DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


Sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) trong công tác khảo sát lưới điện

Công ty Năng lượng Jackson (Công ty cung cấp các dịch vụ điện năng, khí đốt, nước máy, viễn thông cho tiểu bang Tennessee – Hoa Kỳ) sử dụng công nghệ mới giúp giảm nhân công trong công tác trắc đạt và thu thập dữ liệu lưới điện.
Không có công ty điện lực nào phủ nhận công tác khảo sát, xác định ranh công trình đóng vai trò quan trọng trong việc thiết trí hệ thống lưới điện. Đối với các công việc nhỏ, đơn giản thì công việc khảo sát thực hiện dễ dàng, nhưng đối với việc xây dựng nhiều trụ điện thì cần sử dụng các cụng cụ để đảm bảo các trụ điện được trồng thẳng hàng. Các dự án lớn hơn như xây dựng mới đường dây truyền tải, mở rộng phát tuyến trung thế hoặc tái bố trí lưới điện do thi công đường đòi hỏi phải có phương tiện thu thập dữ liệu chính xác tại hiện trường để phục vụ công tác thiết kế, sau đó chuyển bản thiết kế đến hiện trường để thi công. Phương pháp khảo sát, đo vẽ truyền thống đã được các công ty điện lực sử dụng từ rất lâu, ngày nay các công ty điện lực bắt đầu dùng những công nghệ mới để giảm bớt gánh nặng trong công tác trắc đạt. Việc sử dụng công nghệ hệ thống định vị toàn cầu (GPS) trong công tác khảo sát lưới điện đã nhanh chóng thay đổi phương pháp khảo sát hiện trường của Công ty Năng lượng Jackson (JEA).

Lịch sử ứng dụng GPS tại JEA
JEA là Công ty cung cấp các dịch vụ về nước máy, xử lý nước thải, khí đốt, điện và các dịch vụ viễn thông qua mạng cáp quang cho khoảng 35.000 khách hàng. JEA đã ứng dụng GPS lần đầu tiên cho một dự án hạ tầng không liên quan đến lĩnh vực điện. Năm 2002, lãnh đạo JEA quyết định đã đến lúc thu thập các dữ liệu khảo sát hạ tầng ngầm với độ chính xác cao (độ chính xác của vị trí đo sai khác với vị trí thực tế không quá 1 cm).
JEA đã trang bị một trạm tập trung và một máy thu dữ liệu (còn gọi là rover), trong vòng một năm JEA đã mua thêm một máy thu khác. Các dữ liệu thu thập được ban đầu là vị trí hiện hữu của các hố ga, van nước và khí, đồng hồ nước. Không lâu sau đó, đội thi công và các giám sát được trang bị các máy thu dùng cho mục đích thu thập các vị trí trên đường ống dẫn nước, thoát nước và khí đốt trong quá trình thi công. Mong muốn của JEA là không những khai thác chính xác toạ độ hai chiều X-Y của hạ tầng ngầm mà còn quản lý cả cao độ Z.
Mặc dù ý định ban đầu là tận dụng các thiết bị cho việc định vị các vị trí của hạ tầng ngầm trong tương lai, nhưng bộ phận kỹ thuật của JEA đã nhận thấy cơ hội để tận dụng các thiết bị trắc đạt độ chính xác cao đóng vai trò như một thiết bị chuyên thu thập dữ liệu cho công tác thiết kế, cũng như một thiết bị dùng để xác định ranh công trình khi thiết kế đã được hoàn tất. Ý tưởng này được đẩy nhanh thành hiện thực thông qua việc tăng cường chia sẻ các tập tin kỹ thuật số từ nhóm khảo sát, các nhà phát triển và nhà thiết kế phần mềm. Tiếp đó, bộ phận kỹ thuật đã sử dụng các thiết bị, kết hợp với bản vẽ có dữ liệu đo với độ chính xác cao để hoàn tất quá trình thiết kế và cắm mốc công trình. Bên cạnh độ chính xác của vị trí trên bản vẽ so với thực tế, JEA cũng thu được một số lợi ích khác thông qua việc sử dụng các các thiết bị GPS trong công tác khảo sát.

Thiết bị có chức năng GPS hoạt động như thế nào?
Hầu hết tất cả mọi người đã sử dụng qua các các thiết bị có chức năng GPS, chẳng hạn như dùng GPS trong xe ô tô để tìm đường đi hoặc là dùng điện thoại di động smartphone để tìm vị trí nhà hàng nào đang ở gần nhất. Các thiết bị GPS này hoạt động độc lập, nghĩa là chúng chỉ nhận tín hiệu duy nhất từ 24 vệ tinh của quân đội Hoa Kỳ, chứ không qua các nguồn tín hiệu khác. Thiết bị GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng, từ đó chúng sẽ tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ, độ cao).
Do các thiết bị hoạt động độc lập, nên độ chính xác từ điểm định vị so với vị trí thực tế nằm trong bán kính khoảng 15 m. Do đó, cần phải có các thiết bị phụ trợ để tăng độ chính xác, và trạm tập trung đảm nhận vai trò này. Trạm tập trung được đặt tại một điểm cố định và đóng vai trò hỗ trợ cho các máy thu tín hiệu. Trạm tập trung so sánh toạ độ vị trí thực tế với toạ độ định vị tính toán của thiết bị GPS và gửi hệ số hiệu chỉnh giữa hai kết quả đến các máy thu tín hiệu qua đường truyền thông tin. Vì vậy, các máy thu phải hoạt động trong bán kính 64 km so với trạm tập trung để có được vị trí chính xác của điểm định vị. Kết quả được hiệu chỉnh giữa phép tính vị trí định vị của máy thu so với vị trí thực tế gọi là tín hiệu vị trí theo thời gian thực (Real-Time Kinematic). Nếu không có trạm tập trung thì các máy thu sẽ cho ra kết quả có độ chính xác thấp hơn rất nhiều.

