Hệ thống Giám sát Trực tuyến Nâng cao cho Bộ Chống Sét Oxy hóa Kẽm: Công nghệ then chốt và Chẩn đoán Sự cố

1 Kiến trúc của Hệ thống Giám sát Trực tuyến cho Bộ chống sét Oxit kẽm

Hệ thống giám sát trực tuyến cho bộ chống sét oxit kẽm bao gồm ba tầng: tầng điều khiển trạm, tầng ngăn và tầng quy trình.

• Tầng Điều khiển Trạm: Bao gồm trung tâm giám sát, đồng hồ Định vị Toàn cầu (GPS) và nguồn đồng hồ mã B.

• Tầng Ngăn: Gồm các Thiết bị Điện tử Thông minh (IEDs) giám sát trực tuyến.

• Tầng Quy trình: Có các thiết bị đầu cuối giám sát cho Biến áp Đo (PTs) và Biến dòng (CTs), như được minh họa trong Hình 1.

Trong hệ thống này, mỗi thiết bị có chức năng riêng biệt:

• Trung tâm Giám sát: Phân loại và tổng hợp dữ liệu trạng thái của bộ chống sét oxit kẽm, phân tích tình trạng hoạt động của từng đơn vị. Người vận hành truy cập hiệu suất bộ chống sét theo thời gian thực thông qua backend của hệ thống. Thông tin được trực quan hóa trên màn hình thông qua báo cáo, biểu đồ thống kê và đường cong, đảm bảo tương tác thân thiện với người dùng. Khi có sự cố, hệ thống kích hoạt cảnh báo ngay lập tức để nhắc nhở khắc phục kịp thời, bảo vệ hoạt động của bộ chống sét.

• Thiết bị Điện tử Thông minh (IEDs) Giám sát Trực tuyến: Chức năng như trung gian truyền thông giữa các thiết bị đầu cuối giám sát (không thể kết nối trực tiếp với trung tâm) và trung tâm giám sát. Chúng phân tích và truyền dữ liệu, đảm bảo luồng thông tin liền mạch.

• Thiết bị Đầu cuối Giám sát: Chức năng như bộ thu thập dữ liệu phía trước, theo dõi các tham số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm), dòng rò điện trở, và mức ô nhiễm của bộ chống sét. Chúng cũng ghi lại số lần đánh sét với độ chính xác cao. Dữ liệu thu thập được truyền đến trung tâm giám sát thông qua tầng ngăn, giúp quản lý đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu.

2 Điểm Mấu chốt của Công nghệ Giám sát Trực tuyến cho Bộ chống sét Oxit kẽm
2.1 Đồng bộ Thời gian của Hệ thống Giám sát Trực tuyến

Nghiên cứu về phương pháp dòng điện trở cơ bản và phân tích hài cho bộ chống sét oxit kẽm cho thấy việc đồng bộ hóa các hoạt động lấy mẫu có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả giám sát. Mặc dù giá trị dòng rò được giám sát rất nhỏ, nhưng sai số nhỏ cũng có thể gây ra sai lệch lớn. Do đó, hệ thống giám sát trực tuyến yêu cầu đồng bộ hóa lấy mẫu cao, đòi hỏi kỹ thuật viên phải hiệu chỉnh thời gian hệ thống. Có hai phương pháp khả dụng:

• Đồng bộ hóa dựa trên GPS: Đạt được đồng bộ hóa trong 2ns, giảm thiểu lỗi thời gian;

• Đồng bộ hóa Đồng hồ Mã IRIG-B: Có khả năng chống nhiễu mạnh, đảm bảo truyền tín hiệu ổn định và nhận tín hiệu chính xác. Tuy nhiên, độ chính xác quá cao làm tăng chi phí—kỹ thuật viên nên chọn độ chính xác (1μs, 1ms, 10ms, 1s) dựa trên yêu cầu giải phân giải tối thiểu của hệ thống.

Đồng bộ hóa đồng hồ mã IRIG-B tiết kiệm chi phí. Mặc dù ít chính xác hơn GPS, nhưng nó đáp ứng nhu cầu của hệ thống. Do đó, kỹ thuật viên có thể sử dụng IRIG-B để đồng bộ hóa, đảm bảo tính nhất quán trong lấy mẫu.

2.2 Giảm nhiễu trong Tín hiệu Giám sát Trực tuyến

Thu thập dữ liệu bộ chống sét oxit kẽm gặp nhiều can nhiễu. Do dòng rò cực kỳ nhỏ, nhiễu không được xử lý gây ra sai lệch giám sát, không phản ánh đúng trạng thái thực tế của thiết bị. Kỹ thuật viên phải chọn thuật toán giảm nhiễu phù hợp—thuật toán giảm nhiễu sónglet được sử dụng rộng rãi: nó phân rã tín hiệu, giữ nội dung hợp lệ, đặt các hệ số vô ích thành 0, và trích xuất thông tin hữu ích sau khi phân rã lặp đi lặp lại.

2.3 Chẩn đoán Sự cố trong Giám sát Trực tuyến
2.3.1 Ý nghĩa của Chẩn đoán Sự cố

Khi quy mô thiết bị điện tăng lên, an toàn hệ thống điện trở nên quan trọng. Sự cố làm gián đoạn cung cấp điện và đe dọa an toàn nhân viên—làm cho giám sát trực tuyến và chẩn đoán sự cố của bộ chống sét oxit kẽm trở nên cần thiết. Hệ thống giám sát điều kiện cách điện, dự đoán rủi ro, và hỗ trợ bảo trì. Tuy nhiên, dữ liệu trực tuyến rất lớn, phức tạp và dư thừa, gây nhiễu cho độ chính xác giám sát.

