Nghiên cứu hệ thống giám sát thiết bị đóng cắt để xác định vị trí sự cố khu vực điện lực quy nhơn

Quá trình xử lý sự cố của đơn vị còn gặp nhiều trở ngại do thiếu thông tin hoặc thông tin chưa kịp thời từ đơn vị Điều độ Công ty Điện lực Bình Định B37 từ đó dẫn đến việc phán đoán, xử

NGUYỄN VĂN QUYỀN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ KHU VỰC ĐIỆN LỰC QUY NHƠN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Người hướng dẫn: PGS TS Huỳnh Đức Hoàn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu trên mạng và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu sử dụng kết quả của người khác

Tác giả luận văn

NGUYỄN VĂN QUYỀN

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

Danh mục các phụ lục

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I: CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT HIỆN HÀNH VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC ĐIỆN LỰC QUY NHƠN QUẢN LÝ 11

1.1 Tổng quan về Điện lực Quy Nhơn: 11

1.2 Giới thiệu chủng loại các TBĐC hiện hành trên lưới điện: 12

1.2.1 Recloser – máy cắt tự đóng lại: 13

1.2.2 LBS (Load Break Switch) – máy cắt phụ tải: 17

1.3 Phương thức vận hành cơ bản của lưới điện thuộc ĐLQN quản lý vận hành 19

1.4 Thiết bị đóng cắt trên lưới 21

CHƯƠNG 2: KẾT NỐI SCADA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN 25

2.1 Giới thiệu hệ thống miniSCADA 25

2.1.1 Tổng quan về hệ thống SCADA LĐPP 25

2.2 Các bộ phận chính của hệ thống SCADA LĐPP 37

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu trong hệ thống SCADA 40

2.3 Giới thiệu sơ lược về phần mềm mô phỏng Recloser/LBS-C 40

2.3.1 Tính năng mô phỏng tủ điều khiển Recloser 41

2.3.1.1 Ghi nhận nhật ký vận hành của recloser NOJA (Close Open (CO) Operations) 41

2.4 Giới thiệu phần mềm SmartHMI Studio – xây dựng hệ thống hiển thị TBĐC trên lưới: 47

2.4.1 Chức năng & Đặc tính tiêu biểu 48

2.4.2 Vẽ sơ đồ lưới điện toàn bộ khu vực ĐLQN quản lý vận hành 49

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH SỰ CỐ, PHÁN ĐOÁN VÀ KHOANH VÙNG KHU VỰC XẢY RA SỰ CỐ BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 56

3.1 Tính toán ngắn mạch đường dây trung thế: 56

3.1.1 Khái niệm ngắn mạch 56

3.1.2 Nguyên nhân và hậu quả ngắn mạch 57

3.1.3 Tính toán ngắn mạch trong HTĐ 58

3.2 Phán đoán vị trí sự cố 62

3.3 Một số trường hợp thực tế đã ứng dụng tại Điện lực Quy Nhơn 63

3.4 Ưu và nhược điểm của phần mềm 66

3.5 Định hướng phát triển của luận văn 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt:

+ Điện lực Quy Nhơn : ĐLQN

+ Công ty Điện lực Bình Định : BĐPC

+ Thiết bị đóng cắt : TBĐC

+ Máy cắt xuất tuyến : MC

+ Máy cắt tự đóng lặp lại : Recloser

+ Tủ RMU có kết nối SCADA : RMU

Sông Cầu 1 : SCA

Bảng 2.2 bảng tính căn cứ vào SĐNL Nhập dữ liệu dây dẫn (chủng loại dây, chiều dài) vào 48

Bảng 3.1 đối xứng Bảng tổng hợp công thức tính dòng ngắn mạch không 62

Bảng 3.3 Công thức tính dòng ngắn mạch cho các dạng 64 Bảng 3.4 ĐLQN trong tháng 08/2020 Kết quả thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức nhân sự Điện lực Quy Nhơn 12

Hình 1.4 Recloser PĐ Nguyễn Huệ thuộc XT 474/QNH2 17 Hình 1.5 Recloser NR Nhơn Châu thuộc XT 477/SCA 17 Hình 1.6 LBS-C NR Bệnh viên đa khoa thuộc XT 474/QNH2 18 Hình 2.1 Sơ đồ quản lý và trao đổi thông tin của hệ thống SCADA 30 Hình 2.2 Sơ đồ cây thiết bị cấu thành một mô hình hệ thống SCADA

Hình 2.3 Sơ đồ cấu hình hệ thống mini SCADA thành phố Quy Nhơn 39 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý truyền tín hiệu trong hệ thống SCADA 40 Hình 2.5 Giao diện xem lịch sử sự kiện phần mềm mô phỏng

Hình 2.8 Giao diện chỉnh định thông số cài đặt 44

Hình 2.10 Nhập file tính toán ngắn mạch XT 471/QNH2 46 Hình 2.11 Tính toán ngắn mạch tại các PĐ, NR thuộc XT 471/QNH2 47 Hình 2.12 Sơ đồ 1 sợi TBĐC vận hành toàn lưới điện thuộc ĐLQN

Hình 2.13 Chọn Left Down trong Tag Action để gán tên cho TBĐC từng PĐ, NR 50

Hình 3.5 Tính toán ngắn mạch thực tế sự kiện MC 473/NHO trip F79

Hình 3.6 Phóng sứ hỏng cách điện, đứt dây tại C94/65 XT 473/NHO 66 Hình 3.7 Thiết bị SFRI có thể gửi tín hiệu sự cố qua đèn hoặc tin nhắn

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn lựa đề tài:

Nhằm tăng cường công tác quản lý lưới điện, ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý lưới điện một cách thông minh và chính xác hơn thì việc phát hiện và xử lý nhanh các sự cố xảy ra hằng ngày trên lưới điện hiện hành nhằm giảm thiểu tối đa bán kính cũng như thời gian mất điện do sự cố gây ra là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt đối với các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện nói chung và Điện lực Quy Nhơn nói riêng

