Tổng quan nghiên cứu

Máy biến áp lực (MBA) là thiết bị thiết yếu trong hệ thống điện, chịu trách nhiệm điều chỉnh và phân phối điện áp ổn định. Theo thống kê của tổ chức CIGRE, khoảng 30% sự cố MBA liên quan đến hư hỏng bộ điều áp dưới tải (On-load Tap Changer - OLTC). OLTC có vai trò điều chỉnh điện áp đầu ra của MBA thông qua các thao tác cơ học phức tạp, tuy nhiên sau một thời gian vận hành dài, OLTC dễ bị suy giảm cơ học và các khuyết tật như mụi than đóng trên tiếp điểm, lò xo bị lỏng, hệ thống truyền động động cơ trục trặc, dẫn đến giảm độ tin cậy vận hành của MBA.

Nghiên cứu này tập trung đề xuất phương pháp đánh giá tình trạng vận hành và dự báo thời điểm bảo trì bộ OLTC trên các MBA 110kV tại khu vực Long An, với phạm vi khảo sát 38 MBA tiêu biểu do Công ty Điện Lực Long An quản lý. Mục tiêu chính là xây dựng chỉ số tình trạng vận hành OLTC dựa trên các phương pháp thí nghiệm điện và hóa, từ đó dự báo thời điểm bảo trì phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiểu sự cố ngoài kế hoạch. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2023 đến tháng 6/2024, với ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ công tác bảo trì dựa trên tình trạng (Condition-Based Maintenance - CBM) đang được EVN áp dụng rộng rãi.

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:

  • Lý thuyết vận hành OLTC: OLTC hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạch cơ học không làm gián đoạn dòng điện, sử dụng tiếp điểm “đóng trước khi ngắt” và điện trở chuyển tiếp để hạn chế dòng điện tuần hoàn trong quá trình chuyển nấc. Hai dạng cơ cấu chuyển mạch chính là khóa chuyển hướng (Diverter Switch) và khóa chọn nấc (Selector Switch).

  • Phân tích khí hòa tan trong dầu (DGA): Phương pháp này dựa trên việc phân tích các khí cháy như H2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2 sinh ra do hồ quang trong dầu cách điện OLTC, giúp chẩn đoán các dạng lỗi như quá nhiệt, phóng hồ quang, cốc hóa.

  • Đo điện trở động (Dynamic Resistance Measurement - DRM): Phương pháp đo điện trở động trong quá trình chuyển nấc giúp phát hiện các lỗi cơ khí và điện trong OLTC thông qua phân tích đồ thị dòng điện động.

  • Phân tích dòng động cơ (Motor Current Signature Analysis - MCSA): Giúp đánh giá tình trạng cơ cấu truyền động OLTC bằng cách theo dõi biến động dòng điện động cơ trong quá trình chuyển nấc.

  • Phân tích âm thanh rung (Vibro-acoustic Measurement - VAM): Phân tích tín hiệu rung động phát sinh trong quá trình chuyển nấc để phát hiện các khiếm khuyết cơ khí và điện.

Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số tình trạng vận hành (Health Index - HI), các dạng lỗi OLTC (lão hóa dầu, lỗi cơ khí, lỗi điện), và các tiêu chí đánh giá chất lượng dầu cách điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ 38 MBA 110kV tại Long An, bao gồm kết quả thí nghiệm điện (đo điện trở một chiều, đo điện trở động), thí nghiệm hóa (phân tích khí hòa tan trong dầu, kiểm tra chất lượng dầu), phân tích dòng động cơ và âm thanh rung. Cỡ mẫu là toàn bộ các MBA tiêu biểu do Công ty Điện Lực Long An quản lý, đảm bảo tính đại diện cho lưới điện khu vực.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp các kỹ thuật thí nghiệm để xây dựng hệ thống chấm điểm tình trạng OLTC, áp dụng công thức tổng điểm trọng số dựa trên thang điểm 0-4 cho từng hạng mục, với trọng số tương ứng theo mức độ ảnh hưởng. Timeline nghiên cứu gồm giai đoạn thu thập dữ liệu (11/2023 - 02/2024), phân tích và xây dựng mô hình (03/2024 - 05/2024), và hoàn thiện báo cáo (06/2024).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ lỗi OLTC cao trong MBA 110kV Long An: Khoảng 30% sự cố MBA liên quan đến hư hỏng OLTC, phù hợp với thống kê của CIGRE. Qua phân tích khí hòa tan, có 15% mẫu dầu OLTC vượt ngưỡng khí acetylene (C2H2), cảnh báo hiện tượng phóng hồ quang nghiêm trọng.

  2. Chỉ số tình trạng vận hành OLTC: Hệ thống chấm điểm tình trạng OLTC cho thấy 40% bộ OLTC có chỉ số HI dưới 70/100, cho thấy tình trạng vận hành kém và cần bảo trì sớm. So sánh với đánh giá nhân định của đơn vị vận hành, chỉ số HI phản ánh chính xác mức độ xuống cấp.

  3. Phân tích điện trở động DRM: Kết quả đo DRM cho thấy 25% bộ OLTC có hiện tượng sụt dòng bất thường trong chu trình chuyển nấc, biểu hiện qua đồ thị điện trở động có các điểm gián đoạn và dao động lớn hơn 15% so với dữ liệu chuẩn.

  4. Phân tích dòng động cơ và âm thanh rung: Dữ liệu MSCA và VAM phát hiện 20% bộ OLTC có dấu hiệu ma sát cơ khí và rung động bất thường, tương ứng với các lỗi lò xo tích năng và bánh răng truyền động bị mòn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các lỗi OLTC là do sự lão hóa dầu cách điện và hao mòn cơ khí trong quá trình vận hành lâu dài, đặc biệt là các tiếp điểm chuyển mạch chịu tác động của hồ quang. Kết quả phân tích khí hòa tan trong dầu cho thấy sự gia tăng khí acetylene và hydrogen là dấu hiệu cảnh báo sớm các lỗi phóng hồ quang và quá nhiệt. Phương pháp DRM cung cấp thông tin chi tiết về đặc tính chuyển nấc, giúp phát hiện các lỗi cơ khí và điện trong OLTC mà đo điện trở tĩnh không thể nhận biết.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng áp dụng CBM trong quản lý MBA, đồng thời bổ sung thêm các tiêu chí đánh giá chuyên sâu cho bộ OLTC. Việc kết hợp đa phương pháp thí nghiệm giúp tăng độ chính xác trong đánh giá tình trạng và dự báo thời điểm bảo trì, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiểu sự cố ngoài kế hoạch.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố chỉ số HI OLTC, bảng so sánh kết quả DRM giữa các bộ OLTC, và biểu đồ phân tích khí hòa tan theo thời gian để minh họa xu hướng xuống cấp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống giám sát tình trạng OLTC định kỳ: Áp dụng các phương pháp DRM, DGA, MSCA và VAM để thu thập dữ liệu vận hành OLTC, nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu xuống cấp. Thời gian thực hiện: hàng quý; Chủ thể: Công ty Điện Lực Long An phối hợp với đơn vị thí nghiệm điện.

  2. Xây dựng chỉ số tình trạng OLTC chuẩn hóa: Phát triển hệ thống chấm điểm tình trạng OLTC dựa trên trọng số các hạng mục thí nghiệm, làm cơ sở cho việc dự báo thời điểm bảo trì chính xác. Thời gian: 6 tháng; Chủ thể: Phòng kỹ thuật và nghiên cứu phát triển.

  3. Lập kế hoạch bảo trì dựa trên tình trạng (CBM): Thay thế bảo trì theo thời gian bằng bảo trì dựa trên chỉ số tình trạng OLTC, ưu tiên bảo trì các bộ OLTC có chỉ số HI dưới 70. Thời gian: triển khai trong 1 năm; Chủ thể: Ban quản lý vận hành lưới điện.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật thí nghiệm và phân tích dữ liệu OLTC cho kỹ sư vận hành và bảo trì. Thời gian: 3 tháng; Chủ thể: Trung tâm đào tạo EVN và Công ty Điện Lực Long An.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư vận hành và bảo trì MBA: Nắm bắt phương pháp đánh giá tình trạng OLTC để lập kế hoạch bảo trì hiệu quả, giảm thiểu sự cố ngoài kế hoạch.

  2. Quản lý kỹ thuật tại các công ty điện lực: Áp dụng chỉ số tình trạng OLTC làm cơ sở ra quyết định đầu tư, bảo trì và nâng cấp thiết bị.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo các phương pháp thí nghiệm và mô hình đánh giá tình trạng OLTC, phục vụ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

  4. Đơn vị cung cấp dịch vụ thí nghiệm điện: Cập nhật kỹ thuật đo lường và phân tích dữ liệu OLTC để nâng cao chất lượng dịch vụ và tư vấn khách hàng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp nào hiệu quả nhất để đánh giá tình trạng OLTC?
    Kết hợp đo điện trở động (DRM), phân tích khí hòa tan (DGA), phân tích dòng động cơ (MSCA) và phân tích âm thanh rung (VAM) là cách tiếp cận toàn diện nhất, giúp phát hiện đa dạng lỗi cơ khí và điện.

  2. Bao lâu nên thực hiện kiểm tra OLTC?
    Theo khuyến cáo, kiểm tra khí hòa tan trong dầu nên thực hiện 6-12 tháng/lần trong điều kiện bình thường, tăng lên 1-2 tháng/lần khi phát hiện dấu hiệu bất thường.

  3. Chỉ số tình trạng vận hành OLTC được tính như thế nào?
    Chỉ số HI được tính dựa trên thang điểm 0-4 cho từng hạng mục thí nghiệm, sau đó tổng hợp theo trọng số để phản ánh tổng thể tình trạng OLTC, giúp dự báo thời điểm bảo trì.

  4. Làm sao phát hiện lỗi cơ khí trong OLTC?
    Phân tích dòng động cơ (MSCA) và âm thanh rung (VAM) giúp phát hiện các dấu hiệu ma sát, kẹt truyền động, lò xo hỏng thông qua biến động dòng điện và tín hiệu rung động đặc trưng.

  5. Việc áp dụng CBM có lợi ích gì cho quản lý MBA?
    CBM giúp giảm chi phí bảo trì không cần thiết, tăng độ tin cậy vận hành, dự báo sớm sự cố, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống điện.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công phương pháp đánh giá tình trạng vận hành và dự báo thời điểm bảo trì bộ OLTC trên lưới điện 110kV Long An dựa trên các phương pháp thí nghiệm điện và hóa.
  • Phân tích khí hòa tan, đo điện trở động, phân tích dòng động cơ và âm thanh rung là các công cụ hiệu quả để phát hiện sớm các lỗi OLTC.
  • Chỉ số tình trạng vận hành OLTC giúp đơn vị quản lý vận hành đưa ra quyết định bảo trì khoa học, giảm thiểu sự cố ngoài kế hoạch.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng rộng rãi cho các MBA 110kV khác trong khu vực và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
  • Đề xuất triển khai hệ thống giám sát tình trạng OLTC định kỳ và áp dụng bảo trì dựa trên tình trạng trong vòng 1 năm tới để tối ưu hóa công tác vận hành.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp đánh giá và dự báo tình trạng OLTC để nâng cao hiệu quả quản lý MBA và đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục.