NguyÔn Minh H¶i
1
TRƯỜNG ĐẠI HC BÁCH KHOA HÀ NI
LUN VĂN TT NGHIP
Đề tài: Đo và giám sát nng độ khí trong thùng
du máy biến áp đin lc.
Hc viên thc hin: Nguyn Minh Hi
Lp: Cao hc Đo Lường (08-10)
Giáo viên hướng dn: PGS-TSKH. Trn Hoài Linh
Hà Ni 2010
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
2
Li m đầu
Máy biến áp (MBA) lc là mt trong nhng thiết b đin chính trong h
thng đin, vì độ tin cy cung cp đin ca nó liên quan trc tiếp đến độ tin cy ca
c h thng. Trong khi đó, MBA d rơi vào các trng thái không bình thường, đặc
bit là các MBA có tui đời t 15 năm trn. Nếu MBA vn hành trng thái
không bình thường kéo dài thì tui th ca MBA s gi
m và có kh năng xy ra s
c làm gián đon cung cp đin. Khi MBA lc b s c, thit hi v kinh tế s rt
ln, thm chí có th lên đến hàng triu USD đối vi các MBA công sut ln.
Kết cu các cun dây MBA là các dây dn đồng bc trong cách đin xenlulô
được tm k du cách đin. Trong nhiu thp k qua, nh ci ti
ến công c thiết kế
và công ngh chế to, người ta đã gim đáng k đưc tn tht, s dng vt liu mt
cách ti ưu, nh đó gim được kích thước máy và giá thành chế to. Tuy nhiên khi
các MBA s dng càng lâu năm thì tđã làm tăng ri ro s c, kèm theo đó li
là xu hướng ép buc các máy biến áp phi mang ti cao hơn, mt khác, áp lc kinh
t
ế cũng đòi hi phi kéo dài tui th máy biến áp đồng thi ct gim chi phí bo trì.
Tht may mn là nhng yêu cu đối nghch này vn có th đáp ng được nh áp
dng các công ngh tiên tiến v k thut đin, đin t, đo lường… Theo dõi trc
tuyến liên tc MBA cho phép phát hin sm hin tượng xung cp cách đin có
nguy cơ dn ti s c. Phát hin sm s xung cp cách đin máy biến áp s giúp
gim thiu s c nghiêm trng có th dn ti ct đin ngoài kế hoch và yên tâm
hơn trong trường hp cho máy làm vic quá ti định mc. Theo dõi trc tuyến máy
biến áp lc không phi là vn đề hoàn toàn mi. Ngay t thu ban đầu, máy biến áp
đã được trang b
mt s cơ cu cơ bn như b đo nhit độ cun dây, nhit độ du,
ng thu khí thùng du …
Ngày nay, nh s phát trin ca công ngh đin t, tin hc ta có th theo dõi
liên tc MBA trong phm vi ln hơn rt nhiu, ngoài các thông s cơ bn như nhit
độ, dòng ti, đin áp đặt vào, ta còn có th giám sát được các thông s quan trng
khác nhưm l
ượng các khí hòa tan trong du, hàm lượng nước trong du…
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
3
T xut phát đim trên, đề tài Đo và giám sát nng độ khí trong thùng
du máy biến áp đin lc”
vi mc tiêu thiết kế và chế to ra mt thiết b có các
kh năng như sau:
Đo liên tc đồng thi nng độ nhiu loi khí trong thùng du chính
(Main Tank) ca MBA (loi MBA du cp đin áp 110KV và
220KV)
Giao thc trao đổi thông tin ModBus RTU (kết ni theo chun
RS485)
Có kh năng lưu tr d liu quá kh (Lưu vào th nh dung lượng ln
theo chun SD)
Có th đặt đầu ra Alarm (tiếp đim) cnh báo các ngưỡng khí
T động thu thp d liu
D dàng lp đặt, cu hình và đưa vào hot động
Tôi xin chân thành cám ơn các thy cô trong Trường Đại hc Bách khoa Hà Ni
và các thy cô trong B môn K thut đo và Tin hc công nghip, đã truyn đạt
nhng kiến thc, kinh nghim trong sut quá trình hc t
p. Đặc bit tôi xin gi li
cám ơn chân thành đến thy PGS.TSKH. TRN HOÀI LINH, người đã tn tình ch
bo, giúp đỡ v mi mt để tôi hoàn thành lun văn tt nghip này.
Hà Ni, ngày 25 tháng 10 năm 2010
Hc viên
NGUYN MINH HI
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
4
MC LC
CHƯƠNG 1:
GII THIU CHUNG ........................................................ 7
1.1 Đặt vn đề.......................................................................................... 7
1.2 H thng SCADA trong ngành đin và nhu cu giám sát MBA..... 12
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIT K H THNG .................... 22
2.1 Sơ đồ khi và nguyên lý làm vic ................................................... 22
2.2 La chn Sensor và các thiết b....................................................... 23
2.3 Sơ đồ nguyên lý ............................................................................... 33
2.4 V trí lp đặt và các bin pháp đảm bo an toàn trong vn hành .... 41
CHƯƠNG 3: THI CÔNG PHN CNG VÀ PHN MM................. 43
3.1 Khi v ngoài và khi sensor .......................................................... 43
3.2 Board mch chính............................................................................ 47
3.3 Thi công phn mm ......................................................................... 48
CHƯƠNG 4: KT QU TH NGHIM............................................... 58
4.1 Kết qu đo thc tế ca b DEMO vi khí CH
4
, CO... .................... 58
4.2 Kết ni vi modbus master.............................................................. 58
CHƯƠNG 5: KT LUN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIN ....................... 61
5.1 Kết lun............................................................................................ 61
5.2 Hướng phát trin.............................................................................. 61
Tài liu tham kho ........................................................................................ 62
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
5
Danh sách các hình v
Hình 1.1: Các s c cháy (trái), n (gia) và v (phi) ca máy biến áp đin lc ..............7
Hình 1.2: Ly mu du máy biến áp để phân tích.................................................................8
Hình 1.3: Công thc hóa hc ca mt s cht thành phn du MBA ...................................9
Hình 1.4: Quá trình lão hóa giy cách đin..........................................................................9
Hình 1.5: T l các khí sinh ra bi du MBA theo nhit độ du .......................................10
Hình 1.6: S c sinh khí CO t giy cách đin ...................................................................10
Hình 1.7: Du sinh khí H
2
,
,
CH
4
, , C
2
H
6
, C
2
H
4
… trong quá trình vn hành....................11
Hình 1.8: Khí CO và CO2 sinh ra bi giy cách đin khi có s c ....................................11
Hình 1.9: Mô hình h thng SCADA đơn gin trong h thng đin....................................14
Hình 1.10: Thiết b RTU560 ca ABB được trang b trong h thng SCADA điu độ ......15
Hình 1.11: Mô hình h thng SCADA trm đin, nhà máy đin .........................................16
Hình 1.12: Mô hình h thng SCADA điu độ ....................................................................17
Hình 1.13: Nhân viên đin lc(EVN) đang kim tra MBA ..................................................18
Hình 1.14: Nt dc đầ
u ct ti s 22 kV pha B, bên trong MBA AT1 ..................................19
Hình 1.15: Phát nhit ti b chn nc OLTC MBA AT1 Thái Nguyên ...............................20
Hình 1.16: Phóng đin và phát nhit ti đầu dây lên cun 110 kV b OLTC.....................20
Hình 2.1: Sơ đồ khi ca thiết b .........................................................................................22
Hình 2.2: Sensor NAP-701 ..................................................................................................25
Hình 2.3: Đặc tính đầu ra ca sensor NAP-701..................................................................25
Hình 2.4: Nguyên lý làm vic ca sensor NAP-701 ............................................................26
Hình 2.5: Sensor NAP-100AC .............................................................................................26
Hình 2.6: Sensor NP-100AC................................................................................................27
Hình 2.7: Vi x lý trung tâm PSoC CY8C27643 .................................................................28
Hình 2.8: Chip FPAA AN231E04........................................................................................30
Hình 2.9: Th nh dung lượng cao MMC (256MB)............................................................30
Hình 2.10: Mt mng Modbus.............................................................................................32
Hình 2.11: Cu trúc mt bn tin Modbus............................................................................32
Hình 2.12: IC chuyn đổi TTL RS485 MAX485 .................................................................32
Hình 2.13 : IC dn kênh HEF4051B ...................................................................................33
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
6
Hình 2.14: Vi x lý trung tâm kết ni vi MMC, FPAA ......................................................35
Hình 2.15: Sơ đồ khi ca card MMC.................................................................................35
Hình 2.16: Sơ đồ ghép ni ca card MMC..........................................................................37
Hình 2.17: Sơ đồ ghép ni gia PSoC và FPAA .................................................................38
Hình 2.18: Sơ đồ khi phím n s dng ADC ....................................................................39
Hình 2.19: Sơ đồ ghép ni 4 phím vi ADC........................................................................40
Hình 2.20: Sơ đồ ghép ni RS485........................................................................................41
Hình 2.21: Các v trí có th lp đặt thiết b đo....................................................................42
Hình 3.1: V trí lp đặt thiết b đo
.......................................................................................43
Hình 3.2: Ba khi ca thiết b đo.........................................................................................44
Hình 3.3: Ba khi chính ca thiết b đo...............................................................................45
Hình 3.4: Phn v ngoài thiết b đo: Nhìn t trên(trái) – Nhìn phía trước(phi)...............45
Hình 3.5: Màng chn du....................................................................................................46
Hình 3.6: Hình thc tế Van khóa, Khi Sensor, Khi v (trái) ...........................................46
Hình 3.7: Mch in 2 lp trên và dưới..................................................................................47
Hình 3.8: Các module cu hình trong PSoC .......................................................................48
Hình 3.9: Sơ đồ mch đo ca sensor CO (a) và sensor CH
4
(b) .........................................54
Hình 3.10: Cu hình xây dng cho FPAA1.........................................................................55
Hình 3.11: Sơ đồ mch đo ca sensor C
2
H
2
(c) và sensor H
2
(d) .......................................56
Hình 3.12: Cu hình xây dng cho FPAA2.........................................................................57
Hình 4.1: Khai báo Channel cho Modbus OPC master ......................................................59
Hình 4.2: Khai báo Device cho Modbus OPC master.........................................................60
Hình 4.3: Khai báo các tag cho Modbus OPC master........................................................60
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
7
CHƯƠNG 1: GII THIU CHUNG
1.1 Đặt vn đề
S c trong MBA có th phân loi thành các loi như: vng quang hay phóng
đin cc b, quá nhit, h quang. Mc năng lượng xut hin do các s c này xếp
theo th t t cao đến thp như sau: H quang Quá nhit Vng quang. Nhng
s c trên có th do mt hoc nhiu trong các nguyên nhân như: ngn mch các
vòng dây; h mch cun dây; xê dch hoc biến d
ng cun dây; xê dch hoc biến
dng các dây dn (các dây, thanh dn ni t các cun dây đến các đầu ni s, b
điu áp dưới ti,...); lng các đầu ni ti các đầu s, đầu dây dn, các đầu bc đấu
dây; nước t do hoc độ m quá mc trong du; các ht kim loi xut hin trong
du; lng mi ni các tm chn v
ng quang; lng vòng siết, đệm, dây ni đất lõi,
các ch định v; s c đánh thng; quá ti; hư hng các bulông cách đin; r rét hoc
hư hng khác trên lõi; hư hng các đai bó quanh v máy; kt tun hoàn du; khuyết
tt h thng làm mát.
Hình 1.1: Các s c cháy (trái), n (gia) và v (phi) ca máy biến áp đin lc
Có nhiu phương pháp khác nhau dùng cho chn đoán các s c tim n
trong MBA lc gm các bin pháp on-line và off-line. Các th nghim off-line như:
đo đin tr cách đin, h s tn tht đin môi, độ phân cc mt phân cách, t l s
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
8
vòng dây, đin tr cun dây... Các phương pháp on-line như: phương pháp đáp ng
tn s, phân tích ph âm thanh, phương pháp hng ngoi, phương pháp đo nng độ
khí,...
Trong s các phương pháp này thì đo nng độ khí là phương pháp ph biến
được ng dng rng rãi để d báo s c có th xy ra đối vi MBA. Cách đin
chính ca máy biến áp gm giy (cellulose) và du máy biến áp, chúng đượ
c cu
to t nhng hp cht hu cơ.
Du biến áp có công thc cu to CnH2n+2 vi n = 20 ÷ 40, cellulose có
công thc cu to [C12H14O4(OH)6] vi n = 300 ÷ 750. Trong quá trình hot động
ca máy biến áp, dưới tác dng ca nhit độ các hp cht hu cơ này s sinh ra các
thành phn khí khác nhau..
Hình 1.2: Ly mu du máy biến áp để phân tích
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
9
Hình 1.3: Công thc hóa hc ca mt s cht thành phn du MBA
Hình 1.4: Quá trình lão hóa giy cách đin
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
10
Tu theo nhit độ khác nhau và trong nhng điu kin khác nhau mà mc độ
sinh khí cũng khác nhau.
Hình 1.5: T l các khí sinh ra bi du MBA theo nhit độ du
Hình 1.6: S c sinh khí CO t giy cách đin
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
11
S sinh khí trong du MBA tuân theo nhng quy lut nht định. Vì vy, đo
nng độ khí là phương pháp chn đoán MBA khá chính xác vi ưu đim là không
phi ct đin MBA mà ch cn ly mu du lúc MBA đang vn hành.
Hình 1.7: Du sinh khí H
2
,
,
CH
4
, , C
2
H
6
, C
2
H
4
… trong quá trình vn hành
Hình 1.8: Khí CO và CO2 sinh ra bi giy cách đin khi có s c
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
12
Xut phát t thc tế đó, nhim v thiết kế, chế to thiết b đo để gii quyết đưc
vn đề trên là cn thiết, đáp ng đưc nhu cu thc tin. Ngày nay k thut đo
lường đã đạt đưc nhng thành tu ln nh vic s dng k thut vi đin t, vi x
lý... Trong đồ
án có s dng công ngh PSoC và FPAA để thiết kế thiết b đo có
được nhng ưu đim sau:
S dng công ngh FPAA cho kết qu thu thp tín hiu t sensor chính xác
cao và ít b nh hưởng ca các yếu t môi trường.
Vi x lý PSoC tích hp sn thư vin h tr ghép ni theo các chun truyn
thông cơ bn (SPI, I
2
C, UART,...), cho phép chế to nhng thiết b nh gn
nhưng vn có đầy đủ nhng chc năng cơ bn như: lưu tr dung lượng ln,
ghép ni vi máy tính ..., cho phép truy nhp s liu và cài đặt các thông s
cho thiết b mt cách thun tin và nhanh chóng.
Khi có nhu cu thay đổi loi cm biến khác, ch cn thiết lp li cu hình ca
vi x lý PSoC và FPAA và n
p xung thiết b để to ra thiết b đo mi, vì
vy thiết b có tính m và mm do cao.
1.2 H thng SCADA trong ngành đin và nhu cu giám sát
MBA
a. H thng đin quc gia và các trung tâm điu độ
H thng đin quc gia Vit Nam được hình thành trên cơ s thng nht h thng
đin các min vi xương sng là đường dây ti đin 500kV Bc-Nam t năm 1994.
Vic điu hành h thng đin (HTĐ) quc gia được chia thành 3 cp điu độ:
Điu độ HTĐ quc gia
Điu độ HTĐ min
Điu độ lưới đin phân phi
Trên cơ s phân cp này, h thng điu độ được t chc thành các Trung tâm
điu độ tương ng.
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
13
Trung tâm Điu độ HTĐ Quc gia được thành lp nhm mc tiêu điu hành vn
hành h thng đin Vit Nam an toàn, liên tc và kinh tế. Trung tâm Điu độ HTĐ
Quc gia có trách nhim điu khin và thao tác các nhà máy đin, lưới đin 500kV;
kim tra và giám sát các trm biến áp đầu cc ca các nhà máy đin, các trm
220kV và các đường dây 110kV ni nhà máy đin vi h th
ng. Ngoài ra, Trung
tâm Điu độ HTĐ Quc gia có nhim v thc hin vic chào giá cnh tranh các n
máy đin để tiến ti vn hành hot động ca Th trường đin. Để thc hin nhim
v được giao, Trung tâm Điu độ HTĐ Quc gia và các Trung tâm Điu độ min s
được trang b h thng SCADA/EMS. Trung tâm Điu độ HTĐ mi
n điu hành lưới
đin 220kV và 110kV ba khu vc Bc, Trung và Nam. Điu độ lưới đin phân
phi điu hành vn hành lưới đin phân phi các tnh, thành ph trc thuc trung
ương. Hin nay, các trung tâm điu độ lưới đin đều được trang b các h thng
thiết b điu độ lưới đin SCADA/EMS hin đạ
i.
b. H thng SCADA trong ngành đin
SCADA (Supervising Control and Data Acquisition) nghĩa là h điu khin giám
sát và thu thp s liu, đưc t động hoá trong công nghip da trên các k thut
công ngh tiên tiến đó là vin thông, k thut đo lường điu khin – t động hoá,
công ngh thông tin...
