Công nghệ tiên tiến và giải pháp số hóa trong vận hành lưới điện truyền tải Việt Nam

Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong quản lý vận hành lưới điện truyền tải ở Việt Nam Trong những năm qua, do sự phát triển kinh tế và nhu cầu phụ tải điện tăng nhanh liên tục, việc đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật về điện áp, sự cố, tổn thất, năng suất lao động đặt ra nhiều yêu cầu đổi mới về công tác quản lý vận hành lưới điện truyền tải. Đứng trước các đòi hỏi, yêu cầu về đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy, liên tục và ngày càng nâng cao chất lượng điện, Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) đã, đang nghiên cứu và ứng dụng nhiều công nghệ mới trong công tác quản lý vận hành đường dây truyền tải điện. Dưới đây chuyên gia Hội đồng Khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam phân tích một số giải pháp công nghệ tiên tiến đang được áp dụng trên các đường dây truyền tải điện của Việt Nam.

Tình trạng vận hành đường dây truyền tải điện Việt Nam hiện nay Hệ thống điện Việt Nam với các cấp điện áp 500 kV, 220 kV (lưới truyền tải) và 110 kV, 35 kV, 22 kV (lưới phân phối) đã được đầu tư xây dựng đủ mạnh cho liên kết tỉnh, liên kết vùng và kể cả liên kết với các nước láng giềng. Lưới điện 220 kV đã trải rộng đến toàn bộ 63 tỉnh, thành phố, đảm bảo truyền tải cung cấp điện cho phát triển kinh tế của các tỉnh, thành, các địa phương trong toàn quốc. Khối lượng đường dây truyền tải lớn và trải rộng khắp các vùng địa lý đã, đang đặt ra những khó khăn, thử thách trong quản lý, vận hành an toàn, tin cậy cho hệ thống điện quốc gia.

Làm chủ công nghệ điều khiển tích hợp trạm biến áp: Thách thức và giải pháp Hệ thống truyền tải điện giữ vai trò là “xương sống” trong hệ thống điện quốc gia, trong đó, hệ thống điều khiển trạm biến áp (TBA) được ví như là trái tim. Toàn bộ các nhà máy điện truyền thống, có công suất lớn đều được phát điện lên hệ thống điện quốc gia trực tiếp thông qua lưới điện truyền tải; phần lớn các nhà máy điện năng lượng tái tạo đưa vào vận hành trong 2 năm qua đều trực tiếp, hoặc gián tiếp truyền tải công suất lên hệ thống quốc gia thông qua lưới điện truyền tải. Nhận thức được vấn đề quan trọng đó, đứng trước những vẫn đề khó khăn về quản lý, vận hành hệ thống điều khiển tích hợp TBA Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) đã xây dựng Chiến lược và các chỉ đạo xuyên suốt.

Đánh giá hiện trạng điều khiển tích hợp trong trạm biến áp của lưới truyền tải Việt Nam Như đã nêu trong kỳ trước, mức độ tiên tiến của hệ thống điều khiển được đánh giá có vai trò quyết định mức độ tự động hoá của trạm biến áp (TBA). Mục tiêu làm chủ và tự thực hiện các công việc trong lĩnh vực tự động hóa TBA là định hướng về công tác tự động hóa trong hệ thống điện quốc gia nói chung và trong lưới điện truyền tải thuộc Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) nói riêng để đảm bảo lưới điện truyền tải vận hành an toàn, tin cậy, giảm sự phụ thuộc vào các nhà cấp hàng. Với mục tiêu này, EVNNPT đã từng bước nghiên cứu và làm chủ công nghệ điều khiển tích hợp TBA. Tuy nhiên, với số lượng hệ thống điều khiển đa dạng, công tác quản lý vận hành và làm chủ công nghệ thực sự đối mặt với khó khăn, thách thức rất lớn.

Hệ thống tự động hoá trạm biến áp truyền tải của Việt Nam và giải pháp phát triển Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam ngày càng phát triển lớn mạnh, với quy mô hàng chục nghìn MW công suất tiêu thụ, hàng trăm nhà máy điện và hàng nghìn các trạm biến áp ở cấp truyền tải điện 500 kV, 220 kV, 110 kV, việc áp dụng mức độ tự động hóa cao trong tất cả các khâu phát điện, truyền tải điện, phân phối điện là điều bắt buộc vì quy mô của hệ thống đã vượt quá khả năng điều khiển và kiểm soát của con người, nhằm đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy cung cấp điện cho nền kinh tế. Bài viết dưới đây, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam phân tích, đánh giá những bước phát triển hệ thống tự động hoá và kiến nghị những giải pháp để củng cố ứng dụng, phát triển công nghệ tự động hoá trạm biến áp truyền tải, xin giới thiệu cùng bạn đọc.

