ỨNG DỤNG MẠNG NƠRÔN CHẨN ĐOÁN
SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC
APPLICATION OF NEURAL NETWORK IN DIAGNOSING POWER
TRANSFORMER INCIPIENT FAULTS
ĐINH THÀNH VIỆT - NGUYỄN QUỐC TUẤN
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN VĂN LÊ
Ban Quản lý Dự án Thuỷ điện 3
TÓM TẮT
Bài báo đề cập đến vấn đề ứng dụng mạng nơrôn vào việc chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong máy
biến áp lực. Việc chẩn đoán đúng sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, mang lại
hiệu quả kinh tế.
ABSTRACT
The paper presents the application of neural network in diagnosing power transformer incipient
faults. Good result of the diagnosis might improve the reliability of power supply and raise
economic effects.
1. Đặt vấn đề
Máy biến áp (MBA) lực là một trong những thiết bị điện chính trong hệ thống điện, vì
độ tin cậy cung cấp điện của nó liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của cả hệ thống. Trong khi
đó, MBA dễ rơi vào các trạng thái không bình thường, đặc biệt là các MBA có tuổi đời từ 15
năm trở lên. Nếu MBA vận hành ở trạng thái không bình thường kéo dài thì tuổi thọ của MBA
sẽ giảm và có khả năng xảy ra sự cố làm gián đoạn cung cấp điện. Khi MBA lực bị sự cố, thiệt
hại về kinh tế sẽ rất lớn, thậm chí có thể lên đến hàng triệu USD đối với các MBA công suất
lớn.
Chính vì thế MBA cần được kiểm tra và bảo dưỡng thường xuyên bằng các biện pháp
khác nhau, khi MBA đang mang điện (on-line) hay cắt điện (off-line). Để tăng độ tin cậy cung
cấp điện cũng như giảm thiểu các thiệt hại về kinh tế do việc cắt MBA gây ra, đã có nhiều biện
pháp thử nghiệm khi MBA đang mang điện. Trong đó, phương pháp phân tích khí hoà tan
(Dissolved Gas Analysis - DGA) rất hiệu quả trong việc chẩn đoán các trạng thái hư hỏng tiềm
ẩn trong MBA. Việc phối hợp phương pháp DGA với phương pháp mạng nơrôn có thể góp
phần nâng cao độ chính xác của kết quả chẩn đoán MBA.

12
H
14
O
4
(OH)
6
] với n = 300 ÷
750. Trong quá trình hoạt động của
máy biến áp, dưới tác dụng của nhiệt
độ các hợp chất hữu cơ này sẽ sinh ra
các thành phần khí khác nhau. Tuỳ
theo nhiệt độ khác nhau và trong
những điều kiện khác nhau mà mức
độ sinh khí cũng khác nhau như ở
hình 1.
Sự sinh khí trong dầu MBA
tuân theo những quy luật nhất định.
Vì vậy, DGA là phương pháp chẩn
đoán MBA khá chính xác với ưu
điểm là không phải cắt điện
MBA mà chỉ cần lấy mẫu dầu
lúc MBA đang vận hành.
3. Cơ sở để xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán máy biến áp
Như đã nêu ở phần 2, sự cố trong MBA lực được phân thành 3 nhóm chính với nhiều
nguyên nhân khác nhau. Mỗi dạng hỏng hóc cùng với các nguyên nhân hỏng hóc sẽ tạo ra các
khí đặc trưng khác nhau trong dầu MBA. Các khí có thể là: H
2
, O
2

Các khí được tạo ra khi trong MBA xảy ra sự cố vầng quang:
+ Tác dụng lên dầu: H
2
-khí chính, CH
4
-khí đặc trưng nồng độ bé.
+ Tác dụng lên giấy: H
2
, CO, CO
2
.
-

Các khí được tạo ra khi trong MBA xảy ra sự cố quá nhiệt:
+ Tác dụng lên dầu: Khi nhiệt độ thấp (dưới 300
o
C) thì C
2
H
6
-khí chính, CH
4
-khí
đặc trưng với nồng độ cao, C
2
H
4
-khí đặc trưng với nồng độ thấp. Khi nhiệt độ dầu cao (trên
300
o

4
-khí đặc trưng nồng độ cao.
+ Tác dụng lên giấy: CO-khí đặc trưng có nồng độ cao, CO
2
-khí đặc trưng có
nồng độ bé.
Hiện nay có nhiều phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa vào DGA, trong đó các
phương pháp phổ biến là:
- Phương pháp các tỷ số: Các tỷ số được định nghĩa ở bảng 1, nồng độ giới hạn của các
khí được cho ở bảng 2. Trong thực tế, nhiều hệ chuyên gia chỉ kiểm tra nồng độ của 4 khí H
2
,
CH
4
, C
2
H
2
, C
2
H
4
thay vì 6 khí.
Bảng 1: Định nghĩa các tỷ số
Tỷ số CH
4
/H
2
C
2

Bảng 2: Nồng độ các khí hoà tan
Khí H
2
CH
4
CO C
2
H
2
C
2
H
4
C
2
H
4
Giới hạn (ppm) 100 120 350 35 50 65

- Phương pháp tỷ số ban đầu: gồm có 5 khí H
2
, CH
4
, C
2
H
2
, C
2
H

2
H
2
, C
2
H
4
, C
2
H
6
và 4 tỷ số R1, R2,
R3, R4 với R4 = C
2
H
6
/CH
4
.
- Phương pháp Rogers sửa đổi: giống như phương pháp Rogers gốc nhưng dùng 4
chữ số để mã hoá và dùng 2 bảng)
Bảng 3: Phương pháp hệ số Dornenburg
Sự cố R1 R2 R3 R4
Nhiệt phân > 1,0 < 0,75 < 0,3 > 0,4
Vầng quang < 0,1 Không dùng < 0,3 > 0,4
Hồ quang điện > 0,1 và < 1,0 > 0,75 > 0,3 < 0,4

- Các phương pháp khác: biểu đồ khí, khí đặc trưng, phân tích khí nhiên liệu tổng (Total
Combustible Gas Analysis - TCGA).
Hệ chuyên gia được xây dựng để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn bên trong các MBA dựa vào

2
và (C
3
H
6
+ C
3
H
8
). Lớp đầu ra ứng với 9 trường hợp
sau: bình thường, phóng điện cục bộ với năng lượng thấp, phóng điện cục bộ với năng lượng
cao, phóng điện công suất bé, phóng điện công suất lớn, hư hỏng nhiệt độ thấp dưới 150
o
C, hư
hỏng nhiệt độ thấp từ 150
o
C đến 300
o
C, hư hỏng nhiệt độ trung bình từ 300
o
C đến 700
o
C, hư
hỏng nhiệt độ cao trên 700
o
C. Trong quá trình luyện mạng trên máy tính sử dụng ngôn ngữ lập
trình Visual C và hàm kích hoạt logistic cho cả lớp ẩn lẫn lớp đầu ra. Các số liệu luyện mạng
nơrôn được tham khảo từ các biên bản thí nghiệm mẫu dầu MBA của Trung tâm thí nghiệm
điện-Công ty Điện lực 3 [3].
Hình 3:

Hình 2: Mô hình mạng MLP 10x30x15x5x9
Giao diện chương trình luyện mạng nơrôn được trình bày ở hình 3. Chương trình đã
được thử nghiệm với số liệu thực tế của Trung tâm Thí nghiệm Điện–Công ty Điện lực 3. Với
mẫu dầu kiểm tra ngày 03/09/2002 của MBA T2 trạm biến áp 110 kV Ngự Bình (E6) [3], kết
quả dự báo của chương trình theo phương pháp mạng nơrôn (hình 4) là MBA có sự quá nhiệt
với nhiệt độ trên 700
o
C. Kết quả này phù hợp với kết luận được nêu trong biên bản thí nghiệm.
Hình 4: Giao diện chương trình chẩn đoán MBA
5. Kết luận
Việc chẩn đoán chính xác trạng thái máy biến áp, đặc biệt là đối với các MBA công suất
lớn có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần giảm thiểu sự cố bất ngờ xảy ra, tăng độ tin cậy cung
cấp điện. Việc ứng dụng phương pháp mạng nơrôn phối hợp với phương pháp DGA có thể góp
phần nâng cao độ chính xác của chẩn đoán, dễ dàng lập trình, cho phép xây dựng được hệ
chuyên gia chẩn đoán máy biến áp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Zhenyaun Wang, Artificial intelligence applications in the diagnosis of power
transformer incipicent, Virginia, 2000.
[2] Tapan K. Saha, Review of modern diagnostic techniques for assessing insulation
condition in aged transformers, IEEE transactions on dielectrics and electrical
insulation, Vol.10, No.5, p.903-917, 2003.
[3] Trung tâm Thí nghiệm Điện - Công ty Điện lực 3, Các “Biên bản thí nghiệm hàm
lượng khí hoà tan trong dầu”, 2000-2004.