Ứng dụng Công nghệ Chẩn đoán Sự cố cho 15kV Thiết bị Tự động Kết nối Lại Bầu Chân Không Ngoài Trời

Theo thống kê, phần lớn các sự cố trên đường dây điện cao thế là tạm thời, với các sự cố vĩnh viễn chỉ chiếm dưới 10%. Hiện nay, mạng phân phối trung thế (MV) thường sử dụng công tắc tự động đóng lại chân không ngoài trời 15 kV kết hợp với thiết bị phân đoạn. Cấu hình này cho phép khôi phục nguồn điện nhanh chóng sau các sự cố tạm thời và cách ly các đoạn đường dây bị lỗi trong trường hợp có sự cố vĩnh viễn. Do đó, việc theo dõi tình trạng hoạt động của bộ điều khiển công tắc tự động đóng lại là rất quan trọng để nâng cao độ tin cậy của chúng.

1.Tổng Quan Nghiên Cứu Kỹ Thuật (Trong nước và Quốc tế)

1.1 Phân Loại Công Tắc Tự Động Đóng Lại
Công tắc tự động đóng lại được chia thành hai loại chính: loại dòng điện và loại điện áp. Công tắc loại dòng điện phát hiện dòng điện lỗi, ngắt mạch tương ứng và tự động đóng lại—thường thực hiện từ một đến ba lần đóng lại. Chúng hoạt động cả như thiết bị bảo vệ và công tắc đóng lại. Quá trình cách ly lỗi diễn ra bằng cách dần loại bỏ các đoạn bắt đầu từ đoạn xa nhất cho đến khi xác định được đoạn bị lỗi. Tuy nhiên, phương pháp này khiến lưới điện chịu nhiều lần đóng lại dòng điện lỗi, gây áp lực đáng kể. Hơn nữa, càng nhiều đoạn đường dây, số lần đóng lại cần thiết càng nhiều và tổng thời gian khôi phục càng lâu. Do đó, hệ thống này thường giới hạn không quá ba đoạn và phù hợp nhất cho các nhánh hoặc đường dây cấp điện dạng tia.

Công tắc loại điện áp, ngược lại, ngắt mạch khi mất điện áp và đóng lại sau một khoảng thời gian đã đặt khi điện áp được khôi phục. Trong sơ đồ này, cầu chì cấp điện tại trạm biến áp phải thực hiện hai lần đóng lại để hoàn thành việc cách ly lỗi và khôi phục dịch vụ: lần đóng lại đầu tiên xác định đoạn bị lỗi dựa trên số lượng công tắc phân đoạn đóng, sau đó các công tắc gần lỗi được khóa để cách ly nó; lần đóng lại thứ hai khôi phục nguồn điện cho các đoạn không bị lỗi. Do bảo vệ tức thì quá dòng dựa vào cầu chì cấp điện tại trạm biến áp, phương pháp này ít phù hợp hơn cho các đường dây dài. Tuy nhiên, với việc tăng cường năng lực hệ thống, hạn chế này đã dần giảm đi. Công tắc loại điện áp do đó phù hợp cho các mạng ngắn dạng tia hoặc vòng và cho phép chức năng tự động hóa cơ bản.

1.2 Vấn đề của Phương Pháp Kiểm Tra Truyền Thống
Do sai số sản xuất và mài mòn cơ khí từ quá trình hoạt động kéo dài, công tắc tự động đóng lại có thể gặp sự cố hoặc hoạt động sai. Các phương pháp kiểm tra hiện tại chủ yếu dựa trên thiết bị kiểm tra thủ công, đòi hỏi chi phí đầu tư cao.

1.3 Tình Hình Nghiên Cứu Hiện Tại và Xu Hướng Phát Triển (Trong nước và Quốc tế)
Đối với công tắc tự động đóng lại chân không ngoài trời 15 kV, các thực hành trong nước ở Trung Quốc chủ yếu áp dụng cách tiếp cận bảo dưỡng ngoại tuyến, định kỳ, bao gồm các bài kiểm tra điện trở cách điện, kiểm tra điện trở cách điện của mạch điều khiển và các bài kiểm tra điện áp xoay chiều chịu đựng. Các phương pháp truyền thống này có một số nhược điểm: thiết bị kiểm tra cồng kềnh và khó vận chuyển; kiểm tra thường yêu cầu làm việc ở độ cao, gây rủi ro an toàn; và quy trình tiêu tốn nhiều nhân lực và tài nguyên. Các hệ thống chẩn đoán tích hợp toàn diện vẫn hiếm khi được triển khai trong thực tế.

Đã có những tiến bộ đáng kể trong việc chẩn đoán ở cấp độ bộ điều khiển cho công tắc tự động đóng lại chân không ngoài trời 15 kV. Các máy phân tích tự động hiện đại hiện được sử dụng rộng rãi. Các thiết bị này kết nối thông qua các giao diện chuẩn đơn giản—hỗ trợ tính tương thích “plug-and-play” giữa các công tắc tự động đóng lại từ các nhà sản xuất khác nhau. Bằng cách tiêm tín hiệu dòng điện được kiểm soát vào bộ điều khiển công tắc, máy phân tích đo lường các phản hồi chính như đường cong Đặc Tính Thời Gian-Dòng Điện (TCC) và chuỗi điều khiển. Nó cung cấp kiểm soát chính xác về hình dạng sóng, thời gian và biên độ của dòng điện tiêm và ghi chính xác phản hồi của bộ điều khiển—với độ phân giải thời gian xuống đến mức micro giây. Hệ thống có thể tự động hóa hoàn toàn một chuỗi kiểm tra đầy đủ và hiển thị ngay lập tức kết quả văn bản, bao gồm lệnh cắt, hành động đóng lại, reset, sự kiện khóa và nhật ký đánh dấu thời gian liên quan.

