Khi vận hành của máy phát và động cơ, có một thông số hết sức quan trọng cần phải theo dõi đó là tình trạng của lớp cách điện trong cuộn dây stator. Vì vậy, các phương pháp giám sát phóng điện cục bộ được nghiên cứu và áp dụng để giúp theo dõi và biết được tình trạng cách điện như thế nào? Trong xu thế hiện nay, việc thực hiện bảo trì dựa theo tình trạng máy là loại hình bảo trì đang được ưa chuộng và khuyến khích thực hiện vì những ưu điểm mà nó mang lại. Vì thế, bài viết này chúng ta chỉ đề cập đến phương pháp giám sát phóng điện cục bộ online (giám sát tình trạng cách điện của máy khi máy đang làm việc bình thường).
Giám sát phóng điện cục bộ (PD) online là gì?
Giám sát phóng điện cục bộ online là một công việc quan trọng, nhằm tiên đoán trước sự cố, đảm bảo an toàn cho máy phát chính trong nhà máy điện. Trong khi máy phát và động cơ đang vận hành bình thường, giám sát phóng điện cục bộ theo dõi được tình trạng của lớp cách điện trong cuộn dây startor.
Vai trò của hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD?
Hệ thống giám sát phóng điện cục bộ có vai trò là công cụ chẩn đoán về tình trạng cách điện của stator máy phát hoặc động cơ (gọi chung là máy điện quay) thông qua việc giám sát những xung phóng điện cục bộ thu được.
Để thực hiện việc chẩn đoán tình trạng cách điện của stator máy điện quay, các hệ thống giám sát phóng điện cục bộ thường phải thực hiện được các vai trò sau:
+ Thu thập, lưu trữ dữ liệu xung PD, biên độ góc pha và độ lặp lại.
+ Tách nhiễu khỏi dữ liệu xung PD.
+ Cung cấp các dạng đồ thị phục vụ phân tích, báo cáo, chẩn đoán làm cơ sở đưa ra quyết định về việc sửa chữa, bảo trì.
Lợi ích của việc sử dụng hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD online là gì?
Lợi ích của việc sử dụng hệ thống giám sát PD online cũng chính là lợi ích của vệc giám sát tình trạng máy để phục vụ cho việc bảo trì, sửa chữa (Condition Based Maintenance), cụ thể là:
- So với việc đợi khi máy hỏng mới tiến hành sửa chữa (Breakdown Maintenance) thì giám sát phóng điện cục bộ PD để phát hiện lỗi giúp tiết kiệm chi phí hơn.
- Không phải dừng máy sửa chữa theo lịch sửa chữa thông thường (Time Based Maintenace), mà chỉ dừng máy sửa chữa cách điện khi hệ thống giám sát có cảnh báo và phân tích thấy rằng cảnh báo đó thực sự nguy hiểm và cần phải sửa chữa.
- Cung cấp giải pháp tối ưu nhất, giảm thiểu chi phí bảo trì và ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của cách điện.
- Không cần dừng máy khi tiến hành đo kiểm tra PD để biết tình trạng cách điện.
Hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD cần được sử dụng trong các thiết bị nào?
Theo khuyến cáo của các chuyên gia về máy phát và động cơ, các động cơ và máy phát điện quan trọng, có áp định mức ≥6kV nên được trang bị hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD vì những lý do sau:
PD là những tia lửa điện nhỏ trong những lỗ trống bên trong hoặc ngay liền kề với cách điện cao áp. PD xuất hiện khi cường độ điện trường (hay ứng xuất điện) vượt quá cường độ điện trường chịu đựng của không khí trong lỗ trống. Trong khi đó, cường độ điện trường chịu đựng của không khí bình thường là xấp xỉ 3kV/mm và cường độ điện trường của cách điện thì gấp hàng trăm lần giá trị trên.
Trong các nhà máy điện, máy phát điện chính là thiết bị chính và quan trọng nhất nên cần.
Cách thức hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD thực hiện để phát hiện và đưa ra quyết định sửa chữa, ngăn chặn sự cố điện?
Hệ thống giám sát PD (Partial Discharge) phát hiện và đưa ra cảnh báo dựa vào một loạt các bước và công nghệ phức tạp. Chi tiết hệ thống này hoạt động dựa trên các thiết bị và quy trình sau:
Cảm biến PD (PD Sensors):
Sử dụng các cảm biến giám sát phóng điện cục bộ để theo dõi hoạt động điện trong hệ thống (có nhiều loại nhưng loại phổ biến là cảm biến loại tụ 80pF hoặc 1000pF). Cảm biến này có khả năng phát hiện các dấu hiệu sự cố và xung điện gây ra bởi PD.
