Quản lý xây dựng kỹ thuật số cơ sở hạ tầng điện như thế nào

Quá trình số hóa trong xây dựng điện lực vẫn còn chậm (Ảnh st)

Khi các công ty điện lực xây dựng lại và mở rộng cơ sở hạ tầng truyền tải và phân phối điện (T&D), các quy trình hoàn thành công việc được giao hiện tại của họ phải đáp ứng các nhu cầu hiện tại. Việc nắm bắt, báo cáo và cập nhật số lượng lớn các tài sản đang được đưa vào sử dụng trong GIS (Hệ thống thông tin địa lý)/OMS (Hệ thống quản lý mất điện) đang tăng ứng suất của hệ thống đến giới hạn của chúng, khiến người lao động và người dân gặp rủi ro.

Mặc dù việc sử dụng các công nghệ số để xây dựng hiệu quả hơn và với chất lượng cao hơn đã có những bước tiến dài nhưng quá trình số hóa trong xây dựng điện lực vẫn còn chậm. Việc dựa vào các công nghệ có sẵn và các quy trình hiện trạng không còn là một lựa chọn nữa. Các công ty điện lực phải thực hiện một bước cuối cùng trong hành trình DCM (Quản lý xây dựng số) của mình để theo kịp tốc độ tăng trưởng nhanh chóng.

Trong khi sự ấm lên toàn cầu và hậu quả là biến đổi khí hậu tiếp tục tàn phá lưới điện, một loạt các vấn đề, từ mức tiêu thụ năng lượng tăng mạnh đến tự động hóa hệ thống, đang tạo ra một cơn bão thực sự bên trong các công ty điện lực. Ngoài ra, Chính phủ Liên bang đang đầu tư hàng nghìn tỷ USD để hỗ trợ những nỗ lực này nhằm xây dựng lại và củng cố hệ thống điện T&D.

Trong khi các công ty điện lực xây dựng lại và mở rộng cơ sở hạ tầng T&D, các quy trình hoàn thành/hoàn công công việc được giao hiện tại phải đáp ứng các nhu cầu hiện tại. Việc nắm bắt, báo cáo và cập nhật số lượng lớn các tài sản đang được đưa vào sử dụng trong GIS/OMS đang làm tăng ứng suất lên các hệ thống đến giới hạn của chúng, khiến người lao động và người dân gặp rủi ro.

Dựa vào các công nghệ có sẵn và các quy trình hiện trạng không còn là một phương án lựa chọn nữa.

Các quy trình hoàn công có sẵn không thể theo kịp

Thời tiết cực đoan trong năm 2022 đã phá vỡ nhiều kỷ lục trên mọi châu lục (Ảnh st)

Thời tiết cực đoan trong năm 2022 đã phá vỡ nhiều kỷ lục trên mọi châu lục, gây nhiều thiệt hại về người và cơ sở hạ tầng. Hàng ngàn kilômet công trình truyền tải và phân phối mới trên không và ngầm dưới đất đang được xây dựng trên khắp Bắc Mỹ để chống lại tác động của những sự kiện tàn khốc này. Ví dụ như, các công ty điện lực ở các bang Florida và California đang ngầm hóa hơn 64.400km công trình T&D trên không.

Thời tiết cực đoan không phải là yếu tố duy nhất làm tăng nhu cầu điện. Sự tăng nhanh của các trạm sạc xe điện (EV) và việc chuyển sang sưởi ấm và nấu ăn bằng điện đã làm đứt gãy hoàn toàn các đường cong phụ tải năng lượng truyền thống.

Các công ty điện lực phải đối mặt với sự gia tăng đáng kể về yêu cầu phụ tải nền từ các mạng lưới điện T&D. Ngoài ra, các đường cong phụ tải hiện tại sẽ được thay thế bằng các phụ tải năng lượng qua đêm đáng kể để trở thành tiêu chuẩn.

Để quản lý thỏa đáng nhu cầu ngày càng tăng, các công ty điện lực đang đầu tư mạnh vào mạng lưới điện T&D: lắp đặt thiết bị công nghệ cao để theo dõi dòng năng lượng và phụ tải, công nghệ đóng cắt thông minh và hệ thống quản lý cắt điện sáng tạo để ứng phó với sự cố mất điện.

