Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện đóng vai trò thiết yếu trong nền kinh tế quốc gia, đặc biệt là trong các khu công nghiệp có nhu cầu cung cấp điện liên tục và ổn định như Khu công nghiệp Phước Đông, tỉnh Tây Ninh. Tại đây, trạm biến áp (TBA) 110kV Gia Lộc là nguồn cung cấp điện chủ chốt, phục vụ cho 13 nhà máy với tổng công suất lên đến 186,75 MVA. Tuy nhiên, các thiết bị điện tại trạm như máy biến áp (MBA) 110kV, máy cắt (MC) 110kV và cáp ngầm trung thế 22kV đang phải vận hành trong điều kiện môi trường nóng ẩm, nhiệt độ trung bình khoảng 26,9°C và độ ẩm tương đối trung bình 78%, gây ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị.

Nghiên cứu tập trung đánh giá tình trạng thiết bị điện tại TBA 110kV Gia Lộc theo phương pháp bảo trì dựa trên điều kiện vận hành (Condition Based Maintenance – CBM). Mục tiêu chính là phân tích các tác động của môi trường và các hư hỏng thường gặp trên MBA, MC và cáp ngầm, đồng thời áp dụng các công nghệ đo lường hiện đại để đánh giá chỉ số sức khỏe thiết bị (Condition Health Index – CHI). Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong năm 2023 tại TBA Gia Lộc, với dữ liệu thu thập từ các thiết bị vận hành thực tế.

Việc áp dụng phương pháp CBM nhằm nâng cao hiệu quả bảo trì, giảm thiểu sự cố đột ngột, tối ưu chi phí bảo dưỡng và tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khu công nghiệp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng kế hoạch bảo trì linh hoạt, phù hợp với điều kiện vận hành thực tế, góp phần đảm bảo an toàn và liên tục cho hệ thống điện trong khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Phương pháp bảo trì dựa trên điều kiện vận hành (CBM): CBM là phương pháp bảo trì dựa trên việc theo dõi và đánh giá tình trạng thực tế của thiết bị thông qua các chỉ số sức khỏe, nhằm thực hiện bảo trì đúng lúc, tránh bảo trì quá mức hoặc không đủ. CBM sử dụng các công nghệ đo lường hiện đại như đo phóng điện cục bộ (Partial Discharge – PD), camera nhiệt, phân tích khí hòa tan trong dầu (Dissolved Gas Analysis – DGA).

  • Phân tích các loại hư hỏng và mức độ nghiêm trọng (FMECA): Phân tích các chế độ hư hỏng, ảnh hưởng và tính nghiêm trọng của từng loại hư hỏng trên các thành phần chính của MBA, MC và cáp ngầm để xác định trọng số ảnh hưởng (Weight Factor – WF) và chỉ số rủi ro ưu tiên (Risk Priority Number – RPN).

  • Chỉ số sức khỏe thiết bị (CHI): CHI được tính toán dựa trên các trọng số của các hạng mục thử nghiệm như nhiệt phân dầu, ô nhiễm dầu và tình trạng bộ chuyển nấc dưới tải (OLTC), phản ánh tổng thể tình trạng vận hành của thiết bị.

Các khái niệm chính bao gồm: CBM, CHI, FMECA, RPN, PD, DGA, OLTC, HFCT (Biến dòng tần số cao), TEV (Điện áp chuyển tiếp đất), Tan delta (tổn hao điện môi).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thiết bị MBA 110kV T1, MC 171 110kV và cáp ngầm trung thế 22kV tại TBA Gia Lộc trong năm 2023. Dữ liệu bao gồm kết quả đo phóng điện cục bộ online và offline, phân tích khí hòa tan trong dầu, đo nhiệt độ bằng camera nhiệt, điện trở cách điện, thời gian đóng mở máy cắt, và các thông số vận hành khác.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng phân tích FMECA để xác định các loại hư hỏng và mức độ nghiêm trọng, tính toán chỉ số rủi ro RPN cho từng hạng mục. Sử dụng các thiết bị đo hiện đại như TEV Ultra Plus 2, Power PD TP-500A, cảm biến AE và HFCT để thu thập dữ liệu PD. Tính toán chỉ số sức khỏe CHI theo công thức trọng số dựa trên các hạng mục thử nghiệm.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ tháng 2/2023, hoàn thành thu thập dữ liệu và thử nghiệm vào tháng 6/2023, phân tích và đánh giá kết quả trong tháng 7/2023.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung trên 3 thiết bị chính tại trạm gồm MBA T1, MC 171 và cáp ngầm 22kV, được lựa chọn do tầm quan trọng và mức độ vận hành liên tục trong hệ thống điện tại KCN Phước Đông.

