Đăng ký thành viên

Cải thiện tính năng chống sét và theo dõi các sự cố hệ thống

06/03/2023 10:41 Số lượt xem: 173

---

Thiết bị chống sét đường dây (LSA) được áp dụng nhằm ngăn ngừa các phóng điện bề mặt do sét gây ra. Mặc dù công nghệ chống sét đường dây có khe hở bên ngoài (EGLA) hiện nay thường được coi là thích hợp nhất, vẫn có thể nảy sinh nhiều câu hỏi như:

• Bảo vệ mọi dây pha có tối ưu không?

• Làm cách nào để theo dõi tình trạng của LSA trong nhiều năm để có thể tin tưởng rằng chúng vẫn đang bảo vệ đường dây?

• Liệu có thể xác nhận rằng chúng đã thực hiện nhiệm vụ bảo vệ của mình và nếu có thì tần suất là bao nhiêu?

Hình 1: Cột điện 500kV mạch kép ở Đông Nam Á. Mỗi dây pha đều được bảo vệ bằng một thiết bị chống sét đường dây (Ảnh st)

Đủ cẩn thận

Các công ty điện lực và nhà điều hành hệ thống điện thường gặp khó khăn khi phân tích tính năng chống sét các đường dây của họ và đặc biệt là khi lựa chọn phương pháp hiệu quả nhất và với giá phải chăng để giảm thiểu sự cố mất điện do sét đánh. Thông thường, quyết định lắp đặt các LSA được coi là “phương sách cuối cùng” bởi vì chúng đôi khi bị coi là quá tốn kém và không đủ tin cậy. Nhưng không đầu tư vào LSA để giảm thiểu sự cố mất điện do sét đánh cũng có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, bao gồm:

• Thiệt hại tài chính;

• Tiền phạt từ khách hàng;

• Chi phí liên quan đến mất điện tạm thời;

• Rủi ro đối với sự ổn định của lưới điện và tính liên tục của dịch vụ;

• Nhu cầu sử dụng máy cắt tăng cao.

Thách thức đầu tiên trong quá trình giảm thiểu sự cố mất điện do sét đánh là xác định các đoạn đường dây quan trọng và khởi động quy trình đủ cẩn thận. Điều này bao gồm:

• Nhận dạng các vụ mất điện do sét đánh so với mất điện do các nguyên nhân khác;

• Khảo sát Mật độ sét đánh xuống đất (GFD) và mức Keraunic (Mức Keraunic là giá trị ngày có giông trung bình trong một năm, lấy từ tổng số ngày có giông trong một chu kỳ hoạt động 12 năm của mặt trời, tại một trạm quan trắc);

• Xác nhận sự phối hợp cách điện;

• Đo điện trở chân cột tại hiện trường;

• Thanh tra dây chống sét.

Sau đó, một ma trận quyết định sẽ giúp đánh giá tình hình và ưu tiên các lựa chọn để giảm thiểu các vụ mất điện do sét đánh với các giải pháp hiệu quả chi phí. Thật không may, đây không phải là một quá trình dễ dàng vì sai lệch có thể xuất hiện do thiếu dữ liệu, thông tin không chính xác hoặc các sai lệch truyền thống.

Làm việc với dữ liệu “Thế giới thực”

Tính năng của các kỹ thuật phát hiện sét đã được cải thiện những năm gần đây và các giải pháp phần cứng/phần mềm hiện đại như I3CM LLS giúp người dùng ghi lại và phân tích toàn bộ hoạt động sét trong khu vực cần quan tâm. Ví dụ: trong ảnh chụp màn hình hiển thị trên Hình 2, vùng đệm 1km điển hình đã được chọn dọc theo đường dây trên cao cần quan tâm. Thông tin sơ cấp sau đó được trích xuất để nghiên cứu thêm, chẳng hạn như:

• Mật độ sét trên mặt đất hoặc mức keraunic;

• Phân bố số sét đánh tổng, tức là giá trị trung vị của biên độ sét và độ lệch chuẩn logarit.

 

Hình 2: Ảnh chụp màn hình của I3CM LLS hiển thị các tham số của sét (Ảnh st)

Sau khi đã cẩn thận tiến hành các cuộc thanh tra và đo lường thích hợp tại hiện trường, cần báo cáo về các tình trạng nối đất thiết yếu đối với các nghiên cứu hệ thống hiệu quả, bao gồm:

• Điện trở suất của đất;

• Điện trở chân cột (TFR).

