Kinh nghiệm vận hành hệ thống mini SCADA trong việc nâng cao độ ổn định cung cấp điện

Bài viết trình bày tổng quan về hệ thống mini SCADA Bắc Ninh những yêu cầu trong việc nâng cao độ ổn định cung cấp điện, kinh nghiệm vận hành hệ thống mini SCADA trong việc nâng cao độ ổn định cung cấp điện.

KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỆ THỐNG MINI SCADA TRONG VIỆC NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CUNG CẤP ĐIỆN

Công ty Điện lực Bắc Ninh

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MINI SCADA BẮC NINH

1.1 Quy mô hệ thống dự án ban đầu

Hệ thống mini SCADA Bắc Ninh được đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành thí

điểm từ tháng 10 năm 2011 với khối lượng các nút giám sát bao gồm:

 08 TBA 110 kV/tổng 11 TBA: Truyền dẫn qua hệ thống cáp quang ngành điện

 05 TBA Trung gian/14 TBA: Truyền dẫn qua hệ thống cáp quang ngành điện

 05 MC Recloser/10 MC Recloser: Truyền dẫn bằng MODEM 3G

 30 điểm công tơ khách hàng chuyên dùng và 5 điểm đo đếm ranh giới giữa các Điện lực Giải pháp truyền dẫn bằng MODEM 3G

1.2 Mô hình phần cứng và khối lượng dữ liệu thu thập tại các nút giám sát như sau

1.2.1 Tại các TBA 110 kV

Cấu trúc kết nối của TBA 110 kV về trung tâm Điều độ

 Sử dụng BCU SEL 2440 làm nhiệm vụ tập trung các I/O (In/Out) để giám sát trạng thái và điều khiển máy cắt qua tiếp điểm phụ của máy cắt

 Sử dụng BCU Sell 3354 hoạt động như một máy tính công nghiệp hoạt động trên hệ điều hành WINDOWS 2008 SERVER có cài đặt phần mềm tập trung dữ liệu tại trạm bao gồm các dữ liệu từ công tơ điện tử cũng như đồng bộ với Rơle SELL 2440 và được kết nối với hệ thống cáp quang để truyền dữ liệu về trung tâm dữ liệu tại Phòng điều độ

 Số lượng tín hiệu lấy tại 1 TBA 110 kV bao gồm: Tín hiệu đo lường được lấy qua công tơ điện tử các ngăn lộ trung áp, tín hiệu trạng thái của máy cắt và tín hiệu điều khiển (đóng/cắt) máy cắt qua tiếp điểm phụ

1.2.2 Tại 5 TBA trung gian cấp điện cho phụ tải dân sinh

 Sử dụng Rơle SELL 751A để giám sát trạng thái thiết bị có tích hợp chức năng

bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất, tự động sa thải phụ tải theo tần số thấp, bảo vệ kém áp đấu nối tiếp với hệ thống rơle bảo vệ hiện hữu cũ không có tính năng truyền

thông

 Sử dụng BCU SELL 3354 hoạt động như một máy tính công nghiệp hoạt động

trên hệ điều hành WINDOWS 2008 SERVER để tổng hợp dữ liệu của các công tơ điện

tử cũng như đồng bộ với rơle SELL 751A được kết nối Internet truyền dữ liệu về trung tâm dữ liệu tại Phòng điều độ qua hệ thống mạng LAN của PC Bắc Ninh

 Số lượng tín hiệu lấy về trung tâm bao gồm: Tín hiệu đo lường lấy từ rơle SELL 751A của các ngăn lộ, tín hiệu đo đếm lấy từ công tơ điện tử, tín hiệu Event (bản ghi sự kiện của rơle), các tín hiệu cảnh báo bảo vệ từ rơle, tín hiệu trạng thái, điều khiển

máy cắt

1.2.3 Tại các trạm cắt Recloser

 Các Recloser có tủ điều khiển tích hợp đầy đủ các giao thức truyền thông phổ biến như IEC 680705101, Modbus sẽ được kết nối về trung tâm điều độ bằng giao thức Modbus

 Các Recloser hiện hữu cũ không có khả năng kết nối với hệ thống MiniSCADA

do tủ điều khiển không tích hợp các giao thức truyền thông thì thực hiện giải pháp thay thế bằng rơle SELL351R hoặc rơle SELL 751A để kết nối với trung tâm bằng giao thức Sell Fast message

 Số lượng tín hiệu lấy tại các vị trí Recloser bao gồm: Tín hiệu trạng thái, tín hiện điều khiển, tín hiệu đo lường, tín hiệu cảnh báo bảo vệ, Event (bản ghi sự cố rơle) Tất cả các Recloser được kết nối với trung tâm điều độ bằng hình thức truyền tin qua modem GPRS/3G hoặc cáp quang

Sơ đồ cấu trúc kết nối Recloser

1.2.4 Tại các công tơ khách hàng thuộc TBA phụ tải của khách hàng

Sử dụng Modem kết nối với công tơ điện tử A1700 và truyền tin dữ liệu đo đếm của công tơ về phòng trung tâm qua Modem GPRS phục vụ công tác quản lý kinh doanh điện năng

1.3 Hệ thống máy tính Server và hệ thống phần mềm cài đặt tại trung tâm

Mô tả thiết bị tại phòng trung tâm

1.3.1 Hệ thống máy tính tại trung tâm

 02 Máy tính chủ SCADA/DMS làm việc song song với nhau, kết nối tới các bộ tập trung dữ liệu tại các trạm 110 kV thông qua đường truyền cáp quang, kết nối với các Recloser và công tơ điện tử thông qua thiết bị Modem truyền tín hiệu GPRS để thu thập

dữ liệu về máy chủ Dữ liệu tức thời của tất cả các điểm đo được tập trung ở 02 máy này

và cung cấp dữ liệu tức thời liên tục cho các máy Server History và các phần mềm hiển thị tại 02 máy HMI, cấp số liệu tức thời cho máy Web Server và máy GIS & Overview

 02 máy chủ SERVER HISTORY (HIS Sever) hoạt động song song sao lưu dữ liệu từ 02 máy chủ SCADA đọc được thành dữ liệu quá khứ cung cấp dữ liệu cho các phần mềm báo cáo ở máy báo cáo thông số vận hành, cho 02 máy HMI, 01 máy DAS,

01 máy Web Server

 01 máy tính chủ GIS cung cấp số liệu lưới điện trên bản đồ lưới điện và sơ đồ lưới điện 1 sợi Quản lý số liệu tài sản trên nền bản đồ địa lý (GIS), cung cấp số liệu và phần mềm dự báo phụ tải (Load forecast)

 01 máy tính chủ quản lý tự động lưới phân phối (DMS) Cung cấp số liệu và phần mềm tối ưu hóa vận hành lưới điện DMS

 01 máy tính chủ WEB SERVER, cung cấp dịch vụ theo dõi thông số hiện tại và quá khứ các TBA 110 kV, các Recloser, các công tơ khách hàng qua WEB

 02 máy tính (HMI) đặt tại bàn điều khiển, cung cấp phần mềm hiển thị phục vụ công tác vận hành, khai thác thông số cho điều độ viên Tại 02 máy HMI điều độ viên

có thể theo dõi thông số các điểm đo, điều khiển đóng cắt thiết bị, lấy thông số sự cố tại các TBA trung gian, các Recloser, đặt các cảnh báo âm thanh cho hệ thống như quá tải,

cảnh báo MC nhảy, kém áp, có thể truy cập và cài đặt các rơle tại TBA Trung gian, các rơle tại các Recloser từ xa

 01 máy tính báo cáo thông số vận hành đặt tại bàn điều khiển, cung cấp các phần mềm báo cáo thông số vận hành, bao gồm phần mềm báo cáo vận hành ngày, phần mềm báo cáo máy cắt nhảy trong tháng, phần mềm báo cáo thông số lấy theo điều kiện, phần mềm báo cáo thông số vận hành TBA và đường dây Máy thông số cũng là máy dùng để truy cập vào các máy DMS và phần mềm dự báo phụ tải

 01 máy tính đặt tại phòng Điều độ với màn hình lớn dùng cho việc hiển thị sơ

đồ lưới điện, bản đồ lưới điện trên màn hình lớn (OVERVIEW) Cung cấp phần mềm

GL để hiển thị thông số các điểm đo trên sơ đồ lưới điện 1 sợi và bản đồ lưới điện Trên máy tính này Điều độ viên có thể quan sát lưới điện một cách tổng quan, có thể đặt biển báo, cảnh báo theo từng đường dây khi có đội công tác làm việc, theo dõi được cảnh báo mất điện và các cảnh báo quá tải trên sơ đồ lưới điện

1.3.2 Hệ thống phần mềm

Hệ thống máy tính Sever chạy trên hệ điều hành Windows 2008 Server được sử

dụng cho hệ thống MiniSCADA của Trung tâm Điều độ Bắc Ninh

Các phần mềm ứng dụng bao gồm nhiều phần mềm riêng biệt để thực hiện các

chức năng khác nhau như sau:

 Phần mềm thu thập dữ liệu SCADA Incontrol:

Phần mềm tập trung dữ liệu tức thời và xây dựng đối tượng giám sát Scada

 Phần mềm thu thập dữ liệu quá khứ PI:

Sao lưu dữ liệu từ phần mềm SCADA tạo dữ liệu quá khứ để cung cấp cho các phần mềm báo cáo cũng như các bài toán khác liên quan đến số liệu quá khứ

 Phần mềm hiển thị HMI Intouch:

 Cung cấp giao diện giám sát và hiển thị đối tượng giám sát như TBA 110 kV, TBA trung gian…

 Giám sát, hiển thị thông số trạng thái MC tại các TBA 110 kV, TBA trung gian, các Recloser và có cảnh báo âm thanh, hiển thị màu khi có thay đổi trạng thái, quá tải, kém áp

 Truy xuất được thông số sự cố tại các ngăn lộ TBA trung gian và các Recloser ngoài đường dây

 Phần mềm GL cài đặt trên máy Overview giúp điều độ viên quan sát tổng quan lưới điện có hiển thị thông số tại các điểm giám sát trên màn hình lớn

 Phần mềm báo cáo thông số sản lượng vận hành ngày, tháng, năm

 Phần mềm lấy thông số theo điều kiện (Max, Min, Trung bình) tại thời điểm bất

kỳ trong quá khứ

 Phần mềm báo cáo công tơ dành cho Phòng kinh doanh thông qua Web

1.4 Đánh giá hiệu quả của hệ thống Mini SCADA trong công tác vận hành lưới điện nói riêng và công tác sản xuất kinh doanh điện lực nói chung

Do đặc thù hệ thống là thí điểm đầu tiên của Tổng Công ty Điện lực miền Bắc vào thời điểm năm 2010, 2011, vì thế quy mô dự án chưa đồng bộ cũng như giải pháp kết nối tại các TBA 110 kV còn nhiều hạn chế, tuy nhiên sau khi PC Bắc Ninh tiếp nhận hệ thống đưa vào vận hành đã tích cực nghiên cứu mở rộng, khai thác sử dụng hệ thống trong công tác vận hành lưới điện và nâng cao độ ổn định cung cấp điện

1.4.1 Ưu điểm của hệ thống Mini SCADA

 Người điều hành lưới điện có thể nắm bắt được thông tin cảnh báo sự cố, cảnh báo quá tải nhanh nhất, khai thác được các thông số sự cố tại các Recloser để phục vụ phân tích điều hành

 Thao tác đóng/cắt từ xa, đặc biệt hiệu quả đối với các Recloser, giảm thiểu được thời gian mất điện và nhân lực thao tác trong quá trình xử lý sự cố Giảm thiểu thời gian mất điện của khách hàng

 Việc thao tác điều khiển từ xa góp phần giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động, giảm nguy cơ tai nạn lao động cho công nhân khi thao tác trực tiếp, rút ngắn thời gian mất điện

 Duy trì được điện áp vận hành tối ưu tại đầu nguồn các TBA 110 kV: Giám sát được điện áp tại các thanh cái trung thế tại các TBA 110 kV và đưa ra cảnh báo điện áp thấp hoặc cao vì thế PC Bắc Ninh luôn chủ động trong việc điều chỉnh điện áp đầu nguồn trong dải vận hành tối ưu qua đó giảm tổn thất điện năng

 Các thông số giám sát từ các điểm đo tại đầu nguồn và đường dây phục vụ hiệu quả trong việc nghiên cứu lưới điện và đánh giá phụ tải chính xác tại các thời điểm

1.4.2 Nhược điểm của hệ thống Mini SCADA Bắc Ninh đang vận hành

 Số lượng tín hiệu lấy tại 8 TBA 110 kV còn ít, chỉ lấy các tín hiệu trạng thái điều khiển MC qua tiếp điểm phụ và tín hiệu đo lường lấy từ công tơ điện tử Các rơle điều khiển không được kết nối vì thế không có các tín hiệu cảnh báo bảo vệ, cũng như các bản ghi sự cố

 Hệ thống Mini SCADA Bắc Ninh sử dụng giải pháp phần mềm chưa đồng bộ tại trung tâm cũng như tại trạm, có quá nhiều phần mềm riêng biệt (7 phần mềm) vì thế rất khó khăn trong việc quản lý vận hành cũng như xây dựng mới các đối tượng Scada

(ví dụ: Khi có một phần tử trên lưới thay đổi, thì bắt buộc phải sửa trên tất cả các phần mềm)

 Mô hình sử dụng phần mềm tại trung tâm Server và tại trạm là riêng biệt của nhà thầu (ATS), không theo các chuẩn giao thức IEC vì thế PC Bắc Ninh gặp rất nhiều khó khăn trong việc phát triển mở rộng hệ thống đến các trạm 110 kV chưa có giám sát cũng như các Recloser trên lưới

 Nhà thầu đã không đào tạo chuyển giao công nghệ để PC Bắc Ninh có thể làm chủ được công nghệ khi nhận bàn giao, vận hành hệ thống, công việc này rất quan trọng Vì vậy PC Bắc Ninh gặp rất nhiều khó khăn trong công tác quản lý vận hành và phát triển mở rộng hệ thống SCADA

 Hệ thống chưa thực hiện được chức năng quản lý dữ liệu lưới điện trên nền bản

đồ địa lý số

 Hệ thống chưa khai thác được đầy đủ các tính năng của phần mềm tối ưu hóa lưới điện trong hệ thống phần mềm SCADA hiện đại như:

+ Phân tích lưới điện

+ Cách ly điểm sự cố

+ Chức năng định vị sự cố

+ Quản lý mất điện

2 NHỮNG YÊU CẦU TRONG VIỆC NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CUNG CẤP ĐIỆN

Nhiệm vụ cung cấp điện ổn định, an toàn và kinh tế cho khách hàng sử dụng điện được toàn ngành điện đặc biệt quan tâm Để thực hiện tốt nhiệm vụ này Công ty điện lực Bắc Ninh thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ trong đó đẩy mạnh việc áp dụng công nghệ SCADA lưới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho năm hiện tại và giai đoạn 5 năm tiếp theo, hướng đến mục tiêu:

 Đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định và kinh tế cho phát triển kinh tế  xã hội của tỉnh và đời sống của nhân dân

 Phấn đấu chỉ số độ tin cậy cung cấp điện SAIDI toàn Công ty Điện lực Bắc Ninh đến năm 2020 đạt 505 phút

 Nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng, nâng cao uy tín của ngành điện đối với khách hàng

Phấn đấu đạt các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện đã được Tổng Công ty Điện lực miền Bắc giao cụ thể theo từng năm như sau:

Các chỉ tiêu Đơn vị 2017 2018 2019 2020

Chỉ số độ tin cậy lưới điện

phần tổng hợp chung

MAIFI lần/KH 0,87 0,85 0,83 0,8

SAIFI lần/KH 14,38 12,62 10,96 8,97

3 KINH NGHIỆM VẬN HÀNH HỆ THỐNG MINI SCADA TRONG VIỆC NÂNG CAO

ĐỘ ỔN ĐỊNH CUNG CẤP ĐIỆN

 Từ những tính năng ưu điểm của hệ thống Mini SCADA như:

 Người điều hành lưới điện có thể nắm bắt được thông tin cảnh báo sự cố, cảnh

báo quá tải nhanh nhất, khai thác được các thông số sự cố tại các Recloser để phục vụ

phân tích điều hành

 Thao tác đóng/cắt từ xa, đặc biệt hiệu quả đối với các Recloser, giảm thiểu được

thời gian mất điện và nhân lực thao tác trong quá trình xử lý sự cố Giảm thiểu thời gian

mất điện của khách hàng

 Duy trì được điện áp vận hành tối ưu tại đầu nguồn các TBA 110 kV: Giám sát

được điện áp tại các thanh cái trung thế tại các TBA 110 kV và đưa ra cảnh báo điện áp

thấp hoặc cao vì thế PC Bắc Ninh luôn chủ động trong việc điều chỉnh điện áp đầu

nguồn trong dải vận hành tối ưu qua đó giảm tổn thất điện năng

 Để nâng cao công tác áp dụng hệ thống Mini SCADA trong vệc nâng cao độ ổn

định cung cấp điện, nâng cao chất lượng điện cung cấp cho khách hàng đòi hỏi thực

hiện nhiều giải pháp đồng bộ từ nhân lực sẵn sàng xử lý công việc cũng như việc phát

hiện ngay và nhanh nhất khu vực mất điện, phân tích sự cố xong đóng lại điện nhanh

nhất cho khách hàng, Công ty Điện lực Bắc Ninh thực hiện:

 Đối với các TBA 110 kV có kết nối SCADA: Thực hiện đặt các ngưỡng cảnh

báo ngay tức thì bằng âm thanh khi có hiện tượng thấp áp, quá áp cũng như quá dòng để

duy trì điện áp đầu nguồn tối ưu

 Triển khai đầu tư lắp đặt nhiều các vị trí máy cắt Recloser phân đoạn trên đường

dây (dự kiến hết năm 2017, 2018 có khoảng 100 vị trí máy cắt Recloser trên lưới), tất cả

các vị trí máy cắt này đều được kết nối SCADA về phòng điều độ bằng cáp quang

và Modem 3G dự phòng Tại phòng Điều độ Công ty Điện lực Bắc Ninh, điều độ viên

có thể:

 Nắm bắt ngay được thông tin cảnh báo sự cố, cảnh báo quá tải nhanh nhất, khai

thác được các thông số sự cố tại các Recloser để phục vụ phân tích điều hành

 Các thông số giám sát từ các điểm đo tại đầu nguồn và đường dây phục vụ hiệu

quả trong việc nghiên cứu lưới điện và đánh giá phụ tải chính xác tại các thời điểm

 Qua việc áp dụng hệ thống mini SCADA trong việc vận hành hệ thống lưới

điện, Công ty Điện lực Bắc Ninh đã hoàn thành các chỉ tiêu độ ổn định cung cấp điện

Tổng công ty giao:

KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ ỔN ĐỊNH CUNG CẤP ĐIỆN Các chỉ tiêu Đơn vị 2013 2014 2015 2016

SAIFI lần/KH 33,63 27,98 21,74 17,553