Sử dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối DAS trong việc xây dựng lại cấu trúc lưới điện

Sử dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối DAS trong việc xây dựng lại cấu trúc lưới điện Sử dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối DAS trong việc xây dựng lại cấu trúc lưới điện Sử dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối DAS trong việc xây dựng lại cấu trúc lưới điện luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Phạm Anh Tuân

Người hướng dẫn khoa học:

TS Đinh Quang Huy

Hà nội 2005

Luận văn được tác giả bắt đầu thực hiện từ khi chính thức được nhận đề tài Ngoài ra, để chuẩn bị cho việc nhận đề tài, tác giả cũng đã có một thời gian dài thu thập tài liệu từ sách, tạp chí, Internet, tài liệu trong EVN và nơi tác giả đang công tác Dự án JICA-EVN

Với những gì đã đạt được của luận văn tác giả xin cam đoan đây là sản phẩm do chính tác giả thực hiện hoàn thành

Tác giả luận văn

Phạm Anh Tuân

thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ từ bên ngoài

Tác giả vô cùng biết ơn sự hướng dẫn, chỉ đạo và giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Đinh Quang Huy trong suốt quá trình học tập và làm Luận văn

Tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn sự nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ và những góp ý khoa học quý báu của toàn thể các thầy cô trong Bộ môn Hệ thống điện trong suốt quá trình học tập và làm luận văn giúp phần nâng cao chất lượng của luận văn

Xin trân thành cảm ơn Trung tâm Đào tạo sau Đại học, các bạn cựu sinh viên Khoá 43 trường Đại học Bách khoa Hà nội, tập thể lớp Cao học Hệ thống điện Khoá 2003, Dự án JICA-EVN nơi tác giả hiện đang công tác - đã tạo điều kiện và luôn giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Xin trân thành cảm ơn các chuyên gia Phòng Điều Độ và Phòng Phương thức Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc Gia, Công ty Điện lực Hà Nội đã tạo

điều kiện nghiên cứu và cung cấp các tài liệu cần thiết cho tác giả

Xin trân thành cảm ơn các đồng nghiệp đi trước đã để lại cho tác giả một kho tàng kiến thức

Cuối cùng, tác giả vô cùng biết ơn sự quan tâm, động viên của gia đình, họ hàng và bạn bè trong suốt thời gian qua Nhờ đó, tác giả có thêm nhiều thời gian và nghị lực để hoàn thành bản luận văn

Với những gì đã đạt được của luận văn tác giả xin cam đoan đây là sản phẩm

do chính tác giả thực hiện hoàn thành Tuy nhiên do hạn chế về thông tin cũng như tầm hiểu biết, tác giả rất mong nhận được sự quan tâm góp ý và phê bình của các

đồng nghiệp và các bạn đọc

Xin chân thành cảm ơn

Tác giả luận văn

Phạm Anh Tuân

Phần mở đầu

1- Giới thiệu 1

2- Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 2

3- Phạm vi nghiên cứu 2

4- Phương pháp nghiên cứu 2

5- Giá trị thực tiễn của luận văn 3

Phần 1 : giới thiệu hệ thống DAS 1 – Tầm quan trọng DAS 4

2 – Hệ thống DAS 2.1 – Nguyên lý khôi phục sự cố sử dụng cầu dao tự động 10

2.2 – So sánh giữa hệ thốg DAS và hệ thống tự động đóng lại (Recloser) 25 2.3 – Tiến trình xây dựng hệ thống DAS 29

2.4 – Xây dựng hệ thống DAS giai đoạn 1 (giai đoạn đầu) 36

2.5 – Hệ thống thông tin và thiết bị đầu cuối 39

2.6 – Chức năng của máy tính 47

2.7 – Kết luận 51

Phần 2 : Xây dựng thuật toán và phần mềm Xác định phương án tái cấu trúc lưới 3 – Bài toán tái cấu trúc lưới điện 52

3.1 – Giới thiệu các bài toán tái cấu trúc lưới điện 53

3.1.1– Các bài toán tái cấu trúc lưới điện 55

3.1.2– Bài toán tái cấu trúc lưới sau sự cố 56

3.2– Một số giải thuật tái cấu trúc lưới 60 3.2.1 – Giải thuật tái cấu trúc lưới theo mục tiêu tối ưu hoá đối tượng 59

tiêu và đối tượng đặc biệt

3.2.3 – Giải thuật tái cấu trúc lưới kết hợp đa mục tiêu trong đó chủ

đạo là giảm số lần thao tác

T ầm quan trọng của DAS

Tăng cường độ tin cậy cung cấp điện có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, sơ đồ hình cây 1-1(a) và 1-1(b) biểu diễn các nhân tố ảnh hưởng và phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Trong đó, phát triển và hoàn thiện hệ thống tự động hoá đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện và nâng cao chỉ tiêu này Trên thực tế, hiện nay có rất nhiều mô hình, công nghệ tự động hoá đã được triển khai trong lưới điện như SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition System), DCS (Distributed Control System), DAS (Distribution Automation System) Trong đó hệ thống DAS đã được triển khai ở rất nhiều mạng phân phối ở các nước như: Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan

Hệ thống DAS hoàn thiện không chỉ với nâng cao độ tin cậy cung

cấp điện mà còn được tích hợp nhiều tính năng nổi trội khác Cụ thể, sau đây là một số dẫn chứng về các tính năng của DAS:

Tăng độ tin cậy cung cấp điện:

• Giảm thời gian cô lập phân đoạn sự cố (Nhanh chóng phát hiện phân đoạn bị sự cố tự động cấp điện trở lại cho nguồn bị

sự cố);

• Nhanh chóng cung cấp điện cho các phân đoạn bị cắt điện do

sự cố (Bổ xung các phương tiện tự động tính toán để thay đổi nguồn cung cấp và các thiết bị chuyển mạch được giám sát

và điều khiển từ xa);

công suất để nhận dạng tình trạng phần tử);

• Tăng khả năng tổng hợp và cập nhật dữ liệu, trạng thái các

phần tử (tự giám sát trạng thái của đường dây và các phần tử theo chu kỳ và trong trường hợp sự cố)

Tiết kiệm lao động:

• Giảm số lượng công nhân vận hành thao tác các thiết bị chuyển mạch;

• Tiết kiệm nhân lực, giảm số công nhân trực tiếp giám sát trên đường dây;

• Cải thiện môi trường làm việc (nâng cao độ an toàn, giảm

thời gian làm việc vào ban đêm, thời tiết xấu );

• Tiết kiệm lao động trong việc lập các kế hoạch công tác, phân phối phương tiện thiết bị làm việc trên đường dây phân phối

Nâng cao hiệu quả công việc:

• Nâng cao hệ số sẵn sàng của các thiết bị phân phối bằng mạng lưới quản lý phân phối;

• Giảm thiểu tổn thất điện năng trong lưới

Để minh chứng rõ nét hơn về ưu điểm của DAS trong việc đóng góp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, sau đây là thống kê so sánh

khả năng và thời gian tiếp tục cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố

trước và sau khi triển khai hệ thống DAS cho đến năm 2001 theo trích dẫn từ báo cáo quá trình phát triển hệ thống DAS của điện lực Kyushu – Nhật bản (Tài liệu DAS Dự án JICA-EVN) – hình 1-2(a) và 1-2(b)

Ngăn chặn

sự cố sảy ra

Dùng thiết bị có

độ bền cao

Tăng cường công tác bảo dưỡng

Tăng cường cách điện

Cải thiện đặc tính khả năng chống ô nhiễm bụi bẩn

Đối với hư hại do ô nhiễm môi trường

Va chạm, tiếp xúc với các vật thể khác

Củng cố phương tiện/ Thiết bị tuần tra, kiểm tra

Hình 1-1(a) Sơ đồ biểu diễn các biện pháp

ngăn chặn sự cố sảy ra

Tăng cường phương tiện thiết bị và công tác bảo dưỡng

Hệ thống tự động phân phối điện

Thiểu hoá phạm

vi mất điện Lắp đặt thêm các cầu dao tự động dọc đường dây

Lắp đặt mạch vòng Lắp đặt lộ kép mà mạng SNW (Lắp đặt lưới điện cung cấp theo phương thức tập trung với nhiều đường dây phục vụ

cố tạm thời

Hệ thống kiểm tra phát hiện

sự cố

Nâng cao trình độ, kỹ năng thao tác của công nhân trong công tác

sửa chữa, khôi phục sự cố

Hệ thống, thiết bị kiểm tra, xác định

điểm sự cố

Hình 1-1(b) Sơ đồ biểu diễn phương pháp giảm

thời gian mất điện

Giảm số hộ bị gián đoạn cung cấp điện do đã khôi phục lại nguồn điện

Thời gian rút ngắn để khôi phục hoàn toàn là

Sau khi áp dụng DAS

25 phút

55 phút

Hình 1-2(a): Hiệu quả của DAS đối với sự cố đường dây

Hình 1-2(b): Hiệu quả của DAS đối với sự cố trạm

Thời gian mất điện

2.1 Nguyên lý khôi phục sự cố sử dụng cầu dao tự

động

2.1.1 Phân loại sự cố đường dây phân phối

Các sự cố chính trên thiết bị lưới phân phối điện được chia thành sự cố chạm đất và sự cố ngắn mạch Sự cố chạm đất là loại sự cố hư hỏng cách điện

ở một pha xác định trên đường dây phân phối và dòng điện chạy xuống đất Tiếp xúc với các đối tượng hoặc đứt dây có thể là nguyên nhân của loại sự cố

đó Do nguy hiểm của điện giật, hỏa hoạn nếu sự cố kéo dài, nên đường dây phải được cắt càng sớm càng tốt

Sự cố ngắn mạch là loại sự cố trong đó sự phá hủy độ bền cách điện phát sinh đồng thời trên hai hoặc 3 pha của đường dây phân phối 3 pha do ngắn mạch và dòng điện rất lớn xuất hiện Nếu trạng thái ngắn mạch kéo dài , lực từ

điện lớn sẽ tác động trên cuộn dây máy biến áp gây nên hư hỏng cơ khí hoặc gây có thể cháy dầu cách điện và nổ máy biến áp Thêm nữa, dòng ngắn mạch sẽ làm đến nóng chảy bề mặt cách điện của dây dẫn và các thiết bị khác Trong các trạm biến áp, rơle bảo vệ được lắp đặt để cắt máy cắt của mạch

điện bị sự cố Thời gian tác động của rơle được đặt khoảng 0.5 giây cho sự cố chạm đất và khoảng 0.2 giây cho sự cố ngắn mạch

2.1.2 Phương pháp xác định đoạn sự cố trước khi tự động hóa

Nhìn chung, việc tìm ra nguyên nhân gây sự cố trên đường dây phân phối mất nhiều thời gian do tính chất dài, rộng và phức tạp của chúng Thêm vào

đó, đa số các trường hợp, nguyên nhân gây sự cố thường bị mất đi trong quá trình tìm kiếm Vì vậy, phương pháp lắp đặt các cầu dao tại những điểm nút dọc đường dây phân phối nhằm phân đoạn đường dây và giảm thiểu ảnh hưởng của vùng sự cố bằng cách cô lập phân đoạn sự cố đã được triển khai

Việc cô lập phân đoạn sự cố được thực hiện bằng cách đóng thử nghiệm lần lượt các phân đoạn từ phía đầu cho đến cuối nguồn Với phương pháp này, phân đoạn sự cố sẽ được phát hiện thông qua tác động của máy cắt đầu đường

dây khi mà thao tác đóng thử nghiệm thực hiện đến cầu dao của phân đoạn bị

Sự kiện phát minh ra loại cầu dao có gắn thiết bị điều khiển thời gian trễ FDR (hay còn gọi là rơ le phát hiện sự cố), là bước tiến lớn trong việc phát triển hệ tự động phân phối thay thế cho người vận hành trong việc xác định và cô lập phân đoạn sự cố

Trên đường dây phân phối với cầu dao có FDR được lắp đặt, khi có sự

cố máy cắt sẽ cắt và quá trình cung cấp điện bị ngừng, sau đó tất các các cầu dao có FDR trên tuyến phân phối sẽ cắt (đây được gọi là cắt không điện áp của cầu dao) Sau khi máy cắt đóng lại, các phân đoạn thuộc đường dây sẽ

được cung cấp bằng cách đóng thử nghiệm lần lượt các cầu dao từ phía đầu nguồn sau mỗi khoảng thời gian định trước (từ 2 đến 10 giây, tuỳ thuộc vào khả năng thao tác của hệ thống tự động hoá) Khi điện được cấp tới phân đoạn

sự cố, do dòng sự cố, máy cắt lại tiếp tục cắt lần nữa Qua đó, người ta xác

định được phân đoạn sự cố chính là phân đoạn vừa được đóng thử nghiệm Tiếp đó, cầu dao tại phân đoạn này sẽ tự động khoá lại, phân đoạn sự cố được cô lập, quá trình cấp điện cho các phân đoạn còn lại được tự động thực hiện sau đó

Như vậy chỉ trong khoảng thời gian ngắn, sự cố đã được cách ly và các phân đoạn đã cách ly sẽ nhanh chóng được cấp điện thông qua hệ thống tự

động tính toán, tìm kiếm các nguồn cấp liên thông với chúng Sau khi sự cố

được sửa chữa và khôi phục hoàn toàn, quá trình thông mạch trao đổi công suất cho phân đoạn sự cố này sẽ được thực hiện bởi người vận hành

Đối với lưới điện hiện đại, tại các cầu dao sẽ có gắn các thiết bị đầu cuối RTU(Remote Terminal Unit) và chúng được điều khiển bởi hệ thống điều khiển từ xa thông qua các trạm điều khiển và hệ thống truyền tin Tuy nhiên, phương pháp dùng hệ thống có FDR gắn trực tiếp tại các cầu dao vẫn được sử dụng và đây được coi như chức năng dự phòng cho RTU và hệ thống điều khiển từ xa trên đề phòng trường hợp chúng bị sự cố

2.1.4 Các chức năng của hộp điều khiển FDR

Cầu dao tự động của đường dây phân phối được đóng hay cắt bởi hộp

điều khiển FDR Nó được tích hợp 3 chức năng thời gian trễ chính nhằm điều khiển cầu dao, được mô tả chi tiết dưới đây:

a Khoảng thời gian X (đóng tự động)

Khoảng thời gian X là khoảng thời gian trễ đóng cầu dao với mục đích

dò tìm vùng sự cố Nói cách khác, cầu dao sẽ tự động đóng sau một khoảng thời gian là X khi phía trước nó được cấp điện Thời gian này được tính cả thời gian đóng cầu dao

b Khoảng thời gian Y

Sau khi kết thúc thời gian X, cầu dao đóng và công suất được truyền tới phía tải của phân đoạn Tuy nhiên, khi có sự cố ở phân đoạn, máy cắt sẽ cắt lại Và ngay sau đó, máy cắt thực hiện đóng lần 2 sau đó, lần lượt các cầu dao cũng đuợc đóng lại sau khoảng thời gian X Tuy nhiên, ở cầu dao của phân

đoạn sự cố phải được khoá lại để không xảy ra ngắn mạch lần nữa Và ta gọi trạng thái này là khoá tự động Khi nguồn điện được cắt trong khoảng thời gian đã chọn trước sau khi kết thúc khoảng thời gian X (đóng tự động), trạng thái khóa sẽ xuất hiện Khoảng thời gian này được ký hiệu là Y Chú ý rằng khoá có nghĩa là trạng thái mà đóng tự động bị hủy bỏ Để đóng được cầu dao

bị khóa, người vận hành phải thao tác bằng tay

c Khoảng thời gian Z (trễ cắt)

Cầu dao đã đóng phải được giữ bởi lực từ điện của cuộn dây hãm, đây là yêu cầu kỹ thuật thiết yếu vì nếu cầu dao được cắt tức thì khi có dòng ngắn mạch chạy qua (khi máy cắt chưa cắt) thì sẽ có thể xảy ra một số nguy hiểm như sau:

• ảnh hưởng của hồ quang khi cắt dòng ngắn mạch:

Vì các cầu dao nói chung không được thiết kế để cắt ngắn mạch nên nếu cầu dao cắt trước máy cắt khi có dòng điện sự cố ngắn mạch có thể gây nên hư hỏng thiết bị do hồ quang

• Cầu dao tự cắt do sụt áp tạm thời:

Nói chung, thời gian khôi phục đối với một sự cố ngắn mạch thoáng qua ở phía nguồn cao áp là 2s hoặc nhỏ hơn Vì lý do này cầu dao phải đảm bảo yêu cầu không tự cắt khi có sự cố ở phía cao áp hoặc một số hiện tượng tương tự gây sụt áp

Khoảng trễ được cài đặt trước khi cầu dao cắt để tránh các vấn đề này,

được gọi là khoảng thời gian Z

Để đảm bảo an toàn cho hoạt động của hệ thống thì các khoảng thời gian trên được cài đặt sao cho X>Y>Z

Toàn bộ quá trình được đúc kết lại như sau:

Khi xảy ra sự cố máy cắt đầu xuất tuyến cắt, FDR nhận tín hiệu mất

điện và thời gian trễ cắt Z được tính Sau khoảng thời gian Z, cầu dao tác động

và cắt

Sau khi cầu dao cắt, quá trình đóng lại bắt đầu, lần lượt các cầu dao

được khôi phục trạng thái đóng sau khi phía đầu nguồn của nó đã được cấp

điện một khoảng thời gian là X

Sau khi cầu dao đóng lại, nếu sau khoảng thời gian Y mà máy cắt không cắt lại thì phân đoạn phía sau cầu dao là bình thường Còn nếu máy cắt

bị cắt lại lần thứ 2 sau khoảng thời gian nhỏ hơn Y thì cầu dao sẽ được mở và trạng thái khoá tự động được thiết lập

Hình vẽ dưới đây thể hiện các khoảng thời gian đó:

2.1.5 Quá trình hoạt động của các cầu dao có gắn FDR khi xuất hiện sự

cố

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

Trường hợp 1: Hệ thống đường dây hình tia - Hình 2-1-2 và 2-1-4(a) - :

