3. Nội dung chính của đề tài cần giải quyết
4.4. Chƣơng trình MALAB phân tích kết quả đo
Trong khuôn khổ luận văn, các phần chƣơng trình xử lý tín hiệu thu thập đƣợc bằng thiết bị đo đƣợc thực hiện trong phần mềm Matlab. Trong đó, hai phần chƣơng trình chính là: 1. phần chƣơng trình đọc file Excel để tải các bản ghi của cảm biến
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
gia tốc vào môi trƣờng Matlab; 2. các đoạn chƣơng trình phân tích phổ, tìm các đỉnh phổ và khảo sát sự biến thiên của đỉnh phổ theo thời gian.
Chƣơng trình đọc số liệu từ file Excel, giải mã bản ghi của cảm biến gia tốc
và chuyển về dạng số nguyên các giá trị độ rung theo 3 trục x, y và z:
[n,t,r]=xlsread('data1.xlsx'); SampleNr = size(n,1); TotalData=zeros(42*SampleNr,3); for i=1:SampleNr tmp=r{i,2}; if length(tmp)~=504
disp(sprintf('Bad length at: %d',i))
pause
end;
if hex2dec(tmp(1:12))==0
i
disp(sprintf('Clock reset at: %d',i))
end; act_ind=1; OneLine=zeros(42,3); for j=1:42 for k=1:3 tmp2=tmp(act_ind:act_ind+3); act_ind=act_ind+4; t3=hex2dec(tmp2); OneLine(j,k)=t3; end; end; TotalData((i-1)*42+1:i*42,:)=OneLine; end;
Chƣơng trình xác định từng đoạn 60s (một phút) tín hiệu, tính toán phổ biên độ Fourier, tìm kiếm các đỉnh cực trị lớn tƣơng ứng với các thành phần hài lớn trong phổ tần số
%% Accelerometer sampling frequency = 1000Hz Fs=1000;
%% 1 minute window ~= 60.000 samples WinLen = 60*Fs; FreqStep = Fs/WinLen; BinNr=100; BinCount=WinLen/2/BinNr; WinSteps = 1:floor(length(TotalData2)/WinLen); MaxToFind = [1700 5880 11760 12950 23520 24710];
RealMax = zeros(length(WinSteps), length(MaxToFind),2); for i=WinSteps tmp_x = TotalData2((i-1)*WinLen+1 : i*WinLen,1); y = abs(fft(tmp_x)); yy=y(1:end/2); xx=linspace(0,Fs/2,length(yy)); figure(1), plot(xx(2:end),yy(2:end)) xlabel('Frequencies') ylabel('Amplitude characteristic') set(gca,'XLim',[0 500]) grid on for j=1:length(MaxToFind) [a,b]=max(y(MaxToFind(j)-30:MaxToFind(j)+30)); RealMax(i,j,1) = MaxToFind(j)-30 + b-1; RealMax(i,j,2) = a;
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm end; AbsFFT=zeros(1,BinNr); for j=1:BinNr AbsFFT(j)=sum(y((j-1)*BinCount+1:j*BinCount)); end; x_Tick=(1:BinNr)*Fs/BinNr/2; figure(2), plot(x_Tick(2:end),AbsFFT(2:end)) xlabel('Sample number') ylabel('Acceleration on X axis') set(gca,'XLim',[0 60000]) grid on end; 4.5. Các kết quả đã đo
Tác giả đã tiến hành đo trên các dòng máy biến áp 110kV do Công ty Cổ phần Chế tạo máy biến thế Đông Anh (EEMC), Công ty TNHH chế tạo máy biến thế ABB – Việt Nam. Các máy biến áp này đặt tại các khu vực khác nhau trên địa bàn Hà Nội, Bắc Ninh.
