Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối DAS (distribution automatic system) cho hệ thống cáp ngầm lộ 973e11 3 thành phố thái bình

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI DAS1.1 Giới thiệu hệ thống tự động phân phối DASHệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS - Distribution Automatic System cung cấp chức năng

MỤC LỤCMỤC LỤC i

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI DAS 4

1.1 Giới thiệu hệ thống tự động phân phối DAS 4

1.2 Các thiết bị theo từng giai đoạn đối với đường dây 6

1.2.1 Các thiết bị DAS - Giai đoạn 1: 6

1.2.2 Các thiết bị DAS – Giai đoạn 216

1.2.3 Các thiết bị DAS – Giai đoạn 317

1.3 Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối dành cho cáp ngầm 19

1.3.1 Kết cấu của hệ thống 19

1.3.2 Phương pháp dò sự cố 20

1.4 So sánh các thiết bị, phương pháp tự động hóa lưới phân phối 21

1.4.1 So sánh các phương pháp tự động hóa lưới phân phối cáp ngầm (một vòng, nhiều vòng, dự phòng ) 21

CHƯƠNG II: HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ THÁI BÌNH – TỈNH THÁI BÌNH 28

2.1 Tổng quan về kinh tế xã hội tỉnh Thái Bình 28

2.1.1 Vị trí địa lý và đặc điểm tự nhiên 28

2.1.2 Kinh tế - Xã hội 29

2.1.3 Phương hướng phát triển kinh tế xã hội 31

2.2 Đặc điểm lưới điện phân phối hiện tại của thành phố Thái Bình 32

2.2.1 Hiện trạng lưới điện phân phối 32

2.2.2 Trạm biến áp phân phối 32

2.2.3 Đường dây phân phối 32

3.2.1 Mô tả hiện trạng lộ 973E11.3 37

3.2.2 Khối lượng DAS áp dụng cho lộ 973E11.3 41

4.1.3 Giảm tổn thất điện năng 52

4.1.4 Tăng độ tin cậy cung cấp điện 54

4.1.5 Tăng khả năng tải do tối ưu việc phân bố công suất lưới 54

4.2 Hiệu quả về kinh tế 57

4.2.1 Tăng doanh thu nhờ giảm thời gian ngừng cung cấp điện do sự cố 57 4.2.2 Giảm chi phí do tổn thất điện năng 58

4.2.3 Giảm chi phí cho quản lý vận hành O&M 58

4.2.4 Chỉ tiêu NPV khi áp dụng DAS 59

LỜI CẢM ƠN

Được sự phân công của Khoa Cơ – Điện, và sự đồng ý của Cô giáo hướng

dẫn tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tự động hóa lưới

điện phân phối DAS (Distribution Automatic System) cho hệ thống cáp ngầm

lộ 973E11.3 thành phố Thái Bình”.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất.Song do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận vớithực tế cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏinhững thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Tôi rất mong được sựgóp ý của Thầy, Cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày … tháng … năm 2016

Sinh Viên

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các giai đoạn triển khai hệ thống DAS 5

Hình 1.2 : Các thiết bị của hệ thống DAS – Giai đoạn 1 6

Hình 1.3: Sơ đồ đấu nối SPS trong mạch hình tia 8

Hình 1.4: Sơ đồ đấu nối SPS trong mạch vòng 9

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ10

Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động ở lưới hình tia 13

Hình 1.7 : Nguyên lý hoạt động ở lưới mạch vòng 15

Hình 1.8: Các thiết bị của hệ thống DAS – Giai đoạn 216

Hình 1.9: Điều khiển thời gian thực và hiển thị trạng thái lưới phân phối theo thời gian thực 18

Hình 1.10: Quy trình tự động phục hồi của lưới phân phối 19

DANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 1.1: Các thông số chính của cầu dao PVS 7

Bảng 1.2: Các thông số chính của FDR 8

Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật của SPS 9

Bảng 1.4: Thời gian tự động đóng lại của REC 11

Bảng 1.5: Cầu dao khí SF6 (GS) và cầu dao chân không (VS) 22

Bảng 1.6: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV của ĐDK 23

Bảng 1.7: So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm 24

Bảng 1.8: So sánh hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến 25

Bảng 1.9: So sánh tính năng các phương pháp thông tin cáp quang 26

Bảng 2.1 Khối lượng trạm biến áp phân phối Thành Phố Thái Bình (tính đến cuối tháng 9-2016) 32

Bảng 2.2 Thống kê chiều dài đường dây trung áp Thành Phố Thái Bình (tính đến cuối tháng 9 - 2016) 33

Bảng 2.3 Tình hình tiêu thụ điện năng Thành Phố Thái Bình qua các năm (đơn vị kWh) 33

