1. Thực trạng đường dây truyền tải

Đối với hiện trạng đường dây truyền tải 35/6kV, tuyến đường dây có nhiều đoạn đi qua địa hình rừng rậm nên vào mùa mưa bão, gió lớn và giông sét, cây đổ có thể gây ra sự cố trên đường dây làm đứt cáp, hở cáp,… dẫn đến chạm đất. Bên cạnh đó, các cây cao nằm gần hành lang đường dây đều có nguy cơ gây chạm, chập dẫn đến mất an toàn.

Khi xảy ra sự cố, việc xác định vị trí lỗi và khắc phục cũng gặp phải nhiều khó khăn do không có thiết bị hay phương pháp nào hỗ trợ. Các nhân viên vận hành, bảo trì phải đi dò, kiểm tra toàn bộ lộ dây xảy ra sự cố gây ra chậm trễ trong khắc phục và làm tăng thời gian gián đoạn vận hành. Việc này sẽ gây ra thiệt hại về kinh tế cho nhà máy cũng như lãng phí nhân lực trong việc tìm kiếm, xác định lỗi.

2. Giải pháp xác định khoảng cách lỗi

– Giải pháp tiết kiệm bằng cách sử dụng thiết bị ghi lỗi kỹ thuật số phân tán.

– Giảm thiểu thời gian chết sau sự cố bằng cách xác định vị trí lỗi chính xác nhằm giúp đội bảo trì, bảo dưỡng khắc phục sự cố.

– Lắp đặt đơn giản: Không cần cắt điện dừng vận hành khi lắp đặt.

2.1. Giảm thiểu thời gian dừng hoạt động & thiệt hại

Mất điện có thể gây ra thiệt hại nặng nề hàng triệu đô la. Thông thường nguyên nhân của những lần mất điện này là do các sự cố về dòng điện khác nhau. Giảm thiểu thời gian dừng hoạt động và tiết kiệm đáng kể, việc này phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ xác định vị trí lỗi thực tế.  SATEC giới thiệu giải pháp kỹ thuật phát hiện lỗi, xác định vị trí lỗi với độ chính xác cao nhất.

Hình 1: Xác định khoảng cách lỗi với thiết bị PM180 của hãng SATEC/Israel

2.1.1. Mất điện và chi phí tổn thất

Mất điện quy mô lớn gây thiệt hại hàng triệu, thậm chí hàng tỷ đô la. Ví dụ, thiệt hại tài chính của sự cố mất điện năm 2003 ở Ý, kéo dài từ 3-16 giờ, ước tính lên tới hơn 1 tỷ euro (1.182 triệu euro).

Đương nhiên, không phải tất cả các sự cố mất điện đều ở quy mô quốc gia. Tuy nhiên, từ quy mô lớn đến cục bộ, mỗi lần mất điện đều dẫn đến tổn thất về doanh thu cho nhà điều hành hệ thống, giảm năng suất và thiệt hại cho các hệ thống phụ thuộc vào điện trong khu vực thương mại và tư nhân.

2.1.2. Tốc độ là chìa khóa khắc phục sự cố

Khi xảy ra sự cố mất điện, mục tiêu chính là sửa chữa khắc phục và cấp điện trở lại kịp thời.

Nguyên nhân hàng đầu gây mất điện là do dòng điện sự cố, trong đó ngắn mạch giữa các pha hoặc sự cố chạm đất khiến dòng điện tăng vọt một cách nguy hiểm, làm trip relay bảo vệ, dẫn đến mất điện. Những sự kiện như vậy có thể do đứt đường dây điện hoặc đoản mạch giữa các pha.

Nhanh chóng xác định vị trí và khắc phục điểm gốc của sự cố xảy ra là chìa khóa để có điện trở lại.

2.2. Giải pháp của hãng SATEC

2.2.1. PM180 – Thiết bị ghi lỗi điện tử (Digital Fault Recorder – DFR)

Để giải quyết vấn đề này, SATEC đã phát triển chức năng định vị lỗi. Bằng cách cho phép nhà điều hành lưới điện xác định vị trí địa lý của lỗi trong đường dây trên cao, thời gian ngừng hoạt động có thể được giảm thiểu đáng kể. Đội ngũ bảo trì sẽ được điều hướng đến hiện trường một cách chính xác, giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực.

Giải pháp này dựa trên máy phân tích chất lượng điện đa chức năng PM180 của SATEC. Được thiết kế như một module, PM180 được tích hợp module Digital fault recorder. Module này có các đầu vào dòng điện, có thể ghi lại các giá trị dòng điện lớn gấp 40 lần dòng điện định mức, cho phép ghi lại toàn bộ dạng sóng dòng điện sự cố, ghi sự kiện và chụp dạng sóng lên đến 20 chu kỳ trước lỗi.

Hình 2: Trở kháng cài đặt trên phần mềm PAS

Tính năng và đặc điểm chính:

– Cảnh báo/ báo cáo khoảng cách lỗi và dữ liệu trở kháng khi xảy ra lỗi.

– Lưu trữ dữ liệu khoảng cách lỗi trên thiết bị.

– Áp dụng cho hệ thống điện trong dải 6-220kV.

– Hỗ trợ các line mạch đơn và line mạch song song và line máy biến áp.

– Phương pháp định vị sự cố một đầu và sự cố hai đầu.

– Hỗ trợ các đường dây không đồng nhất, phân bổ trở kháng không đồng đều dọc theo đường dây.

