Nhu cầu cấp thiết từ thực tế
Chống sét van (CSV) là phần tử đặc biệt quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho hệ thống điện, từ nhà máy điện, trạm biến áp cho đến các đường dây truyền tải. CSV có nhiệm vụ ngăn ngừa xung quá điện áp do sét hoặc quá điện áp nội bộ phát sinh trong quá trình thao tác, qua đó bảo vệ các thiết bị trên lưới điện, đảm bảo vận hành liên tục và ổn định.
Hiện nay, khối lượng công tác thí nghiệm, kiểm định bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò trên hệ thống điện là rất lớn. Trên thực tế, để đánh giá chất lượng CSV, các hãng thường cung cấp hợp bộ tạo xung sét cao áp nhằm thử nghiệm hoạt động của toàn bộ thiết bị, bao gồm cả bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò. Tuy nhiên, với các CSV cấp điện áp từ 220 kV trở lên, hợp bộ này có kích thước cồng kềnh, chi phí đầu tư rất cao và hoàn toàn phụ thuộc vào nhập khẩu.
Trong khi đó, việc tách riêng bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò để tiến hành thí nghiệm độc lập là hoàn toàn khả thi. Giải pháp này vừa đơn giản hóa quy trình, vừa giảm đáng kể chi phí, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác và tin cậy trong kiểm tra. Đây chính là cơ sở thực tiễn đặt ra yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hợp bộ thí nghiệm chuyên dụng trong nước.
Mục tiêu nghiên cứu
Trước đây, việc kiểm tra và đánh giá tình trạng làm việc của chống sét van chủ yếu dựa vào các phương pháp thủ công hoặc sử dụng thiết bị nhập khẩu, vừa tốn kém chi phí, vừa hạn chế trong khả năng triển khai tại hiện trường. Các công tác thí nghiệm thường chỉ dừng lại ở việc đo điện trở cách điện hoặc quan sát hiện tượng bên ngoài, chưa có thiết bị chuyên dụng để kiểm tra bộ đếm sét và theo dõi dòng rò một cách chính xác, liên tục.
Điều này khiến việc đánh giá tuổi thọ cũng như hiệu quả làm việc của chống sét van chưa thật sự sát thực tế, gây khó khăn cho công tác quản lý, vận hành và bảo dưỡng lưới điện. Do đó, nhu cầu về một hợp bộ thí nghiệm chuyên dụng, vừa đảm bảo độ tin cậy, vừa thuận tiện cho đào tạo và ứng dụng, trở nên hết sức cấp thiết.
Trước những hạn chế nêu trên, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công hợp bộ thí nghiệm bộ đếm sét và đồng hồ dòng rò không chỉ đáp ứng nhu cầu thực tế mà còn góp phần quan trọng vào việc chủ động nguồn thiết bị trong nước, giảm chi phí nhập khẩu, nâng cao năng lực tự chủ, an toàn và tin cậy trong ngành điện.
Giải pháp và nguyên lý hoạt động
Trong phạm vi đề tài, các bộ đếm sét hiện đang sử dụng trên lưới truyền tải được phân loại thành ba nhóm: loại tổng trở thấp, loại tổng trở cao và loại tổng trở cao có khe hở phóng điện. Hợp bộ thí nghiệm mới do nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo đã chứng minh được tính khả thi cao khi tiến hành thí nghiệm đối với cả ba loại bộ đếm sét hiện hành, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy trong quá trình kiểm định.
Đối với thí nghiệm hoạt động của bộ đếm sét, module mô phỏng xung sét hoạt động dưa trên sự tích và phóng điện tích của tụ điện kết hợp phóng điện mồi để thí nghiệm các bộ đếm có khe hở phóng điện. Dòng điện tối đa của module có thể tạo được đến 1kA và điện áp phóng điện mồi tối đa lên đến 15kV.
Đối với thí nghiệm đồng hồ đo dòng rò, hợp bộ có khả năng tạo dòng điện trong khoảng từ 0–50 mA, với tổng trở tải thay đổi từ 0–5 kΩ và bước nhảy 1 mA. Nhờ đó, thiết bị có thể kiểm tra được nhiều dải hoạt động khác nhau của đồng hồ dòng rò. Kết quả kiểm nghiệm một số loại đồng hồ thực tế cho thấy thiết bị hoạt động ổn định, dữ liệu đo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, chứng tỏ hợp bộ hoàn toàn đáp ứng mục tiêu đề ra.
Đặc biệt, hợp bộ thí nghiệm thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp trước đây. Toàn bộ quy trình cho phép tiến hành thí nghiệm đồng thời cả bộ đếm sét và đồng hồ dòng rò được tự động hoá bằng chương trình điều khiển số, giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu quả kiểm tra. Cầu đo và module nguồn dòng được điều khiển tự động, đảm bảo thao tác đơn giản, thuận tiện cho người vận hành. Bên cạnh đó, toàn bộ quy trình thí nghiệm áp dụng kỹ thuật số trên nền vi xử lý, vừa nâng cao độ chính xác vừa tạo điều kiện thuận lợi trong trường hợp cần nâng cấp phần mềm theo điều kiện hoạt động thực tế.
Làm chủ công nghệ
Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công hợp bộ thí nghiệm bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò đã khẳng định năng lực làm chủ công nghệ. Sản phẩm không chỉ tận dụng tối đa nguồn nhân lực nội ngành, giảm đáng kể chi phí nhập khẩu, mà còn góp phần nâng cao năng suất lao động, đảm bảo công tác thí nghiệm và vận hành hệ thống điện an toàn, tin cậy.
Đề tài đã tạo ra một thiết bị thí nghiệm chuyên ngành được gia công và sản xuất hoàn toàn trong nước, chủ động trong bảo trì và sửa chữa. Quy trình điều khiển bằng kỹ thuật số trên nền vi xử lý không chỉ giúp tăng độ chính xác mà còn thuận lợi cho việc nâng cấp phần mềm, cải tiến chức năng theo yêu cầu thực tế. Hợp bộ có thể thực hiện thí nghiệm cả ba loại bộ đếm sét hiện hành trong cùng một quy trình duy nhất, thao tác vận hành đơn giản, thuận tiện.
Đặc biệt, hệ thống cầu đo được chuyển đổi tự động, với một ngõ ra duy nhất có thể đáp ứng đồng thời cả thí nghiệm bộ đếm sét và đồng hồ dòng rò. Module nguồn dòng được lập trình điều khiển tự động, cho phép bơm dòng theo thông số cài đặt mà không phụ thuộc vào tổng trở tải của đối tượng cần thí nghiệm. Đây là những cải tiến quan trọng, khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và khả năng mở rộng ứng dụng của thiết bị trong thực tiễn.
Giá trị ứng dụng và chiến lược phát triển
Đề tài nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hợp bộ thí nghiệm bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò mang lại nhiều ý nghĩa thiết thực. Trước hết, thiết bị góp phần nâng cao tính tự chủ trong lĩnh vực chế tạo thiết bị thí nghiệm điện lực, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu, tiết kiệm chi phí cho ngành điện. Đồng thời, sản phẩm tạo tiền đề thúc đẩy hoạt động nghiên cứu – phát triển trong nước, phát huy nội lực khoa học – công nghệ và khẳng định năng lực làm chủ thiết kế, sản xuất các thiết bị chuyên ngành có độ chính xác cao.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã được Hội đồng đánh giá và xếp loại xuất sắc. Sau khi chế tạo thành công, sản phẩm đã được áp dụng thực tế tại Tổ Sửa chữa thiết bị điện Cần Thơ từ năm 2022 đến nay, cho thấy tính khả thi và hiệu quả cao. Trong thời gian tới, thiết bị có thể mở rộng triển khai ứng dụng tại các Đội thí nghiệm trong Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia, phục vụ công tác thí nghiệm, kiểm tra hoạt động của bộ đếm sét và đồng hồ đo dòng rò, góp phần đảm bảo vận hành hệ thống điện an toàn, ổn định và tin cậy.
Một số hình ảnh sau khi hoàn chỉnh hợp bộ thí nghiệm bộ đếm và đồng hồ đo dòng rò:
Module mô phỏng xung sét và chuyển mạch được lắp đặt ở tầng 1 của khung hợp bộ
Module nguồn dòng và mạch điều khiển trung tâm được lắp đặt lên tầng 2 của hợp bộ
Hợp bộ được lắp đặt hoàn chỉnh