Nguyên lý hệ thống DTS.
Đặc biệt, lưới điện ngầm 110kV tại Đà Nẵng đang ngày càng phát triển và mới đây là tuyến cáp ngầm dài hơn 5km nối từ trạm biến áp 110kV An Đồn đến trạm biến áp 110kV Cảng Tiên Sa. Bài toán được đặt ra là việc tăng cường khả năng giám sát các tuyến cáp ngầm 110kV trong các chế độ vận hành nhằm phán đoán trước được các nguy cơ sự cố cáp ngầm, bởi một khi sự cố cáp ngầm 110kV xảy ra sẽ rất khó khăn trong việc phán đoán điểm sự cố và khôi phục vận hành của tuyến cáp. Do đó, một hệ thống DTS đã được lắp đặt mới tại trạm biến áp 110kV Cảng Tiên Sa.
Hệ thống DTS – Distributed temperature sensing (Giám sát nhiệt độ phân tán) là hệ thống quang điện tử, giúp đo nhiệt độ bằng các sợi quang cảm biến. Hệ thống DTS tại trạm 110kV Cảng Tiên Sa được sản xuất với LIOS Technology/Đức, nhà phát triển và sản xuất các sợi quang giám sát nhiệt độ, đơn vị hàng đầu về cung cấp giải pháp giám sát nhiệt độ phân tán, được thành lập năm 2000.
Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý hiện tượng tán xạ Raman và hiện tượng tán xạ Brillouin: tán xạ Raman chỉ ra ánh sáng tán xạ trong sợi quang chứa ba thành phần: Raleigh (laser light), Stokes, và Anti-stokes. Trong đó, cường độ tia Stokes ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ còn cường độ tia Anti-stokes thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi của nhiệt độ. Do đó, nhiệt độ của sợi cáp quang có thể được tính toán bằng cách so sánh cường độ tia Stokes và Anti-stoke. Việc đo đạc tán xạ Raman sử dụng phương pháp OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) – đo phản xạ quang theo tần số.
Các thành phần hệ thống DTS.
Tán xạ Brillouin trong sợi quang chỉ ra rằng sự thay đổi tần số của ánh sáng tới và ánh sáng phản xạ có liên quan mật thiết đến đặc tính của vật liệu. Nhờ các phương trình tính toán, tán xạ Brillouin giúp xác định nhiệt độ, độ suy hao quang và độ biến dạng của vật liệu. Việc đo đạc tán xạ Brilouin sử dụng phương pháp OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) – đo phản xạ quang theo thời gian.
Hệ thống DTS gồm các thành phần chính như sau: máy tính giám sát được trang bị tại tủ DTS, đi kèm với máy tính có các thiết bị bao gồm màn hình, bàn phím, chuột, các dây kết nối; bộ điều khiển được trang bị tại tủ DTS, đi kèm với bộ điều khiển là hệ thống cáp quang phục vụ việc giám sát nhiệt độ; các cảm biến nội bộ tủ và đồng hồ đo lường phục vụ các tính năng cấp nguồn AC, DC, điều chỉnh nguồn dự phòng, điều khiển quạt, tăng độ chính xác đo lường; dữ liệu đầu vào, đầu ra với hệ thống SCADA có khả năng gửi và nhận tín hiệu từ hệ thống SCADA tại trạm.
Hệ thống DTS cung cấp chức năng giám sát các đại lượng như giá trị dòng điện và nhiệt độ cáp ngầm, trạng thái bộ điều khiển (Controller), chức năng đọc và lưu dữ liệu lịch sử của toàn tuyến cáp hay từng đoạn cáp và có thể tiến hành chỉnh thời gian muốn tra cứu.
Hệ thống DTS còn được hỗ trợ khả năng hiển thị sự thay đổi bất thường về nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhất định dưới dạng đồ thị và chức năng tự động phân tích thông tin khi xảy ra báo động (Alarm) trong trường hợp nhiệt độ trên một đoạn cáp vượt ngưỡng giá trị cài đặt, khi đó hệ thống sẽ báo động và xuất hiện dòng cảnh báo màu đỏ trên màn hình.
Để xác định điểm sự cố, cần kết hợp với biểu đồ đường nhiệt độ và tiến hành phân tích bảng nhiệt độ và tán xạ ngược tại vị trí có nhiệt độ cao nhất.
Qua các phân tích trên chúng ta nhận thấy, DTS là một công nghệ mới, một giải pháp tối ưu trong công tác quản lý vận hành lưới điện ngầm 110kV nhờ vào các chức năng vốn có của hệ thống này, đặc biệt là khả năng kết nối với hệ thống SCADA để kịp thời cảnh báo và xử lý các hiện tượng bất thường xảy ra trong quá trình vận hành một tuyến cáp ngầm 110kV. Việc lắp đặt hệ thống DTS tại trạm biến áp 110kV Cảng Tiên Sa để giám sát tuyến cáp ngầm 110kV đi về trạm An Đồn có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần hỗ trợ không nhỏ trong việc phát hiện các nguy cơ sự cố cáp ngầm, giúp cho công tác quản lý vận hành lưới điện 110kV của PC Đà Nẵng ngày càng hiệu quả và tin cậy hơn.