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”

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 khôi phục lại với mức dòng 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 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 441 
khôi phục lại lưới điện. Nếu đường dây đó vẫn còn sự cố thì thời gian nhấp nháy của 
đèn cảnh báo sẽ được tính từ thời điểm bắt đầu đóng điện lại (sẽ tiếp tục nhấp nháy 3 h). 
 Chức năng truyền tín hiệu cảnh báo từ xa qua sóng SMS. 
Ngoài ra, thiết bị còn có một số tính năng khác như tự khởi động sau khi cấp 
nguồn (self test) và chống nhiễu ở điện áp cao, tần số 50 Hz, 
f) Vỏ và kết cấu cơ khí của thiết bị chỉ thị sự cố 
Cùng với việc nguyên cứu, chế tạo thử nghiệm phần chính của thiết bị chỉ thị sự 
cố là mạch điện, phần vỏ hộp được chế tạo để bao che, định vị các modul, hình thức thể 
hiện và kết cấu cơ khí móc trên đường dây đáp ứng được những tính năng của thiết 
bị, yêu cầu của môi trường làm việc. 
Thân vỏ hộp thiết bị chỉ thị được chế tạo bằng chất liệu nhựa ABS. Đây chính là 
loại nhựa cầu nối giữa nhựa thương mại và nhựa kỹ thuật được tạo nên từ 03 loại 
monomer: acrylonitrile, butadiene và Styrene. Vật liệu nhựa ABS có tính cứng rắn 
nhưng không giòn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn tổng 
thể kết cấu, độ chịu nhiệt (khoảng 80 oC), các đặc tính về cách điện, trong khi giá thành 
tương đối rẻ so với các loại nhựa kỹ thuật khác. 
Nắp hộp được chế tạo bằng nhựa PC (Polycarbonate) trong suốt. Đây là loại nhựa 
kỹ thuật có tính ổn định và dẻo dai, chịu được nhiệt độ cao (khoảng 100 oC). Nhựa PC 
có tính chất phản xạ, không hấp thụ tia cực tím nên sản phẩm không bị mờ, đục do chịu 
tác động trực tiếp bởi ánh sáng mặt trời khi treo trên lưới điện. 
Móc và chốt lò xo được chế tạo từ nhựa PA (Polyamide). Đây là loại nhựa có tính 
chất dẻo, chịu lực va đập tốt, ít bị ăn mòn khi chịu va đập. Nhựa PA có khả năng làm 
việc tốt trong cả 2 môi trường nóng và lạnh mà vẫn bảo đảm được tính cơ học, không 
hư hỏng. 
Khi thiết kế, cụm vỏ hộp thiết bị chỉ thị sự cố đã được tính toán cách ly hoàn toàn 
với môi trường bên ngoài. Theo đánh giá của bộ phận thiết kế, cấp độ bảo vệ của cụm 
vỏ hộp thiết bị chỉ thị đối chiếu với tiêu chuẩn IEC 60529 dùng để phân loại và xếp 
hạng mức độ bảo vệ của lớp vỏ bảo vệ hoặc tủ điện do Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế 
ban hành đạt được cấp bảo vệ IP54. Nghĩa là mức độ chống bụi nằm ở mức: Không bảo 
vệ hoàn toàn khỏi sự thâm nhập của bụi, nhưng sẽ không bị thâm nhập với số lượng đủ 
lớn để ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị, bảo vệ hoàn toàn khỏi tiếp 
xúc; mức độ bảo vệ chống nước nằm ở mức: Nước được tạt vào vỏ bọc từ bất kỳ hướng 
nào sẽ không có tác động nguy hiểm. 
g) Khối modul SMS truyền tín hiệu (Remote alarm) 
 Khi có tín hiệu báo hiệu từ khối cảm biến, khối nguồn sẽ được bật để cấp nguồn 
nuôi cho vi điều khiển và modem GSM. Nếu tín hiệu báo hiệu kéo dài dưới 0.5 s thì 
442 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
được cho là nhiễu, modul sẽ tự động tắt nguồn nuôi để tiết kiệm năng lượng. Nếu tín 
hiệu báo hiệu kéo dài (trên 0.5 s), modem GSM sẽ được khởi động, vi điều khiển lấy 
thông tin modem (số IMEI), thông số điện áp của Pin nuôi và trạng thái tín hiệu điều 
khiển lúc đó để gửi về server thông qua SMS hoặc TCP (tùy chọn). 
