Bối cảnh và tính cấp thiết
Trong hệ thống điện lực Việt Nam, hầu hết các trạm biến áp, trạm đóng cắt cao áp đều sử dụng nguồn nuôi là nguồn một chiều (DC) cách ly với đất. Đặc biệt trong lưới truyền tải điện, các hệ thống quan trọng như máy tính, viễn thông, tín hiệu và điều khiển đều vận hành bằng nguồn DC.
Tuy nhiên, hiện nay trong nước chưa có thiết bị đo kiểm, định vị điểm chạm đất DC đủ độ tin cậy để phục vụ xử lý sự cố hoặc cảnh báo sớm khi xảy ra suy giảm cách điện. Các đơn vị phải phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu với giá thành cao, chi phí bảo trì đắt đỏ và thời gian sửa chữa kéo dài. Điều này gây khó khăn đáng kể cho công tác quản lý vận hành.
Trong khi đó, hệ thống dây điện nhị thứ tại các trạm biến áp phân bố trên diện tích rộng, kết cấu phức tạp. Khi xảy ra sự cố chạm đất nguồn DC, việc tìm kiếm vị trí sự cố gặp nhiều khó khăn nếu thiếu thiết bị chuyên dụng hỗ trợ. Từ thực tiễn đó, nhu cầu nghiên cứu, chế tạo thiết bị trong nước trở nên cấp bách và mang ý nghĩa chiến lược.
Ý tưởng nghiên cứu và tác giả đề tài
Nhằm góp phần nội địa hóa thiết bị chuyên dụng phục vụ ngành điện, Công ty Truyền tải điện 4 đã đăng ký đề tài “Nghiên cứu, chế tạo hợp bộ đo điện trở chạm đất nguồn điện một chiều” với Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT).
Tác giả đề tài là anh Khưu Hữu Nghĩa, cán bộ Đội Sửa chữa, Thí nghiệm điện 4. Đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu, chế tạo hợp bộ đo hoàn chỉnh, có khả năng ứng dụng ngay trong thực tiễn, phục vụ công tác định vị sự cố chạm đất nguồn DC tại các trạm biến áp 500kV, 220kV và 110kV.
Anh Khưu Hữu Nghĩa chia sẻ: “Các trạm biến áp truyền tải thường có quy mô lớn, hệ thống dây dẫn vận hành lâu dài dễ bị suy giảm cách điện do lão hóa hoặc tác động cơ học từ động vật, côn trùng. Khi xảy ra chạm đất, việc định vị điểm sự cố trong điều kiện lưới đang vận hành là thách thức lớn. Vì vậy, cần có thiết bị chuyên dụng hỗ trợ để xử lý kịp thời và hiệu quả.”
Nguyên lý thiết kế và đặc điểm kỹ thuật
Hợp bộ đo điện trở chạm đất một chiều được thiết kế dựa trên sơ đồ khối gồm:
Bộ nguồn xoay chiều: phát ra điện áp hình sin có tần số khác với tần số điện lưới công nghiệp (50Hz), điện áp ngõ ra điều chỉnh được và có khả năng tự hạn chế khi điện trở chạm đất quá thấp.
Cảm biến dòng điện không tiếp xúc (kẹp đo dòng): có độ nhạy cao, dùng để đo dòng điện chạy qua điểm chạm đất.
Bộ biến đổi tương tự – số (A/D): độ phân giải và tốc độ cao, lấy mẫu tín hiệu đồng bộ giữa điện áp phát ra và dòng điện đo được.
Bộ vi xử lý trung tâm: thu thập, xử lý tín hiệu, tính toán tổng trở, điện kháng và điện trở từng nhánh. Từ đó đưa ra kết luận về khả năng chạm đất.
Thiết bị được thiết kế gọn nhẹ, các module có chức năng tự bảo vệ, dễ tháo lắp, phù hợp mang theo khi thí nghiệm hiện trường và vận chuyển xa. Đây là điểm cải tiến quan trọng, giúp việc định vị sự cố trở nên nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài là minh chứng sinh động cho việc cụ thể hóa Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia. Việc nghiên cứu thành công hợp bộ đo điện trở chạm đất nguồn DC mang lại nhiều lợi ích như:
Tăng cường nội địa hóa thiết bị, giảm phụ thuộc nhập khẩu, tiết kiệm chi phí đầu tư và bảo trì.
Đáp ứng nhu cầu cấp bách trong vận hành, giúp phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng, nâng cao độ tin cậy lưới điện.
Khả năng phát triển lâu dài: có thể tiếp tục nghiên cứu để chuyển đổi thành thiết bị giám sát online, triển khai sản xuất hàng loạt, tạo lợi thế cạnh tranh về giá so với thiết bị ngoại nhập.
Đánh giá ban đầu và triển vọng triển khai
Trong quá trình xem xét, hội đồng khoa học đã đưa ra một số góp ý:
Bổ sung các tiêu chuẩn, quy định tham chiếu cho việc nghiên cứu, chế tạo.
Hoàn thiện thông số kỹ thuật và cấp chính xác của thiết bị.
Mở rộng giải đo điện trở chạm đất, giảm sai số đo ≤15%.
Dựa trên kết quả nghiên cứu và thử nghiệm ban đầu, đề tài đã được đăng ký lên EVNNPT và đang trong giai đoạn chờ quyết định cho phép triển khai tiếp theo. Đây là bước tiến quan trọng, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các đơn vị thí nghiệm điện trên toàn quốc.
Đề tài “Nghiên cứu, chế tạo hợp bộ đo điện trở chạm đất nguồn điện một chiều” không chỉ giải quyết một bài toán kỹ thuật nan giải trong vận hành lưới truyền tải điện, mà còn khẳng định năng lực nghiên cứu, sáng tạo của cán bộ công nhân viên ngành điện.
Nếu được triển khai thành công, sản phẩm sẽ góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đồng thời đánh dấu bước tiến quan trọng trong lộ trình làm chủ công nghệ và giảm dần sự phụ thuộc vào thiết bị nước ngoài. Đây là một minh chứng rõ nét cho tinh thần đổi mới sáng tạo trong doanh nghiệp nhà nước, đúng định hướng phát triển bền vững của ngành điện lực Việt Nam.
Mạch điện tử cơ bản thiết bị đo điện trở chạm đất một chiều.