Giảm nhiễu, cải thiện phép đo xác định vị trí phóng điện cục bộ trong máy biến áp theo lý thuyết thời gian đến

Nội dung text: Giảm nhiễu, cải thiện phép đo xác định vị trí phóng điện cục bộ trong máy biến áp theo lý thuyết thời gian đến

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) GIẢM NHIỄU, CẢI THIỆN PHÉP ĐO XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP THEO LÝ THUYẾT THỜI GIAN ĐẾN DENOISING, IMPROVEMENT OF MEASUREMENT OF LOCATION OF PARTIAL DISCHARGE IN POWER TRANSFORMERS USING THEORY OF ARRIVAL TIME Nguyễn Vũ Thắng1, Đỗ Anh Tuấn1, Nguyễn Hoàng Nam2, Hoàng Sĩ Hồng2 1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên; 2Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 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. Từ khóa: Phóng điện cục bộ, phương pháp thời gian đến, cải thiện độ chính xác của phép đo. Abtract: In the power transformer systems, partial discharge (PD) is a major reason for destroying the insulation system in power transformers. Therefore, determining accuracy the location of a PD in power transformers are necessary. In this study, we focus on improvement the accuracy of partial discharge measurements using theory of arrival time. An experiment model, which performs processes of transmitting and receiving PD signals using method of arrival time, was also referred. The results showed that noise can be eliminated and accuracy of measurement can be enhanced based on design of elements of integrated circuits. Keywords: Partial discharge, arrival time approach, improve measurement accuracy. 1. GIỚI THIỆU CHUNG8 chiếm tới gần 60% tổng giá thành của hệ Máy biến áp lực là một thiết bị đắt tiền thống. Việc hư hỏng hoặc sự cố đều gây nhất trong mạng truyền tải điện năng, nó ra những tổn thất hết sức nặng nề [1]. Tuổi thọ của máy biến áp luôn được xác 8 Ngày nhận bài: 30/6/2017, ngày chấp nhận định bởi tình trạng dầu và giấy cách điện đăng: 3/10/2017, phản biện: TS. Nguyễn Ngọc của máy. Trong khi sự già hóa của cách Trung. Số 13 tháng 11-2017 69
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) điện là hiển nhiên, đặc biệt còn tăng lên vật liệu cách điện với lõi thép hoặc ngay khi máy biến áp phải làm việc với công bên trong vật liệu cách điện cũng như trên suất lớn. Kết quả tạo ra sự đánh thủng bề mặt vật liệu cách điện. Các xung PD cách điện và được coi như là đánh thủng xuất hiện ở tần số cao và suy giảm nhanh cục bộ (PD-partial discharge) [2]. Do vậy, chóng chỉ trong một khoảng cách ngắn. Sự PD có thể được mô tả như một xung điện phóng điện tạo ra những tia lửa nhỏ phát phóng điện trong một khoảng trống chứa sinh trong hệ thống cách điện, làm giảm độ khí hoặc trên một bề mặt điện môi của cách điện và có thể dẫn đến sự phá hủy một hệ thống cách điện dạng rắn hoặc hoàn toàn hệ thống cách điện [3]. Hình 1 lỏng. Sự phóng điện này có thể xảy ra thể hiện phóng điện cục bộ bên trong và trong bất kỳ khoảng trống nào giữa dây trên bề mặt hệ thống cách điện. dẫn đồng với vật liệu cách điện hoặc giữa a. PD xảy ra bên trong hệ thống cách điện b. PD xảy ra trên bề mặt hệ thống cách điện Hình 1. PD xảy ra bên trong và trên bề mặt hệ thống cách điện [3] Tín hiệu PD được đặc trưng bởi các xung 5100 m/s [5]. Các nguồn PD trong máy dòng tần số cao gắn liền với nhiễu [4]. biến áp bức xạ ra sóng âm có tần số trong Tùy thuộc vào tính chất và điều kiện của dải từ vài chục kHz đến vài GHz và có thể môi trường truyền sóng mà sóng âm có dùng các cảm biến sóng âm để thu các tần thể truyền với các vận tốc khác nhau như số này. Hình 2 cho thấy tác hại của PD trong: dầu 1413 m/s, đồng 3570 m/s, sắt cho hệ thống cách điện. Hình 2. PD gây ra trong hệ thống cách điện cao áp 70 Số 13 tháng 11-2017
