Tổng quan nghiên cứu

Năm 2016, Tập đoàn Điện lực Việt Nam ghi nhận 73 vụ tai nạn điện trong dân làm 35 người tử vong và 54 người bị thương, trong đó có tới 96% số vụ xuất phát từ các sự cố vi phạm hành lang an toàn lưới điện ở cấp điện áp 10 kV đến 35 kV. Tính đến cuối năm 2017, toàn quốc vẫn còn tồn đọng 3.220 vụ vi phạm hành lang bảo vệ an toàn lưới điện cao áp chưa được xử lý triệt để. Tình trạng lấn chiếm hành lang an toàn để xây dựng công trình, trồng cây và kinh doanh buôn bán tại các khu vực ven đô diễn biến phức tạp, đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng người dân và tính liên tục của hệ thống cấp điện.

Trước thực trạng đó, đề tài tập trung giải quyết bài toán quản lý, giám sát không gian mạng lưới điện thông qua việc tích hợp công nghệ Hệ thống thông tin địa lý (GIS). Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: đánh giá thực trạng mất an toàn lưới điện tại địa bàn nghiên cứu; xây dựng mô hình cơ sở dữ liệu GIS chuẩn hóa; thiết lập công cụ tự động phát hiện, thống kê nguy cơ vi phạm hành lang an toàn; và đề xuất quy trình quản lý tối ưu cho đơn vị vận hành điện lực.

Nghiên cứu được triển khai trên phạm vi toàn huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh với tổng diện tích tự nhiên 43.450,2 ha (gồm 20 xã và 1 thị trấn), nơi có 870,606 km đường dây trung thế đang phục vụ cho hơn 103.841 khách hàng. Thời gian thực hiện từ tháng 01/2018 đến tháng 06/2018. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi giúp đơn vị quản lý giảm thiểu 60% thời gian rà soát thủ công, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và hạn chế tối đa các tai nạn điện thương tâm trong cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết Hệ thống Thông tin Địa lý đa tầng và lý thuyết Phân tích Không gian (Spatial Analysis). Mô hình nghiên cứu vận dụng các cấu trúc dữ liệu không gian Geodatabase tích hợp với mô hình quản lý rủi ro kỹ thuật hạ tầng đô thị. Bốn khái niệm cốt lõi được vận dụng xuyên suốt bao gồm: Hành lang bảo vệ an toàn lưới điện cao áp (theo Nghị định 14/2014/NĐ-CP), Vùng đệm không gian (Spatial Buffer Zone), Lớp đối tượng không gian (Feature Class) và Phép toán chồng lớp thuộc tính (Map Overlay).

Theo khung quy chuẩn an toàn, chiều rộng hành lang an toàn được giới hạn từ dây ngoài cùng ở trạng thái tĩnh sang mỗi phía là 1,0 m đối với dây bọc và 2,0 m đối với dây trần ở cấp điện áp đến 22 kV. Khoảng cách an toàn thẳng đứng đối với công trình xây dựng tối thiểu là 2,0 m đến 3,0 m tùy theo cấp điện áp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm dữ liệu số hóa hạ tầng lưới điện do Công ty Điện lực Củ Chi quản lý (gồm 870,606 km đường dây trung thế, 1.823 trạm biến thế với tổng dung lượng 500.819 kVA, và 1.264,819 km đường dây hạ thế) kết hợp cùng bản đồ nền địa chính huyện Củ Chi quy chuẩn theo hệ tọa độ quốc gia VN2000.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao quát toàn diện 28 tuyến phát tuyến trung thế trên toàn huyện, kết hợp phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích tại 5 khu vực tập trung đông dân cư và có mật độ cây xanh cao dọc theo Quốc lộ 22 và Tỉnh lộ 8.

Phương pháp phân tích chủ đạo là thuật toán vùng đệm (Buffer Analysis) và thuật toán chồng lớp không gian (Overlay với các công cụ Intersect, Identity) trên phần mềm ArcGIS 10.1 và hệ thống Portal for ArcGIS 10.5. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích này là vì khả năng tự động hóa tính toán hình học chính xác đến từng centimet, giúp phát hiện tức thời các giao cắt không gian giữa dây dẫn điện với mái nhà xưởng hoặc tán cây xanh, loại bỏ hoàn toàn các sai sót chủ quan và sự chậm trễ của phương pháp kiểm tra truyền thống. Thời gian thực hiện phân tích dữ liệu tập trung trong 6 tháng (từ ngày 15/01/2018 đến ngày 17/06/2018).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về thực trạng an toàn lưới điện trên địa bàn:

Thứ nhất, tỷ lệ phơi nhiễm rủi ro vi phạm hành lang an toàn tại huyện Củ Chi là rất cao khi đường dây trên không chiếm tới 849,829 km (tương đương 97,5% tổng chiều dài lưới trung thế), trong khi cáp ngầm hóa chỉ mới đạt 21,953 km (chiếm tỷ lệ khiêm tốn 2,5%).

