Nghiên cứu ứng dụng phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và phương pháp phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu cho hệ thống giám sát online MBA

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy biến áp lực (MBA) là thiết bị quan trọng và có giá trị lớn trong hệ thống điện (HTĐ), tình trạng vận hành của MBA trực tiếp ảnh hưởng đến tính an toàn và tin cậy HTĐ. Đặc biệt theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đến năm 2020 thực hiện 100% các TBA 110 kV là trạm không người trực vận hành, để hoàn thành kế hoạch trên cần thiết phải có các biện pháp đảm bảo cho tất cả các trang thiết bị trong trạm, trong đó MBA là phần tử quan trọng nhất, vận hành một cách an toàn, tin cậy và hiệu quả.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và phương pháp phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu cho hệ thống giám sát online MBA

324 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐIỂM NÓNG CUỘN DÂY VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN KHÍ HÒA TAN TRONG DẦU CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT ONLINE MBA Công ty Lưới điện cao thế TP Hà Nội I. ĐẶT VẤN ĐỀ Máy biến áp lực (MBA) là thiết bị quan trọng và có giá trị lớn trong hệ thống điện (HTĐ), tình trạng vận hành của MBA trực tiếp ảnh hưởng đến tính an toàn và tin cậy HTĐ. Đặc biệt theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam đến năm 2020 thực hiện 100% các TBA 110 kV là trạm không người trực vận hành, để hoàn thành kế hoạch trên cần thiết phải có các biện pháp đảm bảo cho tất cả các trang thiết bị trong trạm, trong đó MBA là phần tử quan trọng nhất, vận hành một cách an toàn, tin cậy và hiệu quả. Hệ thống giám sát online MBA có tác dụng phát hiện sớm các bất thường, hư hỏng để có biện pháp xử lý kịp thời, nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm thời gian mất điện các MBA. Để giám sát tình trạng hoạt động máy biến áp, hiện nay nhiều công nghệ đã được áp dụng như: phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu (DGA), phát hiện phóng điện cục bộ (PD), giám sát nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu máy biến áp, giám sát điện áp 2 phía máy biến áp v.v. Các thiết bị giám sát có đặc điểm đều sử dụng thiết bị, cảm biến chuyên dụng độc lập, đặc tính giám sát đơn lẻ, trong những tình huống sự cố nhất định có thể đưa ra chẩn đoán sự cố tương đối chính xác, nhưng không thể đưa ra chẩn đoán về MBA một cách tổng thể. Ngoài ra, ảnh hưởng của chu kì lấy mẫu cũng cản trở việc phát hiện kịp thời sự cố cũng như dự báo diễn biến của sự cố cho người vận hành. Sự phát triển của công nghệ hiện đại, không ngừng nâng cao khả năng tự động hóa trong TBA đã cung cấp các giải pháp hữu hiệu cho giám sát online MBA. Bên cạnh đó, ứng dụng các tiêu chuẩn tiên tiến về giám sát MBA có thể xây dựng một hệ thống giám sát online MBA toàn diện, tính chính xác cao, theo thời gian thực. Đối tượng nghiên cứu của chuyên đề này là MBA dầu, chủ yếu sử dụng giám sát nhiệt độ cuộn dây và đo sắc phổ các thành phần khí hòa tan trong dầu để tiến hành chẩn đoán tình trạng vận hành của MBA; từ đó phát hiện các sự cố xảy ra, dự báo sự cố có thể phát sinh trong quá trình vận hành, đồng thời nâng cao khả năng vận hành quá tải của MBA.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 325 II. THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1. Hiện trạng giám sát, điều khiển MBA Các hệ thống giám sát, điều khiển MBA hiện có:  Sử dụng các tín hiệu đo lường tại trạm làm cơ sở tiến hành giám sát, vận hành MBA bao gồm dòng điện, điện áp, công suất, hệ số công suất, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ lớp dầu trên, v.v.  