Đánh giá khả năng mang tải của máy biến áp trung áp bằng phép thử độ tăng nhiệt

 hoàn toàn tự động. 
Trong quá trình tăng nhiệt, nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ dầu lớp trên, lớp dưới cũng như 
nhiệt độ không khí xung quanh được giám sát và liên tục. Trong quá trình mát, điện trở 
một chiều được đo tự động và liên tục (5 s một lần) việc xác định đường cong làm mát 
hoàn toàn tự động. 
Việc tiến hành đồng thời thí nghiệm không tải, ngắn mạch để có kết quả tổng tổn 
thất chính xác tại nhiệt độ lớn nhất, rồi tiến hành thử độ tăng nhiệt các MBA trung áp 
với số liệu tin cậy là hoàn toàn đảm bảo đánh giá khả năng mang tải của MBA để đưa 
vào vận hành an toàn và liên tục. 
Trong quá trình thí nghiệm độ tăng nhiệt ngắn mạch cuộn hạ áp và đặt điện áp vào 
cuộn dây cao áp. Vì vậy, đối với các dòng điện định mức đầy tải trong máy biến áp, 
điện áp cung cấp yêu cầu sẽ thấp hơn điện áp định mức, còn tổn thất lõi từ của máy biến 
áp phụ thuộc vào điện áp. Vì vậy để tăng nhiệt độ thực tế của dầu trong một máy biến 
áp, phải đưa tổng tổn thất ở nhiệt độ cực đại cho phép vào trong máy biến áp. Do đó 
dòng điện từ nguồn cung cấp lớn hơn giá trị định mức máy biến áp, do vậy chúng ta đã 
kiểm soát khả năng mang tải của máy biến áp. 
Trong hơn 2 năm qua, ngoài các thí nghiệm thông thường, Tổng công ty Điện lực 
miền Bắc đã giao cho Công ty Thí nghiệm điện miền Bắc thí nghiệm bổ sung hạng mục 
thí nghiệm tăng nhiệt để đánh giá các MBA trước khi đưa vào vận hành góp phần ổn 
định vận hành lưới điện. 
Với thiết kế và giải pháp hoàn hảo về cả phần cứng và phần mềm, hệ thống DTTS 
là một công cụ đắc lực, hiệu quả để kiểm soát chất lượng và khả năng mang tải của các 
máy biến áp cũng như đánh giá chính xác tình trạng của các máy biến áp. 
2. ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CỦA MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THÍ 
NGHIỆM ĐÁP ỨNG TẦN SỐ QUÉT 
Từ năm 2004, thế giới đã nghiên cứu hạng mục thí nghiệm mới, tăng cường đánh 
giá giám sát bổ sung cho công tác đánh giá chất lượng máy biến áp rất hiệu quả. Đó là 
hạng mục đo đáp ứng tần số quét nhằm phát hiện sớm hiện tượng xô lệch mạch từ, bối 
dây hay các kết cấu cơ học trong nội bộ máy biến áp. Năm 2012 có tiêu chuẩn quốc tế 
IEC 60076 18 và tiêu chuẩn IEEE C57.149 được ban hành. 
Hạng mục này được sử dụng để ghi nhận dữ liệu gốc lý lịch về máy biến áp (đo 
ngay khi chế tạo, lắp đặt tại nhà máy sản xuất và trước khi vận chuyển đến vị trí vận 
hành) hoặc dữ liệu cơ sở (dữ liệu ban đầu) làm cơ sở so sánh cho những lần đo sau này. 
Hạng mục này được sử dụng trong các trường hợp: 
 Đo trước và sau khi thử chịu đựng ngắn mạch tại nhà máy sản xuất máy biến áp. 
624 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
 Đo lấy dữ liệu gốc để đánh giá tình trạng ban đầu của máy biến áp. 
 Đo trước và sau vận chuyển. 
 Đo sau khi máy biến áp bị sự cố ngắn mạch ngoài phía đường dây, dòng ngắn 
mạch lớn và duy trì. 
 Đo sau khi máy biến áp tiến hành đại tu, bảo dưỡng rút ruột hay quấn lại cuộn dây. 