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Sự đo lường các phóng điện cục bộ (PD) pháp này được sử dụng trong hầu hết các là một sự chắc chắn và là một công cụ trường hợp xác định vị trí. Trong phần chẩn đoán chính xác cho sự đánh giá tình này chúng ta nghiên cứu và đánh giá hai trạng cách điện của máy biến áp. Hai phương pháp quan trọng là: phương pháp nhiệm vụ chính của các phép đo PD là: (i) không lặp và phương pháp lặp. xác định được PD, nó cung cấp bằng chứng rằng có xuất hiện PD và dạng của 2.2.1. Phương pháp không lặp chúng và (ii) vị trí của PD. Nếu giải quyết Cách tiếp cận phương pháp này là từ hệ được cả hai nhiệm vụ trên nó sẽ đem lại: phương trình tính khoảng cách Di từ cho phép thuận tiện trong việc lập kế nguồn âm tới cảm biến thứ i như sau: hoạch bảo trì, sửa chữa, giảm thiểu chi 2 2 2 2 2 phí, tiết kiệm được thời gian trong quá xi x yi y zi z v ti t (1) trình phân tích các rủi ro [6]. (1) Việc phát hiện, định vị PD sử dụng tín trong đó xi, yi, zi là tọa độ của các cảm hiệu bức xạ âm thanh, đặc biệt cải thiện biến thứ i (đã biết) và x, y, z, t là các biến được độ chính xác của các phép đo đã chưa biết biểu thị tọa độ vị trí nguồn âm được giải quyết trong một số nghiên cứu và thời gian gốc của sự kiện. [7], [8]. Trong đó tập trung giảm sự ảnh Theo Inglada [9] tính toán được số lượng hưởng của nhiễu thông qua phép biến đổi cảm biến cần sử dụng trong hệ là tối thiểu wavelet và áp dụng việc loại trừ các băng (4 cảm biến). Các tọa độ x, y, z trong điều tần số năng lượng thấp [7], hoặc có thể kiện t có thể được xác định thông qua quy thông qua phép biến đổi wavelet để tạo ra tắc Cramer sau khi đã tuyến tính hóa hệ một hàm ngưỡng phi tuyến mới có khả phương trình (1) như sau: năng mềm dẻo hơn [8]. Bài báo này trình M1 N 1 t M 2 N 2 t M33 N t bày phương pháp xác định vị trí nguồn x ;; y z (2) phóng điện cục bộ theo phương pháp thời DDD trong đó D là định thức hệ số của hệ gian đến và kết hợp với thực nghiệm nhằm phương trình tuyến tính. M và N (với cải thiện độ chính xác của phép đo. j j j = 1, 2, 3) cũng là các định thức tương tự 2. XÁC ĐỊNH ĐIỂM PHÓNG ĐIỆN như D, nhưng với cột thứ j của D được CỤC BỘ THEO PHƢƠNG PHÁP THỜI thay bởi các tham số tương ứng bên vế GIAN ĐẾN phải của hệ phương trình tuyến tính. Thay các đại lượng được xác định trong 2.1. Phƣơng pháp thời gian đến phương trình (2) trở lại phương trình (1) Phương pháp thời gian đến là phương để tìm ra t, sau đó thay t trở lại phương pháp mà chỉ sử dụng thông tin thời gian trình (2) sẽ tìm được các tọa độ x, y, z. đến. Thông tin thời gian đến có thể coi là Một cách đề cập khác của phương pháp ổn định hơn do thời gian truyền ít nhạy không lặp là phương pháp USBM (United cảm hơn tới sự thay đổi của các thuộc tính States Bureau of Mines) [10], [11]. Theo trung bình của tín hiệu. Bởi vậy, phương Số 13 tháng 11-2017 71
