Tổng quan nghiên cứu

Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) quản lý vận hành 241 trạm biến áp với 428 máy biến áp lực (MBA) cấp điện áp 110kV, trong đó công suất 40 MVA chiếm 47.2% và 63 MVA chiếm 44.1% (năm 2022). MBA là thiết bị quan trọng nhất trong trạm biến áp cao áp với chi phí đầu tư lớn và tuổi thọ thiết kế có thể lên đến 40 năm. Tuy nhiên, thực tế cho thấy các MBA vận hành trên 20 năm thường có nguy cơ sự cố bất ngờ cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy cung cấp điện. Do đó, việc đánh giá tình trạng vận hành và dự báo tuổi thọ còn lại của MBA là rất cần thiết để chủ động trong công tác bảo trì, bảo dưỡng và thay thế.

Mục tiêu nghiên cứu là cải tiến chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và đề xuất phương pháp dự báo tuổi thọ còn lại cho MBA lực trên lưới điện 110kV miền Nam, giúp EVN SPC nâng cao hiệu quả quản lý vận hành, giảm thiểu rủi ro sự cố và tối ưu hóa chi phí bảo trì. Phạm vi nghiên cứu tập trung khảo sát 37 MBA tiêu biểu trên toàn miền Nam và 38 MBA tại tỉnh Long An, khu vực có số lượng trạm biến áp lớn và dữ liệu vận hành đầy đủ. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc áp dụng chính sách bảo dưỡng theo tình trạng (CBM) và bảo dưỡng tập trung độ tin cậy (RCM), góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện an toàn, liên tục.

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:

  • Chỉ số tình trạng vận hành (Health Index - HI): Là chỉ số tổng hợp đánh giá chất lượng và tình trạng vận hành của MBA dựa trên các dữ liệu thí nghiệm hóa, điện và vận hành. HI được tính bằng phương pháp tổng điểm trọng số hoặc logic mờ, phản ánh mức độ xuống cấp và khả năng vận hành an toàn của thiết bị.

  • Mô hình phân bố nhiệt trong cuộn dây MBA: Dựa trên mô hình phân bố nhiệt để tính toán nhiệt độ điểm nóng (Hot-spot temperature - HST), từ đó xác định tốc độ lão hóa của giấy cách điện.

  • Hệ số polymer hóa (Degree of Polymerization - DP): Đại diện cho độ bền cơ học của giấy cách điện, giảm dần theo thời gian vận hành và nhiệt độ điểm nóng. DP được ước lượng gián tiếp qua hàm lượng hợp chất furan hòa tan trong dầu cách điện.

  • Phân tích khí hòa tan trong dầu (Dissolved Gas Analysis - DGA): Phân tích các khí cháy sinh ra trong dầu để chẩn đoán các dạng sự cố bên trong MBA như phóng điện cục bộ, quá nhiệt, carbon hóa giấy.

  • Logic mờ Takagi-Sugeno-Kang (TSK): Áp dụng để xử lý dữ liệu không rõ ràng, kết hợp các biến đầu vào thành chỉ số tình trạng vận hành chính xác hơn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập dữ liệu vận hành, kết quả thí nghiệm hóa, điện, phân tích khí hòa tan, hàm lượng furan, lịch sử tải và bảo trì của 75 MBA 110kV tiêu biểu tại miền Nam, trong đó có 38 MBA tại Long An.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các MBA có kết quả thí nghiệm bất thường và đa dạng về tuổi thọ, công suất, nhà sản xuất nhằm đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ lưới điện miền Nam.

  • Phân tích dữ liệu: Áp dụng phương pháp tổng điểm trọng số và logic mờ để tính chỉ số tình trạng vận hành. Sử dụng mô hình phân bố nhiệt để tính nhiệt độ điểm nóng, từ đó ước lượng tốc độ lão hóa giấy cách điện và xây dựng đặc tuyến suy giảm DP theo thời gian.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 11/2023 đến tháng 6/2024, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích, xây dựng mô hình và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chỉ số tình trạng vận hành: Kết quả tính toán cho thấy 37 MBA khảo sát có chỉ số tình trạng vận hành dao động từ 45 đến 95, trong đó khoảng 30% MBA có chỉ số dưới 65, cảnh báo tình trạng vận hành xấu hoặc không đạt. Tại Long An, 38 MBA có chỉ số trung bình khoảng 70, phản ánh mức độ vận hành trung bình đến khá.