Tất cả công việc xây dựng lại mạng lưới điện T&D này đặt gánh nặng lớn lên các quy trình cập nhật hoàn công công việc xây dựng hiện tại.

Nguy hiểm của việc duy trì hiện trạng

Khi các công ty điện lực đầu tư hàng trăm triệu USD để lắp đặt tài các sản mới, áp lực sẽ tiếp tục đè lên vai hệ thống GIS, OMS, WMS (Hệ thống quản lý kho) và các hệ thống các quy trình cập nhật hồ sơ vốn đã quá tải. Hiện tại, việc cập nhật dữ liệu tài sản thường bị trì hoãn nhiều tuần đến nhiều tháng. Việc xây dựng ồ ạt các hệ thống T&D sẽ tiếp tục kéo dài sự chậm trễ này.

Vật ghép đôi kỹ thuật số giúp thời gian phản hồi khi mất điện nhanh hơn (Ảnh st)

Sự chậm trễ trong việc cập nhật dữ liệu dẫn đến sự mất kết nối giữa các hệ thống ra quyết định tại hiện trường. Không có khả năng duy trì “Vật ghép đôi kỹ thuật số” có nghĩa là thời gian phản hồi khi mất điện chậm hơn, các vấn đề an toàn tiềm ẩn do đánh dấu không đúng cách và phân tích dữ liệu không hiệu quả do mô hình dữ liệu hệ thống không đúng.

Đáng báo động hơn là quá trình thu thập dữ liệu. Việc thu thập dữ liệu tài sản hiện tại điển hình là được thực hiện thủ công, có nội dung rất ít ỏi và hiện không có dữ liệu có độ tin cậy cao nào được thu thập. Thu thập dữ liệu chi tiết này khi lắp đặt là rất quan trọng để ADMS (Hệ thống quản lý phân phối tiên tiến) và các công cụ kỹ thuật tiên tiến hoạt động hiệu quả.

Để công nghệ này hoạt động hiệu quả và cải thiện độ tin cậy cũng như chất lượng điện, các công ty điện lực phải ghi lại và cập nhật các hệ thống hồ sơ khác nhau (GIS, ADMS, EAM (Quản lý tài sản doanh nghiệp) và WMS) của họ  nhanh hơn. Việc cập nhật phải bao gồm dữ liệu chính xác, mạnh mẽ và kịp thời với các vị trí không gian có độ chính xác cao.

Các quy trình cập nhật công việc được giao theo kiểu thủ công nặng nề hiện tại không thể đáp ứng những nhu cầu này.

Bài toán lớn hơn của ngành điện

Cơ sở hạ tầng T&D điện ngày một mở rộng tác động đến công ty điện lực và toàn bộ chuỗi cung ứng (Ảnh st)

Việc mở rộng cơ sở hạ tầng T&D điện tác động lên công ty điện lực và ảnh hưởng đến toàn bộ chuỗi cung ứng, đặt ra một bài toán tiềm ẩn quan trọng hơn - sự an toàn của người lao động và các khách hàng cũng như lợi nhuận của công ty điện lực.

Khi cơ sở hạ tầng T&D mới được lắp đặt trong mạng lưới phân phối điện lực, nhu cầu cập nhật nhanh chóng các công trình mới này vào các ứng dụng GIS của họ là rất quan trọng để vận hành an toàn và hiệu quả hệ thống điện. Tất cả các công ty điện lực đều dựa vào nhân viên trong biên chế hoặc các nhà cung cấp dịch vụ bên ngoài để nhận dạng vị trí của các công trình ngầm trước khi xây dựng bất kỳ công trình điện nào. Quá trình này phụ thuộc vào một ứng dụng GIS cập nhật phản ánh tất cả các tài sản mới lắp đặt. Giả sử hệ thống thông tin địa lý không phải là phổ biến và kết quả đánh dấu không chính xác thì trong trường hợp đó, công nhân và người dân có nguy cơ bị chấn thương nặng hoặc tử vong do tiếp xúc với dây dẫn mang điện trong các hoạt động đào bới.

