Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON CHẨN ĐOÁN SỰ
CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC
Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số:23.04.3898
Học viên: BÙI ĐỨC CƢỜNG
Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS. NGUYỄN HỮU CÔNG


1.3.1. Kiểm tra tổng thể bên ngoi 15
1.3.2. Thí nghiệm không tải 15
1.3.3. Đo điện trở cch điện v hệ số hấp thụ cuộn dây MBA 17
1.3.4. Đo điện trở một chiều cc cuộn dây 19
1.3.5. Kiểm tra tỷ số biến 21
1.3.6. Kiểm tra tổ nối dây 23
1.3.7. Thí nghiệm dầu cch điện 24
1.4. Kết luận 24
CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HOÀ TAN TRONG DẦU ĐỂ
CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA) 26
2.1. Tổng quan về chẩn đon lỗi tiềm ẩn trong MBA lực 26
2.1.1. Tầm quan trọng của việc chẩn đon lỗi tiềm ẩn trọng MBA lực 26
2.1.2. Phƣơng php chẩn đon lỗi tiềm ẩn 26
2.1.2.1. Kiểm tra đnh gi về điều kiện cch điện 26
2.1.2.2. Gim st trực tuyến sự phóng điện một phần – PD 27
2.1.2.3. Phân tích độ khí ho tan trong dầu (DGA) 29
2.1.2.4. Kết hợp DGA v phƣơng php âm 31
2.2. Chẩn đon lỗi tiềm ẩn MBA trên cơ sở DGA 31
2.2.1. Nghiên cứu cc đặc tính sinh khí trong MBA lực 31
2.2.2. Cc lỗi tiềm ẩn của MBA 33
2.2.3. Sự nghiên cứu v ứng dụng của cc phƣơng php tỉ lệ 34
2.2.4. Ứng dụng của phƣơng php Rogers, khí chính 37
2.2.5. Cc phƣơng php chẩn đon v trải nghiệm công nghiệp khc 39
2.2.5.1. Chẩn đon rò rỉ 39
2.2.5.2. Chẩn đon sự mủn giấy 39
2.3. Cc quy tắc cơ bản trong chẩn đon lỗi MBA 40
2.3.1. Cc giả thiết 40
2.3.2. Nền tảng của cc quy tắc – hƣớng dẫn IEC 41
2.3.3. Sự thể hiện v sửa đổi của cc quy tắc hƣớng dẫn 42
2.3.4. Quy tắc chẩn đon lỗi đặc biệt (đặc thù) 45

4.2.1. Ứng dụng Neural Network Toolbox để luyện mạng Neural MLP 3 lớp 83
4.2.2. Chƣơng trnh lập trnh theo thuật ton lan truyền ngƣợc huấn luyện mạng
nơron trong chẩn đon sự cố theo công nghệ DGA 85
4.3. Cc kết quả thực nghiệm về cấu trúc mạng 89
4.3.1. Cấu trúc mạng nơron 5–8–3 89
4.3.2. Cấu trúc mạng nơron 5–10–3 90
4.3.3. Cấu trúc mạng nơron 5–15–3 90
4.3.4. Cấu trúc mạng nơron 5–16–3 91
4.3.5. Kết luận 91
4.4. Kết quả chẩn đon 91
4.4.1. Tập dữ liệu vo-ra 91
4.4.1.1. Qu trnh luyện mạng 92
4.4.1.2. Kết quả chuẩn đon 97
4.5. Kết luận 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
TÓM TẮT LUẬN VĂN 101

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Viết tắt
Giải thích
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ANNEPS
The combined Artificial Nơron
Network and ExPert System tool
for power transformer incipient

OverHeating
Qu nhiệt độ
OHO
OverHeating of Oil
Qu nhiệt độ dầu
CD
Cellulose Degradation
Suy giảm cch điện của cellulose
OHC
OverHeating of Cellulose
Qu nhiệt của cellulose
PD
Partial discharge
Phóng điện cục bộ
LEDA
Low Energy discharge
Phóng điện năng lƣợng thấp
HEDA
High Energy Discharge
Phóng điện năng lƣợng cao
H
2

