Nghiên cứu xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành trạm biến áp không người trực thuộc công ty truyền tải điện

- Theo quy hoạch phát triển lưới điện thông minh của EVN thì đến năm 2020 toàn bộ các Trạm biến áp chuyển từ chế độ vận hành có người trực sang chế độ vận hành không người trực và các tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ VĂN TOẢN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC THUỘC CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2

Chuyên ngành: K ỹ thuật điện

Mã s ố: 60.52.02.02

TÓM T ẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

N gười hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUY ỄN HỮU HIẾU

Phản biện 1:

GS TS Lê Kim Hùng Phản biện 2:

TS Lê Thị Tịnh Minh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

th ạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày

03 tháng 06 năm 2018

Có t hể tìm hiểu luận văn tại:

• Trung tâm H ọc liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

• Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

- Để đáp ứng nhu cầu năng lượng phục vụ phát triển kinh tế xã hội của Đất Nước trong thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 Việc ứng dụng khoa học công nghệ vào lĩnh vực Truyền tải điện là một nhu cầu cấp thiết và hướng đi đúng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm

sự cố lưới điện, nâng cao chất lượng điện năng, giảm chi phí trong vận hành, phục vụ nhu cầu phát triển của Đất Nước

- Theo quy hoạch phát triển lưới điện thông minh của EVN thì đến năm 2020 toàn bộ các Trạm biến áp chuyển từ chế độ vận hành

có người trực sang chế độ vận hành không người trực và các trung tâm điều khiển xa Việc kiểm tra giám sát thiết bị trong chế độ vận hành bình thường và giám sát thiết bị trong chế chế độ thao tác cần phải áp dụng công nghệ giám sát thay thế con người trực vận hành tại chỗ

- Hiện nay, việc thu thập thông tin vận hành tại các Trạm biến

áp không người trực và trung tâm điều khiển xa được thực hiện thông qua hệ thống SCADA, hệ thống thu thập công tơ điện tử theo thời gian thực (MDMS) và camera quan sát an ninh Tuy nhiên vẫn còn một số

dữ liệu cần phải do con người thực hiện như: Giám sát tình trạng phát nhiệt tại các kẹp cực thiết bị, tại các biến điện áp, biến dòng điện, sứ MBA, ; Giám sát thao tác thiết bị

- Với lý do nêu trên đề tài đề xuất giải pháp xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực và Trung tâm vận hành

Áp dụng các công nghệ mới và giải pháp tự động hóa để nâng cao khả năng giám sát và điều khiển lưới điện truyền tải, giảm số lượng nhân viên vận hành tại các Trạm biến áp 220kV, 500kV; giảm thời gian thao tác, mất điện; hạn chế sai sót, sự cố chủ quan; nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí vận hành; nâng cao độ tin cậy cung cấp

điện và đảm bảo vận hành an toàn lưới điện truyền tải

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình trạm biến áp không người trực và trung tâm vận hành

- Hệ thống thông tin, tín hiệu giám sát điều khiển thiết bị

- Quá trình phát nhiệt của mối nối tiếp xúc các kẹp cực thiết bị,

TU, TI tại các Trạm biến áp

3.2 Phạm vi nghiên cứu: Trạm biến áp không người trực và

trung tâm vận hành lưới Công ty Truyền tải điện 2

4 N ội dung luận văn

- Mô hình áp dụng vào thực tế vận hành

5 Tên Đề tài: Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề

tài được đặt tên như sau:

“Nghiên cứu xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận

VI B ố cục luận văn: Nội dung luận văn được biên chế thành các chương, mục như sau:

C hương 2: Mô hình triển khai trạm không người trực tại công

ty Truyền tải điện 2

C hương 3: Thiết kế, xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành trạm biến áp không người trực

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC

1.1 Giới Thiệu

Thực hiện chủ trương của EVN về việc nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện, hiện nay một số trạm biến áp quan trọng trên lưới

