Bài giảng Hệ thống điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Tập bài giảng Hệ thống điện gồm 6 chương được trình bày như sau: Khái quát về hệ thống điện; Sơ đồ và kết cấu mạng truyền tải và phân phối; Tính toán các thông số và tổn thất trong mạng điện; Tính toán ngắn mạch mạng cao áp; Lựa chọn các phần tử cung cấp điện mạng cao áp; Điều chỉnh chất lượng điện năng.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm vừa qua nền kinh tế nước ta đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, tạo ra những tiền đề cơ bản để bước vào thời phát triển mới thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, mà trong đó nghành điện đóng một vai trò then chốt Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu về điện năng không ngừng gia tăng thêm vào

đó việc áp dụng các quy trình công nghệ tiên tiến trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau dẫn đến sự ra đời của hàng loạt thiết bị máy móc hiện đại đòi hỏi yêu cầu về chất lượng độ tin cậy và an toàn trong hệ thống điện hết sức nghiêm ngặt điều đó đòi hỏi hệ thống điện phải được thiết kế hoàn hảo đảm bảo cung cấp điện đầy đủ chất lượng và tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện ở mức cao nhất, để hệ thống điện có thể đáp ứng được đầy đủ các yêu câu trên dĩ nhiên cần phải có một lượng vốn đầu tư hợp lý Vấn đề đặt

ra là làm thế nào để có được mạng điện tin cậy chất lượng nhưng phải bỏ ra một số vốn đầu tư là nhỏ nhất nghĩa là chất lượng cao nhưng giá thành lại vừa phải, câu trả lời

đó một phần tìm thấy trong cuốn Tập bài giảng môn học Hệ thống điện dưới đây

Để thống nhất nội dung giảng dạy, có tài liệu nghiên cứu cho sinh viên chuyên nghành Công nghệ Kỹ thuật điện chúng tôi đã biên soạn Tập bài giảng môn học Hệ thống điện Môn học được chia thành 6 chương:

Chương 1: Khái quát về hệ thống điện

Chương 2: Sơ đồ và kết cấu mạng truyền tải và phân phối

Chương 3: Tính toán các thông số và tổn thất trong mạng điện

Chương 4: Tính toán ngắn mạch mạng cao áp

Chương 5: Lựa chọn các phần tử cung cấp điện mạng cao áp

Chương 6: Điều chỉnh chất lượng điện năng

Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã cố gắng tham khảo nhiều nguồn tài liệu, cập nhật kịp thời các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực hệ thống điện Tuy nhiên do với hạn chế về thông tin nên Tập bài giảng không tránh khỏi thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc để Tập bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn Nội dung đóng góp xin gửi về bộ môn Kỹ thuật điều khiển -Khoa Điện điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam định

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU i

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1

1.1 Khái quát về hệ thống điện và lưới điện 1

1.2 Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng 3

1.3 Các thành phần của hệ thống điện hiện đại 3

1.4 Hệ thống bảo vệ 10

1.4.1 Các dạng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện 10

1.4.2 Bảo vệ các phần tử cơ bản của hệ thống điện 10

1.5.Trung tâm điều độ hệ thống điện 12

1.5.1.Giới thiệu chung 12

1.5.2 Phân cấp quản lý vận hành hệ thống điện Việt Nam 19

1.Phân cấp, tính toán các chế độ vận hành, bảo vệ rơle và tự động: 19

1.5.3.Quy định chung trong công tác điều độ hệ thống điện 21

1.6 Phương pháp nghiên cứu mới về hệ thống điện 23

1.6.1 Khái niệm về tương tác giữa người máy (TNM): 23

1.6.2 Một số các nguyên tắc cơ bản trong các hệ thống SCADA ( supervisory Control And Data Acquisition ) 25

1.6.3 Cấu trúc và chức năng của các hệ thống SCADA 29

1.6.4 Cấu hình phần cứng của hệ thống SCADA: 30

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 30

CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ VÀ KẾT CẤU MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI 31

2.1 Khái niệm chung 31

2.1.1 Lưới truyền tải 31

2.1.2 Lưới phân phối 32

2.2 Sơ đồ đường dây 32

2.2.1 Sơ đồ hình tia 32

2.2.2 Sơ đồ phân nhánh 33

2.2.3 Sơ đồ mạch vòng 34

2.3 Sơ đồ hệ thống thanh góp 35

2.3.1 Sơ đồ thanh góp đơn 35

2.3.2 Sơ đồ thanh góp có phân đoạn: 36

2.3.3 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp 38

2.4 Kết cấu mạng cao áp 39

2.4.1 Kết cấu đường dây 39

2.4.2 Kết cấu trạm trung gian 45

2.5 Vận hành trạm biến áp 48

2.5.1 Trình tự thao tác 48

2.5.2 Kiểm tra, đo lường 50

2.5.3 Vận hành kinh tế máy biến áp 50

2.6 Phần mềm mô phỏng hệ thống điện PowerWorld Corporation 53

2.6.1 Tạo một hệ thống mới 53

2.6.2 Thêm thông tin cho Bus 59

2.6.3 Chạy chương trình 60

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 61

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 62

3.1 Khái quát chung 62

3.2 Sơ đồ thay thế và các thông số của đường dây 63

3.2.1 Sơ đồ thay thế của đường dây 63

3.2.2 Tổng trở của đường dây 65

3.2.3.Tổng dẫn của đường dây 65

3.2.4 Dung dẫn của đường dây 68

3.2.5 Tính toán điện dẫn tác dụng G của dây dẫn 68

3.2.6 Thông số của máy biến áp 70

3.3 Sơ đồ thay thế và các thông số của máy biến áp hai dây quấn 71

3.4 Sơ đồ thay thế và các thông số của máy biến áp ba dây quấn 73

3.5 Sơ đồ thay thế và các thông số của máy biến áp tự ngẫu 75

3.7 Tính toán tổn thất điện áp trên đường dây 78

3.7.1 Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, véctơ điện áp 79

3.7.2 Độ sụt áp 80

3.7.3.Tính toán tổn thất điện áp và điện áp theo công suất 81

3.8 Tính tổn thất công suất 83

3.8.1.Tính tổn thất công suất trên đường dây 83

3.8.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp 84

3.9 Tổn thất điện năng 87

3.9.1 Tổn thất điện năng trên đường dây 87

3.9.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 91

3.10 BÀI TẬP CHƯƠNG 3 94

4.2.1 Các giả thiết cơ bản 106

4.2.2 Hệ đơn vị tương đối 107

4.3 Thành lập sơ đồ thay thế 109

4.3.1 Máy phát điện 109

4.3.2 Máy biến áp 109

4.3.3 Cuộn kháng điện 112

4.4 Tính toán ngắn mạch đối xứng 117

4.4.1 Ng¾n m¹ch ba pha trong m¹ng ®iÖn: 117

4.4.2 Các giá trị thực của dòng ngắn mạch toàn phần và các thành phần: 122

4.5 Tính toán ngắn mạch không đối xứng 123

4.5.1 Các thành phần của dong ngắn mạch không đối xứng 123

4.5.2 Điện trở của các phần tử ở chế độ ngắn mạch không đối xứng 124

4.5.3 Xác định dòng điện ngắn mạch không đối xứng 124

4.6 Các phương pháp thực tế tính toán dòng ngắn mạch 125

4.6.1 Sơ đồ thay thế tính toán: 125

4.6.2 Phương pháp đường cong tính toán: 127

4.6.3 Tính dòng ngắn mạch trong 1 số trường hợp đơn giản: 133

4.7 Bài tập ví dụ 134

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4 139

CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ CUNG CẤP ĐIỆN MẠNG CAO ÁP 140 5.1.Khái niệm 140

5.2 Điều kiện chung để chọn thiết bị điện và các phần tử có dòng chay qua 140

5.2.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài 140

5.3 Tác dụng điện động của dòng điện 145

5.3.1 Định luật Biôxava về lực điện động 145

5.3.2 Lực điện động của một số trường hợp riêng 146

5.3.3 Hệ thống thanh dẫn vuông góc 147

5.4 Chọn và kiểm tra khí cụ điện cao áp 148

5.4.1 Máy cắt điện 148

5.4.2.Máy căt phụ tải 166

5.4.3 Các điều kiện chọn dao cách ly 175

5.5 Máy biến điện áp 176

5.5.1 Các tham số của máy biến điện áp 177

5.5.2 Máy biến dòng điện 181

5.6 Chọn và kiểm tra tiết diện dây dẫn dây cáp 183

5.6.1.Khái niệm chung 183

5.6.2.b Phương trình phát nóng tổng quát của dây dẫn trần đồng nhất 187

5.7 Thanh dẫn 189

5.7.1.a Vật liệu làm thanh dẫn 189

5.7.1.b Hình dáng và kích thước của thanh dẫn 191

5.7.2 Chọn thanh dẫn cứng 195

5.7.2.a Tiết diện của thanh dẫn 195

5.7.2.b Kiểm tra ổn định nhiệt của thanh dẫn 199

5.8 Chọn cuộn kháng điện 200

5.8.1 Các tham số của kháng điện 200

5.9 Sét và thiết bị chống sét 210

5.9.1 Bảo vệ chống sét cho các đường dây tải điện 210

5.9.2 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 210

5.9.3 Bảo vệ chông sét cho mạng hạ áp phân xưởng và mạng dân dụng 217

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5 220

CHƯƠNG 6 ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 221

6.1.Khái quát chung về chất lượng điện năng 221

6.1.1.Chất lượng tần số 221

6.1.2 Chất lượng điện áp 221

6.2 Điều chỉnh tần số trong hệ thống điện 224

6.2.1 Đặc tính điều chỉnh tốc độ của tuabin và đặc tính công suất tĩnh của phụ tải 224 6.2.2 Quá trình điều chỉnh tần số 229

6.3 Điều chỉnh điện áp trên lưới hệ thống 234

6.3.1 Khái niệm chung 234

6.3.2 Điều chỉnh điện áp trên lưới hệ thống 236

6.4 Điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối 241

6.4.1 Đánh giá chất lượng điện áp trong lưới hạ áp 241

6.4.2 Phương thức điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối 244

6.4.3.Các biện pháp giảm dao động điện áp, không đối xứng và không sin 245

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6 249

TÀI LIỆU THAM KHẢO 250

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Khái quát về hệ thống điện và lưới điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ …) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất ,truyền tải và phân phối điện năng

Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện

Điện năng truyền tải đến các hộ tiêu thụ phải thoả mãn các tiêu chuẩn chất lượng phục vụ (bao gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện) và có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất

Điện năng được sản xuất từ thuỷ năng và các loại nhiên liệu sơ cấp như : than đá, dầu, khí đốt, nguyên liệu hạt nhân … trong các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên tử…

Điện năng được sử dụng ở các thiết bị dung điện dể tạo ra các dạng năng lượng khác để phục vụ sản xuất và đời sống con người như : cơ năng, nhiệt năng, quang năng…

Các thiết bị dung điện được gọi chung là phụ tải điện

- Hệ thống điện tập trung trong đó các nguồn điện và nút phụ tải lớn tập trung trong một phạm vi không lớn chỉ cần dùng các đường dây ngắn để tạo thành hệ thống

- Hệ thống điện hợp nhất trong đó các hệ thống điện độc lập ở cách rất xa nhau được nối liền thành hệ thống bằng các đường dây tải điện dài siêu cao cấp

- Hệ thống điện địa phương hay cô lập là hệ thống điện riêng, như hệ thống điện

tự dùng của các xí nghiệp công nghiệp lớn, hay các hệ thống điện ở các vùng xa không thể nối vào hệ thống điện quốc gia

Trên (hình 1.1) là mô hình miêu tả vị trí của hệ thống điện trong nền kinh tế quốc dân trên (hình 1.2) là sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện Hệ thống điện có cấu trúc phức tạp gồm nhiều loại nhà máy điện, nhiều loại lưới điện có điện áp khác nhau trải rộng trong không gian Hệ thống điện phát triển không ngừng trong không gian và thời gian

để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của phụ tải Để nghiên cứu ,quy hoạch phát triển hệ thống điện cũng như để quản lí, vận hành, hệ thống điện được phân chia thành các hệ thống tương đối độc lập với nhau

 Về mặt quản lý, vận hành hệ thống điện được phân thành :

- Các nhà máy điện do các nhà máy điện tự quản lý

- Lưới hệ thống siêu cao áp (≥ 220 kV ) và trạm khu vực do các công ty truyền tải quản lý

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống trạm khu vực

- Nguồn điện, lưới hệ thống, các trạm khu vực được quy hoạch trong tổng sơ đồ

- Lưới truyền tải và phân phối được quy hoạch riêng

 Về mặt điều độ hệ thống điện chia làm 3 cấp :

- Điều độ trung ương (Ao )

- Điều độ địa phương: điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực, điều

độ các công ty điện

- Điều độ các sở điện

 Về mặt nghiên cứu, tính toán, hệ thống điện được chia thành :

- Lưới hệ thống

- Lưới truyền tải ( 35 kV, 110 kV, 220 kV )

- Lưới phân phối trung áp ( 6, 10, 15, 22, 35 kV )

- Lưới phân phối hạ áp ( 0,4/0,22 kV ) Điện áp 35 kV có thể dung cho lưới truyền tải và lưới phân phối Mỗi loại lưới có tính chất vật lý và quy luật hoạt động khác nhau, do đó các phương pháp tính được sử dụng khác nhau, các bài toán đặt ra để nghiên cứu cũng khác nhau

1.2 Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng

Điện năng là một loại năng lượng có nhiều ưu điểm như:dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa ), dễ truyền tải và phân phối chính vì vậy điện năng được dùng rất rộng rãi trong lĩnh vực hoạt động của con người

Điện năng nói chung không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và công suất nhỏ như pin, ắc quy, vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn luôn đảm bảo cân bằng

Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ Đặc điểm của quá trình này là xảy ra rất nhanh Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như điều độ, thông tin phải đo lường, bảo vệ và tự động hoá v.v

Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư v.v Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai 5, 10 năm hoặc có khi còn lâu hơn nữa

Những đặc điểm nêu trên cần phải xem xét thận trọng và toàn diện trong suốt quá trình từ nghiên cứu thiết kế, xây dựng đến vận hành khai thác hệ thống sản xuất, phân phối và tiêu thụ điện năng

lạc Có thể coi hệ thống điện thông minh gồm có hai lớp: lớp 1 là hệ thống điện thông thường và bên trên nó là lớp 2, hệ thống thông tin, truyền thông, đo lường

Smart Grid phát triển trên 4 khâu:

1 Phát điện: Smart Generation

2 Truyền tải: Smart Transmission

3 Phân phối: Smart Distribution

4 Tiêu thụ: Smart Power Consumers

Chức năng của hệ thống điện thông minh là:

 Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính

 Giảm lượng tiêu hao năng lượng trên dây dẫn, tăng cường chất lượng điện năng

 Giảm chi phí sản xuất, truyền tải, chi phí nâng cấp nhờ phân hóa lượng điện tiêu thụ Các nhà máy điện đều sử dụng nguồn năng lượng lấy từ Trái Đất, một số nguồn năng lượng có thể dần cạn kiệt Hơn nữa, với sự bùng nổ và phát triển của xã hội ngày nay, nhu cầu về điện năng đang tăng tốc chóng mặt trên mọi ngành nghề Điều này, đòi hỏi chúng ta phải nhanh chóng có những giải pháp cải thiện hệ thống điện truyền thống ngày nay nhằm tiết kiệm điện và sử dụng dòng điện một cách chất lượng Vì vậy, việc tạo ra hệ thống điện thông minh đảm nhận các chức năng trên là rất cần thiết Điều này có lợi cho cả hộ tiêu thụ lẫn nhà sản xuất và phân phối điện năng vì chi phí

để tiết kiệm được 1kWh rẻ hơn chi phí để sản xuất ra 1kWh

Để đáp ứng các đòi hỏi, hệ thống điện thông minh cần có các đặc tính sau:

- Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng

- Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng, cắt giảm nhu cầu…)

- Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

- Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện

- Tối ưu hóa vận hành hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện

Nhưng một hệ thống điện chỉ thông minh như vậy thôi là chưa đủ Phải đảm bảo rằng hệ thống này không gây nguy hai tới môi trường yếu tố này sẽ góp phần đánh giá đưa hệ thống vào sử dụng thực tiễn

Không gây nguy hại cho môi trường là hệ thống này không được phép tác động xấu tới môi trường hoặc chỉ được tác động đến môi trường ở một giới hạn nào đó cho phép Để có được điều này, ở khâu sản xuất của hệ thống điện nên sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch có thể tái sinh Nếu sử dụng các nguồn năng lượng khác có thể gây hại cho môi trường thì cần có phương án điều hòa chất thải để giảm bớt tác động xấu tới môi trường

Kiến trúc của hệ thống điện thông minh hay cấu trúc là bao gồm các thành

phần,bộ phận, trang thiết bị để tạo nên một hệ thống điện thông minh

Về cơ bản, hệ thống điện thông minh bao gồm hệ thống truyền tải, cung cấp điện năng hiện tại nhưng được áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông,số hóa dữ liệu

và áp dụng các công nghệ hiện đại vào việc điều khiển,kiểm tra, giám sát.Nhằm đảm bảo an toàn,ổn định và nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện

Từ mô hình ta thấy rằng hệ thống điện thông minh gồm:

 Hệ thống điện có sẵn:

- Cơ sơ hạ tầng (nhà máy điện, trạm biến áp, trạm điều khiển )

- Hệ thống truyền tải (đường dây dẫn, cột điện, rơle bảo vệ, máy biến áp )

- Các nơi tiêu thụ điện (hộ gia đình, nhà máy, cơ quan )

 Hệ thống điều khiển lấy công nghệ thông tin làm trung tâm:gồm cơ sở dữ liệu

được số hóa, các thành phần trong hệ thống được liên kết với nhau chặt chẽ thành một thể thống nhất có thể vận hành ổn định,tự khắc phục khi có sự cố xảy ra

Thiết kế cơ bản của Smart Grid

Cho đến hiện nay, chưa một ai hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc chắn về các công nghệ sẽ được sử dụng trong Smart Grid của tương lai Tuy nhiên, chúng ta có thể chỉ ra được các đặc tính chính của Smart Grid sẽ bao gồm:

 Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng

 Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

 Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện

 Tối ưu hóa vận hành hệ thống điện để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện

 Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi

Để tạo được sự tiến bộ trong việc giải quyết được những thách thức của hệ thống hiện tại cũng như những đặc tính chính của Smart Grid trong tương lai, các công ty điện lực cần tập trung vào bốn lĩnh vực sau:

- Thu thập dữ liệu: Dữ liệu cần được thu thập từ rất nhiều nguồn khác nhau của

- hệ thống điện (hệ thống bảo vệ, điều khiển, công tơ điện, các bộ I/O , các bộ thu thập dữ liệu tiêu thụ điện của thiết bị tại các nhà máy và thậm chí tại nhà ở của khách hàng và các nguồn thông tin “không điện” như thời tiết Khả năng thu thập dữ liệu được dựa trên sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin và viễn thông trong thế

kỷ 21

- Phân tích và dự báo: Dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn khác nhau ở trên, theo

tính toán với một hệ thống có 2 triệu khách hàng sử dụng điện thì lượng dữ liệu sẽ khoảng 22 Gb/ngày, cần được phân tích cho các mục tiêu vận hành và kinh doanh Cho mục đích vận hành hệ thống điện các phân tích sẽ được dựa trên số liệu thời gian thực và cận thời gian thực Còn đối với mục đích kinh doanh thì sẽ sử dụng số liệu quá khứ Các số liệu thời gian thực và quá khứ cũng được sử dụng cho công tác dự báo từ dài cho đến trung hạn phục vụ công tác lập qui hoạch, kế hoạch phát triển và phương thức vận hành