Bảng 2.4 Thống kê sự cố lưới điện trung áp thành phố Thái Bình giai đoạn năm 2013 – 2015 34

Bảng 3.1: Thống kê số trạm biến áp lộ 973E11.3 38

Bảng 4.1: Tính thời gian tiết kiệm được khi ứng dụng DAS 46

Bảng 4.2: Thống kê tổn thất điện năng trong 2014-2015 lộ 973E11.3(kWh)

53

Bảng 4.3: Thống kê SAIDI, SAIFI trước và sau khi sử dụng DAS 54

Bảng 4.4: Tăng khả năng tải bởi số mạch vòng L N và số phân vùng S N 57

Bảng 4.5: Chi phí thiết bị và vốn đầu tư khi lắp đặt DAS 59

Bảng 4.6: Kết quả tính giá trị quy đổi về hiện tại của dòng lãi ròng (NPV)

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

substation

Trung tâm điều khiển

Sytems

Hệ thống tự động phân phối điện

data Acquition System

Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay, để phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước, vấn

đề đảm bảo chất lượng cung cấp điện có một vai trò hết sức quan trọng Việc ápdụng các thành tựu mới, nhất là công nghệ tự động hóa để nâng cao chất lượngquản lý, vận hành, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, phát huy hiệu quả kinh tế,tiết kiệm lao động là một yêu cầu rất bức thiết

Đối với hệ thống điện nước ta, vấn đề chất lượng điện năng không chỉ thểhiện ở các chỉ tiêu điện áp, tần số, suất sự cố mà còn có chỉ tiêu rất quan trọng làtổng số giờ mất điện bình quân của khách hàng trong một năm Việc nghiên cứu

áp dụng công nghệ tự động từ trước đến nay thường được quan tâm áp dụng chocác nhà máy điện công suất lớn và lưới điện truyền tải 220kV, 500kV… Tựđộng hóa lưới điện phân phối hiện nay sử dụng chủ yếu các rơ-le tự động đónglặp lại, tự động sa thải phụ tải theo tần số, tự động điều chỉnh điện áp Đề tài nàynhằm nghiên cứu ứng dụng giải pháp phân phối tự động bằng công nghệ DAS(Distribution Automation System) nhằm khắc phục tình trạng kéo dài thời gianmất điện trên diện rộng của khách hàng do cách xử lý sự cố kiểu thủ công DASgiúp cô lập nhanh và chính xác điểm sự cố để cấp lại điện cho các khu vực gópphần giảm thiểu thời gian và phạm vi mất điện của khách hàng, từng bướcnghiên cứu đưa vào chức năng tự động hóa cho từng phần tử, từng bộ phận rồi

mở rộng dần cho cả hệ thống

2 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ở hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển, vấn đề chất lượngđiện năng không chỉ thể hiện ở các chỉ tiêu điện áp, tần số, suất sự cố… mà cònmột chỉ tiêu rất quan trọng đó là tổng số giờ mất điện bình quân của khách hàngtrong 1 năm Đối với lưới điện phân phối trung áp hiện nay, khi có sự cố thì toàn

bộ phụ tải trên tuyến sự cố sẽ bị mất điện sau khi máy cắt đầu nguồn tự đóng lạikhông thành công Nhiều phụ tải ngoài vùng sự cố sẽ bị ngừng cung cấp điện

một cách không cần thiết Nếu trên tuyến có các Dao cách ly (DCL) phân đoạn,việc phân vùng sự cố sẽ được thực hiện thủ công làm kéo dài thời gian mất điệncủa khách hàng.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đồ án này đề cập đến vấn đề đưa ra một kết cấu lưới điện trung áp vớiviệc áp dụng thử nghiệm hệ thống phân phối điện tự động DAS (DistributionAutomation System) Hệ thống này được điều hành bằng hệ thống máy tính và

đã được Nhật Bản áp dụng từ 30 năm nay, ngày càng được cải tiến nâng caohiệu quả phân phối điện

Khi áp dụng hệ thống phân phối tự động DAS ta có thể nhận được các lợiích sau:

phòng phát ra khi giảm được thời gian mất điện Sử dụng máy cắt dập hồ quang

trường

+ Đối với hạ tầng cơ sở: Cung cấp chất lượng điện tốt, độ tin cậy cao cho

khách hàng Giảm thời gian và khu vực mất điện, nâng cao an toàn xã hội Ápdụng kỹ thuật hiện đại vào mạng lưới phân phối điện