Mô phỏng & Xác định mục tiêu

Phần mềm mô phỏng có thể giúp tối ưu hóa việc đầu tư vào bảo vệ bằng cách chạy tính toán tính năng chống sét. Phần mềm như vậy cho phép lập mô hình một đường dây truyền tải để phân tích tác động của sét đánh đến tính năng và mô phỏng có thể được thực hiện trên các hệ thống có và không có ứng dụng các LSA. Ví dụ, Sigma SLP, lần đầu tiên được thương mại hóa vào đầu những năm 2000 và dựa trên nghiên cứu được thực hiện với sự cộng tác của các chuyên gia, bao gồm một tính năng đặc biệt để chạy các mô phỏng trên một đường dây hoàn chỉnh (tức là đối với các TFR và khoảng cột dây khác nhau) bao gồm cả việc đặt LSA tự động hóa. Điều này giúp người dùng giảm thiểu ngân sách cho bất kỳ mức độ cải thiện mong muốn nào. Do đó, một mô hình phân phối sét tùy chỉnh có thể dựa trên dữ liệu thực có thể thay đổi tùy theo quốc gia thay vì sử dụng các mô hình bảo thủ quá mức. Bản cập nhật gần đây cho phần mềm này cho phép xác định xác suất tỷ lệ sự cố dựa trên các mô hình phân phối sét cụ thể.

 Hình 3: Ảnh chụp màn hình Sigma SLP – Tính năng tổng hợp và đặt LSA tự động (Ảnh st)

Sau đó, người dùng có thể xác định ngân sách của mình dễ dàng hơn (nghĩa là số lượng LSA cần lắp đặt) nhằm đạt được một mức tính năng mục tiêu nào đó, được đo bằng số lần mất điện/100km/năm. Kinh nghiệm đã xác nhận rằng các nghiên cứu thuộc loại này có thể đạt được mức độ cải thiện đáng kể mà không cần trang bị đầy đủ các LSA cho một đường dây.

Ví dụ, các kết quả sau đây đã thu được đối với một đường dây 170kV mạch kép có dây chống sét:

• Cải thiện 2% (giảm số vụ mất điện) bằng cách chỉ bảo vệ 4 pha;

• Cải thiện 1% (giảm số vụ mất điện) bằng cách chỉ bảo vệ 3 pha trong khi cải thiện 100% trong việc tránh các vụ mất điện mạch kép.

Số hóa thực sự việc theo dõi

Theo dõi là một vấn đề cần quan tâm thường xuyên được thể hiện bởi các công ty điện lực và nhà điều hành hệ thống từ khi các LSA được coi là các tài sản có thể bị sự cố. Kinh nghiệm thực tế trong nhiều năm cho thấy rằng khi được thiết kế, định kích thước, chế tạo và lắp đặt phù hợp, các LSA sẽ không gặp sự cố và các trường hợp sự cố được báo cáo thường thấp. Tuy nhiên, nếu sự cố xảy ra trên bất kỳ thiết bị nào, điều này không gây nguy hiểm cho hệ thống vì các LSA khác tiếp tục thực hiện vai trò của chúng dọc theo đường dây. Do đó, việc đánh giá tình trạng và bảo trì phòng ngừa có thể tốn kém và phức tạp, nếu không được biện minh. Đồng thời, các giải pháp theo dõi vẫn có thể tỏ ra hiệu quả để phát hiện các hư hỏng trong việc bảo trì và lên kế hoạch thay thế.

Ngày nay, các công nghệ đã được chứng minh có thể giải quyết quá trình đầy thách thức là theo dõi đường dây và phát hiện sự cố, ví dụ như:

• Hệ thống định vị sét (LLS);

• Sóng di chuyển qua hai đầu (TW);

• Dấu thời gian GNSS (Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu) đồng bộ hóa;

• Phân tích dữ liệu thời tiết;

• Ứng dụng phần mềm trực tuyến với các chức năng chuyên dụng.