2.2.2 Lắp đặt không gây gián đoạn cấp điện

Đối với kết nối phần cứng, PM180 có lợi thế độc đáo và đơn giản trong triển khai. Điều này đến từ biến dòng độ chính xác cao (HACS – High Accuracy Current Sensors), biến dòng có tùy chọn dạng kẹp/split core. Thiết bị phân tích lấy dữ liệu dòng điện thông qua thứ cấp của CT hiện hữu. Do đó, không cần cắt điện để lắp đặt thiết bị.

2.2.3. Tính toán dựa trên trở kháng

Thiết bị định vị lỗi sử dụng phương pháp định vị lỗi dựa trên trở kháng. Thiết bị dựa vào các thông số, dạng sóng của dòng điện, điện áp được ghi lại tại thời điểm xảy ra sự cố và thông số trở kháng đường dây do người dùng cung cấp, từ đó tính ra khoảng cách đến lỗi. Tính toán trở kháng sử dụng thông số điện áp và dòng điện pha đồng bộ hoặc các thành phần thứ tự, tùy thuộc vào phương pháp xác định vị trí sự cố và loại sự cố trên đường dây.

2.3. Các loại lỗi và tính toán tương ứng

2.3.1. Sự cố một đầu – Single Ended Fault

Vị trí của lỗi một đầu được cung cấp bởi một thiết bị đo duy nhất được kết nối với một đầu của đường dây điện. Các thuật toán xác định vị trí sự cố một đầu sử dụng các phép đo một điểm và dựa vào trở kháng sự cố khi nó được phát hiện từ một đầu của đường dây. Các thuật toán này rất nhạy cảm với các đặc tính của đường dây điện, cũng như tác động của các sự cố, gây ra bởi sự ghép nối tương hỗ và sự cố chạm đất.

Hình 3: Báo cáo lỗi trên phần mềm Expert Power

2.3.2. Sự cố hai đầu – Two-Ended Fault

Tính toán khoảng cách sự cố hai đầu dựa trên dữ liệu sự cố được đo bởi hai thiết bị ghi sự cố nằm ở cả hai bên của đường dây điện. Các thiết bị trao đổi thông tin lỗi đo được qua Internet và cả hai đều tính toán khoảng cách bằng cách sử dụng các đại lượng thứ tự dương hoặc âm, để nâng cao độ chính xác.

2.3.3. Đồng bộ hóa thời gian cho vị trí sự cố hai đầu

Hai thiết bị trao đổi điện áp và dòng điện pha được kèm theo thời gian chính xác để đảm bảo rằng cả 2 thiết bị đều đang đề cập đến một sự kiện lỗi.

Để liên lạc giữa các thiết bị, các thiết bị phải được kết nối với Ethernet hoặc với mạng di động không dây. Cổng UDP 502 được sử dụng để trao đổi tin nhắn giữa các thiết bị.

Đồng bộ hóa thời gian của các pha là một phần quan trọng trong tính toán khoảng cách chính xác. Sử dụng đồng bộ hóa thời gian GPS rất được khuyến khích và bắt buộc khi truyền thông qua mạng di động. Trong trường hợp truyền thông được cung cấp qua Ethernet nhanh, đảm bảo rằng thời gian truyền thông báo ổn định, thì không cần đồng bộ hóa đồng hồ chính xác.

2.4. Cảnh báo trực tiếp

Bộ định vị lỗi tích hợp PM180 cung cấp thông tin khoảng cách đến lỗi trong thời gian thực. Nó hoạt động dựa trên các sự kiện lỗi được phát hiện và ghi lại bởi thiết bị ghi lỗi kỹ thuật số PM180 ngay khi các sự kiện xảy ra.

Hình 4: Thiết bị định vị lỗi trong phần mềm PAS

2.5. Phân tích khoảng cách ngoại tuyến

Là một phương pháp thay thế, phần mềm PAS của SATEC cung cấp một bộ định vị lỗi độc lập có thể thực hiện tính toán khoảng cách sự cố dựa trên dạng sóng điện áp và dòng điện được lấy từ thiết bị PM180. Nó có các tùy chọn tương tự như bộ định vị lỗi tích hợp PM180.

Hình 5: Thông báo khoảng cách lỗi thông qua phần mềm PAS

2.6. Giao diện và báo cáo thân thiện với người dùng

Bộ phần mềm Expertpower của SATEC cung cấp giao diện phong phú có thể được cấu hình để tạo báo cáo cho từng đường dây, trạm biến áp, khoảng cách đến sự cố và loại sự cố (pha với pha, pha với đất, v.v.). Từ đó, cung cấp giải pháp toàn diện từ máy phân tích trạm biến áp đến chẩn đoán và cảnh báo lỗi.

2.7. Thiết bị phân tích chất lượng điện năng PM180

Hình 6: Thiết bị phân tích chất lượng điện năng PM180

PM180 là máy phân tích chất lượng điện năng được chứng nhận Class A (NMI, NL). Nó được thiết kế như một thiết bị module, chứa tối đa 3 module bổ sung cho phép thực hiện nhiều chức năng và tính năng nổi bật, bao gồm:

– Tạo báo cáo theo tiêu chuẩn EN50160 / IEEE 1149.

– Chức năng đo lường đồng bộ pha, theo IEEE C37.118, P-Class và M-Class.

– Điều khiển PLC thông qua tối đa 48 cổng I/O digital và analog.

– Khả năng ghi lại các sự kiện thoáng qua (lên tới 1024 mẫu/chu kỳ).

– Nhiều giao thức truyền thông: IEC 61850; DNP3; IEC 60870-5-101/104.

– Nhiều phương thức truyền thông: serial, cáp quang, ETH, 4G.

– Độ phân giải đọc 0.00001Hz.

Hình 7: Một số tính năng của PM180