Tin thêm về giải pháp vệ sinh lưới điện cao áp đang mang điện

Công ty Truyền tải điện 3 (PTC3) có nhiệm vụ quản lý vận hành lưới điện 220kV, 500kV khu vực Nam Miền Trung và Tây Nguyên. Đây là vùng thường bị nhiễm bẩn từ hơi nước muối biển và bụi đất đỏ bazan.

Hậu quả là khi gặp điều kiện thời tiết bất lợi như sương muối, mưa phùn sẽ phát sinh phóng điện vầng quang, nếu không xử lý vệ sinh kịp thời sẽ có nguy cơ phóng điện tràn, ngắn mạch, gây sự cố đường dây, làm suy giảm khả năng cách điện, tăng tổn hao công suất trên lưới, gián đoạn cung cấp điện của hệ thống. Vì vậy, giám sát và vệ sinh cách điện là một trong những nhiệm vụ quan trọng của thợ truyền tải.

Ông Nguyễn Văn Xuân, phó giám đốc PTC3 cho biết, ở các nước công nghiệp tiên tiến, việc vệ sinh cách điện hầu như được thực hiện hotline (vệ sinh khi đường dây vẫn mang điện). Công nhân làm vệ sinh hotline được sử dụng các phương tiện cơ giới hiện đại như máy bay trực thăng hoặc xe thang chuyên dụng; môi chất sử dụng thường là nước cách điện, được bắn rửa với áp lực cao.

Cách làm này đảm bảo an toàn nhưng rất tốn kém kinh phí nên không thể áp dụng ở Việt Nam. Vì vậy, PTC3 thường phải đăng ký cắt điện đường dây 500kv ít nhất 3 lần/năm để vệ sinh thủ công. Vì thời gian cắt điện ngắn, khối lượng vị trí cột nhiễm bẩn nhiều nên mỗi lần tổ chức vệ sinh, PTC3 phải điều động toàn bộ nguồn nhân lực đường dây hiện có ở các đơn vị để làm vệ sinh (khoảng 350 người làm vệ sinh cho 500 vị trí trong 1 ngày). Vì thời gian cắt điện có hạn nên luôn tạo nên áp lực rất lớn cho người lao động, làm tăng nguy cơ mất an toàn khi làm việc trên cao. Hơn nữa, việc cắt điện để vệ sinh đã gây bất lợi lớn cho hệ thống, nhất là vào mùa khô, nếu cắt điện 1 đường dây để vệ sinh, chỉ còn lại 1 đường dây tải điện thì nguy cơ rã lưới diện rộng là rất lớn.

Với mục đích giảm thiểu việc cắt điện, chủ động trong xử lý nhiễm bẩn cách điện, PTC3 đã đăng ký nghiên cứu đề tài “Vệ sinh cách điện lưới truyền tải (220 kV, 500 kV) đang mang điện bằng nước áp lực cao”. Đây là công việc hoàn toàn mới, chưa từng được làm ở Việt Nam, lại thực nghiệm trên đường dây siêu cao áp nên rất nguy hiểm. Vì vậy, vấn đề đặt ra ưu tiên hàng đầu là phải đảm bảo an toàn cho người, thiết bị và an toàn cho cả hệ thống. Đồng thời giúp thợ đường dây chủ động được trong việc vệ sinh cách điện nhiễm bẩn, giảm được chi phí quản lý, giảm cường độ lao động cho công nhân, đặc biệt là giảm được nguy cơ phóng điện gây sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống.

Theo Phó giám đốc Nguyễn Văn Xuân, ngoài 4 chỉ tiêu phải đảm bảo an toàn cho con người như dòng điện rò, điện áp cao, điện từ trường và làm việc trên cao, yếu tố quyết định cho sự thành công của đề tài chính là việc thực hiện phương pháp khử ion theo công nghệ mới để nước không còn khả năng dẫn điện. Kết quả này cho phép người quản lý có thể trang bị hệ thống xử lý nước ngay trên ôtô và vận hành ngay tại hiện trường với chi phí đầu tư thấp, khá gọn nhẹ. Nước cách điện (đã qua xử lý ion) được chứa trong bồn sạch (bằng nhựa hoặc inox), thể tích tùy thuộc vào tải trọng của xe ôtô, thường để lượng nước đủ vệ sinh trong ngày cần khoảng 2m3 cho một nhóm công tác. Trên bồn nước có gắn thiết bị giám sát online cách điện của nước. Bồn nước này có thể bố trí cùng với thiết bị động lực và hệ thống xử lý nước trên một xe tải để tiện cơ động. Nước được bắn lên theo vòi nước với áp lực cao 70-100kg/cm2 để rửa sạch bụi bẩn.

Sau hơn hai năm nghiên cứu, thực nghiệm trong xưởng và thử nghiệm ở hiện trường lưới 220 kV, 500 kV đang mang điện, từ tháng 4/2010 đến nay, hàng loạt cuộc thử nghiệm tại các trạm biến áp đã thành công như vệ sinh cách điện đường dây 220 kV Tuy Hòa- Nha Trang đang mang điện, vệ sinh hotline cấp điện áp 500 kV tại TBA 500 kV Pleiku, vệ sinh hotline thiết bị trong TBA 220kV Nha Trang (bao gồm máy cắt, chống sét van, dao cách ly, biến điện áp, biến dòng điện và MBA 220/110 kV).

