(Nguồn: PC Bà Rịa – Vũng Tàu)

Tối ưu hóa khả năng tải và giới hạn nhiệt của đường dây

Định mức tĩnh (SLR) có nghĩa là đánh giá chế độ nhiệt của đường dây trong điều kiện thời tiết xấu nhất. Nó là dòng tải vận hành tối đa thấp nhất cố định cho đường dây và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền tải điện. Tất cả các biện pháp nâng công suất đều được so sánh với giá trị của SLR.

Theo định nghĩa, điều kiện thời tiết xấu nhất trong truyền tải điện là: tốc độ gió bằng không, nhiệt độ môi trường cao nhất và bức xạ mặt trời cao nhất. Tuy nhiên, thực tế khó xác định nhiệt độ môi trường cao nhất và bức xạ mặt trời cao nhất, ngoài ra, sử dụng tốc độ gió bằng không sẽ làm giảm đáng kể khả năng tải của đường dây.

Vì vậy, bản chất của SLR là đánh giá nhiệt trong điều kiện thời tiết tới hạn thay vì điều kiện xấu nhất. Điều kiện thời tiết tới hạn thường được xác định từ dữ liệu lịch sử và phân tích thống kê. Thông thường, điều kiện thời tiết tới hạn xấu hơn hầu hết các điều kiện thời tiết khác. Do đó, SLR không phải lúc nào cũng đảm bảo điều kiện quá nhiệt của dây dẫn. Tuy nhiên, các công ty truyền tải điện đều chấp nhận một rủi ro nhỏ để có được công suất truyền tải hợp lý và vận hành các cấu trúc đường dây kinh tế hơn.

Khác với SLR, DLR cho phép điều chỉnh khả năng tải của đường dây truyền tải điện bằng cách giám sát các điều kiện như nhiệt độ, tốc độ gió và bức xạ mặt trời. Khả năng tải của dây dẫn không chỉ phụ thuộc vào việc xử lý dòng điện mà còn phải duy trì dây dẫn trong giới hạn nhiệt an toàn để ngăn ngừa hư hại và đảm bảo tuổi thọ. Vận hành vượt quá các giới hạn này có thể làm dây dẫn chùng xuống, gây rủi ro về an toàn điện và tăng nhu cầu bảo trì, cuối cùng dẫn đến chi phí cao hơn và tiềm ẩn gián đoạn cung cấp điện.

Trong một nghiên cứu của Laki Power, hiệu suất của một đường dây truyền tải điện dài 200km được phân tích trong 8 tháng. Kết quả cho thấy trong 3,3% thời gian, DLR thấp hơn SLR, nhưng nhiệt độ của dây dẫn vẫn vượt quá mức nhiệt đánh giá. Điều này tương ứng với 191 giờ mà dây dẫn có thể đã hoạt động trên mức nhiệt độ tối đa cho phép là 80°C, mặc dù vẫn nằm trong giới hạn SLR.

Theo bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, nhiệt độ vận hành khẩn cấp của dây dẫn ACSR "Condor" là 90°C và nên được giới hạn trong 10 giờ hoặc ít hơn mỗi năm. Nếu đường dây truyền tải điện hoạt động ở mức SLR, các tính toán dựa trên dữ liệu thời tiết lịch sử cho thấy trong 8 tháng, đường dây sẽ vượt quá mức nhiệt độ khẩn cấp trong 43 giờ.

Hình 1. Số giờ DLR thấp hơn SLR trong giai đoạn tháng 3-8, Laki Power [1]

Nghiên cứu này minh họa rằng giá trị của DLR không chỉ dừng lại ở việc tăng khả năng truyền tải mà còn có thể phát hiện khi DLR thấp hơn SLR. Điều này rất quan trọng để ngăn ngừa tổn hại tiềm ẩn cho cơ sở hạ tầng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống tổng thể. Bằng cách theo dõi và điều chỉnh theo điều kiện thực tế của đường dây, DLR giúp duy trì đường dây trong giới hạn nhiệt an toàn, do đó giảm nguy cơ quá tải, dẫn đến các chi phí sửa chữa tốn kém và thời gian ngừng hoạt động gây gián đoạn cung cấp điện cho hàng ngàn khách hàng.

Tầm quan trọng của dữ liệu thời tiết chính xác trong DLR

Độ chính xác của dữ liệu thời tiết là yếu tố then chốt trong việc tính toán DLR, vì các yếu tố môi trường có ảnh hưởng lớn đến khả năng tải của đường dây truyền tải điện. Sự thiếu chính xác trong dữ liệu tốc độ gió có thể dẫn đến việc khai thác dưới mức khả năng của đường dây và mất doanh thu.

Nghiên cứu của Laki Power đã chỉ ra rằng điều kiện gió ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng mang dòng điện của dây dẫn. Cụ thể, việc tăng tốc độ gió từ 0.6 m/s lên 1.6 m/s ở góc 45° so với đường dây có thể tăng khả năng tải của đường dây lên 43%, trong khi cùng tốc độ gió ở góc 90° so với đường dây có thể tăng khả năng tải của đường dây lên 54%. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng hệ thống DLR có trang bị cảm biến đo lường các thông số thời tiết thời gian thực (tốc độ gió và góc gió so với đường dây) tại vị trí chính xác của đường dây truyền tải điện, cho phép các nhà vận hành truyền tải nhiều điện năng hơn một cách an toàn qua đường dây.

Hơn nữa, nghiên cứu của Laki Power đã kết luận rằng việc áp dụng DLR có thể tăng trung bình 39,9% khả năng tải và tiềm năng tăng doanh thu lên tới 49,7 triệu USD trong giai đoạn 8 tháng hoặc 75 triệu USD hàng năm (đối với đường dây nghiên cứu).

