MỞ ĐẦU Trong công tác quản lý vận hành lưới điện của các công ty điện lực, mục tiêu hàng đầu là cung cấp điện an toàn và liên tục cho khách hàng. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành vẫn còn xảy ra sự cố trên lưới điện.Với nhiều nguyên nhân khác nhau gây mất điện, làm gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng. Đồng thời, gây thiệt hại rất lớn cho khách hàng và công ty điện. Để giảm thiểu khu vực bị ảnh hưởng mất điện do sự cố, các Công ty Điện lực thực hiện lắp đặt các thiết bị bảo vệ phân đoạn, nhánh rẽ như FCO, LBFCO, recloser… Tuy nhiên, trong quá trình vận hành vẫn còn nhiều trường hợp, sự cố nhánh rẽ vượt cấp gây bật recloser phân đoạn, bật máy cắt đầu nguồn gây mất điện trên diện rộng.
Do bán kính lưới điện lớn nên việc tìm ra nguyên nhân, vị trí gây sự cố gặp rất nhiều khó khăn. Khi xảy ra một sự cố gây mất điện, người công nhân vận hành lưới điện phải thực hiện kiểm tra lưới điện. Tìm nguyên nhân gây sự cố bằng phương pháp thủ công, mất rất nhiều thời gian, thậm chí có nhiều trường hợp, không tìm được nguyên nhân gây sự cố, gây ảnh hưởng đến thời gian tái lập điện cho khách hàng. Trước tình hình đó, hiện nay trên thị trường có cung cấp một thiết bị chỉ báo sự cố, dùng để cảnh báo khi có sự cố xảy ra.
Nhằm hỗ trợ công nhân vận hành nhanh chóng xác định được khu vực kiểm tra có bị sự cố hay không. Đó là loại thiết bị lắp trên đường dây, có chức năng phát ra tín hiệu ánh sáng (chớp đèn), để có thể nhìn thấy từ mặt đất khi đường dây bị sự cố (như thiết bị Flite 110SA của hãng Schneider, thiết bị FLA3 của hãng EMG). Qua quá trình lắp đặt thử nghiệm tại Công ty Điện lực Đồng Tháp nhận thấy các thiết bị này có ưu điểm và khuyết điểm như sau: Ưu điểm: - Thiết bị gọn nhẹ, dễ lắp đặt. Lưu Thanh Trà Trang 5/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế - Hỗ trợ tốt cho công tác tìm vị trí sự cố: khi có sự cố xảy ra trên đường dây thì thiết bị phát tín hiệu chớp đèn, khi đó người công nhân nhìn thấy và nhận biết đường dây phía sau vị trí lắp thiết bị có sự cố.
Khuyết điểm: - Để đạt được hiệu quả cao, phải lắp nhiều thiết bị dọc theo đường dây để nhanh chóng tìm ra khu vực xảy ra sự cố. Tuy nhiên, do giá thành cao nên phải tốn chi phí đầu tư rất lớn. - Chức năng của thiết bị rất đơn giản, chỉ có thể phát tín hiệu cảnh báo là chớp đèn, và phải nhìn trực tiếp tại hiện trường mới xác định thiết bị nào bị tác động do sự cố,từ đó mới tiếp tục đi tìm vị trí sự cố. Đồng thời, thiết bị không có chức năng truyền dữ liệu từ xa về trung tâm nên chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế.
Hình 1: Thiết bị FLite 110SA của hãng Schneider GVHD: TS. Lưu Thanh Trà Trang 6/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế Hình 2: Thiết bị FLA3 của hãng EMG (Đức) Với các dòng thiết bị nhập khẩu, giá thành hiện nay còn khá cao, khoảng 1500 USD/1 bộ (1 bộ gồm 3 thiết bị gắn trên 3 pha). Trong mạng lưới điện nội thành, nếu cứ khoảng 500m gắn một bộ thì số lượng các bộ cần phải gắn lên đến con số chục ngàn. Ngoài ra, các thiết bị trên chỉ có thể cho phép báo sự cố bằng cách chớp đèn.
Lưu Thanh Trà Trang 7/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế CHƯƠNG II: ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU I/ LÝ DO VÀ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI: Từ nhu cầu thực tế về quản lý vận hành lưới điện, nhất là công tác xử lý sự cố, em đã chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế. Mục đích của đề tài là sản xuất thiết bị có chức năng và ưu điểm như sau: - Ghi nhật ký vận hành đường dây: ghi nhận giá trị dòng điện theo thời gian qui định trước, nhằm thuận tiện cho việc giám sát truyền tải lưới điện, đồng thời phân tích các số liệu đo đạc theo thời gian. - Phát hiện dòng ngắn mạch, phát tín hiệu cảnh báo khi có sự cố (tín hiệu đèn báo và tín hiệu RF). - Truyền dữ liệu thu thập (tín hiệu cảnh báo sự cố, nhật ký vận hành đường dây…) về trung tâm xử lý dữ liệu.
- Giá thành hợp lý hơn các sản phẩm trước đây, có khả năng triển khai lắp đặt đại trà với vốn đầu tư thấp hơn các sản phẩm cùng loại. Và mô hình thử nghiệm của hệ thống giám sát và cảnh báo quá dòng từ xa như sau: Mô hình dưới đây mô tả các thành phần của một hệ thống cảnh báo hoàn chỉnh. Có nhiều phương thức có thể dùng để truyền dữ liệu: 3G, Ethernet, Zigbee… Thiết kế trong luận văn này sử dụng dịch vụ GPRS trên hạ tầng mạng GSM, còn được biết đến như công nghệ 2. Lưu Thanh Trà Trang 8/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế Hình 3: Mô hình hệ thống cảnh báo quá dòng từ xa II/ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG : 1.
