phương pháp phân tích tổng khí dễ cháy hịa tan [4] Phương pháp tổng khí dễ cháy hịa tan cho phép người sử dụng xác định rõ trạng thái máy biến áp dựa gia tăng số lượng khí khoảng thời gian xác định, khoảng thời gian lấy mẫu ngưỡng giới hạn tập trung khác khí dễ cháy Giới hạn tập trung khí hịa tan mơ tả bảng 3.3 Bảng 3.3 Tổng khí dễ cháy hịa tan [4] Giới hạn tập trung khí hịa tan (ppm: point per milion) Trạng thái H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO TKC Trạng thái 100 120 50 65 350 686 11 Trạng thái 101700 121400 2-9 51100 66100 351-570 687-1.879 Trạng thái 7011.800 4011.000 1035 101200 101150 5711.400 1.880-4.585 Trạng thái >1.800 >1000 >35 >200 >150 >1.400 >4.585 Trạng thái 1: TKC thấp mức máy biến áp vận hành an toàn Trạng thái 2: TKC khoảng tổng hàm lượng khí cháy cao mức bình thường Trạng thái 3: TKC khoảng này, có phân hủy lớn vật liệu cách điện (giấy dầu hai) Trạng thái 4: TKC khoảng có phân hủy trầm trọng vật liệu cách điện (giấy dầu hai) Tiếp tục vận hành hư hỏng máy biến áp 3.2.3 Phương pháp phân tích xử lý theo tỉ số Roger [4] Phương pháp tỷ lệ khí phổ biến phương pháp tỷ lệ Rogers [4], phân biệt nhiều nhiệt dạng lỗi so với phương pháp tỷ lệ Dornenberg [3] Phương pháp Rogers phân tích bốn tỷ lệ khí: CH4 / H2, C2H6 / CH4, C2H4 / C2H6 C2H2 / C2H4 Các lỗi chẩn đốn thơng qua sơ đồ mã hóa đơn giản dựa trên phạm vi tỷ lệ 3.3 Quy trình lấy mẫu dầu [2] Dầu lấy thông qua công tác thí nghiệm định kỳ lấy trực tiếp, máy biến áp vận hành D C C R UT.L 12 CHƢƠNG IV: CHUẨN ĐOÁN LỖI MBA PHÂN PHỐI Ở ĐIỆN LỰC PLEIKU BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HÕA TAN 4.1 Quy trình thực nghiệm lấy mẫu dầu MBA 4.1.1 Mẫu thực nghiệm từ thực tế Ba mẫu dầu lấy MBA sửa chữa phân xưởng sửa chữa máy biến áp Công ty Điện lực Gia Lai + Mẫu 1: Được lấy máy biến áp vận hành 10 năm + Mẫu 2: Được lấy máy biến áp vận hành 15 năm + Mẫu 3: Được lấy máy biến áp bị cố chạm chập cuộn dây phía cao Ngồi ra, tác giả cịn lấy liệu từ biên thí nghiệm phân tích khí hồ tan dầu từ máy biến áp lực nhà máy thuỷ điện Khe Diên, nhà máy thuỷ điện Ya Ly số 1, nhà máy thuỷ điện Ya Ly số để làm sở cho việc chẩn đoán lỗi máy biến áp 4.2 Kiểm tra MBA máy sắc ký thí 4.2.1 Thiết bị Tại khu vực Tây Nguyên, có Cơng ty Thủy điện Ya Ly có thiết bị sắc ký khí, phân tách khí có dầu máy biến áp Với mẫu lấy chuyển đến Công ty thủy điện Ya Ly để thực phân tách khí mẫu dầu C C R UT.L D Hình Tổng thể máy sắc ký khí Cơng ty thủy điện Ya Ly 13 Hình 2; 4.7; 4.8 Modul ly tâm mẫu (máy hóa hơi); Modul phân loại khí (máy sắc ký khí); Modul phân tích kết 4.2.2 Kết phân tích Bảng 4.1 Số liệu phân tích từ mẫu TT Khí tỉ lệ khí Mẫu Mẫu Mẫu Hydro 0 6,590 Oxy 4661,962 4.450,228 3.063,991 Nitơ 4877,032 4.903,176 3.247,471 Metan (CH4) 1,127 14,114 Cacbonoxide (CO) 7,257 12,512 66,749 Cacbondioxide (CO2) 557,445 8.644,809 624,981 Etylen (C2H4) 2,403 7,079 Etan (C2H6) 6,583 22,518 Acetylen (C2H2) 0 9,829 10 CH4/H2 0 2,142 11 C2H6/ CH4 5,839 1,595 12 C2H4/ C2H6 0,365 0,314 13 C2H2/ C2H4 0 1,389 4.2.3 Kết luận kết mẫu thí nghiệm Dựa kết phân tích mẫu trên, đối chiếu với phương pháp xác định nêu dựa vào bảng 4.2 ta có: Mẫu 1: Máy biến áp hoạt động bình thường D C C R UT.L 14 Mẫu 2: Máy biến áp hoạt động bình thường Mẫu 3: Máy biến áp có tượng phóng điện máy biến áp, máy biến áp bị cố Bảng 4.2 Đối chiếu số liệu phương pháp chuẩn đoán TT Mẫu Phương pháp NTT Flagpoint Phương pháp tổng khí cháy Phương pháp tỉ số Roger Mẫu Hoạt động bình thường Tổng hàm lượng khí cháy 7: Máy biến áp hoạt động bình thường Các tỉ số nhỏ 0,1: Máy biến áp hoạt động bình thường Hoạt động bình thường Tổng hàm lượng khí cháy 23: Máy biến áp hoạt động bình thường Các tỉ số thỏa mãn Máy biến áp hoạt động bình thường Tuy nhiên phát sinh khí, cần theo dõi theo quí Tổng hàm lượng khí cháy 127: Máy biến áp hoạt động bình thường nhiên xuất khí C2H2 thể có phóng điện máy biến áp Tỉ số C2H4/C2H6=0,314 nằm gần ngưỡng 1-3: Dự đốn có tượng phân hủy nhiệt, nhiệt độ thấp, cần theo dõi Mẫu D C C R UT.L Mẫu Khí C2H6=22,518 nằm ngưỡng 10-35: Có tượng nhiệt cục 4.3 Đề xuất phƣơng pháp chuẩn đoán sớm lỗi MBA Đề xuất sử dụng kết hợp 03 phương pháp phân tích khí hịa tan là: Phương pháp giới hạn khí NTT Flagpoint, phương pháp tổng khí dễ cháy hịa tan, phương pháp tỉ số Roger với mục đích nâng cao độ xác q trình chuẩn đốn sớm lỗi MBA 4.3.1 Thuật toán phương pháp NTT-Flagpoint Thuật tốn phương pháp NTT-Flagpoint mơ tả hình 4.12 15 Yes Nồng độ khí đầu vào (ppm) C2H4 < 20 H2 < 150 No No Yes MBA hoạt động bình thƣờng Yes 20