1. TỔNG QUAN: 
         Môi trường làm việc trên tàu biển, giàn khoan thường xuyên tiếp xúc với nước, hóa chất có tính oxi hóa cao dễ gây các sự cố về điện. Do đó yêu cầu về mức độ tin cậy, an toàn trong cung cấp điện luôn được đặt lên hàng đầu nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị. Các nguyên tắc cơ bản và bắt buộc sau luôn được đặt lên hàng đầu ngay từ khâu thiết kế hệ thống: 

• An toàn vận hành và độ tin cậy của hệ thống điện luôn phải được đảm bảo.
• Bảo vệ cho người và nhân viên luôn được an toàn khi có lỗi rò rỉ điện xảy ra.
• Các tiêu chuẩn, quy định quốc tế phải được tuân thủ nghiêm ngặt.  

         Một thuật ngữ khá nối tiếng thường được nhắc tới trong ngành khai thác dầu khí là “nonproductive time” (NPT) được hiểu là thời gian không hoạt động của máy. Yếu tố này làm tổn thất đáng kể về thời gian và chi phí, ước tính khoảng 100-500 triệu đô mỗi năm. Đặc biệt là các thiết bị phòng nổ và hệ thống cẩu trục, chiếm khoảng 51-75% của tất cả các thiết bị liên quan đến NPT. Do đó, yêu cầu đặt ra là phải tối thiểu tổn thất do NPT gây ra. Hệ thống điện cung cấp cho các thiết bị quan trọng tiếp xúc trực tiếp với môi trường như khoan, cẩu trục, trục quay, bơm và các thiết bị truyền động, các thiết bị đo lường và nhiều loại thiết bị khác yêu cầu vận hành tin cậy tránh sự cố. 
        Các tiêu chuẩn thiết kế hệ thống điện sử dụng cho tàu biển, giàn khoan:

• IEC 60092-201 (1994-08): Electrical installation in ships-part 201: system design-General.
• IEC 60092-502: 1999-02: Electrical installation in ships-part 502: Tankers: special features.
• IEC 61892-1:2001-02: Mobile and fixed offshore units-Electrical installations-Part 1: General requirements and conditions.
• IEC 61892-5:2000-08: Mobile and fixed offshore units-Electrical installations-Part 7: Hazardous areas.
• IEC 60364-4-41 (2001-08): Protection against electric shock”. 

        Trong các tiêu chuẩn trên có nói rõ yêu cầu phải sử dụng mạng điện trung tính cách ly. Lợi ích của hệ thống điện trung tính cách ly và hệ thống giám sát cách điện mang lại là gì: 

2. GIẢI PHÁP:

         Với hơn 70 năm kinh nghiệm về an toàn điện, Bender là công ty hàng đầu thế giới về cung cấp thiết bị an toàn điện cho mỏ và dầu khí. Thiết bị giám sát, bảo vệ lỗi chạm đất liên tục giám sát tính toàn vẹn của hệ thống và cung cấp các cảnh báo kịp thời. Nhờ đó mà giảm đáng kể thời gian dừng hệ thống và thời gian xử lí lỗi. Vị trí lỗi có thể tìm kiếm tự động hoặc bằng tay với thiết bị tìm kiếm cầm tay EDS159P. Thông tin cảnh báo có thể được gửi lên hệ thống giám sát trung tâm thông qua các giao thức truyền thông như Modbus, Profilbus hoặc Ethernet…

        Hệ thống bao gồm các thiết bị cơ bản sau:

• Thiết bị giám sát điện trở cách điện hệ thống.
• Thiết bị định vị lỗi xuất tuyến chạm đất loại cố định. Thường lắp ở các tủ phân phối chính, tủ lộ tổng…
• Thiết bị định vị lỗi xuất tuyến chạm đất cầm tay. Sử dụng khi tìm kiếm chính xác vị trí nhánh lỗi.

Sơ đồ giải pháp tổng quan hệ thống giám sát, tìm kiếm lỗi chạm đất

Giải pháp về thiết bị giám sát đối với các vị trí cụ thể được mô tả trong hình dưới đây:

1. Hệ thống điều khiển trên giàn
2. Hệ thống cáp ngầm
3. Cơ sở hạ tầng ngầm và ROVs
4. Hệ thống trên tàu FPSO

Sơ đồ nguyên lí hệ thống điển hình hệ thống cung cấp điện trên giàn:

        Theo sơ đồ trên, các tải được cấp điện thông qua máy phát điện sau đó qua các máy biến áp cách ly hạ áp xuống các mức điện áp mong muốn để cấp điện cho tải. Các thiết bị giám sát điện trở được trang bị ngay tại tủ lộ tổng. Giá trị điện trở được giám sát liên tục và đồ thị sóng phân tích theo ngày, tuần, tháng từ đó dễ dàng chẩn đoán, nắm được đặc tính riêng của từng hệ thống.

