Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống lưới điện phân phối tại các đô thị hiện đại đóng vai trò huyết mạch đối với sự phát triển kinh tế và an sinh xã hội. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, Tổng công ty Điện lực TP.HCM đang trực tiếp quản lý khối lượng lưới điện rộng lớn với 7.051 km đường dây trung thế 22kV, 12.682 km đường dây hạ thế cùng 13.236 MVA dung lượng trạm biến thế phân phối, đảm bảo cấp điện liên tục cho hơn 2.507.000 khách hàng. Trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa nhanh và nhu cầu phụ tải tăng trưởng liên tục, phương thức cắt điện truyền thống để phục vụ công tác đại tu, sửa chữa định kỳ hoặc đấu nối công trình mới bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng. Việc gián đoạn cung cấp điện gây xáo trộn hoạt động sản xuất kinh doanh, ảnh hưởng an ninh trật tự và làm suy giảm trực tiếp các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ của ngành điện.

Nhằm giải quyết triệt để bài toán gián đoạn điện năng, nghiên cứu tập trung phân tích định lượng hiệu quả của công tác thi công sửa chữa, bảo trì trên đường dây trung thế đang vận hành (công nghệ live-line) trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đề tài xác lập cơ sở đánh giá thực chứng thông qua chuỗi số liệu vận hành lưới điện giai đoạn 2012 - 2018 tại Tổng công ty Điện lực TP.HCM và phân tích mô phỏng chi tiết trên tuyến đường dây 22kV Bình Khánh thuộc Công ty Điện lực Duyên Hải (đơn vị quản lý 92.315 khách hàng). Ý nghĩa then chốt của công trình là cung cấp phương pháp luận chuẩn hóa giúp các đơn vị phân phối điện đo lường chính xác lượng chỉ số SAIFI (tần suất mất điện trung bình) và SAIDI (thời gian mất điện trung bình) tiết kiệm được khi áp dụng live-line, từ đó tối ưu hóa công tác quản lý vận hành và khai thác hiệu quả nguồn lực công nghệ hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên khung lý thuyết độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối, tuân thủ các quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương. Ba chỉ số cốt lõi được sử dụng để đánh giá gồm:

  • Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIDI): Đo lường tổng thời gian mất điện kéo dài trên 05 phút bình quân của một khách hàng trong một năm.
  • Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIFI): Thể hiện số lần mất điện kéo dài trên 05 phút bình quân của một khách hàng trong chu kỳ đánh giá.
  • Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI): Đo lường số lần gián đoạn cung cấp điện có thời gian kéo dài từ 05 phút trở xuống.

Song song đó, đề tài hệ thống hóa lý thuyết kỹ thuật thi công trên đường dây đang mang điện (live-line working). Bốn phương pháp cơ bản trên thế giới gồm: phương pháp tiếp xúc trực tiếp (sử dụng găng tay cách điện kết hợp xe gàu hoặc bệ đỡ platform cách điện), phương pháp tiếp xúc gián tiếp (thao tác từ xa qua sào cách điện chuyên dụng hoặc cánh tay robot mô phỏng), phương pháp đẳng thế (công nhân mặc trang phục dẫn điện đẳng thế nối trực tiếp vào dây dẫn ở cấp điện áp 110kV đến 220kV), và phương pháp nối tắt trung thế (MV Bypass System dùng cáp lực linh hoạt chuyển dòng tải qua vị trí công tác).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tích hợp nguồn dữ liệu thực tế trích xuất từ các hệ thống quản trị kỹ thuật tiên tiến gồm: hệ thống thông tin quản lý nguồn và lưới điện PMIS (khai thác 07 phân hệ chuyên sâu), hệ thống quản lý mất điện OMS trên sơ đồ đơn tuyến, và hệ thống giám sát điều khiển SCADA. Dữ liệu bao quát toàn bộ 16 Công ty Điện lực thành viên trong giai đoạn 2013 - 2018.

Phương pháp phân tích được lựa chọn là phương pháp giải tích kết hợp mô phỏng so sánh kịch bản trên sơ đồ nguyên lý đơn tuyến. Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng phản ánh chính xác tác động cục bộ của từng thao tác công tác đến toàn bộ khách hàng trên phát tuyến theo thời gian thực. Cỡ mẫu nghiên cứu chuyên sâu được chọn theo phương pháp chọn mẫu điển hình có chủ đích, tập trung vào tuyến dây 22kV Bình Khánh (phát tuyến từ máy cắt MC474 trạm 110/22kV An Nghĩa, chiều dài 10,8 km cáp 3AC150+AC70, cấp điện cho 9.797 khách hàng) đại diện cho vùng lưới điện ngoại thành ven biển có kết cấu phức tạp. Toàn bộ quá trình thu thập, xử lý và mô hình hóa dữ liệu được thực hiện chặt chẽ từ tháng 04/2019 đến tháng 07/2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm và tổng hợp số liệu vận hành mang lại những phát hiện quan trọng:

  • Quy mô ứng dụng live-line bứt phá vượt bậc: Từ năm 2012 chỉ thực hiện được 253 lượt công tác, đến năm 2018 khối lượng thi công live-line toàn Tổng công ty đã đạt 5.832 lượt, tăng hơn 23 lần so với năm 2012 và gấp 6,25 lần so với năm 2013. Lực lượng chuyên trách được chuẩn hóa và nâng từ 02 tổ ban đầu (12 người) lên 16 tổ hoàn chỉnh trang bị đầy đủ xe gàu chuyên dụng.
  • Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện cải thiện toàn diện: Giai đoạn 2013 - 2018, chỉ số SAIFI của Tổng công ty giảm sâu từ 16,12 lần/khách hàng xuống còn 1,57 lần/khách hàng, đạt mức giảm bình quân ấn tượng 37%/năm. Cùng giai đoạn đó, chỉ số SAIDI giảm từ 1.974 phút/khách hàng xuống chỉ còn 124 phút/khách hàng, bình quân mỗi năm giảm tới 42%.
  • Hiệu quả tiết kiệm độ tin cậy vượt trội trên tuyến 22kV Bình Khánh: Mô phỏng 05 trường hợp thay thế thiết bị đóng cắt sang loại có chức năng SCADA cho thấy, nếu cắt điện thi công truyền thống sẽ làm tăng SAIFI thêm 0,196 lần và SAIDI thêm 60,02 phút. Đồng thời, nếu cắt điện bảo dưỡng định kỳ 06 phân đoạn/nhánh rẽ mỗi năm 01 lần sẽ làm tăng SAIFI thêm 0,301 lần và SAIDI thêm 90,41 phút. Việc thi công bằng live-line đã bảo toàn trọn vẹn 0,497 lần SAIFI và 150,43 phút SAIDI cho toàn bộ 9.797 khách hàng trên tuyến.
  • Đóng góp to lớn tại Công ty Điện lực Duyên Hải: Trong năm 2016, tổng cộng 147 lượt thi công live-line đã ngăn chặn mức suy giảm độ tin cậy tương đương 18,19 lần SAIFI và 3.894,54 phút SAIDI nếu phải cắt điện thực hiện.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm vượt bậc của SAIFI và SAIDI tại EVNHCMC bắt nguồn từ việc phối hợp đồng bộ giữa giải pháp kỹ thuật thi công không cắt điện và chiến lược tự động hóa lưới điện thông minh. Tính đến năm 2018, Tổng công ty đã hoàn tất 100% trạm 110kV không người trực (54/54 trạm), chuyển đổi 80% tuyến trung thế sang điều khiển từ xa Mini-SCADA (613 tuyến), và kết nối mạch vòng 100% (794/794 tuyến). Tỷ lệ chuyển tải xử lý sự cố từ xa dưới 15 phút đạt 91%, trong đó 81% hoàn tất dưới 05 phút để chỉ tính vào chỉ số gián đoạn thoáng qua MAIFI thay vì tích lũy vào SAIFI kéo dài.

Về mặt trực quan hóa, toàn bộ diễn biến số liệu có thể được mô tả sinh động qua đồ thị đường xu hướng thể hiện sự giảm dần đều của SAIFI và SAIDI từ năm 2013 đến 2018, cùng biểu đồ cột so sánh đối chiếu giữa chỉ số thực hiện với chỉ tiêu pháp lệnh được giao hàng năm.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra những rào cản thực tế: thời gian thi công live-line thường kéo dài hơn phương pháp cắt điện (một số công tác phức tạp mất đến 02 ngày); khó khăn khi thao tác trên các tuyến đường dây 2 mạch đi chung cột do không gian tiếp cận của xe gàu bị hạn chế; không gian chật hẹp tại các ngõ hẻm nhỏ đô thị; và nguy cơ tiềm ẩn từ thiết bị vận hành lâu năm bị lão hóa mối nối gây tuột cò lèo trong quá trình thao tác.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân tích thực chứng, luận văn đưa ra các giải pháp hành động cụ thể nhằm tiếp tục nâng cao độ tin cậy lưới điện:

  • Ứng dụng rộng rãi hệ thống cáp nối tắt trung thế (MV Bypass System) và bệ đỡ platform cách điện tại các khu vực hẻm nhỏ hẹp, địa hình chia cắt xe gàu không thể tiếp cận, đảm bảo duy trì mục tiêu SAIDI toàn hệ thống dưới 100 phút/khách hàng vào năm 2020. Chủ thể thực hiện: Công ty Dịch vụ Điện lực phối hợp cùng các Công ty Điện lực khu vực; Thời gian hoàn thành: Giai đoạn 2019 - 2020.
  • Nghiên cứu và mở rộng công nghệ live-line lên cấp điện áp cao thế 110kV và 220kV bằng phương pháp đẳng thế kết hợp trực thăng hoặc thang/giàn giáo cách điện, nhằm giảm thiểu tối đa các đợt cắt điện công tác trên lưới truyền tải. Chủ thể thực hiện: Ban Kỹ thuật EVNHCMC cùng Công ty Lưới điện Cao thế; Thời gian triển khai: 2020 - 2022.
  • Chuẩn hóa cấu trúc và quy cách kỹ thuật lưới điện theo tiêu chí vận hành N-1, đồng bộ tiết diện dây dẫn 110kV và khống chế bán kính cấp điện trung thế dưới 8 km, bán kính hạ thế dưới 300 m để tạo không gian an toàn tối ưu cho đội ngũ live-line thao tác. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Đầu tư và Ban Kỹ thuật; Định kỳ thực hiện: 2019 - 2025.
  • Tích hợp tự động hóa liên thông dữ liệu giữa chương trình quản lý mất điện OMS, hệ thống SCADA và dữ liệu đo xa công tơ điện tử, hỗ trợ tự động nhận diện và tính toán các chỉ số SAIFI, SAIDI theo thời gian thực. Chủ thể thực hiện: Ban Viễn thông và Công nghệ Thông tin; Hoàn thành trong năm 2019.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

  • Ban lãnh đạo và kỹ sư quản lý kỹ thuật tại các Tổng công ty Điện lực: Sử dụng mô hình toán học và phương pháp đánh giá định lượng của luận văn để xây dựng đề án mở rộng lực lượng live-line, lập kế hoạch giảm trừ suất sự cố và tối ưu hóa chỉ số SAIDI/SAIFI theo tiêu chuẩn quốc tế.
  • Đội ngũ kỹ sư, công nhân kỹ thuật thi công live-line tại các Công ty Dịch vụ Điện lực: Nắm vững quy trình thao tác chuẩn xác khi thay sứ đứng đơn/đôi, sứ néo, xử lý lèo dây và thay thế thiết bị đóng cắt Recloser/LBS có chức năng SCADA trên lưới 22kV đang vận hành.
  • Chuyên viên tư vấn thiết kế và quy hoạch hệ thống điện: Tiếp thu các tiêu chuẩn thiết kế khoảng cách pha, cấu trúc cột và bố trí thiết bị trên lưới trung thế nhằm tạo điều kiện thuận lợi nhất cho công tác thi công không mất điện sau khi đóng điện vận hành.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Kỹ thuật Điện: Khai thác tài liệu làm nguồn tham khảo chuẩn mực về phương pháp tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối và các giải pháp vận hành lưới điện thông minh tại đô thị lớn.

Câu hỏi thường gặp

Thi công live-line đóng vai trò như thế nào trong việc cải thiện chỉ số SAIDI của TP.HCM?

Công tác thi công live-line giúp thực hiện các hạng mục bảo dưỡng, sửa chữa mà không cần cắt điện, trực tiếp đưa chỉ số SAIDI từ 1.974 phút/khách hàng (năm 2013) giảm sâu xuống còn 124 phút/khách hàng (năm 2018), đạt tốc độ giảm bình quân 42% mỗi năm nhờ xử lý thành công 5.832 lượt công tác trên lưới đang mang điện trong năm 2018.

Khi nào nên áp dụng phương pháp găng tay cách điện kết hợp xe gàu chuyên dụng?

Phương pháp này được ưu tiên hàng đầu trên các tuyến đường có bề rộng đủ lớn để xe gàu tiếp cận, áp dụng cho lưới điện trung thế 15kV - 22kV có kết cấu phức tạp. Điển hình là các công tác thay thế sứ cách điện đứng, sứ néo, đấu nối xử lý lèo dây bị tưa và lắp đặt Recloser/LBS có kết nối SCADA.

Giải pháp thi công nào được sử dụng khi đường dây nằm trong các ngõ hẻm nhỏ hẹp?

Tại các vị trí xe gàu không thể tiếp cận như hẻm sâu hoặc khu vực đồng ruộng, đơn vị vận hành áp dụng phương pháp sử dụng bệ đỡ cách điện (platform) gắn trực tiếp trên thân cột, kết hợp găng tay cách điện và sào thao tác chuyên dụng, hoặc triển khai hệ thống cáp nối tắt bypass trung thế.

Quy định pháp lý hiện hành tại Việt Nam tính toán các chỉ số độ tin cậy ra sao?

Căn cứ theo Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, độ tin cậy lưới điện phân phối được tính toán dựa trên các sự cố hoặc công tác ngừng cung cấp điện kéo dài trên 05 phút đối với SAIFI và SAIDI, còn các sự kiện mất điện dưới 05 phút được hạch toán vào chỉ số gián đoạn thoáng qua MAIFI.

Việc ứng dụng live-line mang lại lợi ích định lượng cụ thể gì trên tuyến 22kV Bình Khánh?

Trên tuyến 22kV Bình Khánh (cấp điện cho 9.797 khách hàng), việc thực hiện 05 hạng mục thay thiết bị đóng cắt SCADA và 06 hạng mục bảo trì phân đoạn bằng live-line đã giúp tiết kiệm 0,497 lần SAIFI và 150,43 phút SAIDI, đóng góp quan trọng vào việc hoàn thành chỉ tiêu độ tin cậy được giao của Điện lực Duyên Hải.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình phân tích định lượng hiệu quả của công tác thi công sửa chữa, bảo trì đường dây trung thế đang vận hành (live-line) đối với các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện.
  • Thực chứng giai đoạn 2013 - 2018 tại Tổng công ty Điện lực TP.HCM khẳng định live-line là giải pháp đột phá, góp phần làm giảm SAIFI 37%/năm và giảm SAIDI 42%/năm trên quy mô hơn 2,5 triệu khách hàng.
  • Kết quả mô phỏng trên tuyến 22kV Bình Khánh chứng minh live-line giúp triệt tiêu hoàn toàn 0,497 lần SAIFI và 150,43 phút SAIDI so với phương pháp cắt điện truyền thống.
  • Định hướng giai đoạn 2019 - 2022 tập trung mở rộng hệ thống cáp nối tắt trung thế MV Bypass System và nghiên cứu công nghệ live-line trên lưới điện cao thế 110kV - 220kV.
  • Các đơn vị quản lý phân phối điện trên toàn quốc cần khẩn trương đầu tư trang thiết bị, chuẩn hóa quy trình an toàn và đẩy mạnh đào tạo nhân lực để khai thác tối đa tiềm năng công nghệ live-line.