Phân tích thông số điện máy biến áp lực từ kết quả đo điện dung và đáp ứng tần số

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

40
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thực tế, việc đánh giá định tính phụ thuộc lớn vào kinh nghiệm chuyên gia nên có thể rất tản mạn và không có tính thuyết phục trong quy trình chẩn đoán. Đánh giá định lượng theo tiêu chuẩn Trung Quốc cũng chỉ có ý nghĩa tham khảo vì có nhiều yếu tố chưa được khảo sát trong tiêu chuẩn này như loại MBA, kiểu dây quấn, tổ đấu dây...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích thông số điện máy biến áp lực từ kết quả đo điện dung và đáp ứng tần số

PHâN TíCH THôNG sỐ ĐIỆN MÁY BIẾN ÁP LỰC TỪ KẾT qUẢ ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN sỐ ThS. NGUYỄN KHẮC HIỆU, ThS. NGUYỄN SĨ HUY CƯỜNG Công ty Thí nghiệm điện miền Nam KS. NGÔ VĂN HIỀN Công ty CPNnghiên cứu & Thí nghiệm điện PGS.TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM TÓM TẮT Trong bài viết “Phân tích $áp ứng tần số - Máy $iện trong mô hình $iện thông số tập trung của biến áp lực và ứng dụng” $ăng ở bản tin số 14 MBA, góp phần nâng cao chất lượng chẩn $oán sự cố $iện và cơ vốn $ang dựa vào các kỹ thuật $áp ứng tần số, cách thức chẩn $oán sự cố và giới thử nghiệm truyền thống. thiệu mô hình mạch $iện tương $ương thông số tập trung của máy biến áp lực. Dựa vào $ó, bài II. MÔ HÌNH ĐIỆN THÔNG SỐ TẬP TRUNG CỦA viết này $ề xuất cách thức xác $ịnh các thông số MÁY BIẾN ÁP LỰC BA PHA HAI CUỘN DÂY $iện chính trong mạch tương $ương này của các Hình 1 giới thiệu mô hình thông số tập trung máy biến áp lực 110 kV và 500 kV ứng dụng phân ba pha cho một MBA hai cuộn dây, nhận $ược tích sự cố chập vòng dây và hiện tượng từ dư, dựa trên nguyên lý $ối ngẫu mạch từ - mạch $iện qua $ó hỗ trợ công tác thí nghiệm chẩn $oán tình trong vùng tần số thấp. Mô hình này phản ánh trạng máy biến áp. vật lý các hiện tượng $iện từ xảy ra trong MBA ở I. GIỚI THIỆU loại MBA và cấu tạo cuộn dây) nên các thông số Hiện nay, kỹ thuật phân tích $áp ứng tần số $iện trong mô hình (bảng 1) có thể $ược sử dụng (PTĐƯTS) $ã $ược áp dụng trong quy trình thí $ể phân tích các chế $ộ vận hành cũng như sự cố nghiệm máy biến áp lực (MBA) tại các công ty thí cho MBA có tổ $ấu dây bất kỳ. nghiệm $iện nhưng chủ yếu vẫn chỉ mang tính chất cảnh báo dựa trên sự sai khác $ặc tuyến $áp Ciw/2 x6 ứng tần số của cuộn dây giữa các lần $o ở các thời $iểm khác nhau, giữa các pha của cùng một L4 MBA hay của các MBA giống nhau [1−3]. Sự sai CgH/2 RH L3 RL CgL/2 R4 khác này sẽ $ược $ánh giá chẩn $oán $ịnh tính A (theo kinh nghiệm chuyên gia, kết hợp với hướng CsH R1 L1 CsL a dẫn, tiêu chuẩn quốc tế CIGRE và IEEE) hay $ánh CgH/2 NH:NH Ly NH:NL CgL/2 giá $ịnh lượng (thông qua các hệ số tương quan n Ry trong 03 phân vùng tần số theo tiêu chuẩn Trung CgH/2 R4 L4 RH RL CgL/2 Quốc DL/T-911 [4]). B L3 N CsH R1 L1 CsL Trong thực tế, việc $ánh giá $ịnh tính phụ b thuộc lớn vào kinh nghiệm chuyên gia nên có thể CgH/2 NH:NH Ly NH:NL CgL/2 rất tản mạn và không có tính thuyết phục trong Ry R4 L4 quy trình chẩn $oán. Đánh giá $ịnh lượng theo CgH/2 CgL/2 RH L3 RL tiêu chuẩn Trung Quốc cũng chỉ có ý nghĩa tham C khảo vì có nhiều yếu tố chưa $ược khảo sát trong CsH R1 L1 CsL c tiêu chuẩn này như loại MBA, kiểu dây quấn, tổ CgH/2 NH:NH NH:NL CgL/2 $ấu dây... Để cung cấp thêm thông tin $ánh giá $ịnh lượng các kết quả $o $áp ứng tần số (ĐƯTS) cho các loại MBA ba pha hai cuộn dây, bài viết giới Hình 1 – Mô hình thông số tập trung cho một MBA hai thiệu một phương pháp xác $ịnh các thông số cuộn dây YNyn6 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 11