- Giám sát/quản lý/điều khiển: Dữ liệu được thu thập và xử lý thành thông tin

phục vụ công tác vận hành, điều khiển khiển hệ thống điện cũng như được lưu trữ cho các mục đích khác nhau theo yêu cầu của các qui định trong quản lý và điều tiết hoạt động điện lực Trong lĩnh vực kinh doanh, các thông tin này được sử dụng để xác định mức sử dụng và tính toán chi phí thanh toán giữa các bên tham gia thị trường điện và khách hàng

- Phát triển hệ thống: cho phép trao đổi thông tin và điện năng hai chiều

giữa nhà cung cấp và khách hàng sử dụng điện Cả ba bước trên sẽ chỉ có khả năng

ảnh hưởng tối thiểu lên khách hàng nếu họ không được tiếp cận và có các thiết bị để cùng tham gia vào hoạt động điện lực từ phía tiêu thụ điện Thực ra đây là lĩnh vực tốn kém nhất trong Smart Grid và theo tính toán thì thế giới sẽ mất khoảng 20 năm để

hoàn thành phần này với việc trang bị các Smart Meter và thiết bị cho phép tương tác

hai chiều đối với bất kỳ khách hàng nào

Một số các thành phần của Smart Grid đã được lắp đặt trong hệ thống điện Tuy nhiên, chúng ta còn phải nỗ lực hết sức để có thể biến một hệ thống điện truyền thống hiện nay thành một hệ thống điện thông minh (Smart Grid) thực sự Bởi vì nó không đơn thuần chỉ bao gồm các hệ thống phần cứng và phần mềm

Smart Grid có thể cho chúng ta biện pháp để tác động trước mắt bao gồm:

- Nâng cao hiệu suất hoạt động của các nhà máy điện

- Tối ưu hóa nhằm giảm tổn thất kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện

- Giảm hệ số đàn hồi giữa tốc độ tăng nhu cầu sử dụng điện trên tốc độ tăng GDP

- Giảm lượng năng lượng sử dụng trung bình trên giá trị 1 đồng GDP

- Giảm tổn thất phi kỹ thuật

- Tạo ra văn hóa tiết kiệm và bảo tồn năng lượng trong xã hội

- Tạo điều kiện phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và các loại nguồn điện nhỏ phân tán để giảm phát thải CO2

Ngày nay, ngành công nghiệp điện đang có sự thay đổi, từ sản xuất, phân phối, đến

sử dụng điện Hiệu ứng nóng lên của trái đất, sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch, sự bùng nổ tăng trưởng của các nước đang phát triển và lượng dân số đã dẫn đến yêu cầu bức thiết phải có những phương cách mới trong việc cung cấp và sử dụng năng lượng Hiện việc cung cấp điện hầu như chỉ dựa trên mục tiêu thỏa mãn tối

đa nhu cầu bằng các biện pháp tăng nguồn cung cấp Ngành Điện có những đặc quyền kinh doanh, do Nhà nước quy định trong lĩnh vực này, cho nên cũng phải có nghĩa vụ cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào ở mọi nơi và vào mọi lúc với giá rẻ cho xã hội và nền kinh tế vì mục tiêu tăng trưởng, thỏa mãn tối đa nhu cầu Trong khi đó, các công ty điện lực đang vận hành không tạo ra được các phương thức khuyến khích đủ mạnh đối với người sử dụng, cũng như cơ quan điều tiết của Chính phủ Và ngay cả chính các công ty này, để vận hành hệ thống đạt hiệu suất cao thì cũng gặp không ít khó khăn ban đầu Vấn đề bảo tồn năng lượng, tăng cường sự độc lập về năng lượng

và vấn đề nóng lên của trái đất đang là sự quan tâm hàng đầu của Chính phủ nhiều

hiện nhiều nhân tố có giá trị thúc đẩy sự thay đổi cách thức nhà cung cấp và người sử dụng vận hành hệ thống điện Các nhân tố này bao gồm:

 Sự biến đổi khí hậu của Thế Giới

Trong xã hội, mọi người ngày càng nhận ra những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường khi con người đốt các loại năng lượng hóa thạch để sản xuất điện, thiên tai xảy

ra nhiều hơn với cường độ phá hoại ngày càng nghiêm trong hơn và các nỗ lực đang được xây dựng trên nhiều lĩnh vực để giảm thiểu sự phát thải CO2 Sự nóng lên của trái đất do việc sử dụng năng lượng theo cách hiện nay đang được cho là quá sức chịu đựng của trái đất vào năm 2050 với dân số khoảng 9,5 tỷ người

 Nhu cầu của khách hàng

Khách hàng không những ngày càng tiêu thụ nhiều điện hơn và công suất đỉnh tăng hàng năm (ở Việt Nam vào khoảng 14-15%/năm) mà nhu cầu về chất lượng điện năng ngày càng cao do những đòi hỏi về chất lượng cuộc sống và việc sử dụng rộng rãi các loại thiết bị điện tử giá rẻ Ngoài ra, việc trao đổi và giám sát được sử dụng điện của chính bản thân khách hàng cũng là một nhu cầu của khách hàng thay vì chỉ hàng tháng nhận được một hóa đơn tiền điện khô khan Theo điều tra, khi khách hàng có thể giám sát được việc sử dụng điện của mình thì họ có xu hướng giảm mức tiêu thụ khoảng từ 5% đến 10% Việc trao đổi hai chiều giữa các công ty điện lực và khách hàng để tạo điều kiện cho khách hàng hiểu rõ hơn về ngành điện và ngược lại là nhu cầu của cả hai bên, nhưng chỉ có các công ty điện lực mới có thể triển khai với hệ thống Smart Grid

 Cơ sở hạ tầng ngày càng già cỗi và khó khăn về vốn

Rất nhiều các nhà máy điện, đường dây truyền tải và phân phối đã trở nên già cỗi sau 20-30 năm vận hành và được thiết kế để cung cấp điện trong những thời đại trước Các công ty điện lực thường có xu hướng giảm thiểu đầu tư vào cơ sở hạ tầng này và rất khó khăn tìm kiếm các nguồn đầu tư tin cậy để đảm bảo sự phát triển hợp lý các cơ

sở hạ tầng này trong những thập kỷ tiếp theo

 Vấn đề về chất lượng điện năng và tổn thất phi kỹ thuật

Các giải pháp đảm bảo chất lượng điện năng đã được xác định và dựa trên dữ liệu thu nhận được từ hệ thống thì các công ty điện lực có thể đưa ra các giải pháp hợp lý hơn cho các nguồn phát sóng hài và các nguồn gây ra vấn đề về chất lượng điện năng trên bình diện là các giải pháp công nghiệp Với các nước đang phát triển thì giảm được tổn thất phi kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện cũng là các mối quan tâm hàng đầu, các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: + Ăn cắp điện + Hư hỏng hoặc bất thường của thiết bị đo đếm làm phát sinh tranh chấp + Chu kỳ thu tiền kéo dài Với khả năng kết nối trực tiếp với thiết bị và trao đổi dữ liệu với các hệ thống quản lý sẽ đảm

bảo cho các công ty điện lực đạt được mục tiêu giảm tổn thất này với ước tính lên đến 30-40% tổng tổn thất trong kinh doanh của ngành Điện

 Sự thân thiện môi trường

Lưới điện thông minh là mạng lưới xanh (Green Grid) Một hệ thống điện thông minh trước hết phải là một hệ thống không gây nguy hại tới môi trường Không gây nguy hại cho môi trường là hệ thống này không được phép tác động xấu tới môi trường hoặc chỉ được tác động đến môi trường ở một giới hạn nào đó cho phép Để có được điều này, ở khâu sản xuất của hệ thống điện nên sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch có thể tái sinh Nếu sử dụng các nguồn năng lượng khác có thể gây hại cho môi trường thì cần có phương án điều hòa chất thải để giảm bớt tác động xấu tới môi trường Ô nhiễm môi trường làm biến đổi khí hậu The Green Grid Smart Initiative (GSGI) đã được đưa ra để chứng minh rằng các mạng lưới thông minh thực sự có thể

là một chính sách tích cực trong việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu Trong số các vấn đề đó sẽ tìm cách xây dựng một sự hiểu biết là:

1.Smart Grid và năng lượng tái tạo

Tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo là một thành phần quan trọng của chiến lược và kế hoạch để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu Năng lượng tái tạo sẽ góp phần làm giảm sức ép về sự phụ thuộc quá mức vào năng lượng hạt nhân luôn là mối nguy hiểm đối với môi trường và năng lượng hóa thạch gây đang tạo ra mức khí thải quá mức cho phép như hiện nay Bằng cách sử dụng công nghệ lưới thông minh, năng lượng tái tạo sẽ được đưa vào hệ thống điện quốc gia làm giảm sức ép về năng lượng

Tổ chức hay tư nhân tạo ra lượng lớn năng lượng tái tạo sẽ bán năng lượng để hòa vào lưới điện quốc gia, khi mà nhiều nguồn cung cấp hơn thì giá thành sẽ giảm đi do cạnh tranh Mạng lưới điện truyền thống biến thành mạng lưới điện thông minh Trước tiên, máy phát điện bằng sức gió, sóng thủy triều, và ánh sáng được lắp đặt vào mạng lưới điện truyền thống Mạng lưới điện thông minh kết hợp chặt chẽ với các cơ sở mạng lưới điện truyền thống và công nghệ thông tin để ngăn ngừa sự cố và nâng cao hiệu quả hoạt động, cũng như tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng bằng cách trao đổi thông tin với người tiêu dùng Khi mạng lưới thông minh kết hợp điện năng, truyền thông, và công nghệ thông tin được kích hoạt, toàn bộ nơi tiêu thụ sẽ được cung cấp bởi năng lượng xanh

