CHƯƠNG 3- TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO KỸ THUẬT PHÂN TÍCH MẪU DẦU
3.5. Sự ra đời của phương pháp DGA và các quy tắc chẩn đoán lỗi MBA
Phương pháp đánh giá tình trạng MBAthông qua việc sử dụng nồng độ khí hòa tan trong dầu đã được sử dụng vào những năm 70 của thế kỷ 20 và được liên tục phát triển cho đến nay, đã thu được nhiều kết quả trong việc đánh gía tình trạng của MBA.
IEC đã ban hành tiêu chuẩn kỹ thuật về phương pháp đánh giá MBA thông qua DGA số IEC 60599 vào năm 1978 [8], phiên bản thứ hai vào năm 1999 [7], và phiên bản thứ ba vào tháng 9 năm 2015 [6].
Khi sử dụng DGA chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong MBA, ta chấp nhận các yếu tố cơ sở sau:
Dầu MBA là dầu khoáng, quá trình chế tạo và xử lý có thể khác nhau.
Việc lấy mẫu, bảo quản, tách chiết và sắc ký khí mẫu dầuphản ánh đúng thực tế chất lượng dầu MBA. Các yếu tố ngoại lai ảnh hưởng đến kết quả chẩn đoán đã được loại bỏ.
Các khí trong MBA được phân bố đồng nhất và khếch tán đều trong dầu.
Để đạt được các giả thiết trên, tuyệt đối tuân thủ hướng dẫn lấy mẫu và thí nghiệm, với giả thiết sự phân bố các khi trong dầu MBA là phân bố đều, trên thực tế điều này khó kiểm soát, chỉ thực hiện lấy mẫu và phân tích thêm nếu có sự nghi ngờ về kết quả, hoặc kết hợp với các phương pháp khác, hoặc lấy mẫu dầu lúc nhiệt độ môi trường và nhiệt độ MBA cao nhất có thể để tăng cường sự tuần hoàn của dầu trong máy
Cho đến nay có rất nhiều luật chẩn đoán máy lỗi của MBA dựa trên thành phần và hàm lượng khí phân tích được của mẫu dầu, trong đó nỗi bậc là phương pháp tỉ lệ, phương pháp khí chính (key gas) và phương pháp thông minh nhân tạo cơ bản.
Với phương pháp tỷ lệ, căn cứ tỉ lệ về hàm lượng khí trong mẫu dầu như R1=CH4/H2; R2=C2H2/C2H4; R3=C2H2/CH4; R4=C2H6/C2H2; R5=C2H4/C2H6; R6=C2H6/CH4 để đưa ra các lỗi. Hiện tại, các luật phổ biến như sau:
Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi [3];
Luật chẩn đoán của Dornenurg [3];
Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 599 và IEC 599 sửa đổi [6, 7, 8];
Luật chẩn đoán bằng các khí đặc trưng (key gas) [3];
Luật chẩn đoán Jica [3];
Luật chẩn đoán EPS.Wang [3];
Luật chẩn đoán củaViện năng lượng Nga [3];
25 Luật chẩn đoán tam giá Duval [3].
Các luật được liệt kê ở đây sẽ được trình bày chi tiết hơn trong các tiểu mục tiếp theo.
3.5.1 Luật chẩn đoán của Dornenurg
Trong những năm 1970, Dornenurg đã tập trung nghiên cứu và đã có thể phân biệt giữa hư hỏng do nhiệt và do điện. Phương pháp này sử dụng 4 tỷ số và 6 khí: H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO để chẩn đoán MBA. Bốn tỷ số và giá trị dự đoán của nó được cho trong bảng sau:
Bảng 3.1: Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg
Hư hỏng R1 R2 R3 R4
Phân huỷ do nhiệt >0.1 <0.75 <0.3 >0.4
Vầng quang điện (PD cường độ thấp) <0.1 Không xác định <0.3 >0.4 Hồ quang (PD cường độ cao) >0.1 và <0.1 >0,75 >0.3 <0.4
Để áp dụng phương pháp này, tối thiểu 1 khí trong mỗi tỷ số phải vượt giá trị giới hạn L1. Mức L1 được cho như sau:
Bảng 3.2: Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg
Khí H2 C2H2 CH4 C2H4 C2H6 CO
L1 100 35 120 50 65 350
Phương pháp Dornenurg được xem là phương pháp đầu tiên, đặt nền tản cho việc phân tích trạng thái MBA dựa vào DGA, tuy nhiên độ chính xác chẩn đoán còn thấp.
Lưu đồ chẩn đoán theo phương pháp Dornenurg như hình 3.5
26
Hình 3.5 . Thuật toán Phương pháp Dornenurg [3]
3.5.2 Luật chẩn đoán của Goger và bản sửa đổi
Phương pháp Roger được công bố năm 1973, tái bản năm 1975 và 1977.