đã được trang bị các hệ thống điều khiển bảo vệ tích hợp bằng máy tính,

và bước tiếp theo là sẽ xây dựng các trung tâm điều khiển để có thể quản

lý các trạm biến áp nhằm quản lý và vận hành theo nhóm và không cần nhân viên vận hành tại từng trạm

Xây dựng trung tâm điều khiển và trạm biến áp không người trực thuộc lĩnh vực lưới điện thông minh, được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề hiện nay là số lượng các trạm biến áp ngày càng tăng cao, cần thiết phải nâng cao năng lực vận hành bằng các hệ thống máy tính tích hợp, nâng cao năng lực của vận hành viên về chuyên môn, nghiệp vụ, thao tác xử lý trên máy tính, giảm chi phí vận hành Các trạm biến áp cần được tập trung vào một hoặc nhiều trung tâm để dễ dàng theo dõi, quản lý vận hành, điều độ công suất trong lưới điện truyền tải, phân phối và giảm các lỗi thao tác do vận hành gây ra

Một trong những ưu điểm của trạm biến áp (TBA) không người trực là tăng cường khả năng truyền tải và độ an toàn, tin cậy cho hệ thống điện quốc gia

1.1.1 Vai trò của trạm không người trực

Trạm biến áp không người trực đóng vai trò là các điểm kết nối

cơ sở đến các trung tâm điều khiển Các trạm biến áp không người trực

và các trung tâm điều khiển xa hình thành một hệ thống vận hành hệ thống điện tập trung và thống nhất

1.1.2 Thuận lợi và khó khăn

Để triển khai dự án trạm biến áp KNT ở Việt Nam có nhiều thách thức Theo EVN, hệ thống lưới điện cao áp và siêu cao áp của

nước ta trải trên diện rộng, các trạm biến áp cách xa nhau là yếu tố không thuận lợi, ảnh hưởng tới khả năng phản ứng nhanh của các đội vận hành (thao tác) khi áp dụng trạm KNT

1.1.3 Những lợi thế hiện có

Các trạm biến áp trên lưới điện truyền tải các cấp điện áp 110kV, 220kV và 500kV ở nước ta hiện nay được trang bị hệ thống tự động hóa

1.1.4 Những lợi ích mang lại

Khi các trạm không người trực và trung tâm điều khiển được đưa vào vận hành sẽ mang lại những lợi ích, bao gồm:

- Giảm nhân sự, giảm chi phí vận hành (OPEX) và chi phí đầu

tư (CAPEX) trong dài hạn thông qua nâng cao hiệu quả trong công tác lập kế hoạch vận hành, sửa chữa, nâng cấp và đầu tư từ ngắn hạn đến dài hạn

- Nâng cao chất lượng điện năng

- Giảm thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ theo qui định đối với hoạt động điện lực

- Giảm tổn thất điện năng thông qua khả năng tối ưu vận hành lưới điện thông qua các tính toán với dữ liệu thời gian thực

- Bảo trì tốt hơn, vận hành tối ưu, hạn chế tai nạn lao động

- Quản lý thông tin tốt hơn

1.2 Mô hình xây dựng trung tâm điều khiển và trạm biến áp không người trực của tổng công ty truyền tải điện quốc gia: 1.2.1 V ị trí thực hiện điều khiển từ xa các thiết bị của TBA 220kV

Việc đóng, cắt MC, DCL tăng giảm nấc máy biến áp cấp điện

áp 220kV, 110kV và đóng cắt máy cắt tổng trung áp được điều khiển

từ xa do điều độ viên trực tại các Trung tâm điều độ miền thực hiện thông qua hệ thống SCADA Việc đóng, cắt các máy cắt xuất tuyến

trung áp tại các TBA 220kV được điều khiển từ xa do điều độ viên

trực tại Điều độ phân phối thực hiện thông qua hệ thống SCADA phân

phối hoặc TTĐK

220kV

Lệnh điều độ Thao tác điều khiển xa thiết bị từ TTĐĐ

Hình 1.1 Mô hình tổ chức giám sát, điều khiển xa các TBA

220kV từ các Trung tâm điều độ Miền và Điều độ phân phối

Đối với việc thao tác các thiết bị trên trong TBA và trên lưới

điện, tổ chức thực hiện như sau:

a Điều độ viên trực tại các Trung tâm Điều độ miền và Điều

độ phân phối

b Tr ực ban của các công ty Truyền tải điện

c T ổ thao tác lưu động

1.2.3 K ết nối tín hiệu, trao đổi thông tin giữa các đơn vị

Trong mục này trình bày về mô hình kết nối tín hiệu SCADA,

giám sát và thông tin liên lạc giữa các bộ phận liên quan đến điều khiển

từ xa, vận hành TBA không người trực

a Sơ đồ kết nối tín hiệu SCADA và tín hiệu giám sát TBA

• Sơ đồ kết nối tín hiệu SCADA

• Sơ đồ kết nối tín hiệu giám sát TBA

b Sơ đồ kết nối kênh thông tin liên lạc

Kết nối thông tin liên lạc

1.3 Kết luận

Trong chương này trình bày vai trò của TBA KNT trong

h ệ thống điện, đồng thời trình bày mô hình xây dựng Trạm biến

áp không người trực cấp điện áp 220kV đang được áp dụng thực

hiện trong Tổng công ty Truyền tải điện Quốc Gia

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH TRIỂN KHAI TRẠM KHÔNG NGƯỜI TRỰC

TẠI CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2

• Dung lượng kháng điện: 598 MVAr; dung lượng tụ bù: 1236,7MVAr, trong đó tụ bù ngang có dung lượng 20,745 MVAr

2.1.2 Đánh giá mô hình quản lý vận hành hiện tại:

Phân cấp hệ thống điều độ: Với hiện trạng và nhu cầu phát triển lưới điện và nguồn điện ngày càng liên tục lớn mạnh, hệ thống điều

độ quốc gia được phân cấp cụ thể như sau:

Cấp 1: Trung tâm điều độ quốc gia (A0), có trách nhiệm điều khiển các Nhà máy điện và hệ thống 500kV

Cấp 2: Gồm 3 Trung tâm điều độ miền Bắc, Trung, Nam (A1, A2, A3)

Cấp 3: Gồm các Trung tâm điều độ lưới điện phân phối Hiện trạng vận hành tại các trạm biến áp:

- Hiện nay, đối với mỗi trạm biến áp do PTC2 quản lý, các thiết

bị có thể được thực hiện từ 4 mức:

+ Mức 1: Từ Trung tâm điều độ HTĐ miền Trung hoặc Quốc gia

+ Mức 2: Từ hệ thống điều khiển máy tính trung tâm được đặt trong phòng điều khiển của trạm

+ Mức 3: Từ tủ điều khiển, bảo vệ đặt trong các nhà điều khiển bảo vệ

NGƯỜI TRỰC

Bảng 2.3 Danh mục các TTVH và các TBA KNT theo bảng tổng hợp

18 10 Trạm 220kV Kon Tum Trạm 220kV Kon Tum 2018

2.2.2 Nội dung thực hiện:

Xây dựng Trung tâm vận hành - TTVH (tổ thao tác lưu động)

và các Trạm biến áp không người trực - TBAKNT như sau:

• Các Tổ thao tác lưu động:

THIẾT BỊ TBA KNT

2.4 THỐNG KÊ, PHÂN TÍCH SỰ CỐ TẠI CÁC TBA TRONG

Hình 2.2 Bi ểu đồ thống kê sự cố trạm biến áp 500kV và trạm biến áp 220kV

- Sự cố trạm biến áp do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra trong