+ Lợi ích kinh tế: Việc cấp điện liên tục làm cho các doanh nghiệp không

bị ngừng sản xuất do mất điện Ngành điện sẽ tăng doanh thu do không bị mấtsản lượng Chi phí sản xuất của ngành điện được tiết kiệm Do trang bị côngnghệ cao nên giảm được chi phí vận hành và chi phí quản lý

Các hiệu quả khác mà DAS mang lại:

- Tăng độ tin cậy cung cấp điện, đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao củakhách hàng

- Đối với ngành điện - ứng dụng được công nghệ tiên tiến vào công tác

- Việc áp dụng hệ thống DAS trong việc quản lý vận hành lưới trung thế

là giải pháp đầu tư hiện đại hóa ngành điện theo kịp trình độ quản lý của cácnước phát triển, phù hợp với chủ trương của Đảng xây dựng nhà nước Việt Namtrở thành một nước Công nghiệp hóa và hiện đại hóa

Do đó đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tự động hóa lưới điện

phân phối DAS (Distribution Automatic System) cho hệ thống cáp ngầm lộ 973E11.3 thành phố Thái Bình” là thiết thực.

4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Đồ án này sẽ tập trung nghiên cứu tính năng và những ưu việt của côngnghệ tự động phân phối DAS Đồng thời xem xét đến hiện trạng, phương hướngphát triển của lưới điện phân phối trong tương lai Từ đó tính đến khả năng ứngdụng công nghệ trên lưới phân phối cáp ngầm lộ 973E11.3 thành phố Thái Bìnhnói riêng và tỉnh Thái Bình nói chung nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điệnPhương pháp nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, kế thừa cácthành quả nghiên cứu trước đó

Nội dung đề tài: Ngoài phần mở đầu, kết luận thì đề tài gồm 4 chương.+ Chương 1: Giới thiệu hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối DAS

+ Chương 2: Giới thiệu hiện trạng lưới điện phân phối thành phố Thái

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI DAS1.1 Giới thiệu hệ thống tự động phân phối DAS

Hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS - Distribution Automatic

System) cung cấp chức năng điều khiển và giam sát từ xa các dao cách ly phân

đoạn tự động (sectinonalizer), phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lưới phânphối, nhờ đó thực hiện cô lập nhanh được phân đoạn sự cố và khôi phục việccung ứng điện cho phần còn lại của hệ thống bị sự cố

Xét về khía cạnh lịch sử, hệ thống tự động lưới phân phối lần đầu tiênđược phát triển bởi Nhật Bản vào thập niên 70, 80 của thế kỷ 20 Sau khi hệthống DAS đầu tiên được áp dụng thành công thì hầu hết các công ty điện lựccủa Nhật Bản nhân rộng và phát triển gần từ hơn 20 năm trở lại đây TrungQuốc, Đài Loan và Hàn Quốc cũng giới thiệu mô hình dựa trên kỹ thuật trên củaNhật Bản

Việc triển khai lắp đặt hệ thống DAS thường trải qua 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơ-le phát hiện sự cố

cho các đường dây trung thế Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm110kV Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bịtrên đường dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại Trung tâmđiều độ

+ Giai đoạn 2: Lắp bổ sung các thiết bị đầu cuối và đường thông tin đểtiếp nhận thông tin tại các vị trí lắp cầu dao tự động ở các đường dây trung thế.Tại trung tâm điều độ lắp các bộ nhận điều khiển từ xa, và hệ thống máy tính đểhiển thị lưới trung thế dưới dạng đơn giản Dựa trên các thông tin thu được từ

xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều độ sẽ điều khiển đóng cắt các cầu dao

tự động để cách ly phần bị sự cố trên máy tính

+ Giai đoạn 3: là giai đoạn nâng cấp các chức năng của giai đoạn 2 Tạitrung tâm điều độ lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh để quản lý vận hànhlưới phân phối trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tựđộng thao tác Việc thực hiện xong 3 giai đoạn trên thì lưới điện phân phối hoàn

Hình 1.1: Các giai đoạn triển khai hệ thống DAS

RTU : Tổ đầu cuối

TCM : Tổ hợp chủ giám sát từ xa

1.2 Các thiết bị theo từng giai đoạn đối với đường dây

1.2.1 Các thiết bị DAS - Giai đoạn 1:

Thiết bị của hệ thống DAS ở giai đoạn 1 bao gồm các cầu dao phụ tải tựđộng (PVS), rơle phát hiện sự cố (FDR) và máy biến áp cấp nguồn (SPS) lắp đặttrên cột ở các phân đoạn xuất tuyến phân phối và bộ chỉ thị sự cố vùng (FSI) lắpđặt tại trạm

FSI có thể phát hiện vùng sự cố bằng bộ đếm thời gian từ khi MC xuấttuyến tự đóng lại đến khi cắt lại lần thứ 2

