Giảm nhiễu, cải thiện phép đo xác định vị trí phóng điện cục bộ trong máy biến áp theo lý thuyết thời gian đến
Tóm tắt:
Trong máy biến áp, phóng điện cục bộ (PD-partial discharge) là nguyên nhân chính dẫn đến phá hủy
hệ thống cách điện. Vì vậy, việc xác định chính xác vị trí PD trong máy biến áp đem lại nhiều lợi ích.
Do vậy, bài báo tập trung nghiên cứu nhằm cải thiện độ chính xác của các phép đo theo lý thuyết
thời gian đến. Trong đó bài báo đề cập tới một mô hình thí nghiệm thực hiện quá trình phát và thu
tín hiệu PD giả định theo phương pháp thời gian đến. Kết quả cho thấy có thể loại bỏ được nhiễu,
nâng cao độ chính xác của phép đo thông qua việc thiết kế các phần tử trong hệ mạch thích hợp.
iện quá trình phát và thu sóng siêu âm được thể hiện theo sơ đồ khối hình 6. Trong phần thí nghiệm này, nhóm tác giả chỉ trình bày quá trình phát và thu nhận sóng siêu âm theo phương pháp thời gian đến trong môi trường đồng nhất là không khí và không có vật cản giữa các cảm biến. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 76 Số 13 tháng 11-2017 Hình 6. Mô hình hệ thống phát và thu sóng siêu âm 4.1. Sơ đồ khối phát sóng siêu âm Sơ đồ khối phát sóng siêu âm được thể hiện trên hình 7. Phát xung tín hiệu (VĐK) Khuếch đại Phát sóng siêu âm (Cảm biến) Hình 7. Sơ đồ chức năng khối phát sóng siêu âm Hình 8. Xung điện áp sau khi đi qua mạch phát sóng siêu âm Mạch phát xung tín hiệu sử dụng vi điều khiển phát ra một chuỗi xung gồm 4 xung vuông, tần số 40 kHz sau đó được khuếch đại với biện độ điện áp yêu cầu tại đầu ra là ± 10 V, dòng điện xấp xỉ 40 mA, tần số 40 kHz. Sau khi thiết kế và chạy thử cho ra được tín hiệu sau mạch phát sóng siêu âm có dạng như hình 8. 4.2. Sơ đồ khối thu sóng siêu âm Sơ đồ khối thu sóng siêu âm được thể hiện trên hình 9. Trong đó: Tiền khuếch đại: cấu trúc mạch điện như hình 10. Tính điện áp đầu ra: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Số 13 tháng 11-2017 77 2 1 2,5 (V) 47 kΩ 2,5 (V) 1 kΩ 47 2,5 (V) (15) out in in in R V V R V V Nếu đầu vào -3 3V 20 10 sin(40 10 t) (V)in , biểu thức (15) có thể được viết lại là -3 347 20 10 sin(40 10 t) 2,5 (V) 0,94sin(40000t) 2,5 (V) (16) outV Như vậy Vout trong biểu thức (16) luôn nằm trong khoảng điện áp từ 0 V đến 3,5 V và thỏa mãn yêu cầu theo thiết kế. Tiền khuếch đại Thu sóng siêu âm (Cảm biến) Lọc Khuếch đại So sánh Tạo ngắt (VĐK) Mạch thu sóng siêu âm Hình 9. Sơ đồ chức năng khối thu sóng siêu âm Hình 10. Sơ đồ mạch tiền khuếch đại Bộ lọc: sử dụng bộ lọc thông dải AE- BP40S, có tần số trung tâm là 40 kHz, biên độ điện áp đầu vào tối đa 20 V, hệ số suy hao của bộ lọc là 30dB. Bộ khuếch đại: cấu trúc mạch điện như hình 11. Tính điện áp đầu ra: 4 3 2,5 (V) 47 kΩ 2,5 (V) 1,5 kΩ 31,3 2,5 (V) (17) out in in in R V V R V V Nếu đầu vào -3 3V 29 10 sin(40 10 t) (V)in , biểu thức (17) có thể được viết lại là -3 331,3 29 10 sin(40 10 t) 2,5 (V) 0,91sin(40000t) 2,5 (V) (18) outV Như vậy Vout trong biểu thức (18) luôn nằm trong khoảng điện áp từ 0 V đến 3,5 V và thỏa mãn yêu cầu theo thiết kế. Hình 11. Sơ đồ mạch khuếch đại Mạch so sánh: cấu trúc mạch điện như hình 12. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 78 Số 13 tháng 11-2017 Hình 12. Sơ đồ mạch so sánh. Các kết quả thu được: a. Tín hiệu thu đƣợc từ đầu thu cảm biến siêu âm khi đầu phát phát liên tục sóng siêu âm tần số 40 kHz b. FFT tƣơng ứng của tín hiệu từ đầu thu cảm biến siêu âm Hình 13. Tín hiệu vào của hệ mạch a. Tín hiệu sau khi đi qua bộ tiền khuếch đại, bộ lọc, bộ khuếch đại b. FFT tƣơng ứng của tín hiệu sau khi đi qua bộ tiền khuếch đại, bộ lọc, bộ khuếch đại Hình 14. Tín hiệu ra của hệ mạch Như vậy, các nhiễu không mong muốn tác động lên tín hiệu tại điểm thu do hiện tượng sóng truyền đa đường tới cảm biến thu được loại bỏ và biên độ tín hiệu tại tần số 40 kHz đã được khuếch đại khoảng 50 lần so với điện áp 2,5 V. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Số 13 tháng 11-2017 79 a. Lựa chọn mức điện áp V2 quá thấp sẽ gây sai số do mức biên độ của nhiễu lớn b. Lựa chọn mức điện áp V2 quá cao sẽ gây sai số do V2 vƣợt quá mức biên độ lớn nhất của tín hiệu c. Lựa chọn mức điện áp V2 thích hợp sẽ giảm thiểu đƣợc sai số của hệ d. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa điện áp V2 và n V2 2505 2607 2709 2806 2902 3006 3115 n 3; 2 2 2 2;1 1;2 2 2 V2 2806 2822 2839 2854 2869 2888 2902 n 2 2 2 2;1 1 1;2 2 V2 2505 2403 2301 2204 2108 2004 1895 n 3; 2 2 2 2;1 1;2 2 2 V2 2204 2189 2174 2157 2141 2224 2108 n 2 2 2 2;1 1 1;2 2 Chọn V2 = 2869 mV hoặc V2 = 2141 mV Hình 15. Các phƣơng pháp để lựa chọn mức điện áp so sánh (điện áp ngƣỡng), với V2 là điện áp tùy chỉnh để so sánh và n là số lƣợng các chữ số bất ổn định trong quá trình đo 5. KẾT LUẬN Qua những phân tích ở trên có thể đi tới kết luận phương pháp thời gian đến là phương pháp được ưu tiên hàng đầu để xác định vị trí các điểm PD trong máy biến áp. Khó khăn gặp phải là cần giảm nhiễu phép đo PD tại chỗ trong khi tín hiệu PD là các xung dòng tần số cao chịu tác động của nhiễu là một trong những thách thức lớn. Bằng thực nghiệm qua mô hình thí nghiệm trên cho thấy, nhiễu có thể được loại bỏ dựa trên cơ sở thiết kế các bộ lọc và lựa chọn mức ngưỡng thích hợp. Vì vậy có thể cải thiện được độ chính xác của phép đo. Tuy nhiên bài báo chưa đánh giá được sai số của vị trí PD cần xác định và hướng phát triển của bài báo sẽ giải quyết vấn đề này. Lời cảm ơn Nhóm tác giả xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới sự tài trợ từ kinh phí đề tài có mã số B2015- 01-92 của Bộ Giáo dục và Đào tạo để bài báo có thể được thực hiện thành công. 80 80 Số 13 tháng 11-2017 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mithun Mondal and G.B. Kumbhar (2016), “Partial discharge localization in a power transformer: method, trend and future research”, ITET technical review. [2] Wasim M.F. Al-Masri, Mamoun F. Abdel-Hafez, Member, IEEE, and Ayman H. El-Hag, Senior Member, IEEE, “Toward high-accuracy estimation of partial discharge location”, 2016 IEEE. [3] P.E. Gabe Paoletti and PhD. Alex Golubev (2000), “Partial discharge theory and technology related to medium voltage electrical equipment”, IEEE reprinted, with permission from paper 99-25 presented at the IAS 34th annual meeting. [4] Partha Ray, A K Maitra and Arijit Basuray, “A New Threshold Function for De-noising Partial Discharge Signal Based on Wavelet Transform”, 2013 International Conference on Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition [ICSIPRl]. 2013 IEEE. [5] Wojciech Sikorski1 and Waldemar Ziomek2, “Detection, recognition and location of partial discharge sources using acoustic emission method”, 1Poznan University of Technology, Poland and 2University of Manitoba, Canada. [6] Shacha M.Markalous, Stefantenbohlen and Kurt Feser, Germany, “Detection and location of partial discharges in power transformers using aconstic and electromanetic signals”. 