Cách xu hướng giám sát nhiệt độ trực tuyến cải thiện an toàn lưới điện và hiệu quả bảo trì

Hệ thống điện là một mạng lưới quy mô lớn bao gồm nhiều thành phần được kết nối với nhau, bao gồm phát điện, truyền tải, trạm biến áp, phân phối và thiết bị người dùng cuối. Sự cố trong thiết bị điện không chỉ dẫn đến sự ngắt quãng bất ngờ và tổn thất tài chính cho các công ty điện, mà còn gây thiệt hại kinh tế đáng kể cho người tiêu dùng. Do đó, độ tin cậy và tình trạng hoạt động của những thiết bị này trực tiếp quyết định sự ổn định và an toàn của toàn bộ hệ thống điện, cũng như hiệu suất kinh tế, chất lượng điện và độ tin cậy dịch vụ của các nhà cung cấp điện.

Giám sát trực tuyến thiết bị điện—kết hợp với các phương pháp tính toán tiên tiến để phân tích dữ liệu thu thập—cho phép phát hiện sớm các lỗi tiềm ẩn, hỗ trợ các hành động phòng ngừa, và hỗ trợ chẩn đoán lỗi khoa học và bảo dưỡng dựa trên tình trạng. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy và an toàn của hoạt động hệ thống điện.

Với sự phát triển và trưởng thành liên tục của công nghệ giám sát trực tuyến, cùng với các ứng dụng thành công trong lĩnh vực điện lực Trung Quốc trong những năm gần đây, bảo dưỡng dựa trên tình trạng đã dần thay thế bảo dưỡng theo thời gian và trở thành xu hướng tất yếu. Ngay từ năm 2010, Tập đoàn Điện lực Nhà nước Trung Quốc đã ban hành Hướng dẫn Kỹ thuật cho Hệ thống Giám sát Trực tuyến Thiết bị Trạm Biến Áp và bắt đầu thực hiện toàn diện bảo dưỡng dựa trên tình trạng, nhằm mục đích tăng cường trí tuệ hóa thiết bị, thúc đẩy thiết bị và công nghệ thông minh, và đạt được cảnh báo an toàn trực tuyến và giám sát thiết bị thông minh.

Hiện nay, giám sát trực tuyến chủ yếu tập trung vào thiết bị chính trong trạm biến áp, bao gồm:

• Thiết bị dung lượng: giám sát trực tuyến dung lượng và hao hụt dielectric (tanδ)

• Ổ chống sét oxit kim loại: giám sát trực tuyến tổng dòng rò và dòng rò kháng

• Biến áp: giám sát trực tuyến phân tích khí hòa tan (DGA) trong dầu cách điện, xả cục bộ tần số siêu cao (UHF), xả cục bộ và tanδ của cổng, và đặc tính động của máy đổi vị có tải

• GIS: xả cục bộ UHF và hàm lượng độ ẩm (micro-water)

• Thiết bị đóng cắt: giám sát đặc tính cơ học và mật độ khí SF₆

1. Tính cần thiết của Giám sát Nhiệt Độ Trực Tuyến cho Thiết bị Điện

Nhiệt độ là chỉ số quan trọng của hoạt động bình thường của thiết bị chính. Các điểm kết nối trong thiết bị điện có thể gặp phải vấn đề do nén lỏng lẻo, áp lực không đủ, hoặc bề mặt tiếp xúc bị xuống cấp do chu kỳ nhiệt, chuyển dịch nền móng, khuyết tật sản xuất, ô nhiễm môi trường, quá tải nghiêm trọng, hoặc oxy hóa. Những vấn đề này làm tăng sức cản tiếp xúc, dẫn đến tăng nhiệt độ khi có dòng điện đi qua. Điều này làm tăng tốc độ lão hóa cách điện, giảm tuổi thọ thiết bị, và trong trường hợp nghiêm trọng, có thể gây ra lỗi hồ quang, cháy thiết bị, mở rộng hư hỏng, thậm chí cháy nổ—đặc biệt tại các điểm tiếp xúc di chuyển và cố định của cầu dao, nơi có tỷ lệ hỏng cao. Tất cả những điều này tạo ra mối đe dọa liên tục đối với hoạt động an toàn của thiết bị.

