Trong 3 ngày, từ 26 đến 28/7/2011, mưa như trút xuống thủ đô Seoul của Hàn Quốc, tổng lượng mưa lên tới 500 mm, bằng 40% lượng mưa trung bình năm tại thành phố này. Số liệu khí tượng khẳng định đây là trận mưa lớn nhất từ xưa đến nay, kéo dài 3 ngày, kể từ khi bắt đầu có số liệu thống kê, năm 1903.
Ở Seoul, Công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) có 4 trung tâm điều hành phân phối điện (TTĐHPPĐ), thực hiện chức năng giám sát và quản lý 7.562 máy cắt, quản lý 1.499 xuất tuyến phân phối, cấp điện cho 3,18 triệu khách hàng sử dụng điện trong địa bàn dịch vụ. Trận mưa này 27 tháng 7 gây ra tổng cộng 36 sự cố trên lưới điện phân phối của Seoul. Tuy nhiên, các trung tâm điều hành phân phối điện đã cách ly được các phân đoạn bị sự cố và phục hồi cấp điện cho các phân đoạn còn tốt chỉ trong vòng 3 phút sau khi nhận được thông báo về sự cố qua hệ thống phân phối điện tự động hóa (distribution automation system - DAS) của KEPCO. Trong tổng số 36 sự cố này, 24 sự cố đã được xử lý trong vòng 3 phút và 8 sự cố đã được xử lý trong vòng 10 phút. 4 sự cố còn lại không thể xử lý được trong vòng 10 phút do mưa to đã làm hỏng cả đường dây liên lạc và đường dây phân phối.
Lưới điện vận hành trong trận mưa kỷ lục
Sáng sớm ngày 27 tháng 7, ba tín hiệu chỉ thị báo động sự cố xuất hiện đồng thời trên màn hình giám sát tại Trung tâm điều hành phân phối điện Gangnam thuộc Seoul. Phản ứng với sự cố, các biến dòng lắp đặt trong tủ đóng cắt ở phía nguồn của điểm sự cố đã phát hiện dòng sự cố, các thiết bị đầu cuối từ xa (RTU) trong tủ đóng cắt ngay lập tức gửi thông điệp đến Trung tâm điều hành phân phối điện. Kèm trong thông tin từ các tín hiệu chỉ thị báo động sự cố còn có dòng phụ tải theo thời gian thực trên các xuất tuyến đó.
Sau khi nhân viên thao tác tại Trung tâm điều hành phân phối điện xác định được các phân đoạn sự cố của lưới điện, chức năng điều khiển từ xa bắt đầu ngắt mạch tủ đóng cắt liền kề để cách ly các phân đoạn sự cố và đóng mạch tủ đóng cắt bình thường ở trạng thái ngắt để khôi phục cấp điện cho các phân đoạn tốt của từng xuất tuyến. Trung bình toàn bộ quá trình này được hoàn tất trong vòng 3 phút. Quá trình này được KEPCO lặp lại đối với các sự cố khác trong ngày, nhờ đó giảm thiểu số lượng khách hàng bị mất điện
Hơn nữa, nếu không phải là trong hoàn cảnh thiên tai mà là điều kiện bình thường thì Công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) đã có thể áp dụng chức năng tự hàn gắn theo một trình tự tự động đã xác lập từ trước, và quá trình phục hồi có thể hoàn thành trong thời gian còn ngắn hơn nữa.
Sơ lược về hệ thống phân phối điện tự động hóa
Với tốc độ tăng trưởng kinh tế của Hàn Quốc như hiện nay, một sự cố dù là tạm thời trên một xuất tuyến phân phối cũng có thể khiến các khách hàng nối điện với xuất tuyến này bị thiệt hại lớn. Trước đòi hỏi của khách hàng về độ tin cậy lưới điện và chất lượng điện năng, Công ty Điện lực Hàn Quốc buộc phải triển khai hệ thống phân phối điện tự động hóa (HTPPĐTĐH). Ban đầu, ý tưởng giám sát và thao tác từ xa tủ đóng cắt còn rất xa lạ với các kỹ sư vốn quen thuộc với quá trình thao tác thủ công lỗi thời. Cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc cần thiết đã phát triển nhanh chóng trong những năm 1990, tạo điều kiện để ý tưởng này trở thành hiện thực.
