Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Tiêu Chí Đánh Giá Tình Trạng Vận Hành và Tuổi Thọ Máy Biến Áp Lực Trên Lưới Điện Phân Phối Tây Ninh

• Người hướng dẫn: PGS. Phan Văn A
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Tiêu Chí Đánh Giá Tuổi Thọ Máy Biến Áp Trong Lưới Điện Phân Phối Tây Ninh
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tây Ninh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
• 1.2. Tóm quan trọng của đề tài
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Đường tiếp cận đề tài
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Tình hình nghiên cứu quốc tế
• 1.7. Các khái niệm liên quan về thí nghiệm, bảo dưỡng và chỉ số tình trạng vận hành
• 1.8. Các kỹ thuật thí nghiệm
• 1.9. Chỉ số tình trạng vận hành
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
• 2.1. Tổng quan về máy biến áp lực
• 2.2. Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu vận hành
• 2.3. Các phương pháp thí nghiệm và phân tích khí hòa tan
• 2.4. Phân tích chỉ số tình trạng vận hành
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHỈ SỐ TÌNH TRẠNG VẬN HÀNH
• 3.1. Giới thiệu tài liệu
• 3.2. Thu thập dữ liệu vận hành
• 3.3. Phân tích dữ liệu và xây dựng mô hình logic mờ
• 3.4. Ví dụ tính toán chỉ số tình trạng vận hành
• 3.5. Kết quả tính toán cho các MBA tại khu vực Tây Ninh
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tuổi thọ máy biến áp trong lưới điện phân phối tại Tây Ninh. Máy biến áp là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện. Việc xác định tiêu chí đánh giá tuổi thọ là cần thiết để đảm bảo rằng các máy biến áp hoạt động hiệu quả và an toàn. Theo nghiên cứu, các yếu tố như điều kiện vận hành, bảo trì và công nghệ chế tạo ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của thiết bị. Việc xây dựng một hệ thống đánh giá có thể giúp các công ty điện lực như Công ty Điện lực Tây Ninh đưa ra các quyết định bảo trì hợp lý, từ đó tối ưu hóa chi phí và nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

1.1. Tầm quan trọng của máy biến áp

Máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện năng. Đánh giá tuổi thọ không chỉ giúp xác định thời điểm bảo trì mà còn giúp phòng ngừa sự cố, giảm thiểu rủi ro mất điện. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc theo dõi và đánh giá tình trạng của máy biến áp giúp tiết kiệm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Đặc biệt, trong bối cảnh lưới điện ngày càng phức tạp, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong đánh giá hiệu suất máy biến áp là rất cần thiết.

II. Các tiêu chí đánh giá tuổi thọ máy biến áp

Nghiên cứu đã xác định một số tiêu chí đánh giá chính để xác định tuổi thọ máy biến áp. Các tiêu chí này bao gồm: điều kiện vận hành, tần suất bảo trì, và các yếu tố môi trường. Điều kiện vận hành của máy biến áp, như tải trọng, nhiệt độ và độ ẩm, đều có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ. Tần suất bảo trì cũng là một yếu tố quan trọng, vì máy biến áp cần được kiểm tra và bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả. Cuối cùng, các yếu tố môi trường như ô nhiễm và độ ẩm cũng có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị. Việc tích hợp các tiêu chí này vào một hệ thống đánh giá sẽ giúp các nhà quản lý có cái nhìn toàn diện hơn về tình trạng của máy biến áp.