Hệ thống phân phối hình tia được mô tả điển hình gồm đường trục được phân thành 3 vùng a , b , d tại các điểm A,B,D và hai đường nhánh c , e tại các

điểm đầu nhánh C , E Trong đó A là vị trí tủ máy cắt đường dây tại các trạm

phân phối trung tâm (FCB) ; các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tự động trên cột đường dây (SW)

Giả sử hệ thống đang hoạt động bình thường thì sự cố xảy ra ở phân

đoạn c Quá trình phân đoạn sự cố được diễn ra như sau:

1 Trạng thái cấp điện bình thường, FCB và các SW ở trạng thái đóng

2 Khi có sự cố trên đường dây tại phân đoạn c, FCB thực hiện tác động cắt lần đầu tiên Khi FCB cắt, tất cả các SW trên đường dây trung thế

5 Sau 7s từ khi vùng b có điện, SW- D đóng Vùng d được cấp điện

6 Sau14s từ khi vùng b có điện, SW- C đóng Phân đoạn c được cấp

điện Do sự cố xảy ra ở phân đoạn c , rơ-le bảo vệ của trạm phát hiện

ra sự cố lần nữa và cắt nhanh FCB lần thứ hai SW-C tự động mở do mất điện áp Theo nguyên lý hoạt động như đã trình bày bên trên do máy cắt đã cắt lần thứ 2 nên SW-C sẽ bị khoá lại ở trạng thái mở (nó chỉ có thể được đóng lại bằng tay) Và như vậy phân đoạn sự cố đã bị cô lập với nguồn cấp

7 Tiếp theo, FCB tự động đóng lặp lại lần thứ hai - SW-B, SW-D và SW-E lần lượt tự động đóng lại theo nguyên lý trên và phần đường dây không bị sự cố được phục hồi hoạt động

Hình 2-1-2 Sơ đồ phát hiện phần bị sự cố (lưới điện hình tia)

Trường hợp 2: Hệ thống đường dây mạch vòng - Hình 2-1-3 và 2-1-4(b) - :

Hệ thống phân phối mạch vòng được mô tả điển hình gồm đường 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 phân phối trung tâm - FCB ; các điểm còn lại

là các vị trí đặt cầu dao tự động trên cột đường dây - SW

Điểm E là điểm mở của mạch vòng Thiết bị SW tại điểm E được cài

đặt chức năng luôn mở khi có tín hiệu điện áp ở cả hai phía, chỉ đóng sau khi mất tín hiệu điện áp một phía với thời gian trễ tính toán trước lớn hơn tổng thời gian trễ của các phần tử SW có trên mạch vòng

Giả sử hệ thống đang hoạt động bình thường thì sự cố xảy ra ở phân

đoạn c Quá trình cô lập phân đoạn sự cố được biểu diễn theo 8 bước sau đây:

1 Điều kiện bình thường, Các thiết bị FCB và SW ở trạng thái

đóng Tại điểm nối vòng, SW-E mở

2 Khi có sự cố trên đường dây, FCB sẽ tác động cắt lần đầu Khi FCB cắt, tất cả các SW trên đường dây trung thế tại B , C , D tự động

mở do tín hiệu điện áp không còn

3 Tự đóng lại lần đầu được thực hiện - FCB đóng

4 Sau 7 s , thiết bị SW tại B đóng

5 Sau 7 s tiếp theo , thiết bị SW tại C đóng

6 Do sự cố ở phần c, FCB của trạm tác động cắt lần thứ hai Khi FCB cắt, SW tại B và C tự động mở

Vì điện áp đường dây đã mất sớm hơn khoảng thời gian đặt trước Y=5s nên SW-C bị khoá ở trạng thái mở

Đối với SW-D, cầu dao này cũng sẽ bị khoá ở trạng thái mở (tín hiệu khoá được cấp bởi người vận hành)

Như vậy, vùng sự cố trong khoảng C và D đã được tự động cách ly

7 FCB tự đóng lại lần thứ hai, SW-B đóng

8 SW-E sẽ được đóng lại để cấp nguồn cho phân đoạn d, tín hiệu

Việc điều khiển đóng SW-E trên thực tế sẽ được thực hiện sau khi đã

được xác nhận là nguồn cấp từ phía SW-E có đủ khả năng cấp cho phân đoạn

đó

Hình 2-1-3 Sơ đồ phát hiện phần bị sự cố (lưới điện mạch vòng)

Hình 2-1-4(a) Sơ đồ thời gian phục hồi cho hệ thống hình tia

Hình 2-1-4(b) Sơ đồ thời gian phục hồi cho hệ thống mạch vòng

Phục hồi tự động bằng thiết

bị rơ le phát hiện sự cố FDR

Cấp điện tự động từ điểm nối vòng theo tính toán của máy tính theo các điều kiện tối ưu của lưới điện:

Khoá cầu dao phân đoạn sự cố và chờ khôi khôi phục sửa chữa

Còn cầu dao nào

đòi hỏi điều khiển không ?

