Giám sát thông minh bộ bảo vệ sét: Xu hướng Thách thức và Triển vọng Tương lai
1. Tình trạng hiện tại và hạn chế của các thiết bị giám sát trực tuyến
Hiện nay, các thiết bị giám sát trực tuyến là công cụ được sử dụng phổ biến nhất để theo dõi bộ bảo vệ sét. Mặc dù chúng có thể phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn, nhưng chúng cũng có những hạn chế đáng kể: việc ghi dữ liệu trên site cần phải thực hiện thủ công, không cho phép theo dõi thời gian thực; và phân tích dữ liệu sau khi thu thập làm tăng độ phức tạp trong vận hành. Giám sát thông minh dựa trên IoT khắc phục những vấn đề này - dữ liệu được tải lên qua IoT đến các nền tảng xử lý, kết hợp với phân tích dữ liệu lớn, giúp xác định các nguy cơ tiềm ẩn và cung cấp cảnh báo sớm, hiệu quả giảm bớt khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng điện.
1.1 Hạn chế của các thiết bị giám sát trực tuyến hiện nay
Là phương pháp giám sát chính cho bộ bảo vệ sét, các thiết bị giám sát trực tuyến phơi bày nhiều vấn đề trong ứng dụng:
2. Xu hướng phát triển của giám sát thông minh cho bộ bảo vệ sét
Để giải quyết các vấn đề của thiết bị giám sát trực tuyến, tận dụng Internet of Things và sản xuất thông minh, giám sát thông minh sẽ được nâng cấp theo ba hướng:
2.1 Phương pháp truyền: Có dây → Không dây
Hiện nay, giám sát thông minh chủ yếu dựa trên kết nối có dây RS485, phù hợp chỉ với một số trường hợp cụ thể như trạm biến áp. Đối với các đường dây và khu vực xa xôi, khoảng cách truyền là một hạn chế. Các công nghệ không dây như LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things), và GPRS cung cấp phạm vi phủ sóng rộng và tiêu thụ năng lượng thấp. Đặc biệt, LoRa và NB-IoT, như các công nghệ IoT mới nổi, sẽ có nhiều ứng dụng hơn trong tương lai.
2.2 Phương pháp cung cấp điện: Chủ động → Bị động
Hiện nay, giám sát thông minh phụ thuộc vào nguồn điện DC bên ngoài. Trong tương lai, nó sẽ tiến triển theo hướng cung cấp điện bị động cho hoạt động xanh và tiết kiệm năng lượng. Thu hoạch năng lượng thông qua dòng rò của bộ bảo vệ sét, tấm pin mặt trời, hoặc pin tích hợp là khả thi - sử dụng dòng rò để lưu trữ năng lượng là ưu thế nhất, tránh các vấn đề như ánh sáng mặt trời không đủ và thay pin thường xuyên.
2.3 Phương pháp lắp đặt: Ngoài → Trong
Hiện nay, giám sát thông minh chủ yếu lắp đặt bên ngoài - tuy không bị giới hạn về kích thước và dễ thay thế, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường. Lắp đặt bên trong yêu cầu tích hợp vào khoang của bộ bảo vệ sét, đòi hỏi kích thước nhỏ hơn và đối mặt với các rào cản kỹ thuật. Tuy nhiên, nó loại bỏ ảnh hưởng của môi trường bên ngoài, đảm bảo ổn định lâu dài tốt hơn.
3. Hướng mở rộng giám sát cho bộ bảo vệ sét
Dựa trên các chế độ và cơ chế lỗi, các đơn vị giám sát thông minh sẽ tập trung vào bốn chiều:
3.1 Giám sát áp suất
Đối với các bộ bảo vệ sét vỏ sứ 35kV và cao hơn, kiểm tra rò rỉ bằng quang phổ khối heli và điền nitơ tinh khiết (công nghệ áp suất dương vi) được sử dụng trong quá trình sản xuất để ngăn chặn sự xâm nhập của độ ẩm và cải thiện cách điện. Tuy nhiên, hoạt động lâu dài gây ra lão hóa gioăng, rò rỉ nitơ và độ ẩm, có thể dẫn đến nổ. Các đơn vị giám sát thông minh theo dõi áp suất bên trong thời gian thực; tải dữ liệu lên và phân tích trên nền tảng cho phép cảnh báo sớm, thay thế và sửa chữa kịp thời.