Qua quá trình công tác tại Điện lực Quy Nhơn (ĐLQN), vấn đề sự cố lưới điện phân phối xảy ra thường xuyên với mật độ rất nhiều, quy mô sự cố tuy nhỏ nhưng tốn nhiều thời gian để phán đoán và xử lý Quá trình xử lý sự cố của đơn

vị còn gặp nhiều trở ngại do thiếu thông tin hoặc thông tin chưa kịp thời từ đơn

vị Điều độ Công ty Điện lực Bình Định (B37) từ đó dẫn đến việc phán đoán,

xử lý sự cố diễn ra chưa thực sự kịp thời và chính xác; gây tốn thời gian dò tìm, khoanh vùng các vị trí trên lưới để tìm ra nguyên nhân sự cố nhằm sớm khôi phục phương thức vận hành, trả lại điện cho khách hàng trong khu vực ĐLQN

quản lý

Vì vậy, cần thiết phải tìm ra giải pháp chia sẻ thông tin, giám sát thiết bị đóng cắt trong khu vực (chỉ giám sát, không được thao tác) nhằm phán đoán, khoanh vùng khu vực sự cố, xử lý kịp thời rút ngắn thời gian công tác, thời gian mất điện đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng trong khu vực đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của ĐLQN nói riêng và Công ty

Điện lực Bình Định nói chung

Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài: Đề tài trên nhằm nghiên cứu các giao thức truyền, dẫn và nhận dữ liệu thông số vận hành (dòng, áp) của các thiết

bị đóng cắt trong khu vực quản lý của ĐLQN (Recloser, LBS-C có kết nối

SCADA) thông qua hệ thống mạng truyền thông SCADA Từ đó xây dựng hệ thống liên kết các thiết bị nêu trên về máy chủ được đặt tại Tổ trực điện và thao tác ĐLQN, nhằm sớm nắm bắt thông tin, thông số dòng, áp sự cố từ đó phán đoán, khoanh vùng sự cố nhằm rút ngắn thời gian công tác, thời gian mất điện đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng trong khu vực đồng

thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Luận văn: “Nghiên cứu hệ thống giám sát thiết bị đóng cắt để xác định vị trí

thông số vận hành (dòng, áp, công suất P,Q ) của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện ĐLQN hiện hành, xây dựng hệ thống mạng truyền thông SCADA Từ

đó ứng dụng hệ thống này góp phần giảm thời gian xử lý sự cố, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng cũng như chất lượng điện năng qua đó nâng cao năng suất lao động cho cán bộ công nhân viên của đơn vị

3 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu:

Cách truyền, dẫn, nhận dữ liệu từ các thiết bị đóng cắt có kết nối xa qua

hệ thống mạng truyền thông SCADA thuộc quyền quản lý vận hành của ĐLQN Nghiên cứu hợp thức hóa, phối hợp với đơn vị Điều độ tỉnh xây dựng hệ thống

giám sát thiết bị đóng cắt từ xa tại ĐLQN

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu các loại thiết bị đóng cắt Recloser, LBS-C, tủ RMU có kết nối SCADA đang lắp đặt hiện hành trong khu vực ĐLQN trực tiếp quản lý vận

hành;

- Tìm hiểu giao thức truyền, dẫn và nhận dữ liệu của hệ thống mạng truyền

thông SCADA;

- Tìm hiểu cách, phương thức kết nối xa của các thiết bị đóng cắt có thể

thao tác, giám sát từ xa;

- Xây dựng hệ thống giám sát thiết bị từ xa liên kết, nhận dữ liệu, thông tin, thông số vận hành 24/24 tại Tổ trực điện và thao tác ĐLQN

Hiện nay, với khối lượng lớn các trạm biến áp 110kV (04 trạm hiện hành,

02 trạm sắp đưa vào hoạt động: E 110kV Đống Đa và E 110kV Cảng), trạm công cộng (375 trạm) cũng như chuyên dùng (457 trạm) đang quản lý vận hành, cùng 202km đường dây trung thế 22kV và 315km đường dây hạ thế 0,4kV đang cấp điện cho khoảng 71,5 nghìn khách hàng trong khu vực thành phố Quy Nhơn, xã Nhơn Lý, Nhơn Hải, Nhơn Hội và Nhơn Châu Rõ ràng để quản lý lưới điện hiện hành thành phố Quy Nhơn vận hành một cách hiệu quả là một trong những vấn đề đáng quan tâm cần được nghiên cứu tìm ra giải pháp phù hợp Chính vì vậy công tác quản lý và vận hành lưới điện phân phối sẽ gặp rất nhiều khó khăn, để đáp ứng nhu cầu đó thì nhân lực quản lý vận hành sẽ phải tăng lên, việc giám sát hoạt động của lưới sẽ trở nên phức tạp nếu như không

có sự hỗ trợ của các hệ thống, thiết bị công nghệ tự động, đo lường giám sát và điều khiển từ xa Rõ ràng để quản lý lưới điện hiện hành thành phố Quy Nhơn vận hành một cách hiệu quả là một trong những vấn đề đáng quan tâm cần được nghiên cứu tìm ra giải pháp phù hợp

Căn cứ vào tình hình lưới điện khu vực Điện lực Quy Nhơn quản lý vận hành hiện tại, việc lắp đặt thiết bị đóng cắt Recloser (24 bộ), Dao cắt có tải LBS-C, LBS-O (79 bộ) hơn 2/3 trong số đó có kết nối SCADA, 43 tủ RMU trong đó có 5 tủ RMU có khả năng kết nối điều khiển từ xa Đây là một trong những thuận lợi để phát triển hệ thống miniSCADA giám sát hoạt động lưới điện khu vực Điện lực Quy Nhơn nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu bán kính mất điện, thời gian phán đoán và xử lý khi có sự cố xảy ra, cải

thiện chất lượng điện năng, từ đó giảm giá thành bán điện, nâng cao khả năng cạnh tranh trong thị trường