2.Smart Grid và hiệu quả năng lượng

không bao giờ sai lệch thông tin Và khách hàng chủ động kiểm soát việc sử dụng năng lượng của mình, với việc luôn biết được việc tiêu thụ điện của mình ở mức bao nhiêu, điều này sẽ làm họ tiết kiệm và nhờ vậy tổng năng lượng điện sẽ được phân phối đều đến tất cả các nơi tiêu thụ, các sự cố về cao điểm sẽ được hạn chế tối đa Năng lượng tái tạo và năng lượng hiệu quả là một vai trò thiết yếu, một lưới điện thông minh hơn và một mạng lưới xanh hơn, và Green Grid thông minh không chỉ có một vai trò trong giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu, nhưng có thể sẽ cần thiết để đạt được các mục tiêu khi khí hậu thay đổi

1.4 Hệ thống bảo vệ

1.4.1 Các dạng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

1 Bảo vệ dòng điện cực đại: có thời gian duy trì, dùng để bảo vệ quá tải và làm bảo vệ dự phòng cho các loại bảo vệ khác

2 Bảo vệ cắt nhanh: cũng là loại bảo vệ dòng điện cực đại nhưng tác động nhanh (không có thời gian duy trì) Dùng để bảo vệ ngắn mạch

3 Bảo vệ so lệch: là loại bảo vệ dòng điện cực đại không có thời gian duy trì để bảo vệ tình trạng ngắn mạch (bảo vệ 1 phần tử nhất định)

4 Báo tín hiệu: báo tình trạng cách điện của mạng

1.4.2 Bảo vệ các phần tử cơ bản của hệ thống điện

1 Bảo vệ đường dây:

 Mạng U < 1000 V

- Cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

- Aptômát để bảo vệ ngắn mạch và quá tải

Để đảm bảo tính chọn lọc thì cầu chì cấp trên phải đảm bảo lơn hơn cầu chì cấp dưới ít nhất là 1 cấp

 Mạng 6 – 10 kV

- Bảo vệ quá tải dùng bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì độc lập

- Bảo vệ ngắn mạch dùng bảo vệ cắt nhanh

- Để tránh chạm đất 1 pha dùng thiết bị kiểm tra cách điện để báo tín hiệu (biến

áp 3 pha năm trụ) hoặc dùng bảo vệ dòng thứ tự không

 Mạng  110 kV: là mạng có trung tính trực tiếp nối đất nên dòng ngắn mạch 1 pha là rất lớn:

- Dùng bảo vệ cắt nhanh để bảo vệ ngắn mạch các dạng 1, 2, 3 pha

- Bảo vệ quá tải dùng bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì độc lập

2 Bảo vệ máy biến áp:

Với máy biến áp cần phải bảo vệ để tránh các tình trạng làm việc không bình thường và sự cố sau:

 Quá tải

 Dầu biến áp giảm xuống dưới mức qui định

 Ngắn mạch giữa các pha ở trong hoặc ở đầu ra của máy biến áp

 Ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha

 Ngắn mạch trạm đất

Không phải với bất cứ máy biến áp nào cũng được trang bị đầy đủ các loại hình bảo vệ, mà tuy theo nhu cầu cũng như mức độ quan trọng và giá thành của biến áp mà người ta quyết định chọn cho phù hợp

 Với máy Sđm  320 kVA (U  10 kV) dùng cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

 Với máy Sđm < 320 kVA thường dùng bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì

để bảo vệ quá tải, và bảo vệ cắt nhanh để bảo vệ ngắn mạch

 Với máy Sđm  1000 kVA Có thể thay bảo vệ cắt nhanh bằng bảo vệ so lệch dọc, với các biến áp này người ta qui định phải đặt rơle hơi để bảo vệ các dạng ngắn mạch trong Với biến áp S  560 kVA đặt trong nhà, nơi dễ cháy cũng phải đặt rơle hơi

U > 1000 V công suất lớn thường dùng bảo vệ cắt nhanh, bảo vệ so lệch dọc để bảo

vệ quá tải Để bảo vệ quá tải thường dùng bảo vệ dòng cực đại có t

Để tránh tình trạng động cơ làm việc khi mất 1 pha, thường đặt bảo vệ mất pha Bảo vệ sụt áp ở động cơ được chỉnh định căn cứ vào điện áp tự khởi động của nó, thường được chỉnh định bằng 70 80 % Uđm Thời gian tác động 6  10 s

4 Bảo vệ tụ bù:

+ Bảo vệ ngắn mạch thường dùng cầu chì

+ Với nhóm tụ dung lượng lớn Q > 400 kVAr thường dùng máy cắt để đóng cắt Trường hợp này ngoài cầu chì đặt ở từng pha còng có thiết bị bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì đặt chung cho cả nhóm

1.5.Trung tâm điều độ hệ thống điện

1.5.1.Giới thiệu chung

1 Công tác điều độ vận hành hệ thống điện:

Hệ thống điện (HTĐ) của một nước, một vùng có vai trò và vị trí hết sức quan trọng trong sự nghiệp sản xuất của nước hay vùng đó

Hệ thống điện là nguồn lực chủ yếu của nền kinh tế vùng, miền, quốc gia trong phạm vi

hệ thống điện cung ứng điện Nó tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển, đẩy mạnh sản xuất công, nông nghiệp và góp phần cải thiện, nâng cao đời sống dân sinh trong vùng Các chức năng và nhiệm vụ chủ yếu khi vận hành hệ thống điện là:

 Đảm bảo liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ theo hợp đồng quy định

 Đảm bảo vận hành từng phần tử và toàn hệ thống được an toàn

 Đảm bảo chất lượng điện năng (tần số, điện áp) đạt yêu cầu

 Đảm bảo vận hành hệ thống điện một cách kinh tế nhất

Hệ thống điện gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải điện, phân phối điện và các hộ tiêu thụ điện Quá trình hoạt động hệ thống điện gắn bó chặt chẽ, khăng khít xuyên suốt các khâu PHÁT – TRUYỀN TẢI – PHÂN PHỐI –

SỬ DỤNG Trong dây chuyền đó chỉ cần một mắt xích bị hỏng, cả quá trình sẽ bị hỏng

Để điều khiển đồng bộ, ăn khớp từ khâu đầu đến khâu cuối, đảm bảo khai tác vận hành hệ thống điện tối ưu, toàn bộ các công việc trên được giao cho HỆ ĐIỀU ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

 Một trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia

 Các phòng điều hành trung tâm của các nhà máy thuỷ điện

 Các phòng điều độ khu vực, miền

 Các trạm điều độ điện lực tỉnh và thành phố

 Các trạm điều độ chi nhánh điện

2.Cơ cấu tổ chức điều độ vận hành hệ thống điện Việt Nam:

Hệ thống điện Quốc gia có phạm vi hoạt động cả nước, được tạo thành do việc hợp nhất các hệ thống điện miền Bắc, miền Trung, miền Nam

Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia (ĐĐQG) là cơ quan chỉ huy điều độ vận hành cao nhất của hệ thống điện Quốc gia Các trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc, miền Trung, miền Nam là cơ quan điều độ của hệ thống điện miền, chịu sự chỉ huy vận hành trực tiếp của ĐĐQG

Trong công tác điều độ vận hành những người chịu sử chỉ huy trực tiếp của kỹ sư điều hành hệ thống điện Quốc gia gồm:

 Kỹ sư điều hành hệ thống điện miền

 Kỹ sư trưởng ca máy nhà máy thuỷ điện Hoà Bình và một số nhà máy điện có công suất lớn

 Trưởng kíp vận hành các trạm 500 kV

 Kỹ sư trực ban vận hành các công ty truyền tải điện

Điều độ hệ thống điện quốc gia là cấp điều độ cao nhất, chỉ huy các điều độ hệ thống điện miền, các nhà máy điện thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam (EVN) và các công ty truyền tải điện nhằm đảm bảo cho toàn bộ hệ thống điện vận hành an toàn, liên tục và kinh

tế Điều độ hệ thống điện Quốc gia điều khiển trực tiếp toàn bộ hệ thống điện 500 kV đến máy cắt tổng 220 kV của các máy biến áp 500/220/35 kV trạm 500 kV, điều khiển trực tiếp phần nguồn của tất cả các nhà máy điện trực thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam quản lý điều chỉnh tần số hệ thống và quản lý điều chỉnh điện áp thanh cái 220 kV của thuỷ điện Hoà Bình, thuỷ điện Trị An và thanh cái 220 kV của trạm 500/220 kV

Điều độ hệ thống điện miền là cấp trung gian, chịu sự chỉ huy của điều độ hệ thống điện Quốc gia, chỉ huy các điều độ lưới điện phân phối, các công ty truyền tải điện

phối của các nhà máy điện và một số mạng lưới phân phối của miền (theo cấp hiện hành)

Điều độ lưới điện phân phối điều khiển trực tiếp lưới điện phân phối của từng khu vực, chịu sử chỉ huy trực tiếp của điều độ hệ thống điện miền Dưới cấp điều độ lưới điện phân phối hiện đang tồn tại bộ phận trực vận hành chi nhánh để triển khai các thao tác và xử lý

sự cố ở lưới trung hạ thế ở đây không coi là một cấp điều độ riêng

Các thiết bị trong hệ thống điện là tải sản đơn vị nào thì đơn vị đó trực tiếp vận hành và quản lý thiết bị Cơ quan điều độ các cấp có trách nhiệm quản lý các thiết bị theo phân cấp

Cơ quan quản lý vận hành chỉ khai thác các thiết bị và tiến hành các thao tác, điều khiển, điều chỉnh khi thiết bị đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật

Khi thiết bị không đủ tiêu chuẩn vận hành hoặc bị sự cố, cơ quan quản lý vận hành phải giao cho cơ quan quản lý thiết bị kiểm tra, thí nghiệm hoặc sửa chữa

SƠ ĐỒ PHÂN CẤP ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN

Hình 1.3 Sơ đồ phân cấp điều độ hệ thống điện

- Lưới điện truyền tải 220-110-66kV

- Công suất vô cùng NMĐ

- Các trạm phân phối 110-66kV phân phối cấp cho điều độ lưới điện phân phối điều khiển

- Lưới điện phân phối

- Các trạm thủy điện nhỏ, các trạm diesel, trạm bù trong lưới điện phân phối

CƠ QUAN TRUNG TÂM ĐIỀU

ĐỘ HTĐ QUỐC GIA (Ao)

