PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 431

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
THÀNH CÔNG “THIẾT BỊ CHỈ THỊ VÀ CẢNH BÁO SỰ CỐ
TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP”
Nguyễn Thanh Lâm
Cơng ty cổ phần Điện lực Khánh Hịa (KHPC)
Tóm tắt: Công tác quản lý kỹ thuật là một trong nhiều khâu trong hoạt động sản xuất
kinh doanh (SXKD) của KHPC. Việc quản lý khối lượng lớn đường dây trung áp trên địa
bàn tỉnh Khánh Hịa là cơng tác khó khăn nhất và tiêu tốn nhiều nhân lực. Từ trước
đến nay, khi có sự cố xảy ra trên lưới trung thế, khâu phát hiện điểm xảy ra sự cố trên
lưới đều phải thực hiện bằng thủ công, nghĩa là tập hợp rất nhiều nhân lực đến hiện
trường tìm và cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất nhằm rút ngắn thời
gian cắt điện của các hộ tiêu thụ.
Từ năm 2008, KHPC đã ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố kiểu Flite 11xSA của hãng
Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm sự cố trên lưới trung thế. Tuy
nhiên, qua thực tế triển khai thiết bị Flite 11xSA chỉ cảnh báo bằng đèn tại chỗ nên
việc tìm kiếm phải dựa vào đèn nên thời gian kéo dài. Bên cạnh đó, giá thành thiết bị
khá cao, nên khả năng triển khai trong toàn hệ thống lưới điện do Công ty quản lý rất
hạn chế.
Xuất phát từ thực tế trên KHPC đã thành lập nhóm nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm
“Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện trung áp” với yêu cầu sản phẩm làm
ra phải được ứng dụng thực tế trên lưới điện trung thế với các mục đích: Phát hiện và
gửi cảnh báo sự cố đến cá nhân và đơn vị liên quan trong thời gian sớm nhất theo
hướng tự động hóa nhằm cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn
thời gian mất điện của khách hàng sử dụng điện; Đáp ứng chỉ tiêu về nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện cho khách hàng.

1. GIỚI THIỆU

Theo Quyết định số 717/QĐEVN ngày 28 tháng 8 năm 2014 của Tập đoàn Điện

lực Việt Nam về việc Ban hành Quy định thống kê, báo cáo sự cố và độ tin cậy lưới
điện. Theo đó, chỉ tiêu về việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng là một
trong những tiêu chí quan trọng được Tập đoàn Điện lực Việt Nam quy định đối với các
Tổng Công ty Điện lực và các Điện lực trực thuộc khơng những nâng cao sự hài lịng của
khách hàng đối với ngành điện, mà mang lại lợi nhuận cho hoạt động SXKD của đơn vị.
Theo thống kê sự cố xảy ra đối với lưới điện trung áp thuộc địa bàn KHPC quản
lý vận hành (QLVH) nhận thấy số lần sự cố xảy ra đối với lưới điện trung áp còn khá
cao, do đường dây đi qua nhiều địa bàn đồi núi nhiều cây cối, động vật hoang dã, giông
sét,… Nếu như chúng ta không phát hiện và xử lý sớm điểm sự cố sẽ dẫn đến mất điện


432 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017
kéo dài hoặc tái diễn tình trạng sự cố thống qua nhiều lần có thể gây hư hỏng thiết bị
và dẫn đến sự cố vĩnh cửu làm gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng, ảnh hưởng đến
hoạt động SXKD bán điện và độ tin cậy cung cấp điện.
Chính vì lý do trên từ năm 2008, KHPC đã ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố kiểu
Flite 11xSA của hãng Schneider để lắp đặt phục vụ cho hoạt động tìm điểm sự cố trên
lưới trung áp. Bước đầu, thiết bị đã phát huy hiệu quả, xác định nhanh điểm sự cố. Qua
đó, đã giảm nhanh thời gian cắt điện do sự cố xảy ra. Tuy nhiên, qua thực tế triển khai
thiết bị Flite 11xSA đã phát sinh một số nhược điểm dẫn đến sự linh hoạt trong tùy
chọn chỉ báo và tuyền tín hiệu rất thấp do thiết bị chỉ cảnh báo bằng đèn tại chỗ nên việc
tìm kiếm phải dựa vào đèn và thời gian kéo dài. Bên cạnh đó, giá thành thiết bị khá cao,
nên khả năng triển khai trong toàn hệ thống lưới điện do Công ty quản lý rất hạn chế.
2. MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN

Trước thực trạng trên, KHPC đã thành lập nhóm nghiên cứu nhằm hạn chế thực
trạng trên, nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị chỉ báo sự cố lưới điện
trung áp với nhiều tính năng ưu việt phù hợp với mục đích quản lý của đơn vị, trên cơ
sở đó tiến hành sản xuất thử nghiệm (SXTN) để lắp đặt vận hành trên lưới điện Khánh
Hịa.