Thứ hai, cơ cấu nguyên nhân gây sự cố điện trên địa bàn TP.HCM có sự phân hóa sâu sắc: 62,5% số vụ mất điện (102 vụ) do vật thể lạ như diều, dây kim tuyến bay vào đường dây; 29,5% (48 vụ) do hoạt động thi công đào đường va chạm cáp ngầm; và 8,0% (13 vụ) do xe cơ giới va quệt vào công trình điện lực.

Thứ ba, nghiên cứu đã số hóa và thiết lập thành công cơ sở dữ liệu Geodatabase cho toàn bộ 28 tuyến phát tuyến với 4 lớp dữ liệu chuyên đề giám sát rủi ro gồm: lớp cây xanh vi phạm, lớp công trình lấn chiếm, lớp kiểm tra trung thế và trạm biến áp.

Thứ tư, hiệu quả xử lý vi phạm thực tế tại EVNHCMC năm 2017 đã giải quyết dứt điểm 318/396 vụ vi phạm hành lang an toàn (đạt tỷ lệ thành công 80,3%), hoàn thành 100,6% chỉ tiêu kế hoạch đề ra.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng mất an toàn lưới điện tại huyện Củ Chi bắt nguồn từ tốc độ gia tăng dân số cơ học nhanh chóng (dân số đạt 410.984 người, mật độ 945 người/km²), khiến nhu cầu cơi nới nhà ở và xây dựng nhà xưởng tăng vọt nhưng thiếu sự tuân thủ khoảng cách tối thiểu 3,0 m theo quy định. Bên cạnh đó, các loại cây trồng lâu năm sinh trưởng nhanh trong mùa mưa bão cũng là nguy cơ thường trực làm chạm chập phóng điện.

So sánh với các nghiên cứu ứng dụng GIS tại New York và Bangkok, giải pháp tích hợp GIS tại Củ Chi mang lại bước tiến vượt bậc, giúp rút ngắn thời gian xử lý nguy cơ từ vài ngày xuống còn vài giờ.

Về mặt trình bày trực quan, dữ liệu nghiên cứu có thể được thể hiện hiệu quả qua biểu đồ tròn phản ánh cơ cấu nguyên nhân sự cố (62,5% do vật lạ bay, 29,5% do đào đường, 8,0% do xe cơ giới) kết hợp cùng bảng ma trận không gian đối chiếu khoảng cách vi phạm từ 0,7 m đến 2,0 m theo từng cấp điện áp 15 kV và 22 kV. Bản đồ trực tuyến dạng Webmap cho phép các cấp quản lý theo dõi trực tiếp các điểm cảnh báo mất an toàn trên nền không gian số.

Đề xuất và khuyến nghị

Để nâng cao hiệu quả quản trị hành lang an toàn lưới điện, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

Thứ nhất, chuẩn hóa và đưa vào vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu Geodatabase kết hợp ứng dụng di động Collector for ArcGIS và bảng điều khiển Operation Dashboard. Chủ thể thực hiện là Phòng Công nghệ thông tin cùng Ban An toàn Công ty Điện lực Củ Chi. Mục tiêu hướng đến việc cập nhật 100% dữ liệu lưới điện trung và hạ thế với sai số định vị dưới 0,5 m trong lộ trình từ quý 3 đến quý 4 năm 2018.

Thứ hai, thiết lập quy trình tự động quét vùng đệm không gian (Buffer 1,0 m đối với dây bọc và 2,0 m đối với dây trần) để phát hiện sớm các nguy cơ lấn chiếm công trình và cây xanh. Chủ thể thực hiện là các Đội Quản lý vận hành lưới điện. Mục tiêu phát hiện sớm trên 95% điểm vi phạm trước mùa mưa bão, thực hiện định kỳ hàng tháng từ năm 2018.

Thứ ba, đẩy nhanh tiến độ kỹ thuật bọc hóa dây dẫn và ngầm hóa mạng lưới phân phối. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Dự án Lưới điện. Mục tiêu chuyển đổi dứt điểm 177,023 km đường dây 15 kV sang chuẩn vận hành 22 kV bọc cách điện, đồng thời nâng tỷ lệ cáp ngầm từ 2,5% lên mức 10% trong giai đoạn 2018 - 2021.

Thứ tư, tăng cường liên kết liên ngành giữa Điện lực Củ Chi và Ủy ban nhân dân 20 xã, 1 thị trấn trong việc kiểm soát cấp phép xây dựng và tuyên truyền an toàn điện. Mục tiêu giảm ít nhất 30% số vụ vi phạm hành lang an toàn mới phát sinh, tổ chức tối thiểu 20 đợt truyền thông cộng đồng mỗi năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và thực tiễn giá trị cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

Nhóm cán bộ kỹ thuật và chuyên viên an toàn tại các Công ty Điện lực: Áp dụng trực tiếp quy trình phân tích không gian vùng đệm (Buffer 1,0 m – 2,0 m) và công cụ di động để quản trị hơn 870 km đường dây trung thế, giúp giảm 50% thời gian lập báo cáo hiện trường.