Hiện nay, hầu hết việc giám sát nhiệt độ phụ thuộc vào các phương pháp truyền thống như chỉ báo nhiệt độ bằng sáp và đo nhiệt hồng ngoại định kỳ. Các phương pháp này có một số nhược điểm:

• Chỉ báo sáp dễ bị lão hóa và bong tróc, có phạm vi nhiệt độ hẹp, độ chính xác thấp, yêu cầu đọc thủ công, và không thể hỗ trợ quản lý tự động;

• Thermomet hồng ngoại yêu cầu đo trực tiếp, bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường, và thường không hoạt động khi bị che khuất;

• Kiểm tra thủ công tốn nhiều công sức, yêu cầu tiếp cận gần (gây rủi ro an toàn), và thiếu khả năng theo dõi thực thời;

• Giám sát ngoại tuyến không thể nắm bắt xu hướng nhiệt độ hoặc phát hiện bất thường kịp thời.

Do đó, các phương pháp ngoại tuyến truyền thống không còn đáp ứng được nhu cầu về hoạt động hiệu quả, an toàn và tin cậy của hệ thống điện. Có nhu cầu cấp bách về công nghệ giám sát trực tuyến cho phép theo dõi nhiệt độ thực thời, phát hiện kịp thời các điều kiện bất thường, và ngăn chặn hư hỏng thiết bị và tai nạn điện. Hơn nữa, giám sát nhiệt độ trực tuyến mở rộng phạm vi giám sát tình trạng, cung cấp các tham số vận hành quan trọng cho bảo dưỡng dựa trên tình trạng và góp phần đáng kể vào hoạt động an toàn và ổn định của từng thiết bị và toàn bộ hệ thống điện.

2. Xu hướng Phát triển Công nghệ Giám sát Nhiệt Độ Trực Tuyến cho Thiết bị Điện

Công nghệ giám sát nhiệt độ trực tuyến thường tích hợp hệ thống cảm biến tiên tiến, mạng thông tin, máy tính và xử lý thông tin, hệ thống phân tích chuyên gia, và kho dữ liệu. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, lĩnh vực này đang phát triển theo hướng tự động hóa, thông minh, và thực tiễn.

2.1 Ứng dụng Công nghệ Internet of Things (IoT)

IoT được coi là làn sóng tiếp theo của công nghệ thông tin sau máy tính và internet, và đã được công nhận là ngành công nghiệp chiến lược quốc gia mới nổi ở Trung Quốc, được tích hợp rõ ràng vào sự phát triển của lưới điện thông minh. IoT kết nối các vật lý với internet thông qua các cảm biến như RFID, GPS, và máy quét laser, cho phép nhận dạng, theo dõi, giám sát và quản lý thông minh thông qua trao đổi thông tin.

Một kiến trúc IoT cho giám sát nhiệt độ thiết bị điện bao gồm ba lớp: nhận biết, mạng, và ứng dụng.

• Lớp Nhận biết: Thu thập dữ liệu nhiệt độ thực thời sử dụng các cảm biến (như loại tiếp xúc hoặc hồng ngoại) được lắp đặt trực tiếp trên thiết bị. Các công nghệ không dây tầm ngắn như Zigbee, 2.4G, hoặc 433M được sử dụng để truyền tín hiệu, đảm bảo cách ly điện áp cao.

• Lớp Mạng: Truyền dữ liệu giữa lớp nhận biết và lớp ứng dụng. Nó sử dụng mạng thông tin điện lực an toàn, tin cậy, và thực thời—chủ yếu là cáp quang, bổ sung bởi hệ thống truyền tải trên đường dây điện và hệ thống vi ba số.

• Lớp Ứng dụng: Xử lý, phân tích, và hình dung dữ liệu nhiệt độ trên nhiều thiết bị, cung cấp các dịch vụ như cảnh báo bất thường, phân tích xu hướng, chẩn đoán trực tuyến, và chia sẻ dữ liệu thông qua các nền tảng thông minh.

IoT cho phép nhận biết toàn diện, thực thời, kết nối tin cậy, và phân tích dữ liệu thông minh, tạo nền tảng cho các hệ thống giám sát nhiệt độ mạnh mẽ và có thể mở rộng.

