Nghiên Cứu Mô Hình Máy Biến Áp Lực Dựa Trên Phân Tích Đáp Ứng Tần Số

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện nghiên cứu mô hình máy biến áp lực dựa trên phân tích đáp ứng tần số áp dụng chẩn, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Khắc Hiệu
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Đình Anh Khôi
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Máy Biến Áp Lực Dựa Trên Phân Tích Đáp Ứng Tần Số
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
• 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 2. CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3
• 3.1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ DỰA TRÊN PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG TẦN SỐ
• 3.2. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ĐÁP ỨNG TẦN SỐ THEO TIÊU CHUẨN DL/T 911-2001
• 3.3. CÔNG CỤ TÍNH TOÁN HỆ SỐ TƯƠNG QUAN
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP
• 4.1. GIỚI THIỆU VỀ MBA
• 4.2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP
• 4.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHO MÔ HÌNH THÔNG SỐ TẬP TRUNG
• 4.4. ỨNG DỤNG FUZZY LOGIC XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ MÔ PHỎNG
• 4.5. ÁP DỤNG MÔ HÌNH HÓA CHO MBA
• 4.6. MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG CHẨN ĐOÁN MBA
• 5. CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT
• 5.1. KẾT LUẬN
• 5.2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LY LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Mô Hình Máy Biến Áp Lực FRA

Trong lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, việc đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị điện là vô cùng quan trọng. Máy biến áp lực (MBA) đóng vai trò then chốt trong hệ thống điện, và sự cố MBA có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu, đánh giá và chẩn đoán tình trạng MBA là hết sức cần thiết. Phân tích đáp ứng tần số (FRA) nổi lên như một công cụ hiệu quả để phát hiện các vấn đề cơ khí trong mạch từ và cuộn dây MBA. Phương pháp này có ưu điểm là có thể thực hiện tại chỗ mà không cần tháo dỡ, vận chuyển MBA. FRA đặc biệt nhạy cảm với những biến dạng xảy ra trong cuộn dây MBA, giúp phát hiện sớm các bất thường.

1.1. Tầm quan trọng của việc đánh giá tình trạng MBA

MBA là thiết bị đắt tiền, việc hư hỏng có thể gây ra thiệt hại kinh tế lớn. Phát hiện sớm các dấu hiệu sự cố cho phép sửa chữa hoặc thay thế MBA theo kế hoạch, giảm thiểu nguy cơ gián đoạn và hư hỏng nghiêm trọng. Điều này đòi hỏi giám sát chặt chẽ và liên tục để ghi nhận bất thường sớm nhất. Việc bảo trì chủ động giúp giảm nguy cơ gián đoạn bắt buộc và hư hỏng cho MBA và các thiết bị liên quan. Cần kiểm tra MBA từ lúc nghiệm thu xuất xưởng đến khi vận hành.

1.2. Các phương pháp đánh giá chất lượng máy biến áp

Có nhiều phương pháp đánh giá chất lượng MBA, bao gồm các phương pháp đánh giá chất lượng cách điện (điện trở cách điện, điện dung và tổn hao điện môi, thí nghiệm chịu đựng điện áp) và các phương pháp đánh giá chất lượng cuộn dây (số biến áp, điện trở một chiều). Tuy nhiên, các phương pháp này thường chỉ thực hiện ở một tần số cố định, hạn chế khả năng đánh giá. Việc mở rộng dải tần số nguồn thử nghiệm đã và đang được nghiên cứu. Các phương pháp như đo điện kháng rò, tổn hao điện môi và phân tích đáp ứng tần số (FRA) được áp dụng nhiều nhất.

II. Thách Thức Trong Chẩn Đoán Máy Biến Áp Bằng FRA

Đánh giá tình trạng cuộn dây và lõi thép MBA đòi hỏi kinh nghiệm và thường được tiến hành định tính bởi các chuyên gia. Cách thức đánh giá chủ yếu là đối chiếu dữ liệu theo thời gian, cấu trúc và chủng loại. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về cách đánh giá kết quả FRA, quy trình ra quyết định vẫn chưa được chuẩn hóa. Chẩn đoán thường dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia, dẫn đến kết quả không nhất quán. Phương pháp so sánh chéo bằng hệ số tương quan giữa đặc tuyến đo và đặc tuyến mẫu được khuyến nghị, nhưng gặp khó khăn do mỗi nhà sản xuất có thiết kế riêng và mỗi chủng loại máy có đặc tuyến FRA đặc trưng.

2.1. Giới thiệu phương pháp Phân tích Đáp ứng Tần số FRA

FRA là một công cụ hiệu quả để chẩn đoán tình trạng cơ khí của mạch từ và cuộn dây trong MBA. Dick và Erven [9] đã đề xuất phương pháp này, nó rất nhạy để phát hiện các bất thường do dịch chuyển cuộn dây. Miền tần số được chia thành tần số thấp, trung bình và cao. Tần số 10-20 kHz phụ thuộc vào cuộn dây MBA đặc trưng bởi thành phần điện cảm. Ở tần số trung bình từ 20 kHz đến MHz phụ thuộc vào cả điện cảm và điện dung tạo ra nhiều điểm cộng hưởng. Ở vùng tần số cao hơn, đáp ứng tần số phụ thuộc sự phân bố điện dung trong cuộn dây.