Hệ thống miniSCADA là hệ thống giám sát, có thể điều khiển từ xa nhằm

hỗ trợ cho việc vận hành hệ thống lưới điện phân phối được linh hoạt và chính xác hơn, nhanh và hiệu quả nhất có thể Tuy nhiên, về mặt phân quyền của đơn

vị trực điện Quy Nhơn (T21), mọi thao tác đóng cắt thiết bị trên lưới phải thông qua Phòng Điều độ Công ty Điện lực Bình Định (B37) Nên đề tài này chỉ hướng đến việc xây dựng hệ thống miniSCADA giám sát, theo dõi thông số vận hành lưới điện trung áp khu vực thành phố Quy Nhơn do Điện lực Quy Nhơn thông qua số liệu dòng, áp theo thời gian thực được cập nhật từ các Recloser, LBS-C có kết nối SCADA từ xa

Phương pháp phân tích dữ liệu:

Việc phân tích dữ liệu dựa trên 02 phần mềm mô phỏng:

- SmartHMI Studio để thể hiện kết cấu lưới, hiển thị vị trí, tình trạng vận hành của các TBĐC trên lưới (trạng thái đóng/cắt) và nhận tín hiệu thông số vận hành

- Mô phỏng tính toán và phán đoán điểm ngắn mạch bằng phần mềm mô phỏng Recloser

5 Bố cục luận văn:

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Các thiết bị đóng cắt hiện hành và Phương thức vận hành cơ bản

của lưới điện khu vực Điện lực Quy Nhơn quản lý

Chương 2: Kết nối SCADA các thiết bị đóng cắt trên lưới và các phần mềm

hỗ trợ mô phỏng, tính toán

Chương 3: Đánh giá các thông số vận hành sự cố, phán đoán và khoanh vùng

khu vực xảy ra sự cố bằng phần mềm mô phỏng

CHƯƠNG I: CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT HIỆN HÀNH VÀ PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH CƠ BẢN CỦA LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC ĐIỆN LỰC QUY NHƠN QUẢN LÝ

1.1 Tổng quan về Điện lực Quy Nhơn:

Điện lực Quy Nhơn địa chỉ tại số 312 Lê Hồng Phong – Thành phố Quy Nhơn, trực thuộc sự quản lý của Công ty Điện lực Bình Định – Tổng Công ty Điện lực Miền Trung

Đặc điểm của Điện lực Quy Nhơn: Chịu trách nhiệm cung cấp điện liên tục và ổn định cho thành phố Quy Nhơn, xã Nhơn Hội, Nhơn Hải, Nhơn Lý và khu vực xã đảo Nhơn Châu, đảm bảo tốt công tác quản lý, vận hành đường dây

và kinh doanh điện năng của Điện lực Góp phần vào việc tiết kiệm điện và giảm tối thiểu tổn thất điện năng của Điện lực thành phố và Công ty Điện lực Bình Định nói riêng và của Ngành điện cả nước nói chung

Điện lực điện Quy Nhơn gồm các phòng ban:

+ Giám đốc

+ Phó Giám đốc – Kỹ thuật

+ Phó Giám đốc – Kinh doanh

+ Phòng Kinh doanh (Tổ quản lý khách hàng, Tổ treo tháo công tơ và Tổ truyền điện)

- Phòng Kế hoạch - Kỹ thuật

- Tổ quản lý vận hành đường dây & trạm biến áp

- Tổ Trực điện & Thao tác

Tổ chức nhân sự của Điện lực theo sơ đồ sau:

Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức nhân sự Điện lực Quy Nhơn

Trong nhiều năm qua ĐLQN đã đảm nhiệm việc cung cấp điện, vận hành, sửa chữa, lắp đặt mới hệ thống điện của thành phố nhằm đảm bảo ổn định, an toàn trong an ninh năng lượng Quốc gia một cách tốt nhất, duy trì tốt chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện Đồng thời phát triển mới khách hàng, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của đại đa số khách hàng trong khu vực, đưa chỉ số tiếp cận điện năng của khu vực xấp xỉ 100% trong thời gian tới

Đã nhiều năm liền nhận cờ thi đua của tỉnh, đảm bảo tốt nhu cầu sử dụng điện

và hoàn thành tốt chỉ tiêu của cấp trên giao

1.2 Giới thiệu chủng loại các TBĐC hiện hành trên lưới điện:

Hiện nay có rất nhiều thiết bị bảo vệ tự động được sử dụng trong lưới điện phân phối nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vận hành an toàn, linh hoạt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Các thiết bị bảo vệ này có ba chức năng cơ bản sau: đóng cắt không tải, đóng cắt các dòng điện liên tục ổn định, đóng cắt

các dòng ngắn mạch…mà điển hình trong bảo vệ lưới điện phân phối bao gồm

máy cắt/ rơle, máy cắt tự đóng lại - Recloser… như sau:

1.2.1 Recloser – máy cắt tự đóng lại:

Recloser là thiết bị tự điều khiển, cảm nhận hiện tượng quá dòng của hệ thống lưới điện phân phối và tự cắt mạch khi có sự cố Recloser sẽ tự động đóng lặp lại để khôi phục cung cấp điện khi sự cố thuộc loại thoáng qua và sau khi đóng vài lần để khôi phục cung cấp điện, nếu sự cố vẫn còn hiện hữu, recloser sẽ khóa mạch cô lập phần đường dây bị sự cố ra khỏi hệ thống (sự cố lâu dài/ vĩnh viễn) Một số recloser có thể trang bị các mạng cảm biến điện áp tại chân sứ đầu vào nhằm lấy tín hiệu điện áp, tần số để có thể cô lập hoặc đóng, cắt khi hệ thống lưới điện có các hiện tượng vận hành bất thường như quá điện