Đặc biệt, thực nghiệm vệ sinh cách điện đường dây 220 kV Krông Bút- Buôn Khớp (vị trí 56) và đường dây 500 kV Pleiku- Phú Lâm (vị trí 2702) khi đường dây vẫn đang mang điện được thực hiện rất nhanh chóng (mỗi chuỗi cách điện 500 kV chỉ bắn rửa trong 30 giây và chuỗi 220 kV trong 15 giây). Nếu như trước kia muốn làm vệ sinh 1 cột đỡ có 4 chuỗi cách điện 2 công nhân làm mất 2 giờ với tổng kinh phí khoảng 693.000 đ/cột, nay chỉ hết 20 phút (kể cả thời gian bố trí thiết bị và vận hành) với tổng kinh phí khoảng 291.000 đ/cột. Điều quan trọng là vẫn đảm bảo vận hành lưu thông dòng điện mà không phải cắt điện như trước.

Hiện nay, Công ty Truyền tải điện 3 đang dự kiến thành lập một đội vệ sinh hotline, trang bị trọn bộ một hệ thống thiết bị vệ sinh hotline và xử lý nước để triển khai trên lưới. Đồng thời tiếp tục đầu tư nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ, tiến hành biên soạn qui trình công nghệ, làm thủ tục chứng nhận cấp phép đến trang bị thiết bị đồng bộ, huấn luyện đào tạo nguồn nhân lực, chuyển giao công nghệ trong ngành…

Theo: CôngThương

Sóng hài: nguyên nhân, tác hại và giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới

Sóng hài là gì ?

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5.

Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao.

Hiệu ứng của sóng hài

Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện. Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung. Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá huỷ chất điện môi. Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị đo cho kết quả sai.

Dòng hài được tạo ra như thế nào?

Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn…

Giải pháp giảm ảnh hưởng phát xạ sóng hài từ các bộ biến tần?

Bản thân các bộ biến có chứa các phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây ra sóng hài. Tuy nhiên, dòng điện hài nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cấu trúc của hệ truyền động và tải, nếu sử dụng động cơ lớn (so với biến áp nguồn) hay tăng tải động cơ đều làm tăng dòng điện hài. Do vậy, để giảm được sóng hài, buộc các nhà sản xuất công nghiệp phải sử dụng các bộ biến tần phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngoài. Trong đó, muốn giảm dòng điện hài phải tăng điện cảm AC, DC hoặc tăng số van chỉnh lưu trong bộ chỉnh lưu và giảm điện áp hài gây ra bởi dòng điện hài phải tăng công suất biến áp, giảm trở kháng biến áp hay tăng khả năng chịu ngắn mạch của nguồn.

Dùng chỉnh lưu 6 xung, 12 xung và 24 xung

Mạch chỉnh lưu trong các biến tần 3 pha sử dụng công nghệ điều chế độ rộng xung (PWM) thông thường là cầu diode 6 van. Các bộ chỉnh lưu đó có đặc điểm là đơn giản, chắc chắn và rẻ, nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng hài bậc thấp.

Cầu chỉnh lưu diode 12 van được tạo ra bằng cách nối song song hai bộ chỉnh lưu 6 van, nó cho ra dòng điện trơn hơn cầu 6 van. Tương tự, bộ chỉnh lưu 24 van được tạo ra đơn giản từ việc ghép bốn bộ 6 van với nhau.

Sử dụng cầu IGBT (Integrated Gate Bipolar Thyristor)

Một bộ biến đổi tích cực IGBT có thể dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều đầu vào. Nó sẽ giúp làm cải thiện hệ số công suất, giảm sóng hài và mang lại nhiều lợi ích như: An toàn cả khi mất nguồn; điều khiển chính xác toàn dải trong chế độ chỉnh lưu và tái sinh; cho phép trả ngược năng lượng về lưới; dòng điện cung cấp có dạng sóng gần sin với thành phần hài nhỏ. IGBT có ít thành phần hài thấp ở tần số thấp, nhưng lại tăng cao ở tần số cao hơn; có khả năng nâng điện áp. Khi điện áp nguồn bị giảm xuống, điện áp một chiều DC có thể được khuyếch lên để giữ cho điện áp động cơ cao hơn điện áp nguồn cung cấp.

Phương pháp giảm thiểu sóng hài

Bộ biến đổi giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp hạ thấp sóng hài một cách đơn giản hợp nhất trong biến tần. Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung. Các biến tần giảm thiểu sóng hài sinh ra các thành phần hài bậc thấp ở phía  đầu vào với tổng dòng méo thấp hơn 5%.

Vì vậy, biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp đơn giản, giá thành thấp để thoả mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nguồn.

Nâng cao chất lượng điện lưới

Trong biến tần với cầu diode 6 xung, dòng điện phía lưới là không sin và chứa các thành phần song hài, đặc biệt là thành phần bậc 5 và bậc 7. Nó được biểu hiện bằng kiểu dòng méo, có thể tới 30-50%. Trong biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB, việc sử dụng phương pháp DTC (Direct Torque Control) và bộ lọc sẽ làm dòng điện hài giảm nhỏ hơn 5%. Kết quả là dòng điện hình sin làm cho hình dạng của điện áp lưới gần như không méo.