 Đo sau khi máy biến áp tiến hành đại tu, bảo dưỡng bộ điều áp dưới tải OLTC. 
 Đo sau khi máy biến áp trải qua hiện tượng thiên tai như động đất, sét đánh. 
 Đo sau khi có thay đổi lớn trong dầu máy tăng đột ngột hàm lượng khí cháy. 
 Đo trong thí nghiệm định kỳ các máy biến áp 110 kV, 220 kV, 500 kV nếu 
chưa có số liệu gốc nên đo để có cơ sở số liệu để so sánh sau này, cần định kỳ sau 
khoảng thời gian vận hành 2 3 năm có những biến đổi cấu trúc hay không. 
2.1. Cơ sở lý luận và nguyên lý phép đo 
 Phân tích đáp ứng tần số quét (SFRA) đã trở thành phương pháp chính xác và 
hiệu quả để đánh giá sự nguyên vẹn cơ khí của cấu trúc lõi từ, cuộn dây và gông từ 
trong các máy biến áp bằng cách đo các chức năng dịch chuyển điện của chúng với một 
dải tần số rộng. 
 Phương pháp này được thực hiện bằng cách đưa một tín hiệu điện áp thấp với tần 
số thay đổi vào một đầu của một cuộn dây và đo tín hiệu đáp ứng trên các đầu dây khác 
của máy biến áp. Điều này được thực hiện trên tất cả các cuộn dây của máy biến áp có 
thể tiếp cận được từ bên ngoài. Sự so sánh giữa các tín hiệu đầu vào và đầu ra tạo nên 
một đáp ứng tần số, đáp ứng này có thể được so sánh với các dữ liệu tham chiếu. 
 Kết cấu lõi từ và cuộn dây của các máy biến áp có thể được xem như là một 
mạng điện tổ hợp của các điện trở, điện cảm, các điện dung đối với đất, các điện cảm 
ghép và chuỗi các điện dung nối tiếp như ở trong hình 1. Đáp ứng tần số của một mạng 
lưới như vậy là duy nhất và vì thế thực hiện đo ban đầu khi xuất xưởng cho máy biến áp 
nó được xem như là dấu vân tay máy biến áp (finger print). 
Trong quá trình đo đáp ứng tần số đều ghi nhận cả giá trị biên độ và góc pha của tỉ 
số điện áp (Hình 1 trái), nhưng thông thường để hiển thị và giải thích kết quả một 
cách trực quan thì chỉ sử dụng thông tin về biên độ. Tuy nhiên, nếu dữ liệu đáp ứng tần 
số được tham số hóa bằng một hệ thống tự động lấy mẫu dựa trên biểu diễn bằng một 
đơn vị đo lường so với giá trị điểm 0 thì có thể cần đến thông tin của cả biên độ và góc 
pha. Trên hình 2 là hiển thị đáp ứng tần số theo biểu đồ logarit hoặc biểu đồ tuyến tính. 
Người ta chỉ cần sử dụng biểu đồ logarit dễ dàng đưa ra được phân tích toàn bộ khuynh 
hướng đáp ứng tần số. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 625 
Hình 1 Nguyên lý hoạt động của SFRA (trái) 
và giản đồ đặc tính mạng thành phần động của một máy biến áp (phải) 
 Hình 2: Biểu đồ đáp ứng tần số 
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng phép đo 
2.2.1 Cuộn dây thứ ba đấu tam giác 
Cuộn dây đấu tam giác có điểm đầu cuộn dây của pha này đấu vào điểm cuối cuộn 
dây của pha kia. Cách đấu trực tiếp này có ảnh hưởng lớn đến đáp ứng tần số các pha 
máy biến áp có cuộn dây đấu tam giác đặc biệt trong miền tần số chịu ảnh hưởng bởi sự 
tác động lẫn nhau giữa các cuộn dây. 
2.2.2. Đấu nối sao có trung tính 
Nếu từng pha của máy biến áp 3 pha đều có trung tính riêng (mở rộng điểm đấu 
sao) thì có thể nối chung hoặc tách riêng các điểm trung tính trong quá trình 
đo FRA. 