2008 IEEE. [7] [7]. Sina Mehdizadeh, Mohammadreza Yazdchi and Mehdi Niroomand, “A novel AE based algorithm for PD localization in power transformer”. Accepted: June 17, 2013. [8] Partha Ray, A K Maitra and Arijit Basuray. 2013 International Conference on Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition [ICSIPRl], “A New Threshold Function for De-noising Partial Discharge Signal Based on Wavelet Transform”. 2013 IEEE. [9] Inglada, V., (1928), “Die berechnung der herdkoordinated eines nahbebens aus den eintrittszeiten der in einingen benachbarten stationen aufgezeichneten P-oder P-wellen”, Gerlands Beitrage zur Geophysik 19, 73-98. [10] Leighton, F. and W. Blake (1970), “Rock noise source location techniques,” USBM RI 7432. [11] Leighton, F. and W. I. Duvall (1972), “A least squares method for improving rock noise source location techniques,” USBM RI 7626. [12] Geiger, L. (1912), “Probability method for the determination of earthquake epicentres from the arrival time only,” Bull. St. Louis. Univ. 8, 60-71. [13] Thurber, C. H. (1985), “Nonlinear earthquake location: theory and examples,” Bull. Seism. Soc. Am. 75, 779-790. [14] Wojciech Sikorski and Krzysztof Walczak, “Power transformer diagnostics based on acoustic emission method”, Chaper 5, Poznan University of Technology, Poland. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Số 13 tháng 11-2017 81 Giới thiệu tác giả: Tác giả Nguyễn Vũ Thắng tốt nghiệp Thạc sĩ tại Học viện Kỹ thuật quân sự chuyên ngành kỹ thuật điện tử năm 2010. Hiện tác giả là nghiên cứu sinh tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Khoa Điện - Điện tử. Lĩnh vực nghiên cứu: xử lý tín hiệu, xác định phóng điện cục bộ trong máy biến áp. Tác giả Đỗ Anh Tuấn nhận bằng tốt nghiệp Đại học và Thạc sĩ chuyên ngành hệ thống điện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội năm 2004 và 2008. Năm 2012, tác giả tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành vật liệu điện - điện tử và phóng điện cao áp tại Trường Đại học Dongguk, Hàn Quốc. Hiện tác giả là giảng viên Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên. Lĩnh vực nghiên cứu chính: phóng điện trong chất khí, kỹ thuật điện cao áp và các ứng dụng. Tác giả Nguyễn Hoàng Nam nhận bằng Kỹ sư điện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) năm 2002, bằng Thạc sĩ về thiết bị đo và vi điện tử tại Trường Đại học Hendri Poincaré, cộng hòa Pháp năm 2004, và nhận bằng Tiến sĩ vi điều tử và điện tử Nano tại Trường Đại học Bách khoa Grenoble, cộng hòa Pháp năm 2009. Hiện tác giả công tác tại Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp (3I) - Viện Điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đồng thời là nghiên cứu viên tại Viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa (ICEA). Lĩnh vực nghiên cứu: hệ thống đo thông minh, các hệ thống nhúng và hệ thống năng lượng tái tạo. Tác giả Hoàng Sĩ Hồng tốt nghiệp đại học và thạc sĩ chuyên ngành đo lường điều khiển tại Trường Đại Học Bách khoa lần lượt vào năm 1999 và 2001. Năm 2010 tác giả tốt nghiệp Tiến sĩ kỹ thuật điện tại Trường Đại học Ulsan Hàn Quốc. Hiện tác giả công tác tại Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp - Viện Điện - Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội. Lĩnh vực nghiên cứu: cảm biến và thiết bị đo thông minh trong hệ thống điện.
File đính kèm:
- giam_nhieu_cai_thien_phep_do_xac_dinh_vi_tri_phong_dien_cuc.pdf