Đo thành phần khí hòa tan (DGA) bằng sắc phổ dầu, đo trực tuyến hoặc lấy mẫu dầu đo riêng lẻ;  Giám sát, điều khiển hệ thống quạt và bơm làm mát;  Giám sát phóng điện cục bộ. Nguồn: sytec.com.vn Hình 1: Giám sát MBA hiện đang được sử dụng Các hệ thống đang sử dụng đều sử dụng thông tin từ các thiết bị chuyên dụng đơn lẻ, giám sát MBA từ các bộ phận khác nhau, các chẩn đoán đưa ra chủ yếu được sử dụng để hiển thị và cảnh báo ở mức thấp (quá nhiệt MBA, hệ thống quạt không bình thường,...) hoặc sử dụng như một thành phần của liên động điều khiển (quá dòng, quá áp,...) và chưa có tính năng dự báo sự cố. Từ góc độ giám sát, điều khiển và thông tin MBA thì tính đồng bộ, nhất quán của các thiết bị riêng lẻ là chưa cao. Tại Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung, các trạm tự động hóa những năm gần đây phát triển với tốc độ cao, tiêu chuẩn IEC61850 được ứng dụng ngày càng sâu rộng. Các trạm được giám sát, điều khiển bằng hệ thống DCS đã thể hiện ưu thế vượt trội so với kiểu truyền thống, đặc biệt là khả năng thu thập, xử lý và lưu trữ một lượng thông tin rất lớn với mức độ chính xác rất cao. Đồng thời, mở ra khả năng tự động hóa hoàn toàn công tác vận hành TBA. Trên cơ sở đó, các đơn vị, tổ chức đã và
326 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 đang tiến hành xây dựng chương trình giám sát trực tuyến, điều khiển MBA có tính toàn diện và độ chính xác cao. 2. Các hệ thống giám sát trực tuyến MBA được nghiên cứu và ứng dụng trong thời gian gần đây Năm 2010, ALSTOM giới thiệu hệ thống “MS 3000 – Online condition monitoring and expert System”. Hệ thống này có chức năng giám sát cuộn dây, đầu cực, hệ thống làm mát, OLTC của MBA. Tháng 11 năm 2010, hệ thống “MDS4000 - Hệ thống giám sát và đánh giá trạng thái của các thiết bị truyền tải điện” của công ty EON-LG được Tập đoàn Điện lực Trung Quốc thông qua kiểm nghiệm. MDS4000 có module quan trọng là “MDD3000T- Giám sát trực tuyến MBA”, MDD3000 giám sát thành phần khí và nước trong dầu, giám sát nhiệt độ cuộn dây thông qua các cảm biến quang học. Siemens giới thiệu hệ thống “SITRAM@ GAS-Guard 8” và “SITRAM@ CM” vào năm 2011. Hai hệ thống này có chức năng chủ yếu gồm: phân tích thành phần khí trong dầu, đo lường nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu, khả năng vận hành quá tải, phân tích lão hóa cách điện cuộn dây. Tại Việt Nam, tháng 6 năm 2010 công ty ATS trình bày đề tài nghiên cứu khoa học “Xây dựng phần mềm giám sát khả năng tải đường dây, giám sát khả năng tải và lão hoá cách điện của máy biến áp”. Đến đầu năm 2011, phần mềm “Power line & Transformer Monitering” đã được chạy thử nghiệm trong một số trạm biến áp 220 kV và thu được kết quả bước đầu rất khả quan. Tháng 6 năm 2011, Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia EVN-NPT đã khởi động chương trình nghiên cứu “Công nghệ giám sát & phân tích online dầu”, sử dụng thiết bị phân tích Multitrans của hãng Kelman (UK). EVN-NPT nhận định đây là một công nghệ mới trên thế giới và sẽ được áp dụng tại Việt Nam, nên cũng cần có các hội thảo và trao đổi về việc ứng dụng và khai thác công nghệ này. 3. Các vấn đề tồn tại  Các hệ thống trình bày ở trên đều sản xuất hợp bộ, vốn đầu tư cao;  Khả năng nâng cấp và mở rộng thấp;  Giám sát nhiệt độ cuộn dây tuân theo tiêu chuẩn IEEE Std C57.91-1995, hiện tại tiêu chuẩn IEC 60076-7-2005 “Power transformers–Part7: Loading guide for oil- immersed power transformers” đã được ban hành và có nhiều nội dung được cải tiến cập nhật;  Phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu tuân theo tiêu chuẩn IEEE Std C57.104-1991 được ban hành từ năm 1991, hiện nay IEEE Std C57.104-2008
