Nghiên cứu thiết kế và lập trình cho hệ đo lường điều khiển áp dụng cho mô hình trạm trung áp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TU Máy biến điện áp TI Máy biến dòng điện HTĐ Hệ thống điện RTU Thiết bị đầu cuối Remote Terminal Unit PLC Bộ điều khiển khả trình Programmable Logic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS BÙI ĐĂNG THẢNH

Hà Nội – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực Nội dung luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ động viên và chia sẻ của các Thầy Cô giáo, các anh chị em đồng nghiệp và gia đình Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Bùi Đăng Thảnh, người hướng dẫn trực tiếp tôi thực hiện đề tài này TS Bùi Đăng Thảnh đã có những định hướng, chỉ bảo, hướng dẫn và trao đổi với tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện nghiên cứu này Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo Sau đại học, Viện Điện và Bộ môn Kỹ thuật đo và tin học công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thiện nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn khoa Điện – Tự động hóa, trường Cao đẳng Nghề Dầu khí - Vũng Tàu, các anh em đồng nghiệp, nơi tôi đang công tác; đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học, cũng như góp ý, trao đổi về các nội dung trình bày trong luận văn

Cuối cùng, xin chúc các Thầy Cô, anh chị em đồng nghiệp sức khỏe và thành công

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 12

1 Tính cấp thiết của đề tài 12

2 Mục đích nghiên cứu 13

3 Đối tượng và phạm vi áp dụng 13

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu 14

Chương 1: TỒNG QUAN VỀ TRẠM TRUNG ÁP 16

1.1 Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam 16

1.2 Tổng quan về trạm biến áp 17

1.2.1 Chức năng của trạm biến áp 17

1.2.2 Phân loại trạm biến áp 18

1.3 Tổng quan về trạm trung áp 19

1.3.1 Chức năng của trạm trung áp 19

1.3.2 Nhiệm vụ của trạm trung áp 20

1.3.3 Đặc điểm của trạm trung áp 20

1.4 Cấu trúc chung của trạm trung áp 22

1.5 Thao tác các thiết bị đóng cắt trong trạm 23

1.5.1 Máy cắt 23

1.5.2 Dao cách ly: 27

1.6 Kết luận chương 1 29

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRUNG ÁP 30

2.1 Các phương pháp đo 30

2.1.1 Đo dòng điện 30

2.1.2 Đo điện áp 32

2.1.3 Đo công suất, năng lượng, hệ số cosφ,… 34

2.2 Điều khiển và giám sát trạm trung áp 35

2.2.1 Tổng quan về hệ thống SCADA 35

2.2.2 Yêu cầu về đo lường và điều khiển trạm trung áp 37

2.2.3 Đo và điều khiển trạm trung áp bằng hệ thống SCADA 38

2.3 Giải pháp truyền thông 42

2.3.1 Các chuẩn truyền dẫn tín hiệu 42

2.3.2 Quy định về các giao thức truyền tin 45

2.3.3 Một số công nghệ giám sát điều khiển từ xa 45

2.4 Kết luận chương 2 47

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48

3.1 Bài toán công nghệ 48

3.2 Yêu cầu về thiết kế hệ điều khiển giám sát 49

3.3 Thiết kế phần cứng 52

3.3.1 Thiết bị trường 52

3.3.2 Thiết bị điều khiển 57

3.3.3 Thiết bị vận hành trung tâm 60

3.3.4 Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống 60

3.4 Thiết kế phần mềm 61

3.4.1 Lập trình cho bộ điều khiển PLC 61

3.4.2 Lập trình cho máy tính điều khiển giám sát 63

3.5 Kết luận chương 3 66

Chương 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 67

4.1 Các chức năng của phần mềm SCADA trong mô hình 67

4.2 Phần mềm TIA Portal v13 67

4.3 Lập trình SCADA cho trạm 22kV 72

4.3.1 Giao diện màn hình chủ 72

4.3.2 Các giao diện điều khiển, giám sát và cảnh báo 73

4.3.3 Lưu trữ dữ liệu 78

4.4 Kết luận chương 4 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 Kết quả và đóng góp của đề tài 82

2 Kiến nghị của tác giả 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 86

1 Phụ lục 1: PLC Tags 86

2 Phụ lục 2: HMI Tags 90

3 Phụ lục 3: CODE lập trình cho PLC 96

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TU Máy biến điện áp

TI Máy biến dòng điện

HTĐ Hệ thống điện

RTU Thiết bị đầu cuối (Remote Terminal Unit)

PLC Bộ điều khiển khả trình (Programmable Logic Controller)

IED Thiết bị điện tử thông minh (Intelligent Electronic Device)

HMI Giao diện người – máy (Human-Machine Interface)

IEC Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electronic Technical

Commission)

SCADA Hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory Control

and Data Acquisition) TBA Trạm biến áp

MBA Máy biến áp

DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System)

DC Dòng điện một chiều (Direct Current)

AC Dòng điện xoay chiều (Alternating Current)

AI Đầu vào tương tự (Analog Input )

DI Đầu vào kỹ thuật số (Digital Input)

DO Đầu ra kỹ thuật số (Digital Output)

I/O Đầu vào/ra (Input/Output)

GIS Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) A1 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Bắc

A2 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam

A3 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Trung

A0 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia

PC Máy tính cá nhân/ để bàn (Personal Computer)

DTE Thiết bị đầu cuối xử lý số liệu (Data Terminal Equipment) DCE Thiết bị đầu cuối truyền (Data Communication Equipment)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3 1 Bảng tính chọn thiết bị trường 52