Thu thập Dữ liệu (Data Acquisition):
Cảm biến PD thu thập dữ liệu về các đặc tính của PD, chẳng hạn như biên độ xung, tần suất xuất hiện, góc pha. Dữ liệu này sau đó sẽ được lưu tại thiết bị thu thập tại chỗ, rồi được chuyển đến hệ thống giám sát thông qua mạng truyền thông.
Xử lý Dữ liệu (Data Processing):
Dữ liệu từ cảm biến PD được xử lý bởi hệ thống phân tích dữ liệu để loại bỏ nhiễu và làm sạch dữ liệu bằng các công nghệ khác nhau tùy thuộc vào từng hãng sản xuất.
Phân tích Dữ liệu (Data Analysis):
Dữ liệu được so sánh với ngưỡng được thiết lập trước. Nếu các giá trị vượt quá ngưỡng này hoặc bất kỳ dấu hiệu sự cố nào được phát hiện, hệ thống giám sát sẽ đưa ra cảnh báo. Một hệ thống giám sát PD sử dụng nhiều dạng đồ thị để người dùng phân tích chi tiết về tình trạng cách điện thông qua dữ liệu PD thu được.
Cảnh báo (Alerting):
Khi sự cố PD vượt ngưỡng cài đặt được phát hiện, hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo. Người dùng cần phân tích dữ liệu cảnh báo đó cùng với những giá trị trước đó để đưa ra kết luận cuối cùng là cảnh báo đó có thật sự nguy hại hay không. Từ đó quyết định việc dừng máy để sửa chữa hay không.
PD thường phát triển theo xu hướng chậm chạm mà không tức thời như các sự cố khác, vì vậy từ lúc cảnh báo tới khi sự cố thực sự diễn ra người dùng có thời gian để phân tích và đưa ra kết luận cuối cùng.
Các thành phần của một hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD
Hệ thống giám sát PD thông thường bao gồm các thành phần sau: Cảm biến PD, cáp đồng trục, tủ đấu nối trung gian và thiết bị thu thập dữ liệu (máy tính cấu hình, phân tích và lưu trữ dữ liệu).
Cảm biến PD: Thông thường có hai loại cảm biến PD thông dụng, một loại là cảm biến loại tụ (EMC) và một loại là cảm biến loại không tiếp xúc với phần cao áp và được đặt trong rãnh stator (SSC)
+ Cảm biến dạng tụ: Tùy thuộc các hãng khác nhau mà điện dung của cảm biến có thể là 80pF hoặc 1000pF.
Cảm biến EMC 80pF
+ Cảm biến dạng nêm chèn lắp tại rãnh stator: loại cảm biến này thường dùng trong máy phát nhiệt điện.
Cảm biến SSC
Cáp đồng trục: Loại RG56 CU hoặc tương tự.
Tủ đấu nối trung gian: Dùng để đấu nối cáp đồng trục đồng thời bên trong có điện trở 1500 Ohm để phân áp xung PD.
Tủ đấu nối trung gian
Bộ thu thập dữ liệu: Có hai loại bộ thu thập dữ liệu, bộ thu thập dữ liệu định kỳ và bộ thu thập dữ liệu liên tục.
+ Bộ thu thập dữ liệu định kỳ: Thông thường sẽ là bộ cầm tay được và lắp vào tủ đấu nối trung gian và bộ cảm biến lắp sẵn, tiến hành thu thập dữ liệu khi máy đang online.
Ví dụ về bộ thu thập dữ liệu định kỳ (loại cầm tay)
+ Bộ thu thập dữ liệu loại liên tục: Thường lắp cố định tại một vị trí và kết nối với máy tính cấu hình lưu trữ và phân tích dữ liệu.
Ví dụ về một bộ thu thập dữ liệu liên tục
Máy tính cấu hình, lưu trữ dữ liệu và phục vụ phân tích dữ liệu: Thông thường đối với bộ giám sát PD định kỳ thì dùng máy tính xách tay. Đối với hệ thống giám sát liên tục thì thường sử dụng máy tính để bàn.
Ví dụ về một bộ thiết bị giám sát PD định kỳ sử dụng máy tính xác tay
Cách lắp đặt triển khai hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD trong nhà máy điện
Tùy từng nhà máy mà hệ thống giám sát PD sẽ được lắp đặt theo các cách khác nhau thông thường sẽ có các vị trí lắp đặt khác nhau như đề cập ngay sau đây.
+ Lắp đặt trong máy phát: Thường nằm gần thanh cái vòng và điểm đầu ra của cuộn dây.