Phương pháp này sử dụng 5 loại khí và bốn tỷ số R1, R2,R3, R5 để chẩn đoán. Phương pháp Roger gốc sử dụng R5 thay cho R4 của phương pháp Dornenburg và có cải thiện một bước độ chính xác chẩn đoán, tuy nhiên độ chính xác vẫn còn thấp so với yêu cầu.
Phương pháp tỉ lệ Rogers nguyên bản đã sử dụng bảng bên dưới để chẩn đoán với giá trị 1 thể hiện các giá trị thực tế lớn hơn giá trị 1.0 và giá trị 0 thể hiện giá trị thực tế nhỏ hơn 1.0. Phương pháp Rogers cải tiến sử dụng 2 bảng, một bảng định nghĩa mã và một bảng định nghĩa luật chẩn đoán. Một cách sơ bộ, sử dụng bốn bộ tỉ lệ,
27
tỉ lệ C2H6/CH4 chỉ thể hiện một phạm vi nhiệt độ giới hạn của sự phân huỷ cellulose nhưng không trợ giúp gì cho việc phát hiện, nhận diện lỗi. Do vậy, trong tiêu chuẩn IEC 599, phương pháp tỉ lệ Rogers phát triển cao hơn bị xoá bỏ.
Bảng 3.3. Phương pháp Goger sửa đổi
Tỷ số Thang Mã số Ghi chú
R1=CH4/H2
≤0.1 5
(0.1÷1) 0
[1.0÷3.0) 1
≥3.0 2
R6=C2H6/CH4 <0.1 0
≥1.0 1
R5=C2H4/C2H6
<1 0
[1.0÷3.0) 1
≥3.0 2
R2=C2H2/C2H4
<0.5 0
[0.5÷3.0) 1
≥3.0 2
Bảng 3.4. Các qui luật chẩn đoán theo phương pháp Roger sửa đổi
R1 R6 R5 R2 Chẩn đoán
0 0 0 1. Lão hóa bình thường
5 0 0 2. Phóng điện cục bộ
1 hoặc 2 0 0 3.Quá nhiệt <1500C 1 hoặc 2 1 0 4.Quá nhiệt 1500C-2000C
0 1 0 5.Quá nhiệt thanh dẫn chính
0 0 1 6.Dòng điện toàn phần trong cuộn dây
1 0 1 7.Dòng điện tuần hoàn trong cuộn dây
1 0 2 8. Dòng điện tuàn hoàn trong lõi và trong vỏ máy, quá nhiệt mối nối
0 0 0 9. Vầng quang (phóng điện năng lượng bé)
0 0 1 hoặc 2 1 hoặc 2 10. Hồ quang (phóng điện năng lượng lớn) 0 0 2 2 11. Tia lửa điện liên tục làm điện áp thay đổi 5 0 0 1 hoặc 2 12. Phóng điện cục bộ có vết (chú ý khí CO)
3.5.3 Luật chẩn đoán theo tiêu chuẩn IEC 60599 và bản sửa đổi
Luật chẩn đoán của IEC 60599 quy định: R3=C2H2/CH4; R4=C2H6/C2H2;R6=C2H6/CH4. Tiêu chuẩn IEC 60599 năm 1978 như sau:
28
Bảng 3.5: Các mã tỷ số theo IEC 60599 Thang tỷ số Mã tỷ số
R2=C2H2/C2H4 R1=CH4/H2 R5=C2H4/C2H6
<0.1 0 1 0
0.1÷1.0 1 0 0
1÷3 1 2 1
>3.0 2 2 2
Bảng 3.6: Mô tả sự cố theo mã tỷ số
Các kiểu sự cố R2 R1 R5 Dạng sự cố
1.Bình thường 0 0 0 Lão hóa bình thường
2.Phóng điện cục
bộ năng lượng thấp 0 1 0
Phóng điện ở các lỗ hổng đầy khí kết quả do ô nhiễm không hoàn toàn, hoặc quá bảo
hòa hoặc tạo bọt khí, hoặc độ ẩm cao.
3.Phóng điện cục
bộ năng lượng cao 1 1 0 Như trên nhưng tạo ra vết hoặc xuyên thủng cách điện rắn
4.Phóng điện năng
lượng thấp 1÷2 0 1÷2 Đánh tia lửa liên tục trong dầu 5.Phóng điện năng
lượng cao 1 0 2
Phóng điện hồ quang phá hủy dầu giữa các cuộn dây hoặc các vòng dây hoặc giữa các
vòng dây với đất, bộ OLTC 6. Sự cố nhiệt độ ở
mức thấp (<1500C) 0 0 1 Quá nhiệt cách điện của thanh dẫn chung 7. Sự cố nhiệt độ ở
mức thấp
(1500C÷3000C )
0 2 0 Quá nhiệt cục bộ của lõi từ. Nhiệt độ vệt nóng ngày càng tăng dần, các vệt nóng khác nhau của lõi từ, quá nhiệt đồng do các
chỗ nối/tiếp xúc tại chỗ uốn (hình hành cacbon do nhiệt phân) cho đến các dòng
tuần hoàn ở lõi từ và vỏ.
7. Sự cố nhiệt độ ở mức trung bình (3000C÷7000C )
0 2 1
7. Sự cố nhiệt độ ở
mức cao (>7000C ) 0 2 2
3.5.4 Luật chẩn đoán bằng các khí đặc trưng (khí khóa)
Phương pháp khí đặc trưng khá đơn giản bằng cách xác định hư hỏng MBA thông qua mỗi loại khí và tỷ lệ phần trăm của khí này. Ví dụ: phóng điện cục bộ năng lượng bé hoặc hồ quang năng lượng thấp tạo ra khí H2 là chủ yếu, kết hợp vài khí hydrocacbon, do đó khí đặc trưng của phóng điện cục bộ năng lượng bé hoặc quầng
29
quang là khí H2 và phóng điện này có thể được xác định khi số % H2 là lớn trong mẫu dầu.
Luật chẩn đoán bằng phương pháp khí đặc trưng như bảng bên dưới. Số % lượng khí dựa trên tổng hàm lượng khí cháy hòa tan và là một số gần đúng.
Bảng 3.7: Phương pháp chẩn đoán theo phương pháp khí đặc trưng (khí khóa) Hư hỏng Khí đặc trưng Đánh giá Hàm lượng khí
(% )
Hồ quang C2H2
(Acetylene)
Lượng lớn H2 và C2H2. Lượng nhỏ CH4, C2H4. Nếu liên quan cellulose thì có thể tạo ra CO, CO2.
H2: 60%
C2H2: 30%
Vầng quang (phóng điện cục bộ năng lượng thấp)
H2( Hydrogen)
Lượng lớn H2, ít CH4. Lượng nhỏ C2H6, C2H4. CO và CO2 có thể được so sánh nếu liên quan đến cellulose.
H2: 85%
CH4: 13%
Quá nhiệt dầu C2H4 (ethylene)
Lượng lớn C2H4, Lượng nhỏ hơn C2H6, ít CH4 và H2, có vết CO
C2H4: 63%
C2H6: 20%
Quá nhiệt Cellulose
CO (monoxide cacbon)
Lượng lớn CO và CO2. Các khí Hydrocacbon có thể
được tạo ra. CO: 92%
3.5.5 Luật chẩn đoán JICA
Phương pháp này do tổ chức JICA Nhật bản nghiên cứu và công bố. Phương pháp này có độ chính xác rất thấp nên không được dùng rộng rãi[3].
3.5.6 Luật chẩn đoán EPS.Wang
Luật chẩn đoán được mô tả như thuật toán chẩn đoán Hình 3.6. Phương pháp này có độ chính xác rất thấp nên không được dùng rộng rãi [3].
30
Hình 3.6. Thuật toán phương pháp EPS.Wang [3]
3.5.7 Luật chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga
Nếu giá trị của các khí vượt quá giá trị của độ nhạy ngưỡng được cho trong bảng bên dưới thì xem như có xuất hiện khí trong dầu. Khi giá trị nồng độ khí vượt quá giá trị độ nhạy ngưỡng này ít nhất từ 5-10 lần thì các nồng độ đo được của các khí sẽ sử dụng để tính tỷ số của các cặp khí và tốc độ tăng nồng độ của chúng.
31
Bảng 3.8: Độ nhạy ngưỡng các khí
Khí H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 CO CO2
Ngưỡng % 5.10-4 5.10-4 5.10-4 5.10-4 5.10-5 5.10-3 5.10-2
ppm 5 5 5 5 0.5 50 500
Trong Hình 3.7 là thuật toán chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga dựa trên tỉ lệ về hàm lượng khí trong mẫu dầu để chỉ ra các lỗi có thể có của MBA.
Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán chẩn đoán của Viện Năng lượng Nga Thành phần của khí trong dầu MBA và các dạng lỗi có thể:
H2: Đặc trưng cho các dạng tính chất điện (phóng điện cục bộ, phóng điện tia lửa, phóng điện hồ quang).
C2H2: Tia lửa điện, hồ quang điện, nóng trên 7000C.
C2H6: Quá nhiệt dầu và giấy cách điện trong khoảng nhiệt độ đến3000C.
C2H4: Quá nhiệt, nhiệt độ cao hơn 3000C.
32 3.5.8 Luật chẩn đoán tam giác Duval
Luật chẩn đoán tam giác Duval được thực hiện theo5 bước như sau:
Bước 1. Xác định MBA có tồn tại sự cố hay không thông qua giới hạn L1 và tốc độ sinh khí.
