Giải quyết vấn đề độ chính xác ở tải thấp: Hướng dẫn nâng cấp đồng hồ số cho lưới điện dầu khí

I. Giới thiệu và Bối cảnh​

Các thiết bị đo điện là thiết bị giám sát quan trọng cho hoạt động an toàn, ổn định và kinh tế của lưới điện. Truyền thống, các thiết bị chỉ thị đo điện dạng kim analog đã được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp của các mỏ dầu. Tuy nhiên, với sự phát triển của lưới điện và nhu cầu ngày càng tăng về độ chính xác và độ tin cậy trong đo lường, các thiết bị chỉ thị dạng kim đã bộc lộ nhiều nhược điểm trong quá trình sử dụng lâu dài, như lỗi đọc đáng kể, chỉ thị không chính xác dưới tải thấp và khó khăn trong việc khớp dải đo.

Để hiện đại hóa việc theo dõi vận hành trạm biến áp và đảm bảo độ chính xác, trực quan và độ tin cậy của dữ liệu đo lường, đề xuất này khuyến nghị nâng cấp toàn diện từ các thiết bị chỉ thị dạng kim hiện tại sang các thiết bị điện tử số. Các thiết bị số, với độ chính xác cao, dễ đọc, khả năng chống nhiễu mạnh mẽ và tiện lợi trong việc lắp đặt và bảo dưỡng, là giải pháp lý tưởng cho các vấn đề hiện nay.

​II. Tình hình hiện tại và Phân tích Vấn đề (Những hạn chế của Thiết bị chỉ thị dạng kim)​​

Các thiết bị chỉ thị dạng kim đang được sử dụng chủ yếu gặp phải những vấn đề cấp bách sau:

1. ​Lỗi Đọc:​​ Việc dựa vào việc đọc bằng mắt thường dễ gây ra lỗi do góc nhìn. Phương pháp đọc không đúng cũng góp phần vào lỗi do con người, làm giảm độ chính xác của dữ liệu.
2. ​Chỉ thị Không Chính xác Dưới Tải Thấp:​​ Tải thực tế trong các trạm biến áp của các mỏ dầu thường nằm trong khoảng 5%-10% của dải đo của thiết bị. Tuy nhiên, dải chỉ thị chính xác của các thiết bị chỉ thị dạng kim chỉ nằm trong khoảng 20%-80% của dải đo. Dưới tải thấp, giá trị đọc có thể sai lệch hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm ampe so với giá trị thực, khiến việc theo dõi trở nên vô nghĩa.
3. ​Thay đổi Dải Đo Không Thực Tế:​​ Để đưa chỉ thị vào dải đo chính xác, cần thay đổi dải đo của thiết bị, nhưng điều này phải phù hợp với tỷ lệ biến dòng. Do các biến dòng đo và bảo vệ thường được sản xuất như một đơn vị tích hợp, việc thay đổi biến dòng đòi hỏi công trình lớn và chi phí cao, khiến nó không thực tế.

​III. Giải pháp: Ưu điểm và Ứng dụng của Thiết bị Điện tử Số​

​1. Nguyên lý Đo Lường​

Các thiết bị số sử dụng công nghệ chuyển đổi A/D (Analog-to-Digital) tiên tiến. Chúng đầu tiên chuyển đổi các lượng điện liên tục (như điện áp, dòng điện) thành các lượng số rời rạc trước khi đo, xử lý và hiển thị. Điều này cơ bản khác biệt so với cơ chế lái analog trực tiếp của các thiết bị chỉ thị dạng kim.

​2. So sánh Ưu điểm Cốt lõi​

Các thiết bị số có ưu điểm vượt trội so với các thiết bị chỉ thị dạng kim, như được chi tiết trong bảng dưới đây:

​3. Định vị Ứng dụng​

Dựa trên các ưu điểm trên, các thiết bị đo điện số là giải pháp ưu tiên cho việc nâng cấp thiết bị và vận hành thông minh trong các trạm biến áp của các mỏ dầu. Chúng hiệu quả trong việc giải quyết các nhược điểm cố hữu của các thiết bị chỉ thị dạng kim, đáng kể cải thiện mức độ theo dõi vận hành và hiệu quả ra quyết định.

