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”

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công tác quản lý kỹ thuật là một trong nhiều khâu trong hoạt động sản xuất kinh doanh (SXKD) của KHPC. Việc quản lý khối lượng lớn đường dây trung áp trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa là công tác khó khăn nhất và tiêu tốn nhiều nhân lực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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”

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 Hòa (KHPC) Tóm tắt: Công tác quản lý kỹ thuật là một trong nhiều khâu trong hoạt động sản xuất kinh doanh (SXKD) của KHPC. Việc quản lý khối lượng lớn đường dây trung áp trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa là công tác khó khăn nhất và tiêu tốn nhiều nhân lực. Từ trước đến nay, khi có sự cố xảy ra trên lưới trung thế, khâu phát hiện điểm xảy ra sự cố trên lưới đều phải thực hiện bằng thủ công, nghĩa là tập hợp rất nhiều nhân lực đến hiện trường tìm và cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất nhằm rút ngắn thời gian cắt điện của các hộ tiêu thụ. Từ năm 2008, KHPC đã ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố kiểu Flite 11xSA của hãng Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm sự cố trên lưới trung thế. Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thiết bị Flite 11xSA chỉ cảnh báo bằng đèn tại chỗ nên việc tìm kiếm phải dựa vào đèn nên thời gian kéo dài. Bên cạnh đó, giá thành thiết bị khá cao, nên khả năng triển khai trong toàn hệ thống lưới điện do Công ty quản lý rất hạn chế. Xuất phát từ thực tế trên KHPC đã thành lập nhóm nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm “Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện trung áp” với yêu cầu sản phẩm làm ra phải được ứng dụng thực tế trên lưới điện trung thế với các mục đích: Phát hiện và gửi cảnh báo sự cố đến cá nhân và đơn vị liên quan trong thời gian sớm nhất theo hướng tự động hóa nhằm cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn thời gian mất điện của khách hàng sử dụng điện; Đáp ứng chỉ tiêu về nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. 1. GIỚI THIỆU Theo Quyết định số 717/QĐEVN ngày 28 tháng 8 năm 2014 của Tập đoàn Điện lực Việt Nam về việc Ban hành Quy định thống kê, báo cáo sự cố và độ tin cậy lưới điện. Theo đó, chỉ tiêu về việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng là một trong những tiêu chí quan trọng được Tập đoàn Điện lực Việt Nam quy định đối với các Tổng Công ty Điện lực và các Điện lực trực thuộc không những nâng cao sự hài lòng của khách hàng đối với ngành điện, mà mang lại lợi nhuận cho hoạt động SXKD của đơn vị. Theo thống kê sự cố xảy ra đối với lưới điện trung áp thuộc địa bàn KHPC quản lý vận hành (QLVH) nhận thấy số lần sự cố xảy ra đối với lưới điện trung áp còn khá cao, do đường dây đi qua nhiều địa bàn đồi núi nhiều cây cối, động vật hoang dã, giông sét,… Nếu như chúng ta không phát hiện và xử lý sớm điểm sự cố sẽ dẫn đến mất điện
432 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 kéo dài hoặc tái diễn tình trạng sự cố thoáng qua nhiều lần có thể gây hư hỏng thiết bị và dẫn đến sự cố vĩnh cửu làm gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng, ảnh hưởng đến hoạt động SXKD bán điện và độ tin cậy cung cấp điện. Chính vì lý do trên từ năm 2008, KHPC đã ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố kiểu Flite 11xSA của hãng Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm sự cố trên lưới trung áp. Bước đầu, thiết bị đã phát huy hiệu quả, xác định nhanh điểm sự cố. Qua đó, đã giảm nhanh thời gian cắt điện do sự cố xảy ra. Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thiết bị Flite 11xSA đã phát sinh một số nhược điểm dẫn đến sự linh hoạt trong tùy chọn chỉ báo và tuyền tín hiệu rất thấp do thiết bị chỉ cảnh báo bằng đèn tại chỗ nên việc tìm kiếm phải dựa vào đèn và thời gian kéo dài. Bên cạnh đó, giá thành thiết bị khá cao, nên khả năng triển khai trong toàn hệ thống lưới điện do Công ty quản lý rất hạn chế. 2. MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN Trước thực trạng trên, KHPC đã thành lập nhóm nghiên cứu nhằm hạn chế thực trạng trên, nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị chỉ báo sự cố lưới điện trung áp với nhiều tính năng ưu việt phù hợp với mục đích quản lý của đơn vị, trên cơ sở đó tiến hành sản xuất thử nghiệm (SXTN) để lắp đặt vận hành trên lưới điện Khánh Hòa. Việc chế tạo thành công thiết bị trên giúp sớm phát hiện và gửi cảnh báo sự cố đến cá nhân và đơn vị liên quan trong thời gian sớm nhất theo hướng tự động hóa (bằng cách gửi tin nhắn cảnh báo thông tin sự cố và hiển thị trực quan trên màn hình máy tính HMI) nhằm cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn thời gian mất điện của khách hàng sử dụng điện, đáp ứng chỉ tiêu ngày càng cao về nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Sản phẩm làm ra có tính năng kỹ thuật tương đương hoặc ưu việt hơn các sản phẩm đã sản xuất trước đây trên thị trường, phù hợp với mục đích quản lý của đơn vị. Ngoài ra việc chế tạo thành công thiết bị trên giúp cho Công ty làm chủ được công nghệ, phần mềm, giá thành sản phẩm rẻ hơn thiết bị ngoại nhập. Mục tiêu cụ thể:  Chế tạo thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện trung áp, với các yêu cầu cảm biến sự cố dòng điện; cảnh báo tại thiết bị và cảnh báo từ xa; cho phép cài đặt thay đổi thông số cơ bản về dòng và thời gian; phù hợp với thông số kỹ thuật và chế độ vận hành trên lưới điện trung áp hiện nay; bằng các linh kiện điện tử và vật liệu có sẵn trên thị trường trong nước. Phần mềm thiết bị do KHPC tự nghiên cứu thiết kế và lập trình.  Sản phẩm được ứng dụng cho hệ thống lưới trung áp do KHPC quản lý với một số tính năng kỹ thuật ưu việt, mức chi phí đầu tư hợp lý, đồng thời phù hợp với thông số kỹ thuật và chế độ vận hành trên lưới điện hiện nay.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 433  Trên cơ sở kết quả SXTN đạt được sẽ tiến hành sản xuất với số lượng lớn không những cung cấp cho KHPC mà còn có thể cung cấp cho các Điện lực khác (dưới dạng thương mại) với chất lượng sản phẩm đảm bảo, chủ động trong sản xuất, bảo hành và giá cả cạnh tranh. 3. LỢI ÍCH KINH TẾ VÀ KHẢ NĂNG CẠNH TRANH CỦA SẢN PHẨM TRÊN THỊ TRƯỜNG Chi phí sản xuất thấp do chúng ta chủ động tự nghiên cứu, thiết kế phần mềm, phần cứng và sử dụng nguồn nhân lực sẵn có nên giá thành thấp hơn so với thiết bị ngoại nhập. Vì vậy, khả năng triển khai trên toàn hệ thống là khả thi và có thể cung cấp ra thị trường các Điện lực trong toàn EVN. Thiết bị giúp phát hiện sớm sự cố từ đó có giải pháp và phương án xử lý nhanh nhất, hạn chế được thời gian mất điện cho khách hàng nhất là các khách hàng thuộc khu vực quân sự, an ninh quốc phòng và các khách hàng có công suất tiêu thụ lớn. Từ đó nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng do mất điện kéo dài gây ra. 4. TÁC ĐỘNG CỦA KẾT QUẢ DỰ ÁN ĐẾN KINH TẾ  XÃ HỘI, AN NINH, QUỐC PHÒNG Trước nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội về độ tin cậy cung cấp điện, sự phát triển nhanh về khối lượng đường dây quản lý cũng như tính đa dạng, phức tạp trên nhiều loại địa hình của lưới điện trung áp phục vụ cho các nhu cầu phát triển xã hội và dân sinh. Cùng với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật trên thế giới và trong nước, việc ứng dụng các phần mềm tin học trong công tác QLVH lưới điện đang được triển khai, công tác QLVH, sửa chữa lưới điện đang phát triển theo hướng tự động hóa, lao động giản đơn tốn nhiều sức lao động đang được thay thế dần bằng các công cụ và công nghệ tiên tiến hơn, nâng cao năng suất lao động… nên để xác định chính xác vị trí đường dây bị sự cố và cảnh báo sớm nhất thời điểm xảy ra sự cố là các yêu cầu đặt ra đối với người QLVH lưới điện hiện nay. Với các thiết bị chỉ thị sự cố có tính năng tương đương do phải nhập ngoại nên có giá thành rất cao, thời gian triển khai các thủ tục mua sắm kéo dài, trong quá trình sử dụng nếu xảy ra hư hỏng không thể sửa chữa, khắc phục được nên gây tốn kém, lãng phí. Để giải quyết vấn đề trên cần nghiên cứu sản xuất thiết bị chỉ thị, cảnh báo sự cố lưới điện trung áp bằng các vật liệu có sẵn trên thị trường trong nước, kết hợp với mạng viễn thông công cộng và mặt bằng lưới điện trên bản đồ số hiện có (bản đồ lưới điện định vị GPS)… thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện sau khi sản xuất sẽ có giá thành thấp hơn thiết bị nhập ngoại, chúng ta sẽ 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 của lưới điện KHPC quản lý trước mắt và hướng tới có thể tham gia cung cấp cho các đơn vị điện lực trong cả nước. 5. NĂNG LỰC THỰC HIỆN DỰ ÁN Các cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật, công nhân thuộc KHPC trực tiếp tham gia nghiên cứu, chế tạo là những người có trình độ, trách nhiệm, có năng lực chuyên môn và kinh nghiệm trong quản lý, tổ chức và triển khai các dự án trong lĩnh vực sản xuất điện, đặc biệt là đối với các dự án liên quan đến công tác thí nghiệm, sửa chữa, chế tạo thiết bị điện. Cơ sở vật chất, trang thiết bị và phương tiện đồ nghề cơ bản đáp ứng yêu cầu của Dự án. 6. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, CHUYỂN GIAO, NHÂN RỘNG KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN Từ kết quả Dự án, sẽ triển khai ứng dụng sản phẩm trên toàn hệ thống do KHPC quản lý có hướng tới các Điện lực trong EVN. Vì vậy, KHPC sẽ tổ chức sản xuất với quy mô dự kiến khoảng 1000 chiếc/năm sau khi hoàn thành dự án SXTN. Để đáp ứng quy mô sản xuất Công ty sẽ tiến hành thành lập xưởng sản xuất tại Xí nghiệp Cơ điện Thí nghiệm (số 07 B  đường Trường Sơn – Phường Vĩnh Nguyên – TP Nha Trang – Tỉnh Khánh Hòa) với các trang thiết bị phụ trợ như: máy quấn dây tự động, máy hàn chì, máy tạo dòng sự cố, các máy móc thử nghiệm,… 7. MÔ TẢ CÔNG NGHỆ, SƠ ĐỒ HOẶC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐỂ TRIỂN KHAI TRONG DỰ ÁN Dự án SXTN thiết bị chỉ thị sự cố trên lưới điện trung áp được kế thừa từ Đề tài nghiên cứu cấp cơ sở được Hội đồng KHCN của KHPC nghiệm thu vào tháng 12/2015 và Đề cương dự án đã được Hội đồng KHCN của Sở KHCN tỉnh Khánh Hòa thông qua vào tháng 3/2017. 7.1. Cấu tạo thiết bị a) Sơ đồ nguyên lý Khi xảy ra sự cố, thiết bị chỉ thị sự cố lắp đặt trên lưới điện trung áp sẽ ghi nhận và báo về một tin nhắn SMS thông qua modul SMS. Modem GSM tại Server nhận tin nhắn, phân tích cú pháp tin nhắn và thông báo cho phân hệ Client để hiển thị trên bản đồ số.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 435 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên sơ đồ số b) Sơ đồ khối thiết bị chỉ thị sự cố KHỐI CẢM BIẾN DÒNG ĐIỆN (KHỐI CẢM ỨNG) KHỐI ADC (Analog/Digital Convert) KHỐI CÀI ĐẶT KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NGUỒN TRỊ SỐ BẰNG TRUNG TÂM DIP  SWITCH KHỐI KÍCH HOẠT CẢNH BÁO Hình 6: Sơ đồ khối thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lưới điện trung áp
436 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 c) Thông số kỹ thuật cơ bản Bảng 3: Thông số kỹ thuật cơ bản thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố Hình dáng bên ngoài:  Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lưới điện trung áp, kiểu: FDS (Fault Display System).  Điện áp vận hành: đến 50 kV.  Tần số hoạt động: 50 Hz.  Cấp chính xác dòng 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 = 0 40 ms). Chức năng các modul:  Khối cảm biến dòng điện: gồm cuộn dây có lõi sắt từ theo dạng mạch từ tĩnh (Hình 3). Kết cấu của lõi sắt từ và cuộn dây được tính toán để có thể nhận điện từ trường của đường dây trung áp đang mang điện cảm ứng vào cuộn dây với dung lượng đủ lớn để có thể nhận biết được sự thay đổi dòng điện trong đường dây và đảm bảo đủ kích hoạt các vi mạch thuật toán logic của thiết bị chỉ thị sự 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 này cần làm việc có độ tin cậy cao để chuyển thông tin chính xác về khối xử lý trung tâm làm việc.  Khối điều khiển trung tâm: được điều khiển bằng vi điều khiển dòng AVR của hãng Atmel (Hoa Kỳ) sản xuất theo công nghệ mới (công nghệ RISC). Trên thị trường hiện nay, đây là dòng vi điều khiển tích hợp cao thuộc họ 8 bit theo công nghệ mới với những chức năng cơ bản rất cần thiết trong những ứng dụng cụ thể như: độ ổn định cao, khả năng tích hợp đa dạng, sự mềm dẻo và tiện lợi trong lập trình, giao diện SPI đồng bộ, các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được, giao tiếp I2C, bộ biến đổi ADC 10 bit, các kênh băm xung PWM, bộ định thời Watchdog, 03 bộ timer/Counter 8 bit, 01 bộ Timer/Counter 16 bit, 01 bộ so sánh analog, bộ nhớ EFPROM… đặc biệt dòng AVR rất tiết kiệm nguồn nuôi, được thể hiện qua 03 chế độ tiết kiệm nguồn nuôi như sau: + Chế độ Power Down: lưu giữ các nội dung ở các thanh ghi, ngừng hoạt động bộ dao động, vô hiệu hóa các chức năng khác của vi điều khiển đến khi có kích hoạt từ bên ngoài. + Chế độ Powersave: thời gian không đồng bộ vẫn hoạt động, cho phép duy trì cơ sở thời gian của chương trình, trong khi các thành phần còn lại của vi điều khiển được đưa về chế độ ngủ (sleep mode). + Chế độ Standby: Bộ dao động vẫn hoạt động, trong khi toàn bộ thành phần khác của vi điều khiển được đưa về chế độ ngủ. Điều này giúp vi điều khiển có thể nhanh chóng khởi động trở lại với mức tiêu thụ điện năng là cực thấp.  Khối cài đặt trị số bằng Dipswitch: nhằm cài đặt các giá trị dòng điện sự cố, các giá trị thời gian cần thiết để kích hoạt các module chức năng của thiết bị chỉ thị. Thông qua các linh kiện điện tử và các khóa chuyển đổi (ON/OFF), khối này được thiết kế khá đơn giản, giúp cho người sử dụng dễ nắm bắt cách thức cài đặt, dễ sử dụng, các giá trị cài đặt này phải phù hợp và có thể phối hợp được với các tính năng của các thiết bị lắp đặt trên lưới điện cũng như giá trị dòng điện do sự cố lưới điện trung áp gây ra.  Khối kích hoạt cảnh báo: được thiết kế với hai hình thức cảnh báo độc lập với nhau. + Cảnh báo tại thiết bị: tín hiệu cảnh báo này được sử dụng thông qua việc nhấp nháy của đèn LED (Light Emitting Diode) được gắn trên thiết bị chỉ thị, giúp cho người quan sát có thể thấy được khi có tín hiệu sự cố. Việc sử dụng đèn LED cũng là giải phát nhằm tiết kiệm nguồn nuôi với hiệu suất cao nhất, giúp cho thiết bị chỉ thị có thể làm việc trong thời gian dài (03 ÷ 05 năm).
438 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 + Cảnh báo tại Phòng QLVH lưới điện: tín hiệu cảnh báo sự cố sẽ kích hoạt module truyền thông GSM (Remote alarm), thông qua mạng viễn thông công cộng tại Phòng QLVH lưới điện sẽ nhận được tín hiệu cảnh báo tức thời trên sơ đồ mặt bằng lưới điện đang QLVH và tin nhắn.  Khối nguồn: + Pin Lithium SAFT LSH20 3.6 V có dung lượng đủ lớn để duy trì thời gian làm việc của thiết bị chỉ thị sự cố trên đường dây trong thời gian dài (03 ÷ 05 năm). + Dòng điện làm việc đủ lớn để có thể khởi động và duy trì các chế độ làm việc theo lập trình đã cài đặt cho thiết bị chỉ thị sự cố. + Do thiết bị chỉ thị sự cố được lắp trên đường dây trung áp truyền tải điện năng, nên nguồn nuôi của thiết bị chỉ thị luôn làm việc trong môi trường khắc nghiệt nhất, chịu toàn bộ các tác động thay đổi thời tiết, khí hậu và các yếu tố khác. Xuất phát từ các yếu tố cơ bản trên, với các tính năng ưu việt như độ bền cao, trọng lượng nhẹ, có mật độ năng lượng cao và khả năng cung cấp năng lượng dài hơn, pin lithium chính là nguồn nuôi tối ưu nhất có thể đáp ứng trong thời điểm hiện nay. Hình 8: Bo mạch điều khiển thiết bị chỉ thị sự cố Hình 9: Pin lithium
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 439 d) Cách thức cài đặt các thông số Switch I Switch II Hình 10: Vị trí Switch I và Switch II  Cài đặt giá trị dòng điện sự cố: 100 A – 200 A – 400 A – 600 A (tùy chọn). Bảng 4. Cài đặt tại vị trí Switch I Dòng cài đặt 4 3 2 1 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 CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Cài đặt thời gian ghi nhận dòng sự cố: 50; 100; 200; 500 ms (tùy chọn). Bảng 5. Cài đặt tại vị trí Switch II Thời gian ghi nhận dòng sự cố 2 1 Off Off 50 ms Off On 100 ms On Off 300 ms On On 500 ms  Cài đặt thời gian nhấp nháy của đèn: 01; 02; 03; 04 giờ (tùy chọn). Bảng 6. Cài đặt tại vị trí Switch II Thời gian nhấp nháy đèn 4 3 Off Off 01 giờ Off On 02 giờ On Off 03 giờ On On 04 giờ Cài đặt tại vị trí Switch II Dòng cắt nhanh (F50) 6 5 (t = 0 ÷ 40 ms) Off Off OFF (F50) Off On 1000 A On Off 1200 A On On 1500 A e) Các chức năng chính  Chức năng tự giải trừ tín hiệu (reset) sau khi phục hồi phụ tải ở mức cài đặt tối thiểu: Khi có tín hiệu sự cố, đèn cảnh báo sẽ nhấp nháy theo giá trị thời gian cài đặt nhấp nháy đèn, hết thời gian này đèn cảnh báo sẽ tự động tắt. Nếu chưa hết thời gian nhấp nháy đèn mà lưới điện đã khôi phục lại với mức dòng điện tải > 17 A thì đèn cảnh báo sẽ tự động tắt sau 01 phút.  Chức năng duy trì thời gian nhấp nháy đèn cảnh báo khi sự cố lâu dài: Khi có tín hiệu sự cố đèn cảnh báo sẽ nhấp nháy với thời gian cài đặt (ví dụ là 3 h). Sau thời gian (ví dụ 2 h) Đơn vị QLVH đã xác định được nguyên nhân, xử lý xong và tiến hành
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 441 khôi phục lại lưới điện. Nếu đường dây đó vẫn còn sự cố thì thời gian nhấp nháy của đèn cảnh báo sẽ được tính từ thời điểm bắt đầu đóng điện lại (sẽ tiếp tục nhấp nháy 3 h).  Chức năng truyền tín hiệu cảnh báo từ xa qua sóng SMS. Ngoài ra, thiết bị còn có một số tính năng khác như tự khởi động sau khi cấp nguồn (self test) và chống nhiễu ở điện áp cao, tần số 50 Hz,… f) Vỏ và kết cấu cơ khí của thiết bị chỉ thị sự cố Cùng với việc nguyên cứu, chế tạo thử nghiệm phần chính của thiết bị chỉ thị sự cố là mạch điện, phần vỏ hộp được chế tạo để bao che, định vị các modul, hình thức thể hiện… và kết cấu cơ khí móc trên đường dây đáp ứng được những tính năng của thiết bị, yêu cầu của môi trường làm việc. Thân vỏ hộp thiết bị chỉ thị được chế tạo bằng chất liệu nhựa ABS. Đây chính là loại nhựa cầu nối giữa nhựa thương mại và nhựa kỹ thuật được tạo nên từ 03 loại monomer: acrylonitrile, butadiene và Styrene. Vật liệu nhựa ABS có tính cứng rắn nhưng không giòn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn tổng thể kết cấu, độ chịu nhiệt (khoảng 80 oC), các đặc tính về cách điện, trong khi giá thành tương đối rẻ so với các loại nhựa kỹ thuật khác. Nắp hộp được chế tạo bằng nhựa PC (Polycarbonate) trong suốt. Đây là loại nhựa kỹ thuật có tính ổn định và dẻo dai, chịu được nhiệt độ cao (khoảng 100 oC). Nhựa PC có tính chất phản xạ, không hấp thụ tia cực tím nên sản phẩm không bị mờ, đục do chịu tác động trực tiếp bởi ánh sáng mặt trời khi treo trên lưới điện. Móc và chốt lò xo được chế tạo từ nhựa PA (Polyamide). Đây là loại nhựa có tính chất dẻo, chịu lực va đập tốt, ít bị ăn mòn khi chịu va đập. Nhựa PA có khả năng làm việc tốt trong cả 2 môi trường nóng và lạnh mà vẫn bảo đảm được tính cơ học, không hư hỏng. Khi thiết kế, cụm vỏ hộp thiết bị chỉ thị sự cố đã được tính toán cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài. Theo đánh giá của bộ phận thiết kế, cấp độ bảo vệ của cụm vỏ hộp thiết bị chỉ thị đối chiếu với tiêu chuẩn IEC 60529 dùng để phân loại và xếp hạng mức độ bảo vệ của lớp vỏ bảo vệ hoặc tủ điện do Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế ban hành đạt được cấp bảo vệ IP54. Nghĩa là mức độ chống bụi nằm ở mức: Không bảo vệ hoàn toàn khỏi sự thâm nhập của bụi, nhưng sẽ không bị thâm nhập với số lượng đủ lớn để ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị, bảo vệ hoàn toàn khỏi tiếp xúc; mức độ bảo vệ chống nước nằm ở mức: Nước được tạt vào vỏ bọc từ bất kỳ hướng nào sẽ không có tác động nguy hiểm. g) Khối modul SMS truyền tín hiệu (Remote alarm)  Khi có tín hiệu báo hiệu từ khối cảm biến, khối nguồn sẽ được bật để cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển và modem GSM. Nếu tín hiệu báo hiệu kéo dài dưới 0.5 s thì
442 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 được cho là nhiễu, modul sẽ tự động tắt nguồn nuôi để tiết kiệm năng lượng. Nếu tín hiệu báo hiệu kéo dài (trên 0.5 s), modem GSM sẽ được khởi động, vi điều khiển lấy thông tin modem (số IMEI), thông số điện áp của Pin nuôi và trạng thái tín hiệu điều khiển lúc đó để gửi về server thông qua SMS hoặc TCP (tùy chọn). Hình 11: Modul SMS truyền tín hiệu (Remote alarm)  Thời gian từ lúc nhận được tín hiệu kích hoạt cho đến khi tín hiệu được modul gửi về server khoảng 12 s 30 s.  Số điện thoại và mã trạm của thiết bị có thể thay đổi bằng phần mềm trên máy tính.  Server sẽ cập nhật trạng thái cảnh báo của thiết bị trên web khi có tín hiệu gửi về và gửi tin nhắn báo hiệu đến các số điện thoại người quản lý (đã được cài đặt sẵn). Chức năng cơ bản của từng khối:  Khối modem GSM: có nhiệm vụ như là cầu nối trao đổi thông tin (qua SMS, TCP…) giữa vi điều khiển với server. Sử dụng tần số GSM: 900/1800 MHz.  Khối nguồn: bao gồm pin nuôi và mạch đóng mở nguồn, khi có tín hiệu kích hoạt, khối này sẽ cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động và trao quyền điều khiển nguồn cho vi điều khiển.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 443  Khối vi điều khiển: có chức năng giao tiếp với modem GSM, điều khiển nguồn đóng, ngắt và giao tiếp với máy tính khi người dùng cần cấu hình.  Server: nếu sử dụng giao thức SMS, server sẽ mở một cổng Serial port từ USB 3G để tiếp nhận tín hiệu từ thiết bị chỉ thị sự cố gửi đến. 7.2. Phần mềm giám sát, cảnh báo và hiển thị sự cố trên HMI  Mục tiêu yêu cầu của hệ thống phần mềm:  Thu thập thông tin, tín hiệu từ thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố thông qua modem GSM SMS.  Phân tích, đánh giá dữ liệu thu thập và dự báo khu vực bị sự cố.  Thể hiện bản đồ số sơ đồ lưới điện từ dữ liệu PMIS và hiển thị tuyến dự báo sự cố.  Nhắn tin thông báo sự cố cho Đơn vị quản lý vận hành lưới điện.  Báo cáo thống kê về sự cố.  Mô tả phần mềm: Hệ thống phần mềm giám sát sự cố lưới điện bao gồm 02 phân hệ hoạt động theo mô hình Client/Server: Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lắp đặt trên lưới cảm biến sự cố, khi có sự cố thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố sẽ báo về một tin nhắn SMS thông qua modul SMS. Modem GSM tại Server nhận tin nhắn và phân tích cú pháp tin nhắn và thông báo cho phân hệ Client để hiển thị trên bản đồ số (Hình 1).  PHÂN HỆ TRÊN SERVER  Phân hệ Server: được cài đặt trên máy chủ (địa chỉ IP tĩnh) để thu nhận các tín hiệu truyền về từ thiết bị sau đó phân tích, xử lý, đóng gói và gửi tới người sử dụng để hiển thị cảnh báo.  Mô tả các chức năng: Phân hệ này hoạt động liên tục và thường xuyên để lắng nghe và chờ tín hiệu tin nhắn từ modul SMS của các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố đang lắp trên lưới. Khi có sự cố modul SMS gửi tin nhắn về modem GSM SMS. Phần mềm này đọc nội dụng tin nhắn, sau đó phân tích nội dung theo cú pháp và xác định vị trí và dự báo khu vực bị sự cố. Phân hệ này dùng công nghệ đa nhiệm, mỗi luồng đảm nhiệm một nhiệm vụ độc lập và hoạt động song song. Có tất cả 03 luồng đảm nhiệm 03 công việc khác nhau cùng lúc như sau:
444 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Điều khiển thiết bị Modem GSM/SMS Hình 12: Điều khiển thiết bị modem GSM/SMS để nhận và gửi SMS Chức năng này hoạt động liên tục để sẵn sàng tiếp nhận tin nhắn của các modul SMS từ các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố. Dùng tập lệnh AT Commands (Modem GSM) để điều khiển thiết bị Modem GSM (tần số GSM: 900/1800 MHz) thông qua cổng COM để nhận và gửi tin nhắn.  Phân tích cú pháp tin nhắn Tin nhắn nhận được sẽ được phân tích, đánh giá. Giao thức của tin nhắn SMS: MA_TRAM[25]#IMEI[15]#STATUS[1]#VOLTAGE[4]#CSQ[4]#FW[8] Trong đó: MA_TRAM: tên điểm đo, tối đa 25 ký tự. IMEI: số IMEI của modem, cố định 15 ký tự. STATUS: trạng thái của cảm biến lúc gửi tin nhắn, 1 ký tự. VOLTAGE: điện áp của Pin, 4 ký tự. CSQ: chất lượng sóng, 4 ký tự. FW: phiên bản firmware, tối đa 8 ký tự. Ví dụ: PC KHANH HOA 1#356495042254641#0#3,53#30,9#FW 1.0 => điện áp 3.53 V, chất lượng sóng 30,9, IMEI 356495042254641. Kết quả phân tích được lưu vào cơ sở dữ liệu (Quản trị có cơ sở dữ liệu SQL Server 2008 R2) để phân tích báo cáo.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 445 Hình 13: Phân tích nội dung tin nhắn  Quản lý và giao tiếp với các Client Chức năng này quản lý tất cả các kết nối của các Client kết nối và phân hệ Server để tiếp nhận thông tin sự cố khi có sự cố phát sinh. Hai phân hệ này giao tiếp với nhau bằng giao thức TCP Socket. Sau khi phân tích nội dung tin nhắn, hệ thống sẽ gửi một gói tin thông báo cho tất cả các Client đang kết nối với hệ thống để thông báo vị trí và tình trạng sự cố. Đồng thời nhắn tin nhắn SMS cho các đối tượng quản lý vận hành liên quan để thông báo sự cố bằng tin nhắn điện thoại. Hình 14: Quản lý danh sách các kết nối của Client
446 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  PHÂN HỆ TRÊN CLIENT  Phân hệ Client: được cài tại các máy trạm có kết nối được với máy chủ. Phần mềm Client thực hiện chức năng quản lý, hiển thị thông tin cảnh báo bằng bản đồ số và các chức năng báo cáo, thống kê.  Mô tả các chức năng: Chức năng chính của phân hệ này dùng để khai báo thông số và giao tiếp với người sử dụng chương trình, gồm các chức năng sau:  Khai báo thông số của hệ thống Chức năng này cho phép khai báo các thông số để chương trình vận hành theo ý muốn của người sử dụng, như: thông số người dùng, khai báo vị trí lắp đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo, khai báo số điện thoại người nhận tin nhắn sự cố…  Khai báo người dùng (Hình 15): Người dùng nhập thông tin số điện thoại và chọn chức năng nhận tin nhắn. Khi có sự cố hệ thống sẽ tin nhắn cho số điện thoại đã đăng ký. Hình 15: Khai báo thông số người dùng và người nhận tin nhắn
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 447  Khai báo điểm đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố (Hình 16): chức năng này cho phép người dùng khai báo các vị trí lắp đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố. Một vị trí lắp được tối đa 03 thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố tương ứng cho 3 pha A, B, C. Hình 16: Khai báo điểm lắp đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố Vị trí lắp đặt tương ứng với một cột điện trên dữ liệu của hệ thống PMIS. Hệ thống lấy dữ liệu trực tuyến từ cơ sở dữ liệu thông qua các bảng dữ liệu sau của hệ thống phần mềm PMIS. PMIS.dbo.A_ASSET: Bảng này lưu vị trí các cột điện, xuất tuyến. PMIS.dbo.ZAG_LOCATION: Bảng này lưu tạo độ của cột.  Hiển thị bản đồ Để hiển thị được bản đồ số trên hệ thống phần mềm thực hiện các công đoạn:  Lấy bản đồ của Google Map hiển thị làm bản đồ nền: Sử dụng hàm chức năng (API) của Google Map để download bản đồ. Có thể lấy trực tuyến hay lấy bản đồ đã lấy trực tuyến trước đó được lưu vào bộ nhớ đệm của máy tính.  Vẽ các xuất tuyến sơ đồ một sợi: truy cập dữ liệu của PMIS từ hai bảng: PMIS.dbo.A_ASSET và PMIS.dbo.ZAG_LOCATION để lấy vị trí và tọa độ. Sau đó dùng các hàm đồ họa để vẽ các xuất tuyến để thể hiện.  Vẽ các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên các tuyến cột đã khai báo tương ứng trên bản đồ từ dữ liệu đã khai báo.
448 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hình 17: Bản đồ hiển thị sự cố lưới điện  Phân tích và dự báo sự cố Khi có sự cố xảy ra, phân hệ Server tiếp nhận tín hiệu tin nhắn từ các bộ đệm đang gắn trên lưới. Sau khi phân tích các tín hiệu và đưa ra các dự báo vị trí và khu vực sự cố, vị trí và khu vực dự báo sẽ được thể hiện trên bản đồ với tín hiệu màu đỏ. Hình 18: Phân tích và xử lý dữ liệu để dự báo vị trí và khu vực bị sự cố trên lưới điện
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 449  Báo cáo thống kê: Chức năng này cung cấp các loại báo cáo thống kê. Bảng 7. Thống kê báo cáo, thống kê tin nhắn: đến đi, lỗi, thống kê sự cố, vị trí lắp. VịTrí_ VịTrí P.TG_ CapDien TT Tuyến TG_SuCo FA ORGID Min _Max XuLy Ap Phân Đoạn 12/1/2015 12/7/2015 1 39 39 U22 C PQ0400 478E24/138 13:23 16:57 12/1/2015 12/7/2015 2 PĐ Từ 01 Đến 86 83 83 U22 B PQ0400 13:28 16:57 PĐ 479ENT Từ 12/1/2015 12/7/2015 3 63 63 U22 A PQ0400 61 Đến 130 13:35 16:57 Tuyến 12/1/2015 12/7/2015 4 105 105 U35 B PQ0400 374375F2A 13:45 16:57 PĐ 472E31/02 12/1/2015 12/8/2015 5 43 43 U22 A PQ0900 (KCN Đắc Lộc) 13:49 7:32 PĐ sau LBS 12/1/2015 12/7/2015 6 78 78 U22 C PQ0200 475/49 13:59 14:35 7.3. Các thử nghiệm sản phẩm Sản phẩm sau khi sản xuất đã được Quatest 2 thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEEE 495:2007 “đạt yêu cầu” và cấp giấy chứng nhận với các chỉ tiêu cụ thể như sau:  Thử nghiệm dòng điện tác động danh định (Trip current rating verification test).  Thử nghiệm giải trừ (Reset verification test).  Thử chu kỳ nhiệt (Temperature test).  Thử độ bám dính trên dây dẫn (Electric cord pullout test).  Thử va đập (Impact resistance test).  Thử chịu dòng ngắn hạn (Shorttime current test): 10 kA/0.17 s.  Thử ảnh hưởng của dòng điện từ dây dẫn gần kề (Effect of current from adjacent conductor).  Thử độ kín: IP54.
450 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 7.4. So sánh các chức năng của sản phẩm với thiết bị Flite 11x SA Sản phẩm Flite 11x Chức năng thiết bị KHPC SA Khử nhiễu với điện áp cao, tần số 50 Hz X X Cho phép cài đặt và xử lý ngưỡng giá trị dòng điện và thời gian tác X X động Cho phép cài đặt thời gian duy trì đèn cảnh báo khi có sự cố X X Kiểm tra chế độ khởi động của thiết bị chỉ thị sự cố (self test) X X Cảnh báo sự cố bằng đèn tại chỗ X X Cảnh báo sự cố bằng tin nhắn SMS/hiển thị trên bản đồ GIS (HMI) X  từ xa Tự giải trừ (reset) sau khi phục hồi phụ tải ở mức cài đặt tối thiểu X  Giám sát hoạt động bằng phần mềm hiển thị sự cố FDS X  Tiếp nhận tín hiệu sự cố và các thông tin khác từ khối điều khiển X  Giám sát thời gian trễ của tín hiệu qua sóng SMS X  Thu thập thông tin, tín hiệu từ thiết bị chỉ thị sự cố thông qua X  modem GSM/SMS Phân tích, đánh giá dữ liệu thu thập và dự báo vị trí bị sự cố X  Thể hiện bản đồ số sơ đồ lưới điện từ dữ liệu PMIS và hiển thị X  tuyến ĐZ dự báo sự cố Nhắn tin thông báo sự cố cho Lãnh đạo và NV Đơn vị QLVH lưới X  điện (đã được khai báo trước) Báo cáo thống kê về sự cố X  Phần mềm dễ dàng nâng cấp, hiệu chỉnh cho phù hợp với đặc điểm, X  nhu cầu thực tế vận hành mong muốn Thời gian phát hiện và xử lý sự cố Ngắn hơn Dài hơn Giá thành sản xuất (xét trên cùng 1 đơn vị sản phẩm và tính năng) Thấp hơn Cao hơn