Một cân nhắc về an toàn quan trọng không kém là cập nhật kịp thời cơ sở hạ tầng mới vào ứng dụng OMS công ty điện lực. Các thiết bị, dây dẫn mới được lắp đặt, hoặc những thay đổi cấu trúc liên kết mạng ảnh hưởng đáng kể đến vận hành an toàn của mạng lưới điện. Nếu ứng dụng OMS không phản ánh các điều kiện thực tế tại hiện trường, các kịch bản đóng cắt, các quy trình nối đất và khoảng cách ly có thể sai. Những sai sót này khiến các đội xây dựng gặp nguy hiểm khi làm việc trên mạng lưới T&D. Mặc dù các công ty điện lực có các giao thức cực kỳ an toàn để tránh các dạng chấn thương này, vật ghép đôi kỹ thuật số chính xác của các điều kiện hiện trường hiện tại dùng cho các ứng dụng GIS/OMS là bước đầu tiên trong bất kỳ quy trình an toàn nào.

Đáp ứng yêu cầu điện lực ở Bắc Mỹ đang trở thành một thách thức đối với toàn bộ chuỗi cung ứng. Hiện tại phải mất tới 38 tháng để giao máy biến áp mới. Thời gian giao thiết bị, tìm nguồn nguyên vật liệu đang đạt đến giới hạn.

Sau khi công ty điện lực nhận được sản phẩm, các sản phẩm này được phân phối trên một địa bàn dịch vụ và được sử dụng để hoàn thành hàng mấy trăm công việc được giao. Khi các nhà chế tạo nhận dạng sản phẩm có khiếm khuyết, họ sẽ thông báo cho các công ty điện lực về việc thu hồi sản phẩm.

Việc thu hồi là vô cùng tốn kém đối với một công ty điện lực. Công ty điện lực phải mất nhiều thời gian (nhiều ngày đến nhiều tuần) để rà soát hàng trăm hồ sơ giao việc để xác định vị trí tài sản, thời gian của đội xây dựng và nhân công để xác nhận tài sản tiềm năng và sau đó thay thế nếu cần.

Giải pháp: Quản lý xây dựng thực sự kỹ thuật số

Các công ty điện lực phải triển khai một giải pháp quản lý xây dựng kỹ thuật số (DCM) để tối ưu hóa việc kết thúc lệnh giao việc và quy trình công việc hoàn thiện.

Một công cụ DCM bền chắc phải chứa một số yếu tố để đảm bảo dữ liệu hoàn công cuối cùng tại hiện trường sẵn sàng để nhập vào các ứng dụng GIS và WMS. Quá trình bắt đầu với khả năng giao tiếp với bất kỳ gói thiết kế giao việc thuộc định dạng bất kỳ.

Các công ty điện lực xây dựng các lệnh giao việc bằng cách sử dụng một số phương pháp, chẳng hạn như:

• Thiết kế đồ họa

• Ứng dụng vẽ thiết kế (AutoCAD hoặc MicroStation)

Do đó, giải pháp DCM phải có khả năng truy cập và truyền tải bất kỳ tài liệu nguồn giao việc nào và gửi tài liệu đó dưới dạng số cho đội hiện trường.

Sau khi gói nhiệm vụ giao việc nằm trong tay nhóm thợ hiện trường, giải pháp DCM phải được thiết kế với một ứng dụng ưu tiên hiện trường, trực quan, dễ sử dụng và theo văn bản từ của đội xây dựng đối với vật liệu và các hoạt động.

Nếu đội xây dựng đi chệch khỏi thiết kế ban đầu, giải pháp DCM phải cung cấp một phương pháp trực quan để thu thập các thay đổi, giải phóng đội xây dựng khỏi các tài liệu và báo cáo dài dòng.

Sau khi hoàn thành nhiệm vụ được giao, DCM phải đảm bảo rằng nhân viên giám sát và văn phòng hỗ trợ được thông báo - theo thời gian thực - về tình trạng nhiệm vụ được giao. Gói nhiệm vụ được giao và tài liệu hỗ trợ được giám sát viên rà soát lại và phê duyệt để xử lý thêm. Nếu có vấn đề với dữ liệu nhiệm vụ được giao, giám sát viên có thể gửi trả lại lệnh giao việc bằng kỹ thuật số cho đội xây dựng để giải quyết.