|
Tác động và thiệt hại do trận mưa kỷ lục tại Seoul hồi tháng 7/2011
|
|
Nhiều sự cố trên các đường dây phân phối của TTĐHPPĐ Gangnam, Seoul
|
|
Chỉ số thời gian ngừng cấp điện trung bình của hệ thống phân phối điện (SAIDI) của KEPCO giảm dần
|
Trung tâm điều hành phân phối điện nhanh chóng cải thiện chỉ số thời gian gián đoạn cấp điện trung bình của hệ thống (system average interruption duration index - SAIDI) bằng cách rút ngắn thời gian phục hồi cấp điện. Thời gian mất cho việc điều nhân viên quản lý đường dây đến địa điểm sự cố, thao tác thủ công đóng cắt mạch để cách ly phân đoạn sự cố, và phục hồi cấp điện trước đây thường mất tới trên 50 phút, đã giảm xuống còn vài phút. Lưu ý rằng phải mất rất nhiều thời gian đi lại trong điều kiện giao thông đông đúc, nên hiệu quả của hệ thống phân phối điện tự động hóa trong vùng đô thị, cụ thể là ở thành phố Seoul, được đánh giá cao hơn so với ở khu vực nông thôn.
Cấu hình
Hệ thống phân phối điện tự động hóa (DAS) có ba đặc điểm chính:
• Giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị ở hiện trường, thu thập dữ liệu theo thời gian thực (điện áp, dòng) và đặt lại dòng tác động tối thiểu của các thiết bị tự động đóng trở lại (reclosers).
• Xử lý sự cố đối với các sự cố một pha, nhiều pha, và cân bằng phụ tải bằng cách điều chuyển phụ tải trong trường hợp cắt điện theo kế hoạch;
• Cấu hình lại tối ưu lộ xuất tuyến nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng và cân bằng phụ tải, phát hiện dòng điện pha không cân bằng, tính toán dòng ngắn mạch và tính toán độ sụt áp, tự động xây dựng các biểu đồ một sợi, và thiết bị mô phỏng dùng cho mục đích đào tạo.
|
Cấu hình của hệ thống phân phối điện tự động hóa
|
|
Công việc tại hiện trường thay đổi từ khi có hệ thống phân phối điện tự động hóa
|
Đối với các hệ thống điện lớn, hệ thống phân phối điện tự động hóa bao gồm trung tâm điều hành phân phối điện, các tủ đóng cắt tự động trên lưới điện và hệ thống thông tin liên lạc từ xa kết nối các trung tâm điều hành phân phối điện với nhau. Thiết bị thông tin liên lạc của hệ thống phân phối điện tự động hóa chuyển các lệnh từ trung tâm điều hành phân phối điện tới tủ đóng cắt tự động và trung tâm nhận được các dữ liệu từ các tủ đóng cắt tự động này. Ở Hàn Quốc, sợi quang được sử dụng làm phương tiện chính trong truyền thông, nên các hệ thống thông tin vô tuyến khác nhau như hệ thống vô tuyến trung kế (trunked radio system - TRS) kỹ thuật số và đa truy cập phân chia theo mã (code division multiple access - CDMA) được sử dụng cho các hệ thống phân phối điện tự động hóa. Tuy nhiên ngay ở các nước khác, với các hệ thống vô tuyến khác nhau như dịch vụ vô tuyến trọn gói (general packet radio service - GPRS) và hệ thống điện thoại di động toàn cầu, thì trên thực tế hệ thống phân phối điện tự động hóa vẫn áp dụng được như đã được chứng minh qua các dự án thí điểm ở Trung Quốc, Inđônêxia, Việt Nam và Ai Cập.
Tình hình triển khai
Khởi nguồn từ năm 1983, hệ thống phân phối điện tự động hóa của Công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) đã trải qua quá trình phát triển và cuối cùng, vào năm 1998, đã được áp dụng thực tế cho lưới điện phân phối. Kể từ đó, KEPCO liên tục nâng cấp hệ thống phân phối điện tự động hóa, và cho đến nay đây là một hệ thống hoàn toàn mới. Hiện nay KEPCO vẫn chủ yếu tập trung vào phần mềm cho hệ thống phân phối điện tự động hóa, trong khi đó nhiều nhà chế tạo Hàn Quốc như các ENTEC, Jin Kwang E&C Corp., Iljin Electric và KDN đã góp phần phát triển các thiết bị tại hiện trường của hệ thống phân phối điện tự động hóa như máy cắt đặt trên cao, tủ đóng cắt mạch vòng chính và các RTU. Tổng vốn đầu tư cho hệ thống phân phối điện tự động hóa đã lên tới khoảng 407 triệu USD. Để tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống phân phối điện tự động hóa, KEPCO đã xây dựng 41 trung tâm điều hành phân phối để từ đó, nhân viên điều hành có thể giám sát và vận hành đồng thời các lưới điện do một số chi nhánh điện quản lý.