SCADA s giúp người vn hành nhanh chóng khc phc s c và phòng nga
các s c v h thng đin cũng như an toàn, chính xác và tin c
y trong công tác
điu độ hoc công tác vn hành trm đó là giám sát, điu khin, thu thp v tình
trng hot động các thiết b đin trong h thng như MBA, máy ct (MC),... theo
tng cp.
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
14
* Các thiết b đin : Trong h thông đin có rt nhiu thiết b đin cn giám sát,
điu khin và thu thp s liu, như MBA, máy ct (MC), đường dây (ĐD)... để đảm
bo vn hành liên tc, an toàn, tin cy.
* SCADA trm: s giúp người vn hành trm không phi trc tiếp ra thao tác ti
tng thiết b đin, cũng như giám sát toàn b các thiết b
đin trong trm, mà qua
SCADA (máy tính) d dàng có th giám sát và điu khin được các thiết quan trng
trong trm. Như vy, vn hành an toàn ca h thng đưc ci thin đó là tính tin
cy, chính xác và nhiu ưu vit khác cho người vn hành.
* RTU/PLC: Mt s trm đin, nhà máy đin không có h thng SCADA trm
thì các thông tin s được thu thp v thiết b RTU/PLC (Remote Terminal Unit)
* H th
ng vin thông có nhim v truyn ti các thông tin được thu thp t các
thiết b đầu cui t trm đin hay nhà máy đin... gi v trung tâm điu khin.
* H thng trung tâm, có chc năng giám sát, điu khin, thu thp s liu và kiết
xut các báo cáo theo yêu cu, cũng như có th liên kết liên trung tâm khác để chia
s thông tin và tính toán các bài toán v h thng đin.
Hình 1.9: Mô hình h thng SCADA đơn gin trong h thng đin
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
15
SCADA Trm (nhà máy đin)
Mc tiêu là giám sát, điu khin, thu thp, x lý các thông s k thut ca các đối
tượng trong h thng đin ca mt trm hoc nhà máy. Ví d máy biến áp cn quan
tâm đến nc phân áp, P, Q, U, I, nhit độ du, mc du, van cu ho, h thng qut
làm mát,...
Cho nên có th hiu rng SCADA trm được coi như t động hoá các đối tượng
trong trm, nhà máy đin ch
khác bit ch có s tham gia ca máy tính để h tr
vic giám sát t tng th đến chi tiết, tính toán và điu khin bng phn mm máy
tính... tt c các thông s k thut ca mt đối tượng nào đó nếu được thu thp nó s
được hin th trng thái ca nó để tr li các câu hi ca người vn hành v tình
trng ho
t động ca nó. Vì vy nó s là công c hu hiu tr giúp cho nhân viên
trc trm giám sát mt cách trc quan, thao tác điu khin và thu thp s liu chính
xác và tin cy.
Hình 1.10: Thiết b RTU560 ca ABB được trang b trong h thng SCADA điu độ
§o vµ gi¸m s¸t nång ®é khÝ trong thïng dÇu m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc
NguyÔn Minh H¶i
16
Hơn na SCADA trm có th giao tiếp vi SCADA điu độ, thc hin các lnh
ca SCADA điu độ gi xung.
SCADA Điu độ
Mc tiêu là giám sát, điu khin, thu thp, x lý các đối tượng trong h thng
đin ca nhiu trm đin, nhà máy đin. Ví d, đối vi máy biến áp đối vi cp
SCADA Điu độ thường không quan tâm các thông s k thut ca máy biến áp mà
ch quan tâm đến các đặc tính đầu vào và đầu ra ca máy biến áp đó và kh năng
liên đới ca thiết b
trên toàn h thng.
Thc hin thu thp các giá tr, trng thái ca các đối tượng các trm. Các s
liu này được truyn t các trm lên qua các đường truyn tin (ti ba, vi ba, cáp
quang...). Các s liu đó tt nht là t SCADA trm gi lên nhưng cũng có th ly
trc tiếp t các RTU hay PLC.
Tiến hành nhng tính toán v phân tích, nhn dng, điu khin ti ưu v d
báo
các trào lưu, phân b đin áp và d phòng n định.
Thc hin các lnh t trung tâm gi xung như ct máy ct, chuyn đổi nc phân
áp...(nếu quy trình cho phép).
Hình 1.11: Mô hình h thng SCADA trm đin, nhà máy đin