Giải pháp Tích hợp Toàn diện của Rơle Bảo vệ Dựa trên Vi Xử lý Thông minh cho Động cơ Công nghiệp

1. Bối cảnh dự án và các thách thức cốt lõi​

Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, động cơ đóng vai trò là thiết bị cung cấp năng lượng chính, sự hoạt động đáng tin cậy của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tính liên tục, an toàn và hiệu quả kinh tế của dây chuyền sản xuất. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, động cơ phải đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng:

• ​Điều kiện vận hành bất thường: Các vấn đề như bị tắc khi khởi động hoặc hoạt động, mất pha, và mất cân bằng dòng điện ba pha có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị nếu không được giải quyết kịp thời.
• ​Rủi ro quá nhiệt: Quá tải, làm mát kém, hoặc nhiệt độ môi trường cao có thể gây ra quá nhiệt cuộn dây, đây là nguyên nhân chính gây lão hóa cách điện và cháy động cơ.
• ​Thiếu hụt bảo vệ: Các thiết bị bảo vệ truyền thống (ví dụ: rơ le nhiệt) có những hạn chế cố hữu như độ chính xác cắt thấp (±15% sai số), chức năng hạn chế, và thiếu khả năng cảnh báo sớm, khiến chúng không phù hợp cho bảo dưỡng thông minh và sản xuất có độ tin cậy cao.

Để giải quyết những thách thức này, chúng tôi giới thiệu một thế hệ mới của rơ le bảo vệ dựa trên vi xử lý tích hợp công nghệ cảm biến tiên tiến, thuật toán tổng hợp nhiều tham số và nền tảng IoT.

​II. Các thành phần cốt lõi của giải pháp​

Giải pháp này tập trung vào các rơ le bảo vệ dựa trên vi xử lý hiệu suất cao, cung cấp bảo vệ toàn diện và dự đoán thông qua sự tích hợp sâu giữa phần cứng và phần mềm.

1. ​Công nghệ bảo vệ tổng hợp nhiều tham số​
   Vượt xa bảo vệ quá dòng truyền thống, công nghệ này sử dụng phân tích dữ liệu đa chiều để đạt được việc cắt và báo động chính xác.
• ​Bảo vệ quá dòng ngược thời gian chính xác cao: Sử dụng thuật toán vi xử lý để mô phỏng chính xác đặc tính nhiệt của động cơ, khắc phục giá trị cắt không đồng đều của rơ le nhiệt truyền thống. Điều này đảm bảo đường cong bảo vệ chính xác và tránh các lần cắt giả hoặc không hoạt động.
• ​Bảo vệ mất cân bằng dòng điện thứ tự âm: Giám sát sự cân bằng dòng điện ba pha theo thời gian thực. Khi mất cân bằng vượt quá ngưỡng đặt (ví dụ: 15%), hệ thống tự động phát hiện mất pha hoặc mất cân bằng nghiêm trọng và kích hoạt báo động hoặc hành động bảo vệ để ngăn chặn quá nhiệt rotor và dao động lực kéo.
• ​Phân tích phổ rung (Tùy chọn)​: Cảm biến rung tích hợp phân tích đặc trưng phổ của ổ đỡ và cơ chế truyền động của động cơ, hiệu quả trong việc nhận biết lỗi cơ khí giai đoạn đầu như mòn ổ đỡ, bu lông lỏng, và lệch tâm. Điều này cho phép bảo vệ kết hợp điện và cơ khí.

​Kết quả áp dụng: Tại một nhà máy hóa dầu lớn ở Trung Quốc, giải pháp này đã giảm 67% sự cố động cơ do vấn đề điện và cơ khí và giảm 42% chi phí bảo dưỡng liên quan.