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 327 “Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers” đã được ban hành và có nhiều chỉnh sửa;  Giao diện HMI của phần mềm chưa trực quan, chưa thân thiện với người sử dụng, còn nhiều chức năng có thể nâng cấp thêm. III. GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ĐIỂM NÓNG CUỘN DÂY 1. Giới thiệu Thực tế công tác QLVH trong TBA, việc nâng cao khả năng chịu tải của MBA rất quan trọng. Việc nâng cao khả năng tải của máy sẽ loại trừ được những tổn hại trong quá trình vận hành; giúp điều độ có thêm thời gian và phương án để đưa phụ tải về phạm vi an toàn. Phụ tải thực tế lớn hơn phụ tải danh định của MBA sẽ gây ảnh hưởng đến tất cả các bộ phận của MBA (cuộn dây, đầu cực, cách điện, lõi thép, OLTC, cáp nối đầu cực, biến dòng, v.v.), gây ra tổn hại cho máy. Đặc biệt là tại cuộn dây, tác động rất dễ nhận thấy và ở mức độ nghiêm trọng nhất. Cách điện tại điểm nóng nhất của cuộn dây có tốc độ lão hóa cao nhất, dẫn đến sự cố phóng điện trong cuộn dây, gây ra hư hỏng MBA. Có thể kết luận, nhiệt độ điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây MBA là nhân tố ảnh hưởng quyết định khả năng vận hành quá tải của máy, vì vậy việc giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong điều khiển vận hành MBA nói riêng và trong vận hành các TBA không người trực nói chung. 2. Phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây Giữa những năm 80 của thế kỉ trước, các nhà khoa học đã thử nghiệm sử dụng cảm biến quang học để đo lường nhiệt độ cuộn dây. Sử dụng cáp quang có thể trực tiếp, chính xác đo được nhiệt độ cuộn dây theo thời gian thực, từ đó giám sát nhiệt độ nội bộ trong MBA, điều khiển hệ thống làm mát tương ứng, nâng cao khả năng chịu tải của MBA, đảm bảo cung cấp điện an toàn cả trong giờ cao điểm, nâng cao tuổi thọ MBA. Tuy nhiên, việc ứng dụng cảm biến quang học yêu cầu lắp đặt rất nhiều cảm biến trong MBA, kỹ thuật bảo dưỡng phức tạp, vốn đầu tư rất cao nên đến hiện tại chưa được áp rộng rãi. Đối với hệ số phụ tải K và nhiệt độ môi trường θa, nhiệt độ dầu θo biến đổi theo thời gian, tiêu chuẩn IEC 60076-7-2005 cung cấp Phương pháp phương trình vi phân, gián tiếp tính toán nhiệt độ điểm nóng cuộn dây θh và tổn hao tuổi thọ cách điện tương ứng[1]. Lưu đồ của Phương pháp phương trình vi phân được thể hiện trong Hình 2.
328 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Nguồn: IEC 60076-7-2005 Hình 2: Phương pháp phương trình vi phân Trong đó: K : Hệ số phụ tải θa : Nhiệt độ môi trường (oC) θo : Nhiệt độ lớp dầu trên (oC) θh : Nhiệt độ điểm nóng cuộn dây (oC) R : Tỉ số giữa tổn thất có tải và tổn thất không tải tại dòng điện định mức k11 k21 k22: Hằng số tính toán của mô hình nhiệt x : Hằng số exponent của nhiệt độ dầu y : Hằng số exponent của nhiệt độ cuộn dây τ0 : Hằng số thời gian của dầu τw : Hằng số thời gian của cuộn dây Δθhr : Độ tăng nhiệt độ điểm nóng cuộn dây so với lớp dầu trên (định mức), K Δθor : Độ tăng nhiệt độ lớp dầu trên so với môi trường (định mức), K Hằng số k11, k21, k22, τ0, τw, x, y quyết định bởi dung lượng MBA và hệ thống làm mát. Do phân bố nhiệt trong máy không đều, cách điện tại khu vực có nhiệt độ cao nhất sẽ bị tổn hại nặng nề nhất, IEC 60076-7-2005 tính toán tốc độ lão hóa dựa trên nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây. Tốc độ lão hóa cách điện và tổn hao tuổi thọ cách điện được tính theo công thức (III-1) và (III-2).
