Tạp chí Khoa học Công nghệ Điện: Số 05/2018 trình bày các nội dung chính sau: Độ tin cậy máy biến áp, kiểm tra dòng điện xoáy giúp phát hiện hiệu quả các khuyết tật trong đường ống, nâng cấp máy bơm nước cấp lò hơi, sử dụng cảm biến để bảo trì tiên đoán tài sản điện,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
Trang 1TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM - TRUNG TÂM THÔNG TIN ĐIỆN LỰC
HỌC MÁY TỰ ĐỘNG
TRONG BẢO TRÌ TÀI SẢN TUABIN GIĨ
Trang 2Phụ trách nội dung:
PHẠM THỊ THU TRÀ
Ban biên tập:
NGUYỄN KHẮC ĐIỀM
NGUYỄN THỊ THU HUYỀN
NHỮ THỊ HẠNH
VŨ GIA HIẾU
CHU HẢI YẾN
NGUYỄN THỊ DUNG
NGUYỄN THỊ VINH
BÙI THỊ THU HƯỜNG
Tổ chức nội dung & xuất bảnï:
TRUNG TÂM THƠNG TIN ĐIỆN LỰC
(EVNEIC)
Tòa soạn và trị sự:
Tầng 15, Tháp A, Tòa nhà EVN,
Số 11 Phố Cửa Bắc, Quận Ba Đình,
Tp Hà Nội
ĐT: 04.669.46738
Fax: 043.7725192
Email:thongtindienluc@yahoo.com
Giấy phép xuất bản:
Số 249/XB - BC ngày 23/5/1985
Tài khoản:
Trung tâm Thông tin Điện lực:
102010000028666
Ngân hàng TMCP Công thương
Việt Nam - Chi nhánh Hà Nội
30
Giới thiệu sáng kiến của nhĩm tác giả Cơng ty Phát triển Thủy điện
Sê San thực hiện, giúp giảm nhân cơng trực và sửa chữa các hư hỏng mạch điều khiển, bảo đảm vận hành, điều tiết hồ chứa an tồn, hiệu quả và chính xác.
Nghiên cứu, thiết kế cơ cấu đo độ mở các cửa van cung đập tràn
Số 5 tháng 10 năm 2018
Độ tin cậy máy biến áp không phải ngẫu nhiên mà có
Độ tin cậy máy biến áp khơng tự nĩ đến, đĩ là hệ quả của việc quy định kỹ thuật và mua một máy biến áp được chế tạo tốt sau đĩ đảm bảo vận chuyển cẩn thận đến hiện trường, lắp đặt đúng cách và cuối cùng là quản lý tuổi thọ.
1
4
Thử nghiệm dịng điện xốy là một phương pháp thử nghiệm khơng phá hủy đã được xác lập, được sử dụng để kiểm tra vật liệu kim loại màu/khơng từ tính như các ống của bình ngưng và của bộ trao đổi nhiệt trong nhà máy điện.
Kiểm tra dòng điện xoáy giúp phát hiện hiệu quả các khuyết tật trong đường ống.
7 Nâng cấp máy bơm nước cấp lò hơi giúp nâng cao hiệu suất và tăng thêm độ linh hoạt vận hành
Nhà máy Fort St Vrain (Mỹ) đã phát hiện ra rằng nâng cấp máy bơm
là cách hiệu quả nhất để thích ứng với thực tế vận hành mới này.
Theo dõi liên tục dựa theo tình trạng của các vật dẫn, dây dẫn điện
và cách điện là phương cách hiệu quả để giảm các hoạt động bảo trì nhà máy cần thiết, cắt giảm chi phí vận hành và ngăn chặn các vụ ngừng hoạt động ngồi kế hoạch
Sử dụng cảm biến để bảo trì tiên đoán tài sản điện
11
Học máy tự động trong bảo trì tài sản tuabin gió
Với số lượng lớn các vị trí và địa điểm xa xơi của những trang trại giĩ, việc sử dụng học máy để tiên đốn sự cố tài sản sẽ mang lại lợi ích kinh
tế hấp dẫn.
16
Mỗi thành phần của hệ thống điện cĩ thể được tối ưu hĩa để tạo nên một hệ thống hiện đại tự động hĩa.
Sử dụng các giải pháp hiện đại để nâng cao năng lực hệ thống điện
20
Cải thiện hệ số nhiệt của nhà máy điện nhờ áp dụng chương trình tính năng máy nghiền
Nhà máy thuộc Trung tâm năng lượng Thomas Hill này đã dành một thập kỷ để xây dựng chương trình tính năng máy nghiền Kết quả đạt được thật lớn lao, với hệ số nhiệt giảm đáng kể, tiết kiệm hơn một triệu USD chi phí nhiên liệu hàng năm
23
Công nghệ CFB tiên tiến mang lại sự linh hoạt cho nhà máy điện Hàn Quốc
Nhà máy điện Samcheok Green ít phải bảo trì hơn và hiệu quả hơn về chi phí so với các nhà máy nhiệt điện than thơng thường và thân thiện với mơi trường hơn khi sử dụng các lị hơi trực lưu trên siêu tới hạn.
27
1
KHCN Điện, số 5.2018
ĐỘ TIN CẬY MÁY BIẾN ÁP
khơng phải ngẫu nhiên mà cĩ
Hình 1 Máy biến áp cơng suất lớn (Ảnh: st)
Máy biến áp là một hạng mục đắt tiền,
cĩ thời gian chuẩn bị sản xuất dài; chúng rất quan trọng đối với cơ sở hạ tầng điện,
và độ tin cậy của chúng là một chủ đề quan trọng cần phải phân tích Tuy nhiên,
độ tin cậy khơng tự nĩ đến - đĩ là hệ quả của việc quy định kỹ thuật và mua một máy biến áp được chế tạo tốt sau đĩ đảm bảo vận chuyển cẩn thận đến hiện trường, lắp đặt đúng cách và cuối cùng là quản lý tuổi thọ Các hoạt động và quy trình kỹ thuật này được đưa vào trong chương trình quản lý tài sản tổng thể, hài hịa giữa chi phí, rủi ro và kết quả hoạt động
Độ tin cậy cĩ thể được đo bằng các thuật ngữ của hệ thống cấp điện như Chỉ số thời gian mất điện trung bình của
hệ thống (SAIDI), Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (CAIDI)
và Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI), xem xét thời gian
và tần suất mất điện trung bình của hệ thống, hoặc cắt điện Đối với các máy biến áp, chúng ta cĩ thể đơn giản hĩa vấn đề này bằng cách liên hệ độ tin cậy với sự cố
RÀ SỐT CÁC QUY ĐỊNH KỸ THUẬT VÀ THIẾT KẾ BAN ĐẦU
Tỷ lệ sự cố máy biến áp ở trang trại giĩ cao hơn so với các máy biến áp truyền tải
và phân phối điện vốn phổ biến hơn
Phụ tải biến thiên kèm theo đĩ là chu trình thay đổi nhiệt độ, cĩ rất nhiều sĩng hài, méo sĩng hài và phụ tải khơng hình sin ở mức cao Những hiệu ứng tích lũy này làm cho máy biến áp tăng
áp của tuabin giĩ cĩ nguy cơ sự cố cách điện cao hơn, chịu ứng suất điện mơi và
sự cố cao hơn so với máy biến áp phân phối bày bán sẵn điển hình hoặc máy biến áp tăng áp đầu máy phát điện
Do đĩ, các vấn đề cĩ thể bắt đầu ngày từ khi thiết kế máy biến áp, nếu như khơng quy định kỹ thuật và xử lý chi tiết về vai trị, mơi trường làm việc và các tham số vận hành trong tương lai Việc rà sốt thiết kế là rất quan trọng và thường được thực hiện tại xưởng chế tạo để xử lý bất kỳ vấn đề cụ thể nào
KIỂM TRA VÀ THỬ NGHIỆM TẠI XƯỞNG
Kiểm tra tại xưởng để chứng minh rằng việc chế tạo máy biến áp là phù hợp với các quy định kỹ thuật và các tiêu chuẩn cơng nghiệp áp dụng, và để đánh giá chất lượng tổng thể của máy biến áp
Kiểm tra trước khi nạp dầu vào thùng máy biến áp khơng phổ biến nhưng cĩ thể xác định nhiều vấn đề khác nhau Khi kiểm tra cĩ thể phát hiện được nhiều vấn đề cĩ thể làm suy giảm nghiêm trọng tính năng của máy biến áp Ngồi ra, sự
cố máy biến áp khi đang vận hành cĩ thể được truy nguyên
do các tấm cách cuộn dây khơng thẳng hàng – một nguyên nhân nào đĩ đã để máy biến áp vượt qua thử nghiệm tại xưởng nhưng lại làm suy yếu khả năng máy biến áp chịu được các ứng suất cơ học
Đối với một nhà chế tạo, chỉ cĩ 10% khách hàng tự mình thực hiện kiểm tra trước khi dầu được nạp vào thùng máy biến áp, điều này thật đáng thất vọng vì vấn đề cĩ thể đã được giải quyết dễ dàng hơn ở giai đoạn này khi thực hiện các bước phù hợp
Một thử nghiệm thường được yêu cầu là phân tích đáp ứng tần số quét (SFRA), được sử dụng để phát hiện và, cĩ thể, chẩn đốn chuyển vị cơ học, chẳng hạn như biến dạng cuộn dây trong máy biến áp Thực hiện SFRA là một phần được áp dụng phổ biến trong các thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy
Trang 3Các vết SFRA trước khi vận chuyển cho thấy có
sự khác nhau đáng kể, so với các vết trước đó từ thử
nghiệm nghiệm thu tại nhà máy và giữa các giai đoạn
Nếu các thử nghiệm này không được thực hiện tại nhà
máy, thì tình trạng máy biến áp khi vận chuyển đến
hiện trường có thể không đảm bảo và có thể phải đưa
trở lại cho nhà chế tạo - đây sẽ là một vấn đề cho cả
khách hàng và nhà chế tạo Tương tự vậy, một bộ các
đầu dây ra của cuộn dây đã chuyển vị và đã được xử lý
trước khi giao hàng, với thử nghiệm SFRA thực hiện sau
đó đã cho thấy máy biến áp đáp ứng được mong đợi
trước khi được xuất xưởng
VẬN CHUYỂN VÀ LẮP ĐẶT
Dữ liệu từ SFRA đã được sử dụng để giải quyết một
vấn đề trước khi xuất xưởng mà nếu không có thể đã bị
coi là do vận chuyển gây ra Có thể giải quyết tình trạng
này thông qua kiểm tra trực quan Trong trường hợp được
đề cập ở đây, máy biến áp đã phải chịu một loạt các tác
động ở mức độ thấp, không lớn hơn 3,0g, do vận chuyển
bằng đường sắt Kiểm tra cho thấy có một số vấn đề, trong
đó có chuyển vị tấm cách cuộn dây và vênh lá tôn silic
Hình 3 cho thấy vết nứt trên thanh đỡ đầu dây ra bằng vật
trước, và sau đó hành động theo kế hoạch Tháo máy
ra để điều tra cho thấy bên trong cách điện xuyên đã
bị hư hại nhiều, chỉ cần chậm chễ một vài giờ nữa là sự
cố cách điện xuyên và có nhiều khả năng sẽ xảy ra sự
cố thảm họa máy biến áp Theo ước tính, tránh được
sự cố gián đoạn cấp điện này giúp tiết kiệm chi phí tới
10 triệu USD Chi phí theo dõi là nhỏ so với chi phí của máy biến áp, nhưng so với chi phí do sự gián đoạn cấp điện gây ra, thì chi phí theo dõi là rất nhỏ
Sự thay đổi đột ngột về mức hydro, mặc dù không vi phạm bất kỳ tiêu chuẩn hay hướng dẫn nào, đã tạo ra một báo động về tốc độ thay đổi và sau đó một cuộc điều tra
đã được tiến hành Mức khí thấp - quá thấp để kích hoạt một số công cụ chẩn đoán có sẵn - nhưng các khí này là dấu hiệu khởi đầu của một chạm chập nhiệt độ cao Điều này đã được truy nguồn là do một đầu phân áp của bộ điều chỉnh điện áp bị nới lỏng, và đã được xử lý kịp thời
Trong các trường hợp được mô tả, theo dõi tình trạng mang lại giá trị trong việc quản lý độ tin cậy, nhưng trong cả hai trường hợp, và trong nhiều trường hợp khác, giá trị đó chỉ được thực hiện thông qua việc đặt mức báo động thích hợp, có sự can thiệp theo kế hoạch và thời gian đối với các báo động đó, và sau đó thực hiện can thiệp một cách kịp thời
SỨC KHỎE TÀI SẢN VÀ RỦI RO: QUẢN LÝ
ĐỘ TIN CẬY
Sức khỏe tài sản liên hệ chặt chẽ với kết quả hoạt động của tài sản và do vậy, liên quan chặt chẽ với độ tin cậy của tài sản
Tạo ra một con số duy nhất có thể biểu thị sức khỏe của một tài sản phức tạp với rất nhiều thành phần phụ này không phải là một nhiệm vụ đơn giản hoặc có thể thực hiện mà không có mục đích rất rõ ràng Cụ thể là phải vạch ra quá trình thông qua dữ liệu có sẵn, các chế
độ sự cố đã xác định, thang đo thời gian đối với các can thiệp/hành động Quá trình như vậy có thể giúp nâng cao độ tin cậy nếu phương pháp này có thể biện minh và
kiểm toán về mặt kỹ thuật, bởi vì có quá nhiều hệ thống bắt đầu bằng dữ liệu, sử dụng một tập hợp các thuật toán
để rồi sau đó tạo ra một con số không có ý nghĩa thực tế Cần phải lưu ý rằng cách tiếp cận chỉ số sức khỏe tài sản là một cách để xác định phương pháp can thiệp, chứ không phải là “câu trả lời”: Phải có dữ liệu xác nhận
và hỗ trợ thông qua đánh giá chi tiết Điều này đòi hỏi phải phân tích nhu cầu của doanh nghiệp: Máy biến
áp được lên kế hoạch thay thế dựa trên các yêu cầu
về công suất - trong trường hợp đó, liệu chúng ta có thể vẫn dùng máy biến áp đó cho đến khi kế hoạch đó được thực hiện hay không? Nếu chế độ sự cố có nhiều khả năng là không thảm khốc, liệu chúng ta có thể cứ
để máy biến áp hoạt động cho đến lúc bị sự cố - và chuẩn bị bằng cách đưa máy dự phòng vào làm việc và thế là xong? Điều này trở thành một phân tích rủi ro - coi sự cố máy biến áp như một mối nguy đối với độ tin cậy và quản lý tình trạng và hậu quả
KẾT LUẬN
Để đảm bảo máy biến áp vận hành đáng tin cậy, chúng ta cần phải xem xét tất cả khía cạnh của tuổi thọ máy biến áp và “những trải nghiệm” mà máy đã trải qua
Độ tin cậy không tự nó đến và hậu quả của việc quản
lý tuổi thọ kém ngay từ đầu hoặc trong suốt thời gian hoạt động có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy Có thể hiểu rõ rằng giai đoạn vận hành trong tuổi thọ của máy biến áp - khi máy được lắp đặt, mang tải và được bảo trì - là phần lớn nhất của tuổi thọ tổng thể Các tác động có thể có của việc bảo trì và hư hại khi vận hành cũng thường được hiểu rõ, nhưng tuổi thọ của máy biến áp cũng bị ảnh hưởng từ lúc tiến hành các quá trình đánh giá và quy định kỹ thuật và rà soát lại thiết
kế Tất cả mọi thứ xảy ra trước khi máy biến áp được vận chuyển tới và đưa vào vận hành đều có thể ảnh hưởng đến hoạt động về sau, và không được bỏ qua
Biên dịch: Hồ Minh
Theo “Electricenergyonline”, số 6/2018
Hình 2 Phát hiện tấm cách cuộn dây không thẳng hàng trong
khi kiểm tra trước khi nạp dầu vào thùng máy biến áp (Ảnh: st)
Hình 3 Các thanh đỡ đầu dây ra bằng vật liệu dán ép bị nứt
(Ảnh: st)
Hình 4 Cường độ dòng điện rò và hư hại cách điện xuyên liên quan – Ngăn ngừa sự cố đang nảy sinh (Ảnh: st)
liệu dán ép, có nhiều khả năng làm suy yếu thanh đỡ, có nghĩa là xác suất sự cố máy biến áp tăng cao do chuyển vị đầu dây ra, do dòng điện chạm chập hoặc đóng điện ban đầu Độ tin cậy của máy biến áp có nhiều khả năng giảm xuống và thông qua rất nhiều biến đổi nhỏ như vậy, độ tin cậy tổng thể của lưới điện có thể gặp rủi ro
Rõ ràng là cần phải nhận dạng và giải quyết sớm các vấn đề về tình trạng và tính năng tiềm ẩn, trước khi chúng gây ra các vấn đề về độ tin cậy
QUAN ĐIỂM BẢO HIỂM
Bảo trì vừa là phương tiện để giải quyết vấn đề về tình trạng cũng như tính năng và cũng vì bảo trì kém mà gây
ra sự cố và không đáng tin cậy Bảo trì có thể được thực hiện cách nhau từ vài năm đến hơn một thập kỷ, và các chế độ sự cố có thể ngắn hơn đáng kể so với khoảng thời gian này Phân tích khí hòa tan (DGA) hàng năm trong dầu máy biến áp có thể chỉ ra các chế độ sự cố đang nảy sinh, nhưng không phải lúc nào cũng vậy Ngoài ra, một
số bộ phận, chẳng hạn như cách điện xuyên, có thể có các chế độ sự cố không thể nhận dạng được bằng DGA hoặc thử nghiệm thường xuyên Trong những trường hợp như vậy, theo dõi tình trạng có thể mang lại lợi ích
THEO DÕI TÌNH TRẠNG
Theo dõi tình trạng sẽ mang lại lợi ích nâng cao độ tin cậy nếu chúng ta áp dụng phương pháp 3 chữ C:
• Kiểm soát (Control) việc đo lường đang được thực hiện và nó có quan hệ ra sao với các chế độ sự cố đang
áp dụng, và thang thời gian hoạt động của chế độ sự cố; lên kế hoạch phản ứng;
• Hiểu được bối cảnh (Context) của phép đo và liệu
có mối quan hệ với phụ tải hay nhiệt độ hay không;
• Đưa ra kết luận (Conclusion) hợp lý và hành động dựa vào kết luận đó
Theo dõi tình trạng có thể giúp tránh được các sự
cố đang nảy sinh, bao gồm việc xác định các vấn đề của cách điện xuyên, bộ điều chỉnh điện áp và cuộn dây Hình 4 cho thấy cường độ dòng điện rò, đo mỗi giờ một lần, từ ba cách điện xuyên thuộc loại có tỷ lệ
sự cố cao hơn mức trung bình - một trong hơn 100 bộ được theo dõi
Sự thay đổi đột ngột này đã tạo ra báo động cấp cao nhất, khiến chủ sở hữu và người vận hành cách điện xuyên phải hành động ngay, đó là yêu cầu cho ngừng hoạt động máy biến áp trong vòng hai phút Chính phương pháp theo đúng lệnh này đã ngăn chặn được
sự cố và để đảm bảo độ tin cậy, phải có kế hoạch từ
Trang 4Thử nghiệm dòng điện xoáy là một phương pháp
thử nghiệm không phá hủy đã được xác lập, được sử
dụng để kiểm tra vật liệu kim loại màu/không từ tính
như các ống của bình ngưng và của bộ trao đổi nhiệt
trong nhà máy điện Thử nghiệm dòng điện xoáy có thể
phát hiện những gián đoạn trong đường ống, giúp các
kỹ sư nhà máy đánh giá chính xác tình trạng tổ máy, và
là công cụ để tiên đoán tuổi thọ hữu ích còn lại của các
ống Cùng với việc làm sạch ống của bình ngưng và bộ
trao đổi nhiệt và các ứng dụng phát hiện rò rỉ, nhiều
nhà máy điện với các tổ máy đang lão hóa còn thực
hiện cả thử nghiệm dòng điện xoáy trong chương trình
bảo trì nhà máy với nỗ lực chung là tối đa hóa tuổi thọ
hiệu quả của các tổ máy
Thử nghiệm dòng điện xoáy có thể là một công cụ
mạnh mẽ trong chương trình bảo trì nhà máy điện
Mỗi năm tại Hoa Kỳ, có khoảng 7.000 nhà máy phải
dừng máy do các sự cố đường ống, và những lần dừng
máy như vậy rất tốn kém và gây nhiều rắc rối Kiểm
tra ống thường xuyên có thể phát hiện những ống bị
hỏng (Hình 1) trước khi chúng trở nên thảm khốc, và
có thể giảm thiểu tổn thất liên quan đến sự không sẵn
sàng của nhà máy Phát hiện sớm cơ chế hỏng hóc
tiềm ẩn giúp nhà máy xây dựng được chiến lược vận
hành, thực hiện bảo trì phòng ngừa, và chuẩn bị ngân
sách chính xác hơn dành cho sửa chữa và thay thế
thiết bị, nhờ hiểu được tốt hơn tuổi thọ hữu ích còn
lại của tổ máy
MỘT TẦN SỐ SO VỚI NHIỀU TẦN SỐ
Với thử nghiệm dòng điện xoáy, thì có càng nhiều tần số càng tốt Sử dụng nhiều tần số thử nghiệm là một yếu tố thiết yếu trong thử nghiệm bởi vì nó cho phép xâm nhập vào toàn bộ vách ống từ nhiều góc độ khác nhau
Cần có nhiều tần số để thu thập dữ liệu chính xác
và chi tiết về các khuyết tật đang nghi ngờ và tối đa hóa năng lực của công nghệ này trong việc phát hiện,
đo lường và xác nhận tốt hơn các khuyết tật trong tất
cả các vùng của thành ống Mỗi tần số tiếp theo đều
có điểm mạnh riêng để phát hiện và cho phép trộn tín hiệu giúp loại bỏ nhiễu không mong muốn, ví dụ như các tín hiệu tấm đỡ ống Các thiết bị đo dòng điện xoáy ngày nay có khả năng sử dụng tới tám tần số, hoặc nhiều hơn, nhưng nói chung các nhà phân tích thường
sử dụng tối thiểu là bốn tần số
THU ĐƯỢC KẾT QUẢ CHÍNH XÁC CỦA THỬ NGHIỆM DÒNG ĐIỆN XOÁY
Có nhiều biến ảnh hưởng đến năng lực của thử nghiệm dòng điện xoáy Trong bất kỳ kiểm tra cụ thể nào, đầu dò được sử dụng (sẽ ảnh hưởng đến độ phân giải và dữ liệu thu thập được) sẽ phụ thuộc vào đặc tính của thiết bị đang được thử nghiệm
Mặc dù những đặc điểm của các ống bình ngưng hoặc bộ trao đổi nhiệt (như độ từ thẩm và độ dẫn điện) nằm ngoài tầm kiểm soát của kỹ thuật viên kiểm tra dòng điện xoáy, nhưng nếu lựa chọn kích thước cuộn dây, loại cuộn dây và các tần số thử nghiệm thích hợp,
có thể đảm bảo thu được những dữ liệu thuyết phục nhất Các yếu tố khác ảnh hưởng đến quy trình kiểm tra bằng dòng điện xoáy là mẫu hiệu chuẩn, hệ số lấp đầy, độ sạch của ống và tốc độ đầu dò Và tất nhiên mức
độ thành công và chính xác của các phân tích nhiều khi còn dựa vào chuyên môn của nhà phân tích
CHUẨN BỊ TỐT: TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC ỐNG SẠCH
Để kiểm tra các ống bình ngưng và bộ trao đổi nhiệt bằng dòng điện xoáy đem lại kết quả chính xác, đúng yêu cầu, trước tiên phải làm sạch ống hiệu quả Hệ số lấp đầy là thể tích mà đầu dò dòng điện xoáy chiếm đường kính trong của ống đang được thử nghiệm, và đây là một biến quan trọng quyết định chất lượng của việc kiểm tra dòng điện xoáy Hệ số lấp đầy giảm xuống khi ống không sạch
Để việc kiểm tra đạt được độ chính xác và độ lặp lại cao, đầu dò dòng điện xoáy phải có khả năng đạt được hệ số lấp đầy 85% hoặc cao hơn Đầu dò chiếm càng nhiều đường kính của ống càng tốt Hệ số lấp đầy cao giúp móc nối từ trường với ống tốt hơn, việc thu thập dữ liệu cũng chính xác hơn Hệ số lấp đầy quá thấp sẽ làm giảm chất lượng của dữ liệu, khả năng xuất hiện tín hiệu sai và không phát hiện được các chỗ hư hại cũng tăng lên Cùng với hệ số lấp đầy, ống bị bẩn cũng làm tăng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, mà đây là một thành phần quan trọng của việc kiểm tra dòng điện xoáy (Hình 2)
Dù sử dụng bất kỳ phương pháp làm sạch nào, cũng nên làm sạch các ống của bình ngưng và của
bộ trao đổi nhiệt càng gần bề mặt ống càng tốt Lợi nhuận do đầu tư vào việc làm sạch ống là đáng kể Đóng cặn trong ống và ăn mòn có thể gây tổn hao lớn trong truyền nhiệt và, nếu bỏ qua không xử lý, thì
có thể xảy ra sự cố ống
Để chuẩn bị cho thử nghiệm dòng điện xoáy, nhà máy thường ký hợp đồng với một đơn vị chuyên về làm sạch ống Các thiết bị làm sạch ống được luồn vào bên trong giàn ống của hộp nước đầu vào Sau
đó, sử dụng nước áp lực để bắn từ thiết bị làm sạch vào các ống Các mảnh vụn và vật cản được đẩy ra khỏi ống, để các ống sẵn sàng cho thử nghiệm dòng điện xoáy Thông thường, thiết bị làm sạch ống kim loại có thể sử dụng từ 8 đến 12 lần là hỏng, do đó, vốn đầu tư vào thiết bị làm sạch cơ học thường được thu hồi nhanh chóng
SƠ LƯỢC VỀ QUY TRÌNH DÒNG ĐIỆN XOÁY
Sau khi các ống của bình ngưng hoặc của bộ trao đổi nhiệt đã được làm sạch và được chuẩn bị để thử nghiệm, kỹ thuật viên thử nghiệm không phá hủy (đã được cấp chứng nhận) chọn một trong nhiều đầu dò thích hợp cho ứng dụng thử nghiệm này Sau khi đầu
đò được đưa vào trong ống, dòng điện xoay chiều chạy
KIỂM TRA DÒNG ĐIỆN XOÁY
giúp phát hiện hiệu quả các khuyết tật trong đường ống
Hình 1 Tìm ra vấn đề trước khi chúng gây họa Khuyết tật rỗ có
thể nhìn thấy trong hình ảnh này đã được phát hiện bằng cách sử
dụng thử nghiệm dòng điện xoáy (Ảnh: st)
Hình 2 Chuẩn bị tốt để kiểm
tra thành công Ống sạch là yêu cầu bắt buộc để kiểm tra dòng điện xoáy chính xác
Biểu đồ bên trái hiển thị dữ liệu từ một ống bẩn, cho thấy
tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp, trong khi biểu đồ bên phải được lấy từ một ống sạch, biểu thị tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt (Ảnh: st)
5
KHCN Điện, số 5.2018
Trang 5qua cuộn dây trong đầu dò dòng điện xoáy và tạo
ra trường điện từ dao động Khi đầu dò và từ trường
của nó được đưa vào gần với vật liệu dẫn điện của
ống, dòng chảy tuần hoàn của electron, còn được
gọi là dòng điện xoáy, bắt đầu chuyển động qua
ống giống như nước xoáy qua đường ống
Tương tác giữa dòng điện xoáy chạy qua kim
loại thành ống và từ trường của cuộn dây sẽ cung
cấp các điểm dữ liệu có giá trị cho biết về tình
trạng của ống Những thay đổi hoặc biến động của
các dòng điện xoáy là do những khuyết tật trong
thành ống, chẳng hạn như các vết nứt gần bề mặt
và chiều dày kim loại không đều Dụng cụ đo dòng
điện xoáy ghi lại dạng mẫu các biến đổi và chúng
được phân tích để đưa ra kết luận về tình trạng
của ống Theo thời gian, các kết quả có thể được
so sánh và có thể quan sát được bất kỳ xu hướng
hoặc diễn biến nào của khuyết tật, giúp đưa ra các
quyết định bảo trì hợp lý (Hình 3)
THỬ NGHIỆM TRƯỜNG TỪ XA
Mặc dù cả dòng điện xoáy và thử nghiệm
trường từ xa (RFT) đều là những phương pháp
kiểm tra không phá hủy dựa trên cảm ứng điện
từ, nhưng hoạt động và ứng dụng của chúng lại
rất khác nhau Thử nghiệm dòng điện xoáy dựa
trên móc nối trực tiếp giữa cuộn dây kiểm tra và
vật liệu thử nghiệm Thử nghiệm này hiệu quả với
các ống kim loại màu, chẳng hạn như đồng, đồng
thau và titan RFT là phương pháp được sử dụng
để kiểm tra các ống bằng vật liệu sắt từ, chẳng hạn như thép cacbon và thép ferrit không gỉ
Phương pháp thử nghiệm này được phát triển để khắc phục hiệu ứng từ thấm trong ống sắt từ
Quá trình kiểm tra RFT sử dụng tốc độ đầu
dò thấp hơn, và nó kém nhạy với các khuyết tật cục bộ hơn so với thử nghiệm dòng điện xoáy thông thường Tuy nhiên, nó vẫn cung cấp thông tin có giá trị về tình trạng ống Hệ số lấp đầy cao hơn không quan trọng trong RFT như trong thử nghiệm dòng điện xoáy Hệ số lấp đầy trong RFT phổ biến là 60% đến 70% Mặc dù RFT có thể phát hiện cả lỗi bên trong lẫn bên ngoài, nhưng nó không thể phân biệt được đó là lỗi bên trong hay bên ngoài
BÍT ỐNG
Nếu kết quả kiểm tra dòng điện xoáy hoặc RFT chỉ ra rằng ống bị hỏng nặng, thì ống phải được bít lại Ngưỡng bít ống thông thường được chấp nhận đối với ống đi qua vách là >60%, nhưng nó có thể khác nhau tùy theo khả năng chịu rủi ro Hầu hết mọi người đều ưa chọn phương án chủ động là bít ống hơn là ứng phó với hiện tượng rò rỉ ống hoặc một sự cố ống thảm khốc Trong cả hai trường hợp này, nhà máy sẽ cần phải có sẵn các đầu bít ống trong kho
Một nguyên tắc chung là duy trì trong kho một lượng đầu bít ống bằng hai phần trăm số lượng ống của bạn Ví dụ, nếu bình ngưng của nhà máy
có 10.000 ống, thì nên trữ 200 đầu bít ống trong kho Khi chọn đầu bít ống, nhân viên tiếp liệu sẽ cần có thông tin chính xác về kích thước của ống cần được bít, loại vật liệu ống và đầu bít ống sẽ được sử dụng tạm thời hay là vĩnh viễn
Ngăn ngừa tắc nghẽn và sự cố ống trong nhà máy của bạn là một mục tiêu đáng giá Bảo trì phòng ngừa có thể là con đường ngắn nhất để đạt được mục tiêu đó Sửa chữa và thay thế thiết bị làm cho ngành điện phải tiêu tốn hàng trăm triệu đô
la mỗi năm, nhưng với một cam kết bảo trì liên tục chủ động hơn, có thể tránh được dừng máy ngoài
dự kiến và thay thế thiết bị tốn kém Thử nghiệm dòng điện xoáy là một công cụ ấn tượng có thể giúp bạn trong nỗ lực này
Biên dịch: Nguyễn Khắc Bình
Theo “Power”, số 3/2017
Hình 3 Các kết quả đồ họa Bản đồ dàn ống bình ngưng
hiển thị ở đây được mã hóa màu dựa vào các kết quả thử
nghiệm dòng điện xoáy (Ảnh: st)
Khi các nguồn điện gió và mặt trời tăng lên, các nhà máy điện thông thường đã được yêu cầu phải thay đổi sản lượng để thích ứng với việc sản xuất điện gián đoạn từ nguồn năng lượng tái tạo lúc có lúc không Đối với nhiều tổ máy, việc này cũng khiến cho máy bơm nước cấp lò hơi phải hoạt động theo chu kỳ nhiều hơn
Tại Nhà máy điện Fort St Vrain ở bang Colorado (Mỹ), bơm hoạt động theo chu kỳ nhiều hơn đã gây
ra một số lo ngại Các máy bơm nước cấp lò hơi ban đầu của nhà máy không được thiết kế để khởi động và dừng thường xuyên, điều này làm tăng nguy cơ mài mòn các bộ phận kim loại bên trong
và tăng khả năng kẹt máy bơm
Nhà máy Fort St Vrain sử dụng tuabin hơi nước hạt nhân General Electric D8 nguyên thủy
và ba tuabin khí General Electric Cấp F cấp cho ba
giúp nâng cao hiệu suất và tăng thêm độ linh hoạt vận hành
NÂNG CẤP MÁY BƠM
NƯỚC CẤP LÒ HƠI
lò sinh hơi thu hồi nhiệt (HRSG) Vogt Nhà máy có các ống khói kép để hoạt động theo chu trình đơn hoặc chu trình kết hợp, cho phép thay đổi công suất ra hết sức linh hoạt, từ khoảng 70MW đến hơn 1.000MW Tính linh hoạt này cho phép Nhà máy vận hành theo các thay đổi lớn về phụ tải do công suất điện mặt trời và điện gió tăng lên giảm xuống trong một ngày trung bình
Mọi thứ đều thay đổi theo thời gian
Cách đây không lâu, các tổ máy phụ tải đáy đã hòa lưới điện là cứ thế vận hành liên tục đầy tải Bây giờ, những
tổ máy như vậy đang được yêu cầu hoạt động theo chu kỳ để thích ứng với các nguồn năng lượng tái tạo luôn thay đổi Hoạt động như vậy có thể gây hư hại cho các thiết bị như máy bơm nước cấp lò hơi Một nhà máy đã phát hiện ra rằng nâng cấp máy bơm
là cách hiệu quả nhất để thích ứng với thực tế vận hành mới này.
Hình 1 Nhà máy điện Fort St Vrain Nhà máy điện hạt
nhân Fort St Vrain ngừng hoạt động năm 1989, đóng cửa từ năm 1992 đến năm 1996 Nhà máy hoạt động trở lại như một nhà máy đốt khí tự nhiên trong giai đoạn từ năm 1995
đến 2009 (Ảnh: st)
Hình 2 Máy bơm nước cấp lò hơi Fort St Vrain Mỗi lò
sinh hơi thu hồi nhiệt của Nhà máy có hai máy bơm nước cấp
lò hơi 10 cấp, phân chia dọc trục (Ảnh: st)
Trang 68 KHCN Điện, số 5.2018 9
ĐỘNG LỰC ĐỂ NÂNG CẤP
Mỗi một trong ba HRSG sử dụng hai máy bơm nước
cấp lò hơi với độ dư thừa 100%, 10 cấp, phân chia dọc
trục (Hình 2) hoạt động ở nhiệt độ vận hành điển hình
khoảng 260F (127oC) và áp suất 2.700 psig (190ata) Các
vòng chèn bên trong máy bơm (vòng đệm chịu mòn,
ống lót trung tâm, và ống lót tiết lưu) được chế tạo ban
đầu bằng cách sử dụng các bộ phận quay và các bộ
phận tĩnh bằng thép không gỉ Các bộ phận này ngăn
cách các bề mặt chịu áp suất cao khỏi các bề mặt chịu
áp suất thấp bên trong máy bơm và ảnh hưởng trực tiếp
đến hiệu suất bơm và sự ổn định của roto
Thiết kế ban đầu cũng tạo ra nguy cơ mài mòn hoặc
kẹt ở các vòng chèn bên trong Bởi vì đây là những máy
bơm 10 cấp nên các trục tương đối dài và mảnh Khi
máy bơm không hoạt động, có thể có độ lệch trục đáng
kể (võng roto) ở giữa máy bơm Chỗ võng roto này có
khả năng tiếp xúc và mài mòn các vòng chèn bên trong,
đặc biệt là trong quá trình khởi động máy bơm Khi máy
bơm đang chạy, chênh lệnh áp suất trên các vòng chèn
bên trong tạo ra một lực thủy lực gọi là hiệu ứng Lomakin,
giúp ổn định roto và giảm thiểu tiếp xúc giữa các vòng
chèn bên trong
Tính linh hoạt của Nhà máy rất có giá trị để đáp ứng
nhu cầu của hệ thống; tuy nhiên, nó tạo ra một số thách
thức Ví dụ, các máy bơm trong hệ thống nước cấp lò
hơi nhiều khi buộc phải hoạt động theo nhiều chu kỳ
mỗi ngày Do roto bị võng nên mỗi khi khởi động hoặc
dừng máy bơm, có thể xảy ra tiếp xúc kim loại với kim
loại, gây ra nguy cơ kẹt máy bơm Không những thế, các
máy bơm này không được thiết kế ban đầu cho hoạt
động theo chu kỳ mà được thiết kế để hoạt động ở
trạng thái ổn định (hoạt động liên tục trong nhiều tuần
hoặc nhiều tháng)
Do đó, trong quá trình cải tạo lại máy bơm 31A gần
đây, bộ phận kỹ thuật và quản lý Nhà máy đã yêu cầu
xưởng sửa chữa đánh giá và cung cấp các tùy chọn
nâng cấp cho phép máy bơm ứng phó tốt hơn với chế
độ vận hành thay đổi liên tục theo chu kỳ và tránh bị
mài mòn Hơn nữa, nếu chỉnh sửa các máy bơm, thì
cũng yêu cầu xưởng sửa chữa xem xét các khả năng
nâng cấp tính năng
Một lựa chọn là tiếp tục sử dụng các bộ phận kim loại
và các khe hở tiêu chuẩn, nhưng tăng sự sai khác về độ
cứng giữa các bộ phận quay và các bộ phận tĩnh để giảm
nguy cơ mài mòn Một lựa chọn khác là nâng cấp các bộ
máy Fort St Vrain, mối lắp ép chặt với các vòng vỏ là 0,026 inch (0,66mm); do đó, đường kính bên trong của miếng chèn cũng giảm 0,026 inch trong quá trình ép chặt
Khi máy bơm được nâng lên đến nhiệt độ hoạt động là 260F (127oC) và vòng kim loại giãn nở nhiệt, Vespel CR-6100 trên thực tế phản ánh các thuộc tính giãn nở nhiệt của vòng kim loại bởi vì ứng suất nén tạo
ra do mối lắp ép chặt giảm xuống Kết quả cuối cùng là miếng chèn composite giãn nở với tốc độ bằng với bộ phận kim loại và duy trì khoảng hở lắp đặt ở nhiệt độ hoạt động bình thường
phận tĩnh chịu mài mòn bằng vật liệu composite mang tên DuPont Vespel CR-6100 và tiếp tục sử dụng các bộ phận quay bằng thép không gỉ Tùy chọn này sẽ loại bỏ các điểm tiếp xúc kim loại với kim loại trong máy bơm và loại bỏ trên thực tế khả năng bị mài mòn và kẹt
Nhờ giảm thiểu nguy cơ kẹt, nên cũng có thể giảm được khe hở giữa các bộ phận chịu mài mòn, giúp mang lại lợi ích bổ sung là tăng thêm hiệu suất và giảm chi phí vận hành Do máy bơm nước cấp cho lò hơi phải hoạt động thường xuyên theo nhiều chu kỳ và có khả năng tăng hiệu suất, nên Nhà máy này đã chọn vật liệu composite cho các bộ phận tĩnh bị mài mòn
TÍNH ĐẾN CHÊNH LỆCH VỀ GIÃN NỞ NHIỆT
Để ứng dụng thành công, cần phải giải quyết được nhiều chi tiết thiết kế quan trọng Vấn đề đầu tiên là tính đến sự khác biệt về giãn nở nhiệt giữa các bộ phận kim loại và vật liệu composite Hệ số giãn nở nhiệt của Vespel CR-6100 thấp hơn 60% so với hệ số giãn nở nhiệt của các bộ phận kim loại cơ bản trong máy bơm
Cách thiết kế để xử lý sự chênh lệch này là lắp đặt các miếng chèn bằng vật liệu Vespel CR-6100 ép chặt trong các vòng kim loại (Hình 3) Mối lắp ép chặt cho phép miếng chèn composite “lựa theo” bộ phận kim loại khi bộ phận này giãn nở nhiệt, và cũng để ngăn không cho miếng chèn quay Không cần bổ sung thêm chốt hoặc vít chống xoay
Các miếng chèn lựa theo bộ phận kim loại bởi vì mối lắp ép chặt tạo ra ứng suất dư trong miếng chèn Đường kính bên trong của miếng chèn sẽ giảm rất gần với tỷ
lệ 1: 1 theo mối lắp ép chặt Đối với các máy bơm tại Nhà
GIẢI QUYẾT CÁC YÊU CẦU VỀ CHÊNH LỆCH
ÁP SUẤT
Yêu cầu thiết kế thứ hai là miếng chèn composite phải chịu được chênh lệch áp suất bên trong bộ phận đó Để giải quyết yêu cầu này, các vòng kim loại được gia công có mặt tựa (vai) ở phía áp suất thấp của miếng chèn bằng vật liệu composite Vespel CR-6100 để miếng chèn này không
bị lực ép đẩy ra ngoài do chênh lệch áp suất (Hình 4) Trong trường hợp ống lót trung tâm và ống lót tiết lưu trong máy bơm tại Nhà máy Fort St Vrain, chênh lệch áp suất tối đa trên mỗi bộ phận là 1.000 psi (70ata) Kinh nghiệm với các vật liệu composite trong những năm qua cho thấy chất lỏng áp suất cao có thể thâm nhập vào mặt phân cách của mối lắp ép chặt giữa vật liệu composite và vỏ kim loại Mặc dù hiếm khi xuất hiện, nhưng nếu xảy ra, hiện tượng này có thể gây biến dạng theo hướng kính của miếng chèn composite, và dẫn đến sự cố trước thời hạn
Để tăng thêm hệ số an toàn chống lại sự cố tiềm
ẩn này, lãnh đạo công ty cung cấp vật liệu Boulden Co (Mỹ), đã tìm ra giải pháp đang chờ được cấp bằng sáng chế mang tên PERF-Seal, sử dụng một dạng mẫu các lỗ khoan qua miếng chèn composite (Hình 5)
Các lỗ này cân bằng áp suất giữa đường kính ngoài
và đường kính trong của miếng chèn, giúp loại bỏ về cơ bản biến dạng hướng kính của miếng chèn composite, cho phép sử dụng đáng tin cậy vật liệu composite ở
áp suất chênh lệch cao hơn nhiều
Thiết kế này đã được xác nhận bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn và trong các thử nghiệm thực địa tiếp theo có chênh lệch áp suất lên đến 2,320 psi (162ata) Thử nghiệm thêm trong phòng thí nghiệm cũng cho thấy thiết kế này giúp giảm rò rỉ trên các vòng chèn thêm 25% so với một vòng chèn thông thường và tăng hệ số giảm chấn động lực roto của các vòng chèn lên 3 đến 4 lần khi so sánh với một vòng chèn thông thường ở tốc độ vận hành điển hình
GIẢM KHE HỞ ẢNH HƯỞNG RA SAO ĐẾN HIỆU QUẢ BƠM
Các vòng chèn bên trong máy bơm phân cách giữa các vùng áp suất cao và áp suất thấp Do chênh lệch áp suất, nên có sự rò rỉ đáng kể giữa các bộ phận này, làm giảm hiệu suất của máy bơm
Bằng cách nâng cấp lên vật liệu composite và loại
bỏ tiếp xúc kim loại với kim loại bên trong máy bơm tại Nhà máy Fort St Vrain, đã có thể giảm khe hở ở tất cả
Hình 3 Gắn kết chặt nhờ thiết kế Để xử lý sự chênh lệch
về hệ số giãn nở nhiệt giữa Vespel CR-6100 và các bộ phận gốc kim loại của máy bơm, vật liệu composite được ép chặt vào các
vòng kim loại (Ảnh: st)
Hình 4 Một vai tựa được gia công
ở phía áp suất thấp (phía bên phải của hình cắt này) của vòng kim loại
để đỡ miếng chèn composite (được
tô màu xanh trên hình vẽ), giữ nó ở đúng vị trí, chống lại chênh lệch áp
suất (∆P) (Ảnh: st)
Hình 5 Thiết kế PERF-Seal áp dụng cho ống lót trung
tâm Trong một số trường hợp, chênh lệch áp suất cao có thể ép
chất lỏng vào mặt phân cách ép chặt giữa miếng chèn composite và
vỏ kim loại Thiết kế PERF-Seal sử dụng một dạng mẫu lỗ khoan
qua miếng chèn composite để loại bỏ vấn đề này (Ảnh: st)
Trang 7các vòng chèn bên trong - vòng chịu mòn, ống lót
trung tâm và ống lót tiết lưu Các khe hở ban đầu
và sau khi nâng cấp được thể hiện trong Bảng 1
Như đã nói ở trên, thử nghiệm thiết kế
PERF-Seal cho thấy giảm thêm được 25% rò rỉ trên các bộ
phận so với các bộ phận có lỗ nhẵn, trơn Giảm khe
hở kết hợp với thiết kế PERF-Seal trong bơm sau
khi nâng cấp giúp tăng đáng kể hiệu suất
CÁC LỢI ÍCH TIẾP TỤC
Kể từ khi nâng cấp, những người vận hành nhà
máy rất hài lòng với máy bơm này Chưa xảy ra vấn
đề gì khi khởi động và dừng bơm liên tục khi nhà máy được yêu cầu hoạt động theo chu kỳ Sau hai năm hoạt động, bơm được nâng cấp không tăng tiêu thụ điện năng hay là giảm hiệu suất
Hơn nữa, Nhà máy Fort St Vrain còn được hưởng thêm ít nhất một lợi ích nữa Trước đây, các động cơ bơm nước cấp lò hơi thường rung lên và đôi khi vượt qua cường độ dòng điện danh định khi đầy tải trong những ngày hè nóng bức Đôi khi, các động cơ phát nóng quá mức và máy cắt điện tác động dừng mày Tuy nhiên, máy bơm được nâng cấp này tiêu thụ dòng điện nhỏ hơn, giúp tăng hệ số an toàn lên đáng kể khi vận hành đầy tải và máy bơm không bị tác động ngắt mạch khi đang cần máy bơm nhất
Đối với nhà máy điện chu trình hỗn hợp 3x1, nếu nâng cấp máy bơm hoạt động ở từng tổ máy trong số ba tổ máy sẽ giúp nhà máy tiết kiệm được tới gần 1MW điện năng Nếu công ty điện lực thêm được công suất này vào lưới điện thay vì tiêu thụ
nó sẽ giúp tăng thêm lợi nhuận cho nhà máy
Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường
Theo “Power”, số 9/2017
BẢNG 1 CÁC KHE HỞ THIẾT KẾ BAN ĐẦU SO VỚI THIẾT
KẾ ĐƯỢC NÂNG CẤP
Nhờ giảm khe hở, đã tăng đáng kể hiệu suất
Vòng ăn mòn 0,5mm 0,3mm 40%
Ống lót trung tâm 0,27mm 0,22mm 18%
Ống lót tiết lưu 0,27mm 0,22mm 18%
Các công ty điện lực cố gắng cải thiện độ tin cậy khi phải đối mặt với những thách thức như ít người vận hành hơn, tài sản lão hóa, và gia tăng vận hành theo chu kỳ Phải tránh các sự cố tài sản quan trọng dẫn đến ngừng phát điện ngoài kế hoạch vì chúng
có thể làm giảm sản lượng điện, gây ra các vấn đề môi trường, phát sinh kiện tụng do thương tích hoặc tử vong, và sửa chữa và/hoặc thay thế tài sản
bị hư hại Gộp lại, những vấn đề này có thể gây tốn kém tới hàng triệu đô la chi phí liên quan
Để giải quyết những vấn đề này, bảo trì tài sản đang chuyển từ chiến lược thụ động truyền thống
và định kỳ sang chiến lược chủ động, bao gồm theo dõi liên tục tài sản điện dựa trên tình trạng
Công nghệ cảm biến hiện đại cho phép liên tục theo dõi sức khỏe của các tài sản này và thông báo cho nhân viên nhà máy khi nào hoặc thậm chí trước khi – rắc rối nảy sinh
CÁC VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP VỀ TÀI SẢN ĐIỆN
Dù là kiểu nhà máy điện nào thì cũng có một hệ thống cung cấp điện điển hình với các tài sản như máy phát điện, máy biến điện áp, máy cắt đầu cực máy phát điện (GCB), dao cách ly đường dây, máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp, ống dẫn thanh cái tách biệt và không tách biệt, tủ đóng cắt
trung áp và các thiết bị khác để hỗ trợ việc truyền tải và phân phối điện
Các tài sản điện có thể bị phát nóng quá mức
do quá tải, hao mòn thông thường và các điều kiện môi trường khắc nghiệt Nếu không được lưu tâm khắc phục, những tình trạng này có thể dẫn đến
sự cố hoặc hư hại tốn kém cho các tài sản này và thiết bị xung quanh, giảm sản lượng điện, và trong trường hợp cực đoan có thể gây thương tích nghiêm trọng hoặc tử vong
Bài viết này sẽ tập trung vào cách theo dõi ba nguồn chính của sự cố điện: Phát nóng quá mức vật dẫn, dây dẫn, sự cố cách điện, và các vấn đề liên quan đến độ ẩm cao
Nhiệt độ cao quá mức Máy cắt, thanh cái, và
kết nối cáp có xu hướng bị lỏng ra và/hoặc ăn mòn theo thời gian, dẫn đến sự cố nhiệt của kết nối và cách điện cáp gần đó
Phóng điện cục bộ (PD) Khi cách điện bị lão
hóa, các điểm yếu và hư hại phát triển, và trong những điều kiện phụ tải nhất định, đánh thủng điện môi sẽ khởi đầu ở chỗ hư hại, gây phóng điện
hồ quang cục bộ giữa các dây dẫn có điện thế khác nhau Hiệu ứng này được gọi là phóng điện cục
bộ Sự cố này làm tăng dòng điện lên, chút ít thôi nhưng đột ngột kèm theo một xung dòng điện,
SỬ DỤNG CẢM BIẾN ĐỂ BẢO TRÌ TIÊN ĐOÁN TÀI SẢN ĐIỆN
Theo dõi liên tục dựa theo tình trạng của các vật dẫn, dây dẫn điện và cách điện
là phương cách hiệu quả để giảm các hoạt động bảo trì nhà máy cần thiết, cắt giảm chi phí vận hành và ngăn chặn các
vụ ngừng hoạt động ngoài kế hoạch
Thu thập dữ liệu trong hoạt động bình thường có thể báo động người vận hành
về các vấn đề theo thời gian thực.
Máy khoan thả trong giếng
cỡ nhỏ có định hướng Grundopit
được thiết kế lại của TT
Technolo-gies (Mỹ) rất thích hợp cho việc
lắp đặt đường dây dịch vụ của
công ty điện lực ở những điều kiện làm việc chật hẹp Thiết bị nhỏ gọn này dài 54 inch (1,37m), rộng 43 inch (1,09m), cao 57 inch (1,45m) tạo ra lực đẩy và lực kéo 13.489pao (6,11 tấn), và mômen xoắn 553 ft/lbs (76,4kgm), với chiều dài khoan lên đến 150ft (45m) Thiết bị Grundopit được cho biết là một hệ thống máy tối thiểu lý tưởng cho các công ty điện lực, ngành công nghiệp cáp hoặc làm một thiết bị bổ sung cho các máy khoan lớn hơn
Thiết bị này có khóa kẹp tức thời thân khoan (đã được cấp bằng sáng chế) để giữ mũi khoan đúng vị trí Hệ thống khóa tức
MÁY KHOAN THẢ TRONG GIẾNG CỠ NHỎ CÓ ĐỊNH HƯỚNG
GRUNDOPIT CẢI TIẾN
thời thân khoan cho phép dễ dàng lắp thêm thân khoan mới bằng cách lắp thân khoan mới tại động cơ quay Như vậy là thân khoan chỉ được bắt vít vào cuối mũi khoan chứ không phải động
cơ quay, giúp giảm một nửa thời gian cần thiết để bổ sung thêm thân khoan
Các phụ kiện bao gồm giàn khoan hai phần, bộ kẹp thân khoan được cấp bằng sáng chế,
30 thân khoan, đầu khoan có bề mặt lái góc, khớp nối ngược và khớp xoay, gói ống mềm và bộ cấp nguồn
Biên dịch: Bùi Thị Thu Hường
Theo “Utilityproducts”, số 6/2018 Máy khoan Grundopit
Trang 8KHCN Điện, số 5.2018
12
cũng như bức xạ điện từ (sóng radio hoặc ánh sáng),
phát ra âm thanh và thoát ra ôzôn Nếu không được lưu
tâm khắc phục, tình trạng này có thể làm nổ tủ đóng
cắt (Hình 1)
Độ ẩm cao Độ ẩm trong thiết bị đóng cắt có thể
gây ngắn mạch hoặc nếu hấp thụ trong các vật cách
điện, sẽ gây ra sự cố cách điện Độ ẩm cũng gây ăn mòn
kim loại và có thể dẫn đến nhiệt độ tăng cao, phóng
điện cục bộ, phóng điện rò trên bề mặt, và có thể gây
ngắn mạch và phóng điện hồ quang bề mặt
KIỂM TRA TÀI SẢN THEO CÁCH THỦ CÔNG
Thường có thể theo dõi tài sản điện thông qua kiểm
tra thủ công định kỳ trong thời gian nhà máy ngừng
hoạt động Những kiểm tra này nhằm phát hiện các
vấn đề hiển nhiên như hư hại vật lý, các bộ nối bị bung
ra, xuống cấp cách điện và bằng chứng về các bộ phận
bị phát nóng quá mức Cũng có thể thực hiện các phép
đo điện khi tắt nguồn Có thể kiểm tra điện trở cách
điện trong tủ điện, thanh cái, máy cắt và các bộ phận
khác bằng cách đặt điện áp nhờ sử dụng các bộ thử
nghiệm cao thế AC và DC đã được hiệu chuẩn Các thử
nghiệm này cũng sẽ kiểm tra điện trở tiếp xúc để xác
nhận các khớp nối thanh cái được kết nối đúng cách
Cũng có thể tiến hành kiểm tra thủ công trong khi
vẫn nối nguồn bằng cách sử dụng thiết bị hồng ngoại
(IR) Kỹ thuật theo dõi hồng ngoại định kỳ yêu cầu lắp
đặt cửa sổ kính cường lực, một camera IR tương đối đắt
tiền vào tài sản này và cần có một kỹ thuật viên được
đào tạo Một hạn chế lớn của loại kiểm tra này là nhân
viên không thể thực hiện quy trình theo dõi phía sau
các cách điện thanh cái hoặc trong các tài sản không
thể tiếp cận được, chẳng hạn như các ống dẫn thanh cái cùng pha, vì công nghệ IR đòi hỏi không bị khuất tầm nhìn Hơn nữa, công nghệ IR là phép đo phát xạ, trái ngược với nhiệt độ điểm tiếp xúc thực tế
Tất cả các kiểm tra thủ công đều cần có kỹ thuật viên được đào tạo và thiết bị kiểm tra chuyên biệt, đó
là lý do tại sao chúng thường được nhà cung cấp dịch
vụ bên ngoài thực hiện Vì thế mà sẽ không phát hiện được các vấn đề về điện xảy ra sau khi kiểm tra cho đến lần kiểm tra tiếp theo, có thể là một năm hoặc lâu hơn
Trong thời gian đó, những vấn đề nhỏ có thể trở thành những vấn đề lớn, có khả năng dẫn đến sự cố toàn bộ (các) tài sản, gây mất điện
Một giải pháp tốt hơn là sử dụng theo dõi liên tục dựa theo tình trạng Điều này cho phép công ty điện lực thu thập những dữ liệu được tạo ra trong các điều kiện hoạt động bình thường của tài sản, giúp nhận thức được các vấn đề theo thời gian thực Theo dõi và xác định xu hướng của các dữ liệu về ứng suất điện, độ rung, thủng cách điện và ảnh hưởng môi trường khi đầy tải cũng cung cấp các thông tin chi tiết mới về sức khỏe của tài sản Bằng cách sử dụng dữ liệu này kết hợp với các tham
số tài sản khác, chẳng hạn như điện áp và dòng điện vận hành, người vận hành nhà máy có thể lên kế hoạch bảo trì chủ động và tránh được sự cố thảm khốc
THEO DÕI NHIỆT ĐỘ
Theo dõi nhiệt độ là phương pháp chính để phát hiện ăn mòn, hao mòn, lỏng kết nối và các vấn đề khác liên quan đến dây dẫn, vật dẫn của tài sản, chẳng hạn như thanh cái và cáp Một thách thức trong việc theo dõi liên tục nhiệt độ của các điểm kết nối quan trọng trong các tài sản cách điện không khí là các cảm biến phải duy trì điện áp chịu xung, còn được gọi là mức xung cơ bản (BIL) Do đó, các dây dẫn có điện thế khác nhau phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa chúng
để ngăn sự cố giúp đảm bảo mức xung danh định Một thách thức quan trọng khác liên quan đến cấp nguồn cho các cảm biến để tránh phải bảo trì thường xuyên
Hệ thống cảm biến thụ động không dây giúp theo dõi liên tục theo thời gian thực thông qua kết nối trực tiếp tới các điểm đo quan trọng Các hệ thống này dễ lắp đặt, không yêu cầu bảo trì hoặc hiệu chuẩn hàng năm và có tuổi thọ tương đương với chính các tài sản này Các cảm biến này sử dụng công nghệ sóng âm bề mặt (SAW) (Hình 2)
So với các cảm biến không can thiệp khác, các cảm biến nhiệt độ thụ động SAW không có kết nối vật lý với
thiết bị điều khiển, không dùng pin, và không yêu cầu đường truyền thẳng để đo
THEO DÕI PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ
Các thiết bị đo lường phát hiện PD được sử dụng phổ biến nhất để đo trực tiếp các mũi nhọn dòng điện
và điện áp bằng máy biến dòng điện tần số cao hoặc bộ ghép điện dung cao áp như được nêu trong tiêu chuẩn IEC 60270 của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế: “Các phép
đo phóng điện cục bộ”
Phương pháp này có một số điểm mạnh, bao gồm khả năng phân tích dạng xung và lắp ghép thành đồ thị
từ các sự kiện phóng điện liên quan đến pha của dạng sóng điện lưới Các hệ thống này rất đắt và phải có kỹ thuật viên được đào tạo phân tích dữ liệu và không thích hợp cho các lắp đặt theo dõi thường xuyên, liên tục toàn bộ hệ thống cấp điện
Nhiều công ty điện lực hiện đang đánh giá các phương pháp phát hiện phóng điện cục bộ được giới thiệu theo IEC 62478, một tiêu chuẩn tiềm năng cho phép đo PD bằng âm học và điện từ Các phương pháp này sử dụng những dụng cụ đo đặc biệt để thực hiện những phép đo phân tích gián tiếp và thu được nét đặc trưng tương đối của xung PD có thể sử dụng để xác định xu hướng của hệ thống
Bởi vì các dòng điện xung PD có thời gian tăng
và sóng điện từ đi ra rất ngắn (<1 nano giây) nên kỹ thuật phổ biến là sử dụng ăng ten băng thông rộng để theo dõi các sóng này trong dải tần số siêu cao (UHF)
từ 300MHz đến 3GHz Các phương pháp UHF truyền thống dễ bị nhiễu từ điện thoại di động, máy phát sóng
radio và các thiết bị phát sóng khác Tuy nhiên, các công cụ mới hơn sử dụng theo dõi UHF có chọn lọc, dạng dải và được lọc để phát hiện phóng điện cục bộ đồng thời loại bỏ các nguồn nhiễu UHF cung cấp hệ thống theo dõi PD liên tục ít xâm lấn nhất
PHÁT HIỆN PHÓNG ĐIỆN CỤC BỘ UHF
Phát hiện phóng điện cục bộ UHF hiệu quả để theo dõi liên tục đòi hỏi phải sàng lọc một lượng lớn khủng khiếp các dữ liệu phức tạp xuống còn một thông tin ngắn gọn, tất cả đều không cần đến sự can thiệp của người vận hành được đào tạo chuyên sâu Các tín hiệu phát xạ UHF có thể chia thành ba chủng loại chính
Tiếng ồn Tiếng ồn là năng lượng UHF trong (các)
băng tần được chọn không tương quan gần gũi với tần
số điện lưới Nhiễu tần số radio bên ngoài thuộc phân loại nhiễu đáng tin cậy; tuy nhiên, phóng điện cục bộ yếu và thất thường, xuất hiện sớm trong quá trình tiến triển của hư hại, cũng thuộc phân loại tiếng ồn
Phóng điện không đối xứng Các sự kiện xảy ra
chủ yếu vào nửa chu kỳ âm của dạng sóng điện lực, ở
đó các electron phát ra từ kim loại làm ion hóa không khí Phóng điện không đối xứng (cũng được gọi là phóng điện vầng quang hoặc phóng điện bề mặt) thể hiện các kết quả đáng kể ở cả các sóng hài lẻ và chẵn của tần số điện lưới
Phóng điện đối xứng Các sự kiện phóng điện xảy ra
trong phần lớn vật liệu, thường được gọi là phóng điện cục bộ bên trong hoặc đối xứng, xảy ra ở các phần cực tính dương và âm của chu kỳ nguồn điện và thường được biểu diễn như các sóng hài chẵn của tần số điện lưới Một trong những nguyên nhân của phóng điện cục
bộ là độ ẩm quá cao và ngưng tụ trên cáp và các kết nối Theo dõi liên tục UHF có thể phát hiện các đỉnh nhọn điện áp này (Hình 3)
THEO DÕI LIÊN TỤC DỰA THEO TÌNH TRẠNG
Trên thị trường hiện đã có sẵn các hệ thống hoàn chỉnh theo dõi các tài sản quan trọng với các khả năng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và PD Ngoài các cảm biến nhiệt độ và PD không dây được nêu ở trên, các cảm biến có dây thường được lắp đặt trên vỏ bọc tài sản để cung cấp chỉ số nhiệt độ và độ ẩm môi trường xung quanh Các chỉ số nhiệt độ môi trường xung quanh rất quan trọng, bởi vì các vấn đề nghiêm trọng lại liên quan đến độ tăng nhiệt của các điểm phát nóng cục bộ
so với môi trường xung quanh chứ không phải là nhiệt
độ tuyệt đối
Hình 1 Tai nạn tủ đóng cắt do phóng điện cục bộ (PD) Sự
cố tủ đóng cắt có thể gây hư hại đáng kể cho thiết bị và là mối
nguy nghiêm trọng đối với nhân viên nhà máy (Ảnh: st)
Hình 2 Cảm biến SAW Ba cảm biến sóng âm bề mặt
(SAW) hình trụ màu cam ở giữa bức ảnh này liên tục truyền
dữ liệu nhiệt độ qua kết nối không dây (Ảnh: st)
Trang 9Một hệ thống điển hình để theo dõi liên tục dựa
theo tình trạng một tài sản điện gồm có thiết bị theo
dõi nhiệt độ kết nối, độ ẩm và phóng điện cục bộ Mỗi
hệ thống mang thương hiệu “Temp & PD Air Interface”
do Công ty Emerson (Mỹ) cung cấp, sử dụng công nghệ
theo dải UHF để cảm nhận PD trực tiếp Mỗi thiết bị có
giao diện vô tuyến cũng có thể liên kết không dây với
ba hoặc nhiều cảm biến nhiệt độ SAW
Có thể kết nối không dây tối đa bốn giao diện vô
tuyến với thiết bị theo dõi thông qua cáp đồng trục ít
tổn hao Thiết bị theo dõi này cũng có thể chấp nhận
tới tám cảm biến độ ẩm và nhiệt độ môi trường xung
quanh đi dây thông thường, rất phù hợp để đo các biến
này trong các ống dẫn thanh cái
Thiết bị theo dõi này có thể là một giao diện
người-máy (HMI) có đầy đủ tính năng với các năng lực theo dõi
hoặc một thiết bị cung cấp các năng lực theo dõi từ xa
Thiết bị theo dõi này cung cấp tất cả các tín hiệu chất vấn
không dây cần thiết cho các cảm biến SAW thông qua
thiết bị giao diện vô tuyến Nó cũng thực hiện các thuật
toán phát hiện PD bên trong và giao tiếp trực tiếp với các
cảm biến độ ẩm và nhiệt độ môi trường xung quanh
Có thể truy cập tất cả các dữ liệu thông qua các giao
thức truyền thông tiêu chuẩn công nghiệp Modbus RTU
(RS485), DNP3 hoặc IEC-61850 dễ dàng tích hợp vào hệ
thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)
hiện có của nhà máy, hoặc hệ thống điều khiển phân
tán (DCS) Hình 4 là ảnh chụp màn hình hiển thị trên
một DCS Ovation cho thấy dữ liệu hệ thống theo dõi
KẾT QUẢ TỪ THEO DÕI LIÊN TỤC
Sau đây là ví dụ về theo dõi liên tục dựa theo tình trạng đang hoạt động tại các nhà máy điện khác nhau
Để tâm đến vấn đề độ ẩm Một công ty điện lực
lớn ở miền Đông Nam nước Mỹ vận hành một nhà máy điện có nhiều tổ máy tuabin đốt cung cấp cho phụ tải đỉnh Những người vận hành nhà máy được giao nhiệm
vụ nhanh chóng hòa lưới công suất phát, với yêu cầu khởi động lạnh
Trong môi trường có độ ẩm cao ở miền Đông Nam nước Mỹ, kiểu vận hành này gây ăn mòn các tiếp điểm cầu dao máy cắt đầu cực máy phát điện Cần phải thường xuyên kiểm tra thủ công trong thời gian dừng máy cưỡng bức tương ứng để ngăn chặn các sự cố hệ thống Một hệ thống theo dõi liên tục tài sản đã được lắp đặt trên các GCB và các ống dẫn thanh cái
Hệ thống này giúp liên tục nắm bắt tình trạng sức khỏe của tài sản theo thời gian thực Dữ liệu được truyền không dây đến phòng điều khiển và được tích hợp vào lịch sử quy trình OSIsoft PI của nhà máy này
Hệ thống theo dõi tài sản đã phát hiện nhiệt độ quá cao trên bốn trong số sáu cách điện xuyên GCB (Hình 5), và kiểm tra bảo trì theo lịch trình trong một giai đoạn phụ tải thấp đã xác nhận sự xuống cấp của cách điện xuyên Các cách điện xuyên này đã được thay thế
và hoạt động trở lại bình thường Việc này đã giúp ngăn chặn một sự cố có thể đã tiêu tốn khoảng 250.000USD
để sửa chữa và có thể đã khiến tổ máy phải ngừng hoạt động trong nhiều tuần
Theo dõi từ xa Một công ty điện lực lớn ở miền Tây
nước Mỹ vận hành một số nhà máy thủy điện trên các con sông khác nhau Nhiều trong số các nhà máy này thuộc loại nhỏ và đơn giản, vì vậy Công ty điện lực này đang chuyển sang vận hành tự động
Công ty điện lực này thực hiện theo dõi dựa theo tình trạng để đảm bảo nhà máy của họ sẽ hoạt động
PD đang diễn ra PD định kỳ Độ ẩm
Hình 3 Đồ thị theo dõi liên tục PD Xác định liên tục
xu hướng của phóng điện cục bộ cho thấy các đỉnh nhọn cách
quãng do hơi ẩm ngưng tụ, có thể đã bị phương pháp phát
hiện không liên tục bỏ qua (Ảnh: st)
Hình 4 Ảnh chụp màn hình Ovation Xu hướng của hệ
thống điều khiển phân tán Ovation hiển thị ở đây cho thấy thông tin nhận được từ một hệ thống theo dõi tài sản điện (Ảnh: st)
và cung cấp phản hồi khi không có người trông coi Các
hệ thống theo dõi nhiệt độ, PD và độ ẩm được lắp đặt trong các ống dẫn thanh cái, các kết nối máy biến áp và các dao cách ly Tất cả dữ liệu được truyền không dây trở lại các máy chủ để phân tích dữ liệu, cho phép công
ty điện lực vận hành từ xa các nhà máy điện này một cách tự tin
Ngăn chặn một sự cố ống dẫn thanh cái khác Một
công ty điện lực có trụ sở ở miền Nam Hoa Kỳ đã bị sự
cố trên một ống dẫn thanh cái đi từ máy phát điện đến máy biến áp tăng áp, tiêu tốn khoảng 100.000USD để sửa chữa và làm mất hai tuần sản xuất Để tiên đoán và ngăn chặn các loại sự cố này trong tương lai, nhà máy này đã lắp đặt một hệ thống theo dõi liên tục để theo dõi nhiệt độ, PD và độ ẩm ống dẫn thanh cái (xem ảnh chụp) Dữ liệu mà hệ thống này thu thập được gửi đến
hệ thống tự động hóa Ovation của nhà máy để những người vận hành có thể theo dõi liên tục
Biên dịch: Nguyễn Thị Dung
Theo “Power”, số 4/2017
Hình 5 Sự cố cách điện xuyên Theo dõi liên tục nhiệt độ đã phát
hiện một vấn đề sắp xảy ra với các cách điện xuyên của những máy cắt máy phát điện này Chúng sau đó được thay thế trong thời gian dừng máy theo lịch trình, không để xảy ra sự cố tai hại (Ảnh: st)
Russelectric (bang Massachu-setts, Mỹ), nhà chế tạo các dao chuyển mạch tự động và hệ thống điều khiển công suất, cung cấp Hệ thống Prime Power Systems, được
sử dụng để vận hành tự động các máy phát điện tại hiện trường, giúp cấp điện cho toàn bộ phụ tải của nhà máy Hệ thống Prime Power Systems được sử dụng làm nguồn điện chính cho một nhà
máy Bộ điều khiển các máy phát điện vận hành song song có khả năng hòa đồng bộ chủ động và đặt tải nhẹ nhàng lên các tổ máy phát điện động cơ dựa trên nhu cầu phụ tải
Tất cả các hệ thống Prime Power Systems của Russelectric đều đã được Công ty Underwriters Labo-ratories (UL) thử nghiệm điển hình, cung cấp điều khiển hệ thống điều
khiển logic lập trình (PLC), và có khả năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA)
Trong những ứng dụng điện chính, các máy phát điện động cơ được sử dụng để đáp ứng phụ tải được kết nối Nếu phụ tải tăng lên đến một mức xác định trước, hệ thống Prime Power System của Russelectric sẽ tự động khởi động các máy phát điện bổ sung, hòa đồng bộ chúng với thanh cái máy phát và chia sẻ phụ tải với các máy phát đang chạy Nếu phụ tải giảm xuống mức được xác định trước, các máy phát điện thừa sẽ tự động được cắt khỏi thanh cái và dừng máy, trả chúng về trạng thái chờ
tự động
Biên dịch: Gia Hiếu
Theo “Utilityproducts”, số 6/2018
DAO CHUYỂN MẠCH TỰ ĐỘNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
Hệ thống Prime Power Systems (Ảnh: st)
Trang 10KHCN Điện, số 5.2018
16
Những lợi ích tài chính tiềm năng từ
ngành công nghiệp 4.0 là rõ ràng đối với các
chủ sở hữu nhà máy ở hầu hết các lĩnh vực
Ngành công nghiệp năng lượng gió không
phải là ngoại lệ Với số lượng lớn các vị trí và
địa điểm xa xôi của những trang trại gió, việc
sử dụng học máy để tiên đoán sự cố tài sản
sẽ mang lại lợi ích kinh tế hấp dẫn
Vận hành và bảo trì (O&M) chiếm tới
30% chi phí quy về hiện tại của mỗi kWh
sản xuất ra trong suốt thời gian tồn tại của
tuabin Theo ước tính khác nhau, thời gian
dừng tuabin gió trung bình do cưỡng bức
hoặc ngoài kế hoạch là từ bảy đến chín
ngày mỗi năm Ví dụ, dừng tuabin ngoài
kế hoạch do hộp bánh răng bị sự cố có thể
khiến tuabin phải ngừng hoạt động từ bốn
đến tám tuần, và có thể tốn 130.000 USD để
thay thế Hơn 70% thời gian ngừng tuabin gió
là để sửa chữa lớn, còn 30% còn lại dành
cho sửa chữa nhỏ (17%) và khởi động lại
thủ công (11%)
Chi phí O&M trên tuabin mới tương đối thấp và thường được bảo đảm bởi các thỏa thuận dịch vụ Như thể hiện trong Hình 1, khi tài sản cũ đi, chi phí bảo trì tăng lên đáng kể
Do hầu hết các tuabin gió đều ở vị trí xa xôi, nên chi phí thuê cần cẩu là thành phần chính của chi phí thay thế các bộ phận và tài sản Thực vậy, việc sửa chữa máy phát điện mất ít thời gian hơn nhiều so với vận chuyển nó Sự cố tài sản dẫn đến dừng tuabin trong những giai đoạn chờ đợi, đặc biệt là trong những điều kiện thời tiết và điều kiện tại hiện trường như khi đóng băng làm kéo dài thời gian sửa chữa
CÁC GIỚI HẠN CỦA BẢO TRÌ TIÊN ĐOÁN TRUYỀN THỐNG
Giải pháp bảo trì tài sản mặc định đối với tuabin gió là bảo trì tiên đoán truyền thống (PdM), hoặc theo dõi tình trạng (CM), dựa trên dữ liệu điều khiển giám sát và thu
thập dữ liệu (SCADA) Dữ liệu cảm biến từ các tuabin được theo dõi và nếu vượt quá các ngưỡng kiểm soát, thì sẽ phát đi các cảnh báo cho nhân viên bảo trì vận hành
Có hai thách thức chính mà các trang trại gió gặp phải khi sử dụng CM dựa trên
dữ liệu SCADA Đầu tiên, PdM sử dụng dữ liệu SCADA dựa trên các giới hạn kiểm soát được thiết lập thủ công Hệ thống sẽ nhận
ra sự thay đổi về rung động hoặc nhiệt độ của máy chỉ khi nó vi phạm các giới hạn được xác định trước Tuy nhiên, lại không xác định được hành vi bất thường của cảm biến trong giới hạn kiểm soát
Thứ hai, do hạn chế về băng thông nên chỉ các dữ liệu cảm biến tài sản quan trọng nhất là được theo dõi Hình 2 cho thấy bốn động lực hàng đầu có thể nhận dạng sự cố
và thời gian dừng máy là roto/cánh tuabin, máy phát điện, phần còn lại của nhà máy
và phần điều khiển Tuy nhiên, yếu tố góp phần quan trọng nhất vẫn chưa biết được
— hạng mục “khác”
Nói cách khác, trên thực tế không thể thấy được nguyên nhân lớn nhất của thời gian dừng máy Chỉ các dữ liệu cảm biến tài sản quan trọng và có mức ưu tiên cao mới được theo dõi Hơn nữa, không có phương pháp có hệ thống nào để xác định nguyên nhân gốc rễ của một sự cố Bằng cách theo dõi từng tài sản một cách độc lập, phương pháp PdM truyền thống không nhận ra các dạng mẫu hành vi cảm biến hoặc hành vi tương quan
HỌC MÁY KHÔNG BỊ GIÁM SÁT ĐỂ BẢO TRÌ TÀI SẢN
Cho đến gần đây, học máy vẫn thuộc lĩnh vực của giới học viện Tuy nhiên, việc
áp dụng trí thông minh nhân tạo (AI) và các thuật toán hiện đang thúc đẩy những tiến bộ trong Internet kết nối vạn vật công nghiệp (IIoT) Thuật ngữ “không bị giám sát” chỉ ra rằng các thuật toán không cần phải được đào tạo về tài sản căn nguyên được theo dõi Không cần sử dụng bản sao
mô phỏng của tài sản vật lý, chẳng hạn như
“Digital Twin”
Để áp dụng học máy vào bảo trì tài sản,
dữ liệu cảm biến tài sản tuabin được liên tục đưa lên điện toán đám mây, ở đó các thuật toán AI phân tích dữ liệu theo thời gian thực Tất nhiên, điều này giả định các liên kết truyền thông theo thời gian thực, sẽ cần phải được cân nhắc cho các địa điểm vùng xa Các thuật toán được đào tạo để phát hiện những bất thường trong tất cả tín hiệu của tài sản Thực hiện các phép đối chiếu và phát hiện dạng mẫu giữa các tín hiệu Thay vì tìm kiếm các vi phạm những giới hạn kiểm soát được thiết lập thủ công, các thuật toán phát hiện những hành vi bất thường, cho thấy dấu hiệu xuống cấp và sự cố tài sản
LỰA CHỌN MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HÓA
Một trong những thách thức đối với việc học máy là lựa chọn thuật toán được
sử dụng để phát hiện hành vi cảm biến bất thường cho thấy dấu hiệu xuống cấp hoặc hỏng máy Trước kia, thường phải phụ thuộc vào các nhà khoa học dữ liệu để lựa chọn mô hình phù hợp nhất từ một thư viện các thuật toán Tuy nhiên, với số lượng khổng lồ dữ liệu phải được phân tích trong thời gian thực, thì khả năng lựa chọn tự động thuật toán là rất quan trọng
Trong trường hợp của Công ty Presenso (Israel), công cụ học máy tự động và chuyên sâu (MDL) của họ (Hình 3) lựa chọn các thuật toán tối ưu và các siêu tham số theo cách được thúc đẩy nhờ dữ liệu mà không
có sự can thiệp của con người MDL tự động
có hàng chục thuật toán học máy, hàng vài chục phương pháp tiền xử lý, và tất cả các siêu tham số tương ứng của chúng, tạo ra tổng cộng tới vài trăm siêu tham số Quá trình này được kích hoạt bằng sức mạnh tính toán của điện toán đám mây
TÍNH VÔ CẢM CỦA MÁY VÀ CẢM BIẾN
Một trong những lợi thế bị bỏ qua của việc học máy không giám sát là máy cũng như cảm biến đều vô cảm Điều này có nghĩa
là một tuabin gió có thể có hơn 8.000 bộ phận độc đáo, từ hệ thống thủy lực và bộ
HỌC MÁY TỰ ĐỘNG TRONG
BẢO TRÌ TÀI SẢN TUABIN GIÓ
Số năm vận hành Thời gian ngừng hoạt động (giờ) Số tuabin
Hình 1 Độ tin cậy tài sản so với năm hoạt động Như được thể hiện ở đây, tài sản càng cũ đi
thì chi phí bảo trì cũng tăng lên tương ứng đáng kể (Ảnh minh họa)
Tuabin gió (khác)
Roto/cánh tuabin Máy phát điện Phần điều khiển Phân phối điện Hộp bánh răng
Hệ thống hãm Phần còn lại của nhà máy Kết cấu – Vỏ máy
Cơ cấu chuyển hướng Điều khiển thủy lực
Bộ truyền động
Số sự kiện trung bình trong một năm cho mỗi tuabin Thời gian dừng máy trung bình (giờ)
Hình 2 Tỷ lệ sự cố tài sản tuabin gió và thời gian dừng máy (Ảnh minh họa)