Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong quản lý vận hành lưới điện truyền tải ở 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.

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.

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.

1. Ứng dụng chống sét van đường dây và các giải pháp hạn chế phóng điện do sét:

Việt Nam nằm trong khu vực khí hậu khắc nghiệt, thường xuyên có nhiều giông sét xảy ra với mật độ dày và cường độ cao, đặc biệt là tại các vùng núi đá cao, vùng chuyển tiếp giữa đồi núi, trung du với đồng bằng. Qua thống kê sự cố các năm, sự cố do sét chiếm khoảng 60 ÷ 80% trên tổng số sự cố xảy ra trên đường dây. Để giảm sự cố do sét, cùng với một loạt các giải pháp thực hiện gồm:

(i) Rà soát kiểm tra, phục hồi và tăng cuờng hệ thống tiếp địa tại các vị trí nhiều sự cố sét (kể cả thay thế tiếp địa bị ăn mòn, bổ sung thay thế lớp đất, sử dụng hoá chất GEM để giảm điện trở suất đất…).

(ii) Tăng chiều dài khoảng cách giữa vòng đẳng thế và mỏ phóng của chuỗi cách điện theo đề tài nghiên cứu khoa học của Đại học Bách khoa Hà Nội.

(iii) Bổ sung tăng cường dây néo giảm tổng trở sóng.

(iv) Lập phương án lắp chống sét đa tia và phương án lắp kim thu sét chủ động.

(v) Phối hợp cách điện, điện trở nối đất, khoảng cách pha đất và thiết bị bảo vệ quá điện áp (chống sét van, mỏ phóng) giữa đường dây và trạm để tránh hiện tượng quá điện áp nội bộ, quá điện áp khí quyển gây hư hỏng thiết bị trạm biến áp.

(vi) Cải tạo xà treo dây chống sét nhằm giảm góc bảo vệ cho đường dây… EVNNPT đã nghiên cứu và ứng dụng chống sét van (CSV) tại những vị trí trên các đường dây xảy ra nhiều sự cố do sét; lắp CSV các vị trí cột có chiều cao lớn (thay đổi địa hình núi cao, vượt sông, vượt đường dây khác). Việc lắp CSV, kim thu sét… đã góp phần giảm sự cố do sét trên đường dây truyền tải điện. Theo thống kê, từ năm 2016 đến nay, sự cố do sét giảm 35% - 50%.

Lắp chống sét van trên đường dây 220 kV Hàm Thuận - Bảo Lộc và đường dây 220 kV Tuy Hoà - Nha Trang.

Chống sét van có khe hở trên đường dây 220 kV Hà Giang - Thái Nguyên.

Ví dụ về Mô phỏng phần mềm EMTP Đường dây 500kV Pleiku 2 - Cầu Bông tại vị trí cột 566, kết quả tính toán lắp hệ thống kim thu sét chủ động:

Lắp hệ thống Kim thu sét chủ động trên đường dây 220 kV.

2. Ứng dụng thiết bị định vị sự cố:

Hệ thống đường dây 500, 220 kV trải dài, đi qua địa hình phức tạp, đặc biệt ảnh hưởng đến cung cấp điện trong phạm vi rộng lớn khi xảy ra sự cố, nên việc xác định chính xác vị trí sự cố trên đường dây tạo điều kiện thuận lợi cho việc tìm kiếm điểm, xử lý sự cố nhanh chóng đảm bảo cung cấp điện liên tục, từ đó giảm các chi phí quản lý vận hành cũng như sản lượng thiếu hụt là yêu cầu quan trọng. EVNNPT đã nghiên cứu và triển khai lắp đặt thiết bị định vị sự cố cho 69 đường dây 500, 220 kV có chiều dài lớn, đi qua khu vực địa hình phức tạp.

Một số hiệu quả mang lại của hệ thống ‘định vị’:

Thứ nhất: Giảm thời gian tìm, khắc phục sự cố.

Thứ hai: Tăng khả năng truyền tải an toàn và liên tục.

Thứ ba: Giảm chi phí nhân công tuần tra đường dây.

Thứ tư: Giảm chi phí duy trì an toàn hệ thống khi mất điện.

Thứ năm: Giảm chi phí phạt theo quy định do mất điện.

3. Ứng dụng thiết bị bay không người lái UAV:

UAV có thể ứng dụng hiệu quả trong công tác quản lý vận hành (QLVH), đặc biệt kiểm tra thiết bị đang mang điện, các vị trí hiểm trở, giúp giảm thời gian kiểm tra và nâng cao năng suất, hiệu quả của người lao động. Từ năm 2018, EVNNPT đã triển khai thử nghiệm ứng dụng UAV trong việc QLVH, bên cạnh đó, các đơn vị đã chế tạo, cải tiến thêm UAV sử dụng xử lý diều vướng trên dây dẫn, phun thuốc phòng chống dịch bệnh... mang lại hiệu quả cao.

Hình ảnh kiểm tra đường dây ứng dụng UAV tại các Công ty Truyền tải.