Bảng 3 2 Tổng hợp số lượng DI của hệ thống 57

Bảng 3 3 Tổng hợp số lượng DO của hệ thống 58

Bảng 3 4 Tổng kết số lượng DI/DO của hệ thống 58

Bảng 3 5 Lựa chọn PLC và các Module 60

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc trạm trung áp 22

Hình 1.2 Máy cắt khí SF6 trung áp ngoài trời 26

Hình 1.3 Cấu tạo dao cách ly 28

Hình 2 1 Cấu tạo của máy biến dòng điện 30

Hình 2 2 Máy biến dòng điện hạ áp 32

Hình 2 3 Máy biến điện áp trung áp 32

Hình 2 4 Cấu tạo máy biến điện áp 33

Hình 2 5 Thiết bị đo đa chức năng 34

Hình 2 6 Cấu trúc chung của hệ thống SCADA 36

Hình 2 7 Sơ đồ kết nối trạm biến áp điều khiển tích hợp 41

Hình 2 8 Chuẩn RS-232 43

Hình 2 9 Chuẩn RR-442 44

Hình 2 10 Chuẩn RS-485 44

Hình 3 1 Sơ đồ 1 sợi trạm trung áp 22kV 48

Hình 3 2 Phương thức kết nối truyền thông theo chuẩn Profibus 51

Hình 3 3 Sơ đồ kết nối truyền thông 51

Hình 3 4 Biến dòng trung thế 1 pha 53

Hình 3 5 Biến dòng hạ thế 1 pha 54

Hình 3 6 Biến áp đo lường trung thế 1 pha 55

Hình 3 7 Đồng hồ đa chức năng MFM383 56

Hình 3 8 Sơ đồ kết nối phần cứng của hệ thống 61

Hình 3 9 Lưu đồ thuật toán lập trình PLC 62

Hình 3 10 Lưu đồ thuật toán lập trình HMI 64

Hình 4 1 Giao diện màn hình First steps của chương trình TIA Portal 68

Hình 4 2 Sơ đồ kết nối truyền thông của PLC 69

Hình 4 3 Sơ đồ kết nối các Module của PLC 70

Hình 4 4 Cửa sổ lập trình HMI cho PC Station 71

Hình 4 5 Giao diện màn hình chủ 72

Hình 4 6 Giao diện điều khiển sơ đồ một sợi 73

Hình 4 7 Cảnh báo quá tải trong sơ đồ một sợi 74

Hình 4 8 Lệnh thực hiện thao tác trong sơ đồ một sợi 75

Hình 4 9 Xác nhận lệnh thao tác trong sơ đồ một sợi 75

Hình 4 10 Màn hình giám sát máy biến áp 76

Hình 4 11 Màn hình giám sát đồ thị tải 77

Hình 4 12 Màn hình ghi lại các cảnh báo 78

Hình 4 13 File lưu trữ các cảnh báo, sự cố 79

Hình 4 14 File lưu trữ các thông số vận hành 80

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhất là trong các lĩnh vực tự động hóa Việc áp dụng khoa học vào đời sống giúp tăng năng suất lao động, giải phóng con người trong các công việc nặng nhọc

Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, ngành điện đóng một vai trò hết sức quan trọng, là đầu tàu thúc đẩy sự phát triển, cũng như đảm bảo an ninh quốc phòng và an sinh xã hội

Hàng ngày, sản lượng điện cung cấp ở nước ta không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội Việc thiếu điện có rất nhiều nguyên nhân, có thể kể đến như giá nhiên liệu đầu vào, lượng mưa hàng năm,… và phải kể đến một nguyên nhân khác là

hạ tầng kỹ thuật chưa được tốt, gây tổn thất điện năng cũng như công tác vận hành hệ thống điện thiếu hiệu quả vì chủ yếu do con người thực hiện, mức độ tự động hóa chưa cao

Hiện nay, hệ thống điện trên toàn thế giới càng được đầu tư phát triển, áp dụng các công nghệ tiên tiến về tự động hóa Toàn bộ các khâu bao gồm phát điện, truyền tải và phân phối được sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất Các chức năng vận hành hệ thống điện, đặc biệt là khâu phân phối, tính toán công suất, phát hiện sự cố, cách ly,… đều được thực hiện tự động bằng các phần mềm

Ngành điện Việt Nam hiện đang đứng trước thách thức rất lớn trong việc tự động hóa hệ thống điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng

Do đó, Tập đoàn Điện lực quốc gia Việt Nam – EVN đã có định hướng từng bước phát triển, sử dụng các công nghệ tiên tiến để hiện đại hóa ngành điện Cụ thể là khâu phát điện, truyền tải và phân phối

Vì vậy phạm vi đề tài “Nghiên cứu thiết kế và lập trình cho hệ đo lường điều khiển

áp dụng cho mô hình trạm trung áp” là hết sức cần thiết để góp phần điện đại hóa

ngành điện

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và lập trình cho hệ đo lường điều khiển áp dụng cho

mô hình trạm trung áp” được thực hiện theo định hướng phát triển của ngành điện

Mục tiêu của nghiên cứu bao gồm:

- Kiểm chứng lại mô hình tổng thể được đưa ra Qua đó thể hiện mô hình chi tiết hơn về hạ tầng, trang thiết bị tại trạm Đồng thời đưa ra giải pháp triển khai cho các trạm trung áp

- Xây dựng phần mềm SCADA tại các trạm trung áp, từng bước làm chủ công nghệ trong việc triển khai, nâng cấp, đào tạo chuyển giao công nghệ

Đối tượng và phạm vi áp dụng của đề tài là các trạm trung áp, đặc biệt là trạm biến

áp 22kV hiện nay Với các mô hình, giải pháp đưa ra trong đề tài là các cấu phần cơ bản nhất, tùy thuộc vào điều kiện thực tế của mỗi đơn vị mà bổ sung hoặc cắt giảm một

số phần nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng được việc đo lường điều khiển của hệ thống Đối với phần mềm SCADA tại trạm, có thể hiệu chỉnh, thay đổi để áp dụng cho các trung tâm điều khiển từ xa, hay các cấp điều khiển cao hơn Đồng thời phần mềm

này có thể dùng chung cho ngành điện, phục vụ công tác chuyển giao, đào tạo công nghệ

4 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và xây dựng mô phỏng trên hệ SCADA của Siemens

Luận văn bao gồm phần mở đầu, 4 chương và kết luận Phần mở đầu thể hiện tính cấp thiết, mục đích nghiên cứu, đối tượng áp dụng và các nội dung trình bày trong đề tài