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) đó hệ phương trình (1) được viết lại là: 2.2.2. Phương pháp lặp Hai phương pháp lặp rất quan trọng là D D v t t ii11 (3) phương pháp Geiger [12] và Thurber trong đó i = 2, 3, , m. Bình phương và [13]. Cả hai phương pháp này đều dựa đơn giản phương trình (3), sau đó tuyến trên cơ sở các đa thức Taylor. tính hóa nó bằng cách trừ phương trình Với phương pháp lặp Geiger được coi là thứ 2 trong hệ cho các phương trình còn phương pháp xác định vị trí nguồn âm cổ lại sẽ nhận được phương trình dạng: điển và được sử dụng rộng rãi nhất, thuật 2 toán của nó dùng để giải các bài toán phi fx f y f z h g v i,1 i ,2 i ,3 i i (4) tuyến dựa trên cơ sở các đa thức Taylor trong đó: bậc nhất. Giả sử hàm fi(x) biểu diễn chức năng thời gian đến được kết hợp với cảm ab22abii biến thứ i. Các biến x, y, z là các tọa độ của ffii,1 2 ; ,2 2 ; t22 tii t t biến cố và t là thời gian gốc của biến cố. Khai triển Taylor bậc nhất tại một vị trí ce22ceii fi,3 2 ; g i t 2 t 1 ; h i xung quanh x0 là: t22 tii t t ffii(x) (x0  x) với i = 3, 4, , m f  f  f  f f(x ) i x i  y i  z i  t phương trình (4) là một phương trình i 0 x  y  z  t (6) tuyến tính có dạng: trong đó: Ax = b (5) với x x0  x; TT x0 (,,,);x(,x 0 y 0 z 0 t 0   x  y ,,)  z  t f3,1 f 3,2 f 3,3 Vế trái phương trình (6), f (x + δx) biểu A ; i 0 diễn thời gian đến thu được tại cảm biến fm,1 f m ,2 f m ,3 thứ i, nó được quy ước là thời gian đến 2 x h33 g v quan sát. Ý nghĩa vật lý của phương trình (6) là thời gian đến quan sát được xb y; z 2 thể hiện bởi thời gian đến được tính hmm g v toán fi(x0) (đã biết) từ một vị trí gần đó Như vậy, có thể nói phương pháp không và thêm một hệ số hiệu chỉnh lặp dễ sử dụng và tính toán bởi các hệ f f f f i x i y i z i t . Hệ số hiệu phương trình thực hiện đều có dạng tuyến x y z t tính. Tuy nhiên, phương pháp này không chỉnh này là một hàm của các đạo hàm thực tế bởi để áp dụng được nó thì luôn riêng của các tham số. Tất cả các đạo hàm phải giả thiết tín hiệu truyền cùng một vận riêng của hàm thời gian đến ở đây là các tốc cho tất cả các trạm thu. đại lượng đã biết, chúng có thể được xác 72 Số 13 tháng 11-2017
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) định dựa trên các giải pháp thử nghiệm. trong phương trình (7) vẫn giữ nguyên như Mục tiêu chính là phải tìm giá trị x0, điều trong phương trình (6), nó là đặc trưng cho này được thực hiện trong một quá trình tự thời gian đến quan sát và tính toán tương hiệu chỉnh. Giải pháp thử nghiệm được cập tự. Tuy nhiên phương trình (7) là một hàm nhật tại đầu mỗi lần lặp bằng cách thêm δx bậc hai của vector hiệu chỉnh. Với phép đã biết như là vector hiệu chỉnh thu được lấy đạo hàm riêng của phương trình và từ việc lặp lại trước đó. Hiệu chỉnh vector thiết lập phương trình kết quả bằng không, δx đã được xây dựng và nó có thể được ta có: thêm vào giải pháp thử nghiệm trước đó để gHii  x 0 (10) tạo thành một giải pháp thử nghiệm mới. Phương pháp Thurber là quá trình chuyển Quá trình này được lặp lại cho đến khi các đổi từ phương trình (7) thành phương trình tiêu chí về lỗi được đáp ứng đầy đủ và giải (10). Phương trình (7) là một hàm bậc hai. pháp thử nghiệm cuối cùng được coi là Bằng việc lấy đạo hàm riêng của phương nguồn thực. trình này sau đó cho phương trình bằng Đối với