đó chủ yếu là do hư hỏng thiết bị nhất thứ, thiết bị nhị thứ, thao tác và nguyên nhân khác Nguyên nhân sự cố do nhị thứ chiếm tỷ lệ lớn nhất khoảng trên 58,7% tổng số vụ sự cố, cao nhất vào năm 2008 là 9 vụ, nguyên nhân sự cố do thiết bị nhất thứ đứng thứ hai, chiếm khoảng 17,39% tổng số vụ sự cố Sự cố do thao tác chiếm tỷ lệ khoảng trên 8,7%

B ảng 2.5 Thống kê nguyên nhân sự cố giai đoạn 2008÷2017

Do thiết bị nhị thứ Do thao tác

Nguyên nhân khác

Hình 2.3 Biểu đồ thống kê nguyên nhân sự cố

- Thống kê chi tiết nguyên nhân sự cố trạm biến áp;

Bảng 2.6 Chi tiết nguyên nhân sự cố trạm biến áp giai đoạn

Nguyên nhân sự cố Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010 Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013 Năm 2014 Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017

Trong chương này trình bày nội dung triển khai Trạm biến

áp không người trực tại Công ty Truyền tải điện 2:

- Đánh giá mô hình vận hành hiện tại so với mô hình Trạm biến áp không người trực – TTVH: Công tác điều khiển giám sát thiết bị tại các Trạm biến áp 220kV sau khi chuyển thành TBA KNT và TTVH do điều độ viên trực tại các Trung tâm điều độ thực hiện do đó công tác thao tác cô lập và khôi phục thiết bị tại các Trạm biến áp được thực hiện nhanh hơn, các tín hiệu điều khiển được cải tạo bổ sung nâng cao độ tin cậy phục vụ vận hành

- Sau khi tổng hợp sự cố tại các Trạm biến áp trong công

ty Truyền tải điện 2 trong 10 năm từ 2008 đến 2017; phân tích đánh giá nguyên nhân sự cố nhận thấy trong công tác quản lý vận hành tại các Trạm biến áp việc thao tác nhầm vẫn thường xuyên xảy ra, gây sự cố diện rộng, gây mất an toàn cho con người Vì vậy, đề xuất nghiên cứu giải pháp hỗ trợ giám sát vận hành, thao tác thiết bị khi đưa vào vận hành các TBA KNT, TTVH, TTĐK xa.

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ GIÁM SÁT VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC

- Với lý do nêu trên, tác giả đã nghiên cứu giải pháp, thiết kế xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực, gồm 02 nội dung: Nội dung 1: Hỗ trợ giám sát trực tuyến nhiệt độ thiết bị trong vận hành; Nội dung 2: hỗ trợ giám sát trạng thái vận hành, thao tác thiết bị từ xa (đặc biệt trạng thái đóng/mở hoàn toàn của DCL, DTĐ) Nhằm mục đích:

3.1.1 Giám sát trực tuyến nhiệt độ thiết bị trong vận hành

Việc xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát nhiệt độ thiết bị vận hành online trong điều kiện vận hành bình thường, điều kiện vận hành quá tải hoặc hoặc trong điều kiện phương thức vận hành bất lợi so với phương thức cơ bản nhằm phát hiện các hiện tượng bất thường của thiết bị một cách kịp thời, chính xác, trực quan từ xa tại các TTVH và TTĐK

3.1.2 Giám sát trạng thái vận hành, thao tác thiết bị từ xa

Nhằm giám sát trạng thái của các thiết bị tại các trạm biến áp 220kV không người trực từ TTVH hoặc TTĐK một cách trực quan, tự động, thường xuyên và liên tục; giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm của nhân viên vận hành khi DCL, DTĐ đóng mở không hoàn toàn, nâng

cao mức độ an toàn cho người vận hành; đáp ứng các yêu cầu của thị trường điện và lưới điện thông minh (Smart Grid)

GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ

GIÁM SÁT THIẾT BỊ

HỆ THỐNG CAMERA GIÁM SÁT VẬN HÀNH

CHƯƠNG TRÌNH XỬ

LÝ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ

CHƯƠNG TRÌNH XỬ

LÝ GIÁM SÁT VẬN HÀNH

LƯU TRỮ HÌNH ẢNH VÀ ĐƯA RA TÍN HIỆU CẢNH BÁO VẬN HÀNH

HỖ TRỢ GIÁM SÁT THAO TÁC TỪ XA VÀ BỔ SUNG LOGIC ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống giám sát vận hành