626 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
2.2.3. Vị trí nấc của bộ chuyển nấc điện áp, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải 
Khi so sánh đáp ứng tần số giữa các pha, khó nhận biết được sự khác nhau ở miền 
tần số chịu ảnh hưởng của lõi thép. Nguyên nhân có thể là do ảnh hưởng các dây dẫn 
bên trong đấu từ tiếp điểm bộ điều chỉnh điện áp đến đầu phân nấc của cuộn dây điều 
chỉnh có thể dài ngắn khác nhau làm cho điện dung dây dẫn tổng giữa từng pha là khác 
nhau. Đối với cuộn dây hạ áp không dễ phát hiện được sự khác nhau trong dải tần từ 20 
kHz đến 200 kHz. 
2.2.4. Chiều đấu nguồn phát và nguồn thu nhận tín hiệu đáp ứng 
Trong phương pháp đo có một chi tiết quan trọng là cực nào sẽ là nguồn phát tín 
hiệu đầu vào và cực nào sẽ là đo đáp ứng. 
2.2.5. Ảnh hưởng của các loại chất lỏng cách điện 
Trong máy biến áp người ta thường dùng dầu cách điện, hiếm khi sử dụng các loại 
chất lỏng cách điện khác nhau như là este tự nhiên vì loại này có thể tạo ra sự sai lệch 
đáp ứng tần số dọc theo dải tần số. 
2.2.6. Ảnh hưởng của thí nghiệm đưa dòng DC vào đối tượng đo (bao gồm cả thí 
nghiệm xung) 
Trong thí nghiệm đo điện trở một chiều cuộn dây (bao gồm cả thí nghiệm xung) là 
nguyên nhân gây ra sai lệch kết quả đo đáp ứng tần số, đặc biệt trong miền ảnh hưởng 
lõi thép ở dải tần số thấp. Vì vậy, cần sắp xếp trình tự thí nghiệm là đo đáp ứng tần số 
trước rồi mới thí nghiệm đo điện trở một chiều. 
2.2.7. Ảnh hưởng của sứ xuyên 
Sứ xuyên được sử dụng trong quá trình sản xuất tại xưởng có thể khác với sứ 
xuyên lắp thực tế tại hiện trường. Điều này có thể là nguyên nhân tạo ra sự sai khác ở 
dải tần số cao. 
2.2.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ 
Nhiệt độ tác động đến đáp ứng tần số khi sai lệch nhiệt độ lớn khoảng 50 oC và vì 
vậy cũng làm thay đổi biên độ của đáp ứng tần số. 
2.2.9. Ảnh hưởng đấu nối 
 Tiếp xúc kém hoặc đấu nối không chắc giữa đầu cực đối tượng đo và dây đo sẽ 
tạo ra đáp ứng tần số bị nhiễu ở dải tần số thấp hơn và khuynh hướng biên độ thấp hơn. 
Khi so sánh với dữ liệu gốc hoặc kết quả đã đo trước đó, nếu nhận thấy có sự sai 
khác thì điều quan trọng là trước tiên phải kiểm chứng lại phép đo bằng cách lặp lại 
phép đo để đảm bảo rằng sai lệch này là không phải do nguyên nhân đấu nối sơ đồ bị 
tiếp xúc kém hoặc đang thực hiện đấu nối sơ đồ khác với sơ đồ cần so sánh. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 627 
2.3. Đánh giá kết quả đo 
 Để đánh giá về kết quả đo đáp ứng tần số thì so sánh kết quả này với một dữ liệu 
gốc là kết quả đã đo từ trước (nếu có). Nếu không có kết quả đo từ trước thì có thể so 
sánh với kết quả của một máy biến áp tương tự (máy biến áp được chế tạo giống nhau 
về bản vẽ thiết kế của cùng một nhà sản xuất). 
Để phát hiện những vấn đề có thể xảy ra trong máy biến áp người ta dùng phương 
pháp so sánh các phép đo đáp ứng tần số và sử dụng những tiêu chí sau: 
 Thay đổi về hình dạng tổng thể của đáp ứng tần số. 
 Thay đổi về số điểm cộng hưởng (cực đại) và ngược cộng hưởng (cực tiểu). 
 Dịch chuyển vị trí các tần số cộng hưởng. 