Thiết kế thiết bị lấy gắn trên đường dây (Slave): Thiết bị gắn trên đường dây bao gồm khối đo dòng điện và khối RF và vi xử lý điều khiển. Chỉ tiêu đánh giá: Khối đo dòng điện : - Cho phép đo, ghi nhận dòng điện từ 100-2000A. Nhưng ở đây trong mô hình thử nghiệm chúng ta sẽ đo dòng điện vào IC ACS712 cảm biến dòng từ 0 đến 5A. - Có đèn báo khi có sự cố cho phép quan sát từ xa, dễ dàng phát hiện cảnh báo sự cố bằng mắt.
Khối RF (truyền dữ liệu không dây sử dụng tần số phổ biến và thông dụng ở Việt Nam): - Cho phép giao tiếp, gửi/nhận dữ liệu với thiết bị trung gian. - Cho phép giao tiếp với thiết bị cầm tay khi cần thiết. Lưu Thanh Trà Trang 9/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế Khối giao thức truyền dẫn giữa các thiết bị qua giao tiếp RF: - Cho phép chuyển giao các thông tin về dòng điện, sự cố của thiết bị về thiết bị trung gian. Đồng thời, gửi tình trạng sức khỏe của nguồn pin nuôi slave.
- Bảo đảm quá trình truyền dẫn là an toàn, không thể thay đổi nội dung. Thiết kế thiết bị trung gian(Master): Thiết bị trung gian bao gồm khối RF và vi xử lý điều khiển và khối kết nối Sim900A. Chỉ tiêu đánh giá: Khối RF (truyền dữ liệu không dây): - Cho phép giao tiếp, gửi/nhận dữ liệu với thiết bị trên đường dây(Slave). Khối giao thức truyền dẫn giữa các thiết bị qua giao tiếp RF: - Cho phép tiếp nhận các thông tin về dòng điện, sự cố của thiết bị gắn trên đường dây(Slave) về trung tâm.
- Bảo đảm quá trình truyền dẫn là an toàn, không thể thay đổi nội dung. Khối gửi dữ liệu về trung tâm : - Kết nối với websever thông qua GPRS. - Chuyển các thông tin về dòng điện, sự cố của các thiết bị gắn trên đường dây về trung tâm. Thiết kế thiết bị điều khiển từ xa (handheld remote controller).
Thiết bị điều khiển từ xa cho phép thao tác điều khiển thiết bị trên đường dây, mà không cần leo lên cột hoặc gỡ thiết bị xuống. Thiết bị từ xa bao gồm màn hình, bàn phím, bộ thu phát. Chỉ tiêu đánh giá : - Thiết bị điều khiển từ xa có màn hình LED nhỏ, hỗ trợ xem/cài đặt thông số cho thiết bị đặt trên đường dây. Lưu Thanh Trà Trang 10/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế - Bàn phím: Bàn phím nhỏ, dễ sử dụng đáp ứng các nhu cầu điều khiển thiết bị.
- Bộ thu phát RF: cho phép điều khiển thiết bị ở khoảng cách 15-100m. Phần mềm quản lý trung tâm : Phần mềm quản lý trung tâm cho phép quản lý, nhận số liệu, báo sự cố đường dây. Chỉ tiêu đánh giá: - Phần mềm cho phép quản lý toàn bộ các thiết bị giám sát và cảnh báo sự cố đường dây, dự kiến với số lượng lên đến 100-600 thiết bị (nếu số lượng lớn hơn nên tăng số máy chủ sẽ thuận lợi hơn cho nhân viên vận hành thao tác). Trong luận văn này, mô hình được cụ thể hóa như sau: ba Slave, một Master, một remote, một máy tính kết nối internet làm trung tâm.
Lưu Thanh Trà Trang 11/47 Người thực hiện: Trần Minh Trí Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị giám sát cảnh báo sự cố trên đường dây trung thế CHƯƠNG III: THIẾT KẾ I/ Các giải pháp có trên thị trường: Các sản phẩm theo dõi dòng điện trung thế trên thị trường thì có hãng Schneider, có sản phẩm G200(1) dùng để lấy dữ liệu từ thiết bị gắn trên đường dây về, và gửi dữ liệu về trung tâm .Còn các hãng khác thì chưa có phần chuyển dữ liệu trực tiếp về trung tâm. Các thiết bị Flite-116(2) trên đường dây sẽ chuyển dữ liệu về thiết bị G200 bằng đường truyền dữ liệu không dây RF. Sau đó, G200 qua đường GPRS sẽ chuyển dữ liệu về Webserver. Em cũng xây dựng mô hình theo phương pháp này nhưng có 2 đặc điểm khác đó là giá thành rẻ hơn và thêm phần mã hóa cho dữ liệu không thay đổi được.
Còn nhiều mô hình thử nghiệm, về thiết bị giám sát dòng điện tại Việt Nam với nhiều phương pháp khác nhau. Như giải pháp sử dụng thiết bị trung gian là Master và 3 thiết bị gắn đường dây là slave và khi Master nói chuyện với Slave nào thì slave đó mới gửi dữ liệu về. Khi thực hiện theo giải pháp này, em thấy giới hạn số lượng các slave khi lắp thêm slave nằm ở nhánh rẽ gần đó thì sẽ khó khăn cho cấu hình của Master.
