Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu xây dựng tiêu chí chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và tuổi thọ của máy biến áp lực trên lưới điện phân phối tp hồ chí minh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện nghiên cứu xây dựng tiêu chí chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và tuổi thọ của máy, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Diệp Đăng Khoa
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Đình Anh Khôi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Tiêu Chí, Chỉ Số Đánh Giá Tình Trạng Vận Hành Và Tuổi Thọ Của Máy Biến Áp Lực Trên Lưới Điện Phân Phối TP.HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
• DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
• CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
• 1.2.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Tầm quan trọng của đề tài
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Hướng tiếp cận đề tài
• 1.6. Tình hình thực hiện - nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU – YÊU CẦU, HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ
• 2.1. Yêu cầu về dữ liệu cần thu thập
• 2.2. Tình hình thu thập dữ liệu
• 2.2.1. Phân tích khí hòa tan trong dầu
• 2.2.2. Chất lượng dầu cách điện
• 2.2.3. Điện trở cách điện lõi thép - đất
• 2.2.4. Độ lệch điện trở cuộn dây
• 2.2.5. Điện kháng rò
• 2.2.6. Phân tích đáp ứng tần số quét
• 2.2.7. Phân tích đáp ứng điện môi
• 2.2.8. Giải tích hàm lượng Furan
• 2.2.9. Dữ liệu bảo trì
• 2.2.10. Chất lượng dầu bộ điều áp
• 2.2.11. Hệ số tổn hao điện môi (tan)
• 2.2.12. Lịch sử tải
• 2.2.13. Phóng điện cục bộ
• 2.3. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.1. Phân tích khí hòa tan trong dầu
• 2.3.1.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.1.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia [3]
• 2.3.2. Chất lượng dầu cách điện
• 2.3.2.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.2.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia
• 2.3.3. Điện trở cuộn dây
• 2.3.3.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.3.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia
• 2.3.4. Chất lượng dầu bộ điều áp
• 2.3.4.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.4.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia
• 2.3.5. Hệ số tổn hao điện môi (tan)
• 2.3.5.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.5.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia
• 2.3.6. Lịch sử tải (Load History)
• 2.3.6.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.3.6.2. Phương pháp xếp hạng theo kinh nghiệm chuyên gia
• 2.3.7. Phóng điện cục bộ (Partial Discharge)
• 2.3.7.1. Phân tích và đánh giá dữ liệu
• 2.4. Nghiên cứu tiêu chí về dữ liệu, tiêu chuẩn đánh giá và phương pháp xác định chỉ số tình trạng cho MBA
• 2.4.1. Tiêu chí đánh giá dữ liệu
• 2.4.2. Tiêu chí về tiêu chuẩn đánh giá
• 2.4.3. Tiêu chí về phương pháp đánh giá
• 2.4.3.1. Phương pháp theo kinh nghiệm chuyên gia [2], [3]
• 2.4.3.2. Phương pháp logic mờ
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH MÁY BIẾN ÁP
• 3.1. Phương pháp tính toán định lượng theo kinh nghiệm chuyên gia [2], [3]
• 3.1.1. Tính toán chỉ số HI thành phần (HIF)
• 3.1.1.1. Tính toán xếp hạng khí hòa tan trong dầu (DGA)
• 3.1.1.2. Tính toán xếp hạng chất lượng dầu (OQ)
• 3.1.1.3. Tính toán xếp hạng độ lệch điện trở cuộn dây
• 3.1.1.4. Tính toán xếp hạng chất lượng dầu OLTC
• 3.1.1.5. Tính toán xếp hạng hệ số tổn hao điện môi (PF/DF/tandelta)
• 3.1.1.6. Tính toán xếp hạng lịch sử tải (LF)
• 3.1.1.7. Tính toán xếp hạng phóng điện cục bộ (PD)
• 3.1.2. Xác định chỉ số tình trạng cho MBA (HI)
• 3.2. Phương pháp logic mờ
• 4. CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. Tổng kết đề tài
• 4.1.1. Yêu cầu và đề xuất
• 4.1.2. Kết quả đánh giá theo phương pháp dựa trên kinh nghiệm của chuyên gia
• 4.1.3. Kết quả theo phương pháp logic mờ
• 4.1.4. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp
• 4.1.5. Thực trạng và kiến nghị
• 4.1.5.1. Thực trạng dữ liệu và lưu trữ tại EVNHCMC
• 4.1.5.2. Một số kiến nghị đối với EVNHCMC
• 4.2. Hướng phát triển
• 4.3. Khả năng ứng dụng thực tế
• Tài liệu tham khảo chính
• CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu đề tài

Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng tiêu chí và chỉ số đánh giá tuổi thọ máy biến áp trên lưới điện phân phối TP.HCM. Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, chiếm tỷ lệ lớn trong chi phí đầu tư của trạm biến áp. Để đảm bảo tuổi thọ của máy, việc đánh giá tiêu chí đánh giá là rất cần thiết. Luận văn sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về tình trạng vận hành của máy biến áp, từ đó đưa ra các khuyến nghị về bảo trì và quản lý hiệu quả.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu về tuổi thọ máy biến áp giúp tối ưu hóa chi phí bảo trì và nâng cao hiệu suất hoạt động của lưới điện. Các thông số như hiệu suất máy biến áp, bảo trì máy biến áp, và quản lý lưới điện sẽ được xem xét kỹ lưỡng. Việc xây dựng chỉ số tình trạng sẽ giúp các nhà quản lý nắm bắt được tình trạng thực tế của thiết bị, từ đó có kế hoạch bảo trì kịp thời.

II. Cơ sở dữ liệu và yêu cầu

Để thực hiện nghiên cứu, cần thu thập dữ liệu từ các máy biến áp trên lưới điện phân phối của TP.HCM. Dữ liệu bao gồm lịch sử tải, phân tích khí hòa tan trong dầu, và các thông số kỹ thuật khác. Việc phân tích dữ liệu sẽ giúp xác định được tiêu chí đánh giá chính xác cho tình trạng máy biến áp. Các phương pháp như phân tích khí hòa tan và thử nghiệm điện môi sẽ được áp dụng để đánh giá chất lượng dầu và tình trạng hoạt động của máy biến áp.

2.1. Phân tích dữ liệu thu thập

Phân tích dữ liệu thu thập được sẽ giúp xác định các chỉ số tình trạng cho máy biến áp. Các chỉ số này bao gồm chất lượng dầu, tổn hao điện môi, và phóng điện cục bộ. Việc tính toán chỉ số tình trạng sẽ cho phép đánh giá tuổi thọ máy biến áp một cách chính xác hơn, từ đó đưa ra các quyết định bảo trì hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động.

III. Kết quả và ứng dụng thực tế

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xây dựng chỉ số tình trạng cho máy biến áp có thể giúp các nhà quản lý điện lực chủ động hơn trong việc lập kế hoạch bảo trì và nâng cao hiệu suất lưới điện. Việc áp dụng các tiêu chí đánh giá sẽ giúp tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện, đồng thời giảm thiểu chi phí bảo trì. Đặc biệt, nghiên cứu này sẽ có giá trị lớn cho Tổng công ty Điện lực TP.HCM trong việc cải thiện quy trình quản lý lưới điện.

3.1. Khả năng ứng dụng

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng trong thực tiễn. Các chỉ số tình trạng được xây dựng sẽ giúp quản lý lưới điện tại TP.HCM có cái nhìn tổng quan về tình trạng máy biến áp, từ đó ra quyết định kịp thời về bảo trì và nâng cấp thiết bị. Điều này sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống điện phân phối.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Máy biến áp lực là trái tim của hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, chiếm khoảng 60% đến 70% tổng chi phí đầu tư xây dựng một trạm biến áp cao áp. Về mặt kỹ thuật, tuổi thọ thiết kế danh định của máy biến áp thường dao động từ 20 đến 30 năm. Tuy nhiên, trên thực tế tại Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, nhiều máy biến áp đưa vào vận hành từ giai đoạn 1995 đến 1999 tại các trạm 110kV Bàu Đưng, Nam Sài Gòn 1 và Chánh Hưng vẫn đang hoạt động liên tục trên 20 năm mà chưa có công cụ định lượng chính xác tuổi thọ còn lại.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là sự thiếu hụt phương pháp đánh giá toàn diện, định lượng sức khỏe thiết bị nhằm thay thế cho phương thức sửa chữa lớn theo chu kỳ 6 năm cố định vốn mang tính thụ động và gây lãng phí ngân sách. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng hệ thống tiêu chí khoa học và bộ chỉ số tình trạng vận hành nhằm đánh giá chính xác mức độ suy giảm cách điện và dự báo tuổi thọ còn lại của 100 máy biến áp 110kV trên lưới điện phân phối Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn khảo sát 2018 - 2019.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp doanh nghiệp phân phối điện chuyển dịch từ bảo dưỡng theo thời gian sang bảo dưỡng theo điều kiện thực tế. Giải pháp này giúp tối ưu hóa chi phí vận hành ước tính từ 20% đến 30%, đồng thời ngăn ngừa triệt để nguy cơ sự cố thảm khốc gây mất điện diện rộng kéo dài nhiều giờ, nâng cao chỉ số độ tin cậy cung cấp điện trên toàn địa bàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự giao thoa giữa lý thuyết chẩn đoán kỹ thuật điện cao áp và lý thuyết trí tuệ nhân tạo mờ:

Lý thuyết đánh giá chỉ số tình trạng kết hợp kinh nghiệm chuyên gia quốc tế từ các tổ chức CIGRE, IEEE và tập đoàn điện lực TNB Malaysia. Mô hình này tổng hợp đa chỉ số thành phần bao gồm chỉ số phân tích khí hòa tan, chỉ số chất lượng dầu, chỉ số điện trở cuộn dây, chỉ số dầu bộ điều áp dưới tải, chỉ số tổn hao điện môi, chỉ số phụ tải và chỉ số phóng điện cục bộ.

Lý thuyết tập mờ và suy diễn logic mờ Mamdani được ứng dụng để giải quyết bài toán bất định và phi tuyến trong việc đánh giá sự xuống cấp của vật liệu cách điện. Mô hình mờ hóa các biến đầu vào liên tục và áp dụng hệ thống 35 luật mờ nhằm đưa ra quyết định xếp hạng sức khỏe máy biến áp một cách khách quan.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn quốc tế:

• Phân tích khí hòa tan trong dầu theo chuẩn IEEE C57.104 và IEC 60599 nhằm nhận diện hiện tượng quá nhiệt, phóng điện hồ quang và phân hủy dầu - giấy qua các khí đặc trưng như hydro, metan, etylen, axetylen, cacbon monoxit và cacbon dioxit.
• Đánh giá chất lượng dầu cách điện theo tiêu chuẩn IEC 60422 và IEEE C57.106 qua các thông số điện áp chọc thủng, góc tổn hao điện môi ở 90 độ C, hàm lượng nước và trị số axit.
• Hệ số tổn hao điện môi biểu thị tình trạng suy thoái của tổ hợp cách điện giấy - dầu.
• Hiện tượng phóng điện cục bộ được phát hiện qua sóng siêu âm tần số cao 20 đến 400 kHz và dòng điện cao tần 1 đến 50 MHz.
• Bảo trì dựa trên tình trạng thiết bị giúp tối ưu hóa chu kỳ sửa chữa theo trạng thái suy giảm thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu kỹ thuật thực tế từ 115 máy biến áp 110kV do Công ty Lưới điện Cao thế Thành phố Hồ Chí Minh quản lý. Cỡ mẫu nghiên cứu chính thức gồm 100 máy biến áp được chọn lọc kỹ lưỡng dựa trên phương pháp chọn mẫu chủ đích, bảo đảm có đầy đủ dữ liệu đo đạc của 7 hạng mục thí nghiệm quan trọng nhất trong khoảng thời gian từ năm 2018 đến giữa năm 2019.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích kết hợp giữa chấm điểm trọng số chuyên gia và hệ logic mờ xuất phát từ thực tế dữ liệu vận hành lưới điện phân phối. Một số chỉ tiêu cơ khí hay đáp ứng tần số quét chưa được đo đạc định kỳ đồng bộ, do đó mô hình logic mờ giúp xử lý linh hoạt các vùng dữ liệu ranh giới không rõ ràng, giảm thiểu sai số chủ quan từ con người.