Hydrogen

CH
4

Ethane


CO
Carbon monoxide

O
2

Oxygen

N
2

Nitrogen

TDCG
Total Dissolved Combustible
Gases
Tổng hợp cc lƣợng khí hòa tan
TCG
Total Combustible Gases
Tổng hợp 1 lƣợng khí hòa tan
TDHG
Total Dissolved Hydrocarbon
Gases
Tổng hợp lƣợng khí Hydrocarbon
L1
Critical gas-in-oil levels for
abnormal screening
lƣợng khí trong dầu nằm ngoi
giới hạn quy định
AE

IFID
InFormative InDex
Chỉ số thông tin
TA
Test Accuracy
Kiểm tra cấp chính xc
LOC
Location
Định vị
TRN
Training
Huấn luyện
TST
Testing
Thử nghiệm
WNDG
Windings
Cuộn dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

7
Danh mục bảng biểu
Bảng 1. 1. Bảng giá trị điện trở cách điện nhỏ nhất cho phép 18
Bảng 1. 2. Bảng quy đổi nhiệt độ 19
Bảng 1. 3. Các tổ nối dây cuộn dây MBA 23
Bảng 1. 4. Bảng tiêu chuẩn của dầu MBA 24
Bảng 2. 1. Sự tương quan giữa các lỗi tiềm ẩn của MBA lực và các nguyên nhân 33
Bảng 2. 2. Định nghĩa tỉ lệ và phương pháp tỉ lệ 34
Bảng 2. 3. Phương pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 35

Hình 1. 11. Sơ đồ nguồn xung phía cao áp 23
Hình 2. 1. Sự sinh khí trong dầu MBA khi nhiệt độ thanh đổi 32
Hình 2. 2. Phân loại lỗi theo tiêu chuẩn IEC 599 43
Hình 2. 3. Vùng phân loại của quy tắc cơ bản cuối cùng 44
Hình 2. 4. Lưu đồ của quy trình chẩn đoán lỗi trên cơ sở nguyên tắc DGA 48
Hình 3. 1.Cấu tạo của một nơron sinh học 52
Hình 3. 2. Mạng nơron đơn giản gồm 2 nơron 55
Hình 3. 3. Mô hình mạng nơron sinh học gồm 5 nơron 56
Hình 3. 4. Nơron nhiều đầu vào 57
Hình 3. 5. Mô hình một nơron nhân tạo nhiều đầu vào 59
Hình 3. 6. Mạng nơron hai lớp truyền thẳng 64
Hình 3. 7. Mạng MLP 70
Hình 3. 8. Phương pháp tìm kiếm Emin theo hướng ngược gradient của E 70
Hình 3. 9. Mạng MLP truyền thẳng 74
Hình 3. 10. Ví dụ về nhiều bộ giá trị cho một lỗi “Hồ quang điện” 78
Hình 3. 11. Sơ đồ cấu trúc của một mạng MLP 2 lớp ẩn 79
Hình 4. 1. Minh hoạ thuật toán lan truyền ngược 87
Hình 4. 2. Sơ đồ biểu diễn tương đương 87
Hình 4. 3. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–8–3] 89
Hình 4. 4. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–10–3] 90
Hình 4. 5. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–15–3] 90
Hình 4. 6. Kỷ nguyên luyện mạng và trạng thái luyện mạng [5–16–3] 91
Hình 4. 7. Mô hình mạng nơron 92
Hình 4. 8. Giao diện của quá trình huấn luyện mạng 93
Hình 4. 9. Tiến trình luyện mạng 94
Hình 4. 10. Kết quả luyện mạng 94
Hình 4. 11. Trạng thái của quá trình luyện mạng 95
Hình 4. 12. Mô hình của mạng nơron sau khi đã luyện mạng thành công 95
Hình 4. 13. Các thành phần của mạng (a-e) 97


(DGA). Ngƣời ta đã chỉ ra rằng cc phƣơng php chẩn đon lỗi thông thƣờng nhƣ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

