1. Hiện trạng

Lưới điện đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, mỗi sự cố xảy ra sẽ ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng đến khả năng cung cấp điện của các phụ tải, gây ảnh hưởng đến các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện. Đặc biệt là đối với lưới điện ngầm (cáp ngầm) hiện nay đang được chú trọng và ngày càng phát triển. Mặc dù các dự án cáp ngầm thường yêu cầu chi phí lắp đặt ban đầu lớn hơn so với các hệ thống cáp truyền thống treo trên cột điện. Khi xảy ra sự cố việc tìm kiếm lỗi, sửa chữa và bảo trì gặp nhiều khó khăn và tốn chi phí lớn.

Hình 1: Thi công cáp ngầm

2. Vậy tại sao lưới điện ngầm hiện nay đang được chú trọng và phát triển?

Đầu tiên về định nghĩa, lưới điện ngầm là hệ thống dây dẫn và trang thiết bị điện được đặt dưới lòng đất hoặc dưới nước thay vì treo trên cột điện. Lưới điện ngầm có tính thẩm mỹ và khả năng chịu tải cao hơn so với hệ thống lưới điện trên cao. Độ tin cậy của lưới điện ngầm cao do ít bị ảnh hưởng từ các yếu tố bên ngoài điều này giúp việc cung cấp điện được ổn định, giảm nguy cơ mất điện và các sự cố điện ở các khu vực có thời tiết khác nghiệt như thiên tai, lũ lụt,… Ngoài ra, lưới điện ngầm hiện nay đặc thù đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng như điện gió, dầu khí, cảng tàu chiến quân sự,…

3. Các nguyên nhân dẫn đến sự cố cáp ngầm sử dụng cho điện gió, dầu khí, cảng tàu chiến quân sự…

Hiện nay, cáp ngầm sử dụng cho điện gió, dầu khí, cảng tàu chiến quân sự chủ yếu là cáp ngầm dưới nước (cáp biển).

Thông tin từ Uỷ ban Bảo vệ cáp quốc tế (ICPC) công bố tháng 3/2021, trong giai đoạn từ năm 1959 đến năm 2021, nguyên nhân sự cố cáp biển gồm có:

Đối với điện gió, phân tích nguyên nhân dẫn đến sự cố về cáp ngầm tại các công trình điện gió tại Việt Nam, đại diện Công ty Cổ phần Tập đoàn PC1 chỉ ra rằng, sự cố có thể bắt nguồn từ khâu thiết kế hoặc trong quá trình xây dựng… Ví dụ ở phần thiết kế, có thể do thiếu sót, tính toán sai, do dòng chảy, địa hình khu vực thi công dẫn đến hiện tượng xói lở, lộ cáp trong tương lai, không đạt độ sâu bảo vệ cáp, hoặc chưa áp dụng giải pháp chống cáp trôi nổi phù hợp, do xi măng hoặc lưới bê tông bảo vệ…

Hình 2: Dây cáp ngầm dưới biển dùng cho điện gió

Đối với dấu khí và cảng tàu chiến quân sự, sự cố cáp ngầm có thể do các hành động tấn công chiến lược của các thế lực thù địch nhắm mục đích phá hoại và đánh cắp thông tin.

4. Sự cố cáp ngầm ảnh hưởng như thế nào đến điện gió, dầu khí, cảng tàu chiến quân sự…?

Khi xảy ra sự cố cáp ngầm, việc tìm kiếm lỗi trở nên khó khăn và tốn nhiều thời gian. Sự cố cáp ngầm đòi hỏi công việc sửa chữa và bảo trì, có thể kéo dài thời gian ngừng hoạt động và đòi hỏi chi phí lớn để khắc phục. Sự cố có gây tác động đến an toàn và môi trường.

Hình 3: Kiểm tra sự cố cáp ngầm

Đối với điện gió sự cố cáp ngầm dẫn đến:

– Mất mát năng lượng: Sự cố cáp ngầm có thể gây mất mát năng lượng trong quá trình truyền tải từ trạm điện gió đến điểm kết nối mạng điện, làm giảm hiệu suất tổng cả hệ thống.

– Gián đoạn cung cấp điện: Nếu có sự cố, có thể dẫn đến gián đoạn cung cấp điện từ trạm điện gió, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp điện liên tục.

Đối với dầu khí, cảng tàu chiến quân sự sự cố cáp ngầm dẫn đến:

– Ngừng hoạt động: Sự cố cáp ngầm có thể gây ngừng hoạt động của các hệ thống truyền thông, điều khiển, và cảm biến trong ngành dầu khí, ảnh hưởng đến khả năng giám sát và quản lý các hoạt động dầu khí.