Chương 1 đưa ra cái nhìn tổng quan về trạm trung áp Cấu trúc chung của trạm và các thiết bị đóng cắt

Chương 2 thể hiện các các phương pháp đo và điều khiển trạm trung áp Các giải pháp truyền thông Một số hệ thống giám sát và điều khiển từ xa điển hình

Chương 3 và chương 4 tập trung thiết kế phần cứng cho hệ thống, lập trình phần mềm cho bộ điều khiển, phần mềm trên máy tính giám sát thực hiện chức năng giao tiếp người máy Thực hiện mô phỏng hệ thống

Phần kết luận tổng kết lại các kết quả đạt được của đề tài, đồng thời đưa ra các định hướng phát triển tiếp theo của hệ thống, cũng như định hướng nghiên cứu mới của

đề tài

Từ những nội dung nghiên cứu trên, kết cấu của luận văn bao gồm:

 Mở đầu

 Chương 1: Tổng quan về trạm trung áp

 Chương 2: Các phương pháp đo và điều khiển trạm trung áp

 Chương 3: Thiết kế hệ thống

 Chương 4: Kết quả mô phỏng

 Kết luận và kiến nghị

Chương 1: TỒNG QUAN VỀ TRẠM TRUNG ÁP 1.1 Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam

Hiện nay toàn bộ hệ thống điện Việt Nam được quản lý và điều hành bởi Tập đoàn Điện lực Việt Nam – Electric of Viet Nam – EVN

Trong mô hình hệ thống điện của Việt Nam hiện nay, có thể chia thành ba khâu chính gồm: Phát điện, truyền tải và phân phối

Khâu phát điện: Bao gồm các nhà máy điện như thủy điện, nhiệt điện, phong điện,

thực hiện biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng Các nhà máy điện thuộc quyền quản lý của Tổng công ty phát điện 1, 2, 3, một số thuộc EVN, một số khác thuộc các đơn vị ngoài ngành điện như Tập đoàn dầu khí Việt Nam, Tập đoàn than khoáng sản Việt Nam

Khâu truyền tải: Bao gồm các hệ thống trạm biến áp 500 kV, 220 kV và hệ thống

lưới điện truyền tải, có chức năng truyền tải điện năng tới các vùng miền khác nhau

Khâu phân phối: Bao gồm các hệ thống điện các trạm 110 kV, 35 kV, 22 kV, các

trạm trung gian, khách hàng và hệ thống lưới phân phối Khâu phân phối là khâu cuối cùng được thực hiện việc cung cấp điện cho người tiêu dùng Các trạm phân phối thuộc quyền quản lý của các Tổng Công ty Điện lực miền Bắc, Trung, Nam…

Căn cứ vào hệ thống SCADA được sử dụng trong trạm biến áp, có thể chia các trạm biến áp thành 2 loại đó là: Các trạm biến áp điều khiển tích hợp và các trạm biến

áp được điều khiển truyền thống

Do vậy tùy theo chủng loại, thiết bị, thời gian xây dựng,… mà các trạm biến áp trung áp có thể được trang bị hoặc không trang bị các hệ thống điều khiển tích hợp tại các trạm

1.2 Tổng quan về trạm biến áp

1.2.1 Chức năng của trạm biến áp

Trạm biến áp dùng để biến đổi điện áp từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Công suất của máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của trạm biến áp

có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện Vì vậy việc chọn các trạm biến áp bao giờ cũng phải gắn liền với việc lựa chọn phương án cung cấp điện

Dung lượng và các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó, vào cấp điện áp của mạng, vào phương thức vận hành của trạm biến áp vv …Vì thế để lựa chọn được trạm biến áp tốt nhất, chúng ta phải xét đến nhiều mặt và phải tiến hành

tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án đề ra, [Vận hành hệ thống điện – Trần Quang Khánh]

Hiện nay nước ta đang sử dụng các cấp điện áp sau đây:

 Cấp cao áp:

- 500 kV dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba miền Bắc, Trung, Nam

- 220 kV dùng cho mạng điện khu vực

- 110 kV dùng cho mạng phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn

1.2.2 Phân loại trạm biến áp

Phân loại trạm biến áp phụ thuộc vào mục đích có thể phân loại theo các cách sau: Theo chức năng của trạm biến áp ta có thể chia thành trạm biến áp tăng áp và trạm biến áp giảm áp:

- Trạm biến áp tăng áp là trạm biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp Đây thường là trạm biến áp của các nhà máy điện, các trạm biến áp này tập trung điện năng của các máy phát điện để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện và phụ tải ở xa

- Trạm biến áp hạ áp là trạm biến áp có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp Đây thường là trạm biến áp có nhiệm vụ nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho phụ tải

Theo chức năng có thể chia thành trạm biến áp trung gian và trạm biến áp phân phối:

- Trạm biến áp có công suất lớn làm nhiệm vụ biến đổi cho một hoặc nhiều trạm biến áp cấp điện hoặc phân phối lên lưới quốc gia hoặc ngược lại từ lưới quốc gia xuống

- Trạm biến áp phân phối hay còn gọi là trạm biến áp địa phương có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho các hộ sử dụng điện của xí nghiệp, khu dân cư trường học … thường có cấp điện áp nhỏ (10, 6, 0.4 kV)

Theo hình thức và cấu trúc của trạm người ta chia thành trạm ngoài trời và trạm trong nhà:

- Trạm biến áp ngoài trời: ở đây các thiết bị như dao cách ly, máy cắt, máy biến

áp, thanh góp … đều đặt ngoài trời Riêng phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà, hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần hạ thế Loại này thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn, có đủ đất đai cần thiết để

đặt các thiết bị ngoài trời Sử dụng loại trạm đặt ngoài trời sẽ tiết kiệm được khá lớn

về kinh phí xây dựng hơn trạm đặt trong nhà

- Trạm biến áp trong nhà: ở đây các thiết bị đều được đặt trong nhà Loại trạm này hay thường gặp ở các trạm phân xưởng hoặc các trạm biến áp của các khu vực trong thành phố

Ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, người ta còn xây dựng những trạm biến áp ngầm, loại này kinh phí xây dựng khá tốn kém

1.3 Tổng quan về trạm trung áp

Trạm 35 kV, 22 kV được dùng để cung cấp điện áp cho các nhà máy, mà ở đó người ta có thể cho xuống 6.3 kV hoặc 0.4 kV để cung cấp cho các thiết bị điện

1.3.1 Chức năng của trạm trung áp

Trạm biến áp trung áp được sử dụng nhiều trong các khu dân cư, chung cư và tái định cư, các trạm cấp nguồn cho các doanh nghiệp và xưởng sản xuất nhỏ và còn là các trạm cấp nguồn thi công lưu động rất hiệu quả và thuận lợi

Đảm bảo vận hành liên tục và an toàn cung cấp điện Muốn thỏa mãn được yêu cầu này, trong trường hợp xí nghiệp có hai trạm biến áp trở lên ta có thể sử dụng cầu dao liên lạc giữa hai thanh cái thứ cấp của các trạm đó với nhau Trường hợp chỉ có một trạm thì người ta thường bố trí thêm một máy biến áp dự trữ để thay thế máy biến áp chính khi cần thiết

Qua các trạm trung áp điện năng được truyền đến các hộ tiêu thụ điện Độ tin cậy cung cấp điện của hộ tiêu thụ được đảm bảo bằng lưới điện thích hợp, có đường dây dự trữ Nguồn cung cấp nối từ các phân đoạn khác nhau của trạm biến áp hoặc từ hai nguồn điện độc lập như trạm biến áp hoặc nhà máy điện

Về phương diện công suất, trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải loại 1 nên dùng

tải loại 1 bé hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất một máy phải có dung lượng bằng 50% công suất của phân xưởng đó Khi phụ tải loại 1 lớn hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất một máy phải có dung lượng bằng 100% công suất của phân xưởng đó Ở chế độ bình thường cả 2 máy biến áp làm việc, còn trong trường hợp sự cố một máy thì ta sẽ chuyển toàn bộ phụ tải về máy không sự cố; khi đó ta phải sử dụng khả năng quá tải của máy biến áp hoặc ta sẽ phải ngắt các hộ tiêu thụ không quan trọng Nếu chỉ có hộ tiêu thụ loại 3 hoặc loại 2 thì ta có thể trang

bị chỉ một máy biến áp cho trạm và sử dụng đường dây phụ nối hạ áp lấy từ một trạm điện khác của xí nghiệp nếu thấy cần thiết

1.3.2 Nhiệm vụ của trạm trung áp

Trạm biến áp trung áp làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện có cấp điện áp khác nhau

Trạm biến áp trung áp thường là trạm hạ áp

Trạm tăng áp thường được đặt ở các nhà máy điện, làm nhiệm vụ tăng điện áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện năng đi xa

Trạm hạ áp thường đặt ở các hộ tiêu thụ điện, để biến đổi điện áp cao thành điện áp thấp hơn thích hợp với các hộ tiêu thụ điện Ở các phía cao và hạ áp của trạm biên áp thường có các thiết bị phân phối tương ứng thiết bị phân phối cao áp và hạ áp Thiết bị phân phối có nhiệm vụ nhận điện năng từ một số nguồn cung cấp và phân phối đi các nơi khác qua các đường dây tải điện Trong thiết bị phân phối có các khí cụ điện đóng cắt, điều khiển bảo vệ và đo lường

1.3.3 Đặc điểm của trạm trung áp

Trạm gồm có một hay một số máy biến áp, thiết bị phân phối cao và hạ áp (trung

và hạ áp), và các thiết bị phụ Trong một số trạm còn đặt thêm các máy bù đồng bộ, tụ tĩnh điện hay kháng điện

Điện năng từ máy phát đến nơi tiêu thụ thường phải biến đổi thành nhiều cấp, vì thế tổng công suất các máy biến áp thường gấp 4 đến 5 lần tổng công suất đặt của các máy phát điện

Số lượng và công suất máy biến áp trong một trạm chúng ta cần chú ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấp điện

Kết cấu khung hoặc vỏ trạm phải được xây dựng vững chắc về cơ học Nếu được lắp ghép bằng các tấm panel thì yêu cầu độ khít phải cao độ bền vững phải tốt đảm bảo

an toàn cho máy biến áp cũng như cho người vận hành Vỏ của các máy biến áp đặt trong trạm cũng phải có cường độ cơ học cao vừa cách li về điện vừa có khả năng bảo

vệ cho máy biến áp

Trạm được thiết kế theo điều kiện khí hậu và phụ tải của Việt Nam, làm việc ở chế

độ liên tục, cho phép quá tải theo quy trình.Thiết bị phân phối của trạm trung gian cần đảm bảo làm việc tin cậy liên hệ với các đường dây,cắt đường dây có chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện

Máy biến áp trong trạm có thể nối vào đường dây qua dao cách ly hoặc qua máy cắt phụ tải và bảo vệ cùng với đường dây

Vận hành trạm không cho phép tác động sai lầm vì như vậy sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng

Trạm được đặt ở độ cao <1000m so với mặt nước biển, nhiệt độ môi trường không lớn hơn 40oC, độ ẩm 100% và trong môi trường không cháy nổ, không chứa bụi dẫn điện và hóa chất đặc biệt

Trạm có máy biến áp công suất từ 1600kVA có trang bị rơ le hơi và đồng hồ chỉ thị nhiệt độ dầu để bảo vệ máy Trạm phải có đủ các thiết bị chống sét, thiết bị bảo vệ

và đo lường tất cả các thiết bị này phải được kiểm định đạt tiêu chuẩn, kĩ thuật, chất lượng

Máy biến áp trong trạm có độ tăng nhiệt độ dầu lớn nhất (t0max) so với nhiệt độ môi trường tối đa là 55oC