  • Lý do lựa chọn phương pháp: CBM được lựa chọn vì phù hợp với điều kiện vận hành phức tạp, môi trường nóng ẩm và nhu cầu cung cấp điện liên tục, giúp phát hiện sớm các nguy cơ hư hỏng, giảm chi phí bảo trì và tăng độ tin cậy hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tình trạng vận hành và ảnh hưởng môi trường: Nhiệt độ trung bình tại Tây Ninh khoảng 26,9°C, độ ẩm tương đối trung bình 78%, lượng mưa trung bình năm 1.967 mm. Nhiệt độ môi trường cao và độ ẩm lớn làm tăng tỉ lệ hư hỏng thiết bị, đặc biệt là MBA 110kV với tỉ lệ hư hỏng do ẩm lên đến 43%, rò rỉ điện 27% (theo số liệu thống kê). Nhiệt độ tại các điểm đấu nối có thể lên đến 28°C, tương ứng với tỉ lệ hư hỏng gần 100% vào tháng 8.

  2. Phân tích FMECA và chỉ số rủi ro: Các hư hỏng chính của MBA gồm thủy phân, ôxy hóa dầu, biến dạng cơ khí, suy giảm cách điện sứ cao áp và hư hỏng bộ chuyển nấc OLTC. Chỉ số rủi ro RPN cao nhất thuộc về các hạng mục OLTC và sứ cách điện, với trọng số ảnh hưởng WF bằng 1. Kết quả thử nghiệm cho thấy chỉ số sức khỏe CHI của MBA T1 đạt mức trung bình, phản ánh tình trạng vận hành cần được theo dõi chặt chẽ.

  3. Kết quả thử nghiệm thiết bị:

    • MBA T1: Nhiệt độ tại đầu cosse và sứ xuyên 110kV dao động từ 28°C đến 35°C, vượt ngưỡng cho phép vào các tháng mùa hè. Phân tích khí hòa tan trong dầu cho thấy hàm lượng khí cháy và khí hòa tan tăng nhẹ, cảnh báo nguy cơ phóng điện cục bộ.
    • MC 171: Thời gian đóng mở máy cắt có sự sai lệch nhỏ so với tiêu chuẩn, điện trở tiếp xúc giảm nhẹ, phát hiện phóng điện cục bộ ultrasonic ở pha B và C.
    • Cáp ngầm 22kV: Kết quả đo phóng điện cục bộ TEV cho thấy một số vị trí có mức phát điện vượt ngưỡng, điện trở cách điện giảm so với lần thử nghiệm định kỳ trước đó.

  4. So sánh phương pháp CBM và TBM: CBM cho phép phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng với tần suất thử nghiệm linh hoạt, giảm chi phí sửa chữa và thời gian mất điện so với bảo trì dựa trên thời gian (TBM). Chi phí thực hiện CBM thấp hơn khoảng 20% so với TBM trong dài hạn do giảm thiểu sự cố đột ngột.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy môi trường nóng ẩm và nhiệt độ cao tại Tây Ninh là nguyên nhân chính làm tăng tỉ lệ hư hỏng thiết bị điện, đặc biệt là MBA 110kV. Việc áp dụng phương pháp CBM giúp phát hiện sớm các dấu hiệu phóng điện cục bộ, suy giảm cách điện và các hư hỏng cơ khí, từ đó đưa ra các biện pháp bảo trì kịp thời, tránh sự cố nghiêm trọng.

So với các nghiên cứu tại Indonesia và các trạm 110kV tại TP.HCM, kết quả tại TBA Gia Lộc tương đồng về hiệu quả của CBM trong việc nâng cao độ tin cậy và giảm chi phí bảo trì. Việc sử dụng các thiết bị đo hiện đại như TEV Ultra Plus 2, Power PD TP-500A và cảm biến HFCT đã cung cấp dữ liệu chính xác, giúp đánh giá tình trạng thiết bị một cách toàn diện.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ nhiệt độ theo tháng, bảng phân tích chỉ số rủi ro RPN và biểu đồ so sánh chi phí bảo trì giữa CBM và TBM để minh họa hiệu quả của phương pháp CBM. Việc áp dụng CBM không chỉ nâng cao tuổi thọ thiết bị mà còn giảm thiểu thời gian mất điện, góp phần đảm bảo cung cấp điện liên tục cho khu công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng rộng rãi phương pháp CBM tại các TBA 110kV trong khu vực Tây Ninh: Động viên các đơn vị quản lý vận hành đầu tư thiết bị đo lường hiện đại, đào tạo nhân sự chuyên sâu để thực hiện đánh giá tình trạng thiết bị theo CBM. Mục tiêu giảm tỉ lệ sự cố thiết bị xuống dưới 5% trong vòng 2 năm.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát và cảnh báo tự động: Áp dụng công nghệ SCADA kết hợp với các cảm biến đo phóng điện cục bộ, nhiệt độ để theo dõi liên tục tình trạng thiết bị, giúp phát hiện sớm và xử lý kịp thời các dấu hiệu hư hỏng. Thời gian triển khai dự kiến 12-18 tháng.