2.2. Tình hình nghiên cứu liên quan đến FRA hiện nay

Các nghiên cứu về FRA đã bắt đầu từ thập niên 70, khởi đầu từ công trình của Dick và Erven năm 1978 [9]. Nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến FRA đã được thực hiện và một số tài liệu hướng dẫn đã được ban hành, ví dụ như DL/T911-2004 [5], IEEE PC57. Các hướng nghiên cứu chủ đạo bao gồm xây dựng phương pháp đánh giá tình trạng thông qua các đặc tuyến thu được từ thực nghiệm, hoặc xây dựng mô hình tương đương của MBA.

2.3. Hướng nghiên cứu mô hình hóa trong FRA

Có hai hướng nghiên cứu chính trong mô hình hóa: mô hình toán học (giải bài toán trường điện từ bằng FEM, mô hình hộp đen) và mô hình vật lý. Mô hình vật lý có nhiều loại: mô hình tập trung (xây dựng mạch tương đương dựa trên nguyên tắc đối ngẫu từ điện) và mô hình phân bố (gồm STL, MTL, mạng bậc thang n tầng).[4]

III. Mô Hình Hóa Máy Biến Áp Lực Bằng Phương Pháp FRA

Để hạn chế các vấn đề chủ quan trong chẩn đoán, một ý tưởng được đưa ra là xây dựng mô hình vật lý, mô hình toán học tương đương có thể biểu diễn đặc tuyến FRA của MBA. Căn cứ vào đó, việc chẩn đoán tình trạng MBA có thể được thực hiện hiệu quả và chính xác hơn khi mà các dạng khiếm khuyết và những sự cố tiềm ẩn có thể được dự đoán trước thông qua các mô hình tương đương. Điều này đòi hỏi việc xác định chính xác các thông số của mô hình.

3.1. Mô hình hóa tập trung và phân bố cho máy biến áp

Mô hình tập trung xây dựng mạch tương đương dựa trên nguyên tắc đối ngẫu từ điện. Ngược lại, mô hình phân bố bao gồm các phương pháp như mô hình đường dây truyền tải đơn (STL), mô hình đường dây truyền tải đa (MTL) và mô hình bậc thang n tầng. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng và mục tiêu mô phỏng khác nhau.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thông số mô hình FRA

Các thông số điện trong mô hình FRA chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm cấu trúc cuộn dây, vật liệu cách điện, tần số hoạt động và nhiệt độ. Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để xây dựng mô hình chính xác. Các biến dạng cuộn dây, sự cố cách điện và các vấn đề khác có thể ảnh hưởng đến các thông số này, thay đổi đặc tuyến FRA.

3.3. Ứng dụng Fuzzy Logic trong xác định thông số mô hình

Ứng dụng Fuzzy Logic trong xác định thông số mô hình có thể cải thiện độ chính xác của việc xác định các thông số này. Hình 2.9 Các hàm nhiệt độ cold (lạnh), warm (ấm), va hot (nóng) được dùng để xác định thông số dựa trên nhiệt độ môi trường.

IV. Đánh Giá Hư Hỏng Máy Biến Áp Dựa Trên Phân Tích FRA

Việc đánh giá hư hỏng MBA dựa trên FRA đòi hỏi việc so sánh đặc tuyến đo được với đặc tuyến chuẩn hoặc đặc tuyến từ các pha khác. Các phương pháp đánh giá bao gồm so sánh trực quan, sử dụng hệ số tương quan và phân tích dựa trên mô hình. Sự thay đổi đáng kể trong đặc tuyến FRA có thể chỉ ra các vấn đề như biến dạng cuộn dây, ngắn mạch vòng và các hư hỏng khác.

4.1. Tổng quan các phương pháp đánh giá dựa trên phân tích FRA

Các phương pháp đánh giá dựa trên phân tích đáp ứng tần số có thể là so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha của phép đo EEOC của MBA hoặc đánh giá dựa trên sự thay đổi thông số mô phỏng MBA.

4.2. Tiêu chuẩn đánh giá kết quả thử nghiệm FRA DL T 911

Việc đánh giá kết quả thí nghiệm đáp ứng tần số cần tuân thủ theo tiêu chuẩn DL/T 911 — 2004. Hình 3.7 Các phương pháp nối dây phổ biến để thử nghiệm MBA [5] được mô tả trong tiêu chuẩn này.

4.3. Công cụ tính toán hệ số tương quan trong đánh giá FRA

Công cụ tính toán hệ số tương quan được sử dụng để đánh giá FRA bằng cách so sánh hai đặc tuyến. Hình 3.12 Giao diện của ứng dụng đánh giá FRA băng hệ số tương quan được thể hiện trong hình.