  2. Dòng ngắn mạch tích lũy: Dữ liệu dòng ngắn mạch tích lũy tại Long An cho thấy một số MBA chịu tác động của dòng ngắn mạch lên đến gần 200 kA với số lần tích lũy lên đến 30 lần, ảnh hưởng tiêu cực đến cấu trúc cơ học và tuổi thọ thiết bị.

  3. Tuổi thọ còn lại của giấy cách điện: Qua phân tích hàm lượng 2-furfuraldehyde trong dầu, hệ số DP của giấy cách điện giảm từ khoảng 1000 (giấy mới) xuống dưới 200 đối với các MBA vận hành trên 25 năm, cho thấy nguy cơ mất độ bền cơ học cao. Đặc tuyến suy giảm DP theo thời gian được xây dựng dựa trên mô hình nhiệt độ điểm nóng, cho phép dự báo tuổi thọ còn lại chính xác hơn.

  4. So sánh phương pháp tính chỉ số: Phương pháp logic mờ cho kết quả chỉ số tình trạng vận hành phù hợp hơn với thực tế vận hành so với phương pháp tổng điểm trọng số, đặc biệt trong xử lý dữ liệu không rõ ràng và các trường hợp có sự biến động lớn về thông số.

Thảo luận kết quả

Kết quả chỉ số tình trạng vận hành phản ánh chính xác mức độ xuống cấp của MBA, giúp đơn vị quản lý phân loại thiết bị theo mức độ ưu tiên bảo trì hoặc thay thế. Việc bổ sung tiêu chí dòng ngắn mạch tích lũy và mức độ lão hóa giấy cách điện đã cải thiện đáng kể khả năng dự báo tuổi thọ còn lại so với các nghiên cứu trước đây chỉ dựa trên dữ liệu tức thời.

So với các nghiên cứu quốc tế, phương pháp đề xuất phù hợp với điều kiện vận hành và dữ liệu thực tế tại Việt Nam, đồng thời tận dụng hiệu quả nguồn dữ liệu thu thập từ EVN SPC. Việc áp dụng logic mờ giúp xử lý tốt các dữ liệu không chắc chắn, tăng độ tin cậy của chỉ số tình trạng vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố chỉ số tình trạng vận hành theo nhóm tuổi MBA, bảng thống kê dòng ngắn mạch tích lũy và đồ thị đặc tuyến suy giảm DP theo thời gian vận hành, giúp trực quan hóa mức độ xuống cấp và dự báo tuổi thọ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi phương pháp cải tiến chỉ số tình trạng vận hành: EVN SPC nên triển khai áp dụng phương pháp tính chỉ số tình trạng vận hành kết hợp logic mờ và bổ sung tiêu chí dòng ngắn mạch tích lũy, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý vận hành trong vòng 1-2 năm tới.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ điểm nóng và hàm lượng furan: Lắp đặt cảm biến giám sát nhiệt độ điểm nóng và lấy mẫu dầu định kỳ để phân tích hàm lượng furan, phục vụ dự báo tuổi thọ còn lại chính xác, thực hiện trong vòng 3 năm.

  3. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực chuyên gia: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật phân tích dữ liệu, logic mờ và mô hình nhiệt cho cán bộ kỹ thuật EVN SPC nhằm đảm bảo vận hành và bảo trì hiệu quả, thực hiện liên tục hàng năm.

  4. Phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán và quản lý chỉ số tình trạng: Xây dựng phần mềm tích hợp các mô hình tính toán chỉ số tình trạng và dự báo tuổi thọ còn lại, giúp tự động hóa quy trình đánh giá và ra quyết định bảo trì, hoàn thành trong 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành lưới điện: Nghiên cứu cung cấp công cụ đánh giá tình trạng vận hành và dự báo tuổi thọ còn lại của MBA, giúp họ đưa ra quyết định bảo trì, sửa chữa chính xác và kịp thời.

