nGHIêN cứu giải pháp tRUY xuất và cài đặt từ xa các rơLE bảo vệ trạm biến áp 110kv sử dụNG eTHERNET switch lAYER 3

Để đáp ứng tối ưu hóa trong việc quản lý vận hành và nâng cao độ tin cậy lưới điện, hiện nay ngành điện đã đầu tư hệ thống SCADA để quản lý và điều khiển xa các trạm biến áp 110kV, tiến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRIỆU NGỌC TRINH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUY XUẤT VÀ CÀI ĐẶT

TỪ XA CÁC RƠLE BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110kV

SỬ DỤNG ETHERNET SWITCH LAYER 3

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUY XUẤT VÀ CÀI ĐẶT TỪ XA CÁC RƠLE BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110kV SỬ DỤNG ETHERNET SWITCH LAYER 3

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu hiện trạng vận hành và đánh giá hệ thống rơle bảo vệ sử dụng trên lưới EVN SPC

- Nghiên cứu hiện trạng vận hành của hệ thống SCADA trong EVN SPC

- Xây dựng giải pháp truy xuất và cài đặt rơle từ xa

- Triển khai mô phỏng giải pháp đã đề ra

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/8/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH QUANG MINH

Trong quá trình hoàn thành đề tài luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa Điện, sự giúp đỡ của bạn

bè cũng như sự động viên, khích lệ tinh thần từ gia đình

Tôi xin gửi đến gia đình tôi tình thương yêu, lời cảm ơn cho tất cả những gì

mà gia đình đã làm cho tôi

Xin kính gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến TS Huỳnh Quang Minh, người đã hướng dẫn, mở đường cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn Xin cảm ơn tất cả các thầy cô đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức vô giá

để tôi có thể có kết quả này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè tôi, các bạn cùng lớp cũng như các bạn cùng làm luận văn với thầy Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên tinh thần tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

Học viên thực hiện

Triệu Ngọc Trinh

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống kinh tế ngày một nâng cao, dẫn đến nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ các tiện nghi tăng theo tương ứng Ngoài ra, việc đảm bảo cung cấp điện liên tục, chất lượng cao và hiệu quả cho khách hàng cũng

là nhiệm vụ chính mà ngành điện đã và đang nỗ lực thưc hiện Hòa vào xu thế chung này, ngành điện phải tự làm mới và nâng cấp chính mình, từng bước hiện đại hóa, tự động hóa, nhằm nâng cao khả năng quản lý và vận hành lưới điện để

đạt được mục tiêu “cung cấp điện an toàn, liên tục, tin cậy, chất lượng và hiệu quả” đã đề ra

Để đáp ứng tối ưu hóa trong việc quản lý vận hành và nâng cao độ tin cậy lưới điện, hiện nay ngành điện đã đầu tư hệ thống SCADA để quản lý và điều khiển xa các trạm biến áp 110kV, tiến tới thực hiện mô hình trạm biến áp không người trực Thực hiện chủ trương của Chính phủ về việc phát triển lưới điện thông minh, đến năm 2020 phải chuyển 100% các trạm biến áp 110kV thành trạm không người trực Khi chuyển sang trạm biến áp 110kV không người trực thì tại mỗi Trung tâm điều khiển xa phải đảm nhiệm quản lý và điều khiển xa tất cả các thiết bị trong các trạm biến áp 110kV

Với mục đích để tránh gây khó khăn, chậm trễ cho công tác truy xuất dữ liệu, phân tích khi có sự cố xảy ra và nhanh chóng khôi phục lại lưới điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì việc nghiên cứu thực hiện kết nối các rơle trong trạm biến

áp 110kV không người trực để truy xuất và cài đặt từ xa là cấp bách để triển khai ngay

Với các phân tích trên, cho thấy rằng đề tài “Nghiên cứu giải pháp truy xuất rơle và cài đặt từ xa các rơle bảo vệ trạm biến áp 110Kv sử dụng ethernet switch layer 3” là thật sự cần thiết Nghiên cứu này được áp dụng trong Tổng công ty

Điện lực miền Nam trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Society has increasingly developed and economic life has been improved, leading to an increasing demand for energy consumption In addition, ensuring continuous, high-quality and effective electricity supply to customers is the main task that the electricity sector has been making efforts to implement According to this general trend, the electricity sector has to be renovated, upgraded, modernized and automated so as to improve the management and operation of the electric grid

to achieve the goal of “The power supply with the safety, continuousness, reliability, high-quality and efficiency”

In order to optimize operation management and improve the reliability of the electric grid, the electricity sector has invested in SCADA system for management and remote control of 110kV substations, to achieve the target of unmanned substations To carry out the Government policy on the development of a smart electric grid, 100% of 110kV substations must be transformed into unmanned substations by 2020 When 110kV substations are transformed into 110kV unmanned ones, each remote control center must manage and control all equipments at 110kV unmanned substations

For the purpose of avoiding difficulties and delays in data access, incident analysis, rapid restoration of the electric grid as well as improvement in the reliability of electricity supply, it is urgent to research connection of relays at 110kV unmanned substations for remote access and installation

With the above analysis, it is shown that the title of “Research of solution to relay access and remote installation of relays to protect 110kV substations using ethernet switch layer 3” is essential This research is applied to the Southern

Power Corporation under Electricity of Vietnam (EVN)

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc Sĩ “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRUY

XUẤT VÀ CÀI ĐẶT TỪ XA CÁC RƠLE BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110kV

SỬ DỤNG ETHERNET SWITCH LAYER 3” là công trình nghiên cứu của

riêng tôi Các số liệu và tài liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công

bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào Tất cả những tham khảo và kế thừa

đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ

Học viên thực hiện

Triệu Ngọc Trinh

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu 1

Chương 2: HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG EVN SPC 3

2.1 Hiện trạng vận hành hệ thống rơle bảo vệ tại các trạm biến áp 110kV trực thuộc EVN SPC 3

2.2 Khảo sát các chủng loại rơle bảo vệ sử dụng trong EVN SPC 3

2.2.1 Rơle bảo vệ của hãng ABB: 4

2.2.2 Rơle bảo vệ của hãng ALSTOM (thế hệ cũ): 7

2.2.3 Rơle bảo vệ của hãng ALSTOM, AREVA, Schneider, GE (thế hệ MiCOM): 8

2.2.4 Rơle bảo vệ của hãng SIEMENS: 9

2.2.5 Rơle bảo vệ của hãng SEL: 11

2.2.6 Rơle bảo vệ của hãng TOSHIBA: 12

Chương 3: HỆ THỐNG SCADA CỦA EVN SPC 14

3.1 Mô hình tổ chức quản lý SCADA của EVN SPC 14

3.2 Mô hình kết nối hệ thống SCADA điều khiển các trạm 110kV của EVN SPC ……….18

3.3 Đánh giá hiện trạng hệ thống đường truyền hiện nay 24

Chương 4: GIẢI PHÁP KẾT NỐI 25

4.1 Các giao thức truyền thông 25

4.2 Mô hình OSI 28

4.2.1 Giới thiệu 28

4.2.2 Hiệu quả giữa mô hình kết nối mạng lớp 2 và mô hình kết nối mạng lớp 3 ……… 31

4.3 Lựa chọn mô hình kết nối từ các trạm đến Trung tâm điều khiển xa 31

5.2 Phương án sử dụng switch công nghiệp và router công nghiệp 33

5.2.1 Yêu cầu kỹ thuật 33

5.2.2 Nhiệm vụ và tính năng của từng thiết bị 34

5.2.3 Danh mục thiết bị 35

5.2.4 Địa chỉ IP đặt trên từng thiết bị phục vụ cho truy xuất xa 35

5.2.5 Sơ đồ kết nối 36

5.2.6 Diễn giải nguyên lý hoạt động 37

5.3 Phương án sử dụng ethernet switch layer 3 38

5.3.1 Yêu cầu kỹ thuật 38

5.3.2 Nhiệm vụ và tính năng của từng thiết bị 39

5.3.3 Danh mục thiết bị 39

5.3.4 Địa chỉ IP đặt trên từng thiết bị phục vụ cho truy xuất xa 40

5.3.5 Sơ đồ kết nối 41

5.3.6 Diễn giải nguyên lý hoạt động 42

5.4 Giải pháp kết nối các rơle không hỗ trợ cổng giao tiếp RJ45 43

5.4.1 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị chuyển đổi converter USB Server: 43

5.4.2 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị chuyển đổi converter Serial Server: 43

5.5 So sánh và lựa chọn phương án 44

Chương 6: CÁC GIẢI PHÁP BẢO MẬT 45

6.1 Đối với các Ethernet Switch: 45

6.2 Đối với máy tính truy xuất rơle: 49

6.3 Đối với rơle bảo vệ: 49

Chương 7: XÂY DỰNG MÔ PHỎNG 50

7.1 Thử nghiệm thực tế 50

7.2 Mô phỏng 50

7.3 Kết luận 60

Bảng 1: Thống kê số lượng rơle bảo vệ sử dụng trong EVN SPC 3 Bảng 2: Kế hoạch đưa vào vận hành TBA không người trực của EVN SPC 15 Bảng 3: Đặc điểm các lớp trong mô hình OSI 30 Bảng 4: Danh mục thiết bị tại TTĐKX phương án sử dụng switch công nghiệp 35 Bảng 5: Danh mục thiết bị tại TBA phương án sử dụng switch công nghiệp 35 Bảng 6: Danh mục thiết bị tại TTĐKX phương án sử dụng ethernet switch layer 3

39

Bảng 7: Danh mục thiết bị tại TBA phương án sử dụng ethernet switch layer 3 40 Bảng 8: So sánh 2 phương án truy xuất rơle từ xa 44

Hình 1: Rơle bảo vệ quá dòng SPAJ 140C 5

Hình 2: Rơle bảo vệ REF 543 6

Hình 3: Rơle bảo vệ thế hệ mới của ABB 7

Hình 4: Rơle bảo vệ so lệch tổng trở cao KCGG 140 8

Hình 5: Rơle bảo vệ so lệch đường dây MiCOM P543 9

Hình 6: Rơle bảo vệ quá dòng SIEMENS 7SJ80 10

Hình 7: Rơle bảo vệ so lệch đường dây SEL-311L 11

Hình 8: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp TOSHIBA GRT100 12

Hình 9: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp TOSHIBA GRT200 13

Hình 10: Sơ đồ mô hình TTĐK lưới điện 110kV và lưới điện trung áp hiện nay16 Hình 11: Sơ đồ định hướng thực hiện điều khiển qua SCADA các trạm 110kV và lưới điện trung áp 17

Hình 12: Sơ đồ tổ chức Chi nhán Điện cao thế tỉnh/ thành phố trực thuộc Công ty Lưới điện cao thế miền Nam sau khi thành lập Tổ thao tác lưu động 17

Hình 13: Mô tả kết nối nối giữa các phần tử SCADA trong hệ thống SCADA của EVN SPC 19

Hình 14: Sơ đồ mạng truyền dẫn SDH 21

Hình 15: Sơ đồ kết nối mạng truyền dẫn SDH và IP 22

Hình 16: Sơ đồ mạng viễn thông tại Trung tâm SCADA chính (MCC) 22

Hình 17: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông tại Trung tâm SCADA dự phòng (BCC) 23

Hình 18: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông tại các tỉnh 23

Hình 19: Mô hình OSI/ISO 25

Hình 20: Sơ đồ kết nối hệ thống SCADA của EVN SPC cùng với các giao thức truyền thông 27

Hình 21: Mô hình OSI với lớp 1, 2, 3 là lớp phương tiện, lớp 4, 5, 6, 7 là lớp chủ 29

Hình 22: Sơ đồ kết nối tổng thể phương án sử dụng switch công nghiệp tại Tây Ninh 36

Hình 23: Sơ đồ kết nối thiết bị phương án sử dụng switch công nghiệp tại Tây Ninh 37

layer 3 41

Hình 25: Sơ đồ kết nối chi tiết từ 1 trạm trực tiếp về TTĐKX 41

Hình 26: Sơ đồ kết nối chi tiết từ trạm về TTĐKX thông qua 1 trạm trung gian 42 Hình 27: Sử dụng USB Hub và converter USB→RJ45 để kết nối các rơle không hỗ trợ cổng RJ45 vào ethernet switch hoặc ethernet switch layer 3 43

Hình 28: Tính năng DHCP trong switch layer 3 để cấp IP duy nhất cho TTĐKX 45

Hình 29: Tính năng Port Security có thể ngăn chặn truy cập bằng địa chỉ MAC 46

Hình 30: Kết nối trực tiếp từ máy tính đến switch bằng cổng console 47

Hình 31: Giao diện phần mềm Putty Configuration để truy cập vào thiết bị bằng SSH 48

Hình 32: Sơ đồ đơn tuyến trạm biến áp 110kV Long Hiệp 54

Hình 33: Một số rơle bảo vệ tại trạm biến áp 110kV Long Hiệp 55

Hình 34: Sơ đồ thử nghiệm kết nối rơle để truy xuất từ xa 56

Hình 35: Cấu hình Ethernet Switch layer 3 tại trạm 110kV Long Hiệp 56

Hình 36: Cấu hình ES Layer 3 57

Hình 37: Kết quả truy xuất từ phần mềm Toshiba 58

Hình 38: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 58

Hình 39: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 59

Hình 40: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 59

Hình 41: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 59

Hình 42: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 60

Hình 43: Dữ liệu truy xuất trực tiếp tại rơle 60

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề

Để đáp ứng nhu cầu phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện tại khu vực miền Nam nói riêng và cả nước nói chung hàng năm được đầu tư xây dựng thêm các trạm biến áp và đường dây 110kV Hiện nay, trên khu vực quản lý của Tổng Công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) đang quản lý số lượng lớn trạm biến áp 110kV Trong quá trình vận hành, đơn vị quản lý phải luôn theo sát các thiết bị, báo cáo, phân tích nhanh khi xảy ra sự cố trên lưới điện để tìm nguyên nhân xử

lý và khôi phục lại hệ thống Tuy nhiên, phạm vi địa lý rộng lớn, trải dài 21 tỉnh thành, số lượng và chủng loại rơle bảo vệ đang vận hành trên lưới nhiều và đa dạng, do đó gây khó khăn, chậm trễ cho công tác truy xuất dữ liệu, phân tích khi

có sự cố xảy ra

Hiện tại, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã nghiệm thu, đưa vào vận hành hệ thống SCADA, tiến tới thực hiện mô hình trạm biến áp không người trực Trên cơ sở hạ tầng của hệ thống SCADA này, đề tài sẽ nghiên cứu đề xuất các giải pháp để kết nối từ xa rơle bảo vệ của các trạm biến áp, tạo điều kiện tiến hành truy xuất dữ liệu và cài đặt từ xa thông qua các máy tính Engineer tại trung tâm điều khiển xa của Chi nhánh điện Cao thế các tỉnh

Việc triển khai thành công đề tài sẽ giúp phát huy hiệu quả mô hình trạm biến áp không người trực, khai thác hiệu quả hạ tầng SCADA có sẵn, có thể truy xuất tức thời khi có sự cố xảy ra, phân tích và báo cáo Đồng thời có thể tiến hành các công tác thay đổi trị số đặt, quản lý trị số đặt của rơle bảo vệ từ xa, nâng cao khả năng quản lý thiết bị của đơn vị quản lý vận hành

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá hiện trạng vận hành hệ thống rơle bảo vệ và khảo sát các chủng loại rơle bảo vệ đang sử dụng tại các trạm biến áp 110kV trực thuộc EVN SPC

- Nghiên cứu các giải pháp kết nối từ xa cho hệ thống rơle bảo vệ tại các trạm biến

áp 110kV

- Kết nối, truy xuất dữ liệu và cài đặt rơle từ Trung tâm điều khiển xa của các Chi nhánh điện Cao thế - EVN SPC

1.3 Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, đề xuất mô hình, mô phỏng

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật và thực trạng vận hành của các dòng rơle bảo vệ hiện đang sử dụng trong các trạm biến áp 110kV của EVN SPC

- Mô hình: đề xuất giải pháp kết nối rơle từ xa

- Mô phỏng: thử nghiệm kết nối và dùng phần mềm để truy xuất và cài đặt rơle từ

xa

Chương 2: HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG EVN SPC 2.1 Hiện trạng vận hành hệ thống rơle bảo vệ tại các trạm biến áp 110kV trực thuộc EVN SPC

Hiện nay Công ty Lưới điện cao thế miền Nam đang quản lý vận hành trên

5700 rơle bảo vệ các loại (số liệu tính đến tháng 12/2018) [1]

Về hãng sản xuất, hiện nay các rơle bảo vệ tại các TBA 110kV do EVN SPC quản lý bao gồm 5 hãng sản xuất chính: Toshiba, Siemens, ABB, SEL và Areva, Alstom/ Schneider (series Pxxx); các hãng sản xuất Cooper, Merlin, Gec Alsthom, AEG, hiện nay không còn nhiều và đang được thay thế dần do không

Bảng 1: Thống kê số lượng rơle bảo vệ sử dụng trong EVN SPC

2.2 Khảo sát các chủng loại rơle bảo vệ sử dụng trong EVN SPC

Hiện nay, tại các trạm biến áp 110kV của Tổng Công ty Điện lực miền Nam đang sử dụng rơle bảo vệ của nhiều hãng sản xuất khác nhau (ABB, ALSTOM, AREVA, Schneider, GE, SIEMENS, SEL, TOSHIBA); tương ứng với mỗi hãng sản xuất là rất nhiều chủng loại khác nhau, riêng biệt, do đó để có thể lựa chọn giải pháp truy xuất rơle cần phải thực hiện công tác khảo sát, đánh giá hiện trạng [2]

2.2.1 Rơle bảo vệ của hãng ABB:

Các rơle ABB hiện đang sử dụng trên lưới điện EVNSPC rất đa dạng, một số chủng loại có thời gian vận hành đã lâu, cụ thể như sau:

- Các rơle thuộc dòng SPAJ, SPAE, SPAF, SPAS, …:

 Không có khả năng giao tiếp, tùy chỉnh, cấu hình logic bên trong

 Không có bộ “disturbance record”

 Không hỗ trợ kết nối SCADA theo IEC 60870-5-103 và 61850

 Đánh giá:

 Các dòng rơle bảo vệ SPAJ, SPAE, SPAF, SPAS, … tuy vận hành rất ổn định và tin cậy, tuy nhiên thời gian sử dụng đã lâu năm (>10 năm) Bên cạnh đó, các dòng rơle bảo vệ này không hỗ trợ cổng giao tiếp, vì vậy không thể thực hiện công tác truy xuất rơle từ xa

Hình 1: Rơle bảo vệ quá dòng SPAJ 140C

- Các Rơle thuộc dòng REF 511, REL 511, REX 521, …:

 Cổng giao tiếp hồng ngoại không thông dụng

 Giao tiếp rơle phức tạp, khó khăn Đối với dòng REF 5x, mỗi loại phải sử dụng software riêng Dòng REL 5x Sử dụng 02 phần mềm:

01 phần mềm dùng cài đặt thông số, phần mềm còn lại để cấu hình configure

 Một số chủng loại cũ không hỗ trợ giao thức IEC 61850

 Các Software sử dụng cho chủng loại rơle này chỉ chạy trên nền tảng Windows XP

 Đánh giá: Các dòng rơle bảo vệ REF 543, REL 511, REX 521, …tuy vận hành rất ổn định và tin cậy, tuy nhiên thời gian sử dụng đã lâu năm (>10 năm) Bên cạnh đó, các dòng rơle bảo vệ này sử dụng cổng giao tiếp bằng hồng ngoại, không còn bán rộng rãi trên thị trường, phần mềm giao tiếp cũ và chỉ sử dụng hạn chế trên hệ điều hành Windows

XP, vì vậy không tiến hành thực hiện truy xuất rơle từ xa đối với các chủng loại rơle này

Hình 2: Rơle bảo vệ REF 543

- Các Rơle thuộc dòng RET 650, REG 650,…:

Hình 3: Rơle bảo vệ thế hệ mới của ABB

2.2.2 Rơle bảo vệ của hãng ALSTOM (thế hệ cũ):

- Các rơle thuộc dòng KBCH, KCGG, KCEG,…

 Không có khả năng giao tiếp, tùy chỉnh, cấu hình logic bên trong

 Không lưu trữ dữ liệu dạng sóng sự cố

 Không hỗ trợ kết nối SCADA theo IEC 60870-5-103 và 61850

 Đánh giá: Các dòng rơle bảo vệ KBCH, KCGG, KCEG,… tuy vận hành rất ổn định và tin cậy, tuy nhiên thời gian sử dụng đã lâu năm (>10 năm) Bên cạnh đó, các dòng rơle bảo vệ này không hỗ trợ cổng giao tiếp, vì vậy không thể thực hiện công tác truy xuất rơle từ xa

Hình 4: Rơle bảo vệ so lệch tổng trở cao KCGG 140

2.2.3 Rơle bảo vệ của hãng ALSTOM, AREVA, Schneider, GE (thế hệ

MiCOM):

- Các rơle thuộc dòng Px2x, Px3x, Px4x:

 Ưu điểm:

 Rơle kỹ thuật số

 Cổng giao tiếp vật lý RS232 thông dụng

 Phần mềm giao tiếp trực quan, thân thiện dễ sử dụng để cấu hình setting, logic, đọc dữ liệu sự cố,

 Khuyết điểm:

 Các rơle dòng Px2x bị lỗi khi kết nối truyền thông IEC 60870-5-103,

có tình trạng bị treo màn hình không reset được

 Các rơle dòng Px3x bị lỗi màn hình, màn hình LCD xuất hiện các ký

tự lạ

 Một số rơle thế hệ cũ không hỗ trợ IEC 61850

 Đánh giá: Các dòng rơle bảo vệ Px2x, Px3x, Px4x là dạng rơle kỹ thuật

số tiên tiến, hỗ trợ giao tiếp bằng cổng vật lý RS232, do đó có thể thực hiện kết nối truy xuất xa Nhưng do không có cổng giao tiếp RJ45 và sử dụng cổng vật lý RS232 nên khi thực hiện truy xuất xa cần phải sử dụng bộ chuyển đổi (converter) RS232→RJ45 phù hợp

Hình 5: Rơle bảo vệ so lệch đường dây MiCOM P543

2.2.4 Rơle bảo vệ của hãng SIEMENS:

- Các rơle thế hệ 7SJ, 7UT, 7SA, 7SS, 7RW, … :

 Ưu điểm:

 Rơle kỹ thuật số

 Các rơle thế hệ SIPROTEC 4 trở về trước dây giao tiếp RS232, rơle thế hệ SIPROTEC 5 mới sử dụng cổng RJ45 thông dụng

 Các rơle thế hệ SIPROTEC 4: phần mềm giao tiếp trực quan, thân thiện dễ sử dụng để cấu hình setting, logic, đọc dữ liệu sự cố

 Các rơle thế hệ SIPROTEC 5 có thể cấu hình linh hoạt theo người sử dụng

 Vận hành rất ổn định, tin cậy, tỉ lệ hư hỏng ít

Hình 6: Rơle bảo vệ quá dòng SIEMENS 7SJ80

2.2.5 Rơle bảo vệ của hãng SEL:

- Các Rơle thuộc dòng 311L, 351, 311C, 421, 387, ….:

 Ưu điểm:

 Rơle kỹ thuật số

 Cổng giao tiếp vật lý RS232 thông dụng

 Phần mềm giao tiếp trực quan, linh hoạt, có rất nhiều biến nhiều hàm

 Vận hành rất ổn định, tin cậy, tỉ lệ hư hỏng ít

Hình 7: Rơle bảo vệ so lệch đường dây SEL-311L

2.2.6 Rơle bảo vệ của hãng TOSHIBA:

- Các Rơle thế hệ GR – 100 (GRD100, GRT100, GRZ100, …):

 Ưu điểm:

 Rơle kỹ thuật số

 Cổng giao tiếp vật lý RS232 thông dụng

 Phần mềm giao tiếp trực quan, thân thiện dễ sử dụng để cấu hình setting, logic, đọc dữ liệu sự cố

 Khuyết điểm:

 Thời gian vận hành trên lưới SPC ngắn khoảng từ 2013, tuy nhiên tỉ

lệ hư hỏng nhiều và có hiện tượng hoạt động bất thường đối với nhiều chủng loại

 Phần mềm giao tiếp sử dụng nhiều thông số cài đặt được mã hóa bằng “số học” rất dễ sai sót

 Đánh giá: Các rơle thế hệ GR – 100 (GRD100, GRT100, GRZ100, …)

là dạng rơle kỹ thuật số tiên tiến, hỗ trợ giao tiếp bằng cổng vật lý RS232, do đó có thể thực hiện kết nối truy xuất xa Nhưng do không có cổng giao tiếp RJ45 và sử dụng cổng vật lý RS232 nên khi thực hiện truy xuất xa cần phải sử dụng bộ chuyển đổi (converter) RS232→RJ45 phù hợp

- Các Rơle thế hệ GR – 200 (GRD200, GRT200, GRZ200, …):

 Ưu điểm:

 Rơle kỹ thuật số thế hệ mới

 Hỗ trợ cổng giao tiếp RJ45 thông dụng

Hình 9: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp TOSHIBA GRT200

Chương 3: HỆ THỐNG SCADA CỦA EVN SPC 3.1 Mô hình tổ chức quản lý SCADA của EVN SPC

SCADA là từ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) Như đúng tên gọi của hệ thống, nhiệm vụ chức năng cơ bản nhất của hệ thống là thu thập dữ liệu và điều khiển, giám sát SCADA thực hiện việc giám sát hệ thống điện qua thiết bị theo dõi các thông số kỹ thuật chính của nguồn điện như: U, I, P, Q, Đây là những thông số cần được giám sát chặt chẽ vì có ảnh hưởng rất lớn tới việc vận hành hiệu quả hệ thống điện Quản lý tốt các tham số này đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành, nâng cao độ tin cậy, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị…

Trong hệ thống điện, hệ thống SCADA thu thập, điều khiển, giám sát nhiều trạm biến áp, mang lại các lợi ích sau:

+ Đảm bảo khả năng vận hành và giám sát từ xa lưới điện cao áp, trung

áp

+ Nâng cao hiệu quả quản lý vận hành

+ Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

+ Nâng cao trình độ của nhân viên vận hành, sửa chữa bảo dưỡng

+ Thu thập, xử lý và lưu trữ dữ liệu của hệ thống

Hiện nay EVN SPC đang quản lý vận hành 222 trạm biến áp (TBA) 110kV

và 03 trạm biến áp 220kV hiện hữu và dự kiến từ nay đến năm 2020 sẽ đóng điện vận hành thêm 23 TBA 110kV mới Sau khi kết nối các TBA hiện hữu với Trung tâm điều khiển (TTĐK) đặt tại Chi nhánh Điện cao thế để thực hiện điều khiển

xa (vận hành theo tiêu chí không người trực) vẫn còn nhân viên trực vận hành thao tác trong một khoảng thời gian để đảm bảo hệ thống ổn định, tin cậy, sau đó

sẽ rút người, chỉ bố trí 01 nhân viên tại trạm để làm nhiệm vụ bảo vệ và PCCC

- Đối với các TBA mới đưa vào vận hành từ nay đến năm 2020, khi mới đóng điện

sẽ được kết nối với các TTĐK để vận hành theo tiêu chí không người trực

- Năm 2016, đưa vào vận hành 21 TTĐK tại các Chi nhánh Điện cao thế

- Đầu năm 2017, các Phòng Điều độ tại Công ty Điện lực sẽ điều khiển xa các thiết

bị trên lưới điện trung thế

- Từ cuối năm 2018, các Phòng Điều độ tại Công ty Điện lực sẽ điều khiển các thiết bị 22kV trong TBA 110kV và trên lưới điện trung thế trong phạm vi một tỉnh/thành phố

Kế hoạch đưa vào vận hành TBA không người trực đối với 222 TBA 110kV hiện hữu: [3]

Tổng số TBA

Bảng 2: Kế hoạch đưa vào vận hành TBA không người trực của EVN SPC

Về hạ tầng: tại Chi nhánh Điện cao thế (CNĐCT) và Phòng điều độ Công ty Điện lực (CTĐL) sẽ xây dựng mỗi nơi một TTĐK để giám sát và điều khiển xa các TBA 110kV hoặc các thiết bị đóng cắt trên lưới điện theo lệnh điều độ của cấp điều độ có quyền điều khiển Hiện nay, dự án SCADA và TBA 110kV không người trực đang trang bị tại mỗi CNĐCT và Phòng điều độ CTĐL một Remote Console có thể giám sát và điều khiển xa theo phân quyền

Về đội ngũ vận hành, đội thao tác lưu động và đội xử lý sự cố - bảo trì viễn thông:

- Điều độ viên cấp điều độ phân phối ra lệnh thao tác hoặc trực tiếp thực hiện thao tác xa đối với các thiết bị trong TBA 110kV và trên lưới điện trong phạm vi một tỉnh/thành phố Đội ngũ vận hành là nhân viên trực vận hành tại TTĐK ở CNĐCT và điều độ viên tại TTĐK ở Phòng điều độ CTĐL thực hiện thao tác xa phải được đào tạo, cấp chứng nhận vận hành và công nhận chức danh theo đúng quy định

- Đội thao tác lưu động (TTLĐ) là đội trực thuộc CNĐCT (đối với lưới điện 110kV) và CTĐL (đối với lưới điện trung áp) thực hiện:

+ Trực tiếp thao tác khi không thực hiện được từ xa trong tình huống vận hành bình thường và xảy ra sự cố theo yêu cầu của TTĐK

có công tác

- Đội xử lý sự cố - bảo trì viễn thông (XLSC-BTVT) là đội trực thuộc CNĐCT (đối với hệ thống viễn thông lưới điện 110kV) và CTĐL (đối với hệ thống viễn thông lưới điện trung áp) thực hiện:

+ Hỗ trợ xử lý sự cố khi xảy ra sự cố đường truyền, sự cố mất tín hiệu, hư hỏng thiết bị viễn thông đối với các thiết bị được kết nối điều khiển, giám sát từ xa

+ Thực hiện công tác bảo trì, vệ sinh công nghiệp và kiểm tra định kỳ các thiết bị, đường truyền thuộc hệ thống viễn thông

Hình 10: Sơ đồ mô hình TTĐK lưới điện 110kV và lưới điện trung áp hiện nay

- Từ cuối năm 2018, EVN SPC sẽ phân quyền cho các Phòng Điều độ tại Công ty Điện lực trực tiếp điều khiển các thiết bị trong TBA 110kV và trên lưới điện trung thế trong phạm vi một tỉnh/thành phố theo định hướng của EVN

Hình 11: Sơ đồ định hướng thực hiện điều khiển qua SCADA các trạm 110kV và

lưới điện trung áp

- Sơ đồ tổ chức Chi nhánh Điện cao thế tỉnh/thành phố trực thuộc Công ty lưới điện cao thế miền Nam sau khi thành lập Tổ thao tác lưu động như sau:

Hình 12: Sơ đồ tổ chức Chi nhán Điện cao thế tỉnh/ thành phố trực thuộc Công ty

Lưới điện cao thế miền Nam sau khi thành lập Tổ thao tác lưu động

3.2 Mô hình kết nối hệ thống SCADA điều khiển các trạm 110kV của EVN SPC

Hiện nay, hình thức kết nối giữa hệ thống SCADA của Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia và Điều độ HTĐ miền đang là điểm tới điểm (Point to Point) do máy chủ thông tin của hệ thống cũ chỉ hỗ trợ hình thức kết nối này Các hệ thống SCADA mới hỗ trợ thêm hình thức kết nối qua mạng IP Những hệ thống SCADA của Tổng công ty Điện lực miền Nam, Tổng công ty Điện lực thành phố

Hồ Chí Minh chỉ sử dụng hình thức kết nối qua IP (qua mạng Ethernet)

Một yêu cầu khắt khe nữa của mạng viễn thông là độ sẵn sàng cao nên phải

có các cơ chế dự phòng về kênh truyền và cần có hệ thống giám sát mạng (TMS – Telecommunication Management System)

Hình vẽ sau mô tả kết nối giữa các phần tử hệ thống SCADA trong hệ thống SCADA của EVN SPC:

Hình 13: Mô tả kết nối nối giữa các phần tử SCADA trong hệ thống SCADA của

EVN SPC

GPS

SDH NETWORK

Video - Surveillanc e Vide - Surveillanc

Router or Converter

Telephone Tele-Metering

Video Surveillance

Router or Converter

Gateway IP/101

RTU

Các thiết bị từ camera giám sát, điện thoại, đo xa công tơ đến thiết bị đầu cuối SCADA (RTU) trong nội bộ trạm biến áp, Công ty Điện lực (PLDC) và Chi nhánh điện cao thế (HVGB) thuộc Công ty lưới điện cao thế miền Nam, hệ thống trung tâm chính và dự phòng đều qua mạng Ethernet với thủ tục truyền tin IP (gọi tắt là mạng IP) Kết nối giữa các trạm biến áp với Công ty Điện lực, kết nối giữa Chi nhánh cao thế với Công ty Điện lực đều dùng mạng IP qua cáp quang trực tiếp Phần kết nối liên tỉnh từ Công ty điện lực, Chi nhánh điện cao thế đến Trung tâm SCADA chính (MCC) và Trung tâm SCADA dự phòng (BCC) cũng dùng mạng IP nhưng do khoảng cách xa nên sử dụng mạng SDH làm phương tiện truyền tải IP Đối với những kết nối phải dùng hình thức khác như điểm tới điểm để kết nối SCADA của Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam thì dùng thiết bị chuyển đổi (Gateway IP 101) Xu hướng mạng viễn thông như thế này gọi là mạng IP hội tụ đang được dùng phổ biến