áp, điện áp thấp, mất điện áp hay tiến hành sa thải hay khôi phục phụ tải để duy trì độ ổn định vận hành của hệ thống khi có hiện tượng quá tần số hay tần số thấp xảy ra Thời gian hoạt động đóng lặp lại của recloser có thể nhanh hoặc chậm hay có sự phối hợp thời gian đóng, cắt với các thiết bị đóng, cắt khác trên lưới điện như máy ngắt, recloser hay cầu chì… hay giữa các recloser với nhau (khi có vài recloser bố trí nối tiếp trên tuyến) Trình tự và số lần tác động đóng lặp lại tùy theo từng nhà chế tạo có thể từ 1 đến 4 lần Recloser tác động đóng lặp lại nhanh nhằm khôi phục cung cấp điện khi sự cố thuộc loại sự cố thoáng qua, nâng cao tính liên tục cung cấp điện, và khi tác động đóng lặp lại chậm nhằm tạo sự phối hợp thời gian với bảo vệ Rơle hoặc thiết bị đóng, cắt khác nhằm xác định phần mạch bị sự cố, cô lập có chọn lọc, hạn chế việc mất điện

và phạm vi bị mất điện là thấp nhất Hợp bộ recloser thông thường bao gồm recloser (thiết bị đóng cắt và cảm biến dòng điện và điện áp), bộ điều khiển (biến đổi, so sánh tín hiệu dòng/áp và kích hoạt mạch thao tác của recloser) cùng với cáp điều khiển đấu nối giữa recloser và bộ điều khiển Các thao tác đóng/cắt recloser được kích hoạt bằng tín hiệu phát đi từ bộ điều

khiển hoặc hợp bộ Rơle tự động đóng lặp lại đi kèm, khi bộ điều khiển phát hiện các tín hiệu dòng điện, điện áp hay tần số bất thường so với ngưỡng tác động đã chỉnh định trong các bảo vệ thì bộ điều khiển hoặc rơle sẽ phát tín hiệu cắt tác động đến mạch cắt trong cơ cấu truyền động của recloser và dẫn đến cắt recloser Năng lượng cấp cho mạch đóng có thể được cấp bởi các nguồn cao áp (lấy từ đường dây phía nguồn của Recloser) hoặc từ phía nguồn hạ thế của các máy biến áp tự dùng 1 pha kèm theo và kích hoạt cuộn solenoid đóng hoặc năng lượng cung cấp từ nguồn dc (từ bộ pin lắp đặt trong tủ hoặc lấy từ nguồn ac cấp cho tụ tiến hành nạp, xả kích hoạt cơ cấu chấp hành từ tính) Những nguồn này luôn được giám sát điện áp, dung lượng nhằm đảm bảo năng lượng cấp cho cuộn cắt trước khi thực hiện thao tác đóng recloser, nghĩa là khi thao tác đóng recloser thì bộ điều khiển đã tích trữ năng lượng cho cuộn cắt để ngừa trường hợp đóng vào đường dây đang bị sự cố thì có thể cắt ra được khi mất nguồn cung cấp cho mạch cắt

Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thoáng qua (mất điện trong thời gian ngắn) Nguyên nhân chủ yếu do vật thể lạ chạm phải đường dây đang vận hành gây ngắn mạch làm tác động TBĐC

Chính vì vậy, để tăng cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay

vì sử dụng máy cắt người ta sử dụng máy cắt thường đóng lại (Recloser)

Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho phép người ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước Đồng thời đo và lưu trữ 1 số đại lượng cần thiết như : U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch

Hình 1.2 Recloser vận hành trên lưới

Khi xuất hiện ngắn mạch Recloser mở ra (cắt mạch) sau 1 thời gian t1 rất ngắn nó sẽ tự đóng lập lại Nếu sự cố còn tồn tại (vật thể lạ vẫn còn trên đường dây -> tạo ra dòng ngắn mạch lần thứ 2) Recloser sẽ tự cắt, sau thời gian t2 Recloser sẽ tự đóng lại mạch Và nếu sự cố vẫn còn tồn tại nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t3 nó sẽ tự đóng lại mạch 1 lần nữa và nếu sự cố vẫn còn tồn tại thì lần này Recloser sẽ cắt mạch luôn Số lần và thời gian đóng cắt do người sử dụng (Điều dộ viên) lập trình Recloser thường được trang bị cho những đường trục chính công suất lớn và đường dây dài đắt tiền

Máy cắt tự đóng lặp lại - Recloser là một loại thiết bị trọn bộ gồm: máy cắt và mạch điều khiển cảm nhận tín hiệu dòng điện, để định thời gian cắt và đóng lại đường dây một cách tự động khi sự cố thoáng qua, tái lập cung cấp

điện Hình 1.3 là một loại Recloser VWVE27 có môi trường dập tắt hồ quang bằng chân không, điều khiển số

Hình 1.3 Recloser VWVE27

Các loại Recloser với bộ điều khiển thực hiện được kết nối truyền thông

để thao tác xa gồm: bộ điều khiển Form6/Cooper, Nulec/Camp 4-5, KTR/Tarida

Hình 1.4 Recloser PĐ Nguyễn Huệ thuộc

XT 474/QNH2

Hình 1.5 Recloser NR Nhơn Châu thuộc

XT 477/SCA

1.2.2 LBS (Load Break Switch) – máy cắt phụ tải:

Máy cắt là một thiết bị cơ khí có khả năng truyền dẫn và ngắt dòng điện

ở chế độ bình thường cũng như sự cố Máy cắt có thể được đóng cắt bằng tay,

có thể từ rơle hoặc bằng các bộ điều khiển điện tử bên ngoài Máy cắt được phân loại tùy thuộc theo môi trường cắt và khả năng tích trữ năng lượng Phân loại máy cắt theo môi trường cắt như sau:

- Môi trường ngắt bằng dầu

- Môi trường ngắt bằng chân không

- Môi trường ngắt bằng khí SF6

Thực tế cho thấy máy cắt chân không và máy cắt SF6 có nhiều ưu điểm hơn so với các loại máy cắt khác nên chúng được sử dụng rất nhiều trong lưới điện phân phối

Hiện nay nhiều LBS-C đã có trang bị hệ thống modem, mạch điều khiển

có khả năng kết nối thông qua mạng truyền dẫn SCADA nên việc giao tiếp giữa Điều độ viên và thiết bị trở nên dễ dàng, Điều độ viên có thể thực hiện thao tác đóng/cắt thiết bị từ xa nếu nhận được tín hiệu kết nối

Bên cạnh đó, nhiều LBS-C hiện nay còn có các tính năng đo đếm dòng,

áp tức thời góp phần giúp cho việc phân bố công suất giữa các xuất tuyến dựa theo trào lưu công suất vô cùng thuận tiện (thao tác đóng, khép vòng thực hiện

từ xa chia tải giữa các xuất tuyến trung thế với nhau), đảm bảo cho dây dẫn không bị quá tải, cung cấp điện an toàn và ổn định cho khách hàng

Hình 1.6 LBS-C NR Bệnh viên đa khoa thuộc XT 474/QNH2

Với tính năng ghi nhận dòng, áp tức thời ta cũng có thể sử dụng giá trị dòng Last current xem như là dòng ngắn mạch khi có sự cố xảy ra để tính toán, phán đoán vị trí ngắn mạch nhằm rút ngắn thời gian tìm nguyên nhân và công tác xử lý trở nên thuận lợi, linh hoạt hơn

Các giá trị định mức cơ bản và các ứng dụng của máy cắt được qui định theo tiêu chuẩn ANSI như sau:

- Điện áp định mức cực đại (kV);

- Hệ số giới hạn điện áp định mức K;

- Dòng định mức tại tần số 50Hz (A);

- Dòng ngắn mạch định mức (kA);

- Thời gian ngắt định mức (chu kỳ);

- Thời gian mở trễ cho phép (s);

- Dòng điện đối xứng cực đại có khả năng ngắt được;

- Dòng điện cho phép qua máy cắt trong thời gian 3s khi có ngắn mạch;

- Khả năng đóng và khóa của máy cắt

1.3 Phương thức vận hành cơ bản của lưới điện thuộc ĐLQN quản lý vận hành

+ Đóng DCL xuất tuyến 473-7 đến PĐ Phục hồi chức năng, PĐ Trần Văn Ơn (ở vị trí cắt, liên kết với XT 472/QNH2)

+ Đóng DCL xuất tuyến 473-7 đến PĐ D3 (ở vị trí cắt, liên kết với XT 475/QNH2)

+ Đóng DCL xuất tuyến 473-7 đến PĐ Lê Lai (ở vị trí cắt, liên kết với

+ Đóng DCL xuất tuyến 481-7 đến PĐ Lê Hồng Phong 1, PĐ Chợ khu

1.4 Thiết bị đóng cắt trên lưới:

Bảng 1.1 Danh sách TBĐC hiện hành trên lưới Điện lực Quy Nhơn

Chủng

loại

thiết bị

ĐVT lượng Số Vị trí lắp đặt Xuất tuyến

Phân đoạn Nhánh rẽ

Khoa Tỉnh mở rộng 474QNH2

REC bộ 1 Phân đoạn Vĩnh sơn/

Chủng

loại

thiết bị

ĐVT lượng Số Vị trí lắp đặt Xuất tuyến

Phân đoạn Nhánh rẽ

REC bộ 1 Phân Hội Sơn/

REC bộ 1 Phân đoạn Bãi Dài/

REC bộ 1 Tôn Hoa Sen XT 479 E

REC bộ 1 Tôn Hoa Sen XT 472 E

REC bộ 1 Tôn Hoa Sen XT 476 E

LBS-C bộ 1 Phân Đoạn Ngân hàng/

Chủng

loại

thiết bị

ĐVT lượng Số Vị trí lắp đặt Xuất tuyến

Phân đoạn Nhánh rẽ

Phân đoạn Tăng Bạt Hổ/ C16/8/6-XT 482 E20

Chủng

loại

thiết bị

ĐVT lượng Số Vị trí lắp đặt Xuất tuyến

Phân đoạn Nhánh rẽ

PĐ PĐ Mai Xuân Thưởng C20 XT 482 E20

PĐ Phạm Ngọc Thạch C70T/10/4A XT 481 E20

Kết luận:

Qua Chương 1 của luận văn ta có thể nắm sơ lược như sau:

- Tổng quan về Điện lực Quy Nhơn và sơ đồ tổ chức nhân sự của đơn vị;

- Chi tiết TBĐC (số lượng, chủng loại), sơ đồ lưới điện trung thế, khu vực phụ tải và phương thức vận hành cơ bản của lưới Quy Nhơn Qua đó có thể đưa

ra phương thức vận hành tối ưu khi có sự cố lưới điện (đóng/khép vòng N-1)

CHƯƠNG 2: KẾT NỐI SCADA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ MÔ

của hệ thống SCADA thông qua kênh truyền gửi đến các RTU/Gateway, IEDs

để điều khiển các thiết bị điện đóng cắt từ xa Các lệnh điều khiển như:

+ Lệnh đóng/cắt máy cắt, Recloser, LBS, Dao cách ly, dao tiếp địa…

+ Lệnh điều khiển thay đổi nấc phân áp MBA (chỉ đối với các MBA thuộc các trạm nguồn 110kV và 220kV và dành cho phòng Điều độ)

+ Lệnh điều khiển thay đổi giá trị thông số cài đặt chỉnh định rơ le chỉ dành cho phòng Điều độ

- Giám sát: Mọi thay đổi trạng thái của thiết bị như: đóng/cắt máy cắt, rơle

bảo vệ tác động, các thông số vận hành chi tiết (dòng, áp, công suất P, Q và tín hiệu kết nối xa)…đều được thu thập về Trung tâm giám sát và được máy tính

xử lý:

+ Hiển thị trên các sơ đồ và các dạng đồ thị xu hướng

+ Khi có sự thay đổi dữ liệu trạng thái (máy cắt, DCL, các cảnh báo của rơle, các hiện tượng mất kết nối xa ) hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo bằng

âm thanh, đổi màu trên biểu tượng, thông báo dòng sự kiện để nhân viên vận hành chú ý và đưa ra hướng xử lý phù hợp với từng loại cảnh báo

+ Đối với dữ liệu giá trị đo xa: dữ liệu nhận được sẽ được kiểm tra so sánh với ngưỡng định mức, nếu giá trị đo được bị quá mức so với quy phạm thì

hệ thống SCADA sẽ phát cảnh báo cho người vận hành (quá dòng, quá áp, quá ngưỡng tần số cho phép )

- Thu thập dữ liệu: tại các TBA, thiết bị đóng cắt trên LĐPP được chia

thành các loại thông tin như sau:

Danh sách các dữ liệu (datalist) lấy từ các thiết bị điện trên lưới điện như RMU, Recloser, LBS…ít nhất phải bao gồm các dữ liệu như sau:

a/ Recloser:

Các tín hiệu điều khiển xa:

- Trạng thái Recloser (cắt/đóng);

- Chức năng cho phép đóng lặp lại/ khoá đóng lặp lại;

- Bộ chạm đất nhạy (SEF): khoá/ cho phép (nếu có);

Các chỉ báo trạng thái:

- Chỉ báo từ xa trạng thái của Recloser (mở/đóng);

- Chức năng cho phép đóng lặp lại/ khoá đóng lặp lại;

- Bộ chạm đất nhạy (SEF): khoá/ cho phép (nếu có);

Các chỉ báo an toàn Recloser:

- Trạng thái điều khiển từ xa;

- Hư hỏng thiết bị (sự cố Recloser, sự cố nguồn DC, sự cố rơle…);

Các tín hiệu đo lường:

- Điện áp (kV);

- Dòng điện (A);

- Công suất P, Q(W, VAr);

b/ LBS-C có kết nối SCADA:

Các tín hiệu điều khiển xa:

- Giám sát dao cắt có tải (mở/đóng);

Các chỉ báo trạng thái:

- Chỉ báo từ xa trạng thái của LBS (mở/đóng);

- Trạng thái khoá điều khiển tại chỗ/từ xa;

Các chỉ báo an toàn LBS:

- Trạng thái điều khiển từ xa;

- Hư hỏng thiết bị (sự cố LBS, sự cố nguồn DC, sự cố rơle…);

Các tín hiệu đo lường:

- Điện áp (kV);

- Dòng điện (A);

- Công suất P, Q(W, VAr);

c/ Tủ RMU có kết nối SCADA:

Các tín hiệu điều khiển xa:

- Giám sát xa cho mỗi xuất tuyến (tình trạng đóng/cắt);

- Giám sát xa các PĐ, NR thuộc tài sản ngành điện hoặc khách hàng đối với các PĐ, NR sử dụng cáp ngầm và tủ RMU có kết nối SCADA

Các chỉ báo trạng thái:

- Chỉ báo từ xa trạng thái của mỗi xuất tuyến (mở/đóng);

- Trạng thái khoá điều khiển tại chỗ/từ xa;

Các chỉ báo trợ giúp thao tác:

- Chỉ báo sự cố trên mỗi xuất tuyến;

- Chỉ báo khả năng điều khiển tại chỗ/từ xa đối với toàn bộ trạm;

Các tín hiệu đo lường trên mỗi xuất tuyến: Các tín hiệu, dữ liệu này được cập nhật và lấy thông qua chương trình đo xa MDMS

- Điện áp (kV);

- Dòng điện (A);

- Công suất P, Q (W, VAr);

Chỉ báo an toàn:

Sự cố nguồn AC của thiết bị RTU hoặc hỏng hóc thiết bị

Ngoài ra, hệ thống SCADA còn có các chức năng ứng dụng: Phân tích, xử

lý dữ liệu, tính toán phân bố trào lưu công suất, ngắn mạch, độ tin cậy, quản lý nhu cầu phụ tải, cung cấp cơ sở dữ liệu cho các mục đích khác…Sơ đồ quản lý

và trao đổi thông tin của hệ thống SCADA như hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ quản lý và trao đổi thông tin của hệ thống SCADA

2.1.2 Phần mềm hệ thống SCADA LĐPP:

- Phần mềm SCADA gồm: Thu thập, trao đổi, lưu trữ, xử lý dữ liệu

thời gian thực Điều khiển giám sát từ xa Quản lý thứ tự đóng/cắt Tự động

sa thải phụ tải khi vượt ngưỡng công suất cho phép Xử lý đóng/khép vòng giảm tải cho hệ thống điện đối với các xuất tuyến liên kết qua các MC, LBS phân đoạn Đồng bộ thời gian và chỉnh thời gian chuẩn (hoạt động theo Real time)

- Ngoài ra, còn có các phần mềm: Phần mềm quản lý lưới điện trên bản

đồ Google Earth, SCADA GIS, Thông tin hiện trường quản lý về vị trí đóng cắt trên bản đồ; phần mềm OMS giám sát, theo dõi cảnh báo về khu vực mất điện tính toán độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng Phần mềm hệ

điều hành, phần mềm chẩn đoán, bảo dưỡng máy chủ Phần mềm phân tích giao thức Phần mềm RTU và giao thức truyền thông

- Đối với luận văn này, phần mềm hiển thị mô phỏng giao tiếp giữa các TBĐC và Nhân viên trực ca sử dụng phần mềm SmartHMI Studio; tính toán ngắn mạch và phán đoán vị trí sự cố bằng phần mêm Mô phỏng Recloser/LBS

2.1.3 Hệ thống thông tin:

Hệ thống thông tin có thể sử dụng các phương tiện truyền dẫn như: cáp quang, vi ba, tải ba; đường điện thoại, UHF để truyền và nhận tin giữa Trung tâm điều khiển/giám sát với các thiết bị đầu cuối (RTU/Gateway)

Hệ thống SCADA thường sử dụng một hệ thống thông tin làm việc chính và một hệ thống thông tin dự phòng để đảm bảo độ tin cậy Hiện nay đường truyền chủ yếu được sử dụng thông qua cáp quang, đường truyền GPRS sử dụng qua sim Viettel (chính) và một số nhà mạng khác

a/ Yêu cầu kỹ thuật đối với các thiết bị thông tin

Tín hiệu từ RTU là dạng tín hiệu V.24 hoặc 2/4W sẽ được ghép kênh thông qua thiết bị PCM thành luồng 2Mb/s và truyền về Trung tâm giám sát thông qua OLTE

Tiêu chuẩn kỹ thuật của cáp quang, OLTE, PCM:

- IEC 60794-1

- IEC 60794-4

- EIA/TIA598: Mã màu cho cáp quang

Đặc tính của sợi quang:

- Tiêu chuẩn :ITU-T G.652

- Biên dạng chỉ số chiết suất :Dạng chiết suất bậc

- Đường kính lớp bảo vệ :245 μm ± 5 μm

- Đường kính lớp vỏ phản xạ :125 μm ± 1 μm

- Đường kính trường mode bước sóng 1310nm :9,2 μm ± 0,4 μm

- Đường kính trường mode bước sóng 1550nm :10,5 μm ± 1 μm

- Sai số đồng tâm trường mode : ≤ 0,5 μm

- Độ ẩm trung bình : 90%, không đọng sương

- Độ ẩm lớn nhất : 100%

- Độ cao tuyệt đối : 1000 m

- Áp lực gió tối đa : 125daN/m2

- Nhiệt độ lưu trữ : 0oC – 70oC

- Nhiệt độ khi lắp đặt : 0oC – 40oC

Thiết bị đầu cuối quang (OLTE): Loại STM-1

Giao diện quang STM-1:

- Theo các tiêu chuẩn : ITU-T G.957

- Tốc độ bit : 155.520 Kb/s

- Dung sai : ≤ 20ppm

- Bước sóng : 1310nm và/hoặc 1550nm

- Cấp công suất : S1.1, L1.1, L1.2

- Mã đường truyền : NRZ (Non Return to Zero)

- Khoảng cách truyền tối đa : 85km

Giao diện nhánh về điện STM-1:

- Tuân theo ITU-T G.703, G707, G.708, G.709

- Mã : HDB3

- Trở kháng :120 Ω /75 Ω

- Số cổng mở rộng tối đa : 63 cổng

- Số cổng yêu cầu : 21 cổng

- Các thông số vật lý và điện: : Theo ITU-T G.703

- Jitter : Theo ITU-T G.823

Thiết bị ghép kênh (PCM):

Thiết bị có các đặc tính kỹ thuật như sau:

- Cấu hình xen rẽ kênh (ADM)

- Giao tiếp số 2 Mbit/s: Cấu trúc khung 2 Mbit/s sẽ tương thích với khuyến nghị CCITT G.732 Tốc độ bit tại cổng 2 Mbit/s tuân theo khuyến nghị CCITT G703.6 là 2.048 kbit/s ± 50 ppm và mã HDB3 Trở kháng tại cổng 2 Mbit/s là 75/ 120 Ω

- Các giao tiếp kênh dữ liệu: Giao tiếp và các đặc tính về điện cho kênh

64 kbit/s sẽ tuân theo khuyến nghị CCITT X.21

Phần mềm cài đặt cấu hình cho OLTE, MUX giao diện với PC trên môi trường Windows 98, 2000, XP, NT

Thiết bị UHF:

Tín hiệu từ RTU được nối trực tiếp đến ngõ vào của modem UHF Modem UHF không sử dụng các chuẩn chung cho việc điều chế tín hiệu đường truyền do đó chỉ các modem của cùng một hãng (cùng kiểu điều chế tín hiệu) mới có thể bắt tay nhau

Vì vậy, khi triển khai mở rộng hệ thống cần lưu ý:

- Trường hợp kết nối với 1 modem master hiện có: cần đảm bảo khoảng cách của modem slave – modem master; modem slave cùng chủng loại với modem master

- Trường hợp sử dụng 1 tuyến UHF mới: modem master và slave cùng loại; chủng loại modem đảm bảo khoảng cách của modem slave – modem master

Tiêu chuẩn kỹ thuật của modem UHF, anten:

Thiết bị vô tuyến UHF phải tương thích với các đặc tính sau:

- Băng tần : Dải tần số dự kiến sử dụng 400 MHz – 470 MHz (theo quy hoạch của Cục quản lý Tần số Vô tuyến điện)

- Độ ổn định tần số : ± 2.0 ppm

- Khoảng cách kênh : 12,5 / 25 kHz

- Công suất RF đầu ra trên mỗi kênh của trạm gốc: 10 W

- Công suất RF đầu ra trên mỗi kênh tại các trạm cắt hợp bộ, LBS, Recloser: 1-10W (lập trình được)

- Công suất RF cố định : 10 W

- Độ nhạy ở 12 dB SINAD: 0,28µV

- Giao tiếp giữa máy thu phát UHF với RTU tại các trạm LBS, recloser hoăc Trung tâm điều khiển với thiết bị tiền xử lý: V.24/V.28 – RS232, RS485,

Các tiêu chuẩn tham khảo:

- DTI MPT 1326, đặc tính hiệu năng, thiết bị vô tuyến UHF và VHF điều biến góc để sử dụng cho các trạm cố định và di động