4 Thực hiên thao tác khôi phục

5 Trở lại lưới bình thường

Nhận biết phân đoạn

đóng thử nghiệm cuối cùng

là phân đoạn sự cố

Xác định các phân đoạn đã cách

ly với phân đoạn sự cố để khôi

phục cấp điện

Chờ lệnh vận hành

Lần lượt các cầu dao được

tự động đóng lại sau khi máy cắt

đóng lại lần 2

Chờ thao tác đóng tiếp theo bằng chức năng

dự phòng DM

Phán đoán sự bất thường ở RTU đã

được chọn hoặc

sử dụng cuối cùng Máy cắt đóng?

Bất thường

No Yes

Thực hiện tính toán máy tính công suất tuyền tải

cắt lại chưa?

No

Thông qua lệnh vận hành

Thực hiện tính toán cung cấp

điện cho phân đoạn sự cố đã

Thực hiện khôi phục lại lưới

điện theo phương thức ban

đầu

In ra toàn bộ các trường hợp sự cố đã khôi phục

Tính toán các phương án nhằm đưa lưới điện về trạng thái cơ bản

Chờ lệnh vận hành

Hình 2.1.6 Quá trình khôi phục sự cố đường dây phân phối

Tính toán quá trình trao đổi công suất

2.2 So sánh giữa hệ thống DAS và hệ thống Tự động

đóng lại ( ReCloser )

Hệ thống Recloser được dùng khá phổ biến trong bảo vệ đường dây phân phối thuộc EVN Đối với Nhật Bản và một số nước phát triển khác hệ thống Recloser cũng đã được dùng như bảo vệ chính cho đường dây phân phối trước khi chuyển sang mô hình DAS

Sự khác nhau chủ yếu giữa hệ thống DAS và hệ thống Recloser được phân tích và so sánh như sau:

Đối với hệ thống Recloser việc phối hợp cho bảo vệ quá dòng gặp rất nhiều khó khăn và phức tạp khi mà số lượng Recloser trên một xuất tuyến tăng cao, do giới hạn chỉnh định của rơ le đặt tại máy cắt đầu xuất tuyến Thêm vào đó thời gian đặt tác động Rơle đối với hệ thống Recloser cũng dài hơn khi mà số lượng thiết bị này tăng Do đó, dòng ngắn mạch mà toàn đường dây và các thiết bị phải chịu là lớn và lâu, dẫn đến hỏng hóc cho đường dây và thiết bị Đồng thời, khi có sự cố xảy ra tại tải, mất điện trong diện rộng sẽ kéo dài cho đến khi sự cố được khắc phục

Khác với Recloser, hệ thống DAS cho phép khắc phục được các điểm trên, độ ổn định của hệ thống sẽ tăng cao khi trên các lộ ta đặt nhiều cầu dao

tự động Nó cũng trở lên dễ dàng hơn cho việc giảm thời gian mất điện và giới hạn phạm vi phân đoạn mất điện Tuy nhiên, DAS cũng có nhược điểm là tần suất đóng cắt của các máy cắt trên đường dây là tương đối nhiều

Ngoài ra, Recloser chỉ được áp dụng rộng cho mạng điện phân phối hình tia Còn hệ thống DAS thuận tiện cho cả mạng điện phân phối hình tia và cũng dễ dàng khi cải tạo thành mạch vòng Đây là điểm đặc biệt quan trọng cho việc qui hoạch lưới đô thị

Tại một số nước phát triển thì hiện nay hệ thống DAS đã thay thế hoàn toàn cho hệ thống Recloser

Thêm nữa, hệ thống DAS sẽ phát huy hiệu quả hơn khi áp dụng công nghệ giám sát, đo lường và điều khiển từ xa Hay nói cách khác tính thích nghi trong điều kiện phát triển của lưới điện phân phối của mô hình này rất cao

Dưới đây là một số biểu diễn so sánh sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống DAS và hệ thống Recloser

Hình 2-2-1(a) Cấu hình hệ thống Recloser

Recloser chỉ được áp dụng cho các mạng hình tia

CB Trạm phân phối

CB

CB

Hệ thống DAS với các PVC và FDR Điểm mở vòng

Số thiết bị Recloser trên một lộ bị giới hạn do việc yêu cầu giới hạn cài

đặt dòng và thời gian của Rơle tại máy cắt đầu xuất tuyến

Hình 2-2-2(a) Đường cong đặc tính giữa dòng ngắn mạch và thời gian cắt ngắn mạch của bảo vệ quá dòng khi tồn tại nhiều Recloser trên một xuất tuyến