V. Ứng Dụng Mô Hình FRA Chẩn Đoán Máy Biến Áp Thực Tế

Mô hình FRA có thể được ứng dụng để chẩn đoán các vấn đề thực tế trong MBA. Bằng cách so sánh đặc tuyến đo được với đặc tuyến mô phỏng, có thể xác định các thông số và các vấn đề tiềm ẩn trong MBA. Ứng dụng này bao gồm cả việc phát hiện sớm các biến dạng cuộn dây, ngắn mạch vòng và các vấn đề khác có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng.

5.1. Áp dụng mô hình hóa cho MBA 110 22kV 63 MVA

Áp dụng mô hình hóa cho MBA 110/22kV 63 MVA trong các trường hợp cụ thể giúp minh họa khả năng của mô hình trong việc tái tạo đặc tuyến FRA thực tế. Hình 4.25 Đáp ứng tần số EEOC 3 pha MBA 110/22kV 63MVA (63M0808261) được thể hiện trong tài liệu.

5.2. Mô phỏng đáp ứng tần số trong chẩn đoán MBA

Mô phỏng đáp ứng tần số đóng vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán MBA bằng cách tạo ra các đặc tuyến FRA tương ứng với các tình trạng hoạt động và các sự cố khác nhau. Hình 4.48 Đặc tuyến mô phỏng sự cố trong MBA được thể hiện.

5.3. So sánh đặc tuyến mô phỏng và thực tế để xác định sự cố

Việc so sánh đặc tuyến mô phỏng và thực tế giúp xác định sự cố trong MBA, cho phép chẩn đoán chính xác và lên kế hoạch sửa chữa hoặc thay thế phù hợp. Hình 4.50 Đặc tuyến pha C của mô phỏng và thực tế và hình 4.51 Đặc tuyến pha A và pha B của mô phỏng và thực tế được sử dụng để so sánh.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Cho Mô Hình Máy Biến Áp FRA

Nghiên cứu và ứng dụng mô hình máy biến áp lực dựa trên phân tích đáp ứng tần số (FRA) đã chứng minh tiềm năng lớn trong việc chẩn đoán và đánh giá tình trạng MBA. Việc xây dựng các mô hình chính xác và hiệu quả cho phép phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn, giảm thiểu nguy cơ hư hỏng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Hướng nghiên cứu tiếp theo tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình và phát triển các phương pháp đánh giá tự động, giúp các kỹ sư điện có thể chẩn đoán MBA một cách nhanh chóng và hiệu quả.

6.1. Tổng kết kết quả và đóng góp của nghiên cứu

Các kết quả đạt được trong nghiên cứu này bao gồm việc xây dựng mô hình MBA dựa trên FRA, xác định các thông số quan trọng và ứng dụng mô hình để chẩn đoán sự cố. Nghiên cứu đã đóng góp vào việc nâng cao kiến thức về phương pháp FRA và cung cấp một công cụ hữu ích cho các kỹ sư điện.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo để nâng cao mô hình FRA

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của mô hình bằng cách sử dụng các phương pháp mô hình hóa tiên tiến hơn, như mô hình phần tử hữu hạn (FEM). Ngoài ra, việc phát triển các thuật toán đánh giá tự động có thể giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào kinh nghiệm của chuyên gia và tăng tốc quá trình chẩn đoán.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Máy biến áp lực (MBA) là thiết bị cốt lõi và đắt giá nhất trong hệ thống điện, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng. Trên lưới điện miền Nam Việt Nam hiện có khoảng 360 MBA 110kV đang vận hành, phục vụ cho nhiều khu công nghiệp và đô thị lớn. Việc đảm bảo độ tin cậy và an toàn vận hành của MBA là yêu cầu cấp thiết nhằm tránh các sự cố gây gián đoạn cung cấp điện, thiệt hại kinh tế và nguy hiểm về mặt an toàn. Các sự cố cơ điện trong MBA như biến dạng cuộn dây, hư hỏng cách điện, ngắn mạch vòng dây thường khó phát hiện sớm bằng các phương pháp truyền thống.

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số (Frequency Response Analysis - FRA) đã được chứng minh là công cụ hiệu quả để chẩn đoán các biến dạng cơ điện trong MBA mà không cần tháo dỡ thiết bị. FRA khảo sát đặc tuyến tần số của MBA trên dải rộng từ 10 Hz đến 2 MHz, giúp phát hiện các thay đổi nhỏ trong mạng lưới RLC bên trong cuộn dây và lõi thép. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình mô phỏng MBA 110kV dựa trên phương pháp FRA, từ đó xác định các thông số điện đặc trưng và ứng dụng mô hình này để chẩn đoán sự cố cơ điện trong MBA đang vận hành trên lưới điện miền Nam. Nghiên cứu tập trung vào dữ liệu thực nghiệm thu thập từ các MBA 110/22kV, công suất 25-63 MVA, trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2018.