Hình 1.2 : Các thiết bị của hệ thống DAS – Giai đoạn 1

- Cầu dao tự động PVS có các chức năng:

+ Đóng, cắt tự động nhờ hoạt động của cuộn điện từ, cầu dao đóng lại khi

có điện áp và mở ra khi không có điện áp

+ Các cần vận hành bằng tay cho phép thao tác tại chỗ

+ Sử dụng buồng dập hồ quang chân không nên không gây ô nhiễm vàđáp ứng yêu cầu đóng cắt tốt, nhiều lần

+ Các thông số chính cầu dao PVS được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Các thông số chính của cầu dao PVS

XL Bằng cách kết hợp các đặc tính này theo nhiều cách khác nhau, FDR có thểđược áp dụng linh hoạt đối với nhiều hệ thống phân phối điện khác nhau baogồm cả mạch hình tia và mạch vòng Ngoài ra, một cần gạt gắn phía dưới FDR

có thể chuyển đổi từ chế độ tự động sang bằng tay cho phép người vận hành cóthể điều khiển bằng tay tại chỗ

- Máy biến áp cấp nguồn (SPS):

+ Trong hệ thống phân phối hình tia, SPS chỉ được sử dụng phía nguồn cấpcủa PVS, tuy nhiên trong hệ thống mạch vòng SPS được lắp đặt ở cả hai phía củaPVS để việc điều khiển kích hoạt PVS có thể thực hiện từ hai phía phụ tải

+ Sơ đồ đấu nối của SPS được thể hiện trong hình 1.3 và hình 1.4 sau:

Hình 1.4: Sơ đồ đấu nối SPS trong mạch vòng

22 kV/110V(220V)

Hợp bộ PVS, FDR và SPS tạo một bộ dao cách ly phân đoạn tự động(Sectionalizer) có thể thực hiện chắc năng tự động tách phân đoạn đường dây bị

sự cố Dao cách ly phân đoạn tự động (DPĐTĐ) không có khả năng cắt dòng

ngắn mạch nhưng đóng được dòng điện ngắn mạch.

Với nguyên lý phối hợp theo thời gian của FDR, DPĐTĐ sẽ tự động mởtiếp điểm để cách ly phân đoạn sự cố trong lúc máy cắt đầu nguồn đang mở.DPĐTĐ giữ ở trạng thái đóng khi cuộn dây có điện được cấp từ bộ nguồn SPS

Nó giữ nguyên trạng thái đóng khi đường dây có điện và nó mở ra khi đườngdây bị mất điện

Điện áp được cung cấp đến cuộn dây của PVS khi SPS có điện và tiếpđiểm Y của FDR đóng

Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ được thể hiện ở hình 1.5.

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ

Bộ chỉ thị vùng sự cố FSI được phối hợp cùng với FDR máy cắt đầunguồn của trạm và Rơle tự động đóng lại để hiển thị vùng sự cố

Rơle tự đóng lại (REC) lại có thể đưa ra 3 lệnh đóng lặp lại với khoảngthời gian khác nhau Ngoài ra nó còn có khả năng đặt giải thời gian vượt quá

mức thời hạn

Bảng 1.4: Thời gian tự động đóng lại của REC

Các thiết bị đầu cuối (RTU) được lắp tại các vị trí có các cầu dao tự động

phục vụ thu thập tín hiệu trạng thái, giám sát và điều khiển từ xa các cầu dao này.

Thiết bị đặt tại trạm biến áp (TCR) có nhiệm vụ tập trung dữ liệu đolường, trạng thái của tất cả các xuất tuyến, các cầu dao tự động để gửi dữ liệu vềtrung tâm điều độ và nhận lệnh điều khiển từ trung tâm điều độ đưa đến các máycắt, cầu dao

Quá trình phát hiện và cách ly vùng sự cố trên lưới trung thế bằng cácthiết bị DAS được mô tả riêng cho đường dây trên không đối với hai loại mạchhình tia và mạch vòng

Sau thời gian X = 7s (thời gian đóng) dao phân đoạn B tự động đóng lại Điện được cung cấp đến đoạn b.