10
cc phƣơng php tỉ lệ (Rogers, Dornenburg and IEC) v phƣơng php khí chính, có
sự hạn chế nhất định nhƣ bi ton “không có sự quyết định”. Rất nhiều kỹ thuật AI
khc nhau có thể giải quyết cc bi ton trên v cho thấy đó l giải php tốt hơn.
Theo tiêu chuẩn IEC 599 v cc thí nghiệm trong thực tiễn, một kết luận
mang tính my móc trên cơ sở kiến thức cơ bản để pht hiện lỗi cho MBA đã đƣợc
php triển. Bằng việc sử dụng cc dữ liệu thống kê về lỗi của MBA từ một MBA
công nghiệp tƣơng ứng, một mô hnh mạng nơron MLP đã đƣợc đnh gi l lựa
chọn tốt nhất trong số cc kiến trúc mạng nơron. Cc phƣơng php logic mờ trên cơ
sở đnh gi điều kiện cch điện của biến p dầu/giấy v ƣớc lƣợng khoảng thời gian
lấy mẫu dầu cũng nhƣ cc đề xuất về bảo dƣỡng cũng đƣợc đƣa ra nghiên cứu v
thực hiện một cch đầy đủ.
Một vi phƣơng php định vị lỗi tiềm ẩn trong MBA lực cũng đã đƣợc
nghiên cứu tỉ mỉ, kết quả cho thấy mạng MLP l sự lựa chọn tốt nhất. Nhiều
phƣơng php on-load tap changer (OLTC) coking diagnosis cũng đã đƣợc nghiên
cứu tỉ mỉ v một mạng MLP dựa trên một modul mạng vẫn đƣợc coi l sự lựa chọn
tốt nhất. Phân tích hồi quy cũng đƣợc xem l một phƣơng php tốt trong mạng
nơron của qu trnh chọn mẫu đầu vo. Cc kết quả trên có thể giúp pht triển chiến
lƣợc bảo dƣỡng MBA lực đƣợc tốt hơn v đóng vai trò nhƣ một nền tảng cơ sở của
sự gim st MBA bằng phƣơng php DGA trực tuyến.
Xuất pht từ cc vấn đề trên, học viên lựa chọn đề ti “Ứng dụng mạng
nơron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực”.
Phần nội dung của bản luận văn đƣợc trnh by gồm 4 chƣơng:
Chƣơng I: Tóm tắt về cc phƣơng php truyền thống chẩn đon sự cố
my biến p lực
Chƣơng II: Phƣơng php phân tích khí ho tan trong dầu để chẩn đon sự

Việc truyền tải điện năng đi xa lm sao cho kinh tế nhất cần thiết phải có cc trạm
biến p tăng p ở đầu nguồn v trạm biến p giảm p ở cuối đƣờng dây cho phù hợp
với điện p của phụ tải tiêu thụ. Từ đó ta cũng thấy rõ máy biến áp chỉ lm nhiệm
vụ thay đổi cấp điện p, hoặc phân phối năng lƣợng chứ không phải l chuyển ho
năng lƣợng.
Hiện nay ngành chế tạo my biến p của nƣớc ta đã sản xuất đƣợc nhiều
chủng loại my biến p khc nhau, trƣớc khi đƣa my biến p đƣa vo vận hnh đều
phải thí nghiệm nghiệm thu, nhằm xc định chất lƣợng của my biến p thông qua
cc thông số kỹ thuật có phù hợp với nh chế tạo. Đặc biệt, trong qu trnh vận hnh
cc sự cố của my biến p có thể xảy ra gây những thiệt hại nghiêm trọng đến sản
xuất của cc hộ tiêu thụ. Việc chẩn đon sự cố của my biến p đến nay cũng có
nhiều phƣơng php, trong luận văn ny tôi xin giới thiệu một số phƣơng php tiêu
biểu.
1.2. Các thông số cơ bản của máy biến áp
Cc thông số định mức đƣợc ghi trên cc my, cc thông số khc đƣợc nh
chế tạo ghi trong lịch my. Cụ thể từng thông số nhƣ sau:
1. Công suất định mức
L công suất biểu kiến (công suất ton phần) đƣa ra từ phía thứ cấp của my
biến p.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

13
- Ký hiệu: S
đm

- Đơn vị tính: kVA (hay VA).
2. Điện áp định mức
Điện p sơ cấp định mức: là điện p của cuộn dây sơ cấp.
- Ký hiệu: U1