Cần sớm có quy định kiểm soát sóng hài

Lý tưởng mà nói, dòng điện xoay chiều trên lưới điện của các công ty điện lực cung cấp cho các hộ tiêu thụ phải là hình sin. Tuy nhiên, sự tồn tại các phần tử phi tuyến trên lưới điện của nhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, ảnh hưởng đến tính năng vận hành của lưới điện và thiết bị. Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của máy biến áp, động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn công suất như điốt, tiristo của các bộ biến đổi. Thường thì sóng hài bậc 3 triệt tiêu được nhờ cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp (cùng với đó là tổn thất điện năng), song các sóng hài bậc lẻ khác (giá trị lớn nhất là bậc 5 và bậc 7) vẫn lan truyền theo đường dây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu đến sự vận hành của các thiết bị, nhất là các động cơ ba pha… chưa kể các sóng hài bậc cao hơn có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian, ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng rađiô.

Chính vì vậy, khi đầu tư xây dựng công trình cần chọn loại thiết bị ít gây sóng hài và sử dụng các phương tiện bổ sung để giảm thiểu sóng hài. Đồng thời, về phía các cơ quan quản lý nhà nước, cũng nên xem xét và sớm có quy định cụ thể để kiểm soát sóng hài.

Theo: TC Điện lực

Lập kế hoạch hoạch bảo trì và theo dõi tốt hơn hệ thống lưới điện với giải pháp CBM

Bảo trì dựa trên tình trạng thiết bị (Condition- Based Maintenance – CBM) theo thời gian thực là giải pháp độc đáo cho vấn đề muôn thuở là làm sao để lập kế hoạch hoạch và theo dõi tốt hơn các qui trình bảo trì và các thiết bị quan trọng.

Mục tiêu của tất cả các công ty truyền tải và phân phối điện là cung cấp điện tin cậy và liên tục, nhưng để duy trì hệ thống luôn vận hành tốt không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Điện năng phải được sản xuất, truyền tải và phân phối – hầu như tức thời – tới điểm tiêu thụ của khách hàng.

Hãy hình dung trường hợp điển hình đối với công ty truyền tải khi xảy ra sự cố nhảy máy cắt. Đầu tiên người vận hành đóng máy cắt,  máy cắt nhảy. Nghi ngờ tiếp điểm chưa tiếp xúc, anh ta cố đóng lại lần nữa. Thử nghiệm xác định sự cố – cắt, đóng, cắt, đóng – khiến máy cắt phải chịu ứng suất nặng nề.

Điều gì sẽ xảy ra nếu như người vận hành có mọi dữ liệu hồi cố – về hao mòn trong quá trình sử dụng, nhật ký vận hành, sự cố trước đây – cũng như những dữ liệu theo thời gian thực về thiết bị đó? Trong trường hợp này, những dữ liệu về thiết bị sẽ giúp ích cho việc đưa ra quyết định. Nếu có được những thông tin này, người vận hành đã có thể hành động tự tin hơn, tránh tạo ra các ứng suất lên thiết bị khi thực hiện phép thử và sai theo kiểu mò mẫm.

Nếu cộng hàng trăm những trường hợp như vậy xảy ra hằng ngày với các thiết bị ở xa, sẽ là một vấn đề không nhỏ trong một hệ thống. Thay đổi phương pháp này bằng việc sử dụng những dữ liệu chính xác theo thời gian thực trong công tác vận hành, sẽ đem lại hiệu quả tích cực đến độ tin cậy và hiệu quả hoạt động.

Các công ty sử dụng dữ liệu theo thời gian thực trong các hệ thống SCADA và EMS hiện mới chỉ khai thác được trên bề mặt lượng thông tin có được. Hiện nay, thông qua các hệ thống điều khiển theo thời gian thực mới chỉ thu thập được 10% tổng số dữ liệu vận hành (mà không phải lúc nào cũng được lưu trữ lâu dài). Số 90% còn lại bao gồm những dữ liệu chưa được khai thác đầy đủ.

Bằng việc tập trung tất cả các dữ liệu động vào cùng nơi lưu trữ, sau đó theo dõi và phân tích trên quan điểm vận hành và kỹ thuật, các công ty điện lực có thể biến nguồn dữ liệu dồi dào này thành những thông tin hữu hiệu, tác động trực tiếp tới hiệu quả và năng suất hoạt động.

Khi mọi thứ ngày một già cỗi

Cắt điện ngoài kế hoạch có thể gây nhiều tổn thất và rất nhiều phiền hà nếu không được kiểm soát tốt. Do mức độ kết nối cao của hệ thống điện hiện đại ở Bắc Mỹ, nhiễu loạn cục bộ cũng có thể ảnh hưởng trên diện rộng tới độ tin cậy của hệ thống.

Để tăng cường hiệu quả quản lý thiết bị và tích hợp các dữ liệu theo thời gian thực vào các qui trình sao cho hiệu quả về kinh tế, các công ty điện lực phải xét đến thực tế là cơ sở hạ tầng ngày một cũ nát và lực lượng lao động có kinh nghiệm kỹ thuật và đúng chuyên ngành ngày một khan hiếm.