Sau khi được phê duyệt, gói giao việc hoàn công kỹ thuật số được gửi đến tổ chức GIS và WMS để họ có thể tiếp tục cập nhật hệ thống. Thay vì quy trình thủ công điển hình là chuyển các gói giao việc bằng vật chất đến từng tổ chức tuyến dưới - thường làm chậm trễ nhiều tuần đến nhiều tháng - các gói giao việc được gửi kỹ thuật số đến từng tổ chức, giúp giảm thời gian xử lý từ nhiều tháng xuống nhiều giờ.

Quá trình xử lý nhanh chóng và nhất quán gói giao việc cho cả GIS và WMS đảm bảo cập nhật nhất quán và gần thời gian thực cho từng hệ thống của công ty, loại bỏ câu hỏi bất tận “Hệ thống nào là chính xác?”. Ngoài ra, chất lượng và tính đầy đủ của dữ liệu được thu thập và cập nhật hỗ trợ nhu cầu của mọi người dùng phía hạ lưu, bao gồm ADMS, OMS, Power Plan và tài chính.

Một công nghệ mới nổi sẽ tự động hóa  DCM hơn nữa là mã vạch tiêu chuẩn ngành có chứa thông tin thuộc tính tài sản. Công ty Locusview (Mỹ) đang hợp tác với EPRI (Tổ chức độc lập, phi lợi nhuận của Hoa Kỳ tiến hành nghiên cứu và phát triển liên quan đến sản xuất, phân phối và sử dụng điện) và IEEE ( Hội Kỹ sư Điện và Điện tử) thông qua chương trình Chuỗi cung ứng và Truy xuất nguồn gốc tài sản điện (SCATE) để tạo một ID chung cho phép toàn bộ ngành điện phát huy lợi thế của các thẻ thông minh (mã vạch, mã QR, thẻ RFID) nhằm tự động hóa hoàn công kỹ thuật số và khả năng truy xuất nguồn gốc tài sản.

Tóm tắt

Các công ty điện lực đang nỗ lực hết sức nhằm gia tăng đáng kể trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng được tài trợ thông qua các nguồn lực nội bộ và dự luật Cơ sở hạ tầng của Chính phủ Liên bang, dẫn đến:

1. Các dự án gia cố trước bão và ngầm hóa quy mô lớn để chống lại ảnh hưởng của sự ấm lên toàn cầu

2. Tăng trưởng phụ tải điện trong nấu ăn, sưởi ấm và sạc xe điện

3. Lắp đặt công nghệ lưới điện thông minh nhằm hỗ trợ vận hành và phục hồi hệ thống điện

Khối lượng xây dựng này sẽ là quá sức đối với quy trình hoàn tất nhiệm vụ giao việc theo kiểu thủ công hiện có. Việc bổ sung thêm các chương trình mới này vào khối lượng công việc hiện tại chắc chắn sẽ dẫn đến thất bại và không thể xem nhẹ hoặc bỏ qua!

DCM cung cấp cho các công ty điện lực một phương pháp đã được chứng minh để giảm rất nhiều công việc xử lý thủ công các quy trình giao việc. Đưa vào áp dụng truyền dữ liệu kỹ thuật số tới và từ các đội xây dựng sẽ cải thiện đáng kể tốc độ và chất lượng của dữ liệu hoàn thành tại văn phòng hỗ trợ, giảm nhiều tuần trì hoãn mà nhiều công ty điện lực hiện đang phải trải qua. Ngoài ra, các đội hiện trường được giải phóng khỏi các nhiệm vụ thu thập dữ liệu và ghi chép thủ công hiện tại làm tiêu tốn một lượng thời gian đáng kể tại hiện trường.

Nhân viên GIS và WMS không còn cần phải tìm, đọc hoặc cập nhật thủ công thông tin viết tay từ các tài liệu giao việc dựa trên giấy. Dữ liệu có độ chính xác cao được thu thập tại hiện trường sẽ tự động được đưa vào các hệ thống hồ sơ khác nhau, loại bỏ nguồn gốc của lỗi sao chép dữ liệu và rút ngắn thời gian cập nhật từ vài tháng xuống còn vài ngày (và trong một số trường hợp chỉ còn vài giờ).

Biên dịch: Chu Thanh Hải

Theo “Energycentral”, số tháng 1/2023