Ví dụ, I3CM LLS bao gồm tất cả các công nghệ này và là một công cụ theo dõi trực tuyến thời gian thực thuận tiện để tạo điều kiện dễ dàng trong việc nhận dạng, phân loại và định vị các chạm chập đường dây. Điều này đi xa hơn nhiều so với việc phát hiện sự cố LSA đơn giản vì các tính năng chính bao gồm:

• Giúp phân loại sự cố và thông báo theo thời gian thực để hỗ trợ các quyết định và ưu tiên;

• Cho phép phát hiện và định vị các sự cố mất điện do sét với độ chính xác cao (~60m) và phân biệt được chủng loại của chúng (tức là phóng điện ngược so với sự cố che chắn). Có thể truy vấn nhà cung cấp dữ liệu thời tiết nếu dữ liệu LLS không khớp;

• Đảm bảo định vị chính xác các chạm chập đáng ngờ và điều động các đội thanh tra đến đúng địa điểm;

• Tùy chỉnh vật ghép đôi kỹ thuật số của đường dây trong I3CM LLS để cung cấp các tính năng cụ thể như phát hiện sự cố LSA.

Theo báo cáo năm 2009 của Viện Nghiên cứu Trung tâm Công nghiệp Điện lực (CRIEPI), khoảng 365.900 thiết bị đã được lắp đặt tại Nhật Bản vào thời điểm đó. Khoảng 120.000 thiết bị trong số này là các khoảng cách giới hạn dòng điện (CLG), là giải pháp thay thế cho công nghệ chống sét oxit kim loại. Do đó, khoảng 250.000 thiết bị EGLA đã hoạt động tại Nhật Bản kể từ những năm 1980.

Cần lưu ý rằng việc theo dõi chuyên dụng các EGLA không áp dụng ở Nhật Bản do việc thanh tra được thực hiện thường xuyên trên các cột điện truyền tải, vật cách điện và cả trên các EGLA. Hơn nữa, các công ty điện lực và nhà điều hành hệ thống Nhật Bản có khả năng khoanh vùng bất kỳ chạm chập nào nếu phát hiện ra sự cố mất điện do sét đánh. Trong hơn 20 năm, số lượng quá tải/sự cố được báo cáo trên tổng số 365.900 thiết bị chỉ là 55 – một thống kê phi thường khẳng định độ tin cậy vốn có của công nghệ EGLA cũng như tiềm năng cải thiện tính năng chống sét trên đường dây truyền tải so với những thành kiến và quan niệm sai lầm.

Bảng 1: Tổng quan về sự cố của EGLA tại Nhật Bản trong hơn 20 năm (Ảnh st)

Cụ thể hơn, khi xem xét các EGLA nhỏ gọn hiện đại được chế tạo với vỏ polyme trọng lượng nhẹ và kích thước khối ZnO tối ưu hóa, chỉ có 36 trường hợp sự cố đã được báo cáo trong số khoảng 160.000 thiết bị được lắp đặt trên toàn quốc trong khoảng thời gian 10 năm (xem Bảng 1). Nói cách khác:

Tỷ lệ sự cố của các EGLA nhỏ gọn = 0,0225 sự cố/1000 thiết bị/năm

Ngoài ra, dựa trên dữ liệu về tỷ lệ sự cố, các biện pháp đối phó sẽ đảm bảo tỷ lệ sự cố gần bằng 0 bằng cách điều chỉnh năng lực truyền điện tích của SVU và cải thiện hệ thống xiết chặt của các bộ EGLA (nghĩa là thiết kế tốt hơn và thử nghiệm độ rung rộng hơn).

Kết luận

LSA vẫn là một phương pháp được đánh giá thấp để cải thiện tính năng chống sét của đường dây trên không. Những thành kiến và quan niệm sai lầm đôi khi khiến LSA không được chú ý mặc dù kinh nghiệm với các loại EGLA cho thấy độ tin cậy cực cao. Đồng thời, các giải pháp theo dõi hiện đại có thể giúp nhà điều hành hệ thống mô phỏng tính năng chống sét với dữ liệu trong thế giới thực. Các công cụ mô phỏng có thể chứng minh hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa bất kỳ khoản đầu tư nào vào LSA.

Tính năng của EGLA vẫn ổn định theo thời gian trái ngược với kinh nghiệm của các phương pháp khác, chẳng hạn như điều kiện nối đất được cải thiện. Mặc dù việc theo dõi riêng lẻ các LSA không thể được biện minh về mặt kinh tế và vẫn còn phức tạp, các giải pháp theo dõi thời gian thực chuyên dụng đã được phát triển và cung cấp khả năng phát hiện sự cố thuận tiện cũng như các tính năng khác như định vị và phân loại chạm chập.

Biên dịch: Hồ Văn Minh

Theo “ Inmr ”, tháng 1/2023