Sau thời gian 7s tiếp theo, tự động đóng dao phân đoạn D công suất đượccung cấp đến đoạn d

Nhưng sau 14s (2X) sau khi dao phân đoạn B được đóng,C được đóng

MC A bị cắt trở lại khi sự cố vẫn còn trên đoạn c các dao B, C, D, E do mấtnguồn nên đồng loạt mở Sau đó , dao phân đoạn C bị khóa ở trạng thái mở khi

bộ phận FDR của MC C đã phát hiện không có điện áp trong thời gian Y (5s).(Có thể xác định sự cố ở phân đoạn c khi lần MC A cắt lại lần thứ 2 xảy ra trongkhoảng thời gian từ 14s đến 21s sau khi MC A đóng lại lần đầu tiên)

MC A đóng lại (đóng lần 2) và lần lượt tự động đóng các dao C, D, E cấpđiện cho những đoạn không bị sự cố

X: Thời gian đóng của dao phân đoạn, được tính từ khi FDR có điện.Y: Thời gian phát hiện sự cố

FDR: Bị khóa ở trạng thái mở khi nguồn cung cấp bị mất trong khoảngthời gian Y

X>Y> (thời gian làm việc của rơle + thời gian MC)

Thời gian đóng lại lần 1 của MC A: 15s

Thời gian đóng lại lần 2 của MC A: 5s

Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động ở lưới hình tia

Trình tự hoạt động như sau:

+ Hệ thống đường dây trung thế mạch vòng được mô tả điển hình gồmđường trục được phân thành 6 vùng tại các điểm A,B,D,E,F.Trong đó A là vị trí

tủ máy cắt đường dây tại các trạm, các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tựđộng trên cột đường dây

+ Điểm E là điểm mở của mạch vòng Dao phân đoạn tại điểm E được càiđặt chức năng luôn mở khi có tín hiệu điện áp ở cả hai phía, chỉ đóng sau khimất tín hiệu điện áp một phía với thời gian trễ tính toán trước lớn hơn tổng thờigian trễ của các dao phân đoạn có trên mạch vòng

+ Khi sự cố xuất hiện trong đoạn C, MC A cắt Dao phân đoạn B, C, D

mở đồng thời do mất điện áp nguồn

+ MC A đóng lại lần đầu tiên sau thời gian đóng lại là 15s Điện đượccung cấp đến đoạn a khi FDR của dao phân đoạn B phát hiện có điện áp tạiđoạn a, FDR của dao B bắt đầu đếm thời gian đóng X.

+ Điện cung cấp đến đoạn b sau thời gian đóng X = 7s bởi đóng tự độngcủa dao B và bộ phận phát hiện thời gian sự cố (5s) khởi động đồng thời

Sau thời gian 7s, công suất được cung cấp đến đoạn c bởi đóng tự độngdao phân đoạn C với thời gian khởi động Y

+ MC A cắt lần 2 khi sự cố còn xuất hiện trong đoạn c Bộ phận kiểm trađiện áp của dao C đã phát hiện không có điện áp trong thời gian Y = 5s Daophân đoạn D cũng bị khóa ở trạng thái mở, bộ rơle của nó phát hiện điện áp sự

cố (= 50% điện áp định mức, = 150ms)

+ MC đóng trở lại cung cấp lần lượt cho các đoạn không bị sự cố

Dao phân đoạn E đóng lại sau thời gian XL = 45s và tự động cung cấpnguồn từ xuất tuyến khác cho đoạn d

Hình 1.7 : Nguyên lý hoạt động ở lưới mạch vòng

Việc phối hợp theo thời gian giữa máy cắt có trang bị TĐL và cácDPĐTĐ rất tin cậy, cô lập đúng vùng sự cố Sự cố càng gần nguồn thì cô lậpcàng nhanh Hệ thống dao cách ly phân đoạn làm việc theo tín hiệu điện áp Docách hoạt động như vậy sẽ đưa đến cách làm việc của máy MC đầu nguồn sẽnhẹ nhàng hơn, từ đó dẫn đến chi phí đầu tư MC giảm xuống Tuy nhiên bộphận dao cách ly phân đoạn tự động (cách điện chânkhông) làm việc đóng lạitrong trường hợp có điện áp tới khi vẫn còn ngắn mạch nên chịu dòng ngắnmạch lớn (phải dập hồ quang) dẫn đến chi phí cao cho dao cách ly phân đọan

Do làm việc theo điện áp, nên tránh được tác động sai lầm khi phụ tải (động cơ)hoạt động Sự hoạt động của máy cắt có trang bị TĐL và dao phân đoạn tự độngđộc lập nhau.

1.2.2 Các thiết bị DAS – Giai đoạn 2

Thành phần của hệ thống DAS lưới phân phối gian đoạn 2 được thể hiện

ở hình 1.8

Hình 1.8: Các thiết bị của hệ thống DAS – Giai đoạn 2

- Giai đoạn 2 gồm các thiết bị đã lắp trong giai đoạn 1 và tại trạm phân phốitrung tâm (Central Distribution station – CDS) còn lắp thêm các thiết bị sau:

- Tranducer – TRD dùng để nhận tín hiệu dòng và áp tại thông qua máybiến áp và biến điện áp

- Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ xa (Tele Control Receiver – TRC):dùng để thu thập thông số của trạm (như trạng thái máy cắt, kết quả đo dòngáp…) và thông số vận hành đường dây để gửi về trung tạo điều độ khu vực.