– Mất dữ liệu: Đa số cáp ngầm là phương tiện chính để truyền dữ liệu từ các thiết bị cảm biến về trạm kiểm soát, sự cố có thể dẫn đến mất mát dữ liệu quan trọng về môi trường và hoạt động của hệ thống.

– Mất kết nối truyền thông: Trong cảng tàu chiến quân sự và dầu khí hệ thống truyền thông được tích hợp vào dây cáp ngầm, một sự cố có thể dẫn đến mất kết nối truyền thông quan trọng.

– Bảo mật hệ thống: Nếu có sự cố, có thể mở ra khả năng bảo mật thông tin, đặc biệt nếu sự cố liên quan đến việc truy cập trái phép vào các dữ liệu quan trọng hoặc hệ thống quan trọng.

5. Vậy cần làm như thế nào để hạn chế, dự đoán, xác định vị trí sự cố cáp?

Để giải quyết bài toán trên, MES-Engineering Việt Nam đưa ra hệ thống giám sát cáp ngầm UCMS (Underground cable monitoring system) bao gồm 2 tính năng chính là giám sát nhiệt độ và giám sát rung cáp ngầm.

Cấu trúc của hệ thống sử dụng DAS Interrogation Unit làm bộ xử lý trung tâm thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường. Máy tính kết nối với DAS Interrogation Unit thông qua mạng không dây hoặc thông qua bộ Switch hiển thị giao diện SCADA điều khiến giám sát hệ thống UCMS. Dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm sẽ được đưa về phòng điều khiển trung tâm.

Hình 4: Bộ xử lý trung tâm DAS Interrogation Unit

Tính năng hệ thống:

– Giám sát nhiệt độ và độ rung cáp ngầm.

– Cảnh báo nhiệt độ và độ rung theo tiêu chuẩn đề ra.

– Dự báo thời gian bảo trì bảo dưỡng, nguy cơ xảy ra sự cố.

– Cảnh báo khi có sự cố trong hệ thống qua SMS, Excel.

– Xác định vị trí xảy ra sự cố, cấp độ ưu tiên của sự cố.

– Có khả năng giám sát từ xa, tích hợp lên hệ thống SCADA hiện hữu.

– Lưu trữ dữ liệu trên máy tính, cloud, lịch sử lỗi.

– Xuất báo cáo PDF, excel thủ công hoặc theo lịch đặt trước, mẫu báo cáo có thể tùy chỉnh.

Giám sát nhiệt độ cáp ngầm:

Thực hiện đo nhiệt độ bằng sợi quang cảm biến. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hiện tượng tán xạ Raman và hiện tượng tán xạ Brillouin.

– Tán xạ Raman chỉ ra ánh sáng tán xạ trong sợi quang chứa ba thành phần: Raleigh (laser light), Stokes, và Anti-stokes. Trong đó, cường độ tia Stokes ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ còn cường độ tia Anti-stokes thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi của nhiệt độ. Do đó, nhiệt độ của sợi cáp quang có thể được tính toán bằng cách so sánh cường độ tia Stokes và Anti-stoke. Việc đo đạc tán xạ Raman sử dụng phương pháp OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) – đo phản xạ quang theo tần số.

– Tán xạ Brillouin trong sợi quang chỉ ra rằng sự thay đổi tần số của ánh sáng tới và ánh sáng phản xạ có liên quan mật thiết đến đặc tính của vật liệu. Nhờ các phương trình tính toán, tán xạ Brillouin giúp xác định nhiệt độ, độ suy hao quang và độ biến dạng của vật liệu. Việc đo đạc tán xạ Brilouin sử dụng phương pháp OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) – đo phản xạ quang theo thời gian.

Từ đó xác định được vị trí xảy ra quá nhiệt (điểm nóng) dọc theo tuyến cáp. Hệ thống giám sát tạo ra báo cáo và cảnh báo về nhiệt độ điểm nóng, vị trí điểm nóng và cấp độ ưu tiên.

Giám sát rung cáp ngầm:

– Phát hiện rung động (âm thanh) dọc theo tuyến cáp, từ đó xác định các thông số về tần số, biên độ và thời gian của các dao động.

– Hệ thống giám sát sử dụng các thuật toán phân tích để đánh giá dữ liệu rung nhận được. Các yếu tố như tần số, biên độ và biểu đồ dạng sóng có thể được xem xét để xác định các thay đổi đáng chú ý trong tình trạng của cáp ngầm. Các sự cố có thể bao gồm sự rò rỉ, hư hại hoặc bất kỳ vấn đề nào có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cáp.

– Khi phát hiện các biến đổi không bình thường, hệ thống giám sát có thể tạo ra báo cáo và cảnh báo. Cảnh báo thông báo về vấn đề cụ thể, vị trí của nó, và cấp độ ưu tiên.