1. ​Hệ thống dự đoán và cảnh báo sớm tăng nhiệt thông minh​
   Sử dụng các mô hình thuật toán tiên tiến để chủ động ngăn ngừa rủi ro quá nhiệt, chuyển từ "sửa chữa phản ứng" sang "phòng ngừa chủ động."
• ​Nguyên lý hoạt động: Mô hình nhiệt tương đương động cơ tích hợp tính toán động nhiệt độ cuộn dây và sử dụng dung lượng nhiệt bằng cách tích hợp dòng điện tải, dữ liệu vận hành lịch sử, và dữ liệu nhiệt độ môi trường từ các cảm biến.
• ​Cảnh báo sớm: Nếu xu hướng nhiệt độ cuộn dây dự đoán gần tới giới hạn đánh giá cách điện, hệ thống sẽ phát tín hiệu cảnh báo sớm 10 phút, cho phép người vận hành có đủ thời gian can thiệp, lên lịch dừng máy có trật tự, hoặc điều chỉnh tải.

​Kết quả áp dụng: Tại một nhà máy thép lớn, chức năng này đã thành công trong việc ngăn chặn nhiều vụ cháy động cơ do sự cố hệ thống làm mát và quá tải đột ngột. Độ chính xác dự đoán nhiệt độ đạt 91% trong thực tế.

1. ​Theo dõi IoT không dây và chẩn đoán nền tảng đám mây​
   Cho phép bảo dưỡng từ xa và quản lý kỹ thuật số, cải thiện đáng kể hiệu quả vận hành.
• ​Truyền dữ liệu không dây: Thiết bị bảo vệ tích hợp mô-đun truyền thông mạng rộng vùng công suất thấp (LPWAN) (ví dụ: LoRa) để truyền dữ liệu vận hành động cơ toàn diện (dòng điện, điện áp, nhiệt độ, báo động, trạng thái) đến nền tảng đám mây mà không cần đấu nối phức tạp.
• ​Chẩn đoán và bảo dưỡng từ xa: Kỹ sư và quản lý có thể truy cập nền tảng đám mây qua PC hoặc ứng dụng di động để theo dõi tình trạng sức khỏe của tất cả động cơ theo thời gian thực, nhận thông báo và thông tin lỗi, và thực hiện chẩn đoán và phân tích từ xa.
• ​Khai thác giá trị dữ liệu: Dữ liệu lịch sử tích lũy trên nền tảng có thể được sử dụng để phân tích xu hướng suy giảm hiệu suất thiết bị, tối ưu hóa chu kỳ bảo dưỡng, và triển khai bảo dưỡng dự đoán, cung cấp hỗ trợ dựa trên dữ liệu cho quyết định sản xuất.

​Kết quả áp dụng: Tại một nhà máy xi măng, thời gian phản hồi trung bình đối với sự cố đã giảm từ 2 giờ xuống dưới 15 phút sau khi triển khai hệ thống theo dõi IoT. Người vận hành có thể ngay lập tức truy cập thông tin sự cố và nguyên nhân tiềm năng, giảm đáng kể thời gian khắc phục sự cố và giảm thời gian ngừng hoạt động không kế hoạch bởi 58%.

​III. Tóm tắt lợi ích của giải pháp​

• ​Chính xác hơn: Thuật toán vi xử lý thay thế cấu trúc cơ khí, đảm bảo bảo vệ chính xác mà không có lần cắt giả hoặc không hoạt động.
• ​Toàn diện hơn: Tích hợp bảo vệ điện, nhiệt và cơ khí để bao phủ một loạt các loại lỗi.
• ​Chủ động hơn: Cảnh báo dự đoán dựa trên mô hình ngăn chặn tai nạn trước khi xảy ra, thay vì phản ứng sau khi sự cố xảy ra.
• ​Trí tuệ hơn: Kiến trúc IoT cho phép kết nối thiết bị, hỗ trợ theo dõi từ xa và phân tích dữ liệu lớn, và tạo nền tảng cho sản xuất thông minh và nhà máy kỹ thuật số.