Giá trị cốt lõi và Ứng dụng Đổi mới của Tủ Điều Khiển Trung Áp 12kV trong Trạm Biến áp Thông Minh

Với sự phát triển nhanh chóng của lưới điện thông minh và việc tích hợp năng lượng tái tạo, thiết bị phân phối điện trung thế (MV) như tủ phân phối trung thế, đóng vai trò then chốt trong các trạm biến áp, trực tiếp quyết định sự ổn định của hệ thống điện thông qua độ tin cậy, trí tuệ hóa và hiệu quả không gian. Bài viết này đi sâu vào các công nghệ chính, giải pháp cụ thể cho từng tình huống và lợi ích thực tế của tủ phân phối trung thế trong các trạm biến áp.

Yêu cầu cốt lõi cho các tình huống trạm biến áp

1. Yêu cầu độ tin cậy cao

Các trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối điện và bảo vệ hệ thống. Các điểm chính liên quan đến tủ phân phối trung thế:

• Vận hành tủ phân phối trung thế: Phải đảm bảo hiệu suất ổn định lâu dài dưới tải lớn và chuyển mạch thường xuyên.
• So sánh tỷ lệ hỏng hóc:

• Tủ phân phối trung thế truyền thống: ~1.2 lần hỏng/máy/năm
• Tủ phân phối trung thế thông minh: ~0.3 lần hỏng/máy/năm
  • Độ bền cơ học: Tăng từ 10.000 đến hơn 20.000 lần vận hành.
  • Yêu cầu ngắt ngắn mạch:
• Hệ thống 12kV: Thường 31.5kA–40kA
• Dự án năng lượng tái tạo: Có thể yêu cầu ≥63kA

2. Khả năng thích ứng với môi trường phức tạp

Các trạm biến áp ở thành phố, khu công nghiệp hoặc vùng xa xôi đặt ra những thách thức độc đáo cho tủ phân phối trung thế:

• Độ cao lớn: Sửa đổi khoảng cách điện (ví dụ, hệ thống 12kV ở độ cao 5000m cần tăng khoảng cách từ 125mm lên 161mm).
• Khu vực ô nhiễm: Khoảng cách rò rỉ phải tăng (ví dụ, ≥25mm/kV cho lớp III ô nhiễm).
• Khu vực ven biển: Phải vượt qua thử nghiệm phun muối (ví dụ, thử nghiệm CASS 1000 giờ).
• Nhiệt độ và độ ẩm cao: Hệ thống khử ẩm thông minh là cần thiết.

3. Yêu cầu nâng cấp trí tuệ hóa

Sự chuyển đổi số tăng cường nhu cầu về các chức năng thông minh trong tủ phân phối trung thế:

• Hỗ trợ giao thức truyền thông IEC 61850 để chia sẻ dữ liệu và điều khiển từ xa.
• Theo dõi trạng thái (nhiệt độ, dòng điện, trạng thái cơ khí), dự đoán sự cố và chẩn đoán từ xa giảm chi phí bảo trì.

• Nghiên cứu cho thấy hệ thống theo dõi thông minh có thể:
  • Giảm tần suất kiểm tra thủ công 70%.
  • Mở rộng tuổi thọ thiết bị lên tới 3 lần.
  • Giảm chi phí bảo trì hàng năm 35%.

4. Yêu cầu bảo vệ an toàn và chống động đất

Tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt cho tủ phân phối trung thế:

• Hệ thống khóa "Năm ngăn chặn": Ngăn chặn lỗi nghiêm trọng (ví dụ, di chuyển cầu dao khi có tải).
• Bảo vệ hồ quang nội bộ: Kênh giảm áp hạn chế áp suất đỉnh ≤48kPa.
• Thiết kế chống động đất: Phải chịu được động đất cường độ cao (ví dụ, biến dạng ≤1.2mm dưới cường độ động đất 9 độ).

5. Hạn chế về không gian và tối ưu hóa bố trí

     Thiết kế mô-đun để sử dụng không gian hiệu quả:

• Tủ phân phối trung thế hiện đại sử dụng cực cách điện rắn giảm diện tích sàn 37.5% và giảm sức cản mạch chính hơn 40%.        

Các giải pháp công nghệ chính

1. Tủ phân phối trung thế kín bằng kim loại (được đại diện bởi KYN28)

• Lợi thế cấu trúc: Các khoang giáp tách biệt (cầu dao, thanh cái, cáp) ngăn chặn sự lan truyền lỗi.
• Khả năng thích ứng với môi trường: Độ bảo vệ IP4X hoặc cao hơn, phù hợp với khu vực ô nhiễm và ẩm ướt.
• Thị phần: Chiếm thị phần lớn (>60%), là lựa chọn phổ biến cho các trạm biến áp.

2. Hệ thống điều khiển thông minh cho tủ phân phối trung thế

• Chức năng cốt lõi:

• Rơle bảo vệ tích hợp dựa trên vi xử lý tương thích với IEC 61850.
• Theo dõi thời gian thực sử dụng thuật toán AI để dự đoán tuổi thọ linh kiện (ví dụ, độ bền cơ khí của cầu dao lên đến 100.000 lần vận hành).
  • Hiệu quả trong trường hợp: Một dự án của State Grid đã giảm tỷ lệ hỏng hóc 30% và chi phí bảo trì 20%.

3. Bảo vệ an toàn trong tủ phân phối trung thế

• Mechanism khóa "Năm ngăn chặn": Đảm bảo trình tự vận hành an toàn.
• Bảo vệ hồ quang: Kênh giảm áp và hệ thống dập hồ quang tích hợp.   

Các tình huống ứng dụng điển hình và nghiên cứu điển hình

1. Trường hợp 1: Nâng cấp trạm biến áp đô thị
   • Thách thức: Mở rộng các trạm biến áp cũ với sự tăng trưởng tải lớn.
   • Giải pháp:

• Triển khai tủ phân phối cách điện khí (GIS) với dòng định mức 4000A, tiết kiệm 30% không gian.
• Thực hiện nền tảng đám mây để quản lý từ xa.
  • Kết quả: Độ tin cậy cung cấp điện tăng 15%; thời gian mất điện giảm 40%.

2. Trường hợp 2: Kết nối lưới điện nhà máy năng lượng tái tạo (trang trại gió)

• Thách thức: Môi trường khắc nghiệt (muối biển cao, dao động nhiệt độ) gây ra sự cố.
• Giải pháp:

• Nâng cấp tủ phân phối trung thế kín bằng kim loại với độ bảo vệ IP54 và bộ sưởi tích hợp.
• Mô-đun chuyển mạch tải dung lượng cho nguồn điện gió ổn định.
  • Kết quả: Tỷ lệ kết nối lưới cải thiện 15%; chi phí hoạt động giảm 10%.

Xu hướng tương lai: Giải pháp xanh hơn và mô hình kỹ thuật số

1. Tủ phân phối trung thế thân thiện với môi trường
   • Loại bỏ SF₆, sử dụng công nghệ lai cách điện bằng không khí khô hoặc nitơ.
   • Vật liệu cách điện mới cải thiện hiệu quả năng lượng 20%.

2. Tích hợp mô hình kỹ thuật số cho tủ phân phối trung thế

• Sử dụng Mô hình Thông tin Xây dựng (BIM) để kiểm tra trước khi lắp đặt.
• Phản chiếu dữ liệu thời gian thực tối ưu hóa phân phối tải và kéo dài tuổi thọ.