Máy biến áp trong trạm có tính năng gọn nhẹ cấu hình đơn giản, dễ lắp đặt và vận chuyển

1.4 Cấu trúc chung của trạm trung áp

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc trạm trung áp

Sơ đồ của trạm biến áp trung áp trên trong đó bao gồm:

- Hai máy biến áp có sơ cấp cùng lấy nguồn từ lưới qua máy cắt tổng

- Có hai cấp điện áp: 4160V và 480V Phía hạ áp có hai thanh cái, mỗi một thanh cái có 5 xuất tuyến Mỗi xuất tuyến có 1 máy cắt

- Hệ thống thanh cái trung áp

- Dao cách ly, trước đó có máy cắt và các thiết bị đo;

- Phía thứ cấp của máy biến áp cũng có máy cắt và các hệ thống thanh cái Ngoài

ra trên tủ hợp bộ có thể có các thiết bị đo lường, chỉ báo hiển thị và các thiết bị để con người giao diện với hệ thống

Tủ hợp bộ được thiết kế complet cho nên trong các yêu cầu về lắp ráp, sửa chữa thì người thợ cũng phải tuân thủ theo đúng thiết kế không cho phép làm tắt hoặc bỏ qua các thao tác trung gian

Các công tắc chuyển mạch trực tiếp cũng đều thực hiện ở phía thấp áp

Thiết bị đo đếm cũng được thiết kế hết sức an toàn thông qua các biến áp đo lường

và các biến dòng đo lường

Thứ cấp của các máy biến dòng và biến áp đo lường đều được nối đất theo đúng quy phạm

Việt Nam là nước có nhiều mưa bão vào mùa hè nên khi thiết kế các trạm biến áp trung gian bao giờ cũng phải có thiết bị chống sét

1.5 Thao tác các thiết bị đóng cắt trong trạm

1.5.1 Máy cắt

a Chức năng:

Máy cắt là thiết bị đóng ngắt cơ khí, có khả năng đóng dẫn liên tục và ngắt dòng điện trong điều kiện vận hành bình thường và cả trong thời gian giới hạn khi xảy ra điều kiện bất thường trong mạch (ví dụ ngắn mạch)

Máy cắt điện cao áp là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện có điện áp từ 1000V trở lên ở mọi chế độ vận hành: chế độ không tải, chế độ tải định mức, chế độ sự cố Trong

đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nề nhất

b Các yêu cầu đối với máy cắt:

- Độ tin cậy cao cho mọi chế độ làm việc

- Thời gian khi đóng và cắt nhanh

- Khi đóng cắt không gây nổ hoặc cháy

- Dễ bảo dưỡng kiểm tra và thay thế

- Kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao, có thể dùng cho chế độ đóng cắt lặp lại theo chu trình

Dòng xung kích Ixk: là dòng ổn định điện động, là trị số lớn nhất của dòng điện

mà lực điện động do nó sinh ra không làm hỏng hóc thiết bị

Dòng ổn định nhiệt tương ứng với thời gian ổn định định mức Inhđm: là trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch chạy qua máy cắt trong khoảng thời gian ngắn mạch chịu được mà nhiệt độ của mạch vòng dẫn điện không vượt quá nhiệt độ cho phép ở chế độ làm việc ngắn hạn

Dòng điện cắt định mức Icđm: là dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất máy cắt có thể cắt được mà không bị hư hỏng Icdm được xác định từ thực nghiệm

Điện áp chịu xung sét định mức: là giá trị đỉnh của điện áp xung sét tiêu chuẩn 1,2/50µs mà cách điện của thiết bị phải chịu đựng

Điện áp nội bộ 1 phút: điện áp chịu tần số nguồn định mức, là trị số hiệu dụng điện áp xoay chiều hình sin ở tần số hệ thống mà cách điện của thiết bị phải chịu đựng trong thời gian 1 phút ở các điều kiện thử nghiệm quy định

Chu kỳ hoạt động đóng cắt

d Phân loại:

Máy cắt gồm có 2 phần: cơ cấu truyền động và buồng dập hồ quang

Dựa vào môi trường dập hồ quang người ta phân lọai máy cắt như sau:

- Máy cắt nhiều dầu: dầu vừa là chất cách điện đồng thời sinh khí để dập hồ quang

- Máy cắt ít dầu: lượng dầu ít chỉ đủ sinh khí dập tắt hồ quang, còn cách điện là chất rắn

- Máy cắt không khí: dùng khí nén để dập tắt hồ quang

- Máy cắt tự sinh khí: dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dưới tác dụng nhiệt độ cao của hồ quang, khí tự sinh ra có áp suất cao dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện từ: hồ quang được dập trong khe hẹp bằng vật liệu rắn chịu được

hồ quang, lực điện từ đẩy hồ quang vào khe hẹp

- Máy cắt chân không: hồ quang được dập trong môi trường chân không

- Máy cắt SF6: dùng khí SF6 để dập hồ quang

Hình 1.2 Máy cắt khí SF6 trung áp ngoài trời

e Kiểm tra vận hành máy cắt cao áp trong sân trạm:

Máy cắt là thiết bị chính dùng để dóng hay cắt mạch điện trong vận hành bình thường hoặc sự cố nên hằng giờ vận hành viên cần phải:

- Ghi thông số (nếu có):

+ Mực dầu máy cắt (đối với máy cắt dầu)

+ Áp suất khí SF6 (đối với máy cắt khí SF6)

1.5.2 Dao cách ly:

a Nhiệm vụ:

Dao cách li là một loại khí cụ điện cao áp, được sử dụng để đóng cắt mạch điện cao

áp khi không có điện, tạo ra một khoảng cách cách điện an toàn trông thấy được giữa các bộ phận mang điện và bộ phận đã cắt điện, để án động đưa thiết bị ra kiểm tra sửa chữa

Trong điều kiện nhất định có thể dùng dao cách ly đóng cắt đường dây hoặc máy biến áp không mang tải công suất nhỏ, hoặc đóng cắt mạch điện đẳng thế để để đổi nối phương thức kết dây của sơ đồ Vì dao cách ly không có bộ phận dập tắt hồ quang cho nên nghiêm cấm dùng dao cách ly đóng cắt mạch điện đang mang tải