Độ tin cậy khi xác định vấn đề trong máy biến áp dựa theo tiêu chí trên sẽ phụ 
thuộc vào biên độ thay đổi khi so sánh với mức thay đổi được kỳ vọng đối với các kiểu 
so sánh (so sánh với dữ liệu gốc hoặc lần đo trước đó, máy biến áp giống y hệt nó, máy 
biến cùng chủng loại hoặc giữa các pha với nhau). Trong chẩn đoán cần xem xét khả 
năng những thay đổi có thể quan sát được do đấu nối sơ đồ đo khác nhau hoặc các thay 
đổi khác. Khi so sánh giữa các pha của cùng một máy biến áp sự khác biệt khá lớn được 
xem như “bình thường” có thể là do chiều dài dây dẫn bên trong khác nhau, đấu nối bên 
trong cuộn dây khác nhau và trạng thái ở gần của từng pha đến vỏ máy khác nhau. Dây 
nối đất, dây đo có thể tạo ra độ lệch và vị trí chuyển nấc của bộ điều áp dưới tải OLTC 
có ảnh hưởng lớn đến kết quả đo. Khi giải thích về kết quả đo đáp ứng tần số để tránh 
kết luận sai thì quan trọng là phải xác định được hoặc loại bỏ những yếu tố gây sai lệch 
trên. 
Khi sử dụng hiệu quả hạng mục đo đáp ứng tần số như một công cụ chẩn đoán thì 
quan trọng là phải thực hiện tốt phép đo. Một khi đã giám sát được sự thay đổi thì để 
chẩn đoán được chính xác yêu cầu người thí nghiệm phải có kiến thức về cấu tạo máy 
biến áp và về phản ứng của máy biến áp khi ở tần số cao. 
Việc đánh giá MBA thông qua hạng mục thí nghiệm đáp ứng tần số được diễn đạt 
như sau: 
Đáp ứng tần số có thể chia thành 3 miền tần số, miền tần số thấp bị chi phối bởi 
lõi thép, miền tần số giữa bị chi phối bởi sự tác động qua lại giữa cuộn dây và miền tần 
số cao hơn bị chi phối bởi cấu trúc riêng của cuộn dây, đấu nối bên trong và ở miền tần 
số cao nhất là do các đầu dây đấu. 
Trong miền ảnh hưởng của lõi thép (đến khoảng 2 kHz), đáp ứng bị chi phối bởi 
điện cảm từ hóa lõi thép và điện dung lớn của máy biến áp. Với máy biến áp lực ba pha 
ba lõi điển hình, pha giữa có một điểm ngược cộng hưởng ở miền tần số này đó là do 
đường đi của từ trở có từ thông bằng nhau, đối xứng bởi pha giữa của lõi thông qua hai 
628 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
pha còn lại. Thường thì hai pha ngoài có hai điểm ngược cộng hưởng do có hai đường 
dẫn từ trở khác nhau một đường thông qua pha gần nhất (ở giữa) và một đường thông 
qua pha xa nhất (pha nằm ngoài cùng). Trong miền tần số này từ dư của lõi thép cũng 
ảnh hưởng đến đáp ứng tần số đó là lí do 5 phần lõi thép sẽ có đáp ứng khác nhau. 
 Đáp ứng trong miền tần số giữa (từ 2 kHz đến 20 kHz) thì gần như ảnh hưởng bởi 
chỗ ghép giữa các cuộn dây, điều này phụ thuộc đáng kể vào việc lắp ráp và đấu nối các 
cuộn dây, ví dụ về cấu hình cuộn dây đấu tam giác, đấu máy biến áp tự ngẫu, máy biến 
áp một pha hoặc ba pha. 
Trong miền ảnh hưởng bởi cấu trúc cuộn dây (trong trường hợp này tần số cao từ 
20 kHz đến 1 MHz), đáp ứng được xác định bởi sự điện kháng tản cuộn dây cùng với 
điện dung các cuộn dây đối với đất. Trong miền này, điện dung nối tiếp là yếu tố ảnh 
hưởng lớn nhất đến xác định hình dạng đường đáp ứng tần số. Điển hình là đáp ứng của 
cuộn dây cao áp trong máy biến áp lực lớn với diện dung của nó (xen kẽ hoặc tạo màn 
chắn) cho thấy một xu hướng tăng biên độ với một vài điểm cộng hưởng và ngược cộng 
hưởng. 
Ở tần số cao nhất trên 1 MHz (> 72,5 kV) hoặc trên 2 MHz (≤ 72,5 kV), sơ đồ đo 
không ảnh hưởng và ít lặp lại hơn đến đáp ứng, đặc biệt khoảng cách đấu nối tiếp địa 
dọc theo chiều dài sứ xuyên có ảnh hưởng đến kết quả đáp ứng. 
 Mối quan hệ giữa đáp ứng tần số và cấu tạo máy biến áp, sự khác nhau ảnh 
hưởng đến các phần khác nhau của dải tần số thường được thấy rõ từ hình 3. 
Hình 3: Mối quan hệ chung giữa đáp ứng tần số và cấu tạo máy biến áp 
(Phép đo thực tế cho cuộn dây cao áp của máy biến áp tự ngẫu công suất lớn) 
Miền ảnh hưởng: A- Lõi thép; B- Tương tác giữa các cuộn dây; 
C- Cấu trúc cuộn dây; D- Thiết lập phép đo và đấu dây. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 629 
2.4. Ứng dụng của phép đo để đánh giá tình trạng MBA trong thực tế 
 Phân tích đáp ứng tần số quét (SFRA) đã trở thành phương pháp chính xác và 
hiệu quả để đánh giá sự nguyên vẹn cơ khí của cấu trúc lõi từ, cuộn dây và gông từ 
trong các máy biến áp bằng cách đo các chức năng dịch chuyển điện của chúng với một 
dải tần số rộng. 
Đánh giá quá trình vận chuyển máy biến áp, sau các lần sự cố ngắn mạch ngoài có 
ảnh hưởng đến cấu trúc của MBA là một ứng dụng phổ biến ngày càng phát triển của 
phương pháp SFRA. Điều này hợp lý vì khả năng cung cấp các thông tin chuyên sâu 
của SFRA về các cấu trúc lõi từ, cuộn dây và gông từ, với một tập hợp các thử nghiệm. 
Tất cả các phần này dễ bị hỏng hóc trong quá trình vận chuyển, hoặc lực động điện sinh 
ra do sự cố. 
Phép đo SFRA, thực hiện thí nghiệm dưới cùng một điều kiện là rất quan trọng để 
có các kết quả chính xác. Điều quan trọng cần chú ý là thí nghiệm SFRA nên là thí 
nghiệm sau cùng trước khi vận chuyển và thí nghiệm sau vận chuyển. Các thí nghiệm 
SFRA khác với máy biến áp đã lắp đặt, đã vận hành nên được thực hiện để được sử 
dụng như dữ liệu vân tay và dữ liệu cơ sở cho thí nghiệm trong tương lai. 
Công ty Thí nghiệm điện miền Bắc qua 2 năm áp dụng phép đo SFRA đã triển 
khai thử nghiệm hơn 100 máy biến áp 110 kV trở lên đang vận hành và cả sau lắp đặt, 
vận chuyển đã đánh giá được tình trạng máy và đã phát hiện nhiều máy biến áp có 
khiếm khuyết để khắc phục trước khi đưa vào vận hành. 
Phân tích đáp ứng tần số quét là phương pháp rất hiệu quả cho sự phát hiện và 
chẩn đoán các khiếm khuyết trong thành phần động của các máy biến áp. Nó có thể đem 
lại những thông tin rất có ích về tình trạng cơ khí cũng như điện của lõi từ, cuộn dây, 
các đấu nối và tiếp xúc bên trong. Không có một phương pháp thí nghiệm đơn nào khác 
cho đánh giá tình trạng của các máy biến áp có thể đem đến nhiều thông tin như vậy. 
Phương pháp thí nghiệm SFRA là đo lường trực tiếp trong miền tần số chiếm ưu thế. Từ 
nay đã có thêm công cụ quản lý chất lượng máy biến áp rất hiệu quả, đóng góp cho 
ngành điện vận hành an toàn, liên tục và kinh tế.