Hình 11: Modul SMS truyền tín hiệu (Remote alarm) 
 Thời gian từ lúc nhận được tín hiệu kích hoạt cho đến khi tín hiệu được modul 
gửi về server khoảng 12 s 30 s. 
 Số điện thoại và mã trạm của thiết bị có thể thay đổi bằng phần mềm trên 
máy tính. 
 Server sẽ cập nhật trạng thái cảnh báo của thiết bị trên web khi có tín hiệu gửi 
về và gửi tin nhắn báo hiệu đến các số điện thoại người quản lý (đã được cài đặt sẵn). 
Chức năng cơ bản của từng khối: 
 Khối modem GSM: có nhiệm vụ như là cầu nối trao đổi thông tin (qua SMS, 
TCP) giữa vi điều khiển với server. Sử dụng tần số GSM: 900/1800 MHz. 
 Khối nguồn: bao gồm pin nuôi và mạch đóng mở nguồn, khi có tín hiệu kích 
hoạt, khối này sẽ cấp nguồn cho vi điều khiển hoạt động và trao quyền điều khiển nguồn 
cho vi điều khiển. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 443 
 Khối vi điều khiển: có chức năng giao tiếp với modem GSM, điều khiển nguồn 
đóng, ngắt và giao tiếp với máy tính khi người dùng cần cấu hình. 
 Server: nếu sử dụng giao thức SMS, server sẽ mở một cổng Serial port từ USB 
3G để tiếp nhận tín hiệu từ thiết bị chỉ thị sự cố gửi đến. 
7.2. Phần mềm giám sát, cảnh báo và hiển thị sự cố trên HMI 
 Mục tiêu yêu cầu của hệ thống phần mềm: 
 Thu thập thông tin, tín hiệu từ thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố thông qua 
modem GSM SMS. 
 Phân tích, đánh giá dữ liệu thu thập và dự báo khu vực bị sự cố. 
 Thể hiện bản đồ số sơ đồ lưới điện từ dữ liệu PMIS và hiển thị tuyến dự báo 
sự cố. 
 Nhắn tin thông báo sự cố cho Đơn vị quản lý vận hành lưới điện. 
 Báo cáo thống kê về sự cố. 
 Mô tả phần mềm: 
Hệ thống phần mềm giám sát sự cố lưới điện bao gồm 02 phân hệ hoạt động theo 
mô hình Client/Server: Thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố lắp đặt trên lưới cảm biến sự 
cố, khi có sự cố thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố sẽ báo về một tin nhắn SMS thông qua 
modul SMS. Modem GSM tại Server nhận tin nhắn và phân tích cú pháp tin nhắn và 
thông báo cho phân hệ Client để hiển thị trên bản đồ số (Hình 1). 
 PHÂN HỆ TRÊN SERVER 
 Phân hệ Server: được cài đặt trên máy chủ (địa chỉ IP tĩnh) để thu nhận các tín 
hiệu truyền về từ thiết bị sau đó phân tích, xử lý, đóng gói và gửi tới người sử dụng để 
hiển thị cảnh báo. 