- Ngoài ra, tại trung tâm điều độ khu vực còn được trang bị thêm thiết bịchính điều khiển từ xa (TCM), thiết bị kết nối dữ liệu máy tính (CDL), bộ xử lýtrung tâm (CPU), máy in (PRN), màn hình thể hiện sơ đồ 1 sợi lưới điện,bànphím …

- Các chức năng chính sẽ thực hiện ở giai đoạn 2 như sau:

+ Điều khiển từ xa các cầu dao tự động

+ Giám sát cá trạng thái MBA, dòng điện các xuất tuyến, điện áp các xuấttuyến và hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ

+ Giám sát theo thời gian thực trạng thái các cầu dao tự động

+ Hiển thị sơ đồ 1 sợi lưới điện có chỉ thị màu trạng thái mang điện

+ Ghi lại các công tác bảo dưỡng thay đổi phương thức vận hành

1.2.3 Các thiết bị DAS – Giai đoạn 3

Ở giai đoạn 3, có thể thực hiện việc tự động hóa cấp cao hơn bằng cáchđưa vào một hệ thống máy tính có chức năng cao cấp và màn hình có sơ đồ lướiđiện thể hiện trạng thái vận hành của hệ thống Giai đoạn này, ta có thể dựa vàochức năng hiển thị trạng tái vận hành trên mặt bằng lưới phân phối

Nội dung chính của chức năng này là:

- Hiển thị lưới phân phối kèm bản đồ khu vực

- Hiển thị trên sơ đồ thông tin về sự cố

- Có chức năng phóng to, thu nhỏ

- Có chức năng cuộn màn hình

- Hiển thị các thông tin chi tiết về thiết bị trong môi trường Window

- Giám sát thông số theo thời gian thực và điều khiển online Chức năngđiều khiển thời gian thực của các cầu dao tự động có thể thực hiện trên màn hìnhmáy tính

Hình 1.9: Điều khiển thời gian thực và hiển thị trạng thái lưới phân

phối theo thời gian thực

Hệ thống DAS giai đoạn 3 gồm các nhóm thiết bị sau:

+ Nhóm thiết bị DAS đã lắp đặt ở giai đoạn 1

+ Nhóm thiết bị lắp đặt tại trạm phân phối trung tâm gồm máy cắt xuấttuyến FCB, thiết bị nhận tín hiệu từ xa TCR, rơle quá dòng…Tại mức này có thểgiám sát lưới điện phân phối theo thời gian thực các thông số trạng thái máy cắt,hoạt động của rơle, tín hiệu đo lường dòng điện áp Ngoài ra còn có thể điềukhiển đóng cắt máy cắt theo thời gian thực

+ Nhóm thiết bị có mức điều khiển cao nhất đặt ở trung tâm điều độ khuvực Thông qua màn hình máy tính và bộ thiết bị điều khiển từ xa TCM, toàn bộ

trạng thái vận hành lưới phân phối được hiển thị trên màn hình ở chế độ real –time, các máy cắt và cầu dao có thể được điều khiển trực tiếp trên màn hình.

Qua trình phục hồi tự động khi có mất điện trên luới phân phối được thểhiện ở hình 1.10 Khi sự cố xảy ra trên đường dây phân phối, máy tính tự độngthực hiện việc dò sự cố, dò phân đoạn có sự cố và phục hồi nguồn điện

Hình 1.10: Quy trình tự động phục hồi của lưới phân phối

1.3 Hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối dành cho cáp ngầm

1.3.1 Kết cấu của hệ thống

Kết cấu của hệ thống tự động hóa lưới phân phối gia đọan 2 dành cho cápngầm thể hiện ở hình 1.11 Tại mỗi vị trí cần điều khiển đóng cắt có một tổ hợpthiết bị đầu cuối điều khiển từ xa RTU được lắp đặt chung với tủ cầu dao liênlạc mạch vòng tự động (RMS), nối với thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ xa

(TRC) tại trạm phân phối trung tâm (CDS) bằng cáp thông tin Ngoài ra còn có

hệ thống máy tính được lắp tại trung tâm điều độ khu vực (ADC)

1.3.2 Phương pháp dò sự cố

Trường hợp sự cố xảy ra tại điểm A (hình 1.11)

- Khi sự cố xảy ra tại điểm A, rơle bảo vệ tại trạm phân phối chính dò sự

- Người trực tại trung tâm điều độ xác định phân đoạn bị sự cố dựa vàothông tin về dòng sự cố, sau đó đưa lệnh đi cắt đến RTU(1), RTU(2) tức làVS(1) và VS(2)

