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

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 17 22 
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ NHIỆT 
 MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CỦA IEC 
BUILDING PROGRAM FOR THERMAL CALCULATION OF POWER TRANSFORMER 
BASED ON THE IEC DYNAMIC THERMAL MODEL 
Vũ Hoàng Giang, Nguyễn Đăng Toản, Lê Nguyễn Thành Trung 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 19/9/2018, Ngày chấp nhận đăng: 20/12/2018, Phản biện: TS. Dương Trung Kiên 
Tóm tắt: 
Bài báo trình bày kết quả xây dựng chương trình tính toán nhiệt độ của điểm nóng nhất và độ suy 
giảm tuổi thọ của máy biến áp dựa trên mô hình động của IEC 60076-7. Chương trình tính toán 
được xây dựng dựa trên mô hình tích phân về chế độ nhiệt của máy biến áp. Để xác nhận tính hợp 
lệ, kết quả tính toán của chương trình được so sánh với kết quả cho trong tiêu chuẩn. Sau đó bộ 
thông số mô hình nhiệt của một máy biến áp truyền tải thực tế 600MVA - 500kV với kiểu làm mát 
ONAF được lựa chọn để tính toán. So sánh kết quả tính toán và dữ liệu đo cho sai lệch bé xác nhận 
tính khả thi trong ứng dụng chương trình vào giám sát chế độ nhiệt của máy biến áp. 
Từ khóa: 
Độ suy giảm tuổi thọ, máy biến áp, mô hình động về chế độ nhiệt, nhiệt độ điểm nóng nhất. 
Abstract: 
This paper introduces the results of building a program for calculating the hot-spot temperature and 
loss of life of power transformer based on the dynamic thermal model of IEC60076-7. The program 
is developed on the basis of thermal differential equations of the transformer. To validate the 
program, calculating results are compared to those given by the standard. Afterwards, the 
parameters of the model of a real transformer 600 MVA - 500 kV with cooling method of ONAF is 
selected to calculate. The comparison between simulating result and measurement provides with 
small error that the program can be feasibly applied to the monitoring thermal behavior of the 
transformer. 
Key words: 
Loss of life, power transformer, thermal dynamic model, hot-spot temperature. 
1. MỞ ĐẦU 
Trong hệ thống điện, máy biến áp (MBA) 
là một phần tử rất quan trọng trong quá 
trình truyền tải, phân phối điện năng từ 
nguồn đến nơi tiêu thụ. Hơn nữa, sự cố hư 
hỏng của MBA có thể gây hậu quả nặng 
nề về mặt kinh tế do chi phí đầu tư thiết bị 
lớn, đôi khi gây ảnh hưởng cả về chính trị 
và xã hội. Vì vậy, việc vận hành MBA 
một cách an toàn, hiệu quả đóng vai trò 
quan trọng trong việc đảm bảo tính kinh 
tế kỹ thuật của hệ thống điện. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 23 
Một trong những thông số quan trọng 
nhất để đánh giá tình trạng vận hành của 
MBA là nhiệt độ bên trong máy. Nghiên 
cứu chế độ nhiệt MBA đã được hình 
thành từ lâu ở đó tính toán chế độ nhiệt đã 
được hướng dẫn trong các tiêu chuẩn của 
IEC-60076-7 [1] hay tiêu chuẩn IEEE Std 
C57.92-1981 [2]. 
Ngoài ra mô hình động tính toán chế độ 
nhiệt còn được đề xuất bởi nhiều nghiên 
cứu như mô hình tuyến tính theo hướng 
dẫn của IEEE [3], mô hình của Swift [4], 
mô hình đơn giản hóa của Susa [5]. Ưu 
điểm của mô hình tuyến tính là đơn giản, 
khối lượng tính toán nhỏ và có thể dễ 
dàng sử dụng trong giám sát nhiệt độ trực 
tuyến. Tuy nhiên, những mô hình này đã 
áp dụng các giả thiết đơn giản hóa như coi 
hằng số thời gian của dầu không thay đổi 
theo các điều kiện vận hành khác nhau 
nên đã có hạn chế về độ chính xác trong 
tính toán. Các nghiên cứu [4] và [5] đều 
đưa ra cách tính toán dựa trên phương 
trình vi phân xuất phát từ nguyên lý đối 
lưu nhiệt tự nhiên. Đặc biệt mô hình trong 
[5] còn xét đến sự ảnh hưởng độ nhớt của 
dầu trong mô hình tính toán. Nhược điểm 
của các phương pháp này là không xét 
đến sự đối lưu cưỡng bức và sự thay đổi 
của điện trở nhiệt. Hơn nữa phương trình 
mô tả có dạng phi tuyến và việc xác định 
các thông số là một quá trình phức tạp. 
Ngoài ra trong các nghiên cứu vừa qua có 
thể tìm thấy các phương pháp cải tiến tính 
toán chế độ nhiệt dựa trên mô hình được 
xây dựng trên cơ sở các hiện tượng vật lý 
bên trong MBA và có xét đến sự biến 
thiên của điện trở nhiệt. Tuy nhiên các 
phương pháp này thường đi kèm với cấu 
trúc mô hình tính toán phức tạp và trong 
một số trường hợp các thông số đầu vào 
của mô hình rất khó xác định. 
Mô hình tính toán chế độ nhiệt trong 
MBA theo tiêu chuẩn IEC được áp dụng 
đã lâu, là mô hình được lựa chọn sử dụng 
trong bài báo. Các kết quả tính toán theo 
mô hình của IEC có sai lệch bé so với các 
dữ liệu đo thực tế [1]. Hơn nữa, tiêu 
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