Việc chế tạo thành cơng thiết bị trên giúp sớm phát hiện và gửi cảnh báo sự cố
đến cá nhân và đơn vị liên quan trong thời gian sớm nhất theo hướng tự động hóa (bằng
cách gửi tin nhắn cảnh báo thông tin sự cố và hiển thị trực quan trên màn hình máy tính
HMI) nhằm cách ly điểm sự cố ra khỏi hệ thống nhanh nhất, rút ngắn thời gian mất điện
của khách hàng sử dụng điện, đáp ứng chỉ tiêu ngày càng cao về nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện cho khách hàng. Sản phẩm làm ra có tính năng kỹ thuật tương đương
hoặc ưu việt hơn các sản phẩm đã sản xuất trước đây trên thị trường, phù hợp với mục
đích quản lý của đơn vị. Ngồi ra việc chế tạo thành cơng thiết bị trên giúp cho Công ty
làm chủ được công nghệ, phần mềm, giá thành sản phẩm rẻ hơn thiết bị ngoại nhập.
Mục tiêu cụ thể:
 Chế tạo thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện trung áp, với các yêu cầu
cảm biến sự cố dòng điện; cảnh báo tại thiết bị và cảnh báo từ xa; cho phép cài đặt thay
đổi thơng số cơ bản về dịng và thời gian; phù hợp với thông số kỹ thuật và chế độ vận
hành trên lưới điện trung áp hiện nay; bằng các linh kiện điện tử và vật liệu có sẵn trên
thị trường trong nước. Phần mềm thiết bị do KHPC tự nghiên cứu thiết kế và lập trình.
 Sản phẩm được ứng dụng cho hệ thống lưới trung áp do KHPC quản lý với một
số tính năng kỹ thuật ưu việt, mức chi phí đầu tư hợp lý, đồng thời phù hợp với thông số
kỹ thuật và chế độ vận hành trên lưới điện hiện nay.


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 433

 Trên cơ sở kết quả SXTN đạt được sẽ tiến hành sản xuất với số lượng lớn không
những cung cấp cho KHPC mà cịn có thể cung cấp cho các Điện lực khác (dưới dạng
thương mại) với chất lượng sản phẩm đảm bảo, chủ động trong sản xuất, bảo hành và
giá cả cạnh tranh.
3. LỢI ÍCH KINH TẾ VÀ KHẢ NĂNG CẠNH TRANH CỦA SẢN PHẨM TRÊN THỊ
TRƯỜNG

Chi phí sản xuất thấp do chúng ta chủ động tự nghiên cứu, thiết kế phần mềm,

phần cứng và sử dụng nguồn nhân lực sẵn có nên giá thành thấp hơn so với thiết bị
ngoại nhập. Vì vậy, khả năng triển khai trên tồn hệ thống là khả thi và có thể cung cấp
ra thị trường các Điện lực trong toàn EVN.
Thiết bị giúp phát hiện sớm sự cố từ đó có giải pháp và phương án xử lý nhanh
nhất, hạn chế được thời gian mất điện cho khách hàng nhất là các khách hàng thuộc khu
vực quân sự, an ninh quốc phòng và các khách hàng có cơng suất tiêu thụ lớn. Từ đó
nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng do mất điện kéo dài
gây ra.
4. TÁC ĐỘNG CỦA KẾT QUẢ DỰ ÁN ĐẾN KINH TẾ  XÃ HỘI, AN NINH, QUỐC PHỊNG

Trước nhu cầu địi hỏi ngày càng cao của xã hội về độ tin cậy cung cấp điện, sự
phát triển nhanh về khối lượng đường dây quản lý cũng như tính đa dạng, phức tạp trên
nhiều loại địa hình của lưới điện trung áp phục vụ cho các nhu cầu phát triển xã hội và
dân sinh. Cùng với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật trên thế giới và trong
nước, việc ứng dụng các phần mềm tin học trong công tác QLVH lưới điện đang được
triển khai, công tác QLVH, sửa chữa lưới điện đang phát triển theo hướng tự động hóa,
lao động giản đơn tốn nhiều sức lao động đang được thay thế dần bằng các công cụ và
công nghệ tiên tiến hơn, nâng cao năng suất lao động… nên để xác định chính xác vị trí
đường dây bị sự cố và cảnh báo sớm nhất thời điểm xảy ra sự cố là các yêu cầu đặt ra
đối với người QLVH lưới điện hiện nay.
Với các thiết bị chỉ thị sự cố có tính năng tương đương do phải nhập ngoại nên có
giá thành rất cao, thời gian triển khai các thủ tục mua sắm kéo dài, trong quá trình sử
dụng nếu xảy ra hư hỏng không thể sửa chữa, khắc phục được nên gây tốn kém, lãng
phí.
Để giải quyết vấn đề trên cần nghiên cứu sản xuất thiết bị chỉ thị, cảnh báo sự cố
lưới điện trung áp bằng các vật liệu có sẵn trên thị trường trong nước, kết hợp với mạng
viễn thông công cộng và mặt bằng lưới điện trên bản đồ số hiện có (bản đồ lưới điện
định vị GPS)… thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên lưới điện sau khi sản xuất sẽ có
giá thành thấp hơn thiết bị nhập ngoại, chúng ta sẽ làm chủ công nghệ chế tạo để sản



434 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017
xuất đại trà phục vụ cho nhu cầu của lưới điện KHPC quản lý trước mắt và hướng tới có
thể tham gia cung cấp cho các đơn vị điện lực trong cả nước.
5. NĂNG LỰC THỰC HIỆN DỰ ÁN

Các cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật, công nhân thuộc KHPC trực tiếp tham gia
nghiên cứu, chế tạo là những người có trình độ, trách nhiệm, có năng lực chuyên môn
và kinh nghiệm trong quản lý, tổ chức và triển khai các dự án trong lĩnh vực sản xuất
điện, đặc biệt là đối với các dự án liên quan đến cơng tác thí nghiệm, sửa chữa, chế tạo
thiết bị điện.
Cơ sở vật chất, trang thiết bị và phương tiện đồ nghề cơ bản đáp ứng yêu cầu của
Dự án.
6. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, CHUYỂN GIAO, NHÂN RỘNG KẾT QUẢ CỦA DỰ ÁN

Từ kết quả Dự án, sẽ triển khai ứng dụng sản phẩm trên toàn hệ thống do KHPC
quản lý có hướng tới các Điện lực trong EVN. Vì vậy, KHPC sẽ tổ chức sản xuất với
quy mơ dự kiến khoảng 1000 chiếc/năm sau khi hồn thành dự án SXTN.
Để đáp ứng quy mô sản xuất Công ty sẽ tiến hành thành lập xưởng sản xuất tại Xí
nghiệp Cơ điện Thí nghiệm (số 07 B  đường Trường Sơn – Phường Vĩnh Nguyên – TP
Nha Trang – Tỉnh Khánh Hòa) với các trang thiết bị phụ trợ như: máy quấn dây tự
động, máy hàn chì, máy tạo dịng sự cố, các máy móc thử nghiệm,…
7. MƠ TẢ CƠNG NGHỆ, SƠ ĐỒ HOẶC QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ ĐỂ TRIỂN KHAI
TRONG DỰ ÁN

Dự án SXTN thiết bị chỉ thị sự cố trên lưới điện trung áp được kế thừa từ Đề tài
nghiên cứu cấp cơ sở được Hội đồng KHCN của KHPC nghiệm thu vào tháng 12/2015
và Đề cương dự án đã được Hội đồng KHCN của Sở KHCN tỉnh Khánh Hịa thơng qua
vào tháng 3/2017.


7.1. Cấu tạo thiết bị
a) Sơ đồ nguyên lý
Khi xảy ra sự cố, thiết bị chỉ thị sự cố lắp đặt trên lưới điện trung áp sẽ ghi nhận
và báo về một tin nhắn SMS thông qua modul SMS. Modem GSM tại Server nhận tin
nhắn, phân tích cú pháp tin nhắn và thơng báo cho phân hệ Client để hiển thị trên bản
đồ số.