 Mô tả các chức năng: Phân hệ này hoạt động liên tục và thường xuyên để lắng 
nghe và chờ tín hiệu tin nhắn từ modul SMS của các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố 
đang lắp trên lưới. Khi có sự cố modul SMS gửi tin nhắn về modem GSM SMS. Phần 
mềm này đọc nội dụng tin nhắn, sau đó phân tích nội dung theo cú pháp và xác định vị 
trí và dự báo khu vực bị sự cố. Phân hệ này dùng công nghệ đa nhiệm, mỗi luồng đảm 
nhiệm một nhiệm vụ độc lập và hoạt động song song. Có tất cả 03 luồng đảm nhiệm 03 
công việc khác nhau cùng lúc như sau: 
444 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
 Điều khiển thiết bị Modem GSM/SMS 
Hình 12: Điều khiển thiết bị modem GSM/SMS để nhận và gửi SMS 
Chức năng này hoạt động liên tục để sẵn sàng tiếp nhận tin nhắn của các modul 
SMS từ các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố. Dùng tập lệnh AT Commands (Modem 
GSM) để điều khiển thiết bị Modem GSM (tần số GSM: 900/1800 MHz) thông qua 
cổng COM để nhận và gửi tin nhắn. 
 Phân tích cú pháp tin nhắn 
Tin nhắn nhận được sẽ được phân tích, đánh giá. Giao thức của tin nhắn SMS: 
MA_TRAM[25]#IMEI[15]#STATUS[1]#VOLTAGE[4]#CSQ[4]#FW[8] 
Trong đó: 
MA_TRAM: tên điểm đo, tối đa 25 ký tự. 
IMEI: số IMEI của modem, cố định 15 ký tự. 
STATUS: trạng thái của cảm biến lúc gửi tin nhắn, 1 ký tự. 
VOLTAGE: điện áp của Pin, 4 ký tự. 
CSQ: chất lượng sóng, 4 ký tự. 
FW: phiên bản firmware, tối đa 8 ký tự. 
Ví dụ: PC KHANH HOA 1#356495042254641#0#3,53#30,9#FW 1.0 
=> điện áp 3.53 V, chất lượng sóng 30,9, IMEI 356495042254641. 
Kết quả phân tích được lưu vào cơ sở dữ liệu (Quản trị có cơ sở dữ liệu SQL 
Server 2008 R2) để phân tích báo cáo. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 445 
Hình 13: Phân tích nội dung tin nhắn 
 Quản lý và giao tiếp với các Client 
Chức năng này quản lý tất cả các kết nối của các Client kết nối và phân hệ Server 
để tiếp nhận thông tin sự cố khi có sự cố phát sinh. Hai phân hệ này giao tiếp với nhau 
bằng giao thức TCP Socket. 
Sau khi phân tích nội dung tin nhắn, hệ thống sẽ gửi một gói tin thông báo cho tất 
cả các Client đang kết nối với hệ thống để thông báo vị trí và tình trạng sự cố. Đồng 
thời nhắn tin nhắn SMS cho các đối tượng quản lý vận hành liên quan để thông báo sự 
cố bằng tin nhắn điện thoại. 
Hình 14: Quản lý danh sách các kết nối của Client 
446 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
 PHÂN HỆ TRÊN CLIENT 
 Phân hệ Client: được cài tại các máy trạm có kết nối được với máy chủ. Phần 
mềm Client thực hiện chức năng quản lý, hiển thị thông tin cảnh báo bằng bản đồ số và 
các chức năng báo cáo, thống kê. 
 Mô tả các chức năng: Chức năng chính của phân hệ này dùng để khai báo thông 
số và giao tiếp với người sử dụng chương trình, gồm các chức năng sau: 
 Khai báo thông số của hệ thống 
Chức năng này cho phép khai báo các thông số để chương trình vận hành theo ý 
muốn của người sử dụng, như: thông số người dùng, khai báo vị trí lắp đặt thiết bị chỉ 
thị và cảnh báo, khai báo số điện thoại người nhận tin nhắn sự cố 
 Khai báo người dùng (Hình 15): Người dùng nhập thông tin số điện thoại và 
chọn chức năng nhận tin nhắn. Khi có sự cố hệ thống sẽ tin nhắn cho số điện thoại đã 
đăng ký. 
Hình 15: Khai báo thông số người dùng và người nhận tin nhắn 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 447 
 Khai báo điểm đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố (Hình 16): chức năng này 
cho phép người dùng khai báo các vị trí lắp đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố. Một vị 
trí lắp được tối đa 03 thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố tương ứng cho 3 pha A, B, C. 