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 329 15000 15000 V = e(  ) 110  273   273 h (III-1) N L   Vn  tn (III-2) n 1 Trong đó: V: Tốc độ lão hóa cách điện Vn: Tốc độ lão hoá cách điện ở khoảng thời gian tn L: Tổn hao tuổi thọ cách điện n: Chỉ số của khoảng thời gian t N: Tổng số các khoảng thời gian t trong chu kỳ thời gian t: Khoảng thời gian Các thí nghiệm thực tế đã chỉ ra, nhiệt độ điểm nóng cuộn dây tính toán theo Phương pháp phương trình vi phân tiệm cận với kết quả đo trực tiếp bằng cảm biến quang học; phương pháp gián tiếp có ưu điểm là chi phí thấp, vận hành bảo dưỡng đơn giản, thuận lợi cho áp dụng vào giám sát trực tuyến MBA[3]. 3. Giám sát online nhiệt độ điểm nóng cuộn dây Ứng dụng Phương pháp phương trình vi phân cho giám sát trực tuyến nhiệt độ điểm nóng cuộn dây, các bước tiến hành như sau: 1. Thiết lập thông số MBA. 2. Thu thập giá trị đo, chu kì lấy số liệu 1 lần/3 phút, số liệu được lấy từ Server của hệ thống tự động hóa TBA. 3. Tính toán trạng thái khởi đầu. 4. Giải phương trình vi phân. 5. Đưa số liệu đầu ra, đồ thị theo thời gian. 6. Đưa ra cảnh báo. Sơ đồ khối của chương trình được thể hiện trong Hình 3. 4. Đánh giá Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây sử dụng cảm biến quang học (trực tiếp) hay phương trình vi phân (gián tiếp) đều có những ưu điểm, nhược điểm nhất định. Cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA nhiệt độ điểm nóng cuộn dây, từ đó tính toán tốc độ lão hóa cách điện, tuổi thọ cách điện một cách rõ ràng và có tính chính xác cao. Bên cạnh đó, công nghệ giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây cũng có những nhược điểm:
330 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Giám sát nhiệt độ cuộn dây cho dù sử dụng cảm biến quang đo trực tiếp cũng là phương pháp gần đúng, vị trí đặt cảm biến phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm chuyên gia và kết quả của của những thí nghiệm thực tế. Do đó kết quả đo thu được chỉ đạt được mức độ chính xác nhất định.  Phương pháp phương trình vi phân trong quá trình tính toán có nhiều tối ưu hóa, sử dụng các giả thiết điều kiện và các thông số MBA. Các yếu tố này kết hợp lại làm giảm tính chính xác của kết quả tính toán. 5. Kết luận Phát huy ưu điểm, hạn chế nhược điểm của Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây, đồng thời kết hợp với các công nghệ giám sát khác, từ đó có thể xây dựng một hệ thống giám sát online MBA có tính toàn diện, tính chính xác và độ tin cậy cao. Số liệu đo Đặc tính MBA (Dt=3min) Giá trị danh định: U，S，In，R，Δθhr，Δθor a – nhiệt độ môi trường Đặc tính nhiệt: x，y，k11，k21，k22，τ0，τw o – nhiệt độ dầu (nếu có) Giá trị ngưỡng: θomax1, θhmax1, … I – dòng điện Mô hình tính toán Phương pháp phương trình vi phân IEC 60076-7-2005 o – nhiệt độ dầu h – nhiệt độ điểm nóng cuộn dây L – tốc độ lão hóa cách điện Cảnh báo Báo cáo o > θomax -Đồ thị theo thời gian: h > θhmax1, θhmax2 I, K, a, o, h RL – Tuổi thọ cách -Bảng báo cáo điện Hình 3: Giám sát trực tuyến nhiệt độ cuộn dây
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 331 IV. GIÁM SÁT THÀNH PHẦN KHÍ HÒA TAN TRONG DẦU 1. Giới thiệu Trong quá trình vận hành MBA, bất cứ một hiện tượng phát nhiệt hay phóng điện cục bộ phát sinh trong MBA đều sinh ra các thành phần khí cháy trong dầu MBA, phóng điện còn duy trì hàm lượng khí cháy sẽ gia tăng theo thời gian. Khi mức độ các hàm lượng khí lớn có thể làm cháy nổ MBA. Các khí phát sinh có nguồn gốc chủ yếu từ dầu MBA, bên cạnh đó còn có các thành phần do cách điện cố định (giấy cách điện, vật liệu composite,...) giải phóng ra. Phát nhiệt hay phóng điện trong dầu dẫn đến các liên kết C-C, C-H bị phá vỡ hoặc kết hợp, trong quá trình