Dao cách ly là thiết bị không đóng cắt được mạch điện khi có tải, nhiệm vụ chính dùng để cắt cách ly mạch điện tạo khoảng cách trông thấy được

b Đặc điểm cấu tạo dao cách ly lắp đặt ngoài trời (1pha):

1 : Lưỡi dao tiếp xúc tĩnh

2 : Lưỡi dao tiếp xúc động

3 : Dây dẫn mềm

4 : Cực bắt dây nối tải

10 : Cực bắt dây nối nguồn

Hình 1.3 Cấu tạo dao cách ly

Cơ cấu truyền động: dao cách ly được truyền động bằng động cơ để điều khiển từ

xa hoặc cần quay tay với khóa liên động cơ khí và điện để tránh thao tác nhầm

c Nguyên lý vận hành:

Khi dao cách ly ở vị trí đóng, lưỡi dao 1 và 2 đóng chặt vào nhau, dòng điện từ nguồn qua cực bắt dây 10 – dây dẫn mềm 3 – qua lưỡi dao 1, 2 – qua cực bắt dây 4 ra tải

Muốn cắt cách ly, trước hết phải cắt điện ở máy cắt nối tiếp với dao cách ly

Khi cắt cách ly, dùng động cơ hoặc quay tay tác động vào bộ truyền động làm cho trục quay 9 và sứ đỡ 5 quay, kéo lưỡi dao động 1 và 2 tách rời nhau quay ngược chiều

về cùng một phía, trên cùng một mặt phẳng ngang đến khi chúng song song với nhau mới cắt hết hành trình

ly, bảo quản chìa khóa liên động dao,…

Thông thường có thể thao tác dao cách ly ở 2 chế độ: từ xa và tại chỗ, trong vận hành chỉ nên thao tác đóng mở từ xa

Khi thao tác dao cách ly phải có phiếu thao tác hoặc theo yêu cầu của điều độ lưới điện

1.6 Kết luận chương 1

Qua việc tìm hiểu tổng quan trạm trung áp, có thể biết được chức năng, nhiệm vụ

và đặc điểm trạm trung áp Từ đó hiểu rõ được nguyên lý vận hành các thiết bị đóng cắt trong trạm

Đây là cơ sở của việc nghiên cứu các phương pháp đo và điều khiển của trạm trung

áp, nguyên tắc điều khiển các thiết bị đóng cắt, liên động,…

Chương 2 sẽ trình bày các phương pháp đo và điều khiển trạm trung áp Ngoài ra

sẽ nêu ra một số hệ SCADA điển hình áp dụng cho các trạm biến áp

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM

TRUNG ÁP 2.1 Các phương pháp đo

Các phần tử trong HTĐ thường có điện áp cao và dòng điện làm việc lớn, không thể đưa trực tiếp các đại lượng này vào các dụng cụ đo lường, các rơle, các thiết bị tự động hóa và kiểm tra Để cung cấp tín hiệu cho các thiết bị trên, người ta dùng các máy biến dòng điện (TI) và các máy biến điện áp (TU), gọi chung là máy biến áp đo lường,

[Nhà máy điện và trạm biến áp – Trịnh Hùng Thám]

2.1.1 Đo dòng điện

Để đo dòng điện của trạm trung áp người ta sử dụng máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện làm nhiệm vụ biến đổi dòng điện lớn cần đo I1 xuống dòng điện tiêu chuẩn I2 với tổn hao và sai số nhỏ để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo

vệ và tự động hóa trong HTĐ một cách an toàn

a Cấu tạo của máy biến dòng điện:

Về cấu tạo, máy biến dòng (TI) cũng bao gồm các phần tử cơ bản giống như máy biến áp (hình 2.1): Lõi thép, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Hình 2 1 Cấu tạo của máy biến dòng điện

1 Lõi thép; W1 Cuộn sơ cấp; W2 – Cuộn thứ cấp Cuộn dây sơ cấp W1 gồm một, hai hoặc nhiều vòng, được mắc nối tiếp trong mạch

có dòng điện cần đo I1 Dòng định mức I1đm của cuộn dây sơ cấp W1 được xác định theo dòng điện làm việc của các phần từ trong mạng điện Khi làm việc lâu dài, người

ta chế tạo các TI có thể thay đổi được quá tải 20% dòng điện định mức Trong một số trường hợp, người ta chế tạo TI có thể thay đổi được dòng điện định mức sơ cấp I1đmbằng cách dùng các bộ chuyển mạch và cuộn dây sơ cấp gồm hai hay nhiều phần tử Chúng có thể được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau tùy theo yêu cầu về việc thay đổi dòng sơ cấp định mức

Cuộn dây thứ cấp W2 có số vòng dây lớn hơn W1, có thể có một hoặc nhiều cuộn dây thứ cấp, giống hoặc khác nhau Các dụng cụ đo được mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp W2 Dòng điện định mức thứ cấp I2đm được chế tạo theo tiêu chuẩn là 1A hoặc 5A, trong trường hợp cần dòng điện lớn, dòng thứ cấp có thể là 10A Do vậy, các dụng

cụ đo lường, các rơle… cũng được chế tạo với dòng điện làm việc tiêu chuẩn là 1A hoặc 5A Dòng định mức nhỏ nên cấu tạo của chúng đơn giản, gọn nhẹ và rẻ tiền, làm việc chắc chắn và có thể có độ chính xác cao

Nhờ có máy biến dòng điện, các dụng cụ đo lường và bảo vệ làm việc tách biệt hoàn toàn mạng điện cao áp, đảm bảo an toàn khi vận hành Để đảm bảo an toàn cuộn thứ cấp của TI luôn được thực hiện nối đất, phòng trường hợp điện áp cao, xâm nhập điện áp thấp

b Nguyên lý hoạt động

Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của máy biến dòng điện tương tự như máy biến áp Máy biến dòng điện là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi trị số dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số