Tiến trình nghiên cứu được triển khai chặt chẽ từ tháng 04/2019 đến tháng 07/2019 qua 4 bước: rà soát hiện trạng dữ liệu trên hệ thống PMIS, xây dựng thuật toán chuẩn hóa dữ liệu, lập trình ma trận 35 luật mờ và kiểm chứng so sánh kết quả tính toán giữa hai phương pháp trên 100 máy biến áp thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình sàng lọc dữ liệu chỉ ra rằng trong tổng số 13 hạng mục chẩn đoán, có 7 hạng mục đạt độ sẵn sàng cao trên 100 máy biến áp khảo sát, chiếm tỷ lệ 53,8%. Các chỉ tiêu như phân tích khí hòa tan, chất lượng dầu và tổn hao điện môi có tỷ lệ thu thập đạt 100%, trong khi các phép đo nâng cao như hàm lượng furan hay đáp ứng điện môi chưa có sẵn số liệu.

Kết quả phân tích khí hòa tan cho thấy nồng độ tổng khí cháy trên đa số máy biến áp đều nằm trong giới hạn an toàn mức 1 theo IEEE C57.104 với giá trị dưới 720 ppm. Ngay cả các máy biến áp vận hành trên 20 năm tại trạm Chánh Hưng T1 có hàm lượng hydro 33,71 ppm và Chánh Hưng T2 có 36,78 ppm, vẫn ở mức ổn định rất tốt.

Về chất lượng dầu cách điện, điện áp chọc thủng trung bình của 100 máy biến áp đạt từ 72 kV/2.5mm đến 81 kV/2.5mm, vượt xa ngưỡng yêu cầu tối thiểu 55 kV/2.5mm cho cấp điện áp 110kV. Trị số axit duy trì ở mức thấp dưới 0,03 mg KOH/g.

Đo đạc phóng điện cục bộ phát hiện biên độ tín hiệu âm thanh của đại đa số máy nằm dưới ngưỡng 50V. Tuy nhiên, nghiên cứu đã kịp thời khoanh vùng các trường hợp bất thường cục bộ như máy biến áp T1 trạm Bến Thành có biên độ đạt 400V và máy biến áp T3 trạm Bà Quẹo đạt 196V để đưa vào diện giám sát đặc biệt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp các máy biến áp lâu năm tại Thành phố Hồ Chí Minh duy trì trạng thái cách điện tốt là nhờ chế độ vận hành non tải hoặc tải trung bình. Thống kê phụ tải năm 2018 cho thấy đỉnh tải bình quân của phần lớn trạm dao động từ 60% đến 85% công suất định mức, làm chậm đáng kể quá trình lão hóa nhiệt của giấy cách điện xenlulo.

Khi so sánh kết quả tính toán giữa phương pháp trọng số chuyên gia và hệ logic mờ, mức độ tương đồng trong phân loại tình trạng máy biến áp đạt trên 92%. Phương pháp logic mờ thể hiện ưu thế vượt trội ở các trường hợp có thông số tiệm cận ranh giới, giúp ngăn chặn tình trạng đánh giá quá khắt khe hoặc bỏ sót rủi ro tiềm ẩn.

Để nâng cao tính trực quan trong báo cáo quản trị kỹ thuật, toàn bộ kết quả phân loại sức khỏe của 100 máy biến áp có thể được biểu diễn hiệu quả thông qua biểu đồ phân bố tần suất 5 cấp độ (Rất tốt, Tốt, Trung bình, Kém, Rất kém). Đồng thời, một bảng ma trận đối sánh 2 chiều giữa chỉ số tổn hao điện môi và mức tải đỉnh 6 tháng sẽ giúp các kỹ sư điều độ dễ dàng nhận diện ngay những phần tử có nguy cơ quá nhiệt trên sơ đồ lưới điện.

Đề xuất và khuyến nghị

Chuẩn hóa và số hóa toàn diện hệ thống cơ sở dữ liệu kỹ thuật:

• Hành động: Hợp nhất toàn bộ biên bản thí nghiệm định kỳ, dữ liệu dầu, nhật ký bảo trì từ dạng tệp rời rạc sang trung tâm cơ sở dữ liệu số PMIS tập trung.
• Chỉ số mục tiêu: Đạt 100% hồ sơ máy biến áp 110kV được số hóa và liên thông dữ liệu.
• Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong vòng 12 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Công ty Lưới điện Cao thế Thành phố Hồ Chí Minh phối hợp cùng Công ty Thí nghiệm Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.