Thay đổi công nghệ
Các thiết bị GPS của LEA trang bị thời kỳ đầu khá đắt. Các trạm tập trung có giá khoảng 65.000 USD, và giá bán trung bình của một máy thu là 25.000 USD. Cần phải trang bị thêm 1 máy vi tính và một modem để gửi tín hiệu RTK đến máy thu. Cấu tạo của máy thu gồm bộ thu tín hiệu vệ tinh dạng đĩa được lắp trên đỉnh của cột khảo sát, và nối với balô chứa modem và nguồn thông qua các dây và cáp nối. Các dữ liệu thu được lúc đó mang thông tin không trực quan, không có hình ảnh và không cho nhập các thông tin thuộc tính tại vị trí định vị.
Để khắc phục những trở ngại trên, JEA đã làm việc với các nhà cung cấp thiết bị để tìm ra thiết bị phù hợp với nhu cầu của JEA. Theo sự tự vấn của Công ty chuyên về GIS GEO-Jobe, JEA đã chọn bản ghi dữ liệu Trimble GeoXH và máy thu tín hiệu R8 GNSS. Máy thu loại này không yêu cầu có balô chứa modem và nguồn. Tín hiệu RTK được nhận từ mạng đi dộng không qua modem. Ngoài ra, thông tin liên lạc giữa điện thoại di động, máy thu vệ tinh và các bản ghi dữ liệu được kết nối qua Bluetooth, do đó không cần phải có dây và cáp nối.
Hơn nữa, các bản ghi dữ liệu của GeoXH cung cấp giao diện màn hình cảm ứng hiển thị bản đồ và cho phép nhập các thông tin thuộc tính cho từng điểm trên bản đồ. Giao diện bản đồ cũng cho phép người dùng định vị trên bản vẽ CAD. Việc thu thập được các thông tin thuộc tính tại mỗi vị trí trong quá trình khảo sát ban đầu của dự án sẽ tạo được dữ liệu hoàn chỉnh cho công trình. Một chức năng hữu ích khác là cho phép nhập dữ liệu về đường dây và trụ của lưới điện. Và cuối cùng, phần mềm Pathfinder sẽ đồng bộ bản ghi dữ liệu với bản vẽ và chuyển các dữ liệu này về máy tính.


Sử dụng thiết bị GPS để khảo sát dự án mở rộng đường tại bang Tennessee.

Năm 2009, trạm tập trung của JEA bị hư hại và không thể sửa chữa được do đã lỗi thời, thiếu linh kiện thay thế. Thời điểm này các công ty điện lực cũng đã lắp nhiều trạm tập trung ở khắp nơi. Đánh giá chi phí cho thấy phí đăng ký giấy phép sử dụng các máy thu dựa trên các trạm tập trung của các công ty khác rẻ hơn nhiều so với chi phí trang bị một trạm tập trung mới. JEA đã bỏ qua phương án trang bị thêm trạm tập trung, thay vào đó quyết định mua thêm các máy thu có đóng phí đăng ký hoạt động dựa trên mạng lưới các trạm tập trung có sẵn vừa đạt được độ tin cậy của hệ thống và tinh gọn trang thiết bị.

Khắc phục sự nghi ngại khi sử dụng GPS
Bất kỳ sự thay đổi nào cũng gặp phải các ý kiến phản đối, JEA đã tiến hành nhiều bước nhằm xây dựng lòng tin nhằm khuyến khích sử dụng GPS trong công tác khảo sát lưới điện. Đầu tiên, LEA cho tiến hành khảo sát, đo đạc hiện trường sử dụng cả phương pháp truyền thống và công nghệ GPS. Tiếp đó, JEA đánh giá các tác động tiềm năng khi sử dụng GPS để tiết kiệm thời gian và nhân công trong công tác khảo sát. Đây cũng là dịp để đo lường độ chính xác và ổn định của thiết bị GPS. Thực hiện các bước trên nhằm xây dựng lòng tin, thuyết phục bộ phận kỹ thuật có thể tin tưởng sử dụng GPS trong công tác khảo sát.
Công việc tiếp theo là thuyết phục đội thi công, đơn vị có khả năng bị ảnh hưởng nhiều nhất khi sử dụng GPS cho công tác khảo sát lưới điện để lập thiết kế thi công. Một sai sót nhỏ của bộ phận kỹ thuật trong việc sử dụng GPS có thể làm cho nỗ lực thuyết phục các bộ phận khác sử dụng GPS bị thất bại. Trong nhiều tình huống, bộ phận kỹ thuật làm việc với các đội, hướng dẫn họ dùng GPS để khảo sát, vẽ ranh công trình, sau đó các đội sẽ tự đánh giá về mức độ tiện dụng cũng như kết quả định vị chính xác. Trải qua nhiều dự án với nhiều kết quả như mong đợi, các đội giờ đây đã chấp nhận sử dụng GPS trong công tác khảo sát, thi công.