Hình 2 2 Máy biến dòng điện hạ áp

2.1.2 Đo điện áp

Để đo điện áp của trạm trung áp phục vụ cho việc giám sát và điều khiển trạm người ta sử dụng máy biến điện áp hoặc bộ chuyển đổi điện áp Dùng để hạ điện áp của mạng điện bất kì xuống còn 120V/110V để cung cấp tín hiệu điện áp cho mạch đo lường, mạch bảo vệ và mạch điều khiển

Hình 2 3 Máy biến điện áp trung áp

Máy biến điện áp (TU) là máy biến áp đo lường dùng để biến đổi điện áp từ một trị

số nào đó U1 (thường U1 ≥ 380V) về một trị số thích hợp U2 (120V/110V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơle, tự động hóa, kiểm tra cách điện, trong mạch điện

a Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp

Máy biến điện áp làm việc giống như máy biến áp bình thường Song do đặc điểm làm việc và yêu cầu cao về độ chính xác nên lõi thép được chế tạo bằng vật liệu chất lượng cao

Hình 2 4 Cấu tạo máy biến điện áp

b Cấu tạo máy biến điện áp

Cuộn sơ cấp W1 gồm rất nhiều vòng dây, tiết diện của dây quấn rất bé, được mắc song song với mạch điện cần đo có điện áp U1 Điện áp định mức U1đm của cuộn dây sơ cấp W1 được chế tạo tương ứng với điện áp định mức của các mạng điện

Cuộn dây thứ cấp W2 thường gồm ít vòng dây, có tiết diện lớn hơn Các dụng cụ

đo và rơle điện áp được mắc song song với cuộn dây W2 (hình 2.4) Do điện áp làm việc thấp nên cấu tạo của các dụng cụ đo và rơle rất đơn giản, gọn nhẹ và rẻ tiền hơn so với việc chế tạo ở điện áp cao

Mặt khác, nhờ có máy biến điện áp mà các dụng cụ đo lường, các rơle được cách

ly với mạng điện áp cao U1, đảm bảo an toàn cho người vận hành Để đề phòng nguy hiểm trong trường hợp có điện áp cao xâm nhập điện áp thấp, người ta quy định phải nối đất an toàn các cuộn dây thứ cấp W2 của tất cả các TU có U1đm từ 500 V trở lên

Các dụng cụ đo và rơle được mắc song song với cuộn thứ cấp Khi làm việc tuyệt đối không được để ngắn mạch cuộn thứ cấp của TU

2.1.3 Đo công suất, năng lượng, hệ số cosφ,…

Từ các thông số đo được từ máy biến áp đo lường ta dễ dàng tính được các đại lượng khác như công suất tiêu thụ, công suất phản kháng, hệ số công suất,…

Đo công suất mạch điện ba pha:

- Khi mạch ba pha là đối xứng : P P = U P I P cosφ

Công suất ba pha sẽ là:P 3P = 3P P = 3U P I P cosφ

- Mạch ba pha không đối xứng: P3p = P1 + P2 + P3

Ngoài cách tính toán công suất từ các loại máy biến áp đo lường trên ta có thể sử dụng máy đo đa chức năng (Multi-function Meter)

 Máy đo đa chức năng (Multi-function Meter)

Hình 2 5 Thiết bị đo đa chức năng

- Là thiết bị kết hợp có thể đo và truyền tín hiệu, cung cấp cho người sử dụng nhiều đại lượng cùng lúc Nhiều máy có bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu ghi được theo 1 chu

kì cho trước, dữ liệu có thể tải về máy tính hoặc thiết bị số khác

- Đầu vào: yêu cầu áp và dòng 3 pha Do là thiết bị đo dựa trên vi xử lý nên có thể tính toán được dòng và áp cuộn sơ cấp với tỉ lệ dây cuộn sơ cấp: thứ cấp trên 1 dải rộng của máy biến áp và biến dòng

- Đo và tính toán giá trị: có thể đo và tính toán nhiều đại lượng điện như điện áp tức thời, dòng điện tức thời, công suất biểu kiến, hiệu dụng, phản kháng, hệ số công suất, tần số

- Giao tiếp: có thể kết nối với RTUs, PLCs, HMIs, và các thiết bị số khác thông qua mạng cục bộ, đường dây điện, radio

2.2 Điều khiển và giám sát trạm trung áp

2.2.1 Tổng quan về hệ thống SCADA

Cùng với sự phát triển của hệ thống điện đại có các thiết bị điện ứng dụng công nghệ tiên tiến thì vấn đề điều khiển và giám sát, quản lý vận hành hệ thống điện không ngừng phát triển với sự giúp đỡ đắc lực của các thiết bị tự động, thiết bị truyền tin và thiết bị điều khiển từ xa, các thiết bị giám sát điều khiển hệ thống điện Một trong các

hệ thống trợ giúp đắc lực là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA

(Supervisory Control And Data Acquisition) [Bài giảng Supervisory Control & Data Acquisition (SCADA)]

Hình 2 6 Cấu trúc chung của hệ thống SCADA

Từ sự phân cấp quản lý hệ thống điều khiển giám sát và thu thập số liệu cũng như yêu cầu chung của hệ thống SCADA cần có cơ cấu cơ bản như sau:

Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối vi điều khiển logic lập trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Là một máy chủ trung tâm (Central host computer server)

Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và thiết bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ

Giao diện người – máy HMI (Human – Machine Interface): Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lý dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống

2.2.2 Yêu cầu về đo lường và điều khiển trạm trung áp

Một hệ thống SCADA chuẩn phải cung cấp được các chức năng sau:

b Chức năng điều khiển

- Quá trình điều khiển phải chính xác, tin cậy

Trong quá trình thực hiện các thao tác đóng, mở máy cắt, dao cách ly, điều khiển chuyển nấc phân áp của máy biến áp từ xa (từ các Trung Tâm điều độ vùng , miền hoặc quốc gia) phải đảm bảo tuyệt đối độ tin cậy, không được nhầm lẫn, có nghĩa là cần phải thao tác được giám sát chặt chẽ về tính liên động phối hợp giữa các máy cắt và dao cách ly và các thiết bị liên quan tuân theo quy trình quy phạm vận hành của hệ thống