  3. Cải tiến kế hoạch bảo trì linh hoạt: Thay thế bảo trì định kỳ cứng nhắc bằng kế hoạch bảo trì dựa trên kết quả đánh giá CBM, ưu tiên bảo trì các thiết bị có chỉ số sức khỏe CHI thấp hoặc chỉ số rủi ro RPN cao. Chủ thể thực hiện là đơn vị quản lý vận hành và đội ngũ kỹ thuật.

  4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về CBM, phân tích dữ liệu và vận hành thiết bị đo cho nhân viên quản lý vận hành và kỹ thuật viên. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn trong vòng 6 tháng.

  5. Nghiên cứu mở rộng áp dụng CBM cho các thiết bị điện khác: Đề xuất nghiên cứu tiếp theo áp dụng CBM cho các trạm biến áp 220kV, 500kV và các thiết bị phụ trợ nhằm tối ưu hóa công tác bảo trì toàn diện hệ thống điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên quản lý vận hành lưới điện: Luận văn cung cấp phương pháp đánh giá tình trạng thiết bị điện hiện đại, giúp họ nâng cao hiệu quả công tác bảo trì và giảm thiểu sự cố trong vận hành.

  2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách trong ngành điện: Thông tin về ưu nhược điểm các phương pháp bảo trì và đề xuất áp dụng CBM giúp xây dựng chính sách bảo trì phù hợp, tiết kiệm chi phí và nâng cao độ tin cậy hệ thống.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng CBM, phân tích FMECA, đo phóng điện cục bộ và các công nghệ đo lường hiện đại trong bảo trì thiết bị điện.

  4. Các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ bảo trì điện: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn đánh giá thiết bị giúp họ phát triển sản phẩm và dịch vụ phù hợp với nhu cầu thực tế của các trạm biến áp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp CBM khác gì so với bảo trì dựa trên thời gian (TBM)?
    CBM dựa trên việc theo dõi tình trạng thực tế của thiết bị qua các chỉ số sức khỏe, giúp bảo trì đúng lúc, tránh bảo trì quá mức hoặc không đủ. Trong khi TBM thực hiện bảo trì theo lịch định sẵn mà không xét đến tình trạng thiết bị, có thể gây lãng phí hoặc bỏ sót sự cố.

  2. Các công nghệ đo lường nào được sử dụng trong CBM?
    Các công nghệ chính gồm đo phóng điện cục bộ online và offline (PD), camera nhiệt, phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA), đo điện trở cách điện, cảm biến biến dòng tần số cao (HFCT) và điện áp chuyển tiếp đất (TEV).

  3. Làm thế nào để tính chỉ số sức khỏe thiết bị (CHI)?
    CHI được tính dựa trên trọng số ảnh hưởng của các hạng mục thử nghiệm như nhiệt phân dầu, ô nhiễm dầu và tình trạng bộ chuyển nấc OLTC, kết hợp với kết quả đo lường thực tế để đánh giá tổng thể tình trạng thiết bị.

  4. CBM có thể áp dụng cho những loại thiết bị nào?
    CBM phù hợp với các thiết bị điện phức tạp và quan trọng như máy biến áp, máy cắt, cáp ngầm trung thế, đặc biệt trong các trạm biến áp 110kV trở lên, nơi yêu cầu độ tin cậy cao và chi phí sửa chữa lớn.

  5. Lợi ích kinh tế khi áp dụng CBM là gì?
    CBM giúp giảm chi phí sửa chữa khẩn cấp, giảm thời gian mất điện, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tối ưu hóa nguồn lực bảo trì. Nghiên cứu tại TBA Gia Lộc cho thấy chi phí bảo trì giảm khoảng 20% so với phương pháp bảo trì dựa trên thời gian.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã đánh giá thành công tình trạng thiết bị điện tại TBA 110kV Gia Lộc theo phương pháp CBM, chứng minh hiệu quả trong việc phát hiện sớm các hư hỏng và giảm thiểu sự cố.
  • Môi trường nóng ẩm và nhiệt độ cao là yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ và độ tin cậy của MBA, MC và cáp ngầm tại trạm.
  • Phân tích FMECA và tính toán chỉ số sức khỏe CHI giúp xác định các hạng mục cần ưu tiên bảo trì, nâng cao hiệu quả quản lý vận hành.
  • Áp dụng CBM giúp giảm chi phí bảo trì, thời gian mất điện và tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khu công nghiệp.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi CBM, xây dựng hệ thống giám sát tự động và nâng cao năng lực nhân sự để tối ưu hóa công tác bảo trì trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý vận hành nên bắt đầu áp dụng CBM cho các thiết bị trọng yếu, đồng thời đầu tư trang thiết bị đo lường và đào tạo nhân sự để nâng cao hiệu quả bảo trì.