2.2.2 Một số sự cố xảy ra trong trạm biến áp 110kV
Trong quá trình hoạt động liên tục trong khoảng thời gian dài, các thiết bị trong trạm sẽ khó mà tránh khỏi những sự cố nhất định, có những sự cố nhỏ khơng ảnh hưởng đến q trình hoạt động trong trạm, nhưng đơi khi cũng có các sự cố lớn gây hỏng, nặng hơn gây nguy hiểm đến mọi người xung quanh. Một số sự cố thường gặp bao gồm:
o Hư hỏng đường dây trục chính điện áp 110kV, hư hỏng các tủ, bảng điện bảo vệ hay một hoặc nhiều phân đoạn thanh cái 110kV cần nhiều thời gian để khôi phục lại hoạt động.
o Sự cố máy biến áp ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp đây là sự cố xảy
ra khi mạch điện giữa các pha của máy bị ngắn khơng đều nhau khiến dịng điện gặp trục trặc khi lưu thông. Tuy trường hợp ngắn mạch ở máy biến áp ba pha rất ít khi xảy ra, song nếu mắc phải hậu quả sẽ gây cháy nổ trạm biến áp.
o Hiện tượng các pha của cuộn dây bị đứt mạch. Trong quá trình sử dụng trạm
biến áp thời gian dài, dưới tác dụng của thiên nhiên và lực cơ học mà các mối nối giữa các cuộn dây dễ dàng bị hư hại, điều này dễ dàng gây ra hiện tượng hồ quang điện, tạo ra tia lửa điện và gây nóng do quá tải cho đường dây tải điện dẫn đến phát sinh cháy nổ trạm biến áp.
o Hiện tượng chảy dầu: Chảy dầu là dấu hiệu cảnh báo rằng, trạm biến áp của bạn đang rơi vào tình trạng cần bảo trì, việc này có thể do nhiều lý do gây ra như đã quá lâu chưa bảo trì trạm, lượng nhớt trong máy đã quá cũ mà vẫn chưa thay đổi, hay bụi bẩn bám vào các bộ phận trạm gây ra hư hỏng, nứt nẻ các bộ phận trạm.
o Ngoài ra, sự cố xảy ra do tác động ngoài ý muốn như mưa lớn thường đi kèm
giơng gió và sấm sét, cả 2 yếu tố này đều gây ra hiện tượng cháy nổ trạm biến áp khá thường xuyên tại khắp nơi trên thế giới. Còn đối với những ngày nắng nóng, nhiệt độ tăng cao, khiến cho nhiệt độ trong máy trạm cũng tăng cao dễ dẫn đến quá tải trạm biến áp. Lúc này, trạm cần được ngắt điện để nghỉ ngơi trở về lại với hiệu suất ban đầu.
Vì vậy cần đưa ra các giải pháp để khác phục sự cố cũng như đưa ra các phương pháp bảo vệ các thiết bị trong trạm. Giám sát, đề phòng sự cố xảy ra đối với các thiết bị trong trạm biến áp110kV để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy.
2.2.3 Hệ thống Camera giám sát, cảnh báo xâm nhập, báo cháy và hệ thống điều khiển bảo vệ trong trạm biến áp 110kV Phú Bài khiển bảo vệ trong trạm biến áp 110kV Phú Bài
2.2.3.1 Hệ thống Camera giám sát
Hệ thống Camera được thiết kế cung cấp khả năng quan sát các thiết bị chính và quan sát tổng thể trạm, đồng thời phối hợp với hệ thống cảnh báo xâm nhập để thực hiện chức năng giám sát an ninh trạm
Trong năm 2016, trạm biến áp 110kV Phú Bài đã được nâng cấp cải tạo để đưa vào hành vận hành không người trực [3]. Đã trang bị đáp ứng đầy đủ hệ thống Camera giám sát bảo vệ như hệ thống Camera cố định và Camera trượt sử dụng giải pháp Camera IP (Network Camera) được thiết kế để có khả năng quan sát, thấy được rõ và chính xác vị trí cũng như trạng thái các thiết bị chính (máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, ...) hiển thị hình ảnh trên bất cứ máy tính nào theo giao thức mạng thơng qua phần mềm quản lý hình ảnh chuyên dụng hoặc trình duyệt web dễ dàng vận hành hệ thống do trung tâm giám sát và lưu trữ tập trung tại một điểm.
Các Camera có tốc độ ghi và chất lượng hình ảnh cao đạt chuẩn HD và có khả năng quan sát được vào ban đêm. Hệ thống Camera có tích hợp chức năng phân tích hình ảnh, cảnh báo sự kiện tạo thành một hệ quan sát hiệu quả, thông minh và thống nhất giúp vận hành tại TBA an tồn chính xác, đạt độ ổn định và tin cậy cao, giảm chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa.
Hình 2.3 Camera trượt giám sát các thiết bị
2.2.3.2 Hệ thống cảnh báo xâm nhập
Hệ thống kiểm soát vào ra có khả năng phát hiện và báo động khi có xâm nhập được liên kết với hệ thống Camera để tự động quan sát vùng báo đột nhập, đồng thời liên kết với hệ thống SCADA để cung cấp thông tin giám sát từ xa.
Tất cả cửa ra vào có đều được lắp đặt tiếp điểm cảnh báo cửa mở dạng từ có độ nhậy cao. Các lối vào chính được giám sát bằng đầu qt hồng ngoại, có khả năng phát hiện xâm nhập từ bên ngoài
Hệ thống kiểm soát xâm nhập được quản lý tập trung bằng thiết bị giám sát trung tâm (Access Control Unit) [3]. Thiết bị giám sát trung tâm kết nối và nhận tín hiệu cảnh báo từ các thiết bị giám sát xâm nhập (tiếp điểm cửa, đầu quét hồng ngoại), phân biệt được các vùng cảnh báo, phát tín hiệu cảnh báo bằng chng đèn, gửi tí hiệu cảnh báo qua hệ thống mạng Ethernet, đồng thời cung cấp tiếp điểm cảnh báo đầu ra để gửi tín hiệu lên hệ thống SCADA.
Thiết bị giám sát trung tâm có khả năng kết nối mạng Ethernet, cho phép cấu hình và kiểm sốt dữ liệu giám sát qua giao diện web server, hoặc phần mềm quản lý và cấu hình có bản quyền được cấp kèm theo.
2.2.3.3 Hệ thống báo cháy
Hệ thống báo cháy tự động sử dụng giải pháp thiết bị báo cháy, báo khói theo kiểu địa chỉ (Addressable fire alarm system) [3], có khả năng cung cấp chính xác thơng tin vị trí nguồn nhiệt, nguồn khói, thơng báo địa chỉ của từng đầu báo cháy. Thiết bị tập trung báo cháy cung cấp các kênh tín hiệu cảnh báo đầu ra (alarm output) để kết nối với hệ thống giám sát tại TTĐK PC Huế. Hệ thống báo cháy tự động hoạt động trên 3 trạng thái khi làm việc:
o Trạng thái thường trực (Khi khơng có cháy) o Trạng thái báo cháy
o Trạng thái sự cố
Bình thường tồn bộ hệ thống sẽ ở chế độ thường trực. Khi ở trạng thái báo cháy thì sẽ tín hiệu kiểm tra sự làm việc đến các thiết bị trong hệ thống đồng thời các đầu báo cháy địa chỉ cũng có tín hiệu hồi đáp về trung tâm.
Trong chế độ giám sát nếu trung tâm nhận được tín hiệu báo lỗi hoặc khơng nhận được tín hiệu hồi đáp từ các thiết bị thì trung tâm sẽ chuyển sang chế độ sự cố.
Trong trường hợp cháy xảy ra ở các khu vực bảo vệ, các yếu tố mơi trường sự cháy (nhiệt độ, khói) thay đổi sẽ tác động lên các đầu báo cháy. Khi các yếu tố này đạt tới ngưỡng làm việc thì các đầu báo cháy sẽ làm việc tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm báo cháy. Tại trung tâm báo cháy sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về Trung tâm điều khiển tại công ty Điện lực Thừa Thiên Huế (TTDK PC Huế) để đưa ra tín hiệu thơng báo khu vực xảy ra cháy, đồng thời tín hiệu chng báo, đèn cháy tại TBA sẽ hoạt động để cảnh báo có sự cố cháy xảy ra.
Thiết bị báo cháy sử dụng: Đầu báo cháy khói và đầu báo cháy nhiệt
o Đầu báo cháy khói (Smoke detector): Các đầu báo này chủ yếu phát hiện ra sự
gia tăng nồng độ khói ở trong khu vực bảo vệ.
o Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector): Các đầu báo cháy nhiệt chủ yếu phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ ở trong khu vực bảo vệ.
Đầu báo cháy là thiết bị cảm biến nhạy cảm với sự thay đổi của các yếu tố mơi trường khi cháy như: nhiệt độ, nồng độ khói để tạo ra các tín hiệu truyền về trung tâm khi giá trị của các yếu tố môi trường đạt một giá trị nhất định.
2.2.3.4 Hệ thống bảo vệ điều khiển
Đối với giải pháp tự động hóa trạm thì tại trạm biến áp 110KV đa phần sử dụng cáp điều khiển làm chức năng điều khiển, liên động và phối hợp bảo vệ. Các thiết bị thông qua các bộ điều khiển RTU với tính năng của các cổng I/O đơn giản. Các xuất tuyến 22kV cấp điện cho các cụm phụ tải quan trong như khu công nghiệp Phú bài, sân bay và một số xuất tuyến cấp tải dân sinh có số lương khách hàng rất lớn (như XT 472 cấp điện 16.634 khách hàng). Hệ thống rơle bảo vệ hỗ trợ giao thức truyền thông chuẩn serial (IEC103, MODBUS, và hiện nay đã hộ trợ giao thức truyền thông tiêu chuẩn IEC 61850, tiêu chuẩn IEC 61870-5-101) [3] nhằm cho việc truy suất dữ liệu sự cố từ xa và dữ liệu về TTĐK PC Huế giúp cho người vận hành đưa ra quyết định đóng lại hay khơng thơng qua màn hình HMI (Human Machine Interface) và cũng như giám sát tình trạng cũng như trạng thái logic đóng cắt của các thiết bị trong trạm biến áp đảm bảo cho việc vận hành an toàn và tin cậy. Ngoài ra các thiết bị hỗ trợ nhiều giao diện kết nối, các giao diện theo chuẩn serial (RS232/RS422/RS485) và Ethernet (RJ45 hoặc cáp quang) có khả năng tương thích với các giao diện kết nối của hầu hết cái loại rơle trong trạm.
2.3 CÁC QUY TRÌNH KIỂM TRA, GIÁM SÁT VÀ THAO TÁC CÁC THIẾT BỊ TRONG TRẠM 110KV
Đối với trạm biến áp 110kV việc vận hành quy trình giám sát quản lý sẽ dựa trên các tiêu chuẩn đã được ban hành của Bộ Công Thương phù hợp cho trạm biến áp 110kV bán người trực và tiến tới khơng người trực theo lộ trình 2020 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt.
Luật Điện lực số 28/2004/QH11 của Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam và Luật số 24/2012/QH13 về Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật điện lực, được Quốc hội khóa X thơng qua ngày 20 tháng 11 năm 2012.
Quy phạm trang bị điện ban hành theo Quyết định số 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/7/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương).
[1] Thông tư số 40/TT-BCT của Bộ Công thương ngày 31/12/2009 Quy định Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện.
[2] Thông tư số 40/2014/TT-BCT ngày 05/11/2014 của Bộ Cơng thương Quy định quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia.
[3] Thông tư số 28/2014/TT-BCT ngày 15/9/2014 của Bộ Công thương Quy định quy trình xử lý sự cố trong hệ thống điện quốc gia.
[4] Thông tư số 44/2014/TT-BCT ngày 28/11/2014 của Bộ Cơng thương Quy định quy trình thao tác trong hệ thống điện quốc gia.
Các quy trình trên áp dụng cho công tác quản lý vận hành, kiểm tra, bảo tri và sửa chữa các trạm biến áp 110kV khơng người trực nhằm giúp cho q trình vận hành được ổn định và tin cậy.
2.4 KẾT LUẬN
Nội dung chương 2 đã trình bày các kết cấu xây dựng mặt bằng bố trí lắp đặt thiết bị trong trạm biến áp 110kV, qua đó trình bày giải pháp tự động hóa và hệ thống bảo vệ trong trạm cũng như các thơng tư quy định quy trình kiểm tra, giám sát các thiết bị trong trạm biến áp 110kV khơng người trực. Từ đó làm cơ sở để đánh giá tổng quan và nghiên cứu cho các chương tiếp theo.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH PHỤC VỤ GIÁM SÁT TRẠM BIẾN ÁP 110KV
3.1 GIỚI THIỆU
Qua nội dung trình bày trong chương 2, nhận thấy rằng các trạm biến áp tại Thừa Thiên Huế mặc dù đã được tự động hóa nhưng vẫn phải đảm bảo số lượng công nhân trực vận hành. Một số trạm biến áp được lắp đặt hệ thống camera, nhưng các camera này có khả năng giám sát cịn hạn chế. Để giám sát tổng thể toàn bộ trạm biến áp cũng như các thiết bị cần thiết quan sát (dao cách ly, máy biến áp, máy cắt và các thông số đo lường ngoài trời cũng như nhiệt độ của các thiết bị này) cần phải lắp đặt thêm nhiều camera. Việc lắp nhiều camera này sẽ gây khó khăn cho vị trí lắp đặt, chi phí đầu tư, bảo dưỡng cũng như đường truyền (hình ảnh) về trung tâm giám sát.