Việc xây dựng mô hình tương đương và công cụ hỗ trợ xác định thông số điện cho mô hình FRA không chỉ nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán mà còn góp phần quan trọng trong công tác quản lý, bảo dưỡng MBA theo phương pháp chẩn đoán dựa trên tình trạng (Condition Based Diagnostics). Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc giảm thiểu rủi ro sự cố, tối ưu hóa chi phí bảo trì và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực miền Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính:

1. Phương pháp phân tích đáp ứng tần số (FRA): FRA đo tỷ số giữa tín hiệu đầu ra và đầu vào của MBA trên dải tần số rộng (20 Hz đến 2 MHz). Phương pháp này phân tích đặc tuyến biên độ và pha, giúp phát hiện các biến dạng cơ học và điện trong cuộn dây và lõi thép. FRA được thực hiện qua hai kỹ thuật chính: xung điện áp thấp (LVI) và quét tần số (SFRA), trong đó SFRA được ưu tiên do độ chính xác và khả năng phân tích chi tiết hơn.

2. Mô hình tương đương tập trung của MBA: Mô hình này xây dựng mạch điện tương đương gồm các phần tử R (điện trở), L (điện cảm), C (điện dung) đại diện cho các thành phần vật lý bên trong MBA như cuộn dây, lõi thép, điện dung giữa các cuộn dây và đất. Mô hình cho phép mô phỏng đặc tuyến FRA và phân tích ảnh hưởng của các biến dạng cơ học lên các thông số điện.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• Đáp ứng tần số EEOC (End-to-End Open Circuit) và EESC (End-to-End Short Circuit)
• Hệ số tương quan R dùng để đánh giá mức độ biến dạng dựa trên so sánh đặc tuyến FRA
• Các dạng biến dạng cơ học như biến dạng ngang trục, dọc trục, ngắn mạch vòng dây, hở mạch cuộn dây
• Ứng dụng logic mờ (Fuzzy Logic) trong xác định thông số mô hình từ dữ liệu thực nghiệm FRA

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các kết quả đo FRA thực tế trên MBA 110/22kV, công suất 25-63 MVA, do Tổng công ty Điện lực miền Nam quản lý, thu thập từ năm 2015 đến 2018. Thiết bị đo sử dụng là FRAX 101 của hãng Megger, với độ chính xác cao, dải tần số đo từ 20 Hz đến 2 MHz, số điểm lấy mẫu 1050 điểm.

Phương pháp phân tích gồm các bước:

• Thu thập dữ liệu FRA theo các sơ đồ đo EEOC và EESC
• Xây dựng mô hình tương đương tập trung của MBA dựa trên nguyên lý đối ngẫu từ-điện, xác định các thông số R, L, C ban đầu
• Sử dụng kỹ thuật logic mờ để điều chỉnh thông số mô hình sao cho đặc tuyến mô phỏng khớp với đặc tuyến đo thực tế
• Áp dụng tiêu chuẩn DL/T 911-2004 và IEEE PC57.149 để đánh giá mức độ biến dạng dựa trên hệ số tương quan giữa đặc tuyến FRA đo được và mẫu chuẩn
• Phát triển công cụ phần mềm trên nền tảng Matlab để tự động hóa quá trình tính toán hệ số tương quan, đồng bộ dữ liệu và hỗ trợ chẩn đoán

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm dữ liệu FRA của khoảng 6 MBA 110/22kV với các trạng thái vận hành khác nhau (bình thường và có sự cố). Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các MBA phổ biến trên lưới miền Nam và có dữ liệu đo lường đầy đủ. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2018, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình tương đương tập trung mô phỏng chính xác đặc tuyến FRA của MBA 110kV
   Mô hình xây dựng dựa trên các thông số R, L, C đã được điều chỉnh bằng logic mờ cho kết quả mô phỏng đặc tuyến EEOC và EESC khớp với dữ liệu thực nghiệm với sai số biên độ dưới 5%. Ví dụ, đặc tuyến EEOC của MBA 63 MVA (63M0808261) mô phỏng trùng khớp với kết quả đo thực tế trong dải tần 20 Hz - 2 MHz.

2. Hệ số tương quan R phản ánh chính xác mức độ biến dạng cuộn dây
   Theo tiêu chuẩn DL/T 911-2004, hệ số tương quan R < 0.6 cho thấy biến dạng nặng, 0.6 ≤ R < 1.0 biến dạng rõ ràng, 1.0 ≤ R < 2.0 biến dạng nhẹ, R ≥ 2.0 cuộn dây bình thường. Kết quả đo trên MBA 63 MVA (63M051194) cho thấy R < 0.6 ở vùng tần số thấp, xác nhận biến dạng nặng, phù hợp với tình trạng sự cố đã biết.

3. Phân vùng tần số giúp xác định loại biến dạng cơ học
   Phân tích đặc tuyến FRA theo bốn vùng tần số cho thấy: vùng tần số thấp (< 2 kHz) chịu ảnh hưởng bởi lõi thép và điện cảm từ hóa; vùng trung bình (2-20 kHz) chịu ảnh hưởng tương tác giữa các cuộn dây; vùng cao (20 kHz - 1 MHz) phản ánh cấu trúc cuộn dây; vùng rất cao (> 1 MHz) liên quan đến các đầu nối và điện dung ký sinh. Thay đổi thông số L, C trong mô hình tương ứng với các dạng biến dạng khác nhau.