- Cài đặt các thông số từ xa

Khi có sự cố thay đổi về cấu trúc của cấu trúc lưới hoặc nâng cao công suất chống quá tải thì các thông số vận hành của lưới và thiết bị sẽ bị thay đổi, vì vậy ta cần phải đặt lại thông số chỉnh định bảo vệ rơ le hoặc thay đổi tỷ số biến đổi trong các thiết bị

đo đếm như đồng hồ và công tơ cho phù hợp với thực tế Việc cài đặt này được thực hiện từ tại các Trung Tâm điều độ vùng, miền hoặc quốc gia

c Quản lý và lưu trữ dữ liệu

Giám sát được các sự cố xảy ra trên lưới cũng như của các thiết bị, cảnh báo sự cố bằng âm thanh, màu sắc hoặc thông báo trên màn hình hiển thị, ghi lại được các chuỗi

Tất cả các chức năng của hệ thống phải được bảo mật tuyệt đối ở mức cao nhất và tuyệt đối tin cậy

d Tính năng thời gian thực

SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong thời gian thực, do tính năng thời gian của hệ thống kỹ thuật nói chung, hệ thống điện nói riêng làm việc trong thời gian thực không chỉ phụ thuộc vào độ chính xác, đúng đắn của các thiết bị đầu ra, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả

Để đảm bảo tính năng thời gian thực, một hệ thống BUS phải có những đặc điểm sau:

- Độ nhạy nhanh: Tốc độ truyền thông tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu trong một giải pháp cụ thể

- Tính tiền định: Dự đoán trước được về thời gian phản ứng tiêu biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

- Độ tin cậy, kịp thời: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển dữ liệu một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong khoảng cách nhất định

- Tính bền vững: Có khả năng xử lý sự cố một cách thích hợp để không gây ra thiệt hại thêm cho toàn bộ hệ thống

2.2.3 Đo và điều khiển trạm trung áp bằng hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA gồm một trạm chính, các RTU và một vài tuyến dây thông tin liên lạc giữa thiết bị chủ với các thiết bị đầu cuối Cụ thể như sau:

- Tín hiệu trạng thái: bao gồm trạng thái Open/Close của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa

- Tín hiệu điều khiển: bao gồm tín hiệu điều khiển lệnh Open/Close các máy cắt, dao cách ly Tín hiệu điều khiển tăng/giảm vị trí nấc máy biến áp

- Tín hiệu đo lường: bao gồm các tín hiệu về dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng và vị trí nấc máy biến áp

- Tín hiệu cảnh báo: bao gồm các tín hiệu cảnh báo, sự kiện, sự cố liên quan đến các ngăn lộ và máy biến áp

Các tín hiệu này sau khi thu thập, sẽ được truyền về các trung tâm điều khiển theo giao thức truyền tin là IEC 60870-5-101

Căn cứ vào hệ thống SCADA có thể phân trạm trung áp thành 2 loại: trạm biến áp điều khiển truyền thống và trạm biến áp điều khiển tích hợp

a Trạm biến áp điều khiển truyền thống

Trạm RTU truyền thống là các trạm sử dụng thiết bị RTU (Remote Terminal Unit)

để thu thập dữ liệu vận hành và truyền về các trung tâm điều khiển

Hệ thống gồm một RTU chính làm nhiệm vụ đẩy dữ liệu về các trung tâm điều độ miền A1, A2, A3; các RTU còn lại làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu, sau đó truyền về RTU chính Trong các RTU này, có các giao thức truyền thông như IEC 60870-5-101/103/104, IEC 61850, DNP, Modbus…

Các tín hiệu trạng thái, cảnh báo và điều khiển Open/Close được thu thập thông qua các Card I/O Các tiếp điểm của thiết bị được đấu nối thông qua dây cáp, role trung gian và đấu vào các bộ I/O Các bộ I/O này có thể là các Card I/O nằm ngay trong RTU dưới dạng các rank hoặc các bộ I/O độc lập, sau đó truyền dữ liệu về RTU

Các tín hiệu đo lường được thu thập thông qua các Card AI hoặc các bộ Transducer độc lập Thông thường, các trạm đều sử dụng bộ Transducer để thu thập dữ liệu đo lường, sau đó sử dụng Modbus để kết nối và truyền dữ liệu đến RTU

Các thiết bị điện thông minh khác là IEDs, các thiết bị này là các bộ điều khiển hoàn chỉnh Các IED có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu trạng thái, cảnh báo, đo lường và điều khiển các ngăn lộ, sau đó dữ liệu có thể được truyền đi theo các giao thức khác nhau Thông thường các thiết bị IED được trang bị sau, nên các IED này vẫn

Thiết bị đồng bộ thời gian được sử dụng để đồng bộ thời gian cho tất cả các thiết bị

sử dụng trong trạm, đặc biệt là RTU

Một số trạm có thể sử dụng giao diện HMI tại trạm nhưng chủ yếu là sau khi trạm

đã vận hành, các đơn vị sử dụng HMI theo RTU cung cấp hoặc tự xây dựng bằng các phần mềm đơn giản Thông thường, các trạm RTU truyền thống không có hệ thống HMI, công việc vận hành tại trạm chủ yếu được thực hiện trực tiếp trên các tủ điều khiển hoặc chân thiết bị Các dữ liệu vận hành, dữ liệu sự cố được ghi chép vào sổ theo định kỳ và quy định

Các RTU sử dụng phổ biến trong các trạm trung áp điều khiển truyền thống được

kể đến như RTU560/RTU560 CMD11 của ABB, C264 của MiCOM…

b Trạm biến áp điều khiển tích hợp

Trạm điều khiển tích hợp là trạm được trang bị hệ thống điều khiển tại trạm, sử dụng các máy tính để truyền dữ liệu về các trung tâm điều khiển