Trong khi các công ty điện lực đang tìm cách xin điều chỉnh giá điện thông qua ủy ban quản lý các doanh nghiệp công ích (Public Utility Commission – PUC) để tăng vốn đầu tư cho các dự án cải thiện cơ sở hạ tầng và vận động hành lang để Quốc hội thông qua, thì các dữ liệu về doanh nghiệp theo thời gian thực lại có thể khẳng định các thiết bị đắt tiền mặc dầu đã cũ, vẫn sẽ vận hành an toàn trong thời gian dài hơn.

Ngoài ra, trong tình hình phân bố tuổi của lực lượng lao động có sự thay đổi, các công ty cần phát huy tối đa nguồn dữ liệu thời gian thực của họ, tạo ra cơ chế nắm bắt những “tri thức nội bộ” để áp dụng trong toàn công ty.

Tạo lợi thế cạnh tranh nhờ giải pháp CBM

Làm thế nào để các công ty điện lực duy trì được lợi thế cạnh tranh và hoạt động như một doanh nghiệp truyền thống chịu sự điều tiết trong điều kiện thị trường cạnh tranh ngày nay? Câu trả lời là cắt giảm chi phí bảo trì thiết bị, quản lý đầu tư và tài sản một cách chiến lược hơn.

Theo thời gian, các qui trình bảo trì và hệ thống đã thay đổi rất nhiều. Ban đầu, bảo trì là  để phòng chống hư hỏng cơ khí các thiết bị, nhưng khi công nghệ ngày một phát triển, giải pháp cũng thay đổi dần, từ mô hình bảo trì định kỳ sang mô hình bảo trì theo tình trạng thiết bị.

Giờ đây, các hệ thống bảo trì hiệu quả có khả năng phát hiện sớm sự xuống cấp dưới mọi hình thức nhờ các biện pháp bảo trì tiên liệu kết hợp với CBM.

Giải pháp bảo trì tiên liệu (predictive maintenance) bao gồm các phương pháp tiên đoán hoặc chẩn đoán các vấn đề rắc rối trong một thiết bị, dựa trên xu hướng kết quả thử nghiệm. Các phương pháp này sử dụng các kỹ thuật thử nghiệm không phá hủy để đo và xác định xu hướng biến đổi tính năng của thiết bị đó.

Bảo trì dựa trên tình trạng thiết bị (CBM) là phương pháp luận kết hợp bảo trì tiên liệu và bảo trì dự phòng (preventive maintenance) với theo dõi theo thời gian thực. Hệ thống CBM phát hiện được nguồn gốc hư hỏng từ rất sớm trước khi xảy ra sự cố, nhờ đó công tác bảo trì mang tính phòng ngừa tích cực.

Công nghệ CBM xác định chính xác hiện trạng của hệ thống cơ khí và dự đoán khả năng hệ thống có thể hoạt động mà không xảy ra sự cố. Công nghệ này sử dụng mức ứng suất được tạo ra trong quá trình thiết kế máy, đo đạc những thông số thích hợp nhằm định lượng mức ứng suất hiện tại, hiệu chỉnh các môi trường vận hành để các mức này tương thích với sản lượng kinh tế ứng với tuổi thọ của thiết bị.

Nâng cao công tác quản lý thiết bị bằng hệ thống CBM

Công nghệ CBM bổ sung thêm hai yếu tố quan trọng cho các giải pháp bảo trì tiên liệu truyền thống.

Trước hết, hệ thống CBM rà soát toàn bộ hệ thống và tất cả các tài sản thiết bị. Cách tiếp cận tổng thể này là bước chuyển đổi căn bản so với những công nghệ manh mún trước đây. Mặc dầu CBM có thể thực hiện theo từng bước, tuy nhiên tiềm năng lớn nhất của giải pháp này được phát huy khi CBM được áp dụng nhất quán và đồng đều trên toàn bộ lớp tài sản thiết bị, áp dụng triệt để các ý tưởng về bảo trì.

Yếu tố bổ sung thứ hai là ý tưởng kéo dài khoảng cách giữa các lần bảo trì. Công nghệ CBM thay thế việc bảo trì định kỳ cứng nhắc bằng việc bảo trì theo lịch biểu dựa trên tình trạng thiết bị. CBM chủ động phân tích dữ liệu về tình trạng máy để dựa vào đó lên kế hoach và lập lịch biểu bảo trì hoặc sửa chữa trước khi xảy ra sự cố.

Sử dụng triệt để dữ liệu trong toàn bộ hệ thống sẽ giúp công ty ngăn ngừa sự cố. Yếu tố quan trọng chính là dữ liệu: kết hợp giữa dữ liệu thời gian thực với dữ liêu theo yêu cầu cộng với những thông tin ít nhạy cảm với thời gian hơn. Bằng cách tự động phân tích dữ liệu trước khi chuyển tới tất cả các bên chịu trách nhiệm, các công ty điện lực có thể biến những dữ liệu xếp đống này thành những thông tin hữu hiệu.

Với những thông tin hữu hiệu này, các công ty có thể áp dụng các biện pháp phòng ngừa và hành động theo phân cấp ưu tiên một cách tự tin, đồng thời thu thập những tri thức riêng lẻ dưới dạng thuật toán, phân tích, qui tắc trong doanh nghiệp sao cho có thể ứng dụng các thông tin này cho các thiết bị hoặc lưới điện cùng loại của công ty điện lực.