Cảm biến lắp tại ngay đầu ra cuộn dây đến thanh cái vòng
+ Lắp đặt tại đầu cực máy phát: Một số trường hợp lắp đặt bên trong khó khăn hoặc stator chỉ có một nhánh song song sẽ có vị trí lắp tại đầu cực máy phát.
Cảm biến lắp tại ngay đầu cực máy phát
+ Lắp đặt trên ống dẫn dòng (bus duct):
Cảm biến lắp tại ống dẫn dòng
+ Cảm biến lắp đặt ngay trong rãnh stator: Đối với nhà máy nhiệt điện một số nhà sản xuất sẽ tích hợp ngay từ lúc tổ hợp dây quấn stator loại cảm biến SSC này.
Lắp đặt cảm biến SSC trong rãnh stator
Làm thế nào để lựa chọn một hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD phù hợp?
Có rất nhiều phương án và vị trí lắp đặt khác nhau cho hệ thống giám sát PD. Vì thế, khi lựa chọn phương án giám sát PD phù hợp cần phải có đầy đủ các thông tin về cấu trúc cấu tạo máy phát, mặt bằng bố trí thiết bị. Để đưa ra một phương án lựa chọn tốt nhất thì cần phải cung cấp các thông tin bản vẽ cần thiết, hình ảnh khảo sát như sau:
- Ảnh chụp name plate máy phát.
- Bản vẽ cấu tạo máy phát.
- Bản vẽ layout máy phát.
- Bản vẽ sơ đồ dây quấn máy phát.
- Layout hoặc hình ảnh ống dẫn dòng máy phát, hình ảnh hoặc bản vẽ chi tiết phần đầu cực máy phát.
Sau khi có đầy đủ thông tin và bản vẽ thì nhà cung cấp sẽ gửi tới quý khách hàng phương án lắp đặt hệ thống giám sát PD tối ưu và hiệu quả nhất.
Các hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD đã được lắp đặt tại Việt Nam
Về các dự án thực tế, hệ thống giám sát PD đã chứng minh được tính hiệu quả trong vận hành các nhà máy nhiệt điện, thủy điện trên toàn thế giới. Riêng tại Việt Nam, đã có nhiều nhà máy thực hiện lắp đặt giám sát PD, bao gồm:
- Nhiệt điện Mông Dương 2: Lắp đặt hệ thống giám sát PD online liên tục cho máy phát sử dụng cảm biến lắp vào rãnh stator (Cảm biến SSC).
- Thủy điện Sơn La: Hệ thống giám sát PD online liên tục cho máy phát sử dụng cảm biến EMC.
- Nhà máy ALV Quế Võ và nhà máy ALV Yên Phong tại Bắc Ninh sử dụng bộ giám sát online định kỳ.
- …
Các hãng nổi tiếng về hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD?
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều hãng cung cấp hệ thống giám sát PD chất lượng cao cho nhà máy nhiệt điện, thủy điện. Dưới đây là một số hãng nổi tiếng trong lĩnh vực này
- Iris power (Qualitrol): Hệ thống sử dụng công nghệ lọc nhiễu theo hướng và thời gian nhiễu tới các cảm biến, bộ giám sát đo tại dải tần số cao.
- Omicron: hệ thống đơn giản (sử dụng ít cảm biến), bộ giám sát thiết kế đo dải tần số thấp.
- Sparks Instruments: công nghệ sử dụng số lượng cảm biến ít hơn hãng Iris Power nhưng nhiều số lượng cảm biến hơn Omicron, bộ giám sát đo tại dải đo tần số cao.
Tài liệu tham khảo thông tin về giám sát phóng điện cục bộ PD
Để tìm hiểu sâu hơn về hệ thống giám sát PD, các bạn có thể truy cập những tài liệu sau:
Các dịch vụ liên quan đến hệ thống giám sát phóng điện cụ bộ PD
Liên quan đến giám sát phóng điện cục bộ, hiện nay các dịch vụ cung cấp sự hỗ trợ, kiểm tra sự cố cho hệ thống điện bằng các thiết bị hiện đại, gồm có:
- Dịch vụ phân tích chẩn đoán dữ liệu PD.
- Dịch vụ kiểm tra sửa chữa hệ thống giám sát PD.
- Dịch vụ cung cấp, lắp đặt hệ thống giám sát PD online liên tục.
Hệ thống giám sát phóng điện cục bộ PD có nhiều công nghệ nhiều hãng cung cấp, chính vì thế, khách hàng cần tìm hiểu để nắm rõ nguyên lý, công nghệ, cách sử dụng hệ thống mà mình đang có. Điều này sẽ có hiệu quả tốt nhằm phục vụ cho việc phân tích, chẩn đoán về sau.