        Các thiết bị tìm kiếm xuất tuyến lỗi chạm đất đi kèm với các biến dòng thứ tự không (ZCT). Khi có lỗi chạm đất tại 1 điểm nào đó, thiết bị sẽ tìm ra vị trí nhánh nào đang bị lỗi.

        Bộ tìm kiếm di động cầm tay được sử dụng tìm kiếm thủ công các nhánh tải mà không có điều kiện lắp ZCT. Về bản chất, bộ tìm kiếm bằng tay có chức năng giống hệt bộ tìm kiếm lỗi cố định (EDS + ZCT). Khi có lỗi chạm đất xảy ra, người dùng sử dụng bộ cầm tay đi kẹp từng lộ tải để xác định vị trí lỗi. Khi tìm được thì trên màn hình thiết bị sẽ hiển thị giá trị dòng rò kèm âm thanh đèn báo hiệu.

Sơ đồ kết nối giám sát hệ thống tủ phân phối

       Các thiết bị được kết nối truyền thông với nhau thông qua mạng BMS được phát triển bởi Bender. Tất cả các tin nhắn, cảnh báo đều được hiển thị lên bộ giám sát điện trở ISO 685.

        Ngoài ra, có thể giám sát từ xa qua LAN/INTERNET thông qua các thiết bị chuyển đổi giao thức COM465IP. Người dùng có thể giám sát hệ thống của mình ở bất kỳ đâu, bất kỳ lúc nào.

Sơ đồ giải pháp kết nối truyền thông

3. DỰ ÁN ĐIỂN HÌNH:

            Trong 2 năm 2014-2015, Cty CP MES-Engineering Việt Nam (MES) đã hoàn thành 2 dự án nâng cấp, cải tạo hệ thống điện cách ly cho mạng 230V và 480VAC cho giàn III và IV thuộc Cty CP Khoan và dịch vụ khoan dầu khí PVD-Drilling.

            Trước khi nâng cấp, hệ thống đã được trang bị thiết bị giám sát điện trở cách điện của Bender (IRDH375 và IRDH1575). Tuy nhiên do mạng điện lớn, số lượng thiết bị nhiều, mỗi khi có lỗi chạm đất, công nhân phải đi cắt điện từng lộ để kiểm tra, công việc này tốn rất nhiều thời gian và công sức.

            Giải quyết bài toán trên, MES đã đề xuất thay thế role giám sát điện trở có tính năng cao hơn IRDH575 (Giờ thay thế bằng ISO685) và lắp đặt thêm thiết bị tìm kiếm xuất tuyến lỗi EDS460 (Giờ thay thế bằng EDS440). Các biến dòng thứ tự không (ZCT) được lắp ở các lộ ra trong tủ phân phối. Khi nhánh nào bị chạm đất, thiết bị sẽ đo và hiển thị lên trên màn hình cùng các thông số về điện trở, dòng rò, kênh lộ nào bị lỗi… Để tiếp tục tìm kiếm ở các nhánh tải nhỏ hơn, tại các vị trí mà không được lắp ZCT, MES sử dụng thêm bộ tìm kiếm cầm tay EDS195P lần lượt kẹp xác định thủ công từng nhánh tải. Các tín hiệu cảnh báo lỗi sẽ được hiển thị trực tiếp trên màn hình của EDS195P.

Sơ đồ nguyên lý mạng 230VAC sau khi nâng cấp

Thông tin tham khảo: http://congdoandaukhi.vn/ky-su-dang-trung-du-nguoi-giu-lua-sang-tao/

Theo thống kê đánh giá thực tế của công ty PVD-Drilling trong bài báo trên, hệ thống sau nâng cấp giúp tiết kiệm chi phí, thời gian xử lí, tìm kiếm lỗi khoảng 124.000 USD/năm.

4. TÀI LIỆU THAM KHẢO:

• IEC 60092-201 (1994-08): Electrical installation in ships-part 201: system design-General.
• IEC 60092-502: 1999-02: Electrical installation in ships-part 502: Tankers: special features.
• IEC 61892-1:2001-02: Mobile and fixed offshore units-Electrical installations-Part 1: General requirements and conditions.
• IEC 61892-5:2000-08: Mobile and fixed offshore units-Electrical installations-Part 7: Hazardous areas.
• IEC 60364-4-41 (2001-08): Protection against electric shock”
• https://www.bender.de/ca/know-how/floating-system/ground-fault-monitoring
• https://www.bender.de/ca/know-how/floating-system/ground-fault-location