4. Ứng dụng công cụ tính toán hệ số tương quan tự động trên Matlab giúp nâng cao hiệu quả chẩn đoán
   Công cụ này cho phép xử lý dữ liệu FRA với các định dạng khác nhau, đồng bộ số điểm lấy mẫu và đưa ra kết luận đánh giá nhanh chóng, chính xác. Ví dụ, so sánh dữ liệu FRA của MBA 63 MVA (63M1109239) với mẫu chuẩn cho kết luận biến dạng rõ ràng, hỗ trợ quyết định bảo trì kịp thời.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp FRA kết hợp mô hình tương đương tập trung trong chẩn đoán sự cố cơ điện MBA 110kV. Việc phân vùng tần số và xác định thông số mô hình giúp phân biệt rõ các dạng biến dạng, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý phù hợp. So với các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung MBA trung thế, nghiên cứu này mở rộng ứng dụng cho MBA truyền tải cao áp, phù hợp với đặc thù lưới điện miền Nam.

Việc áp dụng tiêu chuẩn DL/T 911-2004 và công cụ tính toán hệ số tương quan giúp chuẩn hóa quy trình đánh giá, giảm thiểu sự phụ thuộc vào kinh nghiệm cá nhân của chuyên gia. Tuy nhiên, do đặc tính thiết kế riêng biệt của từng nhà sản xuất MBA, việc xây dựng cơ sở dữ liệu mẫu đa dạng là cần thiết để nâng cao độ chính xác chẩn đoán.

Dữ liệu thực nghiệm thu thập trong giai đoạn 2015-2018 đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cao, tuy nhiên nghiên cứu cũng nhận thấy một số hạn chế về số lượng mẫu MBA có sự cố nặng, đề xuất mở rộng nghiên cứu trong tương lai. Biểu đồ so sánh đặc tuyến FRA giữa các pha và giữa mô hình mô phỏng với thực tế được sử dụng để minh họa trực quan các mức độ biến dạng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát FRA định kỳ cho MBA 110kV trên lưới điện miền Nam
   Thực hiện đo FRA định kỳ hàng năm cho toàn bộ MBA 110kV (khoảng 360 MBA) nhằm phát hiện sớm các biến dạng cơ điện. Chủ thể thực hiện là các đơn vị quản lý vận hành lưới điện, với mục tiêu giảm 30% sự cố MBA trong vòng 3 năm tới.

2. Phát triển và hoàn thiện cơ sở dữ liệu đặc tuyến FRA mẫu đa dạng
   Thu thập và lưu trữ dữ liệu FRA của các MBA cùng loại, trạng thái vận hành khác nhau để làm cơ sở so sánh chính xác hơn. Đề xuất phối hợp giữa các công ty điện lực và viện nghiên cứu trong vòng 2 năm.

3. Áp dụng công cụ phần mềm tự động phân tích và đánh giá FRA
   Triển khai công cụ trên nền tảng Matlab hoặc phát triển phần mềm chuyên dụng để hỗ trợ kỹ sư vận hành trong việc phân tích dữ liệu FRA nhanh chóng, chính xác. Mục tiêu hoàn thiện và đưa vào sử dụng trong 1 năm.

4. Đào tạo nâng cao năng lực chuyên gia chẩn đoán FRA và mô hình hóa MBA
   Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp FRA, tiêu chuẩn đánh giá và kỹ thuật mô hình hóa cho cán bộ kỹ thuật vận hành. Mục tiêu nâng cao trình độ chuyên môn, giảm thiểu sai sót trong chẩn đoán.

5. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng FRA kết hợp các phương pháp chẩn đoán khác
   Kết hợp FRA với phân tích khí hòa tan, phóng điện cục bộ để đánh giá toàn diện tình trạng MBA. Thực hiện nghiên cứu thử nghiệm trong 2 năm tiếp theo nhằm nâng cao độ tin cậy chẩn đoán.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì MBA tại các công ty điện lực
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về phương pháp FRA và mô hình hóa MBA, giúp kỹ sư nâng cao khả năng chẩn đoán sự cố, từ đó lập kế hoạch bảo trì hiệu quả, giảm thiểu rủi ro gián đoạn cung cấp điện.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực kỹ thuật điện
   Tài liệu trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết, phương pháp phân tích và mô hình hóa FRA, là nguồn tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu tiếp theo hoặc giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật điện.

3. Các đơn vị sản xuất và bảo dưỡng MBA
   Thông tin về đặc tuyến FRA và mô hình tương đương giúp nhà sản xuất cải tiến thiết kế, đồng thời hỗ trợ đơn vị bảo dưỡng đánh giá chính xác tình trạng MBA, nâng cao chất lượng dịch vụ.

4. Quản lý vận hành lưới điện và các nhà hoạch định chính sách
   Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các quy trình giám sát, bảo trì dựa trên tình trạng thực tế của MBA, góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành hệ thống điện quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp FRA có thể phát hiện được những loại sự cố nào trong MBA?
   FRA nhạy cảm với các biến dạng cơ học như biến dạng ngang trục, dọc trục, ngắn mạch vòng dây, hở mạch cuộn dây và các sự cố liên quan đến lõi thép. Ví dụ, biến dạng nặng thường làm thay đổi đặc tuyến FRA rõ rệt ở vùng tần số thấp.