- Dựa vào lệnh của trung tâm điều độ, VS(3) và VS(4) được giải phóngtrong trạng thái không có điện áp và tắt đi

- FCB được đóng lại do lệnh cảu rơle đóng lặp lại

- Khi có lệnh từ trung tâm điều độ, RMS(3) hoạt động

- Khi phân đoạn có sự cố bị cách ly trong một thời gian ngắn nhờ điềukhiển từ xa thì việc phục hồi nguồn điện cho các phân đoạn không có sự cố cũngđược hoàn thành một cách đồng thời

Hình 1.11: DAS cho hệ thống cáp ngầm

Chú thích:

- RMS: Thiết bị đóng cắt mạch vòng

- VCB: Máy cắt chân không

- VS: Cầu dao chân không

1.4 So sánh các thiết bị, phương pháp tự động hóa lưới phân phối

1.4.1 So sánh các phương pháp tự động hóa lưới phân phối cáp ngầm (một vòng, nhiều vòng, dự phòng )

Hệ thống mạch vòng đơn có độ tin cậy thấp nhất, việc cấp điện trên toànlưới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ được sự cố Hệ thống nhiều mạch vòngcũng mất điện cho đến khi phần mất điện được xác định nhưng có thể ngay lậptức cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng Trong hệ thống dự phòng,mất điện xảy ra trong khoảng 1 đến 2 giây trong lúc đường dây cấp điện đangđược chuyển đổi

Về chi phí đầu tư, các hệ thống mạch vòng có chi phí rẻ hơn chi phí hệthống dự phòng.

Lưới điện phân phối nước ta đang từng bước chuyển dần về hệ thống cápngầm với cấp điện áp 22kV Hệ thống cáp ngầm 22kV được hiện nối vòng liênthông giữa các lộ với nhau Do đó, DAS sẽ chủ yếu được áp dụng trên mô hìnhnày

Hiện tại, các tủ RMU trong các trạm xây trong nhà của của Điện Lực Thái

sử dụng cầu dao chân không chiếm số lượng rất ít Cho nên, dù các thiết bị sửdụng tiếp điểm đóng cắt trong chân không có nhiều đặc tính kỹ thuật ưu việt hơn

phải cân nhắc nhiều về mặt kinh tế

b, So sánh các thiết bị đóng, cắt 24kV của đường dây phân phối trênkhông (ĐDK)

Các thiết bị đóng, cắt thường dùng trong lưới phân phối hiện nay là daocách ly (DS), cầu dao phụ tải (LBS), máy cắt tự đóng lại (Recloser) Kết quả sosánh 3 thiết bị trên với cầu dao tự động PVS được trình bày trong bảng 1.6

Bảng 1.6: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV của ĐDK

Bằng tay/Tự động

-Tách đường dây không tải

- Đóng đường dây không tải

-Cắt dòng tải

và cách ly đường dây -Đóng lại dòngtải của đường dây

-Cắt dòng ngắn mạch của đường dây -Đóng lại đường dây tự động

-Cắt dòng tải và cách

ly đường dây -Tự động đóng lại đường dây

Tự động phát hiện sự cố, cắt dòng ngắn mạch và đóng lại đường dây

Tự động đóng, cắt đường dây khi có sự

cố (phối hợp với máy cắt) Khoá

tự động khi

có phân đoạn

Không khí, SF6, dầu, chân không

SF6, dầu, chân không

SF6, chân không

Không thíchhợp cho lưới phân phối tự động

Không sử dụng được cho DAS vì

bị giới hạn số lần thao tác

và không đóng được vào dòng ngắn mạch

Sử dụng được với lưới hình tia, không thích hợp khi sử dụng

hệ thống mạch vòng

Thích hợp nhất cho DAS vì có thể hoạt động nhanh và chính xác theo tín hiệu DAS

c, So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV dành cho đường cáp ngầm

Các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm hiện đang dùng trên lưới

là dao cách ly DS, cầu dao phụ tải LBS, các thiết bị chuyển mạch vòng RMU và

Bảng 1.7: So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm

- Tách đường dây

- Tách dòng tải

và cách lý đường dây

- Cắt dòng tảiđường dây

- Cắt dòng tải đường dây

- Cắt dòng ngắn mạch

-Cách ly đường dây bằng tay

-Tự động đóng/

mở đường dây khi có sự cố hoặc thay đổi tải-Khoá tự động khi có phân đoạn

DS/LBS là giải pháp trước mắt

do giá rẻ nhưng không thích hợpcho hệ thống tự động phân phối

RMU thao tácbằng tay nên không thích hợp với DAS tuy nhiên có thể trang bị động cơ để có

