Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của máy biến áp lực

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là phân tích được cơ sở dữ liệu và các dấu hiệu nhận biết để phát hiện và chẩn đoán được chính xác các sự cố (tiềm ẩn) của MBA lực. Nghiên cứu đề xuất cấu trúc chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực dựa trên đại số gia tử. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của máy biến áp lực

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ HOÀI SƠN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÁI NGUYÊN – NĂM 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ HOÀI SƠN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ GIA TỬ TRONG CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ TRUNG HẢI TS NGUYỄN TIẾN DUY Thái Nguyên - Năm 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Hoài Sơn Đề tài luận văn: Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của máy biến áp lực Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: Tác giả, Cán bộ hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 16/6/2019 với các nội dung sau: - Bỏ bớt tài liệu tham khảo không liên quan - Sửa lại trang bìa - Các ký hiệu trang 35 - Việt hóa một số bảng trang 23, 24, 43, 45 - Ý nghĩa khoa học đưa lên phần đầu của luận văn Thái Nguyên, ngày….. tháng ….năm 2019 Cán bộ hướng dẫn Tác giả luận văn TS Đỗ Trung Hải Vũ Hoài Sơn Nguyễn Tiến Duy CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Như Hiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Vũ Hoài Sơn Sinh ngày 31 tháng 07 năm 1986 Học viên lớp cao học khoá 20 chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trường đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại : Tập đoàn Điện lực Việt Nam Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của máy biến áp lực” do thầy giáo TS Đỗ Trung Hải và TS Nguyễn Tiến Duy hướng dẫn là nghiên cứu của tôi với tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Thái Nguyên, ngày…….tháng ….. năm 2019 Học viên Vũ Hoài Sơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình giúp đỡ của thầy giáo TS Đỗ Trung Hải và TS Nguyễn Tiến Duy, luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn máy biến áp lực” đã được hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hướng dẫn TS. Đỗ Trung Hải và TS. Nguyễn Tiến Duy đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn. Các thầy cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã cố gắng hết sức, tuy nhiên do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp cho luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày……tháng……năm 2019 Tác giả luận văn Vũ Hoài Sơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i i ............................................................................................................................ MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ............................................................... vii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............................... 4 CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ SỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC ...................................................... 5 Tổng quan về máy biến áp lực ............................................................... 5 1.1.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp ............................................. 5 1.1.2. Thí nghiệm máy biến áp.................................................................. 7 Các phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn .............................................. 10 1.2.1. Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện ..................................... 10 1.2.2. Giám sát trực tuyến sự phóng điện một phần – PD ...................... 11 1.2.3. Phân tích độ khí hoà tan trong dầu (DGA) ................................... 12 Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA ...................................... 14 1.3.1. Đặc tính sinh khí ........................................................................... 14 1.3.2. Các lỗi tiềm ẩn của MBA .............................................................. 15 1.3.3. Chẩn đoán lỗi dựa trên phương pháp tỉ lệ ..................................... 18 Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp dựa trên DGA ........... 23 Kết luận chương ................................................................................... 23 CHƯƠNG 2 . THIẾT KẾ HỆ CHẨN ĐOÁN LỖI THEO ĐẠI SỐ GIA TỬ 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Tổng quan về đại số gia tử và suy luận xấp xỉ ..................................... 24 2.1.1. Cấu trúc đại số gia tử .................................................................... 24 2.1.2. Một số tính chất trong đại số gia tử .............................................. 25 2.1.3. Các hàm đo trên đại số gia tử ........................................................ 28 2.1.4. Biến ngôn ngữ ............................................................................... 30 2.1.5. Suy luận xấp xỉ .............................................................................. 31 Thiết kế hệ chẩn đoán lỗi ..................................................................... 35 2.2.1. Xây dựng mô hình chẩn đoán mới theo đại số gia tử ................... 36 2.2.2. Thiết kế thuật toán cho mô hình chẩn đoán .................................. 43 Kết luận chương ................................................................................... 45 CHƯƠNG 3 . MÔ PHỎNG ........................................................................... 46 Giới thiệu về công cụ, môi trường lập trình ......................................... 46 Kết quả mô phỏng ................................................................................ 47 3.2.1. Giao diện chính của chương trình ................................................. 48 3.2.2. Chức năng chẩn đoán .................................................................... 49 3.2.3. Chức năng tra cứu ......................................................................... 51 3.2.4. Chức năng in báo cáo .................................................................... 53 Kết luận chương ................................................................................... 53 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 55 PHỤ LỤC: MỘT SỐ MODUL CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH ................ 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DGA Dissolved Gas Analysis HFCT High Frequency Current Transformer IEC International Electrotechnical Commission LRBS Linguistic Rule Base System MBA Máy biến áp PD Partial Discharge TOGAS Transformer Oil Gas Analysis System SQL Structured Query Language Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA ................................................................10 Bảng 1. 2. Các lỗi MBA và nguyên nhân gây ra .......................................................15 Bảng 1. 3. Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ ......................................................18 Bảng 1. 4. Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg ......................................................18 Bảng 1. 5. Giá trị giới hạn L1 của Dornenburg .......................................................19 Bảng 1. 6. Bảng chẩn đoán gốc của phương pháp tỉ lệ Rogers ................................19 Bảng 1. 7. Mã định nghĩa của phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến .......................20 Bảng 1. 8. Chẩn đoán theo phương pháp tỉ lệ Rogers đã cải tiến ............................20 Bảng 1. 9. Tỉ lệ các thành phần khí và các lỗi tương ứng theo IEC-60599 (2015) ..21 Bảng 1. 10. Mã của các tỉ số theo từng khoảng giá trị .............................................22 Bảng 1. 11. Bảng luật chuẩn đoán lỗi theo mã quy ước ...........................................22 Bảng 2. 1. Bảng luật chẩn đoán cho 8 lỗi được viết lại theo nhãn ngôn ngữ ..........42 Bảng 2. 2. Ngưỡng L1 theo IEC-599 ........................................................................43 Bảng 2. 3. Tính toán độ tin cậy kết luận của các luật chẩn đoán mờ .......................44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Các cuộn dây phía 110 kV mới ................................................................16 Hình 1. 2. Phóng điện đánh thủng cách điện chưa biến dạng vòng dây ..................16 Hình 1. 3. Phóng điện đánh thủng cách điện và biến dạng vòng dây ......................17 Hình 2. 1. Sơ đồ bộ suy luận xấp xỉ theo tiếp cận fuzzy logic ...................................34 Hình 2. 2. Xây dựng hàm thuộc giữa 2 giá trị ngữ nghĩa có điểm “đặc trưng” ......37 Hình 2. 3. Tập mờ cho các tỉ số ................................................................................40 Hình 3. 1. Visual Studio 2013 Ultimate ....................................................................46 Hình 3. 2. Bảng cơ sở dữ liệu....................................................................................47 Hình 3. 3. Giao diện chính của chương trình ...........................................................49 Hình 3. 4. Nhập số liệu để thực hiện chức năng chẩn đoán .....................................50 Hình 3. 5. Kết quả chẩn đoán sau khi nhập số liệu ..................................................50 Hình 3. 6. Tra cứu lịch sử chẩn đoán .......................................................................51 Hình 3. 7. Danh sách lịch sử chẩn đoán ..................................................................52 Hình 3. 8. Chi tiết kết quả tra cứu.............................................................................53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU Máy biến áp (MBA) lực là một thiết bị chủ đạo trong hệ thống năng lượng. Độ tin cậy của chúng không chỉ ảnh hưởng tới khả năng cung cấp điện mà còn ảnh hưởng tới sự vận hành có tính kinh tế của một hộ tiêu thụ nào đó (ví dụ như các lò luyện, dây truyền sản xuất, v.v. trong các nhà máy). Ví dụ, một lỗi của MBA phân phối có thể làm cho hàng nghìn hộ tiêu thụ mất điện. Một lỗi của MBA tăng thế có thể là nguyên nhân gây ra mất điện của các khu vực liền kề trong hệ thống lưới điện đó. Chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực trong hệ thống điện là một vấn đề đã được nhiều nhà khoa học quan tâm. Để có thể đưa ra được thông tin về các lỗi (lỗi tiềm ẩn) có thể xảy ra trong tương lai của MBA, trong một số công trình đã đưa ra các phương pháp chẩn đoán dựa trên phân tích lượng khí hoà tan trong dầu. Ngoài ra còn có các phương pháp chẩn đoán dựa trên đáp ứng phổ tần MBA, chẩn đoán dựa trên độ rung của MBA. Phương pháp sắc ký khí với phân tích khí hoà tan trong dầu [1] cần thiết phải có những thiết bị đo chuyên dụng và đòi hỏi độ chính xác cao. Dựa trên những kỹ thuật này, đã có nhiều kỹ thuật hiện đại cho phép chẩn đoán tốt hơn Error! Reference source not found., tuy nhiên một điểm chung của các phương p háp này là phải dựa trên các kỹ thuật đo đạc chính xác. Vì vậy, kết quả chẩn đoán cũng phụ thuộc nhiều vào độ chính xác kết của của các phép đo. Một phương pháp chẩn đoán khác có thể kế thừa được tri thức chuyên gia dưới dạng luật thống kê đã được giới thiệu Error! Reference source not found., Error! Reference source not fo und.. Phương pháp này được phát triển dựa trên sử dụng mạng neural nhân tạo. Để có được kết quả chẩn đoán chính xác, theo phương pháp sử dụng mạng neural cần phải có bộ dữ liệu thực nghiệm “đủ lớn” để huấn luyện mạng và lựa chọn được một cấu trúc mạng hợp lí. Thực tế cho thấy, theo tiếp cận này có rất nhiều cấu trúc mạng có thể được lựa chọn với những kết quả chẩn đoán khác nhau. Thời gian huấn luyện mạng lớn cũng là một nhược điểm của phương pháp này. Ngoài ra, các phương pháp sử dụng fuzzy logic, mờ-neural cũng được đề xuất Error! Reference source not f ound., Error! Reference source not found., Error! Reference source not found.. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Điểm chung của các phương pháp này đó là kế thừa được tri thức chuyên gia trên cơ sở hệ luật. Ở Việt Nam, các hệ hỗ trợ quyết định dựa trên trí tuệ nhân tạo được phát triển trên cở sở sử dụng tri thức chuyên gia như hệ chuyên gia, mạng neural, fuzzy logic, v.v. cũng dần được phát triển rộng rãi. Có thể thấy một số nghiên cứu đã được công bố như ứng dụng hệ mờ [2], mạng neureal [3], hệ chuyên gia [4], hay kết hợp hệ chuyên gia, mạng neural và fuzzy logic để phát triển hệ chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA [5] - [10]. Điểm chung của các nghiên cứu này đó là có sử dụng hệ tri thức chuyên gia. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tìm kiếm các phương pháp mới hiệu quả hơn luôn là đòi hỏi của quá trình phát triển. Đại số gia tử đã được phát triển để mô hình hoá ngữ nghĩa dựa trên thứ tự của các từ ngôn ngữ (giá trị ngôn ngữ) của các biến ngôn ngữ Error! Reference source n ot found., Error! Reference source not found.. Từ quan hệ thứ tự tự nhiên của ngữ nghĩa đó, N.C.Ho & W.Wechler Error! Reference source not found. đã xây dựng một cấu trúc đại số gọi là đại số gia tử (HA – Hedge Algebra) cho phép tính toán giá trị ngữ nghĩa trên miền của biến ngôn ngữ. Từ đó, giải bài toán lập luận dựa trên HA có thể vượt qua khó khăn của logic mờ và cho phép giải các bài toán suy luận xấp xỉ cho kết quả tốt hơn. Đã có nhiều ứng dụng của HA như bài toán quyết định mờ [11], lập luận xấp xỉ dựa trên giá trị định lượng ngữ nghĩa Error! Reference source not found., Error! Reference source not found., Error! Reference source not found.. Vì vậy, dưới sự định hướng của các thầy hướng dẫn, em xin lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng đại số gia tử trong chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của máy biến áp lực” làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mục tiêu: Phân tích được cơ sở dữ liệu và các dấu hiệu nhận biết để phát hiện và chẩn đoán được chính xác các sự cố (tiềm ẩn) của MBA lực. Nghiên cứu đề xuất cấu trúc chẩn đoán sự cố tiềm ẩn của MBA lực dựa trên đại số gia tử. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Đối tượng nghiên cứu là: Các phương pháp chẩn đoán của MBA lực trong các trạm biến áp hạ thế. Nghiên cứu về lý thuyết đại số gia tử, hệ chuyên gia và suy luận xấp xỉ. - Về phạm vi nghiên cứu: Giới hạn công suất MBA từ 50KVA đến 2000 KVA. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu về các lỗi thường xảy ra đối với MBA lực khi vận hành trong hệ thống điện. Nghiên cứu về quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và các phương pháp chẩn đoán. Tìm hiểu những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bố trong và ngoài nước về chẩn đoán sự cố MBA. Đặc biệt, tìm hiểu về phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên phân tích khí hoà tan (DGA - Dissolved Gas Analysis). Đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp. Đề xuất mô hình lập luận xấp xỉ mới cho hệ chẩn đoán theo tiếp cận đại số gia tử. Trao đổi với các chuyên gia thí nghiệm điện. - Cài đặt phần mềm dựa trên thuật toán đã được thiết kế; Kiểm nghiệm trên dữ liệu thực tế và hiệu chỉnh phần mềm. Những nội dung nghiên cứu chính và bố cục luận văn Dự kiến nội dung báo cáo của luận văn gồm: phần mở đầu, 3 chương chính, phần kết luận và tài liệu tham khảo. Bố cục được trình bày như sau: Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết và hướng nghiên cứu chính. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ SỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu về: Các lỗi thường xảy ra đối với MBA lực khi vận hành trong hệ thống điện; Quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và các phương pháp chẩn đoán; Những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bố về chẩn đoán sự cố MBA; Phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên phân tích khí hoà tan. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ CHẨN ĐOÁN LỖI THEO ĐẠI SỐ GIA TỬ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu tổng quan về lý thuyết đại số gia tử, suy luận xấp xỉ dựa trên đại số gia tử và ứng dụng trong các hệ chuyên gia. Xây dựng mô hình mờ cho hệ chẩn đoán dựa trên tiêu chuẩn chẩn đoán IEC-599 với kết quả phân tích DGA bằng một bộ suy luận mờ theo tiếp cận đại số gia tử. Thiết kế thuật toán chi tiết cho mô hình mờ trên. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG Nội dung trọng tâm của chương là cài đặt phần mềm chẩn đoán chạy trên môi trường web dựa trên thuật toán đã thiết kế trong chương 2; Kiểm nghiệm thuật toán chẩn đoán sự cố tiềm ẩn MBA với những bộ dữ liệu thực tế và hiệu chỉnh phần mềm. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Về ý nghĩa khoa học: Học viên thực hiện đề tài đã nghiên cứu các phương pháp chẩn đoán dựa trên kết quả của kỹ thuật DGA như Dornembug, Roger và tiêu chuẩn IEC-599; Tìm hiểm các kết quả nghiên cứu về chẩn đoán đã được các tác giả quốc tế công bố; Phân tích những ưu điểm, tồn tại của các kết quả nói trên. Từ đó đã đề xuất một mô hình chẩn đoán theo tiếp cận Fuzzy logic với sự thiết kế các hàm thuộc là phù hợp với thực tế. Mô hình chẩn đoán đã được thiết kế cụ thể thành thuật toán hoàn chỉnh để trở thành một phần mềm hệ chuyên gia trong chẩn đoán sự số tiềm ẩn của MBA lực. - Về ý nghĩa thực tiễn: Với thuật toán chẩn đoán được thiết kế, phần mềm đã được cài đặt hoàn chỉnh chạy trên môi trường web. Phầm mềm đã được kiểm thử với nhiều bộ dữ liệu thực tế và đã có những hiệu chỉnh cần thiết để kết quả chẩn đoán trở nên tin cậy hơn. Sản phẩm phần mềm này hoàn toàn có thể áp dụng trong thực tế đối với công tác thí nghiệm nghiệm MBA tại các Công ty, Trung tâm thí nghiệm điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ SỐ TIỀM ẨN CỦA MÁY BIẾN ÁP LỰC Nội dung trọng tâm của chương là nghiên cứu về: Các lỗi thường xảy ra đối với MBA lực khi vận hành trong hệ thống điện; Quá trình chẩn đoán, cơ sở lý thuyết và các phương pháp chẩn đoán; Những kết quả nghiên cứu trước đây đã được công bố về chẩn đoán sự cố MBA; Phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên phân tích khí hoà tan. Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp. Nội dung được thể hiện bằng các mục sau. Tổng quan về máy biến áp lực Như ta đã biết điện năng là loại năng lượng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống, việc điện khí hoá công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác đòi hỏi phải có thiết bị khác nhau. Việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện và trạm biến áp (trạm biến áp giảm áp ở cuối đường dây cho phù hợp với điện áp của phụ tải tiêu thụ). Từ đó ta cũng thấy rõ MBA chỉ làm nhiệm vụ thay đổi cấp điện áp, hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là chuyển hoá năng lượng. Hiện nay ngành chế tạo MBA của nước ta đã sản xuất được nhiều chủng loại MBA khác nhau, trước khi đưa MBA đưa vào vận hành đều phải thí nghiệm nghiệm thu, nhằm xác định chất lượng của MBA thông qua các thông số kỹ thuật. 1.1.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp Các thông số định mức được ghi trên các máy, các thông số khác được nhà chế tạo ghi trong lý lịch máy. Cụ thể từng thông số như sau. a) Công suất định mức Là công suất biểu kiến (công suất toàn phần) đưa ra từ phía thứ cấp của MBA. - Ký hiệu: Sđm - Đơn vị tính: kVA (hay VA). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
b) Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức: là điện áp của cuộn dây sơ cấp. - Ký hiệu: U1đm - Đơn vị tính: kV (hay V). Điện áp thứ cấp định mức: là điện áp của dây quấn thứ cấp khi MBA không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. - Ký hiệu: U2đm - Đơn vị tính: kV (hay V). Đối với MBA 3 cuộn dây có UTđm, UHđm. c) Dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp: Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức. - Ký hiệu: I1đm, I2đm - Đơn vị tính: (hay A) Đối với MBA 1 pha: Sdm I1dm  (0.1) U1dm Sdm I 2dm  (0.2) U 2 dm Đối với MBA 3 pha: Sdm I1dm  (0.3) 3U1dm Sdm I 2 dm  (0.4) 3U 2 dm d) Tần số định mức: Tần số công nghiệp 50Hz - Ký hiệu: fđm. - Đơn vị tính: Hz. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
e) Điện áp ngắn mạch của MBA - Là điện áp đo được khi ngắn mạch một phía của cuộn dây sao cho dòng điện đạt giá trị định mức đối với MBA hai cuộn dây, ta có: Ucao-hạ. - 3 giá trị điện áp ngắn mạch với 3 cặp cuộn dây: Cao–Hạ; Cao–Trung; Trung– Hạ. - Điện áp ngắn mạch tính theo % (Uk %). f) Dòng điện không tải I0 (A) Dòng điện không tải là giá trị hiệu dụng của dòng điện đi qua cuộn dây, khi điện áp điện áp đặt vào cuộn dây đó là định mức với tần số định mức còn các cuộn dây khác để hở mạch, dòng điện này còn gọi là dòng từ hoá. g) Tổn hao không tải Là công suất tác dụng bị hấp thụ khi không có tải đi qua cuộn dây. Tổn hao này còn gọi là tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P0. h) Tổn hao ngắn mạch Là phần công suất tác dụng bị hấp thụ trong dây quấn MBA khi có dòng tải đi qua cuộn dây. Khi có dòng điện định mức đi qua các cực của một trong các cuộn dây, còn các cực của cuộn dây kia nối tắt lại. Nếu có các cuộn dây khác thì các cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1). - Ký hiệu: Pn - Đơn vị tính: W (hay kW). i) Tổ đấu dây Là góc lệch pha của điện áp dây sơ cấp và thứ cấp, có 12 tổ dấu dây, các cuộn dây có thể nối với nhau  hay . 1.1.2. Thí nghiệm máy biến áp Việc thí nghiệm MBA để xác định tình trạng các thành phần và sự làm việc của MBA. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