Hình minh hoạ của dự án mở rộng đường lấy từ phần mềm ghi dữ liệu Trimble GeoXH dùng trong thiết bị GPS.

Lợi ích của công ty điện lực
Sử dụng GPS độ chính xác cao trong công tác khảo sát có nhiều lợi thế hơn so với các phương pháp truyền thống. Cần phải có 2 nhân viên để làm công tác khảo sát theo phương pháp truyền thống, kéo theo đó là các tác vụ tốn rất nhiều thời gian như đánh giá kết quả trắc đạt và trở lại hiện trường để xem xét. Ngoài ra, với phương pháp này nhóm khảo sát bị giới hạn tầm quan sát lưới điện. Trong khi đó, dùng GPS khảo sát chỉ cần một người thực hiện và không bị giới hạn tầm quan sát lưới điện. Trong quá trình khảo sát, người khảo sát có thể dùng GPS để thu thập nhiều thông tin chi tiết cho bản thiết kế. Tại mỗi điểm định vị đều có thể nhập được các thông tin thuộc tính chi tiết, bao gồm cả cao độ công trình, thuộc tính đường dây, tất cả tạo nên một dữ liệu minh bạch.
Lợi ích khác của GPS mang lại là đẩy mạnh việc lập các bản vẽ số dựa trên thông tin thu thập của nhóm khảo sát. Thông thường, các kỹ sư dùng các bản vẽ số là các bản vẽ cơ sở cho thiết kế và thi công, do đó, các bản vẽ này phải có nền địa lý. Sau đó các kỹ sư sẽ tích hợp các thông tin lên bản đồ, chuyển chúng sang thiết bị GPS và sử dụng trong công tác khảo sát tại hiện trường. Lợi ích tiếp theo là cho phép chỉnh sửa thiết kế ngay tại hiện trường. Theo đó, phần mềm trong thiết bị GPS cung cấp chức năng vẽ nháp bản thiết kế và thực hiện chỉnh sửa các chi tiết nhỏ trong bản thiết kế chính thức. Các công việc trên được thực hiện ngay tại hiện trường mà không cần phải quay về văn phòng làm việc. Sau khi hoàn thành thiết kế và xác định ranh công trình, dữ liệu vẫn lưu trong máy cho đến khi người sử dụng.
Công ty điện lực phải thường xuyên kiểm tra định kỳ ranh công trình để kịp thời thay thế các vị trí đánh dấu mốc ranh bị thay đổi hoặc hư hại. Các hoạt động như đào đường thường là các nguyên nhân chính gây mất mát mốc ranh, lúc đó ta có thể định vị bằng GPS để xác định lại dấu mốc đã định vị trước đó. Lợi ích cuối cùng là chức năng cập nhật các tập tin của bản vẽ thiết kế lên hệ thống quản lý thông tin địa lý GIS, công tác này trước đây tốn rất nhiều thời gian cho việc chỉnh sửa, hoàn thiện bản vẽ và nhập các dữ liệu thuộc tính cho bản vẽ.

Thiết lập tiêu chuẩn
Tại JEA, thiết bị GPS độ chính xác cao đã nhanh chóng thay thế các phương tiện truyền thống để thực hiện công tác khảo sát và xác định ranh công trình. Tuy thiết bị không hoàn toàn phù hợp cho tất cả các ứng dụng, nhưng nó đã nhanh chóng phát triển thành phương tiện cần thiết để thu thập dữ liệu và định vị. JEA đã sử dụng thiết bị này rộng rãi trong công tác thiết kế và đã chứng minh được tính bền bỉ và tin cậy của thiết bị. Mặc dù chi phí đầu tư cho thiết bị cao hơn, nhưng JEA đã hoạt động hiệu quả hơn, với nguồn nhân lực ít hơn nhưng đạt được độ chính xác cao hơn.
Thiết bị GPS cho phép JEA tăng cường số hoá các dữ liệu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc dự án. Nhìn chung, thiết bị GPS độ chính xác cao đã trở thành công cụ chủ yếu trong hoạt động kinh doanh của JEA nhằm cung cấp cho khách hàng dịch vụ tốt với giá cả hợp lý.

dịch theo “T&D”, số tháng 07/2011
Duy Hoàng – Tổng Công ty Điện lực TP.HCM