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước như Sở Công Thương và Ủy ban nhân dân các cấp: Sử dụng mô hình dữ liệu địa không gian chuẩn VN2000 để tích hợp vào quy hoạch đô thị, kiểm soát cấp phép xây dựng không lấn chiếm chỉ giới an toàn trên địa bàn 43.450,2 ha.

Nhóm học viên cao học, nghiên cứu sinh chuyên ngành Quản lý Tài nguyên Môi trường và Hệ thống Thông tin Địa lý: Kế thừa khung phương pháp luận xếp chồng bản đồ (Overlay) và cấu trúc Geodatabase đa tầng để phát triển các đề tài mở rộng trong quản lý hạ tầng kỹ thuật.

Nhóm đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu xây lắp công trình điện: Vận dụng các thông số khoảng cách an toàn từ 15 kV đến 220 kV và ma trận SWOT để lập biện pháp thi công an toàn, hạn chế tối đa rủi ro chạm chập phóng điện.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ GIS khắc phục được hạn chế gì lớn nhất trong quản lý hành lang lưới điện tại Củ Chi?

GIS giúp thay thế hoàn toàn phương pháp tuần tra ghi chép thủ công trên giấy tờ vốn chậm trễ và dễ sót lọt. Hệ thống tự động thiết lập vùng đệm an toàn từ 1,0 m đến 2,0 m cho 849,829 km đường dây trên không, giúp nhận diện chính xác các điểm giao cắt vi phạm chỉ trong vài giây.

Khoảng cách an toàn chiều rộng hành lang lưới điện 22 kV được quy định như thế nào?

Theo Nghị định 14/2014/NĐ-CP, chiều rộng hành lang an toàn điện áp đến 22 kV được tính từ dây ngoài cùng sang mỗi phía khi dây tĩnh là 1,0 m đối với dây bọc và 2,0 m đối với dây trần. Khoảng cách an toàn phóng điện theo chiều thẳng đứng tối thiểu là 2,0 m.

Thuật toán phân tích không gian nào đóng vai trò cốt lõi trong nghiên cứu?

Luận văn khai thác thuật toán vùng đệm (Buffering) để tạo hành lang bảo vệ quanh 28 tuyến phát tuyến trung thế và thuật toán chồng lớp không gian (Overlay Intersect) để đối soát tự động lớp lưới điện với dữ liệu công trình nhà ở và cây xanh, hỗ trợ xuất báo cáo vi phạm tức thì.

Đâu là nguyên nhân chiếm tỷ trọng cao nhất gây sự cố lưới điện do vi phạm hành lang tại TP.HCM?

Theo số liệu từ EVNHCMC, vật thể lạ bay vào đường dây (như thả diều, bóng bay, dây kim tuyến) chiếm tỷ lệ cao nhất với 62,5% (102 vụ). Tiếp theo là hoạt động thi công đào đường chạm cáp ngầm chiếm 29,5% (48 vụ) và xe cơ giới va chạm chiếm 8,0% (13 vụ).

Ứng dụng di động Collector for ArcGIS mang lại lợi ích gì cho nhân viên hiện trường?

Ứng dụng cho phép nhân viên khảo sát thu thập tọa độ GPS, chụp ảnh hiện trường và cập nhật thuộc tính điểm mất an toàn trực tiếp vào máy chủ Portal for ArcGIS. Giải pháp này giúp rút ngắn 70% thời gian xử lý thông tin và lập báo cáo kỹ thuật.

Kết luận

  • Số hóa và chuẩn hóa thành công cơ sở dữ liệu Geodatabase cho 870,606 km đường dây trung thế và 1.823 trạm biến thế trên nền bản đồ VN2000 tại huyện Củ Chi.
  • Xây dựng hoàn chỉnh thuật toán phân tích không gian với vùng đệm từ 1,0 m đến 2,0 m, tự động hóa quy trình phát hiện công trình và cây xanh vi phạm hành lang an toàn.
  • Tích hợp thành công ứng dụng Collector for ArcGIS và bảng điều khiển Operation Dashboard, nâng cao 70% hiệu quả giám sát hiện trường theo thời gian thực.
  • Nhận diện chi tiết cơ cấu rủi ro với 62,5% sự cố do vật thể lạ và 29,5% do thi công chạm cáp, hỗ trợ hoạch định chính sách phòng ngừa chính xác.
  • Đề xuất lộ trình kỹ thuật chuyển đổi 177,023 km đường dây 15 kV sang 22 kV và nâng tỷ lệ cáp ngầm lên 10% trong giai đoạn 2018 - 2021.

Luận văn đã đóng góp một giải pháp công nghệ toàn diện, kết hợp chặt chẽ giữa khoa học không gian và quản lý hạ tầng năng lượng đô thị. Đơn vị vận hành cần tiếp tục triển khai mở rộng mô hình cho mạng lưới hạ thế và tích hợp trí tuệ nhân tạo nhận diện vi phạm qua ảnh viễn thám trong giai đoạn tiếp theo. Hãy tham khảo ngay toàn văn công trình nghiên cứu để tối ưu hóa công tác quản lý an toàn lưới điện tại đơn vị của bạn!