Hình 16: Khai báo điểm lắp đặt thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố 
Vị trí lắp đặt tương ứng với một cột điện trên dữ liệu của hệ thống PMIS. Hệ 
thống lấy dữ liệu trực tuyến từ cơ sở dữ liệu thông qua các bảng dữ liệu sau của hệ 
thống phần mềm PMIS. 
PMIS.dbo.A_ASSET: Bảng này lưu vị trí các cột điện, xuất tuyến. 
PMIS.dbo.ZAG_LOCATION: Bảng này lưu tạo độ của cột. 
 Hiển thị bản đồ 
Để hiển thị được bản đồ số trên hệ thống phần mềm thực hiện các công đoạn: 
 Lấy bản đồ của Google Map hiển thị làm bản đồ nền: Sử dụng hàm chức năng 
(API) của Google Map để download bản đồ. Có thể lấy trực tuyến hay lấy bản đồ đã lấy 
trực tuyến trước đó được lưu vào bộ nhớ đệm của máy tính. 
 Vẽ các xuất tuyến sơ đồ một sợi: truy cập dữ liệu của PMIS từ hai bảng: 
PMIS.dbo.A_ASSET và PMIS.dbo.ZAG_LOCATION để lấy vị trí và tọa độ. Sau đó 
dùng các hàm đồ họa để vẽ các xuất tuyến để thể hiện. 
 Vẽ các thiết bị chỉ thị và cảnh báo sự cố trên các tuyến cột đã khai báo tương 
ứng trên bản đồ từ dữ liệu đã khai báo. 
448 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 17: Bản đồ hiển thị sự cố lưới điện 
 Phân tích và dự báo sự cố 
Khi có sự cố xảy ra, phân hệ Server tiếp nhận tín hiệu tin nhắn từ các bộ đệm đang 
gắn trên lưới. Sau khi phân tích các tín hiệu và đưa ra các dự báo vị trí và khu vực sự 
cố, vị trí và khu vực dự báo sẽ được thể hiện trên bản đồ với tín hiệu màu đỏ. 
Hình 18: Phân tích và xử lý dữ liệu để dự báo vị trí và khu vực bị sự cố trên lưới điện 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 449 
 Báo cáo thống kê: Chức năng này cung cấp các loại báo cáo thống kê. 
Bảng 7. Thống kê báo cáo, thống kê tin nhắn: đến đi, lỗi, thống kê sự cố, vị trí lắp. 
TT Tuyến VịTrí_
Min 
VịTrí 
_Max 
TG_SuCo
P.TG_ 
XuLy 
CapDien
Ap 
FA ORGID
1 
Phân Đoạn 
478 E24/1 38 39 39 
12/1/2015 
13:23 
12/7/2015 
16:57 
U22 C PQ0400
2 PĐ Từ 01 Đến 86 83 83 12/1/2015 
13:28 
12/7/2015 
16:57 
U22 B PQ0400
3 
PĐ 479 ENT Từ 
61 Đến 130 63 63 
12/1/2015 
13:35 
12/7/2015 
16:57 
U22 A PQ0400
4 
Tuyến 
374 375 F2A 105 105 
12/1/2015 
13:45 
12/7/2015 
16:57 
U35 B PQ0400
5 
PĐ 472 E31/02 
(KCN Đắc Lộc) 43 43 
12/1/2015 
13:49 
12/8/2015 
7:32 
U22 A PQ0900
6 
PĐ sau LBS 
475/49 
78 78 
12/1/2015 
13:59 
12/7/2015 
14:35 
U22 C PQ0200
7.3. Các thử nghiệm sản phẩm 
Sản phẩm sau khi sản xuất đã được Quatest 2 thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEEE 
495:2007 “đạt yêu cầu” và cấp giấy chứng nhận với các chỉ tiêu cụ thể như sau: 
 Thử nghiệm dòng điện tác động danh định (Trip current rating verification test). 
 Thử nghiệm giải trừ (Reset verification test). 