ĐIỀU ĐỘ CLTĐL:

HÀ NỘI, HẢI PHÒNG, ĐIỆN LỰC CÁC TỈNH, THÀNH PHỐ MIỀN BẮC

ĐIỀU ĐỘ ĐIỆN LỰC CÁC TỈNH, THÀNH PHỐ MIỀN TRUNG

ĐIỀU ĐỘ CLTĐL:

H.C.M, ĐỒNG NAI, ĐIỆN LỰC CÁC TỈNH, THÀNH PHỐ MIỀN NAM

TT ĐIỀU

ĐỘ HTĐ ĐIỀU ĐỘ MIỀN BẮC (A1)

TT ĐIỀU

ĐỘ HTĐ ĐIỀU ĐỘ MIỀN TRUNG (A3)

TT ĐIỀU

ĐỘ HTĐ ĐIỀU ĐỘ MIỀN NAM (A2)

Công tác điều độ vận hành hệ thống điện miền Trung (HTĐ3) được điều hành từ phòng điều độ dưới sự điều khiển của Giám đốc trung tâm, Trưởng phòng điều độ Hàng ngày, tuần, tháng các công ty truyền tải điện, các khách hang, các đơn vị điện lược có thiết bị thuộc quyền điều khiển của ĐĐV – A3 phải đăng kí với ĐĐV – A3 kế hoạch sửa chữa, bảo dưỡng, thí nghiệm định kì các thiết bị thuộc phạm vi mình quản

lý để ĐĐV – A3 bố trí phương thức vận hành hệ thống điện miền trung và đăng kí với ĐĐQG

Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền Trung (A3) gồm các phòng sau:

- Quy trình phân cấp quản lý vận hành

- Quy trình nhiệm vụ điều độ

- Quy trình thao tác xử lý sự cố HTĐ3

- Các điều lệnh và chỉ thị của Giám đốc trung tâm

Trong công tác chỉ huy vận hành HTĐ3 Trung tâm điều độ A3 thực hiện các nhiệm vụ sau:

 Chỉ huy thực hiện phương thức HTĐ3, cụ thể là chỉ huy việc phân bố công suất giữa các nhà máy điện (theo quy trình phân cấp của Tổng công ty điện lực Việt Nam)

và phân phối cho các đơn vị điện lực tương ứng với đồ thị phụ tải đã giao và tình hình thực tế của HTĐ3

 Chỉ huy việc điều chỉnh tần số và điện áp khi HTĐ3 vận hành độc lập (đã tách

ra khỏi hệ thống điện Quốc gia)

 Chỉ huy việc điều chỉnh điện áp tần số theo yêu cầu của điều độ Quốc gia khi HTĐ3 nối chung với hệ thống điện Quốc gia

 Duy trì sơ đồ kết dây HTĐ3 tương ứng với sơ đồ kết dây cơ bản đã được duyệt Đảm bảo vận hành ổn định, chắc chắn và dòng điện phụ tải trên các thiết bị thuộc quyền điều khiển và quản lý của A3 trong phạm vi cho phép

 Thường xuyên kiểm tra tình trạng thiết bị chính trên HTĐ3 Làm thủ tục nhận đăng kí sửa chữa và đăng kí với điều động Quốc gia Thông báo lệnh cho phép sửa chữa các thiết bị cho các đơn vị

 Chỉ huy xử lý sự cố và hiện tượng bất thường trong HTĐ3 nhằm khôi phục việc cung cấp điện bình thường cho các hộ tiêu thụ

 Chỉ huy các thao tác cần thiết để chạy thử thiết bị các công trình mới trước khi bàn giao chính thức cho vận hành

 Biên soạn các quy trình và tài liệu cần thiết phục vụ cho công tác vận hành

 Nắm chắc các diễn biến phức tạp của thời tiết, khí hậu (bão, giông, lũ lụt…) đẻ chuẩn bị cho hệ thống vận hành tương ứng với những khả năng thay đổi có thể xảy ra

 Tham gia công tác đào tạo, bồi huấn kiểm tra định kì các nhân viên vận hành cấp dưới

 Tham gia thực hiện diễn tập chống sự cố trong hệ thống điện

 Tham gia điều tra sự cố có tính chất hệ thống và sự cố chủ quan trong thao tác

 Tham gia soạn thảo các biện pháp phòng chống sự cố

 Tham gia chỉnh lý các quy trình hiện hành Kiểm tra theo dõi tình hình thực hiện quy trình điều độ, quy tắc và các tài liệu vận hành về nội dung, số lượng, bảo quản ở các đơn vị cơ sở

 Kiểm tra việc chấp hành kỷ luật vận hành của các nhân viên vận hành cấp dưới Giúp đỡ về mặt tổ chức kỹ thuật trong việc nâng cao trình độ vận hành Tiếp thu và truyền đạt các kinh nghiệm tiên tiến trong lĩnh vực điều độ vận hành cho HTĐ3 và tham gia trong việc đưa vào áp dụng

 Ghi chép, thống kê các số liệu phản ứng tình trạng, chế độ vận hành HTĐ3 phục vụ cho việc đánh giá chất lượng vận hành và tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

 Tổng kết và báo cáo về tình hình sản xuất hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng của HTĐ3

Trong công tác phương thức vận hành, A3 thực hiện các nhiệm vụ sau:

 Nghiên cứu lập phương thức vận hành cho các ngày hôm sau, bao gồm:

 Kiểm ra việc thực hiện phương thức đã giao ngày hôm trước

 Nghiên cứu và giải quyết các phiếu đăng kí sửa chữa thiết bị và các đề nghị của các đơn vị Nếu việc sửa chữa thiết bị có liên quan đến sự thay đổi chế độ làm việc của

hệ thống điện Quốc gia thì phải báo cáo với điều động quốc gia và đề ra các biện pháp cần thiết để đảm bảo công tác chỉ huy điều độ thuận lợi

 Lập các sơ đồ kết dây và phương thức vận hành của HTĐ3 tương ứng với các thời kỳ đặc trưng trong năm (đông, hè, úng, hạn…) đảm bảo tính kinh tế ổn định của phương thức đó

 Tính toán và lập các biểu đồ điện áp đồng thời xác định các giới hạn dao động điện áp cho phép tại các điểm nút kiểm tra của HTĐ3 Theo dõi điện áp trên HTĐ3 và việc phát công suất phản kháng tại các trạm bù

 Tổ chức các kỳ đo kiểm tra trong HTĐ3 để xác định phân bố công suất, sự mang tải của các phần tử trong lưới, tổn thất công suất tác dụng và phản kháng, mức điện năng trong hệ thống Lập các biểu cắt điện và biểu hạn chế công suất khi tần số thấp

 Theo dõi, tính toán và phân tích đánh giá tổn thất điện na ưng trong truyền tải trên lưới 110 -220 kV

 Tham gia cùng điều độ Quốc gia tính toán phân tích đánh giá ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống điện Quốc gia và nghiên cứu các biện pháp làm tăng tính ổn định của hệ thống

 Lập kế hoạch sản xuất v à sửa chữa của HTĐ3 hàng tháng

 Tham gia lập kế hoạch hàng quý, năm theo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và các mặt sản xuất năng lượng điện của từng đơn vị điện lực và toàn HTĐ3, tổn thất trong lưới, công suất cực đại đồng thời tham gia lập kế hoạch đại tu, sửa chữa thiết bị hàng năm, hàng quý…

 Lập các phương thức khởi động và đưa vào vận hành các thiết bị, các công trình mới

 Nghiên cứu các biện pháp để nâng cao độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành HTĐ3 Tính toán và đề ra các biện pháp giảm tổn thất điện áp trong lưới điện 110, 220

 Chuẩn bị các công việc để đưa thiết bị mới vào vận hành

 Tham gia điều tra sự cố trên HTĐ3 và phân tích sự hoạt động của các thiết bị bảo vệ rơle và tự động hoá trong quá trình xảy ra sự cố

 Tính toán trị số chỉnh định cho các phương án của HTĐ3 theo mùa, úng, hạn, lũ

1.5.2 Phân cấp quản lý vận hành hệ thống điện Việt Nam

1.Phân cấp, tính toán các chế độ vận hành, bảo vệ rơle và tự động:

a Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia:

Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia chịu trách nhiệm tính toán ổn định cho

hệ thống điện Quốc gia Tính toán chỉnh định bảo vệ rơle tự động cho các đường dây

500 kV, cho thiết bị 500 kV tại các trạm 500 kV và các máy cắt tổng phía 220 kV và

35 kV của máy biến áp 500 kV phù hợp với phạm vi điều khiển của điều độ Quốc gia Tính toán trào lưu công suất và điện áp trên phần hệ thống điện thuộc phạm vi kiểm tra

của điều độ Quốc gia

Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia chịu trách nhiệm cung cấp các trị số giới hạn cho các trung tâm điều độ miền để các trung tâm này tính toán chỉnh định các thiết

bị bảo vệ và tự động của hệ thống điện miền Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia có trách nhiệm kiểm tra sự phối hợp của trị số chỉnh định rơle, tự động nằm trong phạm vi kiểm tra của điều độ Quốc gia

b Trung tâm điều độ hệ thống điện miền :

Trung tâm điều độ hệ thống điện miền chịu trách nhiệm tính toán, chỉnh định bảo

vệ rơle và tự động cho các đường dây 220, 110 kV, cho thiết bị 220, 110 kV phù hợp với phạm vi điều khiển của điều độ viên, ví dụ: miền bắc là ĐĐV – A1 Tính toán trào lưu công suất và chế độ điện áp trên các phần hệ thống điện thuộc phạm vi quản lý của ĐĐV – A1

Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc chịu trách nhiệm cung cấp các trị số giới hạn cho các điện lực, các điện lực này tính toán chỉnh định các thiết bị bảo vệ tự động của hệ thống điện phân phối Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Bắc có trách nhiệm kiểm tra sự phối hợp các trị số chỉnh định rơle, tự động của các thiết bị nằm trong phạm vi quản lý của ĐĐV – A1

2 Chế độ báo cáo:

Hàng ngày các trung tâm điều độ miền phải báo cáo cho điều độ Quốc gia những thông tin của ngày hôm trước như sau:

 Biểu đồ phụ tải miền từ 0h đến 24h

 Tổng điện năng tiêu thụ trong ngày

 Tình hình vận hành của hệ thống điện miền

 Những sự cố lớn

 Và những thông tin liên quan hôm sau:

 Dự báo đồ thị phụ tải

 Kế hoạch đưa thiết bị vào dự phòng, vận hành hoặc đưa ra sửa chữa

 Dự báo khai thác các nhà máy điện

Các trung tâm điều độ miền định kỳ báo cáo cho điều độ Quốc gia những vấn đề sau:

 Sơ đồ nối dây của hệ thống điện miền

 Dự kiến khai thác các hồ chứa

 Hàng tháng điều độ Quốc gia phải thông báo cho các điều độ miền:

 Tình hình vận hành hệ thống điện Quốc gia tháng đã qua

 Phương thức vận hành tháng sau

Hàng ngày:

 Trực ban các trạm phải báo cáo cho ĐĐV – A1:

 Thông số tại trạm từ 0h đến 24h của ngày hôm trước bao gồm: công suất, điện

áp, nấc phân áp của máy biến áp, sản lượng nhận qua các công tơ đo đếm

 Tình hình vận hành các thiết bị: Trực ban các công ty truyền tải điện phải đăng

ký cho ĐĐV – A1 kế hoạch đưa thiết bị vào dự phòng, vận hành hoặc đưa ra sửa chữa của ngày hôm sau

Điều độ viên các điện lực phải báo cáo với ĐĐV – A1:

 Tổng sản lượng điện phát của các nhà máy điện có nêu rõ thuỷ điện và nhiệt điện của ngày hôm trước

 Tình hình vận hành và những sự cố lớn xảy ra trong hệ thống điện phân phối của ngày hôm trước

 Sơ đồ nối dây chính của hệ thống điện phân phối, kế hoạch đưa thiết bị vào dự phòng, vận hành hoặc đưa ra sửa chữa của ngày hôm sau

Hàng tháng ĐĐV – A1 phải thông báo cho các trực ban các công ty truyền tải điều

độ điện lực:

 Tình hình vận hành hệ thống điện miền tháng đã qua

1.5.3.Quy định chung trong công tác điều độ hệ thống điện

1.Quy định về quyền điều khiển và quyền kiểm tra thiết bị:

Các thiết bị trong hệ thống điện thuộc quyền quản lý vận hành của một cơ quan điều độ được chia làm 2 loại:

 Các thiết bị thuộc quyền điều khiển

 Các thiết bị thuộc quyền kiểm tra (quản lý)

Thiết bị thuộc quyền điều khiển của một cấp điều độ là thiết bị mà tất cả mọi lệnh thay đổi chế độ làm việc của thiết bị này (thay đổi công suất phát P/Q, lệnh khởi động/ngừng tổ máy, đóng/cắt máy cắt và dao cách ly…) chỉ được tiến hành theo lệnh chỉ huy vận hành trực tiếp của cấp điều độ đó

Thiết bị thuộc quyền kiểm tra của một cấp điều độ là thiết bị không thuộc quyền điều khiển của cấp điều độ đó nhưng cấp điều độ có quyền điều khiển trước khi lệnh thay đổi chế độ làm việc của thiết bị này phải được sự đồng ý của cấp điều độ có quyền kiểm tra, sau khi thực hiện xong phải báo lại kết quả

Trong trường hợp xảy ra sự cố, các cấp điều độ được quyền thay đổi chế độ làm việc các thiết bị thuộc quyền điểu khiển trước, báo cáo sau cho cấp điều độ có quyền kiểm tra thiết bị đó

Trong trường hợp có nguy hiểm đe doạ đến tính mạng con người hoặc thiết bị, nhân viên trực vận hành ở cơ sở có thể tự thao tác không có mệnh lệnh của cấp điều độ

có quyền điều khiển thiết bị đó, nhưng phải phụ hợp với quy trình vận hành của cơ sở Các cấp có nhiệm vụ phối hợp với nhau để hàng năm lập danh sách các thiết bị thuộc quyền điều khiển và kiểm tra đảm bảo phù hợp với những quy định mới của EVN, gửi tới các đơn vị tham gia công tác vận hành hệ thống điện

Trong quá trình vận hành, thiết bị hệ thống điện có thể nằm dưới quyền điều khiển của:

 Kỹ sư điều hành hệ thống điện Quốc gia

 Kỹ sư điều hành hệ thống điện miền

 Điều độ viên lưới điện phân phối

 Trưởng ca các nhà máy điện

 Sửa chữa

 Dự phòng (không điện hoặc có điện áp)

 Dự phòng tự động (không điện hoặc có điện áp)

Việc thay đổi trạng thái của thiết bị điện cũng như một số phần tử riêng biệt của nó chỉ có thể được hiện theo mệnh lệnh của người có quyền điều khiển thiết bị đó

2.Mệnh lệnh thao tác

Mệnh lệnh thao tác là nội dung thao tác mà người có quyền điều khiển thiết bị ra lệnh cho nhân viên vận hành cấp dưới thực hiện để hoàn thành một nhiệm vụ thao tác nhằm đạt được mục đích nhất định (Ví dụ: Đóng hoặc cắt đường dây, đưa hệ thống thanh cái ra sửa chữa, chuyển các máy cắt đang nối với thanh cái này sang thanh cái khác.v.v…)

Mệnh lệnh thao tác phải ngắn gọn rõ rang Người nhận lệnh và người ra lệnh phải biết rõ rang trình tự tất cả các bước thao tác đã dự kiến và điều kiện cho phép thực hiện theo tình trạng sơ đồ và chế độ vận hành thiết bị

Mệnh lệnh thao tác được thể hiện một cách cụ thể qua các phiếu thao tác

3 Phiếu thao tác

Phiếu thao tác là văn bản ghi chép nội dung các mệnh lệnh thao tác, nó có thể do người ra mệnh lệnh viết và truyền đạt cho nhân viên thao tác cấp dưới, hoặc có thể do nhân viên cấp dưới nhận lệnh và viết lại sau khi ghi nhiệm vụ thao tác vào nhật ký vận hành

Theo quy trình kỹ thuật an toàn hiện hành thì phiếu thao tác có hai loại:

Phiếu thao tác loại 01 và phiếu thao tác loại 02

Trong phiếu thao tác loại 02 chia ra làm 3 loại: 02A, 02B, 02C

Nội dung cụ thể của các loại phiếu thao tác được cho ở các trang sau

4.Trình tự tiến hành thao tác

Trình tự tiến hành thao tác theo phiếu sẽ được thực hiện như sau:

Đến vị trí thao tác, kiểm tra lại các thiết bị tại hiện trường có tương ứng với tên trong phiếu thao tác không

Nhân viên giám sát thao tác đọc nội dung từng bước thao tác theo thứ tự của phiếu Nhân viên thao tác nhắc lại nội dung thao tác, nếu được người giám sát thao tác cho phép thì tiến hành thao tác ( khi chỉ có một người thực hiện thao tác thì phải đọc

Khi thao tác xong bước thao tác nào thì phải đánh dấu vào phiếu để tránh nhầm lẫn hoặc bỏ sót các hạng mục thao tác

Khi thao tác, nếu người thao tác nghi ngờ có sai sót trong các thao tác dạng thực hiện phải lập tức dừng ngay quá trình thao tác, kiểm tra lại hoặc hỏi lại người ra lệnh, người viết phiếu

Phiếu thao tác không được sửa chữa tẩy xoá Khi có thay đổi về mạch nhất thứ, mạch bảo vệ hoặc tự động thì phải thay đổi phiếu thao tác cho phù hợp Các phiếu thao tác phải được đánh số và ghi sổ, phiếu thao tác đã thực hiện xong phải được lưu trữ theo quy định

Việc thao tác các thiết bị điện phải giao cho các nhân viên biết rõ sơ đồ và vị trí của thiết bị tại hiện trường, các nhân viên này đã được học tập các quy trình thao tác

và hiểu rõ trình tự thao tác, đã qua kiểm tra sát hạch kiến thức, kỹ thuật an toàn và đựợc bố trí làm công việc trực thao tác

1.6 Phương pháp nghiên cứu mới về hệ thống điện

1.6.1 Khái niệm về tương tác giữa người máy (TNM):

Đây là khái niệm tương đối mới về mối quan hệ qua lại giữa người vận hành và hệ thống điều khiển xung quanh quá trình điều phối vận hành hệ thống điện, đặc biệt là giữa người và máy tính Để điều hành tốt hệ thống điện cần tạo ra sự tương thích hoàn toàn giữa con người và máy tính Điều này đặc biệt quan trọng trong các chế độ sự cố chỉ trong thời gian rất ngắn, nhân viên vận hành phải hiểu được tình huống đã xảy ra

và chọn lọc ra được các thông tin quan trọng trong vô số các thông tin đưa đến bàn điều khiển đồng thời dễ dàng thao tác khắc phục sự cố

Thể hiện sơ đồ lưới điện:

Có hai phương pháp thể hiện sơ đồ lưới điện xuất phát từ nhu cầu thực tế khác nhau: Thể hiện kiểu sơ đồ kết dây để điều khiển từ xa Đây là phương pháp thể hiện đơn giản và rõ rang, cho phép người điều hành phân tích nhanh chóng và chính xác các tình trạng lưới điện, thao tác các thiết bị điều khiển từ xa và ghi lại các thao tác của thiết bị dung tay

Cách thể hiện này cho phép hiển thị các đầu cung cấp và tổ hợp lưới phân phối dưới dạng sơ đồ có kích thước lớn Nó liên quan đến hầu hết các thao tác của người

Thể hiện kiểu địa đồ cho các đội sửa chữa Nó cho phép người điều hành hướng dẫn các đội sửa chữa thực hiện các chuyến công tác trên vùng lãnh thổ Khi đó lưới điện sẽ được xây dựng theo các toạ độ địa lý cho nó có thể làm việc kết hợp với bản