Với CBM, công ty chỉ tiến hành bảo trì khi cần thiết nhằm không để xảy ra trường hợp suy giảm tính năng vận hành hoặc sự cố, loại bỏ phương án bảo trì định kỳ tốn kém, và giảm đáng kể xác suất hư hỏng cơ khí.

Ngày nay, phương pháp chủ động nhận diện và xử lý những vấn đề về bảo trì có thể đem lại lợi ích lớn trong kinh doanh.

Khi các công ty chế tạo và các công ty điện lực càng ngày càng cạnh tranh nhiều hơn trên thị trường toàn cầu, thì độ khả dụng cao trở thành một yêu cầu. Các công ty phải điều hành các doanh nghiệp truyền thống chịu sự điều tiết sao cho đảm bảo tính cạnh tranh, cắt giảm chi phí bảo trì, quản lý đầu tư và tài sản một cách chiến lược và hiệu quả.

Cũng vậy, trong thị trường phi điều tiết, dịch vụ khách hàng và thỏa mãn khách hàng là vấn đề thiết yếu. Các công ty điện phải cố gắng đạt tính năng tối đa với mức chi phí chu kỳ tuổi thọ thấp nhất, đồng thời tăng độ tin cậy của hệ thống bằng việc loại trừ những sự cố thiết bị tai hại. Hệ thống CBM sẽ giúp nhận biết những sự cố ngay lúc ban đầu trước khi chúng trở nên nghiêm trọng.

CBM – Hệ thống dẫn đường của bạn

Bằng cách đưa ra những thông tin có giá trị – ví dụ như các phân tích, thông báo hay báo động, những hiển thị trực giác – kết hợp với các dữ liệu thời gian thực, các công ty điện có thể ứng phó với vô vàn thách thức về lực lượng lao động có tuổi đời ngày càng cao, quản lý chủ động số lượng thiết bị ngày càng lớn và yêu cầu đáp ứng ngày càng tăng.

Được truy cập hàng đống các dữ liệu vận hành tự nó không hề đảm bảo người vận hành hay người kỹ sư có thể phát hiện được nguy cơ hay sự cố ngầm bên trong. Giải pháp CBM tùy thuộc vào:

Khả năng dễ dàng lập các phép tính hoặc các thông báo nhắc nhở người vận hành phải hành động;

Dự báo xu hướng thời gian thực kết hợp với những phân tích biến những dữ liệu sẵn có thành những thông tin hiệu quả, nhận ra những xu hướng và hiện tượng bất thường của hệ thống (đây là cốt lõi của vấn đề quản lý hiệu quả các tài sản thiết bị, đặc biệt đối với các thiết bị ở xa, hay phân tán cao);

Hiển thị theo yêu cầu và báo động là yêu cầu tất yếu đảm bảo sự thành công – hiển thị phải mang tính trực giác xúc tích, chính xác và có khả năng điều hướng.

Các công ty điện cần phải xây dựng chiến lược lâu dài để thay thế dần cơ sở hạ tầng đường dây truyền tải và trạm biến áp truyền tải và phân phối đang cũ dần, một cách chủ động và tùy thuộc mức độ rủi ro, nhằm nâng cao độ tin cậy và kiểm soát chi phí vận hành và bảo trì. Các công ty cũng còn phải có kế hoạch chi tiêu để hỗ trợ việc thay thiết bị đã cũ, kể cả việc dự trữ những phụ tùng thiết bị ở mức cần thiết.

Bằng cách từ bỏ chế độ bảo trì định kỳ để chuyển sang chế độ quản lý tài sản thiết bị mang tính năng động và hiệu quả hơn, các công ty điện có thể tiên đoán tốt hơn các sự cố trước khi xảy ra, giảm thiểu các sự cố gây tổn thất, tự động thông báo yêu cầu bảo trì và kéo dài tuổi thọ của thiết bị thông qua việc theo dõi tính năng một cách hiệu quả hơn.

Tin tưởng vào dữ liệu để tự tin hơn khi quyết định

Đã tới lúc có thể kỳ vọng hơn vào những gì công ty điện lực có thể kiểm soát và những gì họ có thể cung cấp. Với việc áp dụng các công nghệ chiến lược CBM, các công ty sẽ tránh tình trạng gián đoạn cung cấp điện và quản lý tốt hơn các sự cố cắt điện.

Cùng với sự phát triển của công nghệ, tần suất dữ liệu sẽ tăng lên theo cấp số mũ, và các công ty điện lực sẽ cần đến một cơ sở hạ tầng có đủ khả năng quản lý. Khi có ý đồ xây dựng cơ sở hạ tầng lưới điện thông minh và đo tự động điện năng (Intelligent Grid and Automatic Metering Infrastructure – AMI), cần chú ý rằng bạn sẽ thu được lợi ích thực từ việc kết hợp và hài hòa với các nguồn dữ liệu mới, chẳng hạn như dữ liệu từ hệ thống AMI (dữ liệu sử dụng và sự kiện), với dữ liệu vận hành từ hệ thống SCADA và các nguồn khác.