Chuyển đổi quy trình bảo trì sang phương pháp bảo dưỡng dựa trên tình trạng thiết bị:

• Hành động: Ban hành quy định tạm thời về việc sử dụng chỉ số tình trạng để quyết định thời điểm sửa chữa lớn thay thế cho định kỳ 6 năm cố định.
• Chỉ số mục tiêu: Cắt giảm ít nhất 25% chi phí bảo dưỡng không cần thiết và kéo dài thời gian vận hành an toàn thêm 5 đến 10 năm cho các máy có chỉ số sức khỏe cao.
• Thời gian thực hiện: Lộ trình 24 tháng từ năm 2020 đến 2022.
• Chủ thể thực hiện: Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.

Trang bị hệ thống giám sát trực tuyến khí hòa tan và phóng điện cục bộ:

• Hành động: Lắp đặt cảm biến giám sát online liên tục cho các máy biến áp có mức mang tải trên 85% hoặc có dấu hiệu phóng điện cục bộ vượt quá 100V.
• Chỉ số mục tiêu: Phủ sóng giám sát trực tuyến cho 15% số máy biến áp trọng điểm có nguy cơ cao.
• Thời gian thực hiện: Triển khai trong vòng 18 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý dự án lưới điện phân phối và các đơn vị vận hành.

Bổ sung các phương pháp đo lường chẩn đoán chuyên sâu:

• Hành động: Đưa phép đo phân tích đáp ứng tần số quét, phân tích đáp ứng điện môi và hàm lượng furan vào danh mục thí nghiệm chẩn đoán định kỳ hoặc sau sự cố ngắn mạch.
• Chỉ số mục tiêu: Nâng tỷ lệ thu thập 3 chỉ tiêu chẩn đoán nâng cao từ 0% lên mức 80% trên toàn bộ các trạm biến áp 110kV.
• Thời gian thực hiện: Thực hiện từng bước trong vòng 36 tháng.
• Chủ thể thực hiện: Công ty Thí nghiệm Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Kỹ sư vận hành và bảo trì trạm biến áp cao áp:

• Lợi ích: Nắm bắt phương pháp tính toán định lượng chỉ số tình trạng thiết bị để phân loại mức độ rủi ro của từng máy biến áp.
• Trường hợp sử dụng: Ứng dụng bảng tính chỉ số sức khỏe để lập lịch kiểm tra hiện trường ưu tiên và đề xuất kế hoạch tách máy bảo dưỡng an toàn trong các đợt cao điểm mùa khô.

Cán bộ quản lý kỹ thuật và hoạch định tài sản lưới điện:

• Lợi ích: Có cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công tác quản lý vòng đời tài sản và tối ưu hóa ngân sách đầu tư công.
• Trường hợp sử dụng: Sử dụng chỉ số sức khỏe làm căn cứ thuyết minh kế hoạch đại tu, sửa chữa lớn hoặc thay mới máy biến áp theo thứ tự ưu tiên kỹ thuật rõ ràng.

Chuyên viên thí nghiệm và chẩn đoán sự cố thiết bị điện:

• Lợi ích: Làm chủ các tiêu chuẩn quốc tế IEEE C57.104, IEC 60599 và quy trình phân tích khí hòa tan, phóng điện cục bộ bằng cảm biến hiện đại.
• Trường hợp sử dụng: Tra cứu ngưỡng giới hạn nồng độ khí cháy và tổn hao điện môi để đưa ra kết luận đánh giá chất lượng cách điện chính xác trong các biên bản thử nghiệm định kỳ.

Giảng viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu ngành Kỹ thuật điện:

• Lợi ích: Tiếp cận tập dữ liệu thực nghiệm quy mô lớn gồm 100 máy biến áp thực tế và mô hình logic mờ 35 luật chuẩn mực.
• Trường hợp sử dụng: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu phát triển thuật toán mạng nơ-ron, học máy trong chẩn đoán kỹ thuật số cho lưới điện thông minh.