Như vậy, để khắc phục các nhược điểm đã phân tích ở trên, nhóm đề xuất sử dụng robot tự hành trong các công việc giám sát này. Trong chương 3, nhóm sinh viên trình bày về đề xuất trong việc thiết kế phần cứng cho mơ hình robot.
3.2 CƠ SỞ THIẾT KẾ 3.2.1 Yêu cầu thiết kế 3.2.1 Yêu cầu thiết kế
Từ những vướng mắc trong công tác giám vận hành các trạm biến áp 110kV không người trực và những tiến bộ khoa học cơng nghệ trong Robot tự hành, nhóm đặt ra mục tiêu thiết kế Robot đạt được các yêu cầu như sau:
• Mơ hình Robot được lựa chọn để ứng dụng trong đề tài có khả năng di chuyển
linh hoạt qua nhiều loại địa hình khác nhau cả trong nhà và ngồi trời.
• Robot được vừa có thể quan sát trạng thái hoạt động, thơng số của thiết bị vừa có thể giám sát được nhiệt độ thiết bị.
• Robot giám sát đo được nhiệt độ và độ ẩm của môi trường làm việc.
• Mơ hình Robot cho phép điều khiển chuyển động thông qua thiết bị điều khiển
cầm tay hoặc tự hành thông qua khả năng định vị xác định vị trí và di chuyển đến vị trí yêu cầu trên toàn bộ mặt bằng trạm để cung cấp dữ liệu hình ảnh chính xác, rõ ràng về trung tâm điều khiển.
3.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế
Với mục tiêu đạt được các yêu cầu thiết kế đã nêu trong mục 3.2.1, cùng với đó là kết quả khảo sát thực tế đối tượng giám sát, nhóm đưa ra phương án thiết kế mơ hình Mobile Robot cụ thể như sau:
• Robot sử dụng hệ thống bánh đai xích cho khả năng di chuyển linh hoạt trên nhiều địa hình khác nhau.
• Trên thân robot được trang bị tích hợp 2 camera: camera thường và camera nhiệt.
• Có trang bị thêm các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, âm thanh, chống va chạm.
• Trang bị thiết bị điều khiển cầm tay, thiết bị định vị GPS, Router Wifi phục vụ cho khả năng điều khiển từ xa.
3.3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 3.3.1 Bản vẽ 2D của thiết kế 3.3.1 Bản vẽ 2D của thiết kế
Sau khi xác định được phương án thiết kế cụ thế và lựa chọn mơ hình Robot phù hợp, nhóm tiến hành xây dựng thiết kế 2D của Robot. Mơ hình cụ thể của robot thể hiện dưới Hình 3.1.
Cấu trúc cơ khí của robot có thể được được tách thành ba phần chính: hệ thống giám sát, phần thân và hệ thống bánh dẫn động hình 3.2. Các kích thước chính của của mơ hình: Chiều dài L = 500mm, chiều rộng W = 300mm, chiều cao H = 350mm.
Hình 3.2 Hệ thống bánh đai của mơ hình Robot
3.3.2 Bản vẽ 3D của thiết kế
Nhóm tiến hành xây dựng thiết kế 3D của Robot trên phần mềm SolidWorks. Mơ hình cụ thể của robot thể hiện dưới Hình 3.3.
3.3.3 Động học của robot
Robot di động có hướng và vị trí được biểu diễn trên hệ tọa độ Descartes {𝑋𝑂𝑌} thể hiện trong Hình 3.2. Hệ tọa độ cục bộ gắn trên thân robot là {𝑥𝑄𝑦}, mặt trước robot là trục x, góc giữa trục x, y là ϕ. Hoạt động của robot dựa trên sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe làm robot chuyển động theo một cung trịn có tâm nằm trên trục bánh xe.
Các thơng số hình học và động học của robot này [4] được hiển thị trong Hình 3.2 vectơ tư thế (vị trí / hướng) và vector vận tốc của WMR là tương ứng:
𝐩 = [𝑥 𝑦 𝜙]𝑇, 𝐩̇ = [𝑥̇ 𝑦 ̇ 𝜙 ̇]𝑇 (3.1)
Vị trí góc và tốc độ của bánh xe bên trái và phải tương ứng là {𝜃𝑙, 𝜃̇𝑙}, {𝜃𝑟, 𝜃𝑟̇ } .
Các giả thuyết đặt ra:
• Bánh xe lăn mà khơng bị trượt
• Trục dẫn hướng (lái) của robot vng góc với mặt phẳng Oxy