4.5.1 Máy biến áp T2 trạm 110kV Quế Võ – Bắc Ninh Thông tin về MBA Thông tin về MBA
Công suất: 63MVA
Hãng sản xuất: EEMC (Đông Anh)
Ngày sản xuất: 12/2009
Điện áp: 115/23/6.3 (Phía 6.3kV không sử dụng)
Tổ đấy dây: YN/yn/Delta -12-11
Thời gian bắt đầu đo: 9h00 ngày 3/6/2015
Thời gian kết thúc đo: 12h00 ngày 3/6/2015
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Hình 4.11: Vị trí gắn cảm biến gia tốc trên MBA T2 Quế Võ – Bắc Ninh
4.5.2. Máy biến áp T1 trạm 110kV Yên Phong – Bắc Ninh Thông tin về MBA Thông tin về MBA
Công suất: 63MVA
Hãng sản xuất: EEMC (Đông Anh)
Ngày sản xuất: 11/2008
Điện áp: 115/38.5/23 (Phía 38.5kV không sử dụng)
Tổ đấy dây: YN/Delta/yn -11-12
Số chế tạo: 084735-73
Thời gian bắt đầu đo: 13h00 ngày 3/6/2015
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Hình 4.13: Mác máy biến áp MBA T1 Yên Phong – Bắc Ninh
4.5.3 Máy biến áp T2 trạm 110kV Xa La – Hà Nội Thông tin về MBA T2 Thông tin về MBA T2
Công suất: 63MVA
Hãng sản xuất EEMC (Đông Anh)
Ngày sản xuất: 4/2013
Tổ đấy dây: YN/Delta/yn -11-12
Số chế tạo: 134735-138
Thời gian bắt đầu đo: 8h00 ngày 9/9/2015
Thời gian kết thúc đo: 11h30 ngày 9/9/2015
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Hình 4.15: Vị trí gắn cảm biến gia tốc trên MBA T2 Trạm Xa La – Hà Nội
4.5.4 Máy biến áp T1 trạm 110kV Xa La – Hà Nội
Công suất: 40MVA
Năm sản xuất: 2008
Điện áp: 115/38.5/23 (Phía 38.5kV không sử dụng)
Tổ đấy dây: YN/Delta/yn -11-12
Số chế tạo: VN00305
Thời gian bắt đầu đo: 17h00 ngày 10/9/2015
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Hình 4.17: Vị trí gắn cảm biến gia tốc trên MBA T1 Trạm Xa La – Hà Nội
4.6. Các kết quả tính toán
Với các kết quả đã đo đạc đƣợc luận văn đã thực hiện một số kết quả khảo sát, tính toán bƣớc đầu nhƣ sau.
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Trên hình 4.18 là kết quả thu thập tín hiệu từ cảm biến gia tốc trong vòng một phút trên trục x.
Hình 4.18: Tín hiệu thu được về từ accelerometer (trục x) trong 1 phút
Ta có thể nhận thấy cảm biến gia tốc khá nhạy nên tín hiệu rung động (gia tốc) theo trục x biến thiên khá rõ rệt trong thời gian giám sát. Với tần số lấy mẫu của
cảm biến gia tốc là fs 1000 zH 1kHz, theo định lý Nyquist, khi phân tích phổ
Fourier của tín hiệu, ta có thể phát hiện đƣợc tới tần số fs / 2500 z.H Tính toán
Hình 4.19: Đặc tính phổ biên độ của một cửa số tín hiệu 60s
Từ kết quả phân tích đặc tính phổ nhƣ trên hình 4.19, ta thấy có một đỉnh phổ rất rõ tại vị trí 30Hz, đỉnh phổ nhỏ tại 100Hz và các đỉnh phổ lớn gần các vị trí 200Hz, 210Hz, 400Hz và 420Hz. Kết quả này tƣơng đối phù hợp với các lập luận lý
thuyết rằng MBA sẽ rung động theo tần số gấp đôi tần số tín hiệu điện (2 50 100
Hz) và các hài của tần số này. Kết quả khá khác là tần số rung động tại 30Hz, ta có thể tạm nhận định rằng đây là tần số rung động riêng chính của kết cấu cơ khí của máy biến áp. Đồng thời các hài bậc cao của tần số này cũng quan sát đƣợc tại 210Hz và 420Hz. Để khảo sát sự lặp lại của các quan sát và nhận xét trên đây về các đỉnh trong phổ tần số, ta tiến hành phân tích và xác định các đỉnh phổ cho tất cả các đoạn 1 phút trong tín hiệu (tổng cộng 196 đoạn liên tiếp đã đƣợc thu thập) và các kết quả đƣợc thể hiện trên hình 4.20.
Chương 4: Một số kết quả triển khai và thử nghiệm
Hình 4.20: Đồ thị biến thiên các đỉnh phổ theo thời gian đo
Trên hình 4.20 là sự biến thiên về giá trị của 6 đỉnh phổ đã đƣợc xét tới ở trên. Ta có thể nhận thấy các đỉnh phổ này là tƣơng đối cố định, biến thiên rất nhỏ trong quá trình khảo sát. Do đó có thể coi đây là các đỉnh phổ đặc trƣng của máy biến áp trong quá trình làm việc bình thƣờng.