Câu hỏi thường gặp

Chỉ số tình trạng của máy biến áp là gì và có ý nghĩa như thế nào trong quản lý lưới điện? Chỉ số tình trạng là công cụ định lượng tổng hợp nhiều tham số vận hành, thí nghiệm hóa lý và chẩn đoán điện môi thành một giá trị điểm số duy nhất từ 0 đến 100. Chỉ số này phản ánh mức độ suy giảm chất lượng cách điện tổng thể, giúp đơn vị quản lý biết chính xác mức độ tin cậy vận hành và tuổi thọ còn lại thay vì chỉ đánh giá đạt hoặc không đạt cục bộ.

Tại sao nghiên cứu lại kết hợp phương pháp kinh nghiệm chuyên gia và hệ logic mờ? Phương pháp trọng số chuyên gia đơn giản, dễ triển khai nhưng có nhược điểm là mang tính chủ quan ở các ngưỡng ranh giới cứng. Việc kết hợp với logic mờ Mamdani chứa 35 luật mờ giúp mô phỏng chính xác tư duy của chuyên gia đầu ngành, xử lý linh hoạt sự không chắc chắn của dữ liệu và đưa ra kết quả phân loại tiệm cận thực tế hơn với độ hội tụ trên 92%.

Vì sao nhiều máy biến áp vận hành trên 20 năm tại Thành phố Hồ Chí Minh vẫn có chỉ số sức khỏe tốt? Tuổi thọ cách điện phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ làm việc và độ ẩm bên trong máy biến áp. Nhờ công tác lọc dầu định kỳ và phần lớn thời gian máy chỉ mang tải từ 60% đến 85% công suất định mức, tốc độ sinh nhiệt và phân hủy mạch xenlulo diễn ra chậm, giúp dầu cách điện duy trì điện áp đánh thủng cao trên 70 kV/2.5mm và nồng độ khí cháy rất thấp.

Những chỉ tiêu thử nghiệm nào có đóng góp trọng số lớn nhất vào chỉ số sức khỏe tổng thể? Hai chỉ tiêu giữ tỷ trọng quyết định nhất là phân tích khí hòa tan trong dầu và chất lượng dầu cách điện, chiếm hơn 40% tổng trọng số đánh giá. Đây là những thông số phản ánh trực tiếp và tức thời các hiện tượng quá nhiệt, phóng điện hồ quang và tình trạng lão hóa của hệ thống cách điện rắn và lỏng trong thân máy biến áp.

Lợi ích kinh tế lớn nhất khi áp dụng quy trình bảo trì dựa trên tình trạng thiết bị là gì? Lợi ích nổi bật nhất là chấm dứt tình trạng sửa chữa lớn dàn trải định kỳ 6 năm một lần theo phương châm cũ. Doanh nghiệp chỉ chi tiền sửa chữa cho những máy có chỉ số suy giảm thực tế, giúp tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí bảo dưỡng mỗi năm, đồng thời tránh được nguy cơ hư hại thiết bị do tháo lắp không cần thiết.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công bộ tiêu chí và thuật toán định lượng chỉ số tình trạng vận hành cho 100 máy biến áp 110kV trên lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh.
• Ứng dụng sáng tạo hệ suy diễn logic mờ 35 luật giúp giải quyết bài toán ranh giới mờ trong đánh giá cách điện với độ chính xác đạt trên 92% so với phương pháp chuyên gia.
• Cung cấp bằng chứng thực nghiệm rõ ràng về tình trạng cách điện ổn định của các máy biến áp lâu năm vận hành từ 1995 đến 1999, khẳng định tính khả thi của việc kéo dài thời gian sử dụng an toàn.
• Đóng góp giải pháp khoa học làm nền tảng kỹ thuật cho đề án chuyển đổi sang phương thức bảo dưỡng dựa trên tình trạng thiết bị tại Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.
• Chỉ rõ các hạn chế về mặt lưu trữ dữ liệu và đề xuất cụ thể 4 nhóm giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao cho giai đoạn vận hành tiếp theo.

Về lộ trình phát triển giai đoạn 2020 - 2025, ngành điện cần tiếp tục tích hợp các phép đo đáp ứng tần số quét và phân tích hàm lượng furan vào hệ thống tính toán tự động. Các đơn vị quản lý vận hành lưới điện phân phối và truyền tải nên sớm áp dụng bộ công cụ chỉ số sức khỏe này vào thực tế điều độ để nâng cao tối đa hiệu quả khai thác tài sản kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI Để giải quyết vấn đề dự báo tình trạng vận hành của MBA trên lưới điện TP.HCM, trong phạm vi luận văn này sẽ đưa ra giải pháp chẩn đoán sự cố MBA với các kỹ thuật nâng cao (dựa trên các dữ liệu vận hành thu thập thực tế tại các trạm biến áp do Công ty Lưới điện cao thế TP.HCM đang quản lý vận hành) mà hiện nay các nước trên thế giới đã giới thiệu các thiết bị công nghệ mới và các tiêu chuẩn quốc tế cũng đã cập nhật.6 Tình hình thực hiện - nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Để đánh giá tổng quan tình trạng vận hành hiện tại của các thiết bị điện phức tạp như MBA dựa trên tất cả các loại dữ liệu có giá trị được thu thập trong quá trình quản lý vận hành, khái niệm “Chỉ số tình trạng” là cần thiết. Chỉ số tình trạng xác định định lượng tình trạng thiết bị dựa trên số lượng lớn các tiêu chí phân loại liên quan đến sự xuống cấp cách điện dài hạn dẫn tới suy hao và đi đến hết tuổi thọ thiết bị. Kết luận về tình trạng đáp ứng vận hành của MBA theo Chỉ số tình trạng hoàn toàn khác với các thử nghiệm bảo trì và chẩn đoán theo trạng thái hiện tại, vốn tập trung vào các hư hỏng hay sự cố cho việc sữa chữa khắc phục giúp thiết bị vận hành trong khoảng thời gian ấn định. Hiện nay, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM là đơn vị đi đầu trong nước về việc nghiên cứu về chỉ số tình trạng MBA lực.

Tiêu biểu trong đó là PGS. TS Phạm Đình Anh Khôi đã dành rất nhiều thời gian nghiên cứu, tham khảo thêm các thông tin tài liệu, tiêu chuẩn quốc tế… và đã biên soạn được một trong những tài liệu tham khảo chính thức đầu tiên về kỹ thuật nâng cao trong thử nghiệm chẩn đoán MBA. Đây là tài liệu rất có giá trị, xứng đáng để tham khảo khi cần nghiên cứu chuyên sâu về thử nghiệm chẩn đoán và xác định chỉ số tình trạng cho MBA. 6 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI Về phía Tổng công ty Điện lực TP.HCM hiện nay đã ký kết hợp tác với đối tác Malaysia (Điện lực TNB) thực hiện đề án “Tư vấn xây dựng hướng dẫn chung và quy trình sửa chữa bảo dưỡng các vật tư thiết bị từ 110kV trở xuống theo phương pháp CBM”.

Theo đó, Bảo trì theo điều kiện hay bảo trì dựa trên tình trạng thiết bị (Condition- Based Maintenance – CBM) là một giải pháp bảo trì tiên tiến theo thời gian thực nhằm giải quyết vấn đề làm sao để lập kế hoạch và theo dõi tốt hơn các quy trình bảo trì tại cá thiết bị quan trọng. Trong phương pháp này, các chiến lược bảo trì được đưa ra và thực hiện dựa trên việc phân tích các điều kiện thực tế về thiết bị (nhật ký vận hành, dữ liệu hồi cố về hao mòn trong quá trình sử dụng, dữ liệu tình trạng thiết bị thu thập qua các thiết bị giám sát…). Tuy nhiên, đề án này hiện nay mới ở giai đoạn ký kết hợp đồng và chưa đi vào triển khai thu thập dữ liệu, nghiên cứu cụ thể.2 Tình hình nghiên cứu quốc tế Đã có nhiều nghiên cứu về “đánh giá tình trạng” và “quản lý vòng đời” cho MBA dựa trên các giải pháp đo lường và giám sát khí hòa tan (DGA – Dissolved Gas Analysis), nhiệt độ dầu và cuộn dây, hàm lượng nước trong cách điện, chất lượng dầu (cường độ cách điện, chỉ số axit, màu sắc, ứng suất mặt – interfacial tension), phóng điện cục bộ (Partial Discharge), phân tích đáp ứng tần số (FRA – Frequency Response Analysis), điện áp phục hồi (recovery voltage), hình ảnh nhiệt (thermal imagning), các thử nghiệm bộ điều áp (tap- changer), đầu sứ xuyên (bushing)… các thử nghiệm này được thực hiện theo định kỳ hay dựa trên điều kiện trạng thái hiện tại nhưng hiện nay chưa có phương pháp nào cho phép đánh giá toàn diện tình trạng của MBA dựa trên các dữ liệu này [2], [3]. Về phía đối tác của EVNHCMC, Công ty Điện lực TNB Malaysia, cũng đã có nhiều nghiên cứu về chỉ số tình trạng MBA lực.

Cụ thể năm 2017 đã giới thiệu bài báo với tiêu đề “Estimation of Transformer Health Index Based on the 7 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỂ TÀI Markov Chain” [4] được công bố trên website www. Kết quả cụ thể TNB cũng đã xây dựng được phương pháp thực hành dựa trên số liệu thu thập được trong quá trình vận hành để tính toán chỉ số tình trạng, xác định chỉ số tình trạng trung bình, dự đoán chỉ số tình trạng tương lai của MBA từ đó đánh giá tuổi thọ còn lại của MBA. Ngày 11/6/2009 Công ty TNB cũng công bố bài báo trên tạp chí https://ieeexplore.org/ với tiêu đề bài báo như sau “TNB experience in condition assessment and life management of distribution power transformers” [5] (tạm dịch: Kinh nghiệm của TNB trong đánh giá các điều kiện và quản lý tuổi thọ của máy biến áp điện phân phối). Trong đó TNB đề xuất phương pháp thu thập và tính toán các chỉ số về khí hoàn tan trong dầu, chất lượng dầu, hàm lượng Furan, tỷ số vòng dây, điện trở cuộn dây, hệ số tổn hao điện môi tan delta, phân tích đáp ứng tần số,…từ đó đưa ra được chỉ số tình trạng cho MBA được gọi là THI (Transformer Health Index).

8 CHƯƠNG II CƠ SỞ DỮ LIỆU – YÊU CẦU, HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG II CƠ SỞ DỮ LIỆU – YÊU CẦU, HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ 2.1 Yêu cầu về dữ liệu cần thu thập Mục tiêu của luận văn là tiến hành thu thập dữ liệu vận hành thực tế tại Công ty Lưới điện cao thế TP.HCM (đối với các máy biến áp cấp điện áp 110kV) trong khoảng thời gian từ năm 2018 đến nay. Các hạng mục dữ liệu dự kiến thu thập thực tế gồm những nội dung như sau [1], [2], [3]: a) Phân tích khí hòa tan trong dầu b) Thử nghiệm chất lượng dầu cách điện c) Điện trở cách điện lõi thép - đất d) Độ lệch điện trở cuộn dây e) Điện kháng rò f) Phân tích đáp ứng tần số g) Phân tích đáp ứng điện môi h) Giải tích hàm lượng Furan i) Dữ liệu bảo trì j) Dữ liệu Bộ điều áp k) Hệ số tổn hao điện môi (tan) l) Lịch sử tải m) Phóng điện cục bộ 9 CHƯƠNG II CƠ SỞ DỮ LIỆU – YÊU CẦU, HIỆN TRẠNG DỮ LIỆU VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ Tuy nhiên, đặc thù vận hành tại EVNHCMC trước đây các dữ liệu phần lớn thu thập thủ công, và lưu trữ cục bộ tại các trạm mà chưa hệ thống lại thành trung tâm dữ liệu để phục vụ công tác phân tích, tính toán, chẩn đoán tình trạng MBA. Ngoài ra, trang thiết bị tại EVNHCMC còn hạn chế nên chỉ tập trung vào một số dữ liệu quan trọng, cấp thiết và ảnh hưởng lớn đến khả năng vận hành MBA. Đối với các dữ liệu còn lại EVNHCMC đang tiếp tục đầu tư thiết bị để thu thập dữ liệu (đây là việc trong tương lai và chưa có tiến độ thực hiện cụ thể).2 Tình hình thu thập dữ liệu Hiện nay, Công ty Lưới điện Cao thế TP.HCM đang quản lý vận hành 115 MBA 110kV trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.1 thể hiện danh sách 115 MBA dự kiến sẽ thu thập dữ liệu.