đồ Điều này cho phép xử lý nhanh các sự cố và giảm thời gian cắt điện

Các chức năng của TNM:

Chức năng hàng đầu của TNM là hiển thị tình trạng lưới điện và giúp cho người điều hành hiểu được thao tác cần phải tiến hành Các chức năng này gồm có:

a) Chức năng định hướng: Cung cấp các khả năng định hướng bằng cách đưa ra

sơ đồ toàn cảnh của lưới điện

b) Chức năng phân tầng thông tin:

Các sơ đồ lưới điện chia thành các tầng, trên đó sắp xếp các phần tử tĩnh và động

và chúng có thể được cập nhật liên tục Như vậy có thể được hiển thị hoặc không hiển thị một tầng hoặc một nhóm các tầng tuỳ theo yêu cầu truy cập thông tin liên quan

c) Chức năng tô màu các động thái của lưới:

Sự kết nối của lưới điện được miêu tả chính xác bằng các màu sắc tương ứng với động thái có thể cho phép tổng hợp được trạng thái thực tế của lưới điện Các hình ảnh trên màn hình có thể cho phép hiển thị:

 Các phần tử của lưới không được cung cấp nguồn;

 Các nút giới hạn bởi hai xuất tuyến;

 Vùng của một lưới được cấp điện bởi máy biến áp;

d) Nguyên tắc gây chú ý khi có sự kiện:

Khi có biến đổi nào đó trong lưới cần gây chú ý cho người sử dụng, người ta thường dùng thủ thuật ánh sáng hoặc âm thanh Thủ thuật ánh sáng có thể là sự thay đổi màu của phần tử lưới với sự chớp nháy trong khoảng thời gian nào đó kèm theo sự báo động Thủ thuật âm thanh thường sử dụng âm thanh ngắt quãng có tần số cao trong dải tần số nghe thấy được để gây chú ý đến người vận hành

Các sơ đồ của lưới:

Các nguyên tắc của sơ đồ: Các sơ đồ của lưới có thể cùng được nhìn thấy trên một vài cửa sổ của màn hình điều hành Các quá trình xảy ra trên sơ đồ thể hiện một cách đồng thời Các phần tử của sơ đồ có thể là các đối tượng tĩnh hoặc động Khi thiết kế

sơ đồ trên màn hình cần phải chú ý đến sự biến đổi trạng thái rất mạnh của nó

Phương thức kết nối sơ đồ: Mô tả cách nối điện giữa các phần tử của một hệ thống, số lượng các điểm kết nối Nó xác định một đường dây, một thanh cái, một đầy dây hở, hoặc một điểm nối v.v

Các thông số điện: Là các dữ liệu không thể thiếu trong các tính toán về điện (tổng trở, trở kháng của phần tử, công suất tác dụng và phản kháng, dòng điện, điện áp…) Các thông tin về hệ thống: Chúng có thể là thông tin từ các RTU truyền tới hoặc là các kết quả tính toán, hay vị trí đóng cắt của các máy cắt, dao cách ly v.v…

Tạo và thay đổi sơ đồ:

TNM cần phải có chức năng này để bổ sung các phần tử mới của lưới điện (đường dây, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly mới…)

1.6.2 Một số các nguyên tắc cơ bản trong các hệ thống SCADA ( supervisory

Control And Data Acquisition )

1.Khái niệm chung:

Trong hệ thống điện có những khu vực thỉnh thoảng mới cần phải thực hiện các thao tác như đóng mở máy cắt, nhưng chi phí để duy trì nhân viên vận hành tại chỗ lại

tỏ ra không hợp lý Ngoài ra việc chậm trễ khi cử nhân viên kỹ thuật đến địa bàn khi xảy ra sự cố có thể kéo dài thời gian khắc phục sự cố và làm giảm chất lượng phục vụ khách hàng Khả năng thực hiện các thao tác vận hành từ xa, cũng như việc đảm bảo cho các thao tác đó đúng theo yêu cầu cho phép tiết kiệm được nhiều chi phí trong vận hành hệ thống điện

Từ những nguyên nhân chính đó hệ thống SCADA đã phát triển Các hệ thống SCADA có khả năng thực hiện các thao tác đo lường, điều khiển từ xa, truyền dữ liệu

và báo cáo lại với trung tâm điều hành kết quả thực hiện thao tác Hệ thống SCADA tỏ

ra là phương tiện hỗ trợ rất hiệu quả và kinh tế trong vận hành hệ thống điện, góp phần trợ giúp đắc lực cho các nhân viên vận hành

Từ những nguyên nhân chính đó hệ thống SCADA đã phát triển Các hệ thống SCADA có khả năng thực hiện thao tác đo lường, điều khiển từ xa, truyền dữ liệu và báo cáo lại với trung tâm điều hành kết quả thực hiện thao tác Hệ thống SCADA tỏ ra

là phương tiện hỗ trợ rất hiệu quả và kinh tế trong vận hành hệ thống điện, góp phần trợ giúp đắc lực cho các nhân viên vận hành

của việc vận hành hệ thống điện việc giám sát được thực hiện bằng các đèn báo xanh,

đỏ Khi một thao tác như mở máy cắt được thực hiện bằng điều khiển từ xa, sự thay đổi đèn đỏ sang đèn xanh tại trung tâm điều hành sẽ xác định rằng thao tác đã thực

hiện thành công

Tại trung tâm điều hành hệ thống SCADA sẽ thực hiện việc truyền tín hiệu thông tin quét tuần tự các trạm biến áp ở xa Các trạm biến áp được trang bị các thiết bị đầu cuối giám sát từ xa RTU (Remote Terminal Unit) cho phép trung tâm điều hành có thể điều khiển trạm biến áp thông qua nó Hơn nữa các RTU cũng có thể thông báo lại cho trung tâm điều hành các thao tác đã được thực hiện cũng như các thông số chế độ như dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng và thông số trạng thái của các phần tử như trạng thái đón hay mở của máy cắt, nhiệt độ của máy biến áp và

nhiều đại lượng khác cần giám sát

Để giảm bớt số lượng dữ liệu truyền giữa các trạm biến áp ở xa và trung tâm điều hành, dữ liệu chỉ được truyền khi chúng thay đổi hoặc rơi ra ngoài vùng giới hạn cho

trước

Trong hầu hết các hệ thống như vậy, thiết bị chủ của trung tâm điều hành sẽ lần lượt quét các thiết bị đầu cuối ở xa RTU bằng cách gửi một thông báo ngắn tới từng RTU để xem mỗi RTU có vấn đề gì phải báo cáo Nếu có, RTU sẽ gửi thông báo ngược lại cho thiết bị chủ và dữ liệu nhận được sẽ lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính Nếu cần, một tín hiệu điều khiển sẽ được gửi tới RTU đang xét và các thông báo hoặc tín hiệu cảnh báo sẽ được máy in của thiết bị chủ in ra hoặc được thiết bị hiển thị trên màn hình kiểu tivi (CRT) hay màn hình tinh thể lỏng Phần lớn các hệ thống có chu trình quét tất cả các RTU được thực hiện trong khoảng vài giây Tuy nhiên trong trường hợp sự cố một trạm nào đó, thông báo sẽ được gửi từ RTU ở đây về máy chủ, quá trình quét bình thường sẽ bị dừng lại trong thời gian đủ để thiết bị nhận được thông báo và phát tín hiệu cảnh báo sao cho người vận hành có thể phản ứng tức thì Khi có bất kỳ sự thay đổi trạng thái nào ở tất cả các trạm được trang bị RTU, thông tin

sẽ được truyền về trung tâm điều hành trong thời gian ngắn Như vậy trung tâm điều

hành luôn được cung cấp những thông tin mới nhất về tình trạng hệ thống điện

Hầu hết các hệ thống điều khiển giám sát đều được trang bị máy tính Thiết bị chủ thực chất là một máy tính có khả năng chuyển tín hiệu tới RTU và nhận thông tin từ chúng Thông tin nhận được hiển thị lên màn hình hoặc được in ra các bản báo cáo

3.Kênh thông tin cho hệ thống SCADA:

Các hệ thống SCADA bao gồm một trạm chính (trung tâm điều hành) Các RTU và một vài tuyến thông tin liên lạc giữa thiết bị chủ trạm tại trạm chính với các thiết bị

đầu cuối RTU Đường dây thông tin có thể là đường dây điện thoại, tuyến cáp quang, kênh viba hoặc kênh tải ba Bất kì một đường thông tin nào có tỉ số tín hiệu /nhiễu ( S/N) đủ lớn và có dải tần đủ cho tốc độ truyền của tín hiệu số đều có thể sử dụng được Các tốc độ truyền tín hiệu cao hơn đòi hỏi phải mở rộng dải tần của kênh truyền dữ liệu Trong một số trường hợp kênh truyền tín hiệu điện thoại bình thường với dải tần

từ 300 – 3400 Hz là hoàn toàn thoả mãn

Đối với việc truyền dữ liệu số, hiện nay người ta sử dụng rộng rãi cáp quang Tốc

độ truyền tín hiệu số được đo bằng bit/s (còn gọi là baud)/ Tốc độ truyền có thể đạt tới

19200 baud, còn bình thường người ta thường sử dụng tốc độ truyền từ 600 đến 9600 baud

Kênh thông tin có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống SCADA Trong hệ thống SCADA, độ tin cậy của cả hệ thống thường phụ thuộc vào chất lượng kênh thông tin vì đây là bộ phận có hệ số tin cậy thấp nhất trong hệ thống Hệ thống SCADA không thể làm việc bình thường nếu thiếu kênh thông tin tin cậy đủ và mạnh