Hình 3.8. Luật chẩn đoán theo tam giác Duval Chú thích:
PĐ: Phóng điện cục bộ
T1 Sự cố quá nhiệt thấp hơn 3000C T3 Sự cố quá nhiệt lớn hơn 7000C
T2 Sự cố nhiệt, nhiệt độ từ 3000C - 7000C D1: Phóng điện năng lượng thấp
D2: Phóng điện năng lượng cao D : Phóng điện và quá nhiệt
Bảng 3.9: Giới hạn và tốc độ sinh khí trong một tháng
Khí Giới hạn L1 (ppm) Giới hạn G1 (ppm/tháng) Giới hạn G2 (ppm/tháng)
H2 100 10 50
CH4 75 8 38
C2H2 3 3 3
C2H4 75 8 38
C2H6 75 8 38
CO 700 70 350
CO2 7000 700 3500
33
Nếu có sự gia tăng đột ngột của H2 và chỉ có mặt các khí CO, CO2 và một ít hoặc không có khí hydrocacbon nào, sử dụng tỷ số CO2/CO để xác định xem Cellulose có bị hư hại gì do quá nhiệt hay không.
Bước 2. Khi đã xác định tồn tại sự cố, sử dụng tổng nồng độ các khí sẽ dùng trong tam giác Duval (CH4, C2H4, C2H2) và xác định phần trăm của từng khí (trong 3 khí) trên các cạnh của tam giác để thực hiện việc chẩn đoán. Việc tính toán sao cho 3 khí được thực hiện sau khi tốc độ sinh khí tăng đột ngột, trừ đi một lượng khí phát sinh trước đó, ta sẽ nhận được một lượng khí phát sinh từ khi sự cố bắt đầu.Cụ thể: lấy nồng độ khí CH4 (ppm) trong mẫu DGA và trừ cho nồng độ khí CH4 của mẫu DGA được lấy từ trước (trong khi có sự gia tăng đột ngột của nồng độ khí) ta sẽ nhận được nồng độ khí CH4 từ khi xảy ra sự cố. Thực hiện tương tự đối với C2H4, C2H2.
Bước 3. Cộng nồng độ (sau khi thực hiện phép trừ) của 3 khí nhận được từ bước 2 chính là 100 lượng khí sử dụng trong tam giác Duval.
Bước 4. Chia từng khí cho tổng 3 khí tính theo phần trăm.
Bước 5. Xác định phần trăm các khí trên từng cạnh của tam giác Duval, từ điểm phần trăm của mỗi khí vẽ các đoạn thẳng song song với các dấu gạch, các đường thẳng này cắt nhau tại một điểm chính là điểm sự cố.
Lưu ý: Trong nhiều trường hợp nồng độ khí C2H2 có thể là 0 và kết quả nằm trên cạnh bên phải tam giác.Phương pháp tổng hàm lượng khí: sử dụng nồng độ thực của các khí CH4, C2H4 và C2H2 ; tính theo mẫu DGA sau sự cố.
Phương pháp tốc độ sinh khí ppm: sử dụng hiệu số nồng độ sau và trước sự cố của các khí CH4, C2H4 và C2H2, và được xác định như sau:
Total =Methane/Total + Acetylene + Etylene;
X=Methane/total; Y=Etylene/total; Z=Ecetylene/Total.
Căn cứ vào tam giác Duval ta có quy luật chẩn đoán như trong Bảng 3.10.
Bảng 3.10: Bảng qui luật chẩn đoán dựa vào tam giác Duval
STT X Y Z Trạng thái
1 0.98<X<1 0<Y<0.02 0<Z<0.02 Phóng điện cục bộ
2 0<X<0.87 0<Y<0.23 0.13<Z<1 Phóng điện năng lượng thấp 3 0<X<0.64 0.23<Y<0.4 0.13<Z<0.77 Phóng điện năng lượng cao 4 0<X<0.31 0.4<Y<0.71 0.29<Z<0.6 Phóng điện năng lượng cao 5 0.47<X<0.96 0<Y<0.4 0.04<Z<0.13 Phóng điện và quá nhiệt 6 0.21<X<0.56 0.4<Y<0.5 0.04<Z<0.29 Phóng điện và quá nhiệt 7 0<X<0.35 0.5<Y<0.85 0.15<Z<0.29 Phóng điện và quá nhiệt 8 0.76<X<1 0<Y<0.2 0<Z<0.04 Quá nhiệt <3000C
9 0.46<X<0.8 0.2<Y<0.5 0<Z<0.04 Quá nhiệt 3000C - 7000C 10 0<X<0.5 0.50<Y<0.1 0<Z<0.15 Quá nhiệt > 7000C