PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 431 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM THÀNH CÔNG “THIẾT BỊ CHỈ THỊ VÀ CẢNH BÁO SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP” Nguyễn Thanh Lâm Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hịa (KHPC) Tóm tắt: Cơng tác quản lý kỹ thuật nhiều khâu hoạt động sản xuất kinh doanh (SXKD) KHPC Việc quản lý khối lượng lớn đường dây trung áp địa bàn tỉnh Khánh Hịa cơng tác khó khăn tiêu tốn nhiều nhân lực Từ trước đến nay, có cố xảy lưới trung thế, khâu phát điểm xảy cố lưới phải thực thủ công, nghĩa tập hợp nhiều nhân lực đến trường tìm cách ly điểm cố khỏi hệ thống nhanh nhằm rút ngắn thời gian cắt điện hộ tiêu thụ Từ năm 2008, KHPC ứng dụng thiết bị thị cố kiểu Flite 11xSA hãng Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm cố lưới trung Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thiết bị Flite 11xSA cảnh báo đèn chỗ nên việc tìm kiếm phải dựa vào đèn nên thời gian kéo dài Bên cạnh đó, giá thành thiết bị cao, nên khả triển khai tồn hệ thống lưới điện Cơng ty quản lý hạn chế Xuất phát từ thực tế KHPC thành lập nhóm nghiên cứu sản xuất thử nghiệm “Thiết bị thị cảnh báo cố lưới điện trung áp” với yêu cầu sản phẩm làm phải ứng dụng thực tế lưới điện trung với mục đích: Phát gửi cảnh báo cố đến cá nhân đơn vị liên quan thời gian sớm theo hướng tự động hóa nhằm cách ly điểm cố khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn thời gian điện khách hàng sử dụng điện; Đáp ứng tiêu nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng GIỚI THIỆU Theo Quyết định số 717/QĐEVN ngày 28 tháng năm 2014 Tập đoàn Điện lực Việt Nam việc Ban hành Quy định thống kê, báo cáo cố độ tin cậy lưới điện Theo đó, tiêu việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng tiêu chí quan trọng Tập đoàn Điện lực Việt Nam quy định Tổng Công ty Điện lực Điện lực trực thuộc khơng nâng cao hài lịng khách hàng ngành điện, mà mang lại lợi nhuận cho hoạt động SXKD đơn vị Theo thống kê cố xảy lưới điện trung áp thuộc địa bàn KHPC quản lý vận hành (QLVH) nhận thấy số lần cố xảy lưới điện trung áp cao, đường dây qua nhiều địa bàn đồi núi nhiều cối, động vật hoang dã, giông sét,… Nếu không phát xử lý sớm điểm cố dẫn đến điện 432 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 kéo dài tái diễn tình trạng cố thống qua nhiều lần gây hư hỏng thiết bị dẫn đến cố vĩnh cửu làm gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng, ảnh hưởng đến hoạt động SXKD bán điện độ tin cậy cung cấp điện Chính lý từ năm 2008, KHPC ứng dụng thiết bị thị cố kiểu Flite 11xSA hãng Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm cố lưới trung áp Bước đầu, thiết bị phát huy hiệu quả, xác định nhanh điểm cố Qua đó, giảm nhanh thời gian cắt điện cố xảy Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thiết bị Flite 11xSA phát sinh số nhược điểm dẫn đến linh hoạt tùy chọn báo tuyền tín hiệu thấp thiết bị cảnh báo đèn chỗ nên việc tìm kiếm phải dựa vào đèn thời gian kéo dài Bên cạnh đó, giá thành thiết bị cao, nên khả triển khai tồn hệ thống lưới điện Cơng ty quản lý hạn chế MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN Trước thực trạng trên, KHPC thành lập nhóm nghiên cứu nhằm hạn chế thực trạng trên, nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm thành công thiết bị báo cố lưới điện trung áp với nhiều tính ưu việt phù hợp với mục đích quản lý đơn vị, sở tiến hành sản xuất thử nghiệm (SXTN) để lắp đặt vận hành lưới điện Khánh Hịa Việc chế tạo thành cơng thiết bị giúp sớm phát gửi cảnh báo cố đến cá nhân đơn vị liên quan thời gian