Bảng 1. Giải thích các thông số MBA trong hình 1 A. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DUNG Các giá trị $iện dung $ối với $ất (CgH, CgL) và Thông số &iện liên cuộn dây (Ciw) trong hình 1 $ược xác $ịnh R1//L1 (trụ) và Ry// Ly (gông) $ầu cực các cuộn dây pha cần $ấu nối với nhau Tổng trở rò (pha) RH, RL, L3 $ể xác $ịnh giá trị tổng cộng ba pha (tương ứng là CHG, CLG, CHL trong hình 3); theo $ó, chỉ cần ít nhất Tổng trở thứ tự không (pha) R4//L4 xác $ịnh các $iện dung tổng cộng CHG, CLG, CHL, từ Điện dung pha các cuộn dây $ó tính $ược các $iện dung pha CgH, CgL, Ciw. - Dọc (series) CsH, CsL - Đối-với-$ất (ground) CgH, CgL - Liên-cuộn-dây Ciw (inter-winding) III. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN DỰA TRÊN CÁC PHÉP ĐO Các thông số $iện trong mô hình thông số tập trung MBA ở hình 1 có ảnh hưởng lớn $ến biên Hình 3 – Sơ đồ nguyên lý các điện dung 3 pha trong MBA , hai cuộn dây 1 Ly) và các $iện dung các cuộn dây (Cs, Cg, Ciw). Để Bảng 2. Các phép =o =iện dung MBA hai cuộn dây [5] minh họa, hình 2 giới thiệu một kết quả $o ĐƯTS tiêu biểu của một cuộn dây trong một MBA với ba phân vùng ảnh hưởng chính ở tần số thấp: Chế Nguồn Nối Bảo Giá TT UST 1) vùng ảnh hưởng chủ yếu bởi các $iện cảm lõi $ộ cấp $ất vệ trị 1 UST HV – – LV CHL chính bởi các $iện dung các cuộn dây với $iểm $ặc trưng “CAP” tương ứng với góc pha (tỉ số $iện 2 UST LV – – HV CHL CHL+ và $iện dung trên, với các $iểm cộng hưởng $ặc 3 GST HV LV – – CHG thông số tổn hao ($iện trở, $iện dẫn) không $áng CHL+ 4 GST LV HV – – kể tại các $iểm “IND” và “CAP” (do góc pha $ạt CLG cực trị), và dễ dàng xác $ịnh tại các $iểm “RES” 5 GSTg HV – LV – CHG (theo giải pháp mô phỏng). Các thông số khác chỉ có ảnh hưởng lớn ở vùng tần số trung bình và cao nên sẽ không $ược khảo sát. 6 GSTg LV – HV – CLG Trong mô hình mạch thông số tập trung ở hình 1 vẫn còn thông số $iện dung dọc của các cuộn dây (CsH, CsL) chưa $ược xác $ịnh. Do các $iện dung này không $o $ược nên sẽ $ược xác $ịnh gián tiếp thông qua mô phỏng sử dụng công cụ Simulink/Matlab. Theo $ó, nếu biên $ộ ĐƯTS mô hình) có sự sai khác so với biên $ộ ĐƯTS $o lường ở $iểm “CAP”, tức ảnh hưởng của $iện dung dọc là $áng kể so với các $iện dung $o $ược, một giá trị hợp lý của bộ {CsH, CsL} sẽ $ược thêm vào $ể cân bằng sự sai khác này. B. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐIỆN CẢM Trong thực tế vận hành, các công ty $iện lực Hình 2 – Ba phân vùng ảnh hưởng của các thông số chính trên đặc tuyến biên độ ĐƯTS hở mạch tỉ số $iện áp. Vì vậy, nhu cầu thực tế là cần có 12 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
