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

 phương trình vi phân 
IEC 60076-7-2005 
Đặc tính MBA 
Giá trị danh định: U，S，In，R，Δθhr，Δθor 
Đặc tính nhiệt: x，y，k11，k21，k22，τ0，τw 
Giá trị ngưỡng: θomax1, θhmax1,  
Số liệu đo 
(Dt=3min) 
a – nhiệt độ môi trường 
o – nhiệt độ dầu (nếu có) 
I – dòng điện 
o – nhiệt độ dầu 
h – nhiệt độ điểm nóng cuộn dây 
L – tốc độ lão hóa cách điện 
Cảnh báo 
o > θomax 
h > θhmax1, θhmax2 
RL – Tuổi thọ cách 
điện 
Báo cáo 
-Đồ thị theo thời gian: 
I, K, a, o, h 
-Bảng báo cáo 
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 
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 
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 
cách điện 
H2, CH4, CO C2H2, C2H6, CO2 
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 
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 0.4 
Phóng điện cục 
bộ < 0.1 < 0.3 
> 0.4 
Hồ quang điện > 0.1 ~ 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. 
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 
Mô hình tính toán 
Phương pháp so sánh tỉ số Doernenburg 
(IEEE Std C57.104-2008) 
Số liệu đo 
Thiết bị đo sắc phổ dầu (1 lần/1 h） 
H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CO (μL/L) 
Chẩn đoán sự cố 
0- MBA vận hành bình 
thường 
1- Nghi vấn có sự cố 
2- Quá nhiệt 
3- Phóng điện cục bộ 
4- Hồ quang điện 
Báo cáo 
Bảng báo cáo 
Đồ thị thời gian: H2, 
CH4, C2H2, C2H4, C2H6, 
CO (μL/L) 
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 
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. 
Online Calculation 
Nhiệt độ cuộn dây 
Thành phần khí trong 
dầu 
Hệ đánh giá, chẩn đoán 
tổng hợp 
Transformer Profile 
(Đặc tính MBA) 
Dữ liệu vào 
(3 phút/lần) 
Sắc phổ dầu 
(1 h/lần) 
Server dữ liệu 
Trans_data 
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 
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,...