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 435

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên sơ đồ số

b) Sơ đồ khối thiết bị chỉ thị sự cố
KHỐI CẢM BIẾN
DÒNG ĐIỆN
(KHỐI CẢM ỨNG)

KHỐI ADC
(Analog/Digital
Convert)

KHỐI NGUỒN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM

KHỐI CÀI ĐẶT
TRỊ SỐ BẰNG
DIP  SWITCH


KHỐI KÍCH
HOẠT CẢNH BÁO
Hình 6: Sơ đồ khối thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lưới điện trung áp


436 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017
c) Thơng số kỹ thuật cơ bản
Bảng 3: Thông số kỹ thuật cơ bản thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố
Hình dáng bên ngồi:
 Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lưới điện
trung áp, kiểu: FDS (Fault Display System).
 Điện áp vận hành: đến 50 kV.
 Tần số hoạt động: 50 Hz.
 Cấp chính xác dịng điện: ≤ 10% (In)
 Nhiệt độ hoạt động: đến + 55 °C.
 Kích thước (HxWxD): (175 x 110 x 105) mm
 Trọng lượng: 0.8 kg
 Tuổi thọ pin: 05 năm vận hành.
 Dải dòng điện làm việc (In):
100/200/400/600A (tùy chọn, t = 50; 100; 300;
500 ms). 1000/1200/1500 A (tùy chọn,
t = 0 40 ms).

Chức năng các modul:

 Khối cảm biến dịng điện: gồm cuộn dây có lõi sắt từ theo dạng mạch từ tĩnh
(Hình 3). Kết cấu của lõi sắt từ và cuộn dây được tính tốn để có thể nhận điện từ
trường của đường dây trung áp đang mang điện cảm ứng vào cuộn dây với dung lượng
đủ lớn để có thể nhận biết được sự thay đổi dòng điện trong đường dây và đảm bảo đủ
kích hoạt các vi mạch thuật tốn logic của thiết bị chỉ thị sự cố.


Hình 7: Khối cảm biến dịng điện


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 437

 Khối ADC (Analog/Digital Convert): Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ
thuật số có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ khối cảm ứng đưa vào khối xử lý trung tâm.
Khối này cần làm việc có độ tin cậy cao để chuyển thơng tin chính xác về khối xử lý
trung tâm làm việc.

 Khối điều khiển trung tâm: được điều khiển bằng vi điều khiển dòng AVR của
hãng Atmel (Hoa Kỳ) sản xuất theo công nghệ mới (công nghệ RISC). Trên thị trường
hiện nay, đây là dịng vi điều khiển tích hợp cao thuộc họ 8 bit theo công nghệ mới với
những chức năng cơ bản rất cần thiết trong những ứng dụng cụ thể như: độ ổn định cao,
khả năng tích hợp đa dạng, sự mềm dẻo và tiện lợi trong lập trình, giao diện SPI đồng
bộ, các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được, giao tiếp I2C, bộ biến đổi ADC 10 bit,
các kênh băm xung PWM, bộ định thời Watchdog, 03 bộ timer/Counter 8 bit, 01 bộ
Timer/Counter 16 bit, 01 bộ so sánh analog, bộ nhớ EFPROM… đặc biệt dịng AVR rất
tiết kiệm nguồn ni, được thể hiện qua 03 chế độ tiết kiệm nguồn nuôi như sau:
+ Chế độ Power Down: lưu giữ các nội dung ở các thanh ghi, ngừng hoạt động
bộ dao động, vơ hiệu hóa các chức năng khác của vi điều khiển đến khi có kích hoạt từ
bên ngồi.
+ Chế độ Powersave: thời gian khơng đồng bộ vẫn hoạt động, cho phép duy trì
cơ sở thời gian của chương trình, trong khi các thành phần còn lại của vi điều khiển
được đưa về chế độ ngủ (sleep mode).
+ Chế độ Standby: Bộ dao động vẫn hoạt động, trong khi toàn bộ thành phần khác
của vi điều khiển được đưa về chế độ ngủ. Điều này giúp vi điều khiển có thể nhanh
chóng khởi động trở lại với mức tiêu thụ điện năng là cực thấp.


 Khối cài đặt trị số bằng Dipswitch: nhằm cài đặt các giá trị dòng điện sự cố,
các giá trị thời gian cần thiết để kích hoạt các module chức năng của thiết bị chỉ thị.
Thông qua các linh kiện điện tử và các khóa chuyển đổi (ON/OFF), khối này được thiết
kế khá đơn giản, giúp cho người sử dụng dễ nắm bắt cách thức cài đặt, dễ sử dụng, các
giá trị cài đặt này phải phù hợp và có thể phối hợp được với các tính năng của các thiết
bị lắp đặt trên lưới điện cũng như giá trị dòng điện do sự cố lưới điện trung áp gây ra.