phương pháp lặp Thurber sử dụng không, phương trình (10) xác định được các thông tin của cả hai đạo hàm bậc nhất điểm cực trị của hàm bậc hai này. Điểm cực và bậc hai để hiệu chỉnh các vectơ hiệu trị này trong phương pháp Newton được coi chỉnh. Khai triển Taylor bậc hai tại một vị như là vectơ hiệu chỉnh tối ưu cho các giải trí xung quanh x0 là: pháp thử nghiệm. ffii(x) (x0  x) Như vậy, bản chất các phương pháp đạo 1 hàm là sử dụng các đặc tính phi tuyến các f(x ) gTT x  x H  x (7) i0 i2 i hàm số cho các giải pháp thử nghiệm được mô tả bởi các đạo hàm để xác định T trong đó: gi là chuyển vị của gradient vectơ hiệu chỉnh. Sự khác biệt giữa các vector gi được xác định bởi: phương pháp đạo hàm là dạng đặc tính phi tuyến được sử dụng. Phương pháp đạo t ffffiiii gfii (x) , , , (8) hàm đơn giản nhất là phương pháp lặp x  y  z  t Geiger, đặc tính phi tuyến được sử dụng và Hi là ma trận Hessian: bởi phương pháp này là gradient. Phương 2 2 2 2 pháp lặp Thurber phức tạp hơn do sử fi  f i  f i  f i 2 dụng cả các đạo hàm bậc nhất và bậc hai. x  x  y  x  z  x  t 2 2 2 2 fi  f i  f i  f i 2 2.2. Xác định vị trí điểm phóng điện y  x  y  y  z  y  t Hi (9) cục bộ theo phƣơng pháp thời gian 2f  2 f  2 f  2 f i i i i đến z  x  z  y  z2  z  t 2 2 2 2 Đường lan truyền từ điểm PD đến các f  f  f  f i i i i 2 cảm biến thu khá phức tạp, phụ thuộc vào t  x  t  y  t  z  t vị trí đặt cảm biến so với vị trí nguồn PD. Ý nghĩa vật lý của fi(x0 + δx) và fi(x0) Tuy nhiên về cơ bản chỉ có ba đường lan Số 13 tháng 11-2017 73
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) truyền chính là: đường lan truyền trực tiếp Thực tế cho thấy có ba cách tiếp cận để từ điểm PD qua dầu tới cảm biến, đường khẳng định hệ thống máy biến áp đang lan truyền do phản xạ tới cảm biến và hoạt động có xảy ra hiện tượng phóng đường lan truyền theo thành bể của biến điện cục bộ hay không đó là: phương áp tới cảm biến, như được thể hiện trên pháp DGA (Dissolved Gas in oil hình 3. Như vậy, tín hiệu thu được tại mỗi Analysis), UHF (Ultra High Frequency) cảm biến sẽ là tổng của các tín hiệu theo và AE (Acoustic Emissison) [5]. Tuy các đường lan truyền khác nhau truyền tới nhiên để định vị được vị trí của nguồn PD với các khoảng thời gian khác nhau, do thì chỉ có phương pháp AE được dùng tính chất của môi trường truyền khác nhau nhiều hơn cả bởi một phần lý do đã được và độ dài quãng đường truyền sóng khác phân tích ở trên. Ngoài ra, cảm biến AE nhau nên biên độ tín hiệu thu được tại các có chi phí hợp lý hơn và dễ lắp đặt trong thời điểm khác nhau cũng có giá trị độ lớn khi máy biến áp được kích hoạt bằng cách khác nhau, như được thể hiện trên hình 4. gắn bộ cảm biến lên thành của bể biến áp bằng cách sử dụng bộ giữ từ. Hơn nữa, Sự phản xạ cảm biến AE không ảnh hưởng bởi các Theo chiều nhiễu điện bên ngoài và nhiễu điện từ [2]. dọc/ngang Theo chiều ngang Phần dầu Phần qua thép Dầu Thành bể Cảm biến Hình 3. Minh họa cấu trúc đƣờng dẫn: cảm biến âm không trực tiếp ở vị trí nguồn PD, do đó đƣờng truyền dẫn có một phần của dầu (bao gồm dầu đơn thuần, có thể là các tấm ép và các bộ phận cuộn dây) và thép [6] Các cảm biến âm khoảng cách giữa nguồn PD và cảm biến Tín hiệu PD Hình 5. Sơ đồ kỹ thuật sự khác nhau thời gian đến (TDOA) cho vị trí phóng điện cục bộ trong máy biến áp [14] ) V ( ộ đ n Trong phương pháp AE thường sử dụng ê i Nhiễu PD B (nhiễu do Thời gain đến kỹ thuật TDOA (Time Difference of cấu trúc) hình học Arrival). Thông tin được lấy tại các cảm Thời gian (s biến là thời gian đến của sóng lan truyền trực tiếp từ nguồn PD qua môi trường dầu Hình 4. Tín hiệu PD âm thanh (điện tích 491 pC) với thời gian đến biết rõ và biết trƣớc tới các cảm biến tương ứng. Thời gian các cấu trúc nhiễu [6] đến chính xác được xác định và điều kiện 74 Số 13 tháng 11-2017
7. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) cho điểm bắt đầu có thể căn cứ vào các . Phụ thuộc vào vị trí PD và cấu tạo máy mức năng lượng hoặc các điều kiện biến áp, bởi hai yếu tố này tác động trực ngưỡng. Do khoảng cách tương đối từ tiếp tới đường lan truyền của sóng âm. nguồn PD tới các cảm biến AE khác nhau Đặc biệt đường lan truyền trực tiếp trong nên thời gian sóng âm truyền tới các cảm dầu làm suy giảm tín hiệu rất nhiều và biến cũng khác nhau nên có sự chênh lệch làm hạn chế phép đo; về thời gian giữa các cảm biến. Hình 5 . Có nhiều đường truyền từ nguồn âm cho thấy hệ thống sử dụng 4 cảm biến để tới cảm biến (trực tiếp trong dầu, phản xạ, xác định vị trí nguồn PD và tín hiệu nhận truyền qua thành bể biến áp), bởi năng được trên từng cảm biến. lượng tín hiệu thu được tại cảm biến là Theo hình 5 để tìm được tọa độ vị trí tổng năng lượng của tất cả các đường kể điểm sự cố cần phải giải hệ phương trình trên; phi tuyến sau: . Phụ thuộc vào vị trí đặt cảm biến và 2 2 2 2 x xSSS1 y y 1 z z 1 vT (11) tình trạng của cảm biến; 2 2 2 x xSSS2 y y 2 z z 2 . Phụ thuộc vào chất lượng của các thiết 2 bị đo, hệ thống phần cứng, hệ thống phần v T t12 (12) mềm và kinh nghiệm của người thực 2 2 2 x xSSS3 y y 3 z z 3 hiện 2 v T t13 (13) Vì vậy việc xây dựng một thuật toán tối 2 2 2 ưu cho từng điều kiện cụ thể là điều hết x xSSS4 y y 4 z z 4 2 sức cần thiết. Một thí nghiệm thực tế sau v T t14 (14) đây cho ta sẽ xem xét về việc phát và thu trong đó tọa độ x, y, z của điểm sự cố PD sóng siêu âm dựa trên lý thuyết thời và thời gian gốc T của nó là chưa biết và v gian đến. là vận tốc truyền sóng âm. Hệ phương 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM trình phi tuyến trên có thể được giải với một thuật toán giải trực tiếp (không lặp) Một mô hình thí nghiệm thể hiện quá hoặc với thuật toán lặp bình phương bé trình phát và thu sóng siêu âm được thể nhất và kết quả phụ thuộc nhiều vào giá trị hiện theo sơ đồ khối hình 6. ban đầu do người sử dụng lựa chọn [14]. Trong phần thí nghiệm này, nhóm tác giả Như vậy, trong các phương pháp để xác chỉ trình bày quá trình phát và thu nhận định vị trí điểm PD trong hệ thống máy sóng siêu âm theo phương pháp thời gian biến áp, độ chính xác của vị trí PD phụ đến trong môi trường đồng nhất là không thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó phải khí và không có vật cản giữa các cảm kể đến: biến. Số 13 tháng 11-2017 75
8. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 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 Khuếch đại Phát sóng siêu âm (VĐK) (Cảm biến) Hình 7. Sơ đồ chức năng khối phát sóng siêu âm 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 Hình 8. Xung điện áp sau khi đi qua mạch phát sóng siêu âm hiện trên hình 9. Trong đó: . Tiền khuếch đại: cấu trúc mạch điện Mạch phát xung tín hiệu sử dụng vi điều như hình 10. khiển phát ra một chuỗi xung gồm 4 xung vuông, tần số 40 kHz sau đó được khuếch Tính điện áp đầu ra: 76 Số 13 tháng 11-2017
9. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) R V 47 20  10-3  sin(40  10 3  t) 2,5 (V) VV 2 2,5 (V) out outR in 1 0,94sin(40000t) 2,5 (V) (16) 47 kΩ Vin 2,5 (V) 1kΩ Như vậy Vout trong biểu thức (16) luôn nằm trong khoảng điện áp từ 0 V đến 3,5 47Vin 2,5 (V) (15) V và thỏa mãn yêu cầu theo thiết kế. Nếu đầu vào -3 3 Vin 20  10  sin(40  10  t) (V), biểu thức (15) có thể được viết lại là Thu sóng siêu Tiền khuếch Lọc Khuếch đại So sánh Tạo ngắt âm đại (VĐK) (Cảm biến) Mạch thu sóng siêu âm Hình 9. Sơ đồ chức năng khối thu sóng siêu âm Nếu đầu vào -3 3 Vin 29  10  sin(40  10  t) (V), biểu thức (17) có thể được viết lại là -3 3 Vout 31,3 29  10  sin(40  10  t) 2,5 (V) 0,91sin(40000t) 2,5 (V) (18) Hình 10. Sơ đồ mạch tiền khuếch đại Như vậy Vout trong biểu thức (18) luôn nằm trong khoảng điện áp từ 0 V đến . Bộ lọc: sử dụng bộ lọc thông dải AE- 3,5 V và thỏa mãn yêu cầu theo thiết kế. 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: R4 VVout in 2,5 (V) R3 Hình 11. Sơ đồ mạch khuếch đại 47 kΩ Vin 2,5 (V) 1,5 kΩ . Mạch so sánh: cấu trúc mạch điện như 31,3Vin 2,5 (V) (17) hình 12. Số 13 tháng 11-2017 77
10. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Hình 12. Sơ đồ mạch so sánh. Các kết quả thu được: a. Tín hiệu sau khi đi qua bộ tiền khuếch đại, bộ lọc, bộ khuếch đại 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 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. b. FFT tƣơng ứng của tín hiệu từ đầu thu cảm biến siêu âm Hình 13. Tín hiệu vào của hệ mạch 78 Số 13 tháng 11-2017
11. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) a. Lựa chọn mức điện áp V2 quá b. Lựa chọn mức điện áp V2 c. Lựa chọn mức điện áp V2 thấp sẽ gây sai số do mức biên độ quá cao sẽ gây sai số do V2 thích hợp sẽ giảm thiểu đƣợc của nhiễu lớn vƣợt quá mức biên độ lớn nhất sai số của hệ của tín hiệu 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 d. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa n 3; 2 2 2 2;1 1;2 2 2 điện áp V2 và n 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 hợp. Vì vậy có thể cải thiện được độ Qua những phân tích ở trên có thể đi tới chính xác của phép đo. Tuy nhiên bài báo kết luận phương pháp thời gian đến là chưa đánh giá được sai số của vị trí PD phương pháp được ưu tiên hàng đầu để cần xác định và hướng phát triển của bài xác định vị trí các điểm PD trong máy báo sẽ giải quyết vấn đề này. biến áp. Khó khăn gặp phải là cần giảm Lời cảm ơn nhiễu phép đo PD tại chỗ trong khi tín hiệu PD là các xung dòng tần số cao chịu Nhóm tác giả xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới sự tài trợ từ kinh phí đề tài có mã số B2015- tác động của nhiễu là một trong những 01-92 của Bộ Giáo dục và Đào tạo để bài báo thách thức lớn. Bằng thực nghiệm qua mô có thể được thực hiện thành công. 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 Số 13 tháng 11-2017 79
12. 80 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. 80 Số 13 tháng 11-2017
13. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 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. Số 13 tháng 11-2017 81