2.2 Công nghệ Cảm biến Bị Động – Thay Thế Nguồn Pin

Hầu hết các cảm biến nhiệt độ không dây phụ thuộc vào pin, điều này gặp thách thức trong môi trường điện áp cao, dòng điện cao, và nhiễu điện từ. Pin có tuổi thọ hạn chế, cần thay thế thường xuyên, và có nguy cơ nổ trong điều kiện nhiệt độ cao, hạn chế độ tin cậy và an toàn của hệ thống.

Để khắc phục những hạn chế này, các công nghệ cảm biến bị động—bao gồm thu năng lượng từ điện trường/magnetic, năng lượng RF, gradient nhiệt, và sóng âm bề mặt—đang nổi lên như hướng đi tương lai. Cảm biến bị động mang lại những lợi ích rõ ràng:

• Hoạt động không cần bảo dưỡng trong suốt vòng đời thiết bị, cải thiện độ tin cậy hệ thống

• Không có pin nghĩa là không có nguy cơ nổ và giám sát nhiệt độ cao liên tục để phát hiện lỗi sớm;

• Giảm sử dụng pin giúp giảm tác động môi trường, thêm giá trị xã hội.

2.3 Giám sát Nhiệt Độ Tích Hợp Điểm-Dòng-Mặt

Phương pháp này kết hợp các chiến lược giám sát khác nhau dựa trên loại và mức độ quan trọng của thiết bị để đạt được phủ sóng tối ưu.

• Giám sát Điểm: Nhắm vào các điểm nóng cục bộ như tiếp điểm thiết bị đóng cắt, busbar, và mối nối cáp, nơi kiểm tra bên ngoài khó khăn. Các cảm biến được lắp đặt trực tiếp tại những điểm này để theo dõi thực thời.

• Giám sát Dòng: Tập trung vào cáp điện áp cao trong hầm cáp, mương, hoặc khay. Quá nhiệt có thể gây hỏa hoạn và mất điện rộng rãi. Cảm biến quang phân tán (DTS) được sử dụng rộng rãi, cung cấp cách điện, chống ăn mòn, chịu nhiệt cao, và miễn nhiễm với nhiễu điện từ. DTS cho phép lập hồ sơ nhiệt độ liên tục và chính xác dọc theo chiều dài toàn bộ cáp, với vị trí lỗi chính xác để phản ứng nhanh chóng.

Ứng dụng Di động – Theo Dõi Thực Thời Bất Cứ Đâu, Bất Cứ Khi Nào

Với băng thông mạng di động ngày càng tăng và smartphone, tablet mạnh mẽ—đặc biệt là trong kỷ nguyên 4G—các ứng dụng di động đã trở thành công cụ thiết yếu trong hoạt động doanh nghiệp. Sự di động, tiện lợi, kịp thời, và cá nhân hóa của chúng được áp dụng rộng rãi trong quản lý điện lực.

Tích hợp dữ liệu giám sát thiết bị vào ứng dụng di động thông qua internet và mạng di động mang lại các lợi ích chính:

• Bẻ gãy giới hạn của các hệ thống nội bộ truyền thống, cho phép truy cập trạng thái thiết bị thực thời bất cứ đâu, bất cứ khi nào;

• Nâng cao hiệu quả kiểm tra với các tính năng như ghi chép số, chụp ảnh, gắn thẻ GPS, và quét mã QR, biến kiểm tra tuần tra thành quá trình di động, số hóa, và thông minh.

• Trong trường hợp khẩn cấp, nhân viên có thể nhanh chóng xác định vị trí lỗi, xem dữ liệu thực thời và lịch sử, và phản ứng nhanh hơn, giảm thiểu thời gian và phạm vi mất điện.

Ứng dụng di động loại bỏ rào cản không gian và thời gian, cải thiện hiệu quả vận hành, tăng cường an toàn thiết bị, và hỗ trợ sự phát triển bền vững của ngành điện.

3. Kết luận

Công nghệ giám sát tình trạng trực tuyến—đặc biệt là giám sát nhiệt độ—là thành phần cốt lõi của lưới điện thông minh trong tương lai, giúp các công ty điện cải thiện an toàn và hiệu suất kinh tế của thiết bị. Với sự phát triển của công nghệ, giám sát nhiệt độ sẽ tiến triển theo hướng toàn diện, thông minh, và thực tiễn. Việc tích hợp với IoT, ứng dụng di động, và các công nghệ mới nổi khác sẽ định hình hướng đi tương lai của lĩnh vực này.