- DTI MPT 1331, mã thực hành cho kỹ thuật vô tuyến

Tiêu chuẩn kỹ thuật của modem PSTN:

Các đặc tính kỹ thuật của modem như sau:

- Tương thích dữ liệu theo các chuẩn ITU-T V.34, V.32bis, V.32, V.22bis, V.22, V.21, V.23, lệnh AT&T,

- Tốc độ dữ liệu đường dây: 300 – 33.600 bit/s,

- Định dạng dữ liệu DTE : 7 bit, 8 bit, chẵn / lẻ / parity, đồng bộ, không đồng bộ, lập trình được,

- Tốc độ không đồng bộ DTE: 19.200, 14.400, 9.600, 7.200, 4.800, 2.400, 1.200, 600, 300 bit/s lập trình được,

- Tốc độ đồng bộ DTE : cùng tốc độ đường dây,

- Chỉ thị LED : tất cả các mạch,

- Hiệu chỉnh lỗi : MNP, ITU-T V.42,

- Nén dữ liệu : MNP class 5, ITU-T V.42bis,

- Giao tiếp đầu cuối : ITU-T V.24/V.28-RS232

2.1.4 Bộ phận tự động hoá TBA và các thiết bị trên LĐPP:

Bộ phận tự động hoá TBA có thể sử dụng các giải pháp thu thập dữ liệu như: RTU tập trung; RTU phân tán và Gateway:

- RTU tập trung: được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật vi xử lý Mỗi RTU

có khả năng tiếp nhận hàng trăm tín hiệu đo lường, điều khiển và giám sát RTU gồm có các card chức năng: CPU, bộ nhớ, card vào/ra, card truyền thông, card giám sát Tuỳ theo dung lượng RTU mà số lượng card khác nhau

- RTU phân tán: Công nghệ này không gom tín hiệu vào tủ RTU tại

trạm như giải pháp RTU tập trung mà RTU chia nhỏ thành các phần nhỏ (IED, BCU) lắp đặt phân tán trong trạm Mỗi phần nhỏ của RTU đảm nhiệm chức năng như của một RTU nhỏ Các phần nhỏ nói trên được liên kết với nhau bằng cáp thông tin và cả hệ thống làm việc thống nhất như trên một RTU

- Gateway: Tất cả các thiết bị điều khiển, giám sát trong trạm sử dụng

công nghệ số theo một chuẩn truyền thông và được tích hợp thành một hệ

thống gọi là hệ thống tự động hoá trạm Các thiết bị điện và hệ thống điều khiển, bảo vệ được thiết kế trong một thể thống nhất bằng công nghệ mạng

và kết nối với Trung tâm điều khiển/giám sát bằng gateway

RTU/Gateway có nhiệm vụ thu thập dữ liệu gửi về Trung tâm điều khiển, đồng thời nhận lệnh từ Trung tâm điều khiển đưa đến các thiết bị chấp hành Kích thước của RTU phụ thuộc vào số lượng dữ liệu thu thập tại TBA, thiết bị điện Sơ đồ khái quát thể hiện giao tiếp giữa RTU với thiết bị điện và Trung tâm điều khiển

Trong hệ thống SCADA, thiết bị đầu cuối RTU/Gateway là phần tử rất quan trọng có nhiệm vụ thu thập và phản ánh tình trạng của các thiết bị đang tham gia hoạt động trong hệ thống Nó là công đoạn đầu tiên trong toàn bộ quá trình xử lý thông tin của hệ thống SCADA

2.2 Các bộ phận chính của hệ thống SCADA LĐPP:

Hệ thống SCADA LĐPP gồm 3 bộ chính: Trung tâm điều khiển/giám sát;

Hệ thống thông tin liên lạc các thiết bị trên LĐPP Sơ đồ tổng quát hệ thống SCADA LĐPP như hình 2.2

Trung tâm điều khiển/giám sát:

Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống SCADA, toàn bộ thông tin cần thiết cho việc điều hành LĐPP được Trung tâm điều khiển thu thập, xử

lý, phân phối đến các ứng dụng, phần mềm cần thiết để nhân viên vận hành có thể tương tác và giao tiếp với toàn bộ thiết bị cần giám sát Hệ thống có thể chia

sẻ thông tin vận hành qua việc phân quyền điều khiển, giám sát Phần cứng cũng như phần mềm của hệ thống trung tâm sẽ dựa trên các nền tảng mở, có tính phổ biến cao, dễ thay thế mở rộng, đơn giản và quen thuộc trong quá trình quản lý vận hành

Phần cứng hệ thống SCADA LĐPP:

Hình 2.2 Sơ đồ cây thiết bị cấu thành một mô hình hệ thống SCADA hoàn chỉnh

- Hệ thống mạng LAN: có cấu hình kép hoặc đơn, với giao thứ TCP/IP có

thể độc lập kết nối với mạng LAN khác mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị trong mạng nội bộ Ngoài ra, có thể kết nối với Trung tâm điều khiển/giám sát khác thông qua Router

- Máy tính chủ: làm việc theo chế độ dự phòng nóng (hệ thống UPS hoặc

ATS chuyển nguồn đảm bảo máy tính chủ có thể hoạt động 24/24 bất kể sự cố lưới điện đối với khu vực điều hành) hoặc song song, có khả năng điều khiển tất cả các chức năng của hệ thống giám sát ổn định của hệ thống, cung cấp các ứng dụng và các chức năng SCADA, bảo trì cơ sở dữ liệu

- Máy tính trạm làm việc của Nhân viên trực ca: Vận hành hệ thống với

chức năng hiển thị các thông tin phục vụ cho vận hành như: các sơ đồ lưới điện, các cảnh báo…, truyền lệnh đến các thiết bị trong mạng, thu thập các thông tin theo yêu cầu vận hành

- Bộ tiền xử lý vào/ra: Giao tiếp với RTU, IEDs, phân kênh truyền, cài đặt

giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn quốc tế như: IEC, DNP, Modbus…