Khảo sát mức độ biến thiên của tín hiệu rung động trên các trục trong cả quá trình 196 phút nhƣ trên hình 4.21. Ta có thể thấy đƣợc các thay đổi khá rõ về giá trị trung bình. Trên hình 4.21 ta có 4 giá trị trung bình của P và Q trong mỗi giờ đo đƣợc tại máy biến áp. Ta thấy trong thời gian đo, giá trị công suất của MBA thay đổi theo tải, do đó cũng ảnh hƣởng tới mức độ rung động. Khi công suất của MBA tăng, mức độ rung động cũng tăng theo. Tuy nhiên do thời gian đo liên tục đƣợc còn ngắn nên đây mới chỉ là các khảo sát bƣớc đầu. Sự phụ thuộc cụ thể của mức độ
rung động vào công suất tiêu thụ hay công suất phản kháng cần đƣợc khảo sát tiếp tục để các kết quả có đƣợc độ tin cậy cao hơn.
Hình 4.21: Đồ thị mức dao động của máy biến áp T2 trong 196 phút biến thiên với biểu đồ phụ tải
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. Kết luận
Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp giám sát trạng thái MBA, kể cả phƣơng pháp truyền thống và phi truyền thống. Phƣơng pháp đo độ rung của máy biến áp mặc dù chƣa đƣợc phát triển nhƣng nó là một phƣơng pháp mới dùng để giám sát online về tình trạng vận hành của MBA, từ đó có những phát hiện về hƣ hỏng cơ khí đối với cuộn dây, mạch từ của MBA. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể giám sát lúc MBA đang vận hành, theo dõi độ rung của máy khi MBA mang tải ở các thời điểm khác nhau. Xây dựng một đáp ứng rung động chuẩn, có thể hiểu nhƣ là tạo ra mẫu tín hiệu chuẩn để làm cơ sở đánh giá so sánh, đối chiếu đối với những đáp ứng rung động ở những lần đo khác.
Nghiên cứu về đặc tính rung động của MBA tạo ra một phƣơng pháp mới về giám sát trạng thái MBA. Do hiện nay trên thị trƣờng chƣa có thiết bị chuyên dụng nào để đo độ rung cho MBA, nên trong phạm vị của đề tài này, tác giả tập chung nghiên cứu về 2 vấn đề chính.
Thiết bị: Chế tạo thiết bị đo độ rung trên cơ sở sử dụng cảm biến gia tốc.
Thiết bị có khả năng thu thập số liệu, lƣu trữ dữ liệu trong thẻ nhớ.
Chương trình phần mềm: Viết phần mềm thu thập số liệu từ thẻ nhớ lên
máy tính và phần mềm để truy xuất dữ liệu ra dạng đồ thị của phổ tần số.
5.2. Hƣớng phát triển
Vì đây là một phƣơng pháp mới, thời gian có hạn do vậy tác giả gặp nhiều khó khăn khi thực hiện luận văn này, do vậy luận văn còn nhiều những hạn chế. Nếu có thêm thời gian thực hiện, tác giả sẽ phát triển và hoàn thiện hơn để kỳ vọng đây sẽ là một phƣớng pháp mới kết hợp với một số phƣơng pháp truyền thống khác đánh giá chính xác tình trạng cơ khí của cuộn dây, mạch từ MBA. Một số hƣớng phát triển của luận văn là:
Cải thiện thiết kế của thiết bị để có phần cứng nhỏ gọn, chắc chắn hơn để có thể dễ dàng lắp đặt. Thiết bị có thể đƣợc bổ sung lớp màng kim loại chống nhiễu, chịu đƣợc mƣa và môi trƣờng khắc nghiệt.
Thiết kế lại theo định hƣớng giảm tiêu tốn năng lƣợng để chỉ cần sử dụng
nguồn pin hoặc ắc-qui để có thể chủ động linh hoạt khi lắp đặt ngoài.
Tăng tốc độ đƣờng truyền số liệu từ thiết bị về máy tính,
Tích hợp phần mềm đọc dữ liệu và phần mềm truy suất dữ liệu. Có giao
diện hiện thị đặc tính rung động thu đƣợc từ thiết bị đo dƣới dạng độ thị. Hiển thị nhiều đáp ứng rung động trên cùng một đồ thị, có thêm các tính năng giúp ngƣời sử dụng có thể so sánh trực quan các đáp ứng với đáp ứng mẫu.
Tài liệu tham khảo
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1.Công ty ENTEC, Các phƣơng pháp đo phóng điện cục bộ trong MBA, 2014
2.Công ty ENTEC, Những kinh nghiệm cùng với ứng dụng thực tế trong phân tích đáp ứng tần số quét cho máy biến áp, 2014.