đó các khí như H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO, CO2 được tạo thành, không ngừng di chuyển và phát tán trong dầu. Hàm lượng và thành phần các khí phát sinh có liên quan mật thiết đến loại hình và mức độ nghiêm trọng của sự cố. Giám sát và phân tích thành phần khí hòa tan trong dầu có thể phát hiện sớm các bất thường bên trong MBA và theo dõi được diễn biến phát sinh các sự cố[2]. Bảng 1. Loại hình sự cố và các khí phát sinh Loại hình sự cố Khí phát sinh đặc trưng Các khí khác Quá nhiệt dầu CH4, C2H4 H2, C2H6 Quá nhiệt dầu và giấy cách điện CH4, C2H4, CO, CO2 H2, C2H6 Phóng điện cục bộ trong dầu và giấy H2, CH4, CO C2H2, C2H6, CO2 cách điện Phóng điện trong dầu H2, C2H2 Hồ quang điện trong dầu H2, C2H2 CH4, C2H4, C2H6 Hồ quang điện trong dầu và giấy H2, C2H2, CO, CO2 CH4, C2H4, C2H6 Nguồn: IEEE Std C57.91-1995 2. Phương pháp giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu Thông qua quan sát và thực nghiệm độc lập trên nhiều MBA, các tổ chức và nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu ra nguyên lý sử dụng tỉ số của thành phần khí phát sinh trong dầu để chẩn đoán sự cố MBA. Trong quá trình sử dụng khí đặc trưng để tiến hành xác định sự cố MBA, phương pháp giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu không ngừng được tổng kết, cải tiến, tính chính xác và độ tin cậy ngày càng được nâng cao.  Thiết bị đo sắc phổ dầu Thiết bị đo sắc phổ dầu là thành phần quan trọng của hệ thống giám sát thành phần khí hòa tan, hiện tại có rất nhiều thiết bị được giới thiệu và sử dụng rộng rãi trên
332 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 thế giới. Chuyên đề nghiên cứu, ứng dụng thiết bị TM8 của hãng Serveron, TM8 đo hàm lượng 09 loại khí hòa tan trong dầu (H2, O2, CH4, CO, CO2, C2H4, C2H6, C2H2, N2). - Module phân li dầu khí: sử dụng phương pháp tách khí chân không, không làm tiêu hao dầu. - Module đo lường: sử dụng cảm biến bán dẫn, đo hàm lượng các khí phát sinh. - Module xử lí số liệu: thông qua các phép toán lọc, nâng cao tính chính xác và ổn định của số liệu; đưa ra dữ liệu số hóa theo chuẩn IEC61850 cung cấp cho chương trình chẩn đoán sự cố. Hình 4: Giao diện các chức năng chính của thiết bị TM8
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 333 Phạm vi đo lường và sai số của TM8 được trình bày trong Bảng 2. Bảng 2. Đặc tính đo lường của TM8 STT Loại khí Phạm vi đo Sai số 1 H2 3 - 3000 ppm ±5% 2 O2 30 - 25000 ppm ±5% 3 CH4 5 - 7000 ppm ±5% 4 CO 5 - 10000 ppm ±5% 5 CO2 5 - 30000 ppm ±5% 6 C2H4 3 - 5000 ppm ±5% 7 C2H6 5 - 5000 ppm ±5% 8 C2H2 1 - 3000 ppm ±5% 9 N2 5000 - 100000 ppm ±10% Thiết bị TM8 có các ưu điểm thích hợp với việc xây dựng hệ thống giám sát online dầu MBA: - Đo lường trên MBA mang tải, chu kì đo 30 phút/mẫu nhanh hơn so với các phương pháp truyền thống; - Thiết bị đo có độ nhạy cao; - Chủng loại khí đo được rất đa dạng, 09 loại khí (H2, CO2,...), ngoài ra có thêm tùy chọn đo nhiệt độ và độ ẩm trong dầu; - Hỗ trợ chuẩn thông tin IEC61850, thuận lợi cho việc thu thập và trao đổi dữ liệu; - Độ bền điện từ cao, hoạt động được trong môi trường khắc nghiệt của TBA, không gây tổn hao dầu MBA.  Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg Tiêu chuẩn IEEE Std C57.104-2008 đề xuất Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg để chẩn đoán sự cố MBA dựa trên tỉ lệ của các thành phần khí phát sinh trong dầu. Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg sử dụng 4 tỉ số hàm lượng khí: R1 = CH4/H2, R2 = C2H2/C2H4, R3 = C2H2/CH4, R4 = C2H6/C2H2 đưa ra phán đoán về 3 loại sự cố tổng hợp trong MBA: quá nhiệt, phóng điện cục bộ và hồ quang điện. Trình tự tính toán của phương pháp được thể hiện trong Hình 5.