3.2 Giám sát nhiệt độ và độ ẩm
Đối với các bộ bảo vệ sét có ống cách điện/vỏ sứ và không khí bên trong, lắp ráp yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ và độ ẩm. Các đơn vị thông minh theo dõi điều kiện bên trong, tải dữ liệu định kỳ và kích hoạt báo động khi vượt quá giới hạn, cho phép bảo trì chủ động.
3.3 Giám sát dòng rò và dòng điện trở
Các dòng này là chỉ số chính về hiệu suất của bộ bảo vệ sét. Hoạt động lâu dài, môi trường bên ngoài và ô nhiễm cách điện gây lão hóa điện trở và hỏng gioăng, làm tăng dòng. Theo dõi xu hướng dòng giúp phát hiện nguy cơ tiềm ẩn và ngăn ngừa tai nạn.
3.4 Giám sát dòng phóng điện xung
Thu thập số lần phóng điện, mức độ dòng và thời gian hoạt động hỗ trợ lập kế hoạch bảo trì và phân tích lỗi.
4. Hướng đột phá kỹ thuật cho giám sát thông minh
Giám sát thông minh bên ngoài đang nổi lên (không bị ràng buộc bởi không gian, tương thích cao), nhưng giám sát bên trong vẫn còn non trẻ, đối mặt với ba thách thức kỹ thuật:
4.1 Tối ưu hóa thu hoạch năng lượng
Giám sát bên trong dựa trên dòng rò của bộ bảo vệ sét, nhưng dòng nhỏ cản trở truyền dữ liệu thời gian thực. Kết hợp thu hoạch dòng rò với pin tích hợp rút ngắn chu kỳ truyền dữ liệu, cân bằng cung cấp năng lượng và chuyển dữ liệu.
4.2 Nâng cao truyền tín hiệu
Tích hợp bên trong khiến các thiết bị giám sát dễ bị suy giảm/tiêu diệt tín hiệu từ bộ bảo vệ sét và các thành phần; trường điện cao cũng gây nhiễu. Tín hiệu cần được tối ưu hóa để xuyên thấu tốt hơn và chống nhiễu điện từ.
4.3 Xác minh tuổi thọ và độ tin cậy
Giám sát bên trong khó thay thế; bộ bảo vệ sét yêu cầu tuổi thọ thiết kế 30 năm (thực tế hơn 20 năm). Tuổi thọ của các đơn vị giám sát phải phù hợp, và nhiệt từ hoạt động của bộ bảo vệ sét không được ảnh hưởng đến độ tin cậy của mô-đun.
5. Ứng dụng hiện nay của giám sát thông minh
Giám sát thông minh vẫn đang ở giai đoạn thí điểm, chủ yếu được áp dụng trong các dự án thí điểm điện lực và đường sắt (ví dụ, trạm biến áp thông minh kéo đẩy Xiongan, trạm biến áp thông minh 750kV Yan'an, và các trạm chuyển đổi UHV DC). Các thí điểm xác minh tính khả thi kỹ thuật, với các bộ bảo vệ sét được giám sát thông minh đáp ứng mong đợi về hiệu suất.
6. Kết luận
Giám sát thông minh cho phép theo dõi trạng thái trực tuyến thời gian thực, cải thiện độ chính xác nhận diện rủi ro và giảm khó khăn trong vận hành và bảo dưỡng. Mặc dù vẫn còn các thách thức kỹ thuật, nhưng phù hợp với xu hướng thông minh, xanh và thân thiện với môi trường, nó sẽ dần thay thế các thiết bị giám sát trực tuyến truyền thống. Sự áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện và đường sắt sẽ tăng cường an toàn lưới điện và hỗ trợ phát triển năng lượng bền vững.