một phương pháp tính toán gián tiếp, dựa trên nguyên lý khảo sát sự thay $ổi của $ặc tuyến Bắt đầu (L1 và Ly theo minh họa ở hình 4. Chọn các giá trị L1 và Ly ban đầu Mô phỏng ĐƯTS, so sánh với kết quả đo L1 = L1 + ΔL1 Ly = Ly + ΔLy y Xác định các sai số: ΔMag(sim-mea) Δf_res1(sim-mea) Tính toán ΔL1, ΔLy Δf_res2(sim-mea) bằng Fuzzy logic Sai |ΔMag(sim-mea)| ≤ɛ1 |Δf_res1(sim-mea)| ≤ ɛ2 Hình 4 – Mô phỏng sự thay đổi của đặc tuyến biên độ |Δf_res1(sim-mea)| ≤ ɛ2 ĐƯTS theo giá trị L1 và Ly ở tần số thấp |Δf_res2(sim-mea)| ≤ ɛ3 Từ hình 4 có thể rút ra quy luật ảnh hưởng của Đúng $iện cảm L1 và Ly $ến biên $ộ ĐƯTS trong vùng tần số thấp như sau: Kết thúc Khi $iện cảm L1, Ly tăng, $ặc tuyến có xu hướng giảm, dịch chuyển $i xuống (trục biên $ộ); $ồng thời, Hình 6. Lưu đồ xác định điện cảm L1 và Ly các $iểm cộng hưởng dịch sang trái (trục tần số). Khi $iện cảm L1, Ly giảm, $ặc tuyến có xu hướng tăng (trục biên $ộ); $ồng thời, $iểm cộng hưởng bị dịch chuyển sang phải (trục tần số). Tỉ lệ Ly/L1 càng lớn, khoảng cách giữa hai $iểm cộng hưởng càng lớn và ngược lại. Dựa vào quy luật này, các giá trị L1 và Ly (áp dụng cho từng pha) sẽ $ược xác $ịnh $ịnh lượng theo sai số ở ba vị trí, minh họa ở hình 5: $iểm “IND”, ΔMag(sim-mea), và 2 $iểm cộng hưởng “RES”, Δf_res1(sim-mea) và Δf_res2(sim-mea), theo lưu $ồ giải thuật $ược giới thiệu ở hình 6, Hình 7. Sơ đồ khối của hệ thống xử lý logic mờ với các thông số ɛ1, ɛ2, ɛ3 là giới hạn sai số theo $ộ chính xác mong muốn. Hình 7 thể hiện quá trình xử lý của hệ thống logic mờ. Đầu tiên, ba biến ngõ vào sẽ $ược mờ hóa thành vector ngõ vào qua bước mờ hóa. Bộ xử lý chứa các hàm thành viên là tập hợp tất cả các trường hợp có thể có của ngõ vào và $áp ứng tương ứng dựa theo hệ tri thức, chính là các quy luật tác $ộng của các $iện cảm $ến biên $ộ ĐƯTS mô phỏng trong vùng tần số thấp. Vector ngõ vào sau khi qua bộ xử lý sẽ cho ra vector ngõ ra tương ứng, và bước giải mờ chuyển tín hiệu này thành biến ngõ ra. Hệ thống xử lý logic mờ trong hình 8 $ược thiết kế theo hệ thống “Mandani” 3 ngõ vào (các sai số ở hình 5) và 2 ngõ ra (ΔL1 và ΔLy) với các luật như sau: “And method” MIN, “Or Hình 5. Các sai số xác định thông số điện cảm method” MAX, “Implication” MIN, “Aggregation” trong hình 8. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 13
IV. TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 1 – PHÂN TÍCH SỰ CỐ CHẬP VÒNG TRONG MỘT MBA 110 kV A. ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT Do các MBA 110 kV chiếm tỷ lệ lớn trong lưới $iện truyền tải và phân phối của miền Nam, hai MBA có thông số tương tự nhau 63 MVA, 115/23 kV ($ặt tên là T1 và T2) với thông tin chi tiết cho ở bảng 3 $ược chọn thí $iểm $ể khảo sát ứng dụng phương pháp $ề xuất. Bảng 3. Thông số các MBA thử nghiệm Số pha 3 pha Công suất 63 MVA Cách $iện Dầu Điện áp 115/23 kV Năm sản 2008 Tổ $ấu dây YNyn0 xuất Trong hai MBA này, MBA T1 ở tình trạng vận hành bình thường còn MBA T2 $ã bị sự cố và cô lập vận hành. Do MBA T2 không có dữ liệu $o ĐƯTS trước $ây, các dữ liệu $o ĐƯTS của MBA T1 có thể xem như là dữ liệu ở tình trạng vận hành bình thường của MBA T2 $ể phân tích. Hình 8. Thiết kế khâu xử lý mờ B. CÁC KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG tỉ số biến và thí nghiệm không tải $iện áp thấp, trình bày theo bảng 4, là bất thường và cho thấy, MBA này nhiều khả năng bị ngắn mạch chập vòng cuộn dây pha C. Cụ thể, tỉ số biến pha C lệch ít nhất tỉ số biến và tổn hao không tải lớn nhất $ối với MBA T1 tương ứng là 0.11% và 0.31%. Bảng 4. Kết quả =o tỉ số biến và thí nghiệm không tải MBA T2 Kết quả $o tỉ số biến Kết quả thí nghiệm không tải Nấc KA KB KC % K Pha $o U0 (kV) I0 (mA) P0 (W) 1 5.8014 5.7997 6.6248 14.22 A 10 86.8 647 10 5.0043 5.0028 5.6537 13.07 B 10 86.6 642 19 4.2076 4.2063 4.7203 12.39 C 50 33.8 116,023 C. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH dung và tổn hao $iện môi) và $iện cảm (từ phương pháp $ề xuất, với các giới hạn sai số ε1= 0.5 dB, ε2 ε3 các thông số tương ứng (22.00 H và 23.19 H) của MBA T1. Các thông số $iện dung của MBA T2 $ều không thay $ổi so với MBA T1. 14 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
Bảng 5. Thông số =iện dung và =iện cảm trong mô hình thông số tập trung MBA T1 và T2 MBA T1 MBA T2 Điện dung (nF) Điện cảm (H) Điện dung (nF) Điện cảm (H) Ciw 1.862 Ly 23.19 Ciw 1.862 Ly 6.20 CgH 6.561 L1 (A, B, C) 22.00 CgH 6.561 L1 (C) 0 CgL 3.775 CgL 3.775 L1 (A, B) 22.00 Hình 9 và 10 giới thiệu so sánh kết quả các $ặc tuyến biên $ộ ĐƯTS mô phỏng (dựa trên mô hình $iện thông số tập trung ở hình 1) và $o lường (thực hiện bởi thiết bị FRAX 101) trong vùng tần số thấp bảng 5) và các thông số phụ ($iện trở, $iện dẫn) $ã $ược xác $ịnh một cách phù hợp. Các $ộ lệch nhỏ khắc phục $ơn giản bằng cách sử dụng $ặc tuyến phi tuyến $iện trở theo tần số R1(f) và Ry(f) thay vì một giá trị hằng số $ã $ược chọn $ể $ơn giản hóa khâu mô phỏng. Hình 9. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo Hình 10. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo lường lường của các cuộn dây MBA T1 của các cuộn dây MBA T2 Nếu phân tích $ịnh lượng các ĐƯTS $o lường trên pha C giữa hai MBA T1 và T2, hoặc giữa hai pha ngoài cùng (A và C) của MBA T2 dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu chuẩn DL/T-911 của Trung Quốc [4], chỉ nhận $ược kết luận rằng “cuộn dây bị biến dạng trầm trọng”. Tuy nhiên, với phương pháp $ề xuất, có thể phân tích dựa trên sự thay $ổi các thông số $iện một cách rõ ràng và thuyết phục hơn. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 15
Các giá trị $iện dung của MBA T1 và T2 ở bảng 5 không có sự thay $ổi, chứng tỏ MBA T2 chưa có sự cố cơ (biến dạng ngang và dọc trục) vì không có sự thay $ổi $áng kể cấu trúc hình học các cuộn ứng sẽ xuất hiện dòng $iện ngắn mạch, từ $ó lại sinh ra thêm thành phần từ thông ngược chiều, khử từ thông chính ban $ầu. Như vậy, có cơ sở $ể khẳng $ịnh nhận $ịnh chập vòng cuộn dây pha C trong MBA T2 dựa trên kết quả các thử nghiệm truyền thống trước $ây. V. TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 2 – PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG TỪ DƯ TRONG MỘT MBA 500 KV A. ĐỐI TƯỢNG KHẢO SÁT Một MBA ba pha 525/23.5 kV 730 MVA YNd11 (T3) $ã $ược chọn $ể phân tích thông số trước và ngoại trừ có $ộ lệch biên $ộ ĐƯTS trong vùng tần số thấp, giới thiệu ở hình 11. Hình 11. So sánh đặc tuyến ĐƯTS trước và sau khử từ của các cuộn dây MBA T3 B. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TỪ PHÉP ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐÁP ỨNG TẦN SỐ HỞ MẠCH Bảng 6 giới thiệu các thông số $iện dung và $iện cảm trong mô hình thông số tập trung cho MBA T3 nhận $ược từ phương pháp $ề xuất. Các thông số $iện dung và $iện cảm tương $ương các gông y ) $ều không thay $ổi $áng kể trước và sau khi khử từ. Tuy nhiên, có thể dễ dàng nhận thấy 1 ) cả 3 pha A, B, C trước khi khử từ (tương ứng 15 H, 25.3 H và 22.5 H) so với sau khi khử từ (40.7 H ở cả 3 pha). Bảng 6. Thông số =iện dung và =iện cảm trong mô hình thông số tập trung MBA T3 trước và sau khi khử từ Trước khi khử từ Sau khi khử từ Điện dung (nF) Điện cảm (H) Điện dung (nF) Điện cảm (H) Ciw 10.455 L1 (A, B, C) 15, 25.3, 22.5 Ciw 10.455 L1 (A, B,C) 40.7 CgH 9.518 Ly 41.5 CgH 9.518 Ly 42.7 CgL 52.636 CgL 52.636 16 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018
Hình 12 so sánh kết quả mô phỏng và =o lường ĐƯTS hở mạch của các cuộn dây pha MBA T3 trước khi khử từ (hình 12a) và sau khi khử từ (hình 12b). Kết quả cho thấy các thông số =iện xác =ịnh dựa trên phương pháp =ề xuất có =ộ tin cậy cao. a) b) Hình 12. So sánh đặc tuyến ĐƯTS mô phỏng và đo lường của các cuộn dây MBA T3 trước khử từ (a) và sau khử từ (b) Kết quả phân tích $ịnh lượng các ĐƯTS $o tải và phân phối miền Nam bởi các trang thiết bị lường các cuộn dây MBA T3 trước và sau khi thử nghiệm công suất lớn vẫn chưa $ược trang khử từ dựa trên các hệ số tương quan theo tiêu bị hoàn chỉnh. Vì vậy, phương pháp $ề xuất có chuẩn DL/T-911 của Trung Quốc cho thấy “cuộn thể $ược ứng dụng $ể mở rộng cơ sở dữ liệu thử dây bình thường”. Tuy nhiên, sự thay $ổi không nghiệm hiện tại cho các MBA, nhằm gia tăng chất lượng chẩn $oán trong $iều kiện hiện nay. không thay $ổi ($áng kể) của các thông số $iện TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] IEC 60076 -18, “Power Transformer – Part 18: Measurement of Frequency Response,” 2012. theo các yếu tố khác nhau như mức $ộ và thời [2] IEEE C57.149, “IEEE Guide for the Application $iểm thao tác $óng cắt nguồn tác $ộng. and Interpretation of Frequency Response Analy- sis for Oil Immersed Transformers,” 2012. KẾT LUẬN [3] CIGRE Report 342 Working Group A2.26, Bài viết $ã $ề xuất một phương pháp tin cậy “Mechanical condition assessment of transformer và khả thi trong việc xác $ịnh các thông số $iện windings using FRA,” 2008. dung và $iện cảm trong mô hình thông số tập [4] DL/T 911, Chinese Standard, “Frequency Re- sponse Analysis on Winding Deformation of Power truyền thống và kỹ thuật phân tích $áp ứng tần Transformer,” 2005 số, qua $ó cung cấp thêm thông tin $ịnh lượng góp phần nâng cao chất lượng chẩn $oán các sự [5] M. Krüger, “Application Guide: Capacitance cố chập vòng và phân tích từ dư cho các MBA tiêu and dissipation factor measurement with CPC 100 biểu 110 kV và 500 kV. + CP TD1,” Omicron GmbH, Austria, 2004. [6] Tổng công ty Điện lực Việt Nam, “Quy trình (truyền thống và nâng cao) vẫn chưa $ược thực vận hành và sửa chữa máy biến áp,” ban hành hiện $ầy $ủ $ối với các MBA trên lưới $iện truyền theo quyết +ịnh 623/ĐVN/KTNĐ, 1997. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 4 / 2018 17