2. Tại sao cần xây dựng mô hình tương đương MBA trong phân tích FRA?
   Mô hình tương đương giúp mô phỏng đặc tuyến FRA dựa trên các thông số điện, từ đó phân tích ảnh hưởng của từng loại biến dạng lên đặc tuyến. Điều này hỗ trợ chẩn đoán chính xác hơn so với chỉ dựa vào so sánh dữ liệu thực nghiệm.

3. Hệ số tương quan R được tính toán như thế nào và ý nghĩa của nó?
   Hệ số tương quan R đo mức độ tương đồng giữa hai đặc tuyến FRA, giá trị từ 0 đến 2. R càng nhỏ chứng tỏ sự khác biệt lớn, tương ứng với mức độ biến dạng càng nặng. Tiêu chuẩn DL/T 911-2004 quy định ngưỡng đánh giá cụ thể dựa trên R.

4. Logic mờ (Fuzzy Logic) được ứng dụng ra sao trong nghiên cứu này?
   Logic mờ được sử dụng để điều chỉnh các thông số mô hình sao cho đặc tuyến mô phỏng khớp với dữ liệu đo thực tế, xử lý các giá trị không chính xác tuyệt đối và giúp xác định thông số nhanh, chính xác hơn trong môi trường dữ liệu phức tạp.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế vận hành MBA?
   Kết quả mô hình và công cụ phân tích FRA có thể được tích hợp vào quy trình giám sát định kỳ, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, từ đó lập kế hoạch bảo trì, sửa chữa kịp thời, giảm thiểu rủi ro sự cố và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình tương đương tập trung cho MBA 110kV dựa trên phương pháp phân tích đáp ứng tần số, mô phỏng chính xác đặc tuyến FRA thực nghiệm.
• Hệ số tương quan R được áp dụng hiệu quả trong đánh giá mức độ biến dạng cuộn dây, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia.
• Phân vùng tần số trong FRA giúp xác định rõ các dạng biến dạng cơ điện khác nhau trong MBA.
• Công cụ phần mềm tự động phân tích FRA trên Matlab nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong chẩn đoán.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng FRA trong quản lý vận hành MBA truyền tải cao áp tại Việt Nam, góp phần nâng cao độ tin cậy hệ thống điện.

Next steps: Triển khai áp dụng mô hình và công cụ phân tích trong giám sát thực tế, mở rộng cơ sở dữ liệu mẫu, đào tạo nhân lực chuyên môn và nghiên cứu tích hợp các phương pháp chẩn đoán khác.

Các đơn vị quản lý vận hành và nghiên cứu kỹ thuật điện nên phối hợp triển khai ứng dụng phương pháp FRA và mô hình tương đương để nâng cao hiệu quả bảo trì và đảm bảo an toàn vận hành MBA.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu chung về tài các tiêu chuẩn chính thức để đánh giá kết quả FRA cũng là một mục tiêu quan trọng để tăng tính hiệu quả của việc chân đoán. Nham thực hiện được mục tiêu trên, dé tài sẽ sử dụng nguyên lý đối ngẫu từ điện để xây dựng mô hình MBA dựa trên một vài thông số đã biết. Kết quả mô phỏng sẽ được đối chiếu với dữ liệu thực nghiệm của MBA 110kV đang vận hành trên hệ thống điện miền Nam để đánh giá tính chính xác và khả năng ứng dụng của mô hình. Ngoài ra, một công cụ hỗ trợ giúp việc xác định thông số của mô hình FRA nhanh hơn, chính xác hơn sẽ được phát triển để ứng dụng cho các MBA 110kV góp phân trong việc mô phỏng các đặc tuyến FRA mẫu.

TAM QUAN TRỌNG CUA DE TÀI Hiện nay, Tổng công ty Điện lực miền Nam quan lý lưới điện phân phối toàn miền nam, trải dai 21 tỉnh từ Ninh Thuận đến Cà Mau, với trên 360 MBA 110kV đang vận hành, phục vu cho nhiều khu công nghiép, khu dân cư va thành phố lớn. Dé đảm bảo cung cấp điện cho lượng phụ tải lớn như trên, yêu cầu hệ thống điện phải hoạt động với độ tin cậy cao và liên tục. Trong đó, MBA là thành phần quan trọng nhất. Vì vậy, đặt ra yêu cầu phải có phương pháp chân đoán tình trạng MBA chính xác để phát hiện các nguy cơ trước khi trở thành các sự có, từ đó đưa ra các biến pháp xử lý tránh gián đoạn cung cấp điện.

Áp dụng các phương pháp thí nghiệm chan đoán ra đời đáp ứng những yêu cau trên. FRA là một trong những phương pháp chan đoán hiệu qua các sự cô cơ điện trong MBA. Việc xây dựng mô hình mẫu cho các MBA nói trên có đóng góp rất lớn trong công tác quan lý và bảo dưỡng MBA theo kết quả chan đoán hiện tại (Condition based diagnostics). PHAM VI NGHIEN CUU Đầu tiên, cần hiểu rõ phương pháp phân tích đáp ứng tần số trên MBA.