Điều đó sẽ cho phép thấy được theo thời gian thực tình hình ở sau máy cắt và tăng khả năng vận hành thời gian thực, trong một số trường hợp gần với thời gian thực, bao gồm:

– Điều độ phụ tải phục vụ quản lý lưới điện.

– Quản lý các nguồn năng lượng phân tán.

– Dữ liệu tình thế gần thời gian thực.

– Thông tin về tình hình cắt điện và cung cấp điện ở cấp khách hàng.

– Các sáng kiến phương án giá điện hỗ trợ.

Các công ty điện cần những dữ liệu mang lại kết quả tin cậy, tức là những dữ liệu có thể hài hòa và kết hợp với việc tự động hóa phân phối điện và các chỉ số công tơ AMI, cung cấp các dữ liệu kiểm toán.

Hệ thống quản trị dữ liệu  cấp doanh nghiệp sẽ phân phối những thông tin thông minh cho các cán bộ và các hệ thống, ví dụ như các kỹ sư, người vận hành, các hệ thống quản lý sự cố mất điện (Outage Management System – OMS), và công cụ phân tích lưới điện. Sau cùng, hệ thống quản trị dữ liệu này sẽ cho phép thực hiện  lưới điện thông minh, là lưới điện tự động xử lý sự cố nhờ hệ thống thông báo, phân tích hiệu quả và trực quan các dữ liệu theo thời gian thực.

Sử dụng công nghệ thay thế con người, các công ty truyền tải và phân phối điện sẽ có thể thu thập dữ liệu một cách hiệu quả, cung cấp phương tiện cho việc phân tích sâu, tạo thành môi trường ở đó tất cả các cấp trong doanh nghiệp sẽ nắm biết tốt hơn về hiện trạng các thiết bị chủ chốt. Và khi đã hiểu, tự tin và nhận biết rõ ràng về hệ thống của mình, doanh nghiệp sẽ nhận ra được lợi nhuận trực tiếp ngày một lớn hơn.

Theo quản lý ngành Điện

Tự động hóa tại chỗ không cần đến sự can thiệp của con người

Andy Nesling, kỹ sư hệ thống điện tử tại công ty Lucy Switchgear, nghiên cứu làm thế nào để các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể thực hiện được các chức năng đóng cắt cơ bản, không cần đến sự can thiệp của con người và hầu như không cần đến dải tần truyền thông.

Trong 5 năm qua, việc tự động hóa các lưới phân phối phụ đã phát triển nhanh ở Vương Quốc Anh. Nhận thức được lợi ích của việc chẩn đoán sự cố và cấu hình lại lưới điện một cách nhanh chóng, các công ty lưới điện phân phối (distribution network office – DNO) đã tập trung đầu tư vào các hệ thống điều khiển SCADA, các thiết bị đầu cuối từ xa (remote terminal unit – RTU) và các cơ sở hạ tầng truyền thông tin cậy nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa lưới điện. Khi mà số lượng các vị trí được tự động hóa trong lưới điện phân phối gia tăng thì vấn đề dải tần truyền thông và khoảng dành cho các kỹ sư điều khiển ngày càng trở nên khó khăn. Đi liền với điều đó là yêu cầu không ngừng cắt giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng (customer minutes lost – CML) và rõ ràng là điều khiển từ xa thiết bị đóng cắt trung áp theo kiểu đơn lẻ không phải là một giải pháp tổng thể cho việc tự động hóa một cách tối ưu lưới điện.

Sơ đồ tự động hóa tại chỗ bao gồm các khối cấu trúc cơ bản sau:

· Thiết bị đóng cắt trung áp với các thông số đặc trưng phù hợp với chế độ vận hành dự kiến.

· Cơ cấu tác động của thiết bị đóng cắt trung áp.

· Thiết bị điện tử điều khiển thông minh cơ cấu tác động (RTU/IED/PLC).

· Môđun truyền thông (tuỳ chọn, không bắt buộc).

Chức năng của sơ đồ tự động hóa tại chỗ là thực hiện một hoặc một chuỗi các thao tác đóng cắt ở cấp trung áp trên cơ sở phải đáp ứng một bộ các tiêu chí và không cần đến sự can thiệp của con người. Trên thực tế có hai dạng chính về đóng cắt tự động tại chỗ, đó là:

· Đóng cắt bảo vệ, được thực hiện nhờ các rơ le thông minh và các máy cắt.

· Đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện, được thực hiện bởi các tủ đóng cắt mạch vòng (ring main unit  RMU) và các thiết bị đóng cắt lắp trên cột.

Trong khuôn khổ thảo luận ở đây, chúng ta sẽ chủ yếu đề cập đến những ưu điểm, và các vấn đề liên quan đến đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện bởi vì những vấn đề liên quan đến đóng cắt bảo vệ đã quá quen thuộc và có nhiều tài liệu về vấn đề này. Cũng cần lưu ý là có nhiều điểm tương đồng giữa hai chế độ đóng cắt này nhưng lại vẫn thường được coi là hoàn toàn khác nhau.

Đóng cắt thay đổi cấu hình lưới điện

Hình vẽ thể hiện một điểm đóng cắt điển hình trên lưới điện trung áp mà nếu áp dụng sơ đồ tự động tại chỗ sẽ mang lại lợi ích.