Vận hành lưới truyền tải với tích hợp tỷ lệ cao nguồn năng lượng tái tạo Tăng cường tỷ trọng các nguồn năng lượng tái tạo sẽ góp phần cho ngành năng lượng Việt Nam phát triển ‘xanh’ hơn và bền vững, nhưng cũng đang đặt ra hàng loạt khó khăn thách thức với Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia về đầu tư tăng năng lực hạ tầng lưới điện, cũng như vận hành lưới truyền tải, đảm bảo dòng điện an toàn tin cậy cho nền kinh tế. Để làm rõ những vấn đề nêu trên, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam có loạt bài phân tích về công tác quản lý, vận hành, đầu tư hạ tầng, cũng như nhận diện một số trở ngại trong chuyển đổi số khi tích hợp năng lượng tái tạo với tỷ lệ cao trong hệ thống điện; đồng thời kiến nghị các giải pháp tới cơ quan quản lý Nhà nước chuyên ngành và lời khuyên cho các nhà đầu tư điện gió, mặt trời... Xin chia sẻ cùng bạn đọc.

4. Hệ thống thu thập thông tin, giám sát, cảnh báo sét:

Để có đầy đủ thông tin về sét, phục vụ cho công tác thiết kế, vận hành, sửa chữa và giảm thiểu sự cố do sét đánh. Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) đã triển khai đầu tư trang bị ‘hệ thống thu thập cảnh báo sét’, giúp hỗ trợ xác định nhanh vị trí sự cố do sét và phân tích nguyên nhân sự cố. Hệ thống cung cấp bộ cơ sở dữ liệu về giông, sét bao gồm:

Thứ nhất: Thu thập, xây dựng cơ sở dữ liệu về giông, sét trên toàn bộ khu vực có hệ thống lưới điện. Cung cấp dữ liệu phục vụ phân tích sự cố do sét, từ đó đưa ra giải pháp giảm thiểu sự cố do sét của lưới điện truyền tải và phục vụ thiết kế các công trình điện.

Thứ hai: Cảnh báo sớm quá trình phát triển hình thành cơn giông, sét để có biện pháp xử lý đối phó kịp thời nâng cao độ tin cậy vận hành lưới điện.

Thứ ba: Cung cấp các số liệu thống kê về sét như cường độ, mật độ sét theo các vùng lãnh thổ, theo thời gian, nhằm phục vụ cho công tác khảo sát, thiết kế bảo vệ chống sét các công trình điện.

Hiện nay, EVNNPT đã hoàn thành triển khai dự án các hệ thống này cho khu vực miền Bắc và Bắc Trung bộ, đang triển khai cho khu vực Nam Trung bộ và miền Nam. Dự án đã mang lại một số hiệu quả bước đầu:

(i) Tìm nhanh điểm sự cố đối với sự cố có nguyên nhân do sét.

(ii) Ứng dụng hệ thống quan trắc sét, kết hợp với phần mềm EMTP để phân tích sự cố có nguyên nhân do sét, đề xuất giải pháp đối với các sự cố có nguyên nhân do sét, xác định suất cắt do sét, (hình minh hoạ duới đây):

(iii) Cảnh báo quá trình hình thành cơn giông (hình dưới):

(iv) Cung cấp dữ liệu thống kê về sét phục vụ thiết kế lưới điện (theo hình dưới đây):

5. Tiếp tục sử dụng rộng rãi công nghệ rửa sứ hotline:

Rửa sứ hotline trên đường dây 500 kV Nho Quan - Thường Tín.

Ứng dụng công nghê rửa cách điện (sứ) hotline với phương pháp sử dụng nước cách điện thấp kết hợp bộ súng bắn tia nước rửa sứ hotline. Trên cơ sở thử nghiệm từ đề tài nghiên cứu ứng dụng khoa học của Công ty Truyền tải điện 3 (năm 2010), đến nay công nghệ rửa sứ hotline này đã được hoàn thiện và ứng dụng phổ biến. Việc đưa vào sử dụng rửa sứ hotline chủ yếu áp dụng cho các đường dây khó cắt điện, nhanh nhiễm bẩn.

Trong những năm qua, các Công ty Truyền tải điện đã mua sắm trang thiết bị và đào tạo tập huấn công nhân kỹ thuật tiến hành công tác vệ sinh cách điện hotline theo kế hoạch, thay thế cho việc phải cắt điện đường dây để lau sứ, vệ sinh cách điện thủ công. Công nghệ này ưu tiên thực hiện tại các vị trí có nguy cơ sự cố (như vùng đất đỏ Tây Nguyên, khu vực thường xuyên bụi nhiễm bẩn cao, yêu cầu khó cắt điện, đường dây mang tải cao v.v…).