Nam rõ nguyên ly, đặc điểm cơ bản cũng như tinh chat của phương pháp đáp ứng tan số là cơ sở dé đưa ra phương pháp và tiêu chuẩn đánh giá kết quả FRA chính xác nhất. Sau khi Trang 7 Chương 1: Giới thiệu chung về tài năm vững phương pháp FRA, cần tìm hiểu các phương pháp và các tiêu chuẩn chính thức được áp dụng để đánh giá sự cô trong MBA dựa trên kết quả FRA. Đề tài cũng sẽ trình bày quá trình xây dựng mô hình MBA và phương pháp xác định các thông số trong mô hình MBA dựa trên kết quả thử nghiệm FRA. Nghiên cứu trong dé tài chủ yếu dựa trên dữ liệu FRA thực tế thu thập được trên các MBA của lưới điện cao thê của tông công ty Điện lực miễn Nam.

Từ mô hình MBA xây dựng được, đưa ra các mô phỏng về sự cố cơ điện trên MBA. Từ đó nhận xét sự thay đối của các thông số điện trong mô hình MBA và đưa ra các kết luận đánh về hư hỏng của MBA. NOI DUNG DE TAI Dé thực hiện các mục tiêu trên, luận văn bao gdm các chương và nội dung môi chương như sau: Tên dé tài luận văn: “NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH MAY BIEN ÁP LỰC DỰA TREN PHAN TÍCH DAP UNG TAN SO ÁP DUNG CHAN DOAN SỰ CO”. Chương 2: Phương pháp phân tích đáp ứng tan số.

Chương 3: Đánh giá hư hỏng máy biến áp dựa trên đáp ứng tần số. Chương 4: Mô hình máy biến áp. Chương 5: Tổng kết. Trang 8 Chương 2.

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH ĐÁP UNG TAN SO Chương này trình bảy tổng quan về phân loại, đặc điểm của phương pháp thử nghiệm “Phân tích đáp ứng tan số” (FRA — Frequency Respone Analysis) và các phép đo được sử dụng để khảo sát đáp ứng tần số. Chương này cũng trình bày chung về các loại biến dạng cơ học trong MBA có thể phát hiện bằng phương pháp FRA cũng như phương pháp đánh giá, chan đoán tình trạng MBA thông qua kết quả FRA. Cuối chương sẽ trình bày về phương pháp logic dé ước lượng thông số cho mô hình FRA của MBA.1 PHAN TÍCH ĐÁP UNG TAN SO Nguyên tac của phương pháp FRA là khảo sát ty số giữa tín hiệu ngõ ra so với ngõ vào của tổng trở tương đương của MBA trên một dải tần số, pho biến nhất trong vùng tần số 10 Hz đến 2 MHz [3].

Có hai phương pháp để lay đặc tuyến FRA, phương pháp xung điện áp thấp (LVI — Low Voltage Impulse) và phương pháp đáp ứng tần số quét (SFRA — Sweep Frequency Response Analysis) [1].1 Phương pháp xung điện áp thấp Khi sử dụng phương pháp LVI, một tín hiệu xung điện áp thấp được đưa vào một đầu cuộn dây và đo tín hiệu điện áp tại đầu bên kia hoặc dòng điện đi qua cuộn dây. Các tín hiệu được lọc và lay mẫu trong miễn thời gian, được chuyển đổi sang miễn tan số sử dụng biến đổi Fast Fourier dé biến đổi thành tín hiệu ở các tần số riêng riêng lẻ. Cuối cùng, một hàm truyền biểu diễn kết quả biến đổi Fast Fourier tại mỗi tan số các tín hiệu đo được. Ví dụ, đặt một xung vào đầu cực cao áp và dòng điện tại trung tính phía cao áp, đo điện áp tại đầu cực hạ áp.

Từ đó, ta nhận được hai dạng hàm truyền. Một là giữa dòng điện và điện áp đặt phía cao áp; hai là giữa điện áp truyền qua phía hạ áp và điện áp đặt phía cao áp. Ưu điểm của phương pháp LVI là có thé đo nhiêu dòng điện và điện áp cùng lúc, làm giảm thời gian của môi lân thử nghiệm Trang 9 Chương 2. Phương pháp phân tích đáp ứng tần số FRA Tuy nhiên, có một số nhược điểm của phương pháp này như nhiễu, suy hao trong quá trình thử, độ phân giải kém ở tần số thấp và giới hạn nguồn kích thích [1].2 Phương pháp phân tích tần số quét Phương pháp SFRA thực hiện bang cách đo đáp ứng tan số tại mỗi điểm tan số băng cách bơm một dạng sóng sin có cường độ không đổi (10V).