Một điểm đóng cắt điển hình trên lưới điện

Hình vẽ trình bày tủ đóng cắt mạch vòng (RMU) tại một điểm mở trên hệ thống, hoạt động với thiết bị đóng cắt phía bên trái bình thường đóng và thiết bị đóng cắt phía bên phải mở. Bộ RTU điều khiển các cơ cấu tác động lên RMU cần được lập trình theo sơ đồ đơn giản hoá sau:

· Trường hợp phía hạ thế bị mất điện – kiểm tra để thấy rằng bộ chỉ thị dòng chạm đất (fault passage indicator – FPI) không được đặt.

· Kiểm tra để thấy rằng thiết bị đóng cắt phía bên phải đã có điện áp trung áp toàn phần.

· Mở bộ đóng cắt phía bên trái và đóng bộ đóng cắt phía bên phải.

· Kiểm tra để thấy rằng điện áp hạ thế đã được khôi phục.

Sơ đồ nêu trên có thể khôi phục cung cấp điện ở phía hạ áp cho khách hàng trong vòng 30 s, đảm bảo thời gian cần thiết để kỹ sư điều khiển phân tích lưới điện và cô lập điểm bị sự cố. Trên sơ đồ thực tế còn có nhiều yếu tố khác nữa cần được xác nhận, trong đó có cơ cấu tác động, áp lực khí không đủ và sự can thiệp của người sử dụng, tất cả các yếu tố đó là nhằm đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy.

Những ưu điểm so với đóng cắt thông minh tập trung

Sau đây là một số ưu điểm của việc phân cấp giám sát và điều khiển thao tác đóng cắt phía trung áp:

· Giảm thời gian ngừng cấp điện cho khách hàng: Sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể thực hiện được tất cả các kiểm tra trước khi đóng cắt và điều khiển các thiết bị đóng cắt chỉ trong khoảng thời gian rất nhỏ so với khoảng thời gian để các kỹ sư điều khiển có thể thực hiện cũng các thao tác đó thông qua hệ thống SCADA trung tâm. Điều đó càng trở nên rõ ràng khi mà việc truyền thông tới các trạm ở xa  được thực hiện qua kết nối hệ thống truyền thông di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications – GSM), dịch vụ chung gói tin vô tuyến (General Packet Radio Service – GPRS) hay mạng điện thoại chuyển đổi công cộng (Public Switched – Telephone Network – PSTN). Kết quả là khách hàng chỉ bị gián đoạn cung cấp điện trong vài giây thay vì vài phút.

· Truyền thông: Sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể được cài đặt để chỉ báo cáo những dữ liệu thiết yếu về lưới điện trung áp và trạng thái sơ đồ tự động hóa, nhờ vậy giảm đáng kể khối lượng dữ liệu cần phải báo cáo về hệ thống SCADA trung tâm. Điều đó mang lại lợi ích rõ ràng đối với các hệ thống sử dụng modem quét sóng rađiô. Tùy theo chọn lựa, sơ đồ điều khiển tại chỗ có thể được cài đặt mà hoàn toàn không cần đến truyền thông (hoặc chỉ báo cáo tin nhắn ở dạng văn bản (text messaging – SMS). Điều này có thể mang lại lợi ích cho những công ty lưới điện phân phối (DNO) mà năng lực SCADA hiện nay còn hạn chế, đòi hỏi phải có tất cả các ưu thế của tự động hóa hệ thống, nhưng đã có đường đi nước bước rõ ràng trong việc nâng cấp để tiến tới theo dõi và điều khiển từ xa trong tương lai.

· Độ khả dụng: Vì các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể được cấu hình để vận hành mà không hề có bất kỳ sự phụ thuộc nào từ xa nên chúng có thể tiếp tục hoạt động thậm chí ngay cả khi có sự cố phần truyền tín hiệu, nhờ đó độ khả dụng được nâng lên đáng kể.

· Sự tham gia của kỹ sư điều khiển: Điều kiện thời tiết bất lợi có thể gây ra các sự cố lớn bất ngờ trên lưới điện trung áp. Một số sơ đồ tự động hóa tại chỗ, nếu được lập kế hoạch một cách cẩn thận, có thể định vị và cô lập sự cố một cách nhanh chóng, không cần đến sự can thiệp của kỹ sư điều khiển, đồng thời giảm tối đa số lượng khách hàng bị ngừng cung cấp điện.

Các vấn đề phát sinh khi áp dụng đóng cắt thông minh phân cấp

Mặc dù rõ ràng là sơ đồ tự động hóa tại chỗ có nhiều ưu điểm, song vẫn có một số yếu tố cần phải được xem xét một cách cẩn thận khi lên kế hoạch và thực hiện những sơ đồ như vậy:

· Sự phức tạp của lưới điện trung áp: Khi lên kế hoạch vị trí đặt sơ đồ tự động hoá tại chỗ, cần phải tính toán cẩn thận đối với tất cả các chế độ vận hành có thể xảy ra xung quanh khu vực đó của lưới điện. Ở nhiều dự án, điều thiết yếu là phải dự kiến phương tiện vô hiệu hoá từ xa sơ đồ tự động hoá. Với phương tiện này, kỹ sư điều khiển có thể kiểm soát hoàn toàn được từng phần hay toàn bộ lưới điện trong quá trình bảo dưỡng hay trong những trường hợp đặc biệt.