Việc ứng dụng công nghệ bộ rửa sứ hotline đã mang lại hiệu quả thiết thực, đảm bảo công tác vệ sinh chuỗi cách điện trong điều kiện đường dây vẫn vận hành mang điện bình thường, tránh nhiễm bẩn cách điện nhằm giảm phóng điện trên bề mặt chuỗi cách điện giảm tổn thất điện năng do vầng quang và giảm sự cố, đáp ứng yêu cầu truyền tải điện liên tục, tin cậy.

Rửa sứ hotline trên đường dây 220 kV Phố Nối - Thường Tín.

6. Các giải pháp công nghệ - chuyển đổi số cần tiếp tục triển khai trong 2 năm tới:

Như đã nêu, hiện nay và trong tương lai đường dây truyền tải phải tránh khu dân cư, nhiều tuyến bắt buộc phải qua địa hình rừng rậm, núi cao, suối sâu và sình lầy; nhiều đoạn tuyến đường dây vô cùng hiểm trở, nằm cách rất xa đường công vụ; nhiều đường dây truyền tải có đường vào tuyến do lâu ngày đã bị mưa lũ, thiên tai làm bào mòn gây sạt lở, hư hỏng, ảnh hưởng lớn đến công tác quản lý vận hành, đặc biệt là công tác đi kiểm tra thực địa xử lý sự cố xảy ra trên đường dây. Để nâng cao chất lượng quản lý vận hành trong tình trạng ngày càng khó khăn này, cần tiếp tục tăng cường các giải pháp công nghệ - công cụ tiên tiến, áp dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý vận hành. Một số giải pháp công nghệ kỹ thuật và công nghệ số cần triển khai thêm trong thời gian tới, bao gồm:

Thứ nhất: Ứng dụng công nghệ bản đồ thông tin địa lý (GIS):

Ứng dụng hệ thống GIS cho phép quản lý lưới điện, thiết bị trạm biến áp (TBA), đường dây (ĐZ), thiết bị thông tin trực quan trên nền bản đồ địa lý, địa hình, hành chính, vệ tinh và theo các lớp sơ đồ 500 kV, 220 kV; quản lý thông số thiết bị, hình ảnh tài liệu, lịch sử vận hành, tình trạng vận hành thời gian thực trên bản đồ thông tin địa lý.

Dự kiến cần hoàn thành xây dựng hệ thống GIS trong năm 2021 - 2022.

Thứ hai: Chuyển đổi số trong công tác quản lý vận hành đường dây:

Cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ Tư đang diễn ra và được áp dụng rộng rãi trong mọi mặt cuộc sống. EVNNPT đã xây dựng kế hoạch chuyển đổi số, trong đó bao gồm lĩnh vực sản xuất.

Đối với công tác quản lý vận hành đường dây truyền tải, EVNNPT đang triển khai số hóa toàn bộ các công tác liên quan đến kiểm tra, quản lý đường dây truyền tải điện như:

- Cập nhật, lưu trữ, quản lý thông tin về thiết bị.

- Cập nhật lưu trữ quản lý thông tin về công tác kiểm tra (định kỳ ngày, đêm; kỹ thuật, sự cố …), xử lý tồn tại, sửa chữa bảo dưỡng lưới truyền tải điện…

- Tự động thống kê, tổng hợp và trích xuất các báo cáo theo biểu mẫu quy định.

- Tự động cảnh báo, kiến nghị các công tác đo đạc, sửa chữa, bảo dưỡng định kỳ thiết bị trong năm 2021.

Bên cạnh đó, EVNNPT kết hợp triển khai ứng dụng công nghệ AI phân tích hình ảnh từ thiết bị chụp ảnh, camera và thiết bị bay UAV bằng công nghệ AI để nhận diện/phân loại được bất thường/bình thường trong kiểm tra đường dây.

Bên cạnh đó, trong năm 2021 - 2022, cần triển khai số hóa thông tin thiết bị trạm, đường dây trên phần mềm quản lý kỹ thuật PMIS, triển khai chuẩn hóa dữ liệu theo mô hình CIM, xây dựng các Dashboard, triển khai công cụ phân tích thông minh, cùng giao diện tùy biến để các đối tượng trong khối kỹ thuật có thể khai thác được thông tin từ hệ thống PMIS.

Thứ ba: Ứng dụng giám sát động đường dây (DLR):

Do nhu cầu sử dụng điện tăng nên các đường dây truyền tải, cấp điện cho khu vực các thành phố lớn, khu vực phụ tải cao thường xuyên vận hành đầy, hoặc quá tải. Tuy nhiên, việc nâng cấp, cải tạo và xây mới đường dây các khu vực này rất khó khăn do chi phí đầu tư, giải phóng mặt bằng rất lớn. Để tăng hiệu quả sử dụng hệ thống truyền tải hiện hữu, giảm thiểu nghẽn mạch, việc ứng dụng công nghệ DLR là một giải pháp hiệu quả.

