Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối tân thuận nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối Chương 3 :Xây dựng mô hình tự động hóa Chương 4 :Giải pháp tự động hóa tr

-

NGUYỄN TRUNG NAM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂN THUẬN NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY

CUNG CẤP ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Phúc Khải Chữ ký: Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Nhật Nam Chữ ký: Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS Trương Việt Anh Chữ ký:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG

4 PB2: PGS TS Trương Việt Anh

5 UV: PGS TS Huỳnh Châu Duy

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

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN TRUNG NAM MSHV:1670811 Ngày, tháng, năm sinh: 22/06/1993 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202

Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của các thiết bị đóng

cắt trên lưới điện phân phối Chương 3 :Xây dựng mô hình tự động hóa

Chương 4 :Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối

Chương 5 :Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :13/08/2018

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

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Nguyễn Phúc Khải

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô khoa Điện-Điện tử trường Đại Học Bách Khoa TPHCM đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập,

nghiên cứu Đặc biệt, tôi cảm ơn Thầy Nguyễn Phúc Khải đã tận tình

hướng dẫn tôi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp Các Thầy đã chỉ ra những thiếu sót, bổ sung những kiến thức thực tế hữu ích giúp tôi hoàn thành quyển luận văn này

Sinh viên thực hiện đề tài

Nguyễn Trung Nam

Điện năng là nguồn năng lượng chính trong đời sống sinh hoạt cũng như quá trình sản xuất Nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối là yêu cầu rất quan trọng hiện nay Vì vậy, tôi lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối Tân Thuận nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện”

Luận văn của tôi gồm 05 chương với nội dung chính là xây dựng mô hình tự động hóa lưới điện phân phối và đánh giá ứng dụng trên lưới điện Tân Thuận

Tóm tắt nội dung chính:

Chương 1 :Tổng quan

Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của

các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối Chương 3 :Xây dựng mô hình tự động hóa

Chương 4 :Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối

Chương 5 :Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận

production process Improving the distribution grid reliability is a very important requirement today Therefore, I selected the topic "A study on the distribution automation system for Tan Thuan distribution network to enhance reliability."

My thesis consists of 05 chapters with the main content is to build a model of automating the distribution grid and evaluating applications on Tan Thuan grid

Summary of main content:

Chapter 1: Overview

Chapter 2: Technical properties and automation operation capability

of switchgear on distribution grid

Chapter 3: Building automation model

Chapter 4: Automation solutions on distribution grid

Chapter 5: Application results on Tan Thuan distribution grid

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ

rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TBA : Trạm biến áp

BVRL : Bảo vệ relay

CT : Máy biến dòng điện

REC : Recloser – Thiết bị tự đóng lại

DAS : Distribution Automation System - Hệ thống tự động hóa

lưới điện phân phối

MAIFI : Momentary Average Interruption Frequency Index - Chỉ số

về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối

SAIFI : System Average Interruption Frequency Index - Chỉ số về

số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối

SAIDI : System Average Interruption Duration Index - Chỉ số về

thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối

TÓM TẮT

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC VIẾT TẮT

Chương 1 TỔNG QUAN 01

I GIỚI THIỆU 01

1 Lưới điện truyền tải 01

2 Lưới điện phân phối 02

3 Lưới điện thông minh (Smart grid) 03

4 Tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) 06

II LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 07

1 Phạm vi nghiên cứu 07

2 Giá trị thực tiễn của luận văn 08

Chương 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG

HÓA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 09

I THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 09

1 Cầu chì 09

2 LBS (Load break switch) 12

3 RMU (Ring main unit) 13

4 Recloser 14

5 Máy cắt và relay 22

II CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG 30

1 Cấu trúc OSI/ISO của giao thức truyền thông 30

2 Giao thức IEC 60870-5-101 32

3 Giao thức IEC 60870-5-104 34

III TIÊU CHUẨN IEC 61850 VÀ CÁC THIẾT BỊ IED 37

1 Tổng quan tiêu chuẩn IEC 61850 37

2 Thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 37

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HÓA 39

I ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 39

II ĐÁNH GIÁ TUYẾN DÂY ĐẠT YÊU CẦU TỰ ĐỘNG HÓA 41

1 Giới thiệu phần mềm PSS/Adept 41

2 Các bài toán đánh giá đạt yêu cầu vận hành tự động hóa 42

III GIỚI THIỆU TUYẾN DÂY PHÚ MỸ - BỜ BĂNG 43

1 Tuyến dây Phú Mỹ 43

2 Tuyến dây Bờ Băng 43

IV KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG HÓA TUYẾN DÂY BỜ BĂNG – PHÚ MỸ 44

1 Trường hợp 1 46

2 Trường hợp 2 51

3 Trường hợp 3 56

7 Trường hợp 7 75

Chương 4 GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 80

I SCADA 80

1 Khái niệm 80

2 Chức năng của hệ thống SCADA trong hệ thống điện 80

3 Thành phần của hệ thống SCADA 82

II HỆ THỐNG DAS – SURVALENT 84

1 Tổng quan 84

2 SCADA SERVER 84

3 SCADA CLIENT 85

4 WORLDVIEW (phần mềm HMI) 87

5 REPLICATOR (phần mềm Historical) 88

III GIẢI THUẬT FLISR 88

1 Khái niệm 88

2 Chức năng FLISR hệ thống DAS – Survalent 91

3 Phương pháp xây dựng FLISR hệ thống DAS – Survalent 92

4 Kết quả thử nghiệm FLISR trên hệ thống DAS – Survalent 94

Chương 5 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂN THUẬN 115

I VẬN HÀNH THỰC TẾ DAS 116

1 Vận hành DAS ở chế độ tự động – Mode Global FLISR = Auto 119

2 Vận hành DAS ở chế độ bán tự động – Mode Global FLISR=Semi-Auto 120

3 Thực tế vận hành xử lý sự cố trên lưới điện Tân Thuận 121

II ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 127

1 Đánh giá về kỹ thuật 127

2 Đánh giá về kinh tế 129

3 Đánh giá về an ninh quốc phòng 134

4 Hướng phát triển của đề tài 134

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

I GIỚI THIỆU

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường

dâytruyền tải và phân phối được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ

sản xuất,truyền tải và phân phối điện năng.

Tuỳ theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được phân chia thành

cấp điện áp khác nhau Lưới điện Việt Nam hiện nay được chia làm các cấp

sau:

 Lưới truyền tải 110kV, 220 kV và 500kV

 Lưới phân phối trung áp 6kV, 10kV, 15kV, 22 kV, 35kV, 110kV

 Lưới phân phối hạ áp 0,4kV và 0,22 kV

Lưới phânphối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa

phương (một thành phố, quận,huyện ) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới

50km

1 Lưới điện truyền tải

Lưới truyền tải làm nhiệm vụ chuyển tải công suất đến các trạm điện

phân phối và các phụ tải lớn Các đặc điểm của lưới truyền tải:

- Các đường dây truyền tải thường là đường dây trên không ba pha

ba dây, không có dây trung tính nhưng có trung tính nối đất tại các

trạm biến áp

- Có cấp điện áp từ 110kV trở lên

Hình 1.1 Lưới điện truyền tải

2 Lưới điện phân phối

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung

gian (hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải

- Có cấp điện áp đến 110kV

- Yêu cầu đối với lưới phân phối:

o Đảm bảo cung cấp điện tin cậy

o Lưới phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc

phát triển lưới điện trong tương lai

o Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn

định điện áp Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm

o Vận hành hiệu quả về kinh tế: tránh làm hư hỏng thiết bị, chi phí

vận hành thấp nhất, tránh tổn thất phi kỹ thuật

Hình 1.2 Lưới điện phân phối

3 Lưới điện thông minh (Smart Grid)

Lưới điện thông minh được định nghĩa là hệ thống lưới điện sử dụng

công nghệ số và những công nghệ tiên tiến khác để giám sát và quản lý

việc truyền tải điện từ tất cả các nguồn phát để đáp ứng nhu cầu sử dụng

điện của khách hàng Lưới điện thông minh kết hợp những nhu cầu và năng

lực của tất cả các nhà máy phát điện trên thị trường điện, người điều hành

lưới điện, khách hàng sử dụng điện nhằm vận hành hệ thống điện với độ tin

cậy cao, hiệu quả và an toàn với chi phí đầu tư và ảnh hưởng về môi trường

ở mức thấp nhất

Mô hình lưới điện thông minh gồm các cấu phần như sau:

- SCADA/DMS/OMS (Supervisory control and data acquisition/

Distribution management system/ Outage mangagement system) là

tổ hợp hệ thống giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu và điều

khiển Trên cơ sở đó thực hiện các bài toán quản lý lưới điện phân

phối và quản lý thông tin mất điện

- Mini-Scada là hệ thống thao tác từ xa gồm các thiết bị đóng cắt

(Recloser/RMU) được lắp đặt trên lưới điện phân phối, được kết nối

và truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển bằng hệ thống truyền tin

(3G/GPRS, cáp quang) Khi một sự cố xảy ra, việc cô lập sự cố

được thực hiện bằng các chức năng bảo vệ của Recloser, máy cắt

hoặc RMU (nếu có hệ thống relay bảo vệ) Các thiết bị đóng cắt

được điều khiển từ xa bởi người vận hành bằng cách ra lệnh từ phần

mềm điều khiển trung tâm

- DAS (Distribution automation system) là mô hình dựa trên hệ thống

mini-scada theo cấu trúc dạng vòng; kết nối và truyền tín hiệu với

trung tâm điều khiển Hệ thống này hoạt động hoàn toàn tự động

theo các kịch bản có sẵn hoặc theo các tiêu chí ràng buộc khác nhau

để người dùng lựa chọn và quyết định (DMS)

- SAS (Subtation automation system) là hệ thống tự động hóa trạm

110kV với đầy đủ các tính năng như bảo vệ, giám sát và điều khiển

từ xa

- AMR (automated meter reading) là hệ thống có nhiệm vụ quản lý

dữ liệu sử dụng điện của khách hàng

- ADR (Automatic Demand Response) là hệ thống tự động điều

khiển phụ tải được thực hiện dựa trên sự thỏa thuận giữa đơn vị

phân phối điện và khách hàng nhằm cân bằng cung cầu

- RES (Renewable Energy System) là hệ thống quản lý các nguồn

năng lượng tái tạo được kết nối vào lưới điện, có chức năng phân

tích và dự báo nhu cầu phụ tải cũng như khả năng đáp ứng của hệ

thống để điều chỉnh lượng công suất đáp ứng một cách phù hợp

- DSM (Demand Site Management) là hoạt động nghiên cứu và quản

lý nhu cầu phụ tải được phát triển trên tầng ứng dụng của smart

grid

- CIS (Customer Information System) là một hệ thống hỗ trợ đơn vị

phân phối điện có thể quản lý các thông tin khách hàng và tương tác

với khách hàng trong việc cung cấp các dịch vụ cung ứng điện

- GIS/AM/FM (Geographic Information System/ Automated

Mapping/ Facilities Management) là hệ thống cho phép kết nối các

hệ cơ sở dữ liệu khác để xử lý, phân tích và hiển thị thuộc tính

không gian của các đối tượng một cách trực quan trên bản đồ

- CRM (Customer Relationship Management) là hệ thống quản lý và

phân tích sự tương tác với khách hàng và dữ liệu khách hàng với

mục tiêu cải thiện quan hệ kinh doanh với khách hàng, hỗ trợ khách

hàng và điều hành phát triển kinh doanh

- WFM (Work Force Management) là tất cả những hoạt động cần

thiết để duy trì lực lượng lao động sản xuất bao gồm việc quy hoạch

nguồn nhân lực, huấn luyện và phát triển, tuyển dụng, quản lý công

việc và thời gian, lập lịch thi công và dự báo

- CIM (Common Information Model) là một chuẩn mà nó cho phép

các phần mềm ứng dụng trao đổi thông tin về lưới điện

Hình 1.3 Mô hình lưới điện thông minh

4 Tự động hóa lưới điện phân phối (DAS)

Sự cố trên lưới điện phân phối gây gián đoạn cung cấp điện cho khách

hàng Phát hiện nhanh chóng vị trí sự cố và có những biện pháp xử lý, sửa

chữa kịp thời những sự cố này là rất quan trọng trong việc duy trì hệ thống

điện tin cậy

Hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS – Distribution Automation

System) cung cấp các chức năng điều khiển và giám sát từ xa các thiết bị

phân đoạn tự động và phối hợp vận hành giữa các phân đoạn trên lưới phân

phối Nhờ đó thực hiện được việc cô lập nhanh phân đoạn bị sự cố và khôi

phục cung ứng điện cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố, khắc

phục tình trạng kéo dài thời gian mất điện trên diện rộng của khách hàng do

cách xử lý sự cố kiểu thủ công

II LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đa phần sự cố là sự cố thoáng qua nên đặt ra một yêu cầu về hạn chế

tối đa thời gian mất điện, đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng

Khi bị sự cố kéo dài cần cô lập nhanh phân đoạn bị sự cố, khôi phục

cung cấp điện cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố, khắc phục tình

trạng kéo dài thời gian mất điện trên diện rộng của khách hàng do cách xử

lý sự cố kiểu thủ công

Ta thấy tự động hóa lưới điện phân phối vừa là giải pháp vừa là xu

hướng phục vụ cho công tác cải thiện chất lượng cung cấp điện của lưới

điện phân phối

1 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu, xây dựng mô hình tự động hóa Đưa ra các yêu

cầu cho việc tự động hóa lưới điện phân phối dựa trên mô hình mô phỏng

trên PSS/Adept và thực tế vận hành

Các bước tiến hành:

- Thu thập tài liệu, thông số liên quan đến đường dây mô phỏng trên

PSS/Adept

- Tính toán khả năng vận hành của dây dẫn, phối hợp bảo vệ giữa các

Recloser Từ đó đưa ra giải thuật cho việc vận hành tự động hóa

cho nhiều tuyến dây

- Xây dựng mô hình tự động hóa trên hệ thống Survalent với giải

thuật đưa ra Đánh giá khả năng vận hành của hệ thống mô phỏng

trên Survalent

- Đưa ra những đánh giá về khả năng và yêu cầu của tự động hóa lưới

điện phân phối

2 Giá trị thực tiễn của luận văn

- Nghiên cứu đưa ra những yêu cầu cần thiết để vận hành tự động hóa

lưới điện phân phối

- Lợi ích mang lại từ việc tự động hóa lưới điện phân phối đối với kỹ

thuật, kinh tế, an ninh quốc phòng

- Làm tiền đề nghiên cứu tự động hóa trạm

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ

ĐỘNG HÓA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Để đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả và an toàn nhất khi hệ

thống xảy ra sự cố thì vai trò của hệ thống bảo vệ là cực kì quan trọng Bên

cạnh đó khả năng đáp ứng tự động hóa của các thiết bị bảo vệ rất được chú

trọng nhằm xây dựng hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối

Trong chương này sẽ tìm hiểu các thiết bị bảo vệ trong lưới phân phối

và các giao thức truyền thông đang được sử dụng hiện nay

I THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1 Cầu chì

1.1 Khái niệm và chức năng

Cầu chì là thiết bị bảo vệ đơn giản nhất đang dùng để bảo vệ quá dòng

ở hệ thống phân phối Cầu chì thực hiện theo nguyên lý tự chảy hoặc uốn

cong để tách ra khỏi mạch điện khi cường độ dòng điện trong mạch tăng

đột biến

Ưu điểm của cầu chì so với các thiết bị bảo vệ khác là rẻ tiền, dễ thay

thế Khi xảy ra sự cố quá dòng, ngắn mạch trên hệ thống các dây chảy này

sẽ mở, giải trừ các quá dòng điện và bảo vệ thiết bị tránh quá tải và ngắn

mạch

1.2 Cấu tạo và đặc tính bảo vệ

Cấu tạo: thành phần cơ bản của cầu chì dây chảy là một phần tử chảy

được chế tạo bằng chì, một dây chịu lực nối song song với phần tử chảy để

chịu lực kéo của dây chảy Cấu trúc dây chảy sử dụng một đầu dạng nút và

một đầu rời được thiết kế để có thể lắp lẫn về cơ khí ở các cầu chì tự rơi

hay các thiết bị có sử dụng dây chảy Quanh phần tử chảy là một ống phụ

trợ sinh khí để dập tắt các dòng sự cố nhỏ

Hình 1.4 Cấu tạo dây chảy 1 phần từ chảy

Cầu chì 2 phần tử chảy có cấu trúc tương tự 1 phần từ chảy ở trên

nhưng sử dụng hai phần tử chảy để giảm dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian

dài và không làm giảm các dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian ngắn của dây

chảy Các loại này có sự ứng dụng đặc biệt trong các bảo vệ quá dòng

Đặc tính bảo vệ: Đặc tính của 1 cầu chì được xác định bởi đặc tuyến

thời gian – dòng điện TCC Tổng thời gian cắt là thời gian chảy trung bình

với sai số cộng của nhà sản xuất cộng với thời gian dập hồ quang sinh ra

Các dây chảy loại K và T tương ứng là các loại nhanh và chậm được

tiêu chuẩn hóa ở thập kỷ 50 Dây chảy loại K ấn định tỉ số tốc độ 6 - 8 và

loại T là 10 - 13 Tỉ số tốc độ là tỉ số của dòng điện chảy ở 0,1s và ở 300s

hay 600s tùy thuộc vào dòng định mức của dây chảy

Dây chảy định mức "N" là loại đầu tiên được tiêu chuẩn hóa theo các

đặc tính cầu chì, dây chảy sẽ tải liên tục 100% dòng định mức của nó và sẽ

chảy ở ít nhất 230% dòng định mức trong thời gian 5 phút

Đặc tuyến dây chảy điển hình của các loại dây chảy khác nhau được

minh họa ở hình 1.5 Chú ý rằng có nhiều loại dây chảy không theo tiêu

chuẩn có đặc tính khá với các đặc tuyến điển hình nêu ở dưới đây

Hình 1.5 So sánh các đặc tuyến thời gian - dòng điện của các loại dây chảy

1.3 Phân loại

Hiện nay cầu chì có rất nhiều loại, thuận cho việc chọn các đặc tính

vận hành phù hợp như: cầu chì tự rơi, cầu chì chân không và cầu chì hạn

dòng Loại thông dụng nhất trên lưới phân phối là thiết bị bảo vệ dạng tự

rơi

2 LBS (Load break switch)

LBS hay dao cắt phụ tải là cơ cấu đóng ngắt cơ khí có khả năng đóng

dẫn và cắt dòng điện

Dao cắt phụ tải có thể được cấu tạo từ dao cách ly đặc biệt và cầu chì

tạo thành cầu dao cắt bằng không khí

Dao cắt phụ tải cũng có cơ cấu cắt chân không và cắt bằng khí SF6

Thiết bị này tương đối rẻ tiền

3 RMU (Ring main unit)

Tủ RMU là tủ điện trung thế được thiết kế theo cấu trúc tủ kim loại

kín hoàn toàn, cách điện sử dụng là khí SF6, không khí hoặc chân không

Tủ được sử dụng cho hệ thống phân phối trung thế

2.1 Cấu tạo và chức năng

Tủ RMU được phân chia và kết nối với nhau bằng những ngăn riêng

biệt, theo các quy chuẩn RMU 2 ngăn, 4 ngăn, 6 ngăn tùy theo yêu cầu của

khách hàng với chức năng

- Tủ thiết kế mở rộng được (Extensinble)

- Loại hai thiết kế không mở rộng được (Compact)

2.2 Ưu điểm hệ thống tủ RMU

- Tích hợp hệ thống hiện đại không có sự rò rỉ dòng điện khi các tiếp

điểm ở trạng thái mở Với khí SF6, khả năng dập điện tối đa ở mọi

môi trường

- Được thiết kế theo tuần tự logic cài sẵn (khóa van an toàn) RMU

hạn chế tối đa thao tác sai của người vận hành, giảm thiểu dòng

điện xung kích quá máy biến áp

- Trang bị hệ thống giải phóng áp lực khi có sự cố về áp

- Tích hợp hệ thống điện tử phát hiện và báo dòng sự cố pha – pha,

dòng chạm đất

- Khả năng điều khiển và giám sát từ xa

2.3 Ứng dụng

Tủ RMU được lắp đặt cạnh trạm biến áp ngoài trời, phân phối, trạm

ngắt Lắp đặt trong các trạm điện nhà máy khu công nghiệp

4 Recloser

4.1 Giới thiệu

Sự cố trên đường dây có đến 70% - 80% mang tính thoáng qua

Những hư hỏng thoáng qua thường xảy ra do sự phóng điện bề mặt, do sét

đánh, cành cây rơi, tai nạn chim chóc hoặc gió mạnh làm dây dẫn chạm vào

nhau Khi có sự cố, máy cắt cắt mạch một khoảng thời gian đủ để cho môi

trường chỗ sự cố khôi phục lại tính chất cách điện thì tự đóng lại đường

dây, và đường dây có thể tiếp tục làm việc bình thường, nhanh chóng khôi

phục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, giữ vững chế độ đồng bộ và ổn định

của hệ thống Máy cắt này gọi là máy cắt tự đóng lại ( Recloser)

Recolser là thiết bị hợp bộ chứa trong đó một mạch cần thiết để cảm

nhận được quá dòng, thời gian xảy ra quá dòng, ngắt được quá dòng, và tự

động đóng lại để kích hoạt lại đường dây

Nếu sự cố là vĩnh cửu thì Recloser sẽ cắt hẳn sau 3 hoặc 4 lần đóng lại

vì vậy sẽ cách ly phần bị hư hỏng khỏi các phần chính của hệ thống

Làm việc với hiệu quả cao, phần nào giúp phát hiện, thu hẹp và cô lập

khu vực sự cố ra khỏi hệ thống đáp ứng được tính liên tục của hệ thống

điện

4.2 Phân loại

Recloser được phân loại dựa vào các yếu tố sau:

- Theo số lần đóng lại: 1 lần hoặc 2 lần

- Theo số pha thực hiện: một pha hoặc ba pha

- Theo môi trường dập hồ quang: dầu, chân không, khí SF6

- Theo kỹ thuật điều khiển: điều khiển cơ, thủy lực, điều khiển theo

kỹ thuật từ hay kỹ thuật điện tử

- Theo vật liệu cách điện: dầu, không khí, khí SF6, như epoxo

4.2.1 Recloser một pha

Chức năng

Recloser một pha dùng để bảo vệ cho các đường dây một pha, hoặc

một nhánh rẽ của đường dây ba pha Có thể dùng để bảo vệ hệ thống ba

pha mà các nhánh rẽ của hệ thống mà phần là tải một pha

Do vậy khi có sự cố pha – đất vĩnh cửu xảy ra thì Recloser chỉ cắt pha

đó và duy trì hai pha còn lại của hệ thống

Tuy nhiên loại này hiện nay rất ít dùng vì không kinh tế, xu hướng

hiện nay là dùng Recloser ba pha

Cấu tạo Recloser một pha

Hình 1.8 Cấu trúc bên ngoài và bên trong của Recloser một pha dập hồ quang bằng dầu

Hình 1.9 Cấu trúc bên ngoài và bên trong của Recloser một pha

dập hồ quang bằng chân không

4.2.2 Recloser ba pha

Recloser ba pha được dùng để cắt sự cố vĩnh cửu ở cả ba pha hoặc chỉ

một pha của tải ba pha Recloser ba pha có hai chế độ hoạt động: cắt một

pha/ cắt hẳn ba pha và cắt ba pha/ cắt hẳn ba pha

Loại cắt một pha/cắt hẳn ba pha thường được sử dụng với ba thiết bị

Recloser một pha đặt trong một thùng với liên động cơ khí Mỗi pha thao

tác độc lập đối với cắt quá dòng và đóng lại Nếu một pha nào đó thao tác

đến tình trạng cắt hẳn, thì một thanh truyền động cơ khí sẽ cắt hai pha còn

lại, mở và khoá chúng ở vị trí mở, nhờ vậy ngăn ngừa các tải ba pha có

điện không đủ ba pha

Tất cả các Recloser ba pha còn lại thao tác theo phương thức cắt ba

pha/ cắt hẳn ba pha Khi bất cứ sự cố nào xảy ra, tất cả các tiếp điểm đều

mở tức thời cho mỗi thao tác cắt ba pha Ba pha được nối cơ khí đối với

thao tác cắt và đóng lại và được truyền động bởi một cơ cấu duy nhất

Hình 1.10 Recloser ba pha

4.2.3 Recloser điều khiển bằng thủy lực

Recloser điều khiển bằng thủy lực là một bộ phận trong tổng thể của

các loại Recloser, cảm nhận quá dòng bởi các cuộn dây cắt nối tiếp đấu nối

tiếp với đường dây Khi dòng điện vượt quá dòng điện cắt nhỏ nhất của

cuộn dây, chạy qua cuộn dây thì một piston được hút vào cuộn cắt , mở các

tiếp điểm của Recloser Sự định thời gian và định chu trình được thực hiện

bởi sự bơm dầu qua một buồng thủy lực độc lập

4.2.4 Recloser điều khiển bằng điện tử

Phương pháp điều khiển Recloser bằng điện tử thì linh động hơn, dễ

dàng điều chỉnh và kiểm tra, có độ chính xác cao hơn phương pháp điều

khiển bằng thủy lực

Nhờ có tủ điều khiển độc lập nằm bên ngoài Recloser, bộ điều khiển

này cho phép thay đổi các đặc tính TCC, các mức đóng cắt và trình tự tác

động một cách thuận lợi và dễ dàng hơn mà không cần cắt điện hay lấy

Recloser ra khỏi thùng

Một phạm vi điều chỉnh rộng, có thể thay đổi các chức năng cơ bản

nhằm giải quyết các vấn đề phức tạp

Hoạt động của bộ điều khiển bằng điện tử:

Hình 1.11 Sơ đồ khối của bộ điều khiển điện tử của thiết bị tự đóng lại

Bộ điều khiển điện tử hiện có sử dụng các thành phần rời rạc hay các

khối logic vi xử lý

(1) Dòng pha được cảm biến bởi 3 máy biến dòng cảm biến chân sứ

nằm trong thiết bị tự đóng lại Dòng thứ cấp của ba máy biến dòng này

được dẫn đến bộ điều khiển bằng cáp nhiều sợi và cáp này cũng dẫn ngược

lại các tín hiệu cắt, đóng từ bộ điều khiển đến thiết bị tự đóng lại Khi các

dòng thứ cấp

(2) chảy qua mạch cảm biến ở bộ điều khiển vượt quá mức tỉ lệ theo

dòng cắt nhỏ nhất được lập trình

(3) các mạch phát hiện mức và mạch định thời gian được kích hoạt

Sau 1 thời gian trể được xác định bởi đặc tính thời gian - dòng điện được

lập trình

(4) mạch cắt được nạp điện, và gởi tín hiệu cắt đến thiết bị tự đóng lại

(5) Sau đó relay chu trình tác động

(6) làm cho mạch đóng lại và khôi phục bắt đầu đếm thời gian và khởi

động lại chương trình điều khiển để cho lần thao tác tiếp theo đặt trước

Sau khi khoảng thời gian đóng lại theo chương trình hết hiệu lực, (7)

một tín hiệu đóng được gởi đến thiết bị tự đóng lại và mạch cảm biến dòng

khởi động trở lại Khi thời gian khôi phục hết hiệu lực, relay chu trình khôi

phục lại chương trình điều khiển về trạng thái ban đầu của nó

Bộ điều khiển sẽ cắt hẳn tức thời khi có một tín hiệu cắt sau khi xảy ra

số lần thao tác cắt theo chương trình Khi cắt hẳn, bộ điều khiển không thể

khôi phục hoặc gởi tín hiệu cắt cho đến khi thao tác đóng được tác động

bằng tay từ bảng điều khiển hay bởi tín hiệu từ xa

4.2.5 Kiểu buồng dập hồ quang

Recloser sử dụng dầu hay chân không làm môi trường dập hồ quang

Khi sử dụng dầu, dầu này dùng cho cả dập hồ quang và cách điện cơ bản

Vài loại Recloser với bộ điều khiển thủy lực cũng sử dụng dầu này cho

chức năng định thời gian và chức năng đếm

Dùng chân không làm môi trường dập hồ quang có thuận lợi, giảm

bảo dưỡng và tác động bên ngoài Các Recloser chân không có thể dùng

dầu hay không khí như là môi trường cách điện cơ bản

4.3 Vị trí đặt Recloser

Recloser có thể đặt bất cứ nơi nào trên hệ thống, nơi mà các thông số

định mức của Recloser thỏa mãn các đòi hỏi của hệ thống Những vị trí hợp

lý có thể là :

- Trong trạm biến áp làm thiết bị bảo vệ phía sơ cấp

- Trên đường dây phân phối cách trạm một khoảng cách để cách ly

sự cố kép dài ở cuối đường dây ra khỏi toàn bộ hệ thống

- Trên những nhánh rẽ quan trọng đi từ đường dây cung cấp chính để

tránh khỏi cắt đường dây chính khi có sự cố trên những nhánh rẽ

đó

4.4 Các yếu tố chính khi xem xét Recloser

Các thông số cần quan tâm để ứng dụng thiết bị tự đóng lại phù hợp :

Điện áp định mức : điện áp định mức của Recloser phải bằng hoặc lớn

hơn điện áp của hệ thống

Dòng điện định mức của Recloser

Dòng ổn định nhiệt (kA/s)

Buồng dập hồ quang : khí SF6, chân không

Dòng tải lớn nhất : dòng liên tục lớn nhất định mức của thiết bị tự

đóng lại phải bằng hoặc lớn hơn dòng tải lớn nhất dự kiến của mạch Ở một

vài mạch điện, như có các tải điều hòa không khí gây nhiều khó khăn cho

việc đóng điện trở lại mạch (hiện tượng cold load) Với các mạch này cần

cài đặt dòng cắt bằng 250% hay cao hơn dòng tải định mức

4.5 Chọn thời gian đóng lại

Đối với sự phối hợp là 2 NHANH – 2 CHẬM, thì có thể chọn thời

gian đóng lại là: TỨC THỜI – 2 GIÂY – 5 GIÂY

- Khoảng thời gian đầu tiên phải là nhanh để phục hồi hệ thống càng

nhanh càng tốt, để giảm thiểu thời gian mất điện của phụ tải

- Khoảng thời gian thứ hai thường được chọn là 2 giây để đủ thời

gian làm mất sự cố

- Khoảng thời gian thứ ba thường được chọn dài hơn, 5 giây hoặc 10

giây, để có thể phối hợp tối hơn với cầu chì phía nguồn cho phép

cầu chì có thời gian để nguội bớt trong khoảng thời gian đóng lại

lần 3, lần 4 Cho phép bảo vệ tốt hơn với relay đặt phía sau nguồn,

cho phép relay quá dòng có nhiều thời gian hơn để phục hồi, relay

không tác động mở máy cắt

Đối với sự phối hợp 1 NHANH – 2 CHẬM, thì có thể chọn thời gian

đóng lại là: 2 giây – 5 giây

- Khoảng thời gian đầu (2 giây) cho phép làm mất sự cố thoáng qua

- Khoảng thời gian thứ 2 chọn dài hơn 5 giây hoặc 10 giây

Đối với sự phối hợp 1 NHANH – 3 CHẬM, thời gian có thể chọn thời

gian đóng lại là 2 giây – 5 giây – 5 giây; 2 giây – 5 giây – 10 giây

- Khoảng thời gian đầu (2 giây) cho phép làm mất sự cố thoáng qua

- Khoảng thời gian thứ 2, 3 chọn dài hơn 5 giây hoặc 10 giây

Hình 1.12 Thời gian tác động của Recloser

Như hình vẽ, các lần thao tác cắt dòng sự cố đầu tiên được thực hiện

theo đặc tính chỉnh định thời gian ”nhanh” Các lần thao tác cắt còn lại đi

đến cắt hẳn phối hợp với thời gian trễ định trước Lần thao tác đầu tiên

nhanh để xóa các sự cố tạm thời, trước khi các cầu chảy phía sau tác động

Nếu sự cố vĩnh cữu, lần thao tác thời gian trễ cho phép thiết bị gần sát sự

cố cắt quá dòng nhờ đó giới hạn sự mất điện chỉ ở phần nhỏ hơn của hệ

thống

4.6 So sánh giữa Recloser và LBS

Điểm chung: Nó có điểm chung là đều đóng cắt được khi có tải

(LBS chỉ cắt được với dòng tải nhất định nhỏ hơn nhiều lần so

với Recloser)

Vận hành:

LBS: bảo dưỡng, sửa chữa đem đi lắp đặt thì thuận lợi hơn Với quy

mô nhỏ (như 1 cấp điện cho 1 khu vực không quan trọng, ít phụ tải…) thì

nên lắp LBS hơn vì hiệu quả kinh tế nó mang lại là đầu tư ít

Recloser: lắp đặt phức tạp hơn, yêu cầu kỹ thuật cao hơn, người vận

hành cũng phải có trình độ chuyên môn nhất định, khi lắp Recloser về

nguyên tắc thì vẫn cần phải kết hợp cầu dao thường

Tuy nhiên không thể so sánh LBS với Recloser được vì bản chất

Recloser là một máy cắt có chức năng tự đóng lại nên ngoài khả năng loại

trừ đoạn đường dây phía sau nó khi sự cố, với sự cố thoáng qua nó sẽ tự

đóng lại để cấp điện trở lại giảm thời gian gián đoạn cấp điện

Recloser là một thiết bị đóng cắt tự động hoạt động tin cậy và kinh tế

dùng cho lưới phân phối đến cấp điện áp 38KV Kết cấu gọn nhẹ, dễ lắp

đặt, vận hành Đối với lưới phân phối Recloser là thiết bị hợp bộ gồm các

bộ phận sau: + Bảo vệ quá dòng + Tự đóng lại (TĐL) + Thiết bị đóng cắt +

Điều khiển bằng tay

5 Máy cắt và Relay

5.1 Giới thiệu

Máy cắt (Circuit Breakers) và Relay là một bộ thiết bị luôn đi cùng

nhau về mặt đặc tính thiết bị và các thông số ứng dụng chung bởi các loại

relay thường được dùng phối hợp với máy cắt nhằm thực hiện việc đóng

cắt tự động các tiếp điểm của máy cắt trong bảo vệ quá dòng

Các vấn đề được nêu bao gồm sự phân loại máy cắt và sự lựa chọn các

giá trị định mức thích hợp cùng với kiểu của relay sử dụng trong các bảo vệ

lưới phân phối và các đặc tính dòng - thời gian (TCC)

5.2 Máy cắt

5.2.1 Khái niệm, chức năng

Máy cắt là thiết bị đóng cắt cơ khí có khả năng đóng, mang và cắt các

dòng điện trong điều kiện vận hành bình thường của mạch điện, đồng thời

có khả năng đóng, mang trong thời gian xác định, và cắt dòng điện trong

điều kiện không bình thường được quy định của mạch điện như ngắn mạch

Máy cắt có thể cắt, đóng bằng tay hay sử dụng các relay hoặc các bộ điều

khiển điện tử bên ngoài Vì có khả năng cắt ngắn mạch lớn và dòng liên tục

cao nên các máy cắt tương đối đắt tiền và cồng kềnh so với các thiết bị bảo

Hình 1.14 Máy cắt chân không

Phân loại theo môi trường làm việc:

- Máy cắt lắp đặt trong nhà

- Máy cắt lắp đặt ngoài trời

Phân loại theo kết cấu

- Máy cắt rời

- Máy cắt hợp bộ

5.2.3 Cơ cấu hoạt động

Máy cắt có một cơ cấu truyền động dự trữ năng lượng cho phép tiếp

điểm máy cắt được đóng nhiều lần khi nguồn ngoài bị mất Kiểu cơ cấu

truyền động dự trữ năng lượng và số lần thao tác đóng mở tương ứng được

quy định ở ANSI 37.12-1981 như sau:

- Không khí nén hay các loại khí khác: Hai lần thao tác đóng / mở

- Khí lực hay thủy lực: Năm lần thao tác đóng / mở

- Lò xo nén bằng mô tơ: Một lần thao tác đóng / mở với sự phục

hồi của lò xo trong khoảng 10 giây

HÌnh ảnh về tủ chứa máy cắt

Hình 1.15 Tủ đóng cắt RMU

Hình 1.16 Tủ đóng cắt SM6

5.2.4 Thông số cơ bản của máy cắt:

Relay là một thiết bị dùng để nhận biết dòng sự cố, định thời gian và

đóng trở lại, nói chung là điều khiển việc vận hành của máy cắt Các relay

là các thiết bị bên ngoài máy cắt và bản thân máy cắt không có khả năng

nhận biết sự cố

Có nhiều loại relay khác nhau để đảm nhận và đáp ứng sự tương hỗ

giữa điều kiện hệ thống và các đại lượng, bao gồm các loại sau: relay quá

dòng, relay quá áp, relay bảo vệ so lệch, relay tổng trở, relay thứ tự pha…

Relay quá dòng và relay tự đóng lại hay chung cả hai là hai loại relay được

dùng phổ biến nhất trong việc bảo vệ hệ thống lưới phân phối

Hình 1.17 Relay bảo vệ quá dòng điện từ

5.3.2 Đặc tính TCC (dòng- thời gian)

Các đặc tính thời gian - dòng của một relay quá dòng được giới thiệu

bởi một họ các đường cong chỉ ra ở Hình 1.18 Vị trí của đường cong được

xác định bởi sự lựa chọn các nấc đặt và điều chỉnh đòn bẩy thời gian Cài

đặt nấc quyết định giá trị dòng thứ cấp đầu vào nhỏ nhất, khi vượt quá giá

trị này sẽ gây sự chuyển mạch relay Dòng của hệ thống gây chuyển mạch

relay được xác định là dòng cắt nhỏ nhất và được xác định bởi tỉ số biến

dòng và trị số nấc cài đặt

Hình 1.18 Đặc tuyến về dòng- thời gian

Có nhiều dạng đặc tính thời gian - dòng điện và việc chọn loại phụ

thuộc vào ứng dụng cho thấy mối quan hệ trong các họ đường cong khác

nhau khi cài đặt trên cùng nấc

Nhìn chung, các relay có đặc tính rất dốc và siêu dốc được sử dụng

cho bảo vệ lưới phân phối, vì độ lớn dòng sự cố thường là hàm của vị trí sự

cố và ít phụ thuộc vào nguồn phát và điều kiện điện áp Các relay này cung

cấp sự phối hợp rất tốt với các cầu chảy và phối hợp tốt với thiết bị tự đóng

lại, cung cấp bổ sung khả năng đột biến tải sau khi mất điện có thời gian

dài

Các relay có đặc tính dốc và ít dốc nói chung được áp dụng khi độ

lớn dòng sự cố là hàm của điều kiện nguồn phát ở thời điểm sự cố

Các relay ngắn hạn dốc được áp dụng để bảo vệ các thiết bị như các

bộ nguồn chỉnh lưu khi cần cân nhắc đến sự cắt nhanh nhưng không quá

nhanh như cắt tức thời

Các relay dài hạn dốc dùng bảo vệ mô tơ chống quá tải khi không thể

ứng dụng thiết bị nhiệt

5.3.3 Phân loại relay

Phân loại theo phương thức tác động lên mạch động lực:

- Relay tác động trực tiếp

- Relay tác động gián tiếp

Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:

- Relay có tiếp điểm

- Relay không tiếp điểm

Phân loại theo nguyên lý làm việc:

- Relay cực tiểu

- Relay tác động hai biên

- Relay so lệch

- Relay định hướng

5.3.4 Phối hợp thời gian trong chỉnh định relay quá dòng

Trong lưới điện phân phối cần quan tâm nhất phối hợp thời gian trong

chỉnh định relay quá dòng Công tác tính toán chỉnh định relay quan trọng

nhất là chúng ta phải phối hợp được thời gian tác động của các relay sao

cho ứng với mỗi sự cố thời gian tác động của các relay phải phối hợp được

với nhau theo nguyên tắc relay nào gần điểm sự cố nhất sẽ tác động trước,

relay nào xa hơn sẽ tác động sau theo cùng một hướng, và trong mọi trường

hợp sự cố đều không xảy ra bật vượt cấp (tức là relay gần điểm sự cố hơn

tác động sau relay ở xa điểm sự cố theo cùng 1 hướng)

Nguyên tắc tính toán như sau:

 Chọn dòng sự cố lớn nhất đi qua tất cả các máy cắt theo hướng cần

 Tính toán chọn dòng khởi động cho từng máy cắt

 Chọn họ đặt tuyến cho từng máy cắt (nên chọn cùng 1 họ cho dễ

dàng trong việc phối hợp)

 Tính toán chọn đặc tuyến TD cho từng đặt tuyến relay

Sau khi tính toán xong ta cần kiểm tra sự phối hợp giữa các relay với

nhau sao cho không có trường hợp nào xảy ra bật vượt cấp

II CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG

1 Cấu trúc OSI/ISO của giao thức truyền thông

Giao thức truyền thông (communication procotol) là một tập hợp các

quy định về cấu trúc dữ liệu, truyền dữ liệu, kiểm tra và sửa lỗi của 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/ Organization for

Standardization), tạm dịch là “mô hình liên kết các hệ thống mở” theo tiêu

chuẩn ISO

Mô hình OSI/ISO 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

Giới thiệu cấu trúc mô hình OSI/ISO với các lớp chức năng như sau:

- Lớp vật lý (physical): định nghĩa tất cả các đặc điểm về điện và vật

lý của đường truyền, mối quan hệ giữa các dịch vụ và môi trường

truyền dẫn

- Lớp liên kết dữ liệu (data link): cung cấp dịch vụ để truyền dữ liệu

theo kết nối điểm-điểm, phát hiện lỗi ở lớp vật lý nếu có

- Lớp mạng (network): định tuyến để gửi dữ liệu ra mạng mở rộng,

- Lớp biểu diễn dữ liệu (presentation): định dạng dữ liệu nhận được

từ lớp ứng dụng, cung cấp dịch vụ chuyển đổi dữ liệu