a) Kiểm tra tổng thể bên ngoài - Sứ không bị sứt mẻ. - Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi mầu. - Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ. - Các chi tiết được lắp đặt đúng thiết kế. Các thông số của MBA phù hợp với tài liệu. b) Thí nghiệm không tải Mục đích: xác định tình trạng cuộn dây và lõi thép có bị chạm chập, xê dịch hoặc mạch từ bị xô, bu lông không ép chặt, chất lượng lõi thép xấu. Thí nghiệm không tải là hạng mục kiểm tra đầu tiên trước khi tiến hành thí nghiệm các hạng mục để tránh từ dư trong mạch từ khi nạp dòng điện một chiều. Kết quả đo được so với số liệu xuất xưởng hoặc giá trị cho trên mác máy. Nếu kết quả đo không bình thường ta cần tìm lý do như khử từ và tiến hành thí nghiệm tỷ số biến và đo trên điện trở một chiều để kết luận chính xác. c) Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây máy biến áp Đây là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng cách điện của các cuộn dây thông qua trị số của điện trở R60” và R15”. Giá trị R60” phải đáp ứng được với cấp điện áp mà nó làm việc. Giá trị điện trở cách điện yêu cầu phụ thuộc vào thông số của nhà chế tạo. - Với thiết bị dùng để đo điện trở cách điện dùng mêgôm 2500V hoặc 5000V. Các cuộn dây được nối tắt và nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện tích gây sai số đo. - Đo điện trở cách giữa các cuôn dây với nhau, giữa các cuộn dây với vỏ, và nối vỏ với đất. d) Đo điện trở một chiều các cuộn dây Mục đích: - Xác định tình trạng nguyên vẹn của cuộn dây, tiếp xúc mối hàn, mối nối, tiếp xúc các dao lựa chọn của bộ chuyển nấc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Quá trình thực hiện phép đo được tiến hành ở tất cả các cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp và ở các nhánh của cuộn dây, ở tất cả các pha. - Với MBA có các thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả các nấc. Kết quả đo cho ta biết được các đầu phân nhánh đưa ra có đúng hay không. e) Kiểm tra tỷ số biến Mục đích: Xác định số vòng quấn của cuộn dây ở tất cả các nấc phân áp. Kết hợp với các chỉ tiêu khác xác định chạm chập vòng dây. Xác định điện áp cuộn cao áp và cuộn hạ áp. f) Kiểm tra tổ nối dây Tổ nối dây là góc lệch pha giữa điện áp dây (hoặc điện áp pha) cuộn dây bên cao áp so với điện áp dây (điện áp pha) cuộn dây bên hạ áp cùng tên. Ký hiệu: - Đầu dây cao áp ABC cuối là XYZ. - Đầu dây hạ áp abc cuối là xyz. Tổ đấu dây của MBA là một trong những điều kiện đưa MBA vào vận hành song song. Để xác định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mác máy hay không, ta có thể dùng thiết bị chuyên dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phương pháp xung một chiều 3 trị số. Việc xác định tổ đấu dây còn làm cơ sở cho việc đấu đúng sơ đồ bảo vệ MBA. g) Thí nghiệm dầu cách điện Nhiệm vụ của dầu trong MBA là cách điện và làm mát. Tiêu chuẩn của dầu MBA như trong Bảng 1. 1. Thí nghiệm dầu MBA: để đảm bảo vận hành an toàn của MBA ta phải kiểm tra chất lượng của dầu thông qua các hạng mục. Đo điện áp phóng điện đánh thủng, đo góc tổn hao điện môi ở 90oC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bảng 1. 1. Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA Hạng mục TN Udl (KV) Dầu mới trong máy Dầu đang vận hành Cấp Điện áp 110 – 220KV 60 55 tg % không quá ở 900C 2.2 7 Trên đây là giới thiệu một số thí nghiệm xác định thông số cơ bản , ngoài ra còn phải kể đến một số thí nghiệm xác định các thông số khác như: - Đo điện trở cách điện và tổn hao điện môi sứ đầu ra của MBA có cách điện giấy dầu. - Đo góc tổn hao điện môi phản ánh phẩm chất cách điện của cuộn dây. - Thí nghiệm máy biến dòng lắp sẵn ở MBA. - Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến áp. - Thí nghiệm điện áp xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp. Các phương pháp chẩn đoán lỗi tiềm ẩn Mối quan tâm chính về các lỗi tiềm ẩn của MBA lực là sự suy giảm phẩm chất của hệ thống cách điện. Điều này có thể dẫn đến vấn đề là hệ thống cách điện sẽ bị đánh thủng bởi xung dòng điện (các lực điện động trên cuộn dây) hay quá điện áp. Chẩn đoán lỗi tiềm ẩn MBA là gắn liền với việc đánh giá các điều kiện cách điện của các vật liệu cách điện trong MBA. Việc đánh giá có thể được thực hiện một cách trực tiếp bằng thử cách định hoặc đánh giá gián tiếp qua các phương pháp khác nhau. 1.2.1. Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện Kiểm tra đánh giá về điều kiện cách điện chủ yếu muốn nói tới các kiểm tra off- line định kỳ, bao gồm việc đo điện trở cách điện (IR), hệ số tổn hao chất điện môi (DLF), sự phân cực hoá bề mặt (IP) có sử dụng IR bất thường và tần số phân tán của điện dung, hệ số xoay (TP), điện trở cuộn dây, điện trở cọc tiếp địa (CGR) và một số kiểm tra khác. Các kiểm tra trên được ứng dụng cho toàn bộ MBA và đó là sự đo đạc chính với điều kiện cách điện. Chúng có thể cho thấy một số vấn đề về tình trạng MBA nhưng có thể không tìm được lỗi tiềm ẩn. Các kiểm tra khác về giấy hay mẫu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn