Xây dựng chương trình tính toán chế độ nhiệt máy biến áp dựa trên mô hình động của IEC

 
chuẩn này thường xuyên bổ sung cập nhật 
để hoàn thiện hơn về độ chính xác trong 
tính toán. 
Đóng góp chính của nghiên cứu này là 
xây dựng chương trình tính toán chế độ 
nhiệt dựa trên cấu trúc mô hình tiêu chuẩn 
được giới thiệu trong mục 2. Trong mục 
này, bài báo giới thiệu ứng dụng tính toán 
giám sát nhiệt độ điểm nóng nhất và độ 
suy giảm tuổi thọ cho MBA. Trong mục 
3, sau khi xác nhận tính hợp lệ của 
chương trình, nhiệt độ lớp dầu trên của 
một MBA truyền tải thực tế được tính 
toán bằng chương trình và so sánh với dữ 
liệu đo thực tế. Trong quá trình tính toán, 
thông số của mô hình cũng được lựa chọn 
hợp lý để thu được kết quả với sai lệch bé 
nhất. Cuối cùng là một số tổng kết được 
đưa ra trong mục 4. 
2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 
TOÁN DỰA TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG 
THEO TIÊU CHUẨN IEC 60076-7 
2.1. Mô hình động theo tiêu chuẩn IEC 
60076-7 
Các phương trình vi phân mô tả quá trình 
truyền nhiệt tương ứng chỉ ở dạng tuyến 
tính trong trường hợp làm mát với dòng 
dầu cưỡng bức (OD). Đối với các kiểu 
làm mát khác (OF và ON) tốc độ tuần 
hoàn dầu phụ thuộc vào bản thân nhiệt độ 
của môi chất làm mát. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 17 24 
Kết quả là đối với các kiểu làm mát ON 
và OF, mô hình động được biểu diễn dưới 
dạng phương trình vi phân là phi tuyến, 
nghĩa là độ tăng nhiệt của lớp dầu trên và 
của điểm nóng nhất khi có sự tăng đột 
biến của dòng tải không theo quy luật 
hàm mũ [4]. 
Phương trình vi phân với ẩn là nhiệt độ 
của lớp dầu trên được viết dưới dạng [1]: 
   
2
11
1
. .
1
x
o
or o o a
dK R
k
R dt
  
      
 
(1) 
Độ tăng nhiệt của điểm nóng nhất có thể 
tính dưới dạng tổng của hai thành phần: 
2h1hh  (2) 
Trong đó hai số hạng vế phải là lời giải 
của hai phương trình sau: 
1h
1h
w22hr
y
21
dt
d
kKk 

 (3) 
  2h
2h
22
o
hr
y
21
dt
d
k
K1k 

 (4) 
Từ đó tính được nhiệt độ của điểm nóng 
nhất: 
hoh  
(5) 
Tuổi thọ thay đổi từ thời điểm t1 đến thời 
điểm t2 được xác định bởi : 

2
1
t
t
VdtL (6) 
với tốc độ già cỗi V được tính từ nhiệt độ 
của điểm nóng nhất: 
 









273
15000
273110
15000
heV 
(7) 
Trong các phương trình (1) đến (5) thông 
số cần biết bao gồm: 
or: độ tăng nhiệt độ của dầu định mức; 
hr: độ tăng nhiệt độ của điểm nóng nhất 
định mức; 
k11, k21, k22: các hằng số nhiệt của mô 
hình; 
x: số mũ tương ứng độ tăng nhiệt độ dầu; 
y: số mũ tương ứng với độ tăng nhiệt độ 
của cuộn dây; 
o: hằng số thời gian của dầu; 
w: hằng số thời gian của cuộn dây; 
R: tỷ số tổn thất khi mang tải với dòng 
định mức và tổn hao không tải; 
Dữ liệu đầu vào là nhiệt độ môi trường a 
và hệ số mang tải K của MBA, đại lượng 
cần tính toán là nhiệt độ lớp dầu phía trên 
o và nhiệt độ của điểm nóng nhất h. 
2.2. Xây dựng chương trình tính toán 
Chương trình tính toán chế độ nhiệt được 
thực hiện với các thông số đầu vào đã 
được giới thiệu trong mục 2.1. Trong thực 
tế, dữ liệu đo thường được lưu lại với thời 
gian lấy mẫu Dt cỡ vài phút. Để tính toán, 
các phương trình (1), (3) (4) và (6) được 
sai phân hóa với bước sai phân bằng Dt. 
Điểm khởi tạo của lưu đồ được tính theo 
phương trình sau: 
21
(0) .
1
x
o or a
K R
R
 
    
 
 (8) 
 1 210
y
h hrk K   (9) 
    hr
y
212h K1k0  (10) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 25 
Hình 1. Lưu đồ tính toán 
Dựa vào các phương trình từ (1) đến (10) 
có thể xây dựng được chương trình tính 
toán theo lưu đồ trên Hình 1. Trong đó n 
là số mẫu dữ liệu đầu vào (nhiệt độ môi 
trường và hệ số mang tải). Chương trình 
có thể được thực hiện bằng các phần mềm 
lập trình phổ biến hiện nay, ví dụ trong 
môi trường Matlab có thể thực hiện với 
file .m. Ở đó phần đầu chương trình nhập 
các thông số đầu vào, tính toán điểm khởi 
tạo, sau đó vòng lặp được thực hiện để 
tính toán nhiệt độ của lớp dầu trên và 
nhiệt độ của điểm nóng nhất. 
Một lựa chọn khác là xây dựng dựa trên 
công cụ trực quan GUI với ba bước: 
“Nhập dữ liệu”, “Tính toán” và “Xuất kết 
quả”. Trong đó, dữ liệu được nhập từ file 
MS Excel, tính toán dựa trên thuật toán 
mô tả ở trên và có thể xuất kết quả dạng 
bảng số hoặc dạng đồ thị như được thể 
hiện trên hình 2. 
Hình 2. Màn hình khởi tạo của chương trình 
(hình trên); Kết quả tính toán (hình dưới) 
3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 
3.1. Xác nhận tính hợp lệ của chương 
trình 
Chương trình được xây dựng trong mục 2 
được áp dụng tính toán cho số liệu cho 
trong tiêu chuẩn IEC60076-7. Kết quả chạy 
chương trình thu được hoàn toàn phù hợp 
với dữ liệu cho trong tiêu chuẩn, hình 3. 
Sai 
Đúng 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 17 26 
Hình 3. Nhiệt độ của điểm nóng nhất và độ suy 
giảm tuổi thọ: tính toán theo chương trình 
(hình trên); dữ liệu của tiêu chuẩn IEC 60076-7 
(hình dưới) 
3.2. Tính toán cho máy biến áp 
600 MVA, 500 kV ONAF thực tế 
Máy biến áp được lựa chọn có công suất 
600 MVA, 500 kV với kiểu làm mát 
ONAF (dầu tuần hoàn tự nhiên và gió 
cưỡng bức). Đây là MBA thuộc nhóm có 
công suất trung bình và lớn. Tra cứu trong 
tiêu chuẩn IEC-60076-7 [1] có bộ thông 
số như sau: 
or = 59 K; hr=26 K; k11=0.5; k21=2; 
k22=2; x=0,8; y=1,3; o=150; w=7; dựa 
vào thông số của máy, tính được R = 7,74. 
Kết quả tính toán nhiệt độ của lớp dầu 
trên cho MBA 600MVA, 500kV ONAF 
được thể hiện trên hình 4. Có thể thấy 
nhiệt độ tính toán và nhiệt độ đo thực tế 
có độ lệch rất bé, nhỏ hơn 0,30C. Kết quả 
tính toán chính xác là nhờ việc lựa chọn 
bộ thông số của mô hình hợp lý theo 
khuyến nghị của tiêu chuẩn IEC và dữ 
liệu của nhà sản xuất. Hơn nữa thời gian 
lấy mẫu của dữ liệu đã đủ bé để đảm bảo 
độ chính xác trong tính toán. Đây đồng 
thời là nhược điểm trong ứng dụng khi 
các MBA hiện tại đều được vận hành với 
thời gian lấy mẫu phổ biến là 1 giờ. Tuy 
nhiên với sự phát triển nhanh chóng của 
hệ thống điều khiển giám sát ở các trạm, 
việc lưu trữ với thời gian lấy mẫu cỡ vài 
phút không phải là trở ngại lớn. Với sai 
lệch đủ bé có thể cho phép sử dụng kết 
quả tính toán để giám sát nhiệt độ của lớp 
dầu trên. Đồng thời, chương trình đã tính 
toán các đại lượng khác như nhiệt độ 
điểm nóng nhất và độ suy giảm tuổi thọ 
MBA với kết quả thể hiện trên hình 5. 
Điểm nóng nhất trong thực tế rất khó xác 
định nên kết quả tính toán về đại lượng 
này rất có ý nghĩa trong việc giám sát chế 
độ nhiệt của MBA. 
Hình 4. Nhiệt độ của điểm nóng nhất và độ suy 
