Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM

Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM Xây dựng hệ thống MINISCADA DMS trong vận hành lưới điện phân phối tại các công ty điện lực khu vực tp HCM

Trang 1

TÓM TẮT

Để đảm bảo cung cấp điện với chất lượng ngày càng cao, cụ thể là giảm thời gian và khu vực mất điện khi xảy ra sự cố, thì việc áp dụng ngày càng rộng rãi tự động hóa trên lưới điện là một yêu cầu bức thiết Đặc biệt là trên lưới điện khu vực Tp.Hồ Chí Minh – trung tâm kinh tế văn hóa xã hội và công nghệ cao của cả nước

Đề tài tập trung trình bày một phương pháp thu thập, giám sát và điều khiển các thiết bị đóng cắt trên lưới điện, tư đó phát hiện phân đoạn trên lưới điện bị sự

cố, cô lập phần tử sự cố và khôi phục cung cấp điện các phân đoạn không bị sự cố Chức năng Miniscada cũng đã áp dụng trên nhiều nước nhưng ở Việt nam thì đây là lần đầu tiên được thực hiện trên lưới điện khu vực đô thị TPHCM với đặc điểm lưới điện khá phức tạp, có nhiều sự số bật vượt cấp

Để thực hiện chức năng Miniscada trên một mạch vòng cụ thể phải giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật có liên quan như SCADA, truyền thông 3G, điều khiển xa, bảo vệ rơ le, thiết bị bảo vệ Việc triển khai vào thực tế vận hành lưới điện đã đem lại nhiều kinh nghiệm thực tiễn, làm cơ sở vững chắc cho việc mở rộng các chức năng tự động hóa sau này trên lưới điện Một hướng đi tất yếu trong công cuộc hiện đại hóa một ngành mũi nhọn của nền kinh tế, đó là ngành Điện lực

Trang 2

ABSTRACT

To ensure power supply with increasing quality, namely reducing the time and blackout areas when incidents occur, then the application of increasingly widespread on the grid automation is an urgent demand Especially on the Power Network of Ho Chi Minh City – the social economic and high technology center in Vietnam

The thesis focuses to presente an automation method on the grid, which is automatic detection of fault segments on the grid, isolation the breakdown element and restore power supply for normal segments Miniscada has been applied in many countries but this is the first performent in Vietnam, on the grid in Ho Chi Minh city with many complex faults

To perform the function of Miniscada on a specific loop, we have to solve many technical problems involved as SCADA, 3G communication, remote control, protection relays, programming, protection devices The implement of Miniscada

in a real network has brought many practical experiences It makes a solid base for the expansion of the automation functions later on the grid That is an indispensable way to modernizate electricity industry

Trang 3

MỤC LỤC

Trang tựa TRANG

Quyết định giao đề tài i

Lý lịch khoa học vii

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt v

Abstract vi

Mục lục vii

Danh sách các từ viết tắt ix

Danh sách các bảng x

Danh sách các hình xii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu 1

1.1.1 Hiện trạng lưới điện khu vực TP.HCM 2

1.1.2 Quá trình phát triển HT SCADA 2

1.1.3 Hiện trạng hệ thống SCADA TP.HCM 3

1.1.4 Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP.HCM 4

1.1.5 Sự cần thiết đầu tư HT SCADA/DMS 5

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 6

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 7

1.5 Giới hạn ……… 8

1.6 Nội dung nghiên cứu……… 8

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

Chương 3 21

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MINISCADA TRÊN MỘT LƯỚI ĐIỆN TRUNG THẾ 21 3.1 Các tính năng vận hành dựa trên sơ đồ Miniscada 22

3.2 Khả năng áp dụng các sơ đồ Miniscada trên lưới điện TP.HCM 23

3.3 Lựa chọn mạch vòng để triển khai ứng dụng tính năng MiniScada 23

3.4 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển xa: 24

3.5 Lựa chọn phương thức truyền thông và phương thức kết nối 27

Trang 4

3.6 Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập các dữ liệu và điều khiển 28

3.7 Xây dựng các giao diện HMI để giám sát vận hành hệ thống 28

3.8 Xây dựng chế độ vận hành điều khiển từ xa qua hệ thống Miniscada 31

3.7 Xây dựng các kịch bản sự cố mất điện có thể xảy ra 32

3.8 Xây dựng mô hình thử nghiệm mạch vòng Miniscada 33

3.9 Xây dựng phương thức hoạt động của hệ thống để cô lập phần tử sự cố, tái lập cung cấp điện 36

Chương 4 56

XÂY DỰNG MÔ HÌNH, QUY TRÌNH, PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐỂ CÔ LẬP PHẦN TỬ SỰ CỐ, TÁI LẬP CUNG CẤP ĐIỆN 56