 Thử chu kỳ nhiệt (Temperature test). 
 Thử độ bám dính trên dây dẫn (Electric cord pull out test). 
 Thử va đập (Impact resistance test). 
 Thử chịu dòng ngắn hạn (Short time current test): 10 kA/0.17 s. 
 Thử ảnh hưởng của dòng điện từ dây dẫn gần kề (Effect of current from 
adjacent conductor). 
 Thử độ kín: IP54. 
450 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
7.4. So sánh các chức năng của sản phẩm với thiết bị Flite 11x SA 
Chức năng thiết bị Sản phẩm KHPC 
Flite 11x 
SA 
Khử nhiễu với điện áp cao, tần số 50 Hz X X 
Cho phép cài đặt và xử lý ngưỡng giá trị dòng điện và thời gian tác 
động X X 
Cho phép cài đặt thời gian duy trì đèn cảnh báo khi có sự cố X X 
Kiểm tra chế độ khởi động của thiết bị chỉ thị sự cố (self test) X X 
Cảnh báo sự cố bằng đèn tại chỗ X X 
Cảnh báo sự cố bằng tin nhắn SMS/hiển thị trên bản đồ GIS (HMI) 
từ xa X 
Tự giải trừ (reset) sau khi phục hồi phụ tải ở mức cài đặt tối thiểu X 
Giám sát hoạt động bằng phần mềm hiển thị sự cố FDS X 
Tiếp nhận tín hiệu sự cố và các thông tin khác từ khối điều khiển X 
Giám sát thời gian trễ của tín hiệu qua sóng SMS X 
Thu thập thông tin, tín hiệu từ thiết bị chỉ thị sự cố thông qua 
modem GSM/SMS X 
Phân tích, đánh giá dữ liệu thu thập và dự báo vị trí bị sự cố X 
Thể hiện bản đồ số sơ đồ lưới điện từ dữ liệu PMIS và hiển thị 
tuyến ĐZ dự báo sự cố X 
Nhắn tin thông báo sự cố cho Lãnh đạo và NV Đơn vị QLVH lưới 
điện (đã được khai báo trước) X 
Báo cáo thống kê về sự cố X 
Phần mềm dễ dàng nâng cấp, hiệu chỉnh cho phù hợp với đặc điểm, 
nhu cầu thực tế vận hành mong muốn X 
Thời gian phát hiện và xử lý sự cố Ngắn hơn Dài hơn 
Giá thành sản xuất (xét trên cùng 1 đơn vị sản phẩm và tính năng) Thấp hơn Cao hơn 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 451 
8. KẾT LUẬN 
Lợi ích của việc nghiên cứu chế tạo thành công sản phẩm: 
 Sản phẩm chế tạo ra đáp ứng chỉ tiêu về nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho 
khách hàng. 
 Nâng cao hiệu quả QLVH và năng suất lao động. 
 Sản phẩm của dự án có nhiều tính năng ưu việt hơn các sản phẩm đã sản xuất 
trước đây trên thị trường, phù hợp với mục đích quản lý của đơn vị. 
 KHPC đã làm chủ được công nghệ, giá thành sản phẩm rẻ hơn thiết bị ngoại nhập, 
 Tiềm năng thị trường tiêu thụ rộng lớn. 
 Tận dụng nguồn nhân lực hiện có tại KHPC, mở rộng đa dạng hóa ngành nghề, 
giải quyết việc làm và thu nhập cho người lao động. 
 Do làm chủ được công nghệ nên việc nâng cấp tính năng của sản phẩm sẽ thực 
hiện thuận lợi nhằm phù hợp với nhu cầu phát triển ngày càng cao của công nghệ cũng 
như nhu cầu sử dụng của khách hàng. 
Ngoài ra trong thời gian tới, KHPC dự kiến sẽ phối hợp với Trung tâm sản xuất 
thiết bị điện tử Điện lực miền Trung Chi nhánh Tổng công ty Điện lực miền Trung 
(EMEC) để nâng cấp các tính năng mới cho sản phẩm trên.