4.Các dạng hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA bao gồm thiết bị chủ và RTU Trên thực tế có một số cấu trúc mạng SCADA được sử dụng, và dạng được chọn sẽ xuất phát từ yêu cầu của hệ thống, khả năng truyền tin và yếu tố giá thành Sau đây là một số sơ đồ cấu trúc mạng dùng

trong hệ thống SCADA

Hình a: mỗi thiết bị chủ phục vụ trực tiếp một phần tử xa theo một kênh thông tin

riêng biệt

Hình b: là hệ thống hình sao, với một thiết bị chủ phục vụ vài thiết bị ở xa, nhưng

mỗi thiết bị ở xa sử dụng một kênh thông tin riêng biệt,

Hình c: là sơ đồ nối mạng kiểu dây theo nhóm, với một kênh thông tin phục vụ vài

thiết bị ở xa

Hình d: là sơ đồ kết hợp giữa mạng hình sao và dây theo nhóm

5 Tổng quan về các thiết bị chính trong hệ thống SCADA:

- Thiết bị chủ của hệ thống giám sát là hạt nhân của hệ thống này Tất cả các thao tác với RTU do người điều hành thực hiện đều thông qua thiết bị này và được các RTU báo cáo lại cho nó Bộ phận cho phép liên lạc giữa thiết bị chủ và RTU là Modem dùng để chuyển đổi các tín hiệu số của máy tính thành dạng có thể phát và thu qua kênh thông tin

Việc tái tạo tín hiệu tương tự được thực hiện bằng bộ chuyển đổi D/A

- Các thiết bị xa có chức năng giám sát (RTU)

Các thiết bị xa của hệ thống giám sát được đặt tại các trạm biến áp, được nối dây

để thực hiện chức năng nhất định Trong các RTU hiện đại có trang bị các bộ vi xử lý với bộ nhớ và khả năng suy luận logic RTU có thể thực hiện được một vài thao tác mà không cần chỉ thị của thiết bị chủ Ngoài ra RTU có thể điều khiển một số thiết bị tại chỗ khác như bộ điều khiển logic khả trình (PLC)

Các sơ đồ đo lường trong RTU chuyển đổi các tín hiệu tương tự như dòng điện, điện áp, công suất tác dụng vv…thành dòng điện hay điện áp một chiều tỉ lệ với đại lượng cần đo và nhờ các bộ chuyển đổi tương tự - số (A/D) chuyển thành dạng tín hiệu

số để chuyển về thiết bị chủ thông qua các modem

Một số các RTU được trang bị chức năng ghi nhận sự kiện Sự kiện có thể là sự

cố, một thao tác vận hành hay trạng thái làm việc nhiễu loạn của trang thiết bị Thường chức năng ghi nhận sự kiện là ghi lại các thông số trang bị khi có sự cố

1.6.3 Cấu trúc và chức năng của các hệ thống SCADA

SCADA/EMS: Là hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu/ Hệ thống quản

lý năng lượng

Hệ thống SCADA có thể phân chia thành nhiều dạng tùy thuộc vào việc xây dựng trên quy mô của hệ thống năng lượng, theo đó kết cấu của hệ thống SCADA có thể lớn

hay nhỏ, đơn giản hay phức tạp

Cấu trúc của một hệ thống SCADA thường bao gồm 3 phần chính:

 Hardware (Phần cứng): gồm các máy tính, các thiết bị đầu cuối RTU, các thiết

bị giao diện với người sử dụng, các thiết bị giao diện thông tin…

 Software (Phần mềm): bao gồm các phần mềm hệ thống, phần mềm trợ giúp, phần mềm ứng dụng…

 Support (Phần bổ trợ): Sử dụng để kiến tạo sơ đồ hệ thống, trợ giúp tình trạng

sự cố hệ thống…

Chức năng của hệ thống SCADA/EMS bao gồm:

Bảng 1.1 Chức năng của hệ thống SCADA/EMS:

Dự báo phụ tải

Phương thức vận hành hiện tại

Phân tích hệ thống để nghiên cứu

Điều độ thời gian thực

Thu thập và chuyển đổi dữ liệu

Giám sát điều khiển

Đánh dấu ( Tagging)

Xử lý dữ liệu

Hệ thống thông tin quá khứ

Giao diện người sử dụng: Phân tích hệ thống thời gian thực:

Điều độ thiếp sau: Kế toán năng lượng

Mô phỏng đào tạo điều độ viên

1.6.4 Cấu hình phần cứng của hệ thống SCADA:

Tại trạm chủ (trung tâm điều khiển):

HOST – COMPUTER: Là máy tính chuyên dụng đặc biệt có cấu hình mạnh, tính năng kỹ thuật đòi hỏi cao, là bộ vi xử lý chính của hệ thống SCADA HOST – COMPUTER thường gồm ít nhất 2 chiếc, 1 HOST – COMPUTER chính thực hiện các chức năng trong thời gian thực, 1 có nhiệm vụ dự phòng, sẽ hoạt động khi HOST – COMPUTER chính nghỉ do sự cố hay để bảo dưỡng

OPERATOR CONSOLE: Bảng điều khiển, cho phép người điều khiển giao tiếp với hệ thống SCAD, thường lắp đặt hai bảng, 1 để điều độ viên trực tiếp điều khiển (theo dõi và tương tác với hệ thống SCADA) và 1 dự phòng hoặc phục vụ cho mô phỏng đào tạo điều độ viên

PROGRAM CONSOLE: Bảng lập trình để thiết lập giao diện người và máy, dùng cho người lập trình để thực hiện, cập nhật các chương trình phần mềm

LAN: Mạng máy tính cục bộ xử dụng trong trong hệ thống SCADA liên kết giữa

bộ vi xử lý chính của HOST – COMPUTER với các bảng điều khiển, bảng lập trình và các thiết bị ngoại vi khác Thông thường sử dụng cấu hình với 2 sever chính và dự phòng ( host, stanby) và thủ tục truyền tin trên mạng là TCP/IP protocol

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

1 Trình bày khái quát về hệ thống điện và lưới điện?

2 Nêu đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng?

3 Trình bày các thành phần của hệ thống điện hiện đại?

4 Hãy nêu các dạng bảo vệ rơ le trong hệ thống điện?

5 Thế nào là trung tâm điều độ hệ thống điện?

6 Hãy nêu các phương pháp nghiên cứu mới về hệ thống điện?

CHƯƠNG 2

SƠ ĐỒ VÀ KẾT CẤU MẠNG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI

2.1 Khái niệm chung

2.1.1 Lưới truyền tải

Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian (TTG) Các loại sơ đồ lưới truyền tải trên (hình 2.1)

Các đặc điểm của lưới truyền tải:

- Sơ đồ kín có dự phòng: 2 lộ song song từ cùng 1 trạm khu vực (TKV) (hình 1.3a), 2 lộ từ 2 trạm khu vực (hình 2.1b), 1 lộ nhưng có dự phòng ở lưới (hình 2.1c) Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch, có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự

cố

- Điện áp 35, 110, 220 kV

- Thực hiện bằng đường dây trên không là chính, trong các trường hợp không thể làm đường dây trên không thì dùng cáp ngầm

- Phải bảo quản định kỳ hằng năm

- Lưới 110 kV trở lên trung tính máy áp nối đất trực tiếp

2.1.2 Lưới phân phối

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các TTG (hoặc các TKV hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải

* Đặc điểm chung:

Lưới phân phối gồm 2 phần:

 Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp

 Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V

Các động cơ công suất và lò điện dùng trực tiếp điện áp 6 – 10 kV, còn tuyệt đại bộ phận phụ tải dùng điện áp 0,4 kV

Ngoài các sự cố gây mất điện trên lưới phân phối còn có yêu cầu mất điện kế hoạch khá dài để bảo quản, cải tạo và để đóng trạm mới

Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ cho phụ tải (bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện)

Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở (lưới phân phối K/H) Khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện, sau khi cô lập đoạn lưới sự cố, phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong Phụ tải đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp

Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp

2.2 Sơ đồ đường dây

2.2.1 Sơ đồ hình tia

Từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối Các trục chính được phân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có thể tự đóng lại,có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa Giữa các trục chính của 1 trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi sự cố hoặc khi ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến

áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành

hở

Dây dẫn của đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện

dự phòng cho các trục khác bị sự cố

Hình 2.2 Sơ đồ hình tia

2.2.2 Sơ đồ phân nhánh

Trung tính hạ áp được nối đất trực tiếp và dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới phân phối hạ áp 4 dây Trục chính có 4 dây còn các nhánh rẽ chỉ cấp điện cho các phụ tải 1 pha thì có thể có 3 dây (2 pha + TT) hoặc 2 dây (1 pha + TT) Phụ tải quan trọng được cấp điện bởi đường dây dự phòng lấy từ cùng 1 trạm phân phối hoặc từ 2

trạm phân phối khác nhau

Trên những đường nông thôn, để tiết kiệm chi phí đầu tư, người ta thường làm đường dây hạ áp có 5 dây: 3 dây pha cấp điện sinh hoạt, dây trung tính và 1 dây pha

riêng phục vụ chiếu sáng đường phố

Hình 2.3 Sơ đồ phân nhánh

2.2.3 Sơ đồ mạch vòng

Hình 2.2.3a là sơ đồ mạch vòng kín cấp điện cho các trạm phân phối một trạm biến

áp Ta thấy các trạm phân phối được đấu liên thông mỗi máy biến áp đều có hai dao cách ly ở hai phía, máy biến áp có thể được cấp điện từ phía nào cũng được Bình thường nó được cấp điện từ 1 phía Ký hiệu  chỉ dao cách ly được mở ra để vận hành

hở Vận hành hở làm cho lưới điện rẻ hơn, và độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu, vận hành kín lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn hệ thống rơ le và thiết bị

đóng cắt nếu muốn đạt độ tin cậy cao

Hình 2.2.3b là một dạng khác của mạch vòng kín, các trạm phân phối được cấp điện bằng hai đường dây song song Hai đường dây có thể nối giữa hai trạm nguồn khác nhau để tạo thành mạch liên nguồn

Hình 2.2.3c là sơ đồ mạch liên nguồn giữa hai trạm trung gian Mạch liên nguồn, nếu muốn vận hành kín thì lưới cao áp phải có cấu trúc tương thích, điều này khó thực hiện cho nên lưới điện liên nguồn phải vận hành hở

Khi trạm trung gian ở xa trung tâm phụ tải thì có thể sử dụng sơ đồ hình 2.2.3d