3.Đinh Thành Việt, Nguyễn Quốc Tuấn Nguyễn Văn Lê, Ứng dụng mạng nơ rôn chuẩn
đoán sự cố tiềm ẩn trong Máy biến áp điện lực, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học
Đà Nẵng, số 1(9), trang 53-57, Đà Nẵng, 2005
TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI
4.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. 1 – 7, 2014.
5.Belen Garcıa, Juan Carlos, Angel Alonso, Winding deformations detection in power
transformers by tank vibrations monitoring, Eletric Power Systems Research, vol. 74, pp.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ... 1
1. Lý do chọn đề tài ... 1
2. Mục đích và ý nghĩa thực tiễn ... 2
3. Nội dung chính của đề tài cần giải quyết ... 2
CHƢƠNG 1: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIÁM SÁT MÁY BIẾN ÁP HIỆN NAY ... 3
1.1. Phân tích hàm lƣợng khí hòa tan trong dầu máy biến áp [3] ... 3
1.1.1 Khái niệm ... 3
1.1.2. Các nguyên nhân gây ra khí ... 3
1.1.4. Kết luận ... 5
1.2. Đo phóng điện cục bộ trong máy biến áp [1] ... 6
1.2.1. Khái niệm về phóng điện cục bộ... 6
1.2.2. Các phương pháp để phát hiện PD ... 6
1.3. Phân tích đáp ứng tần số quét trong máy biến áp [2]... 9
1.3.1. Khái niệm ... 9
1.3.2. Cơ sở của việc phân tích đáp ứng tần số ... 9
1.3.2. Phạm vi áp dụng của 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 về hiện tƣợng rung trong máy biến áp ... 13
2.1.1 Rung động của cuộn dây ... 13
2.1.2. Rung động của lõi thép ... 14
2.2. Nhu cầu giám sát độ rung máy biến áp ... 15
2.3. Xác định đặc tính rung động của máy biến áp ... 16
2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm ... 16
2.3.2. Kết quả thực nghiệm... 18
CHƢƠNG 3: MÔ 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 về Cảm biến gia tốc ... 27
3.1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến gia tốc kiểu tụ ... 28
3.1.3. Ứng dụng của cảm biến gia tốc ... 33
3.2. Sơ đồ khối của hệ thống đo ... 35
3.3. Nguyên lý hoạt động của một số phần tử chính trong thiết bị đo ... 36
3.3.1. Khối cảm biến: ... 36
3.3.2 Bộ nhớ ngoài ... 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 của vi xử lý và cảm biến gia tốc ... 46
3.6. Các phần mềm trên PC ... 47
3.7. Phƣơng pháp phân tích phổ Fourier và ứng dụng trong phân tích tín hiệu đo của 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 trên vi xử lý ... 51
4.3. Phần mềm trên PC để tải dữ liệu ... 52
4.4. Chƣơng trình MALAB phân tích kết quả đo ... 54
4.5. Các kết quả đã 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 quả tính toán ... 66
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN... 71
5.1. Kết luận ... 71
5.2. Hƣớng phát triển ... 71
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ mạch đo PD trên ty sứ theo khuyến cáo của IEC 60270 ... 7
Hình 1.2: Mạch đẳng trị đã đƣợc đơn giản hóa với các phần tử RLC đã đƣợc gộp lại ... 10
Hình 2.1: Mạch từ và cuộn dây máy biến áp ... 13
Hình 2.2: Đồ thị quan hệ giữa chiều dài và cảm ứng từ ... 15
Hình 2.3: Hệ thống thử nghiệm đo độ rung ... 16
Hình 2.4: Cảm biến lắp bên trong để đo độ rung của cuộn dây ... 17
Hình 2.5: Cảm biến lắp bên trong để đo độ rung của lõi thép ... 17
Hình 2.6: Các cảm biến lắp đặt bên trong máy biến áp ... 18
Hình 2.7: Cảm biến rung lắp đặt bên ngoài vỏ máy biến áp ... 18
Hình 2.8: Rung động lõi thép theo hƣớng dọc trục tại trụ giữa gông từ ... 19
Hình 2.9: Rung động lõi thép theo hƣớng xuyên tâm tại trụ trái gông từ ... 19
Hình 2.10: Rung động lõi thép theo hƣớng xuyên tâm thẳng góc tại trụ trái của gông từ ... 20
Hình 2.11: Rung động cuộn dây tại pha giữa theo hƣớng dọc trục ... 21