Nghiên cứu hiện tại về chẩn đoán lỗi thông minh tập trung vào ba hướng chính:

• Các công nghệ chẩn đoán lỗi thông minh tích hợp;

• Các hệ thống chẩn đoán thông minh mạng;

•  Các kiến trúc chẩn đoán thông minh thích ứng.

2.Công Nghệ Chẩn Đoán Lỗi cho Công Tắc Tự Động Đóng Lại Chân Không Ngoài Trời 15 kV

Hệ thống chẩn đoán lỗi cho công tắc tự động đóng lại chân không ngoài trời 15 kV được thiết kế đặc biệt để đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển công tắc tự động đóng lại được sử dụng trong các đường dây điện trung thế. Sau khi kết nối "đơn vị cầu dao" với bộ điều khiển công tắc, hệ thống sử dụng phần mềm để tiêm các dòng điện lỗi mô phỏng khác nhau vào bộ điều khiển và kích hoạt các hoạt động mở/đóng tương ứng theo logic của bộ điều khiển. Hệ thống ghi lại phản hồi của bộ điều khiển đối với các thay đổi dòng điện mô phỏng và phân tích—qua phần mềm—xem bộ điều khiển có nhận biết đúng các điều kiện lỗi và thực hiện các hành động điều khiển phù hợp theo quy định hay không.

Hệ thống chẩn đoán này hỗ trợ một loạt các bài kiểm tra kịch bản lỗi, cho phép phát hiện tự động hoàn toàn các lỗi của bộ điều khiển. Nó kết nối với các mẫu công tắc tự động đóng lại khác nhau thông qua các giao diện phổ thông hoặc tùy chỉnh, và tất cả các chức năng điều khiển và kiểm tra đều được thực hiện thông qua phần mềm phân tích chuyên dụng. Các tính năng chính của hệ thống bao gồm:

• Nguồn Dòng Điện Cao Độ Chính Xác: Hệ thống sử dụng nguồn dòng điện có độ chính xác, độ phân giải cao và đáng tin cậy để đảm bảo mô phỏng dòng điện lỗi thực tế. Điều khiển bằng phần mềm cho phép điều chỉnh toàn diện các tham số dòng điện—bao gồm hình dạng sóng, biên độ, thời gian tăng, thời gian kéo dài và thời gian giảm—and cung cấp trực quan hóa dòng điện và biên độ theo thời gian thực để tăng cường khả năng phân tích.

• Thiết Kế Giao Diện Tiêu Chuẩn: Một giao diện tiêu chuẩn cho phép hoạt động "plug-and-play" thực sự trên thực địa, giúp truyền tải tín hiệu và dữ liệu liền mạch.

• Cơ sở dữ liệu đường cong TCC tích hợp: Đặc tính ampe-giây (tức là Đặc tính Thời gian-Dòng điện hoặc đường cong TCC) định nghĩa mối quan hệ nghịch đảo giữa thời gian ngắt và cường độ dòng điện lỗi, bao gồm cả đường cong TCC nhanh và chậm. Phần mềm phân tích bao gồm nhiều thư viện đường cong TCC tiêu chuẩn như Cooper, IEEE (Mỹ), và tiêu chuẩn IEC, cho phép so sánh và đánh giá chẩn đoán thuận tiện.

• Phân tích dữ liệu kiểm tra tự động: Hệ thống tự động diễn giải phản hồi từ thiết bị đóng cắt tự động và ngay lập tức hiển thị kết quả phân tích—bao gồm biểu đồ và báo cáo—chi tiết về các sự kiện như ngắt, đóng lại, khóa, và các sự kiện vận hành khác.

3.Kết luận

Công nghệ chẩn đoán lỗi cho máy đóng cắt tự động chân không ngoài trời 15 kV có thể hiệu quả xác định các bất thường khác nhau, bao gồm:

• Sự cố đóng lại tức thì;

• Sai lệch từ đường cong TCC tiêu chuẩn;

• Sự cố bảo vệ quá dòng;

• Thời gian đóng lại không bình thường;

• Cơ chế khóa đóng không hoạt động.

Công nghệ này đại diện cho một bước chuyển đổi quan trọng từ bảo dưỡng theo lịch trình truyền thống sang bảo dưỡng dựa trên tình trạng tiên tiến cho thiết bị đóng cắt tự động. Bằng cách cho phép phân tích và chẩn đoán toàn diện bộ điều khiển, nó nâng cao đáng kể khả năng kỹ thuật giám sát tình trạng của thiết bị đóng cắt tự động và đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự cố mạng phân phối và đảm bảo độ tin cậy của lưới điện.