Sau đó, độ lớnvà pha được lay mau tại điểm tan số đó, tiếp tục tăng dần tần số sóng sin lên. SFRA là một phương pháp đo trực tiếp đáp ứng tần số mà không sử dụng biến đổi Fast Fourier. Tuy nhiên, phương pháp SFRA mat nhiều thời gian hơn để thu được một kết qua đo hoàn chỉnh so với phương pháp LVI [1]. Ngày nay, trong thực tế thường dùng SERA, do nhiều hãng sản xuất đã cho ra đời nhiều thiết bị hiện đại giúp việc đo SFRA nhanh hơn, chính xác hơn.

Đề thử nghiệm SFRA, đòi hỏi sử dụng 3 loại dây tín hiệu: dây dẫn tín hiệu (Signal), dây tham chiếu (Reference) và day thử nghiệm (Test).1 thể hiện sơ đỗ kết nỗi thử nghiệm FRA dién hình. Tín hiệu đưa vào cuộn dây được đo để cung cấp tín hiệu tham chiếu. sau đó được so sánh với tín hiệu thu được ở cudi cuộn dây, được đo bang dây thử nghiệm. Sơ đỗ này giúp làm giảm ảnh hưởng của dây cáp lên kết qua thử nghiệm.

Đầu dây đo được nối với đầu sứ MBA và nói đất dé tạo nối đất chung. IBRRRHRRWMRRWNRWRMNNNỊ LL11L1111111111] ? =e —=====+ Viet V ng Si__.1 So đồ đấu nối thử nghiệm FRA dién hình [2] Trang 10 Chương 2. Phương pháp phân tích đáp ứng tần số 2.3 So sánh giữa phương pháp LVI và phương pháp SFRA Đã có nhiễu tranh luận về ưu — nhược điểm của hai phương pháp LVI và SFRA nhưng đa số đều dẫn đến kết luận răng phương pháp SFRA ưu việt hơn phương pháp LVI. Chi tiết về các so sánh ưu — nhược điểm giữa hai phương pháp được thé hiện trong bang 2.1 Bang so sánh ưu — nhược điểm của phương pháp LVI va SFRA [16] LVI SFRA Uu diém - Thor gian thực hiện phép do| - Tỉ số tín hiệu trên nhiễu ngăn (thường dưới 1 phút) (SNR) cao.

- Dai tân sô rộng - Độ phân giải tần số linh hoạt Nhược điểm - Ti số tín hiệu trên nhiễu| - Thời gian thực hiện phép đo (SNR) thấp, giảm theo tan so. dài hơn (thường vài phút - _ Độ phân giải tần số cố định một phép đo) - - Khó lọc nhiễu 2.4 Nguyên lý do SFRA Đề thực hiện phép do SFRA, một tin hiệu áp dang sin có điện áp thấp (nhỏ hơn 10V) với tan số biến đổi từ 20 Hz đến 2MHz được phát vào một đầu cực MBA, điện áp tại đầu cực nay được đo bang công tham chiếu — Vin (Reference voltage). Đồng thời, điện áp đầu ra — Vout (Measured voltage) — được đo ở một đầu cực khác (tùy theo phép đo). Hàm truyền được xác định bằng cách lẫy tỉ số Vout/Vin tại từng điểm tần số đo.

Nồi các điểm này với nhau sẽ được các đường đặc tuyến biểu diễn theo dạng biéu đồ Bode. Đặc tuyến đáp ứng tần số bao gồm đặc tuyến biên độ và đặc tuyến góc pha theo công thức sau: e Biên độ: Mag = 20log10(IVoutl/IVinl) (dB) (1) Trang 11 Chương 2. Phương pháp phân tích đáp ứng tần số e Gióc Pha: Phase = pha {Vout} — pha {Vin} (độ) (2) 2.5 Các sơ đồ đo SFRA Ref 50Q | ) Meas (a) Ref Ref Gen h (c) Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm FRA cho MBA 3 pha [3]. (a) do hở mạch (b) do ngăn mach (c) đo hiệu ứng dung (d) do hiệu ứng cảm Có 4 sơ đồ đo SERA cơ bản được giới thiệu trong hình 2.2 như sau [3]: “* End -to-end open-curcuit (EEOC): đo hở mach Điện áp đầu vào tai đầu cuộn dây cần đo, điện áp ngõ ra do ở đầu còn lại của cuộn dây.

Các đầu cực khác để hở mạch. *End-to-end short-curcuit (EESC): đo ngắn mạch Tương tự phép đo hở mạch, điện áp đầu vào đặt vào một đầu cuộn dây, điện áp ngõ ra đo ở đầu còn lại của cuộn dây. Tuy nhiên, các đầu dây cuộn thứ cap được nôi tat với nhau. Trang 12 Chương 2.

Phương pháp phân tích đáp ứng tần số “* Capacitive inter-winding (CAP): đo hiệu ứng dung Điện áp đầu vào tại đầu cuộn dây can đo phía cao áp, điện áp ngõ ra được do ở đầu tương ứng phía hạ áp. Các đầu cực còn lại của không được nối đất. s* Inductive inter-winding (IND): đo hiệu ứng cảm. Điện áp đầu vào tại đầu cuộn dây cần đo phía cao áp, điện áp ngõ ra được đo ở đầu tương ứng phía hạ áp.

Tuy nhiên, các đầu cực cuối cuộn dây phải được noi đất.