334 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Nguồn: IEEE Std C57.104-2008 Hình 5: Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg Hàm lượng các khí phát sinh trước tiên được so sánh với giá trị nồng độ định mức L1, từ đó xác định có hay không sự cố và giá trị đo hàm lượng khí khả dụng. Sau đó các tỉ số R1, R2, R3, R4 theo trình tự so sánh với các giá trị tham chiếu, từ đó đưa ra các chẩn đoán. Kết quả chẩn đoán trình bày cụ thể trong Bảng 3. Bảng 3. Kết quả chẩn đoán theo Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg Sự cố R1 = CH4/H2 R2 = C2H2/C2H4 R3 = C2H2/CH4 R4 = C2H6/C2H2 Quá nhiệt > 1.0 < 0.75 < 0.3 > 0.4 Phóng điện cục > 0.4 < 0.1 < 0.3 bộ Hồ quang điện > 0.1 ~ < 1.0 > 0.5 > 0.3 < 0.4 3. Giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan trong dầu Sử dụng số liệu từ thiết bị đo sắc phổ dầu và ứng dụng Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg xây dựng chương trình giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan trong dầu, các bước tiến hành như sau: 1. Thu thập giá trị đo, số liệu được cung cấp từ đầu ra của thiết bị do sắc phổ dầu. 2. Tính toán theo phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 335 3. Đưa ra các chẩn đoán sự cố. 4. Đưa ra bảng báo cáo, đồ thị thời gian. Sơ đồ khối của chương trình được thể hiện trong Hình 6. Số liệu đo Thiết bị đo sắc phổ dầu (1 lần/1 h） H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO (μL/L) Mô hình tính toán Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg (IEEE Std C57.104-2008) Chẩn đoán sự cố Báo cáo 0- MBA vận hành bình thường Bảng báo cáo 1- Nghi vấn có sự cố Đồ thị thời gian: H2, 2- Quá nhiệt CH4, C2H2, C2H4, C2H6, 3- Phóng điện cục bộ CO (μL/L) 4- Hồ quang điện Hình 6: Giám sát trực tuyến thành phần khí hòa tan trong dầu MBA 4. Đánh giá Công nghệ giám sát thành phần khí trong dầu MBA bằng Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg có rất nhiều ưu điểm như sử dụng số liệu đầu vào theo tiêu chuẩn IEC61850 từ thiết bị đo sắc phổ dầu tiên tiến, chính xác; thuật toán so sánh tỉ số tường minh, có cơ chế tự giám sát kết quả đo nên nâng cao được độ tin cậy của các chẩn đoán đầu ra, từ đó cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA những cảnh báo, kết luận có chất lượng phục vụ cho công tác vận hành và điều khiển MBA[3]. Bên cạnh đó, công nghệ này cũng có những điểm cần cải thiện:  Thiết bị đo sắc phổ dầu có chu kỳ đo dài (thiết bị TM8 thường đặt 1 h/lần lấy mẫu), trong một số trường hợp không kịp thời phát hiện được sự cố cũng như theo dõi diễn biến của sự cố. Đặc biệt là sự cố phóng điện có năng lượng lớn, sự cố
336 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 diễn biến nhanh, lưu lượng khí phát sinh biến đổi vô cùng lớn. Nếu sự cố phát sinh khi chu kì lấy mẫu vừa mới kết thúc thì phải đến 1 h sau thiết bị mới phản ứng, lúc đó mức độ của sự cố đã nghiêm trọng hơn rất nhiều, hậu quả đối với MBA nói riêng và cả TBA nói chung là vô cùng nguy hiểm.  Thiết bị đo sắc phổ dầu đối với mỗi loại khí riêng biệt có độ nhạy không giống nhau, khi sai số xảy ra làm cho các tỉ số biến đổi với biên độ rộng, ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả tính toán, làm giảm độ tin cậy của các chẩn đoán đầu ra. 5. Kết luận Giám sát thành phần khí trong dầu MBA là một công nghệ giám sát online MBA hiện đại, tuân theo tiêu chuẩn hiện đại của tổ chức IEEE một cách nghiêm ngặt. Công nghệ này có rất nhiều ưu điểm nhưng đồng thời cũng tồn tại những nhược điểm. Thông qua nghiên cứu hai công nghệ Giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và Giám sát thành phần khí trong dầu MBA, nhu cầu cấp thiết đặt ra là xây dựng được một hệ thống giám sát MBA có đầy đủ ưu việt của từng công nghệ, giám sát trực tuyến MBA một cách toàn diện hơn, chính xác hơn, độ tin cậy cao hơn so với áp dụng từng công nghệ riêng rẽ. Đó chính là tư tưởng để xây dựng Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến MBA được trình bày trong phần tiếp theo. V. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỔNG HỢP GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN MÁY BIẾN ÁP - TOMS (TRANSFORMER ONLINE MONITORING SYSTEM) 1. Giới thiệu chung Thông qua việc nghiên cứu các Hệ thống giám sát trực tuyến MBA hiện đang được giới thiệu trên thế giới cũng như ưu nhược điểm của các phương pháp giám sát riêng lẻ, tác giả giới thiệu Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS. Hệ thống TOMS có tính toàn diện, độ tin cậy, độ chính xác cao; khả năng nâng cấp, mở rộng tốt và chi phí thấp hơn so với các hệ thống hợp bộ nhập khẩu.  Tư tưởng xây dựng TOMS A. Phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và giám sát thành phần khí trong dầu MBA, mỗi phương pháp có đặc điểm riêng: - Chu kì thu thập dữ liệu: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây có chu kì 1 lần/3 phút, sắc phổ dầu là 1 lần/1 h; - Mô hình toán học và kết quả đầu ra: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây là phương pháp tính toán gián tiếp, kết quả thu được là giá trị tiệm cận trong khi đó sắc phổ dầu là sử dụng phép đo trực tiếp. - Ý nghĩa đối với hệ thống tự động hóa TBA: giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây đưa ra các cảnh báo, chủ yếu liên quan đến tình trạng vận hành quá tải của MBA, hệ thống có thể sử dụng các cảnh báo này để xem xét kế hoạch vận hành tiếp theo.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 337 Phương pháp sắc phổ dầu đưa ra các chẩn đoán sự cố, hệ thống có thể sử dụng kết quả này để tiến hành các công tác sa thải phụ tải hoặc làm một dữ liệu đầu vào cho bảo vệ MBA. B. TOMS kết hợp 2 phương pháp đã phân tích ở trên, hạn chế nhược điểm của từng phương pháp riêng lẻ, sử dụng ưu điểm của từng phương pháp, từ đó cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA các cảnh báo và chẩn đoán có chất lượng cao: - Kết hợp một phương pháp gián tiếp, một phương pháp trực tiếp sẽ nâng cao tính linh hoạt của hệ thống. Khi dữ liệu của cấp cho một phương pháp thiếu hụt, hệ thống vẫn duy trì hoạt động, các kết quả đầu ra vẫn đạt được độ chính xác nhất định; - Quá trình nhiệt trong MBA là một quá trình phức tạp, có quán tính lớn. Chu kì lấy mẫu một ngắn một dài có thể theo sát quá trình phát sinh sự cố, đáp ứng công tác dự báo diễn biến sự cố đồng thời nâng cao tính ổn định của các kết quả đầu ra; - Mỗi phương pháp giám sát có các kết quả phán đoán riêng biệt, thông qua việc sử dụng logic kiểm tra chéo sẽ cung cấp cho hệ thống tự động hóa TBA các chẩn đoán có tính chính xác cao.  Đặc điểm của hệ thống TOMS A. TOMS sử dụng Phương pháp phương trình vi phân thực hiện giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây. Sử dụng phương trình vi phân không cần lắp đặt khối lượng lớn cáp quang, thuận tiện cho việc vận hành và bảo dưỡng MBA. Ngoài ra, ứng dụng phương pháp gián tiếp này sẽ giảm chi phí đầu tư, nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm. B. Hệ thống sử dụng Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg tiến hành giám sát trực tuyến thành phần dầu trong MBA. Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg là một phương pháp tiên tiến, ưu việt, sử dụng phương pháp này sẽ nâng cao độ chính xác và tính tin cậy của hệ thống. C. Cơ sở dữ liệu của TOMS được xây dựng trên SQL Server, SQL Server có 3 ưu điểm lớn: xử lí thông tin, dữ liệu một cách tập trung, thuận tiện cho việc trao đổi thông tin giữa các hệ điều hành khác nhau, phù hợp nhiều hệ thống cùng sử dụng dữ liệu. D. Phần mềm của TOMS được viết bằng ngôn ngữ C# Microsoft Visual 2010. Phần mềm TOM có các module chức năng phong phú, tốc độ xử lí và độ tin cậy cao. Giao diện HMI của TOMS trực quan, thân thiện. 2. Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS Hệ thống TOMS được cấu thành bởi 2 thành phần chủ yếu là: Server dữ liệu Trans_data và phần mềm TOM. Cấu trúc của TOMS được thể hiện như trong Hình 7.