Lợi ích
Năm 1996, chỉ số thời gian gián đoạn cấp điện trung bình của hệ thống (SAIDI) của KEPCO là 31 phút. Năm 2010, chỉ số đó đã giảm xuống còn 15,2 phút, ngang hàng với các công ty điện lực hàng đầu trên thế giới. Trước khi đưa vào áp dụng các hệ thống phân phối điện tự động hóa, thời gian trung bình để nhân viên quản lý đường dây tới điểm sự cố và cách ly phân đoạn sự cố là 54 phút, thậm chí còn lâu hơn ở các khu vực khu đô thị do mật độ giao thông dày đặc. Giờ đây trung bình chỉ mất đúng 3 phút, độ tin cậy của lưới điện được cải thiện đáng kể.
Đầu tư của công ty điện lực vào trang thiết bị mới gia tăng theo sự tăng trưởng tiêu thụ điện năng, cùng với phát triển kinh tế xã hội. Với các dữ liệu phụ tải lưới điện nhận được từ hệ thống phân phối điện tự động hóa, KEPCO có thể quyết định chính xác yêu cầu đầu tư xây dựng mới các trạm biến áp và các xuất tuyến. Các dữ liệu bổ trợ như dòng phụ tải, đặc tính phụ tải theo thời gian thực và thông tin về các sự cố mạch điện trước đây giúp các kỹ sư lập bản đồ mật độ phụ tải và tiên đoán nhu cầu phụ tải tương lai một cách chính xác hơn. Trên cơ sở đó, có thể xây dựng các trạm biến áp tại các địa điểm chuẩn xác và nâng cao hơn nữa độ tin cậy của lưới điện.
Giảm tổn thất điện năng là chức năng then chốt của hệ thống phân phối điện tự động hóa. Công ty điện lực có nhiệm vụ chủ động quyết định về việc kết nối các đường dây phân phối, có tính đến biến động phụ tải trong ngày và theo mùa nhằm duy trì an toàn hệ thống. Hệ thống phân phối điện tự động hóa giúp bố trí lại các điểm kết nối trên lưới điện phân phối với mục đích tối ưu hóa phụ tải của từng xuất tuyến và giảm thiểu tổn thất điện năng bằng cách tính toán các phụ tải của từng phân đoạn và trở kháng các mạch điện. Thí dụ, nếu xuất tuyến A mang tải 5 MW và xuất tuyến B kết nối với nó mang tải 7 MW thì chức năng giảm thiểu tổn thất điện năng sẽ là chuyển điểm kết nối hai đường dây này về vị trí trên lưới điện sao cho giảm thiểu được tổng tổn thất của hai xuất tuyến. Mở rộng lên cấp lưới điện, chức năng đó có thể quyết định vị trí chính xác của các điểm kết nối sao cho kết quả đạt được là tổng tổn thất công suất của toàn lưới điện là nhỏ nhất.
Nói chung, thiệt hại của xã hội do gián đoạn cấp điện phụ thuộc rất nhiều vào trình độ phát triển kinh tế của xã hội đó. Xã hội có nền kinh tế có tốc độ tăng trưởng càng cao thì thiệt hại cho xã hội do sự cố mất điện càng tăng lên nhanh hơn. Đối với KEPCO, đây không còn là vấn đề lớn nữa bởi vì hệ thống phân phối điện tự động hóa giảm thiểu đáng kể thời gian mất điện do sự cố.
Nhờ cắt giảm công tác tại hiện trường, công ty điện lực giảm được nhân lực xử lý các công việc hằng ngày. Bằng cách thay thế các công việc thủ công, cụ thể như theo dõi thiết bị và xử lý sự cố bằng hệ thống tự động hóa, hệ thống phân phối điện tự động hóa nâng cao hiệu quả công tác chung của công ty điện lực, từ đó có thể tiết kiệm được đáng kể chi phí cho nguồn lực.
Hệ thống phân phối điện tự động hóa còn đem lại nhiều lợi ích khác, ví dụ như tăng sản lượng điện bán ra nhờ nâng cao chất lượng điện năng và cân bằng phụ tải điện trên các xuất tuyến. Chất lượng phục vụ khách hàng sử dụng điện được cải thiện, số trường hợp khách hàng phàn nàn giảm bớt, thiết bị đóng cắt được thao tác từ xa nên công nhân tại hiện trường được bảo đảm an toàn. Ngoài ra, hệ thống phân phối điện tự động hóa tạo điều kiện để nhân viên công ty điện lực nâng cao kỹ năng về các công nghệ mới.