sớm theo hướng tự động hóa (bằng cách gửi tin nhắn cảnh báo thông tin cố hiển thị trực quan hình máy tính HMI) nhằm cách ly điểm cố khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn thời gian điện khách hàng sử dụng điện, đáp ứng tiêu ngày cao nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Sản phẩm làm có tính kỹ thuật tương đương ưu việt sản phẩm sản xuất trước thị trường, phù hợp với mục đích quản lý đơn vị Ngồi việc chế tạo thành cơng thiết bị giúp cho Công ty làm chủ công nghệ, phần mềm, giá thành sản phẩm rẻ thiết bị ngoại nhập Mục tiêu cụ thể: Chế tạo thiết bị thị cảnh báo cố lưới điện trung áp, với yêu cầu cảm biến cố dòng điện; cảnh báo thiết bị cảnh báo từ xa; cho phép cài đặt thay đổi thông số dòng thời gian; phù hợp với thông số kỹ thuật chế độ vận hành lưới điện trung áp nay; linh kiện điện tử vật liệu có sẵn thị trường nước Phần mềm thiết bị KHPC tự nghiên cứu thiết kế lập trình Sản phẩm ứng dụng cho hệ thống lưới trung áp KHPC quản lý với số tính kỹ thuật ưu việt, mức chi phí đầu tư hợp lý, đồng thời phù hợp với thông số kỹ thuật chế độ vận hành lưới điện PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 433 Trên sở kết SXTN đạt tiến hành sản xuất với số lượng lớn cung cấp cho KHPC mà cịn cung cấp cho Điện lực khác (dưới dạng thương mại) với chất lượng sản phẩm đảm bảo, chủ động sản xuất, bảo hành giá cạnh tranh LỢI ÍCH KINH TẾ VÀ KHẢ NĂNG CẠNH TRANH CỦA SẢN PHẨM TRÊN THỊ TRƯỜNG Chi phí sản xuất thấp chủ động tự nghiên cứu, thiết kế phần mềm, phần cứng sử dụng nguồn nhân lực sẵn có nên giá thành thấp so với thiết bị ngoại nhập Vì vậy, khả triển khai toàn hệ thống khả thi cung cấp thị trường Điện lực toàn EVN Thiết bị giúp phát sớm cố từ có giải pháp phương án xử lý nhanh nhất, hạn chế thời gian điện cho khách hàng khách hàng thuộc khu vực quân sự, an ninh quốc phòng khách hàng có cơng suất tiêu thụ lớn Từ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện điện kéo dài gây TÁC ĐỘNG CỦA KẾT QUẢ DỰ ÁN ĐẾN KINH TẾ XÃ HỘI, AN NINH, QUỐC PHÒNG Trước nhu cầu đòi hỏi ngày cao xã hội độ tin cậy cung cấp điện, phát triển nhanh khối lượng đường dây quản lý tính đa dạng, phức tạp nhiều loại địa hình lưới điện trung áp phục vụ cho nhu cầu phát triển xã hội dân sinh Cùng với phát triển mạnh khoa học kỹ thuật giới nước, việc ứng dụng phần mềm tin học công tác QLVH lưới điện triển khai, công tác QLVH, sửa chữa lưới điện phát triển theo hướng tự động hóa, lao động giản đơn tốn nhiều sức lao động thay dần công cụ công nghệ tiên tiến hơn, nâng cao suất lao động… nên để xác định xác vị trí đường dây bị cố cảnh báo sớm thời điểm xảy cố yêu cầu đặt người QLVH lưới điện Với thiết bị thị cố có tính tương đương phải nhập ngoại nên có giá thành cao, thời gian triển khai thủ tục mua sắm kéo dài, trình sử dụng xảy hư hỏng sửa chữa, khắc phục nên gây tốn kém, lãng phí Để giải vấn đề cần nghiên cứu sản xuất thiết bị thị, cảnh báo cố lưới điện trung áp vật liệu có sẵn thị trường nước, kết hợp với mạng viễn thông công cộng mặt lưới điện đồ số có (bản đồ lưới điện định vị GPS)… thiết bị thị cảnh báo cố lưới điện sau sản xuất có giá thành thấp thiết bị nhập ngoại, làm chủ công nghệ chế tạo để sản 434 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 xuất đại trà phục vụ cho nhu cầu lưới điện KHPC quản lý trước mắt hướng tới tham gia cung cấp cho đơn vị điện lực nước NĂNG LỰC THỰC HIỆN DỰ ÁN Các cán quản lý, cán kỹ thuật, công nhân thuộc KHPC trực tiếp tham gia nghiên cứu, chế tạo người có trình độ, trách nhiệm, có lực chun mơn kinh nghiệm quản lý, tổ chức triển khai dự án lĩnh vực sản xuất điện, đặc biệt dự án liên quan đến cơng tác thí nghiệm, sửa chữa, chế tạo thiết bị điện Cơ sở vật chất, trang thiết bị phương tiện đồ nghề đáp ứng yêu cầu Dự án KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, CHUYỂN GIAO, NHÂN RỘNG KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN Từ kết Dự án, triển khai ứng dụng sản phẩm toàn hệ thống KHPC quản lý có hướng tới Điện lực EVN Vì vậy, KHPC tổ chức sản xuất với quy mô dự kiến khoảng 1000 chiếc/năm sau hoàn thành dự án SXTN Để đáp ứng quy mô sản xuất Công ty tiến hành thành lập xưởng sản xuất Xí nghiệp Cơ điện Thí nghiệm (số 07 B đường Trường Sơn – Phường Vĩnh Nguyên – TP Nha Trang – Tỉnh Khánh Hòa) với trang thiết bị phụ trợ như: máy quấn dây tự động, máy hàn chì, máy tạo dịng cố, máy móc thử nghiệm,… MƠ TẢ CƠNG NGHỆ, SƠ ĐỒ HOẶC QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐỂ TRIỂN KHAI TRONG DỰ ÁN Dự án SXTN thiết bị thị cố lưới điện trung áp kế thừa từ Đề tài nghiên cứu cấp sở Hội đồng KHCN KHPC nghiệm thu vào tháng 12/2015 Đề cương dự án Hội đồng KHCN Sở KHCN tỉnh Khánh Hịa thơng qua vào tháng 3/2017 7.1 Cấu tạo thiết bị a) Sơ đồ nguyên lý Khi xảy cố, thiết bị thị cố lắp đặt lưới điện trung áp ghi nhận báo tin nhắn SMS thông qua modul SMS Modem GSM Server nhận tin nhắn, phân tích cú pháp tin nhắn thơng báo cho phân hệ Client để hiển thị đồ số PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 435 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị thị cảnh báo cố sơ đồ số b) Sơ đồ khối thiết bị thị cố KHỐI CẢM BIẾN DÒNG ĐIỆN (KHỐI CẢM ỨNG) KHỐI ADC (Analog/Digital Convert) KHỐI NGUỒN KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM KHỐI CÀI ĐẶT TRỊ SỐ BẰNG DIP SWITCH KHỐI KÍCH HOẠT CẢNH BÁO Hình 6: Sơ đồ khối thiết bị thị cảnh báo cố lưới điện trung áp 436 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 c) Thơng số kỹ thuật Bảng 3: Thông số kỹ thuật thiết bị thị cảnh báo cố Hình dáng bên ngoài: Thiết bị thị cảnh báo cố lưới điện trung áp, kiểu: FDS (Fault Display System) Điện áp vận hành: đến 50 kV Tần số hoạt động: 50 Hz Cấp xác dịng điện: ≤ 10% (In) Nhiệt độ hoạt động: đến + 55 °C Kích thước (HxWxD): (175 x 110 x 105) mm Trọng lượng: 0.8 kg Tuổi thọ pin: 05 năm vận hành Dải dòng điện làm việc (In): 100/200/400/600A (tùy chọn, t = 50; 100; 300; 500 ms) 1000/1200/1500 A (tùy chọn, t = 40 ms) Chức modul: Khối cảm biến dịng điện: gồm cuộn dây có lõi sắt từ theo dạng mạch từ tĩnh (Hình 3) Kết cấu lõi sắt từ cuộn dây tính tốn để nhận điện từ trường đường dây trung áp mang điện cảm ứng vào cuộn dây với dung lượng đủ lớn để nhận biết thay đổi dòng điện đường dây đảm bảo đủ kích hoạt vi mạch thuật tốn logic thiết bị thị cố Hình 7: Khối cảm biến dòng điện PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 437 Khối ADC (Analog/Digital Convert): Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ khối cảm ứng đưa vào khối xử lý trung tâm Khối cần làm việc có độ tin cậy cao để chuyển thơng tin xác khối xử lý trung tâm làm việc Khối điều khiển trung tâm: điều khiển vi điều khiển dòng AVR hãng Atmel (Hoa Kỳ) sản xuất theo công nghệ (công nghệ RISC) Trên thị trường nay, dịng vi điều khiển tích hợp cao thuộc họ bit theo công nghệ với chức cần thiết ứng dụng cụ thể như: độ ổn định cao, khả tích hợp đa dạng, mềm dẻo tiện lợi lập trình, giao diện SPI đồng bộ, đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được, giao tiếp I2C, biến đổi ADC 10 bit, kênh băm xung PWM, định thời Watchdog, 03 timer/Counter bit, 01 Timer/Counter 16 bit, 01 so sánh analog, nhớ EFPROM… đặc biệt dòng AVR tiết kiệm nguồn nuôi, thể qua 03 chế độ tiết kiệm nguồn nuôi sau: + Chế độ Power Down: lưu giữ nội dung ghi, ngừng hoạt động dao động, vơ hiệu hóa chức khác vi điều khiển đến có kích hoạt từ bên + Chế độ Powersave: thời gian khơng đồng hoạt động, cho phép trì sở thời gian chương trình, thành phần lại vi điều khiển đưa chế độ ngủ (sleep mode) + Chế độ Standby: Bộ dao động hoạt động, toàn thành phần khác vi điều khiển đưa chế độ ngủ Điều giúp vi điều khiển nhanh chóng khởi động trở lại với mức tiêu thụ điện cực thấp Khối cài đặt trị số Dipswitch: nhằm cài đặt giá trị dòng điện cố, giá trị thời gian cần thiết để kích hoạt module chức thiết bị thị Thông qua linh kiện điện tử khóa chuyển đổi (ON/OFF), khối thiết kế đơn giản, giúp cho người sử dụng dễ nắm bắt cách thức cài đặt, dễ sử dụng, giá trị cài đặt phải phù hợp phối hợp với tính thiết bị lắp đặt lưới điện giá trị dòng điện cố lưới điện trung áp gây Khối kích hoạt cảnh báo: thiết kế với hai hình thức cảnh báo độc lập với + Cảnh báo thiết bị: tín hiệu cảnh báo sử dụng thông qua việc nhấp nháy đèn LED (Light Emitting Diode) gắn thiết bị thị, giúp cho người quan sát thấy có tín hiệu cố Việc sử dụng đèn LED giải phát nhằm tiết kiệm nguồn nuôi với hiệu suất cao nhất, giúp cho thiết bị thị làm việc thời gian dài (03 ÷ 05 năm) 438 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 + Cảnh báo Phịng QLVH lưới điện: tín hiệu cảnh báo cố kích hoạt module truyền thơng GSM (Remote alarm), thông qua mạng viễn thông công cộng Phịng QLVH lưới điện nhận tín hiệu cảnh báo tức thời sơ đồ mặt lưới điện QLVH tin nhắn Khối nguồn: + Pin Lithium SAFT LSH20 3.6 V có dung lượng đủ lớn để trì thời gian làm việc thiết bị thị cố đường dây thời gian dài (03 ÷ 05 năm) + Dịng điện làm việc đủ lớn để khởi động trì chế độ làm việc theo lập trình cài đặt cho thiết bị thị cố + Do thiết bị thị cố lắp đường dây trung áp truyền tải điện năng, nên nguồn nuôi thiết bị thị làm việc môi trường khắc nghiệt nhất, chịu toàn tác động thay đổi thời tiết, khí hậu yếu tố khác Xuất phát từ yếu tố trên, với tính ưu việt độ bền cao, trọng lượng nhẹ, có mật độ lượng cao khả cung cấp lượng dài hơn, pin lithium nguồn ni tối ưu đáp ứng thời điểm Hình 8: Bo mạch điều khiển thiết bị thị cố Hình 9: Pin lithium PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 439 d) Cách thức cài đặt thông số Switch I Switch II Hình 10: Vị trí Switch I Switch II Cài đặt giá trị dòng điện cố: 100 A – 200 A – 400 A – 600 A (tùy chọn) Bảng Cài đặt vị trí Switch I Dòng cài đặt Off Off Off On 100 A Off Off On Off 200 A Off On Off Off 400 A On Off Off Off 600 A 440 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Cài đặt thời gian ghi nhận dòng cố: 50; 100; 200; 500 ms (tùy chọn) Bảng Cài đặt vị trí Switch II Thời gian ghi nhận dịng cố Off Off 50 ms Off On 100 ms On Off 300 ms On On 500 ms Cài đặt thời gian nhấp nháy đèn: 01; 02; 03; 04 (tùy chọn) Bảng Cài đặt vị trí Switch II Thời gian nhấp nháy đèn Off Off 01 Off On 02 On Off 03 On On 04 Cài đặt vị trí Switch II Dịng cắt nhanh (F50) (t = ÷ 40 ms) Off Off OFF (F50) Off On 1000 A On Off 1200 A On On 1500 A e) Các chức Chức tự giải trừ tín hiệu (reset) sau phục hồi phụ tải mức cài đặt tối thiểu: Khi có tín hiệu cố, đèn cảnh báo nhấp nháy theo giá trị thời gian cài đặt nhấp nháy đèn, hết thời gian đèn cảnh báo tự động tắt Nếu chưa hết thời gian nhấp nháy đèn mà lưới điện khơi phục lại với mức dịng điện tải > 17 A đèn cảnh báo tự động tắt sau 01 phút Chức trì thời gian nhấp nháy đèn cảnh báo cố lâu dài: Khi có tín hiệu cố đèn cảnh báo nhấp nháy với thời gian cài đặt (ví dụ h) Sau thời gian (ví dụ h) Đơn vị QLVH xác định nguyên nhân, xử lý xong tiến hành