2.1. Điều kiện vận hành

Điều kiện vận hành là yếu tố tiên quyết ảnh hưởng đến tuổi thọ máy biến áp. Các máy biến áp hoạt động dưới tải nặng trong thời gian dài sẽ có tuổi thọ ngắn hơn so với các máy biến áp hoạt động trong điều kiện tải nhẹ. Nghiên cứu cho thấy, việc giám sát tải và điều chỉnh tải phù hợp là cần thiết để kéo dài tuổi thọ của máy biến áp. Ngoài ra, nhiệt độ làm việc cũng ảnh hưởng lớn đến độ bền của các vật liệu trong máy biến áp. Việc duy trì nhiệt độ trong giới hạn cho phép sẽ giúp giảm thiểu hao mòn và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

2.2. Tần suất bảo trì

Tần suất bảo trì là một trong những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tuổi thọ máy biến áp. Bảo trì định kỳ giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, từ đó có biện pháp khắc phục kịp thời. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các máy biến áp được bảo trì thường xuyên có tuổi thọ cao hơn so với các máy biến áp không được bảo trì định kỳ. Việc áp dụng các chính sách bảo trì dựa trên điều kiện thực tế sẽ giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện.

III. Phân tích và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các tiêu chí đánh giá tuổi thọ máy biến áp có thể mang lại nhiều lợi ích cho Công ty Điện lực Tây Ninh. Việc xác định chính xác tình trạng của máy biến áp sẽ giúp công ty đưa ra các quyết định bảo trì hợp lý, từ đó giảm thiểu chi phí và nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Hệ thống đánh giá cũng có thể được áp dụng để dự đoán thời gian thay thế thiết bị, giúp công ty lập kế hoạch tài chính hiệu quả hơn. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị thực tiễn cao mà còn góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành lưới điện tại Tây Ninh.

3.1. Lợi ích kinh tế

Việc áp dụng các tiêu chí đánh giá tuổi thọ không chỉ giúp tiết kiệm chi phí bảo trì mà còn giảm thiểu rủi ro mất điện. Nghiên cứu cho thấy, các công ty điện lực có thể tiết kiệm được một khoản chi phí lớn nếu thực hiện bảo trì đúng lúc và đúng cách. Hệ thống đánh giá cũng giúp công ty dự đoán được thời gian thay thế thiết bị, từ đó lập kế hoạch tài chính hợp lý. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh ngân sách hạn chế và nhu cầu đầu tư vào cơ sở hạ tầng điện ngày càng tăng.

3.2. Nâng cao độ tin cậy

Đánh giá chính xác tuổi thọ máy biến áp giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Khi các máy biến áp được bảo trì đúng cách, khả năng xảy ra sự cố sẽ giảm thiểu, từ đó đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho người tiêu dùng. Việc duy trì độ tin cậy cao trong lưới điện không chỉ nâng cao sự hài lòng của khách hàng mà còn góp phần phát triển kinh tế địa phương.

Tổng quan nghiên cứu

Máy biến áp (MBA) là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, chiếm khoảng 50% tổng chi phí thiết bị của một trạm biến áp 110kV, với giá trị đầu tư lên đến khoảng 90 tỷ đồng cho một trạm. Việc quản lý vận hành và bảo trì MBA hiệu quả góp phần đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và tối ưu hóa chi phí bảo trì. Tuổi thọ của MBA có thể kéo dài từ 20 đến 30 năm tùy thuộc vào điều kiện vận hành và bảo dưỡng. Tuy nhiên, hiện nay việc áp dụng các chính sách bảo trì truyền thống theo thời gian chưa phản ánh chính xác tình trạng thực tế của MBA, dẫn đến lãng phí chi phí và tiềm ẩn rủi ro sự cố.

Nghiên cứu này tập trung xây dựng tiêu chí và chỉ số đánh giá tình trạng vận hành và tuổi thọ của MBA 110kV tại khu vực Tây Ninh, dựa trên dữ liệu vận hành thực tế của 23 MBA thuộc Công ty Điện lực Tây Ninh. Mục tiêu cụ thể là phát triển một hệ thống chỉ số sức khỏe (Health Index - HI) sử dụng phương pháp logic mờ (fuzzy logic) để đánh giá chính xác tình trạng MBA, từ đó hỗ trợ công tác bảo trì theo tình trạng vận hành (Condition Based Maintenance - CBM). Phạm vi nghiên cứu bao gồm thu thập, phân tích dữ liệu vận hành, thí nghiệm hóa dầu, phân tích khí hòa tan và các phép đo kỹ thuật khác trong khoảng thời gian gần đây.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý vận hành MBA, giảm thiểu chi phí bảo trì không cần thiết, đồng thời đảm bảo độ tin cậy và an toàn cung cấp điện cho khu vực Tây Ninh nói riêng và các khu vực tương tự nói chung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình quản lý vận hành thiết bị điện, đặc biệt là MBA, bao gồm:

• Chỉ số tình trạng vận hành (Health Index - HI): Là công cụ tổng hợp các thông số vận hành và thí nghiệm để đánh giá sức khỏe thiết bị trên thang điểm từ 0 đến 100. HI được tính toán dựa trên trọng số và mức độ ảnh hưởng của từng chỉ tiêu kỹ thuật.

• Phương pháp logic mờ (Fuzzy Logic): Được sử dụng để xử lý các dữ liệu không chắc chắn, không đầy đủ hoặc mơ hồ trong đánh giá tình trạng MBA. Hệ thống suy luận logic mờ giúp kết hợp các chỉ số kỹ thuật thành một chỉ số tổng hợp HI.

• Phân tích khí hòa tan trong dầu (Dissolved Gas Analysis - DGA): Phân tích các khí như H₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, CO, CO₂ trong dầu cách điện để phát hiện các hiện tượng bất thường như phóng điện cục bộ, quá nhiệt, hoặc ngắn mạch bên trong MBA.

• Phân tích hóa dầu và các chỉ tiêu vật lý hóa học: Bao gồm độ axit, độ bẩn, độ ẩm, góc tổn hao điện môi, giúp đánh giá chất lượng dầu và mức độ lão hóa của MBA.

• Các phép đo kỹ thuật khác: Bao gồm đo điện trở cuộn dây, góc tổn hao điện môi, phân tích tần số đáp ứng (Frequency Response Analysis - FRA), quét nhiệt, và giám sát trực tuyến (Online Condition Monitoring - OLCM).

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: chỉ số sức khỏe (HI), bảo trì theo tình trạng (CBM), phân tích khí hòa tan (DGA), logic mờ, và các chỉ tiêu thí nghiệm hóa dầu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu thực tế từ 23 MBA 110kV tại khu vực Tây Ninh do Công ty Điện lực Tây Ninh quản lý vận hành. Các nguồn dữ liệu bao gồm:

• Dữ liệu vận hành: lịch sử vận hành, nhật ký bảo trì, sự cố, tải trọng, nhiệt độ vận hành.

• Dữ liệu thí nghiệm hóa dầu: phân tích khí hòa tan (DGA), chỉ tiêu chất lượng dầu (OQ), phân tích Furan.

• Dữ liệu thí nghiệm kỹ thuật: đo điện trở cuộn dây, góc tổn hao điện môi, phân tích tần số đáp ứng (FRA), quét nhiệt, giám sát trực tuyến bằng cảm biến Acoustic Emission (AE) và High Frequency Current Transformer (HFCT).

Phương pháp phân tích chính là xây dựng mô hình logic mờ để tính toán chỉ số sức khỏe HI dựa trên các tiêu chí thu thập được. Cỡ mẫu nghiên cứu là 23 MBA, được lựa chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện dựa trên khả năng thu thập dữ liệu đầy đủ và đại diện cho khu vực Tây Ninh.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2020 đến 2021, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích thí nghiệm, xây dựng mô hình và hiệu chỉnh mô hình dựa trên dữ liệu thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng thành công hệ thống chỉ số sức khỏe (HI) cho MBA 110kV:
   Mô hình logic mờ được phát triển dựa trên 23 tiêu chí kỹ thuật, bao gồm dữ liệu vận hành, thí nghiệm hóa dầu và kỹ thuật. Kết quả tính toán HI cho các MBA dao động trong khoảng 40 đến 85 điểm, phản ánh đa dạng tình trạng vận hành thực tế.

2. Phân tích khí hòa tan (DGA) cho thấy các khí H₂, CH₄, C₂H₂ có mức độ biến động đáng kể:
   Ví dụ, khí H₂ dao động từ 3 đến 210 ppm, khí CH₄ từ 1 đến 75 ppm, khí C₂H₂ từ 0 đến 19 ppm tùy từng MBA. Các giá trị này cho thấy có những MBA có dấu hiệu quá nhiệt hoặc phóng điện cục bộ cần được chú ý bảo trì.

3. Chất lượng dầu cách điện vẫn duy trì ở mức an toàn:
   Độ axit trung bình dưới 0.03 mgKOH/g, độ ẩm và góc tổn hao điện môi đều nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn IEC 60296 và IEC 60156. Tuy nhiên, một số MBA có dấu hiệu lão hóa dầu cần được thay thế hoặc xử lý.

4. Các phép đo kỹ thuật như điện trở cuộn dây, góc tổn hao điện môi và phân tích tần số đáp ứng (FRA) cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các MBA:
   Điện trở cuộn dây dao động từ 5 đến 27 mΩ, góc tổn hao điện môi có sự tăng nhẹ theo thời gian vận hành. FRA phát hiện được các biến dạng cơ học và tổn thương bên trong cuộn dây ở một số MBA.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng mô hình logic mờ để xây dựng chỉ số sức khỏe HI là phù hợp với điều kiện dữ liệu thực tế tại Tây Ninh, giúp tổng hợp đa dạng các thông số kỹ thuật thành một chỉ số tổng hợp dễ dàng đánh giá và so sánh. So với các nghiên cứu quốc tế, mô hình này đã được hiệu chỉnh phù hợp với đặc thù dữ liệu Việt Nam, đặc biệt là các chỉ tiêu thí nghiệm hóa dầu và vận hành.

Phân tích khí hòa tan (DGA) là công cụ hiệu quả để phát hiện sớm các hiện tượng bất thường trong MBA, đồng thời kết hợp với các phép đo kỹ thuật khác như FRA và đo điện trở cuộn dây giúp đánh giá toàn diện tình trạng MBA. Việc duy trì chất lượng dầu cách điện trong giới hạn cho phép góp phần kéo dài tuổi thọ MBA.

Dữ liệu vận hành thực tế cho thấy nhiều MBA vẫn còn khả năng vận hành an toàn trong thời gian tới, tuy nhiên một số MBA có chỉ số HI thấp cần được ưu tiên bảo trì hoặc thay thế. Việc áp dụng chỉ số HI giúp Công ty Điện lực Tây Ninh tối ưu hóa kế hoạch bảo trì, giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố chỉ số HI của 23 MBA, bảng thống kê các khí hòa tan và biểu đồ so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật theo thời gian vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hệ thống chỉ số sức khỏe HI vào công tác quản lý vận hành:
   Đề nghị Công ty Điện lực Tây Ninh triển khai sử dụng mô hình HI để đánh giá định kỳ tình trạng MBA, làm cơ sở xây dựng kế hoạch bảo trì theo tình trạng vận hành (CBM). Thời gian áp dụng trong vòng 1 năm để đánh giá hiệu quả.

2. Tăng cường thu thập và cập nhật dữ liệu vận hành, thí nghiệm:
   Cần thiết lập hệ thống giám sát trực tuyến (OLCM) với các cảm biến AE, HFCT để thu thập dữ liệu liên tục, nâng cao độ chính xác của mô hình HI. Chủ thể thực hiện là phòng kỹ thuật và vận hành, thời gian triển khai 6 tháng.

3. Ưu tiên bảo trì và thay thế MBA có chỉ số HI thấp:
   Các MBA có HI dưới 50 điểm cần được kiểm tra kỹ lưỡng, thực hiện bảo trì chuyên sâu hoặc lên kế hoạch thay thế trong vòng 2 năm tới nhằm đảm bảo an toàn vận hành.

4. Đào tạo nâng cao năng lực nhân sự quản lý vận hành:
   Tổ chức các khóa đào tạo về phân tích dữ liệu vận hành, áp dụng logic mờ và các kỹ thuật thí nghiệm hiện đại cho cán bộ kỹ thuật. Thời gian đào tạo trong 3 tháng, chủ thể là phòng nhân sự phối hợp với các chuyên gia.

5. Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính toán và quản lý HI:
   Phát triển phần mềm tích hợp các dữ liệu vận hành và thí nghiệm, tự động tính toán chỉ số HI và cảnh báo sớm các MBA có nguy cơ hỏng hóc. Thời gian phát triển dự kiến 1 năm, chủ thể là phòng công nghệ thông tin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý vận hành điện lực:
   Giúp nâng cao năng lực đánh giá tình trạng MBA, xây dựng kế hoạch bảo trì hiệu quả, giảm thiểu sự cố và chi phí vận hành.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện:
   Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tiễn trong đánh giá sức khỏe thiết bị điện, đặc biệt là MBA, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.

3. Các công ty cung cấp dịch vụ bảo trì và thí nghiệm MBA:
   Tham khảo mô hình đánh giá và các tiêu chí kỹ thuật để cải tiến dịch vụ, nâng cao chất lượng và độ tin cậy trong công tác bảo trì.

4. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện:
   Hỗ trợ xây dựng các chính sách bảo trì hiện đại dựa trên tình trạng vận hành, góp phần nâng cao hiệu quả đầu tư và vận hành hệ thống điện quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Chỉ số sức khỏe (HI) là gì và có ý nghĩa như thế nào?
   HI là chỉ số tổng hợp đánh giá tình trạng vận hành của MBA trên thang điểm từ 0 đến 100, giúp xác định mức độ an toàn và tuổi thọ còn lại của thiết bị. Ví dụ, HI dưới 50 điểm cho thấy MBA cần được bảo trì hoặc thay thế sớm.

2. Phương pháp logic mờ được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Logic mờ xử lý các dữ liệu không chắc chắn và mơ hồ từ nhiều nguồn khác nhau, kết hợp thành một chỉ số HI duy nhất. Phương pháp này giúp đánh giá chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống.

3. Dữ liệu nào được sử dụng để tính toán chỉ số HI?
   Bao gồm dữ liệu vận hành (lịch sử, tải, nhiệt độ), thí nghiệm hóa dầu (DGA, chất lượng dầu), thí nghiệm kỹ thuật (điện trở cuộn dây, FRA, quét nhiệt) và giám sát trực tuyến (AE, HFCT).

4. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Công ty Điện lực Tây Ninh có thể sử dụng mô hình HI để lập kế hoạch bảo trì theo tình trạng, ưu tiên bảo trì MBA có HI thấp, đồng thời triển khai hệ thống giám sát trực tuyến để cập nhật dữ liệu liên tục.

5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có thể áp dụng cho các khu vực có điều kiện vận hành và dữ liệu tương tự, tuy nhiên cần hiệu chỉnh mô hình HI phù hợp với đặc thù từng khu vực để đảm bảo độ chính xác.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình chỉ số sức khỏe (HI) cho MBA 110kV dựa trên phương pháp logic mờ, phù hợp với dữ liệu thực tế tại Tây Ninh.
• Phân tích khí hòa tan và các phép đo kỹ thuật cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá tình trạng vận hành và tuổi thọ MBA.
• Mô hình HI giúp tối ưu hóa công tác bảo trì theo tình trạng, giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
• Đề xuất áp dụng mô hình HI vào quản lý vận hành, tăng cường thu thập dữ liệu và đào tạo nhân sự.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai hệ thống giám sát trực tuyến, phát triển phần mềm hỗ trợ và mở rộng nghiên cứu cho các khu vực khác.

Call-to-action: Các đơn vị quản lý vận hành và bảo trì MBA nên áp dụng mô hình HI để nâng cao hiệu quả quản lý, đồng thời phối hợp nghiên cứu mở rộng nhằm phát triển các giải pháp kỹ thuật tiên tiến hơn trong tương lai.