338 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Transformer Profile (Đặc tính MBA) Online Calculation Dữ liệu vào Nhiệt độ cuộn dây (3 phút/lần) Thành phần khí trong Server dữ liệu dầu Sắc phổ dầu Hệ đánh giá, chẩn đoán Trans_data (1 h/lần) tổng hợp Online Monitor Đồng hồ Analog Bảng dữ liệu Đồ thị thời gian Cảnh báo Report Bảng báo cáo (Form 1 ngày) In, xuất báo cáo Hình 7: Hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến máy biến áp - TOMS  Server dữ liệu Trans_data Trans_data được viết bởi SQL Server 2008, có 2 chức năng chính là: tiếp nhận, xử lí dữ liệu đầu vào; làm cơ sở dữ liệu cho phần mềm TOM. Trans_data gồm 6 bảng dữ liệu: Input_1, Input_2, Onehour, Oneday, Trans_data_new, Trans_profile. Nội dung và chức năng của các bảng dữ liệu này sẽ được trình bày trong bài báo tiếp theo.  Phần mềm TOM Phần mềm TOM gồm 4 module: Giao diện Transformer Profile, Khối trung tâm Online Calculation, giao diện Online Monitor, giao diện Report. Các giao diện của phần mêm TOM được thiết kế như trong Hình 8, Hình 9 và Hình 10.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 339 Hình 8: Giao diện Transformer Profile Hình 9: Giao diện Online Monitor Hình 10: Giao diện Report
340 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 V. KẾT LUẬN Sự cố MBA có loại hình đa dạng và diễn biến phức tạp, sự cố không chỉ bị ảnh hưởng bởi một vài yếu tố mà có liên quan đến rất nhiều các nguyên nhân khác nhau. Theo sự phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật, trong thực tế vận hành MBA cần áp dụng hệ thống giám sát tiên tiến, toàn diện cho MBA, tạo tiền đề cho vận hành TBA mô hình trạm thao tác xa và không người trực một cách an toàn, tin cậy. Chuyên đề đã tiến hành nghiên cứu 2 phương pháp hiện đại và được sử dụng nhiều nhất trong công tác giám sát trực tuyến MBA hiện nay: Phương pháp giám sát nhiệt độ điểm nóng cuộn dây và Phương pháp giám sát thành phần khí hòa tan trong dầu. Thông qua việc đánh giá ưu và nhược điểm của 2 phương pháp này, tiến hành giới thiệu hệ thống tổng hợp giám sát trực tuyến MBA – TOMS. Nhằm thực hiện yêu cầu đề ra là giám sát MBA toàn diện, chính xác theo gian thực, đề xuất phương hướng nghiên cứu như sau: nghiên cứu cải tiến kỹ thuật giám sát điểm nóng cuộn dây và giám sát thành phần khí MBA; thử nghiệm và nâng cao tính chính xác, độ tin cậy của hệ thống TOMS; nắm vững các công nghệ giám sát MBA khác như giám sát hồng ngoại (camera nhiệt), giám sát phóng điện cục bộ, giám sát chấn động cơ học,...