giảm tuổi thọ của MBA 600MVA, 500kV ONAF 
Ngoài ra sau thời gian làm việc với mức 
độ mang tải theo thời gian khác nhau, độ 
suy giảm tuổi thọ hoàn toàn có thể ước 
lượng sơ bộ và làm số liệu tham khảo 
trong quá trình sử dụng máy. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 27 
Hình 5. Nhiệt độ của điểm nóng nhất và độ suy 
giảm tuổi thọ của MBA 600MVA, 500kV ONAF 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày một ứng dụng mô 
hình động dạng tích phân trong xây dựng 
chương trình tính toán chế độ nhiệt của 
MBA. Bộ thông số của mô hình được lựa 
chọn phù hợp trên cơ sở áp dụng khuyến 
nghị của IEC và tính toán theo dữ liệu của 
nhà sản xuất cho kết quả tính toán có sai 
lệch bé so với dữ liệu đo thực tế. Sau một 
thời gian vận hành, các thông số có thể 
thay đổi nên việc cập nhật thông số rất 
cần thiết để duy trì độ chính xác tính toán. 
Đây đồng thời là hướng phát triển tiếp 
theo của nghiên cứu này trong lĩnh vực 
ước lượng thông số của mô hình. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] IEC, “Tiêu chuẩn IEC 60076-7,” International Electrotechnical Commission, 2005. 
[2] IEEE, “ Std C57.92-1981, IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Power Transformers up to 
anh Including 100 MVA with 55ºC or 65ºC Average Winding Rise”. 
[3] B. Lesieutre, W. Hagman và J. Kirtley, “An improved transformer top oil temperature model for 
use in an on-line monitoring and diagnostic system,” IEEE Transactions on Power Delivery, tập 
12, số 1, p. 249–256, 1997. 
[4] G. Swift, T. Molinski và W. Lehn, “A Fundamental Approach to Transformer Thermal Modelling,” 
IEEE transactions on power delivery, tập 16, số 2, p. 171 – 177, 2001. 
[5] D. Susa, M. Lehtonen và H. Nordman, “Dynamic thermal modelling of power transformers,” IEEE 
Transactions on Power Delivery, tập 20, số 1, p. 197–204, 2005 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Vũ Hoàng Giang tốt nghiệp đại học và nhận bằng Thạc sĩ tại Trường Đại học 
Bách khoa Hà Nội vào các năm 2002 và 2005; năm 2014 nhận bằng Tiến sĩ Kỹ thuật 
điện tại Trường Đại học Claude Bernard Lyon 1, Cộng hòa Pháp; nghiên cứu sinh 
sau Tiến sĩ tại Trường Đại học Claude Bernard Lyon 1 từ năm 2014 đến năm 2015. 
Hiện nay tác giả đang công tác tại Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: chẩn đoán hư hỏng trong máy điện, ước lượng thông số của 
máy điện, điều khiển máy điện và các bộ biến đổi điện tử công suất, ứng dụng của 
các bộ biến đổi trong lưới điện thông minh, microgrid, máy cắt điện một chiều và hệ 
thống bảo vệ trong lưới điện microgrid. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 17 28 
Tác giả Nguyễn Đăng Toản tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 
2001, nhận bằng Thạc sỹ năm 2003 tại AIT - Thái Lan, Tiến sĩ năm 2008 tại 
Grenoble - INP - Pháp chuyên ngành hệ thống điện. Tác giả hiện đang công tác 
tại Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: ổn định hệ thống điện, HVDC/FACTS, năng lượng mới. 
Tác giả Lê Nguyễn Thành Trung tốt nghiệp Trường Đại học Điện lực vào năm 2016. 
Hiện tác giả đang là học viên cao học ngành kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: điều khiển máy điện và các bộ biến đổi điện tử công suất.