 Khối kích hoạt cảnh báo: được thiết kế với hai hình thức cảnh báo độc lập
với nhau.
+ Cảnh báo tại thiết bị: tín hiệu cảnh báo này được sử dụng thông qua việc nhấp
nháy của đèn LED (Light Emitting Diode) được gắn trên thiết bị chỉ thị, giúp cho người
quan sát có thể thấy được khi có tín hiệu sự cố. Việc sử dụng đèn LED cũng là giải phát
nhằm tiết kiệm nguồn nuôi với hiệu suất cao nhất, giúp cho thiết bị chỉ thị có thể làm
việc trong thời gian dài (03 ÷ 05 năm).


438 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017
+ Cảnh báo tại Phịng QLVH lưới điện: tín hiệu cảnh báo sự cố sẽ kích hoạt
module truyền thông GSM (Remote alarm), thông qua mạng viễn thông cơng cộng tại
Phịng QLVH lưới điện sẽ nhận được tín hiệu cảnh báo tức thời trên sơ đồ mặt bằng
lưới điện đang QLVH và tin nhắn.

 Khối nguồn:
+ Pin Lithium SAFT LSH20 3.6 V có dung lượng đủ lớn để duy trì thời gian làm
việc của thiết bị chỉ thị sự cố trên đường dây trong thời gian dài (03 ÷ 05 năm).
+ Dòng điện làm việc đủ lớn để có thể khởi động và duy trì các chế độ làm việc
theo lập trình đã cài đặt cho thiết bị chỉ thị sự cố.
+ Do thiết bị chỉ thị sự cố được lắp trên đường dây trung áp truyền tải điện năng,
nên nguồn nuôi của thiết bị chỉ thị luôn làm việc trong mơi trường khắc nghiệt nhất,
chịu tồn bộ các tác động thay đổi thời tiết, khí hậu và các yếu tố khác.

Xuất phát từ các yếu tố cơ bản trên, với các tính năng ưu việt như độ bền cao,
trọng lượng nhẹ, có mật độ năng lượng cao và khả năng cung cấp năng lượng dài hơn,
pin lithium chính là nguồn ni tối ưu nhất có thể đáp ứng trong thời điểm hiện nay.

Hình 8: Bo mạch điều khiển thiết bị chỉ thị sự cố

Hình 9: Pin lithium


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 439

d) Cách thức cài đặt các thơng số

Switch I

Switch II

Hình 10: Vị trí Switch I và Switch II

 Cài đặt giá trị dòng điện sự cố: 100 A – 200 A – 400 A – 600 A (tùy chọn).
Bảng 4.

Cài đặt tại vị trí Switch I
Dòng cài đặt
4

3

2


1

Off

Off

Off

On

100 A

Off

Off

On

Off

200 A

Off

On

Off

Off


400 A

On

Off

Off

Off

600 A




440 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

 Cài đặt thời gian ghi nhận dòng sự cố: 50; 100; 200; 500 ms (tùy chọn).
Bảng 5.

Cài đặt tại vị trí Switch II

Thời gian ghi nhận dòng sự cố

2

1

Off


Off

50 ms

Off

On

100 ms

On

Off

300 ms

On

On

500 ms

 Cài đặt thời gian nhấp nháy của đèn: 01; 02; 03; 04 giờ (tùy chọn).
Bảng 6.

Cài đặt tại vị trí Switch II

Thời gian nhấp nháy đèn

4


3

Off

Off

01 giờ

Off

On

02 giờ

On

Off

03 giờ

On

On

04 giờ

Cài đặt tại vị trí Switch II

Dịng cắt nhanh (F50)


6

5

(t = 0 ÷ 40 ms)

Off

Off

OFF (F50)

Off

On

1000 A

On

Off

1200 A

On

On

1500 A


e) Các chức năng chính
 Chức năng tự giải trừ tín hiệu (reset) sau khi phục hồi phụ tải ở mức cài đặt tối
thiểu: Khi có tín hiệu sự cố, đèn cảnh báo sẽ nhấp nháy theo giá trị thời gian cài đặt
nhấp nháy đèn, hết thời gian này đèn cảnh báo sẽ tự động tắt. Nếu chưa hết thời gian
nhấp nháy đèn mà lưới điện đã khơi phục lại với mức dịng điện tải > 17 A thì đèn cảnh
báo sẽ tự động tắt sau 01 phút.
 Chức năng duy trì thời gian nhấp nháy đèn cảnh báo khi sự cố lâu dài: Khi có
tín hiệu sự cố đèn cảnh báo sẽ nhấp nháy với thời gian cài đặt (ví dụ là 3 h). Sau thời
gian (ví dụ 2 h) Đơn vị QLVH đã xác định được nguyên nhân, xử lý xong và tiến hành