4.1 Các lưu đồ để xây dựng mô hình cho mạch vòng Miniscada: 56

4.2.Vận hành mạch vòng trung thế Miniscada trên lưới điện khi có sự cố: 62

Chương 5 65

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH – KIỂM CHỨNG - PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ RƠ LE TRÊN MẠCH VÒNG TRUNG THẾ 65

5.1 Tổng quan về công tác tính toán ngắn mạch và bảo vệ rơ le 65

5.2 Tính toán ngắn mạch trên mạch vòng thử nghiệm 66

5.3 Chọn các trị số chỉnh định rơle trên mạch vòng thử nghiệm 70

5.4 Xem xét kiểm chứng đánh giá việc phối hợp bảo vệ rơle trên mạch vòng 72

Chương 6 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 73

6.1 Đánh giá hiệu quả của đề tài 73

6.2 Khả năng duy trì, phát triển và mở rộng ứng dụng hệ thống Miniscada 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

Trang 5

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition

- DMS: Distribution Management System

- EMS: Energy Management System

- HMI: Human Machine Interface

- IEC: International Electrotechnical Commission

- EVN: VietNam Electricity

- SCC – Short circuit Calculation: tính toán ngắn mạch

- PV – Protection Validation: tính toán phối hợp bảo vệ

- RTU: Remote Terminal Unit

- GIS: Geographic Information systems: Hệ thống thông tin địa lý

- SAIFI: System Average Interruption Frequency Index: Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối

- SAIDI: System Average Interruption Duration Index: Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối

- MC: Máy cắt

- RE: Recloser: Thiết bị đóng cắt trung thế

- LBS: Load Break Switch: Thiết bị đóng cắt có tải

- RMU: Ring Main Unit

- FI: Fault Indicator :Bộ chỉ thị cảnh báo sự cố

- Local: chế độ điều khiển thiết bị tại chổ

- Remote: chế độ điều khiển thiết bị từ xa

- MBT: Máy biến thế

Trang 6

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Tín hiệu trạng thái Recloser 26

Bảng 3.2: Tín hiệu đo lường Recloser 27

Bảng 3.3: Tín hiệu điều khiển Recloser 27

Bảng 3.4: Các điều kiện khi vận hành ở chế độ điều khiển từ xa 32

Bảng 3.5: Điều kiện về nguồn khi vận hành ở chế độ điều khiển từ xa 33

Bảng 3.6: Mô tả các trường hợp sự cố nhánh từ RE1đến RE3 32

Bảng 3.7: Mô tả các trường hợp sự cố nhánh từ RE5 đến RE3 34

Bảng 3.8: Bảng trạng thái khi hệ thống vận hành bình thường 36

Bảng 3.9: Bảng trạng thái hệ thống sau khi sự cố được giả lập 36

Bảng 3.10: Trạng thái hệ thống sau khi chức năng điều khiển từ xa 38

Bảng 3.11: Ttrạng thái hệ thống sau khi sự cố được giả lập 39

Bảng 3.12: Trạng thái sau khi chức năng điều khiển từ xa 39

Bảng 3.13: Trạng thái hệ thống sau khi sự cố được giả lập 40

Bảng 3.17: Ttrạng thái hệ thống sau khi sự cố được giả lập 43

Bảng 3.26: Trạng thái hệ thống sau khi chức năng điều khiển từ xa 48

Trang 7

Trang 8

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình hệ thống SCADA của Tổng Cty ĐL TP.HCM 5

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống SCADA của Tổng Cty ĐL TP HCM 5

Hình 1.3: Mô hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS Tổng Cty ĐL TP.HCM 7

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng 11

Hình 2.2: Các loại đặt tuyến rơ le 13

Hình 2.3: Đặt tuyến của một rơ le cơ loại MDP 15

Hình 2.4: Các họ đặt tuyến đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC 18

Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng Miniscada 24

Hình 3.2: Hình ảnh của Tủ điều khiển Recloser 25

Hình 3.3: Recloser Cooper sử dụng trong dự án 25

Hình 3.4: Bảng điều khiển trên tủ điều khiển Recloser 26

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông thực hiện sơ đồ Miniscada 28