Sau khi hoàn thành dự án SCADA mới của Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, hệ thống mới cũng đã hỗ trợ kết nối qua mạng IP và định hướng phát triển của EVN SPC cũng sẵn sàng kết nối các trạm biến áp với hệ thống SCADA đặt tại A2 bằng mạng IP

 Mạng liên tỉnh SDH:

- Sử dụng công nghệ TDM gồm thiết bị chuyển mạch theo thời gian, thiết bị SDH của hãng ECI được trang bị STM 4

- Chạy giao thức định tuyến OSPF trên các Cisco router 3921

- Ngoài ra để backup cho mạng liên tỉnh khi hệ thống mạng SDH có sự cố có sử dụng mô hình VLAN layer 2 đấu nối sang các tỉnh lân cận với các trạm biến

áp gần nhau

- Sử dụng 02 sợi quang chủ yếu cáp OPGW/ADSS và có mạch vòng đảm bảo khác nhau

Hình 15: Sơ đồ kết nối mạng truyền dẫn SDH và IP

Hình 16: Sơ đồ mạng viễn thông tại Trung tâm SCADA chính (MCC)

Hình 17: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông tại Trung tâm SCADA dự phòng (BCC)

Hình 18: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông tại các tỉnh

3.3 Đánh giá hiện trạng hệ thống đường truyền hiện nay

- Hệ thống mạng WAN/LAN đang có tại các trạm biến áp 110kV, Chi nhánh điện Cao thế quá nhiều Tại đơn vị ít nhất có 3 hệ thống mạng tại Chi nhánh điện Cao thế (mạng Điều hành sản xuất; mạng SCADA; mạng HMI); 04 hệ thống mạng riêng biệt tại trạm biến áp 110kV (mạng Điều hành sản xuất; mạng SCADA; mạng HMI; mạng kết nối về Trung tâm A2)

- Các kỹ thuật kết nối liên kết các trạm biến áp đang sử dụng là mô hình kết nối kiểu lớp 2 (VLAN - Spanning Tree) Mô hình này thường sử dụng cho việc quản

lý tại một vùng nhỏ (campus), dễ dàng chuẩn đoán và phát hiện sự cố Ngày nay,

do sự phát triển của viễn thông nên đã kéo dài kỹ thuật hệ thống này ra để quản

lý các trạm biến áp trên một vùng địa lý rộng lớn nên khi kết nối thêm tuyến tạo mạch vòng dễ gây ra tình trạng loop và không quản lý được đường đi của thiết bị khi có topo mạng thay đổi

- Vấn đề An ninh bảo mật:

 Chưa có thiết bị quản lý chuyên dụng của từng VLAN, chỉ quản lý các Gateway trên các thiết bị định tuyến – router và cấm không cho

hệ thống mạng, các máy tính kết nối Internet nhưng chưa có thiết

bị để kiểm soát việc này

 Thực chất hệ thống này nếu 1 máy tính xách tay có cắm các USB 3G cắm vào hệ thống mạng thì chưa phát hiện xâm nhập tại các vị trí đặt thiết bị

 Chưa quản lý được hệ thống người dùng cuối khi can thiệp vào hệ thống mọi lúc mọi nơi

Chương 4: GIẢI PHÁP KẾT NỐI 4.1 Các giao thức truyền thông

Giao thức truyền thông (Communication protocol) là một tập hợp các quy định về cấu trúc dữ liệu, truyền dữ liệu, kiểm tra và sửa lỗi dữ liệu trong quá trình truyền, nhờ đó, giúp các thiết bị có thể giao tiếp và truyền thông tin cho nhau cũng như kết nối với các phần mềm và trung tâm dữ liệu Tất cả các giao thức truyền thông đều có chung một cấu trúc dựa trên mô hình OSI/ISO (Open System Interconnection/ International Organization for Standardization), tạm dịch là “mô hình liên kết các hệ thống mở” theo tiêu chuẩn ISO, gọi tắt là mô hình OSI [4]

Mô hình OSI quy định một giao thức truyền thông có bảy lớp cơ bản, trong

đó, chức năng của lớp trên có đặc tính chỉ sử dụng chức năng của lớp dưới nhằm định nghĩa sự liên kết giữa các thiết bị và phần mềm để kết nối mạng lưới truyền thông

Hình 19: Mô hình OSI/ISO

Hầu hết các giao thức truyền thông đều tuân theo cấu trúc OSI/ISO Tuy nhiên, tùy thuộc vào giai đoạn phát triển, kiểu dữ liệu, mục đích sử dụng và mức