Ngoài ra, hiện nay EVNNPT đang triển khai thử nghiệm ứng dụng công nghệ AI để phân tích hình ảnh thu thập từ UAV, giúp tự động hóa và nâng cao hiệu quả trong kiểm tra, quản lý vận hành lưới điện truyền tải. Một số hiệu quả khi áp dụng UAV trong kiểm tra quản lý vận hành:

Thứ nhất: Tiết giảm nhân công, nâng cao năng suất lao động.

Thứ hai: Giúp hạn chế nguy hiểm cho người công nhân (về di chuyển, trèo cao) và đảm bảo an toàn cho con người, đường dây khi kiểm tra các hạng mục trên cao đang mang điện như khảo sát điểm tiếp xúc dây chống sét, cáp quang... đặc biệt là các trụ, khoảng trụ vượt sông.

Thứ ba: Quan sát khu vực đường dây bao quát hơn (hiện trạng mặt bằng trong khu vực như đường giao thông giao chéo, tình hình trồng rừng và khai thác rừng, các hoạt động vui chơi và sản xuất gần đường dây như thả diều, vật bay, đốt pháo hoa, pháo dù, các phương tiện xe máy công trình qua lại và làm việc gần hành lang đường dây… Từ đó nhìn nhận và đánh giá sát thực hơn các nguy cơ ảnh hưởng đến vận hành đường dây.

Thứ tư: Khả năng tiếp cận và phát hiện nhanh các hư hỏng trên dây dẫn, dây chống sét, cáp quang và các thiết bị đường dây mà không cần thiết phải cắt điện đường dây. Ghi nhận thực tế hiện trạng bằng hình ảnh, video… với góc quan sát rõ ở nhiều góc độ khác nhau, bay dọc theo đường dây, quay phim, chụp lại hình ảnh rõ nét với độ chính xác và tin cây cao. Mặt khác, thông tin ghi nhận được phân tích, đánh giá chính xác hơn giúp người công nhân kiểm soát được tình trạng đường dây và hành lang.

Thứ năm: Mang lại hiệu quả cao, đặc biệt thay thế hiệu quả kiểm tra thủ công, tiết kiệm công sức nhân công, nâng cao hiệu quả so với việc đi bộ dọc theo hành lang tuyến, ở những cung đoạn đường dây đi qua các địa hình phức tạp như thung lũng, các khoảng vượt sông lớn, địa hình bị chia cắt bởi kênh rạch, sông ngòi, khu vực ngập lụt, địa hình phức tạp, khó khăn, nguy hiểm; kiểm tra sau mưa bão, khu vực không tiếp cận trực tiếp được trong mùa mưa bão.

Dưới đây là một số hình ảnh về kết quả sử dụng công nghệ UAV kiểm tra đường dây truyền tải:

Kiểm tra sự cố phóng điện (giúp phát hiện nhanh sự cố, đặc biệt tại những vị trí hiểm trở, khó quan sát bằng mắt thường, hoặc che khuất tầm mắt kể cả sử dụng ống nhòm, hoặc dụng cụ soi phát nhiệt, kịp thời có biện pháp xử lý).

Kiểm tra phát hiện tưa dây chống sét (giúp phát hiện nhanh chóng các điểm bị tưa, hoặc ống nối chuẩn bị tụt, kịp thời có biện pháp xử lý làm giảm nguy cơ đứt dây chống sét rơi vào dân dẫn gây phóng điện).

Kiểm tra xử lý dây diều (dây diều - một trong các nguyên nhân gây sự cố phóng điện đang có xu hướng gia tăng trong 2 năm gần đây. Tính riêng 6 tháng đầu năm 2021 vừa qua, đã có 6 vụ sự cố phóng điện do dây diều vướng vào đường dây truyền tải điện 220 kV và 500 kV tại khu vực TP Hà Nội, các tỉnh Thái Nguyên, Bắc Giang và khu vực Đông Nam bộ).

Kiểm tra sạt lở móng cột (một hiện tượng đang ngày càng trở nên nguy hiểm khó lường trong tình trạng thay đổi khí hậu, lũ quét trên miền núi và trung du, ngập lụt tại đồng bằng sông Cửu Long mà người công nhân rất khó khăn tiếp cận phát hiện ngay sau mưa lũ).

Kiểm tra hành lang an toàn lưới điện (giúp cho quan sát tổng quát hành lang an toàn đường dây, đặc biệt các vùng núi, cây cối rậm rạp, hoặc các vùng trồng cây lâu năm có thể ảnh hưởng an toàn do nguy cơ cây cối, hoặc vật dụng vi phạm hành lang lưới điện).

Tạm kết:

Việc ứng dụng 3 nhóm giải pháp công nghệ tiên tiến nêu trên đã mang lại hiệu quả thiết thực. Hiện tại, EVNNPT đang tiếp tục sử dụng rộng rãi và nghiên cứu cải tiến các công nghệ trên.

Trong nội dung kỳ tới, chúng tôi sẽ tiếp tục giới thiệu 2 công nghệ tiên tiến đang được áp dụng ở Việt Nam, đồng thời khuyến nghị Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia cần thực hiện thêm những nhóm giải pháp công nghệ tiên tiến mới, công nghệ số trong quản lý vận hành lưới điện truyền tải.

Đón đọc kỳ tới: Công nghệ tiên tiến và giải pháp số hóa trong quản lý vận hành lưới điện truyền tải

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.