Theo đường cong phối hợp đặc tính dòng ngắn mạch và thời gian cắt ngắn mạch thì khi mà số lượng Recloser trên một xuất tuyến càng lớn thì thời gian cắt ngắn mạch của máy cắt đầu xuất tuyến càng phải kéo dài Thời gian tồn tại dòng ngắn mạch lâu dẫn đến ảnh hưởng tới đường dây và thiết bị

Hệ thống DAS không giới hạn số lượng cầu dao tự động trên một lộ Không những thế, số lượng cầu dao càng lớn trên một tuyến đường dây thì số

lượng phụ tải trên một phân đoạn càng giảm và số phụ tải bị mất điện cũng giảm theo khi sự cố xảy ra

Hình 2-2-2(b) Độ tin cậy phụ thuộc vào số cầu dao trên xuất tuyến

Hình 2-2-2(a) Phạm vi khu vực mất điện sự cố

đối với hệ thống Recloser

Hình 2-2-2(b) Phạm vi khu vực mất điện sự cố

đối với hệ thống DAS

Toàn tuyến bị mất điện cho

đến khi sự cố được khôi phục

CB

CB

Khu vực mất điện cho đến khi

Đối với các khu vực đang sử dụng Recloser khi nâng cấp thành DAS, nếu loại bỏ hoàn toàn các Recloser thì rất lãng phí Do đó để tránh lãng phí thì chúng ta có thể sử dụng kết hợp và xen kẽ các Recloser sau một số các cầu dao SW Sơ đồ lắp đặt kết hợp các thiết bị theo sơ đồ sau:

Hình 2-2-3 Kết hợp DAS và Recloser

R

2.3 Tiến trình xây dụng hệ thống DAS

Để xác định tiến trình xây dựng DAS một cách thật khoa học và phù hợp với thực tế, dưới đây xin trình bày tài liệu tham khảo mô hình phát triển DAS

đã phát huy hiệu quả của Công ty Điện lực Kyushu – Nhật bản

Ví dụ về quá trình phát triển DAS sau đây được trích dẫn từ báo cáo quá trình phát triển hệ thống DAS của Công ty Điện lực Kyushu – Nhật bản (Tài liệu DAS Dự án JICA-EVN)

Bảng 2-3-1: Quá trình phát triển DAS của điện lực Kyushu – Nhật bản

0

Sự kiện

quan trọng

Năm thực hiện

1Mô tả

đường dây tải ba

đoạn khi có sự cố trên đường dây

Mở rộng việc áp dụng 1984 Kỹ thuật mã xung được phát triển và

kỹ thuật mã xung ~ 1990 chúng được truyền đi bằng đường dây

1988 Phát triển và giới thiệu rộng rãi hệ

thống điều khiển cầu dao bằng cách sử dụng đường dây tải ba truyền tín hiệu với tốc độ cao

Triển khai hệ thống tự

động phân phối phụ

tải dưới dạng phân

tán

1995 Phát triển và giới thiệu hệ thống tự

động phân phối phụ tải dưới dạng phân tán sử dụng trạm làm việc giống như máy tính

Triển khai hệ thống tự

động giám sát các

thiết bị đo lường từ xa

1996 Giới thiệu và phát triển hệ thống tự

động giám sát các thiết bị đo lường từ

xa tới các phụ tải lớn một cách rộng rãi

Mở rộng phát triển các

trạm chủ có chức năng

tự động điều độ phân

phối

1998 Giới thiệu và phát triển hệ thống tự

động điều độ phân phối sử dụng các trạm chủ được tích hợp chức năng này, giảm nhiều chi phí cho lao động

DAS nên được phát triển qua 3 giai đoạn như sau (theo báo cáo nghiên cứu khả thi dự án DAS tại Việt nam thực hiện bởi phía Nhật bản tư vấn năm 2001):

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 trạm phân phối trung tâm

Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bị trên đường dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại Trung tâm

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:

Giai đoạn 3 là nâng cấp các chức năng của giai đoạn 2

Tại trung tâm điều độ lắp đặt các máy tính mạnh để quản lý vận hành lưới phân phối trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tự

động thao tác

H×nh 2-3-1 M« t¶ c¸c giai ®o¹n ph¸t triÓn DAS

Chó thÝch trong h×nh vÏ:

CPU ( Central Processing Unit ) Bé xö lý trung t©m

LP ( Line Printer ) M¸y in kÕt d©y

FCB ( Feeder Circuit Breaker ) M¸y c¾t ®­êng d©y

FDR ( Fault Detection Relay ) R¬-le ph¸t hiÖn sù cè

SPS ( Switch Power Suply ) CÇu dao nguån cÊp

RTU ( Remote Terminal Unit ) ThiÕt bÞ ®Çu cuèi

TCM ( Tele-Control Master Unit ) M¸y chñ ®iÒu khiÓn tõ xa

CD ( Control Desk ) Bµn ®iÒu khiÓn

CRT ( Cathode Ray Tube ) Mµn h×nh ®iÖn tö

Dưới đây là một số hình ảnh về một hệ thống DAS phát triển ở trình độ cao (được trích dẫn từ hệ thống DAS của Kyushu – Nhật Bản )

H×nh 2-3-3 Giíi thiÖu mét sè thiÕt bÞ

§­êng d©y ph©n phèi

H×nh 2-3-4 Phßng ®iÒu khiÓn trung t©m

2.4 Xây dựng Hệ thống DAS giai đoạn 1

Đây là giai đoạn đầu khi phát triển hệ thống DAS Về hoạt động nó

được ứng dụng nguyên lý khôi phục sự cố theo nguyên lý cầu dao tự động như

đã trình bày trong mục 2.1

Các thiết bị chính được lắp đặt trong giai đoạn này như sau:

(1) Thiết bị lắp trên cột đường dây:

1) SW- cầu dao cắt tải tự động

2) FDR-rơ-le phát hiện sự cố

3) SPS - Máy biến điện áp cấp nguồn cho cầu dao

(2) Thiết bị lắp trong trạm phân phối trung tâm:

1) FSI - Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố

2) REC - Rơ-le tự động đóng lại

3) FCB : máy cắt đường dây

Các thiết bị này được đặt theo nguyên tắc sau:

- Bố trí ở đầu các nhánh rẽ vào các trạm có công suất đặc biệt lớn có

ảnh hưởng đáng kể đến trào lưu công suất trên 1 lộ

- Bố trí trên các nhánh đã có lắp thiết bị tự đóng lại Recloser ở đầu nhánh để phối hợp phân vùng sự cố

Sơ lược tổ hợp hệ thống trong gai đoạn 1 được mô tả trên hình sau

Hình 2.4.1 Hệ thống DAS giai đoạn 1

Cụ thể, sơ đồ đấu nối của các thiết bị như sau:

Cắt bằng

thao tác FDR

(Cắt bằng tay)

Đóng bằng thao tác FDR (Đóng bằng tay)

Đóng sau thời gian X

2.5 Hệ thống thông tin và thiết bị đầu cuối

Hệ thống thông tin và các thiết bị đầu cuối trong DAS được triển khai lắp

đặt vào giai đoạn 2, tức là giai đoạn sau khi đã triển khai các thiết bị DAS trên cột (bao gồm cầu dao, nguồn cấp, rơ le phát hiện sự cố ) như đã nêu ở mục trước

Hệ thống thông tin, các thiết bị đầu cuối được xây dựng nhằm phục vụ mục đích chính là giám sát, đo lường và điều khiển các thiết bị từ xa

Nói chung, hệ thống này được phát triển tuỳ theo mức độ, yêu cầu tự

động hoá Nó phụ thuộc vào các chỉ tiêu như:

• Tính kinh tế

• Độ tin cậy liên thông đường truyền

• Tốc độ truyền dẫn

• Chất lượng thông tin trong quá trình truyền

• Mức độ phát triển của khoa học công nghệ

Tham khảo theo bảng 2-3-1 (giới thiệu về quá trình phát triển DAS ở Nhật bản) ta có thể thấy tuỳ theo từng giai đoạn phát triển, yêu cầu phát triển

tự động hoá, sự phát triển chung của khoa học công nghệ mà người ta có thể

áp dụng các phương thức và công nghệ truyền tin khác nhau (truyền tin theo tải ba, sử dụng đường dây thông tin cáp đồng trục, cáp vặn xoắn, sử dụng

đường truyền bằng cáp quang) Mỗi phương thức và công nghệ truyền tin được

đi kèm với các thiết bị khác nhau

Để đưa hệ thống thông tin vào hoạt động chúng ta cần lắp đặt các RTU (thiết bị đầu cuối) tại các điểm cần đo đạc, giám sát và điều khiển, hay cũng

có thể hiểu là tại các điểm có triển khai lắp đặt các thiết bị DAS giai đoạn 1 RTU có nhiệm vụ nhận mệnh lệnh từ trạm chính thông qua hệ thống thông tin

để điều khiển cầu dao, đồng thời nó phải báo cáo những kết quả về trạm chính Cụ thể sơ đồ đấu nối của chúng được thể hiện bên dưới