RMS tự động thích hợp nhất cho DAS vì vận hành tự động và

có số lần đóng

1.4.3 So sánh các hệ thống thông tin để kết nối giữa TCR và RTU, giữa TCM

và TCR

Để kết nối giữa TCR và RTU có thể sử dụng hệ thống thông tin hữu tuyến

và hệ thống thông tin vô tuyến Hệ thống thông tin hữu tuyến được phân chiatiếp thành hệ thống cáp kim loại và hệ thống cáp quang

Mỗi hệ thống trên đều có ưu nhược điểm riêng Hệ thống vô tuyến dễ lắpđặt và vốn đầu tư thấp nhưng tín hiệu có nhiều khả năng bị nhiễu do điều kiệnthời tiết, các loại sóng vô tuyến khác hay các toà nhà cao tầng ở đô thị Ngượclại hệ thống hữu tuyến có chi phí đầu tư cao nhưng đảm bảo chắc chắn thực hiệnđược việc thông tin ngay cả trong các điều kiện xấu nhất

Trong đô thị nên áp dụng hệ thống thông tin hữu tuyến vì ở đây đườngdây phân phối ngắn Khu vực ngoại thành nên sử dụng hệ thống thông tin vôtuyến để giảm bớt chi phí đầu tư do đường dây phân phối ở lưới này rất dài

Bảng 1.8: So sánh hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến

Thông tin vô tuyến

Việc áp dụng IT cho hệ thống phân phối bị hạn chế

Cáp kim loại là lựa chọn tốt nhất cho hệ thống phânphối Việt Nam

Trong tương lai sẽ ứng dụngcho lưới phân phối đô thị

Không nên sử dụng do độ tin cậy không cao

Hệ thống thông tin hữu tuyến nên được áp dụng cho các trạm phân phốitrung tâm (CDS) và các trung tâm điều độ khu vực (ADC) vì lượng thông tintrao đổi lớn và độ tin cậy phải cao Cáp kim loại có thể đảm bảo các chức năngnày nhưng nên sử dụng cáp quang để thích hợp cho việc mở rộng công nghệthông tin trong tương lai gần (mạng viễn thông điện lực đang được triển khai).

Các phương pháp thông tin cáp quang được chia thành các hệ thốngFDDI, SDH, ATM

Bảng 1.9: So sánh tính năng các phương pháp thông tin cáp quang

FDDI: Giao diện số liệu phân phối quang

SDH: Phương thức truyền kỹ thuật số đồng bộ

ATM: Phương thức truyền không đồng bộ

Từ bảng so sánh trên, ta thấy nên sử dụng phương pháp ATM do tính linh hoạt thông tin

1.5 Phương hướng phát triển của DAS trong tương lai

Trong tương lai ta có thể phối hợp DAS với các hệ thống tự động hoákhác như SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - Hệ thống giámsát điều khiển và thu thập dữ liệu vận hành) hay EMS (Energy ManagementSystem - Hệ thống điều khiển các quá trình năng lượng)

Hệ thống SCADA cũng sử dụng các thiết bị đầu cuối RTU để gửi các dữliệu về dòng điện, điện áp, công suất, tần số, trạng thái máy cắt, … về trung tâm

các dữ liệu này để tiến hành phân tích, tính toán ra quyết định và gửi tín hiệuđiều khiển đến các đối tượng trong hệ thống Các thao tác này cũng có thể đượchiển thị trên máy tính Như vậy cấu trúc và chức năng của SCADA và DAS gầntương tự như nhau, do đó khả năng kết nối giữa chúng là rất dễ dàng Khi đượckết nối, chúng sẽ bổ trợ cho nhau, nâng cao các tính năng Chất lượng của hệthống điện sẽ được nâng cao.

Hệ thống điều khiển các quá trình năng lượng EMS bao gồm 2 nội dung:+ Giải tích lưới điện: Phân tích tính toán các thông số vận hành trong thờigian thực, xác định trào lưu công suất trong lưới, tổn thất điện áp, tổn thất côngsuất, tính toán dung lượng bù công suất phản kháng, tính toán dòng ngắn mạch,

…

+ Tối ưu hoá chế độ vận hành của hệ thống.DAS có thể biểu diễn lướiđiện và các thông số của lưới trên máy tính nên để tiến tới khả năng giải tíchlưới là hoàn toàn có thể

Sau khi tính toán được phương thức vận hành tối ưu của lưới khả năngđóng cắt mạch tự động của DAS sẽ giúp đóng, mở mạch theo tính toán.DAS sẽđược tận dụng tối đa khi sử dụng trong EMS