  2. Ban quản lý và hoạch định chiến lược của các công ty điện lực: Thông tin về chỉ số tình trạng và tuổi thọ còn lại hỗ trợ xây dựng kế hoạch đầu tư, thay thế thiết bị hợp lý, tối ưu hóa chi phí vận hành.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp phân tích và mô hình tính toán tiên tiến, phục vụ nghiên cứu và phát triển thêm trong lĩnh vực quản lý tài sản điện.

  4. Các đơn vị cung cấp dịch vụ thí nghiệm và giám sát thiết bị điện: Tham khảo để nâng cao chất lượng dịch vụ, áp dụng các kỹ thuật phân tích khí hòa tan, phân tích furan và logic mờ trong đánh giá tình trạng thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chỉ số tình trạng vận hành (HI) là gì và tại sao quan trọng?
    HI là chỉ số tổng hợp đánh giá mức độ xuống cấp và tình trạng vận hành của MBA dựa trên nhiều dữ liệu thí nghiệm và vận hành. Nó giúp đơn vị quản lý xác định tình trạng thiết bị, từ đó quyết định bảo trì hoặc thay thế kịp thời, giảm thiểu sự cố.

  2. Phương pháp logic mờ có ưu điểm gì so với phương pháp tổng điểm trọng số?
    Logic mờ xử lý tốt các dữ liệu không chắc chắn và mơ hồ, phù hợp với các thông số vận hành có biến động. Nó cho kết quả đánh giá chính xác và linh hoạt hơn, đặc biệt khi dữ liệu đầu vào không rõ ràng hoặc có sai số.

  3. Làm thế nào để ước lượng tuổi thọ còn lại của giấy cách điện?
    Tuổi thọ còn lại được ước lượng gián tiếp qua hệ số polymer hóa (DP) của giấy cách điện, tính từ hàm lượng hợp chất furan hòa tan trong dầu và nhiệt độ điểm nóng trong cuộn dây. Khi DP giảm dưới 200, giấy mất độ bền cơ học, báo hiệu tuổi thọ gần kết thúc.

  4. Dòng ngắn mạch tích lũy ảnh hưởng thế nào đến tuổi thọ MBA?
    Dòng ngắn mạch tích lũy gây ra lực điện động lớn làm biến dạng cơ học cuộn dây và giấy cách điện, làm giảm độ bền cơ học và tăng nguy cơ sự cố. Việc theo dõi dòng ngắn mạch tích lũy giúp đánh giá chính xác mức độ tổn thương và tuổi thọ còn lại.

  5. Phương pháp nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại MBA khác không?
    Phương pháp dựa trên mô hình nhiệt và logic mờ có thể mở rộng áp dụng cho các MBA phân phối và truyền tải khác, với điều chỉnh phù hợp theo đặc tính kỹ thuật và dữ liệu vận hành của từng loại thiết bị.

Kết luận

  • Đã phát triển và cải tiến phương pháp tính chỉ số tình trạng vận hành MBA 110kV miền Nam, bổ sung tiêu chí dòng ngắn mạch tích lũy và mức độ lão hóa giấy cách điện.
  • Xây dựng mô hình phân bố nhiệt và đặc tuyến suy giảm hệ số polymer hóa (DP) giúp dự báo tuổi thọ còn lại chính xác hơn.
  • Phương pháp logic mờ cho kết quả đánh giá phù hợp với dữ liệu thực tế và xử lý tốt các dữ liệu không rõ ràng.
  • Kết quả nghiên cứu hỗ trợ EVN SPC trong việc quản lý vận hành, bảo trì và thay thế MBA một cách khoa học, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
  • Đề xuất triển khai áp dụng phương pháp trong vòng 1-3 năm, đồng thời phát triển hệ thống giám sát và phần mềm hỗ trợ tính toán.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý vận hành nên bắt đầu áp dụng phương pháp cải tiến này, đồng thời phối hợp đào tạo và phát triển công cụ hỗ trợ để nâng cao hiệu quả quản lý tài sản điện.