​IV. Điểm then chốt cho Triển khai và Sắp xếp​

Để đảm bảo việc triển khai và vận hành ổn định lâu dài của dự án cải tạo thiết bị số, các khía cạnh sau cần được nhấn mạnh:

1. ​Cấu hình Nguồn Phụ trợ:​​
• ​Ưu tiên Độ tin cậy:​​ Đề xuất nguồn phụ trợ của thiết bị được cấp từ hệ thống nguồn DC, hoặc từ các nguồn đáng tin cậy như mạch chiếu sáng dự phòng hoặc các mạch có nguồn dự phòng trong hệ thống nguồn phụ trợ của trạm biến áp. Điều này ngăn ngừa mất nguồn của thiết bị trong trường hợp mất điện toàn bộ trạm, có thể dẫn đến sai lầm trong đánh giá của người vận hành.
• ​Bảo vệ Riêng biệt:​​ Mỗi mạch nguồn phụ trợ của thiết bị nên được trang bị cầu chì hoặc cầu dao miniature có khả năng cắt dòng cao để đảm bảo cách ly hiệu quả trong trường hợp có sự cố.
2. ​Tiêu chuẩn hóa và Thẩm mỹ:​​
• Loại, màu mặt phẳng, kích thước lỗ cắt, v.v. của các thiết bị số được chọn nên được tiêu chuẩn hóa để duy trì tính thẩm mỹ và sự nhất quán tổng thể của các bảng điều khiển/tủ.
3. ​Biện pháp Chống nhiễu:​​
• Vì môi trường điện từ phức tạp trong các trạm biến áp, hãy chọn các sản phẩm đã được kiểm nghiệm và chứng minh khả năng chịu đựng trong môi trường điện từ mạnh.
• Trong giai đoạn thiết kế và lắp đặt, các biện pháp chủ động như chắn và nối đất đúng cách phải được thực hiện để đảm bảo vận hành ổn định lâu dài của các thiết bị trong điều kiện điện từ khắc nghiệt.
4. ​Chu kỳ Hiệu chỉnh và Bảo dưỡng:​​
• Tất cả các thiết bị số đều phải được đưa vào lịch hiệu chỉnh định kỳ, với chu kỳ hiệu chỉnh đề xuất là 1 năm.
• Để đảm bảo độ chính xác đo lường, các thiết bị phải được cấp nguồn và làm nóng trước 15 phút trước bất kỳ đo lường hoặc hiệu chỉnh quan trọng nào.
5. ​Hỗ trợ Kỹ thuật và Theo dõi:​​
• Sau khi cải tạo và đưa vào sử dụng, nhà cung cấp nên tiến hành thăm dò người dùng, giải quyết kịp thời các vấn đề vận hành và cung cấp các giải thích kỹ thuật và đào tạo cần thiết cho nhân viên vận hành.

​V. Phương pháp Hiệu chỉnh cho Các Thiết bị Số Chính​

Để đảm bảo độ chính xác đo lường, tất cả các thiết bị số mới lắp đặt và kiểm tra định kỳ đều phải được hiệu chỉnh theo quy định. Dưới đây là tóm tắt quy trình hiệu chỉnh cho các loại thiết bị chính:

• ​Bước Chuẩn bị Chung:​​ Kết nối nguồn phụ trợ; kiểm tra màn hình số hiển thị bình thường.
• ​Hiệu chỉnh Ampe kế:​​ Kết nối dây theo sơ đồ đấu dây; áp dụng dòng điện AC chuẩn (ví dụ: 5A); điều chỉnh potentiometer hiệu chỉnh để đáp ứng yêu cầu; sau đó áp dụng các dòng điện tỷ lệ (ví dụ: 2.5A, 1.25A) để kiểm tra tính tuyến tính.
• ​Hiệu chỉnh Vôn kế:​​ Đầu tiên đặt zero cho thiết bị; sau đó kết nối dây theo sơ đồ đấu dây tương ứng với cấp điện áp (ví dụ: 35KV, 6KV); nhập điện áp chuẩn (ví dụ: 100V); điều chỉnh potentiometer tương ứng để hiển thị đúng; và kiểm tra tính tuyến tính.
• ​Hiệu chỉnh Đồng hồ Công suất Hoạt động/Công suất Reactive:​​
• Sử dụng nguồn chuẩn để xuất điện áp và dòng điện chuẩn, điều khiển góc pha của chúng.
• ​Đồng hồ Công suất Hoạt động:​​ Đặt zero cho thiết bị ở góc pha φ=90° (cosφ=0); điều chỉnh full scale ở φ=0° (cosφ=1); kiểm tra tính tuyến tính ở các điểm như φ=30°, 60°, v.v.
• ​Đồng hồ Công suất Reactive:​​ Đặt zero cho thiết bị ở góc pha φ=0° (sinφ=0); điều chỉnh full scale ở φ=90° (sinφ=1); và kiểm tra tính tuyến tính.
• ​Hiệu chỉnh Đồng hồ Hệ số Công suất:​​ Hiệu chỉnh ở sai lệch góc pha 0° (Hệ số Công suất=1.00) và các góc cụ thể (ví dụ: 140°) để đảm bảo giá trị hiển thị chính xác.