I
U

(1.1)
2
2
dm
dm
dm
S
I
U

(1.2)
Đối với MBA 3 pha:
1
1
3
dm
dm
dm
S
I
U

(1.3)
2
2
3
dm

Dòng điện không tải l gi trị hiệu dụng của dòng điện đi qua cuộn dây, khi
điện p điện p đặt vo cuộn dây đó là định mức với tần số định mức còn cc cuộn
dây khác để hở mạch, dòng điện ny còn gọi l dòng từ ho.
7. Tổn hao không tải
L công suất tc dụng bị hấp thụ khi K tải đi qua cuộn dây. Tổn hao ny còn
gọi l tổn hao sắt. Đơn vị (kW) ký hiệu P
0
.
8. Tổn hao ngắn mạch
L phần công suất tc dụng bị hấp thụ trong dây quấn MBA khi có dòng tải
đi qua cuộn dây. Khi có dòng điện định mức đi qua cc cực dây của một trong cc
cuộn dây, còn cc cực của cuộn dây kia nối tắt lại. Nếu có cc cuộn dây khc th cc
cuộn dây này để hở mạch (IEC.76.1).
- Ký hiệu: Pn
- Đơn vị tính: W (hay kW).
9. Tổ đấu dây
L góc lệch pha của điện p dây sơ cấp và thứ cấp, có 12 tổ dấu dây, các
cuộn dây có thể nối với nhau  hay .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

15
1.3. Thí nghiệm truyền thống MBA
Cc hạng mục v trnh tự tiến hnh thí nghiệm my biến p nhƣ sau:
1.3.1. Kiểm tra tổng thể bên ngoài
- Sứ không bị sứt mẻ.
- Gioăng không dò dầu, hạt chống ẩm không đổi mầu.
- Hệ thống quạt gió tốt, mức dầu đủ.
- Cc chi tiết đƣợc lắp đặt đúng thiết kế. Cc thông số của my biến p phù
hợp với ti liệu.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

16
2. Thí nghiệm bằng nguồn 1 pha điện áp thấp

Hình 1. 2. Nguồn điện đưa vào là ab nối tắt là cb

Hình 1. 3. Nguồn điện đưa vào là bc nối tắt là ac

Hình 1. 4. Nguồn điện đưa vào là ac nối tắt là ab
Mục đích của việc nối tắt cc pha không đo:
- Nối tắt cc pha không đo để trnh sai số kết quả của phép đo.
- Nếu kết qủa không bnh thƣờng ta phải khử từ.
I
0a
= I
0c
; sai lệch không qu 5%.
Thông thƣờng I
0a
= I
0c
= (1.2  1.5)×I
0b
.
Tổn hao không tải ở điện p đƣợc tính:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn


dài do đó tổn hao không tải trên cc trụ không bằng nhau. Tuy nhiên sai lệch vẫn
nằm trong quy định. Có thể P
0ab
= P
0bc
5%.
Nếu kết quả đo không bình thƣờng ta cần tm lý do nhƣ khử từ v tiến hnh
thí nghiệm tỷ số biến v đo trên điện trở một chiều để kết luận chính xc.
1.3.3. Đo điện trở cách điện và hệ số hấp thụ cuộn dây MBA
Đây l chỉ tiêu để đnh gi tnh trạng cch điện của cc cuộn dây thông qua
trị số của điện trở R
60”
và R
15”
. Gi trị R
60”
phải đp ứng đƣợc với cấp điện p m nó
lm việc. Gi trị điện trở cch điện yêu cầu phụ thuộc vo thông số của nh chế tạo.
- Với thiết bị dùng để đo điện trở cch điện dùng mêgôm 2500V hoặc 5000V.
Các cuộn dây đƣợc nối tắt v nối đất ít nhất 5 phút để phóng hết điện tích
gây sai số đo.
- Đo điện trở cch giữa cc cuôn dây với nhau, giữa cc cuộn dây với vỏ, v
nối vỏ với đất.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

18

Hình 1. 5. Sơ đồ đấu nối đo điện trở cách điện
Ta thực hiện phép đo:

(
0
C)
U
đm

S
đm
10
20
30
40
50
60
70
U
đm
<35kVA
S
đm
<1000KVA
450
300
200
130
90
60
40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4
5
10
15
20
25
30
Hệ số
hiệu
chỉnh
1.04
1.08
1.13
1.17
1.22
1.5
1.84
2.25
2.75
3,4
1.3.4. Đo điện trở một chiều các cuộn dây
Mục đích:
- Xác định tnh trạng nguyên vẹn của cuộn dây, tiếp xúc mối hn, mối nối, tiếp
xúc cc dao lựa chọn của bộ chuyển nấc.
- Qu trnh thực hiện phép đo đƣợc tiến hnh ở tất cả cc cuộn dây cao áp,
trung p, hạ p v ở cc nhnh của cuộn dây, ở tất cả các pha.
- Với MBA có cc thiết bị chuyển mạch ta phải đo ở tất cả cc nấc.
Kết quả đo cho ta biết đƣợc cc đầu phân nhnh đƣa ra có đúng hay
không.
Dụng cụ đo:


(Đối với dây quấn bằng đồng) (1.9)
2
21
1
245
Rt =Rt
245
t
t


(Đối với dây quấn bằng nhôm) (1.10)
Trong đó:
Rt
1
: là điện trở đo đƣợc ở nhiệt độ t
1
.
Rt
2
: l nhiệt độ đo đƣợc ở nhiệt độ t
2
.
t
1
: nhiệt độ đo lần trƣớc.
t
2
: nhiệt độ đo lần sau.

là điện p dây đo bên cao áp, U
2
là điện p dây đo bên hạ p.
- Khi thí nghiệm bằng nguồn điện p 1 pha:
Biến p nối Y/Y; / có:
1
2
U
K
U

(1.12)
Biến p nối Y/ có:
1
1
22
3
2
3
2
U
U
K
UU

(1.13)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

22

Ký hiệu:
- Đầu dây cao p ABC cuối l XYZ.
- Đầu dây hạ p abc cuối l xyz.
Tổ đấu dây của MBA l một trong những điều kiện đƣa MBA vo vận hnh
song song.
Để xc định tổ đấu dây có đúng với ký hiệu ghi trên mc my hay không, ta
có thể dùng thiết bị chuyên dụng TETTEX-2793 để đo hoặc dùng phƣơng pháp
xung một chiều 3 trị số.

Hình 1. 11. Sơ đồ nguồn xung phía cao áp

ab
bc
ac

ab
bc
ac
B-AC
+
-
0
B-AC
+
-
-
Bảng 1. 3. Các tổ nối dây cuộn dây MBA
Tổ nối
dây
Cuộn dây

+
+
+
2
0
+
+
9
-
-
-
8
0
-
-
5
+
-
-
4
+
0
-
11
-
+
-
10
-
0

- Kiểm tra đồ thị vòng bộ điều chỉnh biến p.
- Thí nghiệm điện p xoay chiều tăng cao tần số công nghiệp.
1.4. Kết luận
MBA lực l một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, v độ
tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

25
Trong khi đó, MBA dễ rơi vo cc trạng thi không bnh thƣờng, đặc biệt l cc
MBA có tuổi đời từ 15 năm trở lên. Nếu MBA vận hnh ở trạng thi không bnh
thƣờng kéo di th tuổi thọ của MBA sẽ giảm v có khả năng xảy ra sự cố lm gin
đoạn cung cấp điện. Khi MBA lực bị sự cố, thiệt hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí
có thể lên đến hng triệu USD đối với cc MBA công suất lớn.
Để chẩn đon cc sự cố trong MBA lực có nhiều phƣơng php khc nhau khi
MBA on-line hoặc off-line. Cc thử nghiệm off-line nhƣ: đo điện trở cch điện, hệ
số tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cch, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộn
dây, … Cc phƣơng pháp on-line nhƣ: phƣơng pháp đp ứng tần số, phân tích phổ
âm thanh, phƣơng php hồng ngoại, phƣơng php DGA, …Trong đó đối tƣợng
nghiên cứu ở đây tập trung vo phƣơng php DGA, l phƣơng php phổ biến v
đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay.

Trích đoạn Xấp xỉ mạng nơron Ứng dụng Neural Network Toolbox để luyện mạng Neural MLP 3 lớp

---