Hình 2. So sánh SLR và DLR trong khoảng thời gian 8 tháng. Mức tăng công suất trung bình trong khoảng thời gian này là 39,9% [1]

Công nghệ giám sát thời tiết chính xác tích hợp trí thông minh: Xác định DLR trong thời gian thực và tăng cường độ tin cậy vận hành đường dây tải điện

Nhiệt độ của dây dẫn chịu ảnh hưởng lớn từ các điều kiện bên ngoài, đặc biệt là thời tiết và gió. Một dây dẫn phải đối mặt với hai nguồn nhiệt và hai phương pháp làm mát. Các nguồn nhiệt bao gồm nhiệt từ mặt trời và nhiệt do dòng điện trên dây dẫn tạo ra. Trong khi đó, các phương pháp làm mát bao gồm làm mát đối lưu từ gió và làm mát bức xạ từ nhiệt độ môi trường, khi nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ của dây dẫn, sẽ có hiệu ứng làm mát bức xạ. Sự tương tác giữa các nguồn nhiệt và các phương pháp làm mát này xác định nhiệt độ của dây dẫn, và từ đó, ảnh hưởng đến khả năng hoạt động và các khoảng cách an toàn của nó.

Hình 3. Các ảnh hưởng của nguồn nhiệt và cách làm mát của đường dây (Nguồn: CIGRE) [1]

Hầu hết các nhà vận hành lưới điện hiện nay sử dụng định mức tĩnh (SLR) để xác định khả năng tải tối đa, kết hợp với các điều kiện thời tiết bảo thủ đã được xác định trước. Tuy nhiên, thực tế thường xuyên có tốc độ gió cao hơn và nhiệt độ môi trường thấp hơn so với các giá trị dự kiến trong SLR, điều này cho thấy khả năng truyền tải nhiều điện hơn qua đường dây là có thể. Bằng cách tích hợp trí thông minh, thời tiết thời gian thực chính xác, như tốc độ gió và góc gió so với đường dây, vào hệ thống DLR, các nhà vận hành lưới điện có thể tối ưu hóa khả năng tải và bảo vệ cơ sở hạ tầng bằng cách ngăn ngừa hư hại dây dẫn. Trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt, khả năng phản ứng nhanh chóng này là rất quan trọng để duy trì độ tin cậy của hệ thống và kéo dài tuổi thọ của cơ sở hạ tầng.

Tăng cường độ chính xác DLR bằng cách tích hợp thông minh dữ liệu thời tiết địa phương

Sự biến đổi vi khí hậu dọc theo các đường dây truyền tải điện có thể rất đáng kể, đặc biệt tại các khu vực địa lý đa dạng. Dữ liệu thời tiết từ bên thứ ba hoặc các trạm thời tiết xa đường dây thường không phản ánh chính xác những biến đổi này, dẫn đến những đánh giá thời tiết chung chung và làm giảm độ chính xác của DLR. Để khắc phục điều này, việc sử dụng dữ liệu gió vi khí hậu, như được thu thập bởi các thiết bị giám sát trên đường dây, cho phép điều chỉnh và dự báo khả năng tải của đường dây một cách chính xác và cụ thể hơn.

Hệ thống giám sát DLR tích hợp dự báo thời tiết từ bên thứ ba với dữ liệu thời tiết địa phương để liên tục cải thiện mô hình dự báo khả năng tải thực tế và dự báo trong vòng 24 giờ. Để xác thực và nâng cao độ chính xác của các dự báo, các phép đo gió thực tế từ thiết bị giám sát đường dây được so sánh với các dự đoán gió từ bên thứ ba. Những sự khác biệt này được đưa vào mô hình DLR, tạo ra một vòng phản hồi giúp cải thiện liên tục các dự báo DLR.

Hình 4. Thiết bị cảm biến và giám sát điều kiện thời tiết trên đường dây - LKX MUTI của Laki Power [2]

Hình 5. Mô hình tính toán và dự báo định mức động đường dây của Laki Power [1]

Mức độ chi tiết này rất quan trọng, vì nó giúp điều chỉnh hoạt động của từng cung đoạn lưới điện theo các điều kiện cụ thể, từ đó nâng cao tính an toàn và hiệu quả của hệ thống.

Vận hành an toàn và tăng độ tin cậy đường dây truyền tải với giải pháp tích hợp giám sát thông minh thời tiết địa phương & giám sát thông minh thời tiết chính xác

Bằng cách tích hợp giám sát thông minh thời tiết địa phương & giám sát thông minh thời tiết chính xác vào chiến lược vận hành, các nhà vận hành lưới điện có thể nâng cao đáng kể tính an toàn và độ tin cậy của hệ thống DLR. Cách tiếp cận này giúp phản ứng linh hoạt với các điều kiện thời tiết thay đổi, giảm thiểu nguy cơ vượt quá giới hạn nhiệt an toàn và cải thiện quản lý lưới điện tổng thể.

Mặc dù DLR có khả năng tối đa hóa công suất truyền tải của các đường dây hiện có, sự thành công của nó phụ thuộc vào việc tuân thủ nghiêm ngặt các giao thức an toàn và đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu thời tiết địa phương. Đầu tư vào công nghệ điện toán và ưu tiên thông tin môi trường chính xác sẽ giúp các công ty điện lực không chỉ đáp ứng nhu cầu hiện tại mà còn sẵn sàng đối mặt với những thách thức trong tương lai.

Lược dịch và tổng hợp: Thái Xuân Trà

Tài liệu tham khảo:

[1] DLR Is More Than Optimizing Capacity; How Can Utilities Ensure Safety and Reliability? DLR Is More Than Optimizing Capacity; How Can Utilities Ensure Safety and Reliability? (powermag.com)

[2] Laki Power Product, Products | Laki Power