Để đảm bảo độ chính xác chẩn đoán, kỹ thuật viên tiền xử lý dữ liệu: loại bỏ dư thừa, sửa lỗi, và cung cấp đầu vào đáng tin cậy. Ngoài ra, dòng điện trở của bộ chống sét oxit kẽm bị ảnh hưởng bởi thời tiết, nhiệt độ, từ trường và nhiễu tín hiệu—tăng độ khó chẩn đoán. Xử lý dữ liệu hiệu quả thông qua các biện pháp kỹ thuật là cần thiết cho chẩn đoán.

2.3.2 Thuật toán Kết hợp Thông tin đa Cảm biến

Các thuật toán kết hợp thông tin, cơ bản trong xử lý dữ liệu giám sát trực tuyến, tích hợp thông tin đa cấp để phân tích toàn diện. Các thuật toán kết hợp đa cảm biến sử dụng dữ liệu từ nhiều cảm biến, tránh nhiễu hài thông qua tính toán, và phản ánh chính xác trạng thái thực tế của bộ chống sét. Các thuật toán phổ biến bao gồm:

• Phương pháp Ràng buộc Nhúng: Ràng buộc các tham số do cảm biến thu thập (giai đoạn ban đầu và giai đoạn nội tại) để đảm bảo giải pháp duy nhất. Hệ thống thu dữ liệu bộ chống sét theo thời gian thực thông qua cảm biến và trích xuất thông tin quan trọng dựa trên đặc điểm thiết bị;

• Phương pháp Kết hợp Bằng chứng: Trích xuất dữ liệu hoạt động, tính toán dựa trên trạng thái bộ chống sét, và cung cấp cơ sở đánh giá sự cố;

• Phương pháp Mạng Nơ-ron Nhân tạo (ANN): Sử dụng học máy để chẩn đoán. Đầu tiên, thiết kế cấu trúc phù hợp với cảm biến; thứ hai, ánh xạ mẫu dữ liệu thông qua tương tác mạng-môi trường; cuối cùng, huấn luyện mô hình để tự động phát hiện sự cố.

2.3.3 Phương pháp Phân tích Quan hệ Xám

Là một phương pháp chẩn đoán sự cố phổ biến cho bộ chống sét oxit kẽm, phương pháp phân tích quan hệ xám tập trung vào việc phân tích thống kê nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự cố. Nó định lượng tác động của các yếu tố khác nhau đối với sự cố của bộ chống sét bằng cách vẽ các đường cong khớp. Trong thực tế, so sánh sự thay đổi hình dạng đường cong: độ khớp đường cong cao hơn cho thấy mối quan hệ mạnh mẽ hơn giữa các yếu tố sự cố theo thời gian thực và trạng thái thực tế của bộ chống sét.

Đối với chẩn đoán, góc mất điện môi của bộ chống sét thường được đặt làm chuỗi tham chiếu \(X_1\), trong khi các tham số như nhiệt độ, độ ẩm và dòng rò được đặt làm chuỗi so sánh \(X_i\). Sử dụng mô hình phân tích quan hệ xám để tính toán mối quan hệ giữa mỗi yếu tố và góc mất điện môi, cho phép xác định chính xác nguyên nhân chính của sự cố, cung cấp dữ liệu hỗ trợ cho quyết định chẩn đoán.

Dữ liệu thu được được chuẩn hóa, và hệ số tương quan \(\zeta_j(k)\) và độ tương quan \(\gamma_j\) giữa mỗi dữ liệu được tính toán.

2.4 Phần mềm Chuyên gia Giám sát Trực tuyến

Phần mềm chuyên gia giám sát trực tuyến cho bộ chống sét oxit kẽm, như một phần mềm con của hệ thống giám sát trực tuyến, có nhiều chức năng. Nó không chỉ giám sát biến áp, phát hiện phóng điện cục bộ và tình trạng khí trong dầu, mà còn giám sát công tắc và thiết bị dung lượng. Nó hỗ trợ thiết lập các tham số báo động trước cho hệ thống và quản lý thiết bị trạm.

Ngoài ra, phần mềm chuyên gia giám sát trực tuyến cho phép quản lý cài đặt trước tùy chỉnh, giúp người dùng xem dữ liệu lịch sử và hiện tại, và kiểm tra trạng thái thực tế của thiết bị. Sau khi đăng nhập vào hệ thống, người dùng có thể truy vấn dữ liệu theo nhu cầu, cung cấp tham khảo cho quyết định của họ.

3 Kết luận

Sự cố của bộ chống sét oxit kẽm có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động an toàn của hệ thống lưới điện. Do đó, việc phát hiện theo thời gian thực thông qua hệ thống giám sát trực tuyến là cần thiết để nắm bắt chính xác thông tin sự cố và tiến hành xử lý kịp thời.

Hệ thống giám sát trực tuyến cho bộ chống sét oxit kẽm đạt được giám sát theo thời gian thực thông qua hoạt động phối hợp của trung tâm giám sát, thiết bị IED-Business giám sát trực tuyến, và thiết bị đầu cuối giám sát, hoàn thành việc thu thập, truyền tải và xử lý thông tin dữ liệu. Đồng thời, bằng cách tối ưu hóa các công nghệ then chốt như đồng bộ hóa thời gian hệ thống, giảm nhiễu tín hiệu giám sát, và chẩn đoán sự cố, nó cung cấp dữ liệu chính xác cho hệ thống, đảm bảo hoạt động ổn định của bộ chống sét oxit kẽm và củng cố an toàn của lưới điện.