· Thời gian nghiệm thu: Mặc dầu sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể đem lại rất nhiều chức năng tuyệt vời kể trên, nhưng lại cần thêm một khoảng thời gian để lắp đặt và thử nghiệm tại chỗ. Các nhà sản xuất thiết bị đóng cắt đang ngày càng tập trung nghiên cứu để khách hàng cuối cùng có thể giảm thiểu chi phí này bằng việc đưa ra giải pháp trọn gói, từ thiết bị đóng cắt trung áp cho đến thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) và các thiết bị truyền thông. Hệ thống hoàn chỉnh  sau khi qua kiểm nghiệm đầy đủ, có thể được đưa tới hiện trường, nhờ vậy giảm đáng kể thời gian cho công việc lắp đặt và nghiệm thu hệ thống.

· Các chế độ sự cố: Khi mà một hệ thống ngày càng trở nên phức tạp thì việc xuất hiện nhiều dạng sự cố khác nhau là điều không thể tránh khỏi. Khi cân nhắc xem xét thực hiện tự động hoá tại chỗ một thiết bị đóng cắt trung áp, thì việc bổ sung thêm cơ cấu cách ly cơ khí tác động nhanh là một cách để giảm nhẹ rủi ro này, nhờ đó người sử dụng có thể tiếp tục thao tác bằng tay thiết bị đóng cắt trung áp trong trường hợp hỏng hệ thống tự động.

Sơ đồ tự động hóa tại chỗ dùng cho những ứng dụng quan trọng

Tháng 10 năm 2004, công ty Lucy Switchgear, kết hợp với một công ty lưới điện phân phối của Anh Quốc đã đưa vào hoạt động thành công một sơ đồ tại chỗ tự động chuyển nguồn cung cấp điện trung áp cho trạm bơm nước thải. Sơ đồ bao gồm hai tủ đóng cắt mạch vòng (RMU) Sabre với các rơ le máy cắt, các bộ tác động bằng động cơ và một thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) Gemini. Yêu cầu cơ bản từ phía khách hàng, một công ty kinh doanh nước tư nhân, là làm sao có thể khôi phục lại nguồn cung cấp điện trong vòng 60 s vì các thùng tràn có thể đạt đến dung tích tối đa nếu vượt quá khoảng thời gian nói trên.

Sơ đồ lập trình trong RTU được phát triển, có sự tư vấn chặt chẽ của công ty DNO nhằm đáp ứng tất cả các tình huống vận hành và các qui trình bảo dưỡng khác nhau. Ban đầu chưa có đường kết nối truyền thông giữa hệ thống SCADA chính và trạm bơm, vì vậy phải lắp một bảng điều khiển tại chỗ để cho phép kỹ sư điều hành kích hoạt hoặc vô hiệu hoá sơ đồ điều khiển tại chỗ. Sau khi đưa vào hoạt động thành công hệ thống, người ta đã bổ sung một đường kết nối sóng rađio công suất lớn tại hiện trường để cho phép người công ty lưới điện phân phối theo dõi RTU thông qua giao thức truyền thông DNP3.

Thực hiện thành công các sơ đồ tự động hóa tại chỗ

Trong những năm qua, chúng tôi nhận thấy những vấn đề then chốt cần xem xét khi lên kế hoạch và thực hiện sơ đồ tự động hóa tại chỗ là phải hiểu rõ tất cả các kịch bản vận hành khác nhau cần phải xem xét và đảm bảo rằng các thiết bị đóng cắt trung áp và cơ cấu tác động đã được thiết kế để vận hành trong mọi chế độ làm việc đã được dự kiến.

Ngoài ra, việc lựa chọn các bộ RTU/PLC mạnh, có khả năng mở rộng truyền thông trong tương lai bằng cách sử dụng các giao thức chuẩn công nghiệp là điều rất quan trọng, và đang làm việc chặt chẽ với bộ tích hợp hệ thống để phát triển một sơ đồ có độ tin cậy và độ khả dụng cao.

Cuối cùng, rất nên tiến hành thử nghiệm toàn diện trước khi bàn giao thiết bị tại hiện trường. Các hệ thống có thể không tác động trong nhiều tuần hay nhiều tháng, do vậy tất cả các kịch bản cần được thử nghiệm đầy đủ trước khi bàn giao. Điều đó đảm bảo rằng các vấn đề trục trặc liên quan đến các sơ đồ sẽ không phát sinh sau nhiều năm, hoặc tệ hơn khi mà rất nhiều sơ đồ tương tự đã được lắp đặt.

Nói tóm lại, các sơ đồ tự động hóa tại chỗ có thể là bước khởi đầu tuyệt vời cho việc thực hiện tự động hóa các lưới điện phụ với khả năng nâng cấp thành hệ thống SCADA điều khiển và theo dõi. Chúng có thể được sử dụng như là một phương pháp để giảm khối lượng truyền thông cho lưới điện tự động hoá hiện có và các ứng dụng quan trọng để khôi phục cung cấp điện cho khách hàng với thời gian mất điện tối thiểu.

Tác giả: ptc1