TRUNG TÂM VẬN HÀNH VÀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƯỜI TRỰC

- Trang bị hệ thống camera giám sát cho các TBA KNT và TTVH

3.3.2 Giải pháp thực hiện

3.3.3 Yêu cầu kỹ thuật của các thiết bị chính

NHIỆT ĐỘ THIẾT BỊ TRONG VẬN HÀNH:

3.4.1 Yêu cầu trong vận hành:

- Trong điều kiện vận hành bình thường (<90% tải định mức): Tất cả các mối nối, điểm tiếp xúc trong TBA đều phải đo định kỳ nhiệt độ mối nối

- Trong trường hợp vận hành đầy tải và quá tải(≥95% tải định mức): khi TBA vận hành với phương thức tải cao phải tăng tần suất đo nhiệt độ tại các điểm tiếp xúc, mối nối( đầu cốt, kẹp cực, mối nối ) trên các ngăn lộ xuất tuyến của TBA có tải tăng cao

- Khi độ chênh lệch giữa nhiệt độ mối nối với nhiệt độ dây dẫn≥ 15oC hoặc nhiệt độ điểm tiếp xúc ≥ 60 oC thì phải kiểm tra nhiệt độ mối nối, điểm tiếp xúc với tần suất tăng gấp đôi so

với tần suất định kỳ và lập kế hoạch, tổ chức xử lý trong vòng 01 tháng

- Khi độ chênh lệch giữa nhiệt độ mối nối với nhiệt độ dây dẫn≥

30 oC hoặc nhiệt độ mối nối, điểm tiếp xúc≥ 90 oC thì phải kiểm tra nhiệt độ mối nối, điểm tiếp xúc với tần suất 01 lần/ngày và xử lý trong vòng 02 ngày

- Đối với mối nối tại đầu cực thiết bị khí SF6(MC,TU,TI ) khi nhiệt độ mối nối ≥ 70 oC thì phải kiểm tra nhiệt độ mối nối với tần suất

01 lần/ngày và xử lý trong vòng 02 ngày

- Khi độ chênh lệch giữa nhiệt độ mối nối với nhiệt độ dây dẫn≥

75 oC hoặc nhiệt độ mối nối, điểm tiếp xúc ≥ 120 oC thì phải xử lý ngay

hành từ camera hồng ngoại

a Lựa chọn công nghệ

Lựa chọn camera hồng ngoại để lắp đặt tại các TBA KNT để giám sát tình trạng thiết bị đang vận hành đáp ứng yêu cầu giám sát nhiệt độ thiết bị vận hành online

b Lựa chọn phần mềm lập trình điều khiển, thu thập và xử lý

dữ liệu

Chọn phần mềm Labview để lập trình điều khiển, thu thập và

xử lý dữ liệu

c Sơ đồ thuật toán tổng quát

THIẾT BỊ TỪ HỆ THỐNG CAMERA

lý dữ liệu

3.5.2 Sơ đồ thuật toán tổng quát

3.5.3 Thiết kế bổ sung logic điều khiển đóng cắt thiết bị

Hình 3.4 B ổ sung liên động thao tác thiết bị từ hệ thống camera

3.6 Kết luận

Tác giả đã nghiên cứu giải pháp, thiết kế xây dựng chương trình hỗ trợ giám sát vận hành Trạm biến áp không người trực, gồm 02 nội dung: Nội dung 1: Hỗ trợ giám sát trực tuyến nhiệt

độ thiết bị trong vận hành; Nội dung 2: hỗ trợ giám sát trạng thái vận hành, thao tác thiết bị từ xa (đặc biệt trạng thái đóng/mở hoàn toàn của DCL, DTĐ)