Công nghệ DLR sử dụng các dữ liệu về điều kiện thời tiết trong khu vực (như tốc độ, hướng gió, nhiệt độ môi trường, bức xạ mặt trời) để tính toán khả năng truyền tải của ĐZ theo thời gian thực. Kết quả tính toán trong hầu hết các trường hợp, khả năng truyền tải công suất ở thời gian thực lớn hơn công suất tĩnh lên đến 25%. Việc này cho phép người vận hành hệ thống tận dụng khả năng thực tế của ĐZ để truyền tải thêm công suất. Nghiên cứu cho thấy DLR mang lại nhiều hiệu quả:

(i) Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống khi tối ưu trào lưu công suất.

(ii) Tăng trào lưu công suất trên đường dây với chi phí đầu tư tối thiểu.

(iii) Tăng cường chức năng cho lưới điện thông minh nhờ khả năng giám sát dữ liệu thời gian thực. Cụ thể là giám sát thời gian thực: Trào lưu công suất, độ võng, lực căng (hoặc cả hai), tốc độ gió, nhiệt độ dây dẫn… (những dữ liệu thông thường không được cung cấp cho người vận hành).

Trong năm 2022, EVNNPT sẽ tiến hành thử nghiệm Ứng dụng DRL trên đường dây 220 kV Vân Trì - Chèm.

Thay lời kết:

Việc đẩy mạnh triển khai ứng dụng khoa học, công nghệ đã mang lại hiệu quả trong công tác quản lý kỹ thuật, giảm sự cố, giảm tổn thất điện năng lưới điện truyền tải, đảm bảo hệ thống truyền tải vận hành an toàn, tin cậy, ổn định, nâng cao năng suất lao động trong bối cảnh sản lượng truyền tải tăng trưởng bình quân từ 11 - 12%/năm. Một số chỉ tiêu đã đạt hiệu quả cụ thể trong thời gian vừa qua:

Một là, về tổn thất điện năng: Tỷ lệ tổn thất điện năng lưới điện truyền tải năm 2019 đạt bằng chỉ tiêu tổn thất điện năng của năm 2020 được giao trong Kế hoạch 5 năm 2016 - 2020 (tức là chỉ tiêu này, EVNNPT về trước 1 năm trong Kế hoạch 5 năm); tổn thất năm 2020 của lưới điện truyền tải thấp hơn so với kế hoạch được giao.

Hai là, về sự cố lưới điện: Số vụ sự cố năm sau luôn giảm hơn năm trước, EVNNPT luôn đạt chỉ tiêu suất sự cố EVN giao trong giai đoạn 2016 - 2020, mặc dù chỉ tiêu suất sự cố EVN giao năm sau đều thấp hơn năm trước từ 12 - 15%; suất sự cố năm 2019 EVNNPT thực hiện đều đạt 9/9 chỉ tiêu kế hoạch EVN giao cho năm 2020, vượt trước 1 năm so với chỉ tiêu 5 năm được giao.

Ba là, về năng suất lao động: Nhờ áp dụng công nghệ, theo tổng kết giai đoạn 2016 - 2020, năng suất lao động tăng trung bình 17% mỗi năm, đây là một chỉ tiêu rất quan trọng, ngoài hiệu quả về kinh tế, tài chính, chỉ tiêu về năng suất còn góp phần mang lại sự vững tin của đội ngũ quản lý các cấp trong phát huy năng lực quản lý điều hành kỹ thuật và đầu tư xây dựng lưới điện truyền tải.

Như vậy, có thể nói, việc ứng dụng công nghệ tiên tiến trong quản lý vận hành lưới điện truyền tải là một xu thế tất yếu. Ngoài việc mang lại những hiệu quả to lớn trong điều kiện địa lý lưới điện truyền tải ngày càng khó khăn, phức tạp, việc áp dụng công nghệ tiên tiến còn đáp ứng quản lý khối lượng lưới điện truyền tải ngày càng tăng trong thời gian tới, nhất là đảm bảo tin cậy trong vận hành truyền tải giải toả công suất các nguồn điện lớn và nguồn năng lượng tái tạo, cũng như cung cấp điện cho các nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội.

Kỳ tới: Xu hướng, mục tiêu và những nội dung chuyển đổi số của EVNNPT

THƯỜNG TRỰC HỘI ĐỒNG KHOA HỌC TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo:

[1] EVNNPT - Báo cáo tổng kết vận hành 2020 và các Báo cáo Tham luận của các Công ty truyền tải điện 1, 3, 4 tại Hội nghị quản lý kỹ thuật năm 2020.

[2] EVNNPT, PTC4 - Báo cáo sơ kết Khoa học công nghệ năm 2018.