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối tổng thể với mạng SCADA hiện hữu 28

Hình 3.7: Giao diện chung của hệ thống Miniscada/DMS 30

Hình 3.8: Giao diện HMI của 1 recloser 31

Hình 3.9: Giao diện trạng thái kết nối thông tin tất cả thiết bị recloser 31

Hình 3.10: Giao diện liệt kê các biến cố trạng thái 32

Hình 3.11: Mô hình thử nghiệm mạch vòng ở trạng thái bình thường 33

Hình 3.12: Đấu nối thử nghiệm các tủ điều khiển 35

Hình 3.13: Các Recloser thử nghiệm 35

Hình 3.14: Mô hình khi sự cố mất nguồn trạm CB1 36

Hình 3.15: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE1 và RE2 → RE1 tác động đúng 38

Hình 3.16: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE2 và RE3 → RE2 tác động đúng 389

Hình 3.17: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE1 và RE2 → MC bật vượt cấp 41

Hình 3.18: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE2 và RE3 → RE1 bật vượt cấp 42

Hình 3.19: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE2 và RE3 → RE1, RE2 cùng bật 43

Hình 3.20: Mô hình khi sự cố nằm giữa RE2 và RE3 → MC CB1 bật vượt cấp 45

Hình 3.21: Mô hình khi sự cố mất cả hai nguồn CB1 và CB2 46

Trang 9

Hình 3.22: Mô hình khi sự cố mất nguồn CB2 47

Hình 3.23: Mô hình khi sự cố giữa RE5 và RE4→RE5 tác động đúng 48

Hình 3.24: Mô hình khi sự cố giữa RE4 và RE3→RE4 tác động đúng 50

Hình 3.25: Mô hình khi sự cố giữa RE5 và RE4→MC CB2 bật vượt cấp 51

Hình 3.26: Mô hình khi sự cố giữa RE4 và RE3→RE5 bật vượt cấp 52

Hình 3.27: Mô hình khi sự cố giữa RE4 và RE3→RE4, RE5 cùng tác động 54

Hình 3.28: Mô hình khi sự cố giữa RE4 và RE3→CB 2 bật vượt cấp 55

Hình 3.29: Mô hình khi sự cố mất cả hai nguồn 56

Hình 4.1: Mô hình mạch vòng lưới điện 58

Hình 4.2: Lưu đồ chính của chương trình 58

Hình 4.3: Lưu đồ sự cố mất nguồn trạm CB1 59

Hình 4.4: Lưu đồ sự cố giữa RE1 và RE2 60

Hình 4.8: Lưu đồ mất nguồn trạm CB2 63

Hình 4.9: Sơ đồ Miniscada tuyến dây 22kv An Phú Tây – Cty ĐL Bình Chánh 64

Hình 4.10: Sơ đồ Miniscada tuyến An Phú Tây khi có sự cố 65

Hình 4.11: Sơ đồ Miniscada tuyến An Phú Tây khi khôi phục sự cố 66

Hình 5.1: Sơ đồ mô hình phân cấp tính toán bảo vệ rơ le tại các trạm BA 110kv 67

Hình 5.2: Tính toán ngắn mạch của mạch vòng thử nghiệm 68

Hình 5.3: Mô hình tính toán bảo vệ rơ le mạch vòng thử nghiệm 69

Hình 5.4: Sơ đồ Aspen của mạch vòng thử nghiệm 71

Hình 5.5: Sơ đồ Aspen hiểm thị tổng trở các đoạn dây 72

Trang 10

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu:

Hệ thống SCADA đã được áp dụng rộng rãi trên lưới điện từ những thập niên 80 Đầu tiên hệ thống chỉ bao gồm các chức năng thu thập dữ liệu giám sát và điều khiển từ xa tại các trạm điện phục vụ cho việc triển khai các trạm biến áp không người trực Với sự phát triển của lưới điện và công nghệ thông tin ngày càng hiện đại dẫn đến khả năng khối lượng dữ liệu thu thập ngày càng nhiều, việc xử lý thông tin để đánh giá lưới điện, xử lý sự cố trong thời gian thực ngày càng nhanh chóng, đáp ứng được yêu cầu tự động hóa trong vận hành lưới điện… tăng cường khả năng giám sát đến từng thiết bị trên lưới trung thế như Recloser, LBS, tủ RMU… Điều này chính là cơ sở cho