Liệu một cuộc “khủng hoảng” về chất lượng điện năng đang đến gần? Thiết bị giám sát chất lượng điện năng trực tuyến APView cung cấp chẩn đoán chính xác về sóng hài, hiện tượng nhấp nháy và sụt áp!

I. Tình trạng hiện tại của việc giám sát chất lượng điện năng trong các ngành công nghiệp khác nhau

1.1 Phát điện gió: Sóng hài (sự không tương thích giữa máy phát điện và thiết bị điện tử công suất); độ lệch điện áp (khi khởi động và tắt máy phát điện tuabin gió); độ lệch tần số sẽ xảy ra trong các lưới điện nhỏ, biệt lập.

1.2 Phát điện năng lượng mặt trời: Sóng hài (biến tần); dao động và nhấp nháy điện áp (dao động ngẫu nhiên của công suất đầu ra); thành phần DC (biến tần).

1.3 Trung tâm dữ liệu: Sóng hài (bộ nguồn chuyển mạch, UPS, thiết bị chuyển đổi tần số).

1.4 Ngành công nghiệp hóa dầu: Độ nhạy cao với biến động điện áp, tức là “sụt áp tức thời” (có thể gây ngừng hoạt động của các nhà máy hóa dầu); sụt áp (do các động cơ lớn và nhóm động cơ gây ra).

1.5 Ngành công nghiệp luyện kim: Sóng hài (thiết bị điều khiển tốc độ của máy cán thép và quạt gió lớn); dao động điện áp (lò hồ quang).

1.6 Ngành công nghiệp bán dẫn: Độ nhạy cao của thiết bị.

II. Phân tích nhu cầu giám sát chất lượng điện năng

Với sự nâng cao mức độ tự động hóa trong môi trường điện, tỷ lệ các tải phi tuyến khác nhau được thể hiện bằng công nghệ điện tử công suất, như chỉnh lưu, biến tần và chuyển đổi tần số, đang ngày càng tăng. Thêm vào đó, do các phương pháp điều chỉnh chưa hoàn thiện và sự can thiệp từ bên ngoài, chất lượng điện năng đã suy giảm. Một lượng lớn các thiết bị điện tử chính xác được điều khiển bằng máy tính và vi xử lý được sử dụng trong các doanh nghiệp kinh tế quốc gia, ngày càng nhạy cảm với chất lượng nguồn cung cấp điện và đặt ra các yêu cầu cao hơn về chất lượng điện năng. Do đó, các vấn đề về chất lượng điện năng và giải pháp của chúng dần trở thành một điểm nóng trong nghiên cứu.

Quy định về quản lý chất lượng điện năng (tạm thời) chỉ ra rằng việc quản lý chất lượng điện năng phải tuân theo nguyên tắc “hướng dẫn theo tiêu chuẩn, phòng ngừa trước tiên và xử lý toàn diện”. Các bên phát điện, cung cấp và tiêu thụ điện năng phải thực hiện khái niệm chủ động phòng ngừa và kiểm soát chất lượng điện năng trong toàn bộ quá trình lập kế hoạch, thiết kế, xây dựng và vận hành dự án, nhằm cùng nhau duy trì môi trường vận hành điện an toàn.

Để nâng cao chất lượng điện năng của lưới điện, trước tiên cần tiến hành kiểm tra và phân tích chất lượng điện năng một cách chính xác, đo lường mức chất lượng điện năng của lưới điện, phân tích và xác định nguyên nhân của các vấn đề về chất lượng điện năng khác nhau, nhằm tạo cơ sở cho việc cải thiện chất lượng điện năng.

III. MÁY PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG DÒNG APVIEW

1. Chức năng giám sát – Giám sát trạng thái ổn định

Thiết bị đo điện áp, dòng điện, công suất, năng lượng điện, v.v.; độ lệch điện áp; mất cân bằng điện áp; mất cân bằng dòng điện; điện áp hài/dòng điện hài; điện áp xen kẽ/dòng điện xen kẽ; công suất hài; góc pha hài; tổng méo hài (THD); sóng hài tần số cao; dao động và nhấp nháy điện áp; thay đổi điện áp nhanh. Dữ liệu giám sát được hiển thị trên giao diện thiết bị, cho phép xem dạng sóng thời gian thực và dạng sóng lỗi.

2. Chức năng giám sát – Giám sát quá độ

Ghi nhận các sự kiện sụt áp, xác định nguồn gây sụt áp và phân tích đường cong dung sai sụt áp.

Gián đoạn ngắnĐây là hiện tượng trong hệ thống điện, trong đó giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp tần số nguồn tại một điểm nhất định đột ngột giảm xuống dưới 0,1 pu, rồi trở lại bình thường sau một khoảng thời gian ngắn từ 10 ms đến 1 phút.

Sụt ápĐây là hiện tượng trong hệ thống điện, trong đó giá trị RMS của điện áp tần số nguồn tại một điểm nhất định đột ngột giảm xuống trong khoảng từ 0,1 pu đến 0,9 pu, rồi trở lại bình thường sau một khoảng thời gian ngắn từ 10 ms đến 1 phút.

Tăng điện ápĐây là hiện tượng trong hệ thống điện, trong đó giá trị RMS của điện áp tần số nguồn tại một điểm nhất định tạm thời tăng lên trong khoảng từ 1,1 pu đến 1,8 pu, sau đó trở lại bình thường sau một khoảng thời gian ngắn từ 10 ms đến 1 phút.

Bằng cách thu thập dữ liệu như dạng sóng và các thông số điện trong quá trình xảy ra và chấm dứt sự cố, phương pháp trở kháng tương đương được sử dụng để xác định và phân tích vị trí biến đổi trở kháng, nhằm xác định xem nguồn gây sụt áp nằm ở phía đường dây hay phía thanh cái.

3. Chức năng giám sát – Giám sát tức thời

Giám sát quá độ điện áp và giám sát quá độ dòng điện. Bản ghi sự kiện và biểu đồ dao động lỗi tại thời điểm xảy ra lỗi có thể được xem trên giao diện thiết bị và thiết bị đầu cuối web.

Trạng thái tạm thời: Chỉ sự thay đổi đơn lẻ về điện áp và/hoặc dòng điện trong điều kiện ổn định, với thời gian kéo dài dưới vài chu kỳ. Nó thường bao gồm hai loại hiện tượng, đó là quá độ xung và quá độ dao động.

4. Chức năng giám sát – Dạng sóng lỗi

Độ lệch điện áp, độ lệch tần số, tăng áp, giảm áp, gián đoạn điện áp ngắn hạn và quá độ điện áp.

THƯƠNG MẠI COMTRADEĐây là định dạng tập tin dữ liệu phù hợp cho các dạng sóng thoáng qua và dữ liệu sự kiện thu được từ các mô hình hệ thống điện.

5. Chức năng giám sát – Ghi âm và lưu trữ

Lưu trữ dữ liệu PQDIF, xuất dữ liệu, lưu bản ghi sự kiện dưới dạng tệp định dạng PQDIF và các tệp nén dữ liệu trạng thái ổn định trong vòng 2 giờ.

Dung lượng chip lưu trữ đạt đến 32 GB, cho phép lưu trữ dữ liệu điểm giám sát theo thời gian thực. Dữ liệu trong 1 phút (bao gồm giá trị trung bình, giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, giá trị xác suất 95% và giá trị trung bình bình phương gốc) có thể được lưu trữ trên thiết bị trong tối đa 3 tháng, sau đó dữ liệu sẽ được cập nhật theo nguyên tắc vào trước ra trước (FIFO).

Kiểu dữ liệu PQDIF tuân thủ các thông số kỹ thuật của Định dạng trao đổi dữ liệu chất lượng điện DL/T 1608, và dữ liệu PQDIF có thể được lưu trữ trong 90 ngày. Dữ liệu PQDIF và dữ liệu biểu đồ lỗi được thiết bị ghi lại có thể được lưu cục bộ thông qua giao thức FTP.

6. Chức năng giám sát – Máy chủ web

Giám sát trạng thái ổn định, giám sát trạng thái chuyển tiếp, giám sát tức thời, ghi biểu đồ lỗi, thống kê tỷ lệ đạt tiêu chuẩn, v.v.

IV. Các trường hợp ứng dụng của giám sát chất lượng điện năng trực tuyến

4.1 Ngành công nghiệp bán dẫn – Dự án nghiên cứu, phát triển và sản xuất tấm bán dẫn cao cấp tại Thượng Hải

Yêu cầu dự án

Khách hàng chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển, sản xuất và kinh doanh các tấm bán dẫn chất lượng cao, cũng như nhập khẩu và xuất khẩu hàng hóa và công nghệ. Việc triển khai các thiết bị giám sát chất lượng điện năng trực tuyến được thiết kế để tập trung vào việc giám sát sự tăng/giảm điện áp, dao động điện áp, sóng hài/sóng chéo điện áp, sóng hài/sóng chéo dòng điện và các thông số quan trọng khác. Bằng cách tiến hành phân tích khoa học về điện áp và dòng điện của hệ thống phân phối điện dựa trên dữ liệu thông số điện thu thập được, tình trạng chất lượng điện năng theo thời gian thực có thể được phản ánh một cách kịp thời, chính xác và hiệu quả hơn. Điều này đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của toàn bộ nhà máy và giảm thiểu thiệt hại về thiết bị và tài sản do các vấn đề về chất lượng điện áp gây ra.

Cấu hình giải pháp

Hệ thống phân phối điện của dự án này bao gồm 1 trạm chuyển mạch và 3 trạm biến áp 10kV. Mỗi hệ thống phân phối điện đều sử dụng cấu hình hai đường dây vào và một nút giao. Một thiết bị giám sát chất lượng điện trực tuyến APView500 được lắp đặt tại mỗi đoạn đường dây vào của mỗi trạm biến áp, với tổng cộng 8 thiết bị được triển khai để giám sát chất lượng điện năng của tất cả các mạch đường dây vào. Để cho phép giám sát thời gian thực hoạt động của toàn bộ hệ thống cung cấp điện và thu thập dữ liệu, dự án được trang bị nền tảng quản lý hiệu quả năng lượng lưới điện siêu nhỏ doanh nghiệp AcrelEMS, cho phép giám sát toàn diện từ phía tiêu thụ điện 35kV xuống đến 0,4kV.

4.2 Ngành công nghiệp bán dẫn – Dự án sản xuất vật liệu điện tử

Các vấn đề chính về chất lượng điện năng trong ngành sản xuất chất bán dẫn như sau:

Các vấn đề hài hòa

Các trạm kiểm tra IC, thiết bị điều khiển PLC, thiết bị xử lý wafer để chế tạo chip và thiết bị bán dẫn điều khiển bằng biến tần đều là những nguồn gây méo hài chính. Những sóng hài này không chỉ gây ra sự cố trong chính thiết bị mà dòng điện hài phản hồi vào lưới điện cũng có thể gây quá nhiệt trong các mạch khác, hoạt động sai của các công tắc điện tử và điện áp cung cấp không ổn định. Trong trường hợp nghiêm trọng, chúng thậm chí có thể dẫn đến việc ngừng hoạt động dây chuyền sản xuất và loại bỏ các sản phẩm bán thành phẩm. Hơn nữa, việc chuyển đổi tải thường xuyên của các thiết bị năng lượng cao – bao gồm thiết bị epitaxy, thiết bị khuếch tán và thiết bị cấy ion – làm trầm trọng thêm sự suy giảm của môi trường tiêu thụ điện năng.

Sụt áp và gián đoạn điện

Thiết bị sản xuất chất bán dẫn hiện đại rất dễ bị ảnh hưởng bởi sự dao động chất lượng điện năng. So với các ngành công nghiệp truyền thống, quy trình sản xuất chất bán dẫn và màn hình LCD đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng sụt áp: chỉ cần sụt áp với biên độ từ 85%–90% giá trị định mức và kéo dài chỉ 16ms cũng đủ để kích hoạt thiết bị ngừng hoạt động. Trong trường hợp gián đoạn ngắn, tải thường bị ngắt hoàn toàn khỏi hệ thống cung cấp điện (với biên độ điện áp giảm xuống dưới 10% giá trị định mức).

Cả hiện tượng sụt áp và gián đoạn ngắn hạn đều có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động của thiết bị trong ngành công nghiệp bán dẫn. Tuy nhiên, xác suất xảy ra sụt áp cao hơn đáng kể so với gián đoạn ngắn hạn. Các khảo sát liên quan cho thấy sụt áp chiếm 70%–80% tổng số sự cố trong hệ thống phân phối điện, trong khi ở hệ thống truyền tải, tỷ lệ sự cố do sụt áp gây ra vượt quá 90%.