Tổng quan nghiên cứu

Máy biến áp 110/22kV là thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành lưới điện quốc gia. Theo báo cáo của ngành điện, sự cố máy biến áp chiếm tỷ lệ đáng kể trong các sự cố lưới điện, gây thiệt hại lớn về kinh tế và an toàn cung cấp điện. Việc đánh giá chính xác tình trạng cách điện của máy biến áp nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm, hư hỏng là nhiệm vụ cấp thiết. Nghiên cứu này tập trung ứng dụng công nghệ phát hiện phóng điện cục bộ (Partial Discharge - PD) để xác định tình trạng cách điện của máy biến áp 110/22kV tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2019-2023. Mục tiêu cụ thể là khảo sát, lựa chọn và áp dụng các phương pháp đo PD phù hợp, từ đó đề xuất quy trình giám sát và bảo trì hiệu quả, góp phần nâng cao độ tin cậy vận hành máy biến áp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm thiểu sự cố, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tối ưu hóa chi phí bảo trì, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết phóng điện cục bộ (PD) và lý thuyết phân tích khí hòa tan (Dissolved Gas Analysis - DGA). PD là hiện tượng phóng điện nhỏ xảy ra bên trong hoặc trên bề mặt cách điện, phát sinh các xung điện áp cao tần và sóng âm thanh đặc trưng. Các khái niệm chính bao gồm: mức độ PD, dạng sóng PD, phân tích pha xung PD, và các kỹ thuật đo PD như HFCT (High Frequency Current Transformer), AE (Acoustic Emission), UHF (Ultra High Frequency). DGA là phương pháp phân tích các khí hòa tan trong dầu cách điện để đánh giá tình trạng cách điện, với các khí đặc trưng như H2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, CO2. Mô hình phân tích dựa trên tỷ lệ khí và ngưỡng giới hạn theo tiêu chuẩn IEC 60599 và IEEE C57.104.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính gồm số liệu đo PD và DGA từ 91 máy biến áp 110/22kV tại các trạm biến áp khu vực TP. Hồ Chí Minh, thu thập trong giai đoạn 2019-2023. Cỡ mẫu được chọn dựa trên tiêu chí đại diện về công suất, tuổi thọ và tình trạng vận hành. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính khách quan. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm chuyên dụng HFCT và AE, kết hợp phân tích thống kê mô tả và so sánh với tiêu chuẩn quốc tế. Timeline nghiên cứu gồm: khảo sát hiện trạng (6 tháng), thu thập dữ liệu (12 tháng), phân tích và đánh giá (6 tháng), đề xuất giải pháp (3 tháng). Các thiết bị đo được hiệu chuẩn định kỳ, đảm bảo độ chính xác và tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mức độ phóng điện cục bộ: Khoảng 86% máy biến áp được khảo sát có mức PD vượt ngưỡng an toàn theo tiêu chuẩn IEC 60270, trong đó 56% có mức PD cao hơn 150 pC, cho thấy nguy cơ suy giảm cách điện nghiêm trọng.

  2. Phân tích khí hòa tan: Tỷ lệ khí H2 và C2H2 vượt ngưỡng cho phép lần lượt là 48% và 35%, đặc biệt khí C2H2 có xu hướng tăng cao ở các máy biến áp có PD mạnh, phản ánh sự xuất hiện của phóng điện hồ quang.

  3. Hiệu quả các phương pháp đo PD: Kết hợp HFCT và AE cho phép phát hiện chính xác các vị trí phóng điện với độ tin cậy trên 90%, trong khi phương pháp UHF bổ sung giúp xác định dạng phóng điện và mức độ tổn thương cách điện.

  4. Mối liên hệ PD và sự cố: Máy biến áp có mức PD cao hơn 200 pC có tỷ lệ sự cố tăng gấp 3 lần so với máy có PD thấp, khẳng định PD là chỉ số dự báo sự cố hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân mức PD cao chủ yếu do lão hóa cách điện, sự cố vật lý như rách giấy cách điện, và ô nhiễm dầu. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng về mức độ PD và khí hòa tan, tuy nhiên tại Việt Nam, điều kiện vận hành và môi trường có thể làm tăng tốc độ suy giảm cách điện. Việc sử dụng đồng bộ các kỹ thuật đo PD và DGA giúp nâng cao độ chính xác trong đánh giá tình trạng cách điện. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố mức PD, bảng so sánh tỷ lệ khí hòa tan và biểu đồ tương quan giữa PD và tỷ lệ sự cố, giúp trực quan hóa mối quan hệ và hỗ trợ quyết định bảo trì.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống giám sát PD liên tục: Áp dụng thiết bị HFCT và AE tại các trạm biến áp trọng điểm, nhằm phát hiện sớm và cảnh báo mức PD vượt ngưỡng, giảm thiểu sự cố đột ngột. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: EVN và các công ty điện lực địa phương.

  2. Tăng cường phân tích khí hòa tan định kỳ: Kết hợp DGA với đo PD để đánh giá toàn diện tình trạng cách điện, đặc biệt chú trọng các máy biến áp có dấu hiệu PD cao. Thời gian thực hiện: hàng quý. Chủ thể: bộ phận bảo trì và phòng thí nghiệm điện.

  3. Đào tạo nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ PD và DGA cho kỹ sư vận hành và bảo trì, nâng cao khả năng phân tích và xử lý dữ liệu. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể: các trường đại học kỹ thuật và EVN.

  4. Xây dựng quy trình bảo trì dựa trên PD: Phát triển quy trình bảo trì dựa trên mức độ PD và kết quả DGA, ưu tiên sửa chữa hoặc thay thế thiết bị có nguy cơ cao, tối ưu hóa chi phí và thời gian bảo trì. Thời gian thực hiện: 9 tháng. Chủ thể: EVN và các đơn vị vận hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư vận hành và bảo trì lưới điện: Nắm bắt công nghệ đo PD và DGA, áp dụng vào thực tế để nâng cao hiệu quả giám sát và bảo trì máy biến áp.

  2. Các nhà quản lý ngành điện: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách bảo trì dựa trên dữ liệu kỹ thuật, giảm thiểu rủi ro sự cố và tối ưu hóa nguồn lực.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về công nghệ PD, phương pháp đo và phân tích khí hòa tan trong đánh giá cách điện.

  4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các thiết bị đo PD mới, cải tiến kỹ thuật phân tích và ứng dụng trong bảo trì dự đoán.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phóng điện cục bộ là gì và tại sao quan trọng?
    Phóng điện cục bộ là hiện tượng phóng điện nhỏ xảy ra bên trong cách điện, gây suy giảm dần chất lượng cách điện. Phát hiện PD giúp dự báo sự cố, tránh hư hỏng nghiêm trọng.

  2. Các phương pháp đo PD phổ biến hiện nay?
    Phổ biến gồm HFCT, AE, UHF và sóng siêu âm. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, thường kết hợp để tăng độ chính xác.

  3. DGA giúp đánh giá tình trạng cách điện như thế nào?
    DGA phân tích các khí hòa tan trong dầu cách điện, tỷ lệ và nồng độ khí phản ánh loại và mức độ hư hỏng cách điện.

  4. Mối quan hệ giữa PD và sự cố máy biến áp?
    Mức PD cao tương quan với nguy cơ sự cố tăng, do PD là dấu hiệu suy giảm cách điện, có thể dẫn đến hỏng cách điện hoàn toàn.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
    Triển khai hệ thống giám sát PD liên tục, kết hợp phân tích khí hòa tan, đào tạo nhân lực và xây dựng quy trình bảo trì dựa trên dữ liệu PD.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định mức độ phóng điện cục bộ và khí hòa tan vượt ngưỡng tại hơn 80% máy biến áp 110/22kV khảo sát.
  • Kết hợp các phương pháp đo PD và DGA giúp đánh giá chính xác tình trạng cách điện, dự báo sự cố hiệu quả.
  • Mức PD cao có mối liên hệ chặt chẽ với tỷ lệ sự cố máy biến áp, khẳng định vai trò của PD trong giám sát vận hành.
  • Đề xuất triển khai hệ thống giám sát PD liên tục, tăng cường phân tích khí hòa tan và đào tạo kỹ thuật viên để nâng cao hiệu quả bảo trì.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ PD cho các cấp điện áp khác và phát triển thiết bị đo hiện đại hơn.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị vận hành cần nhanh chóng áp dụng các giải pháp giám sát PD và DGA để nâng cao độ tin cậy vận hành, đồng thời phối hợp nghiên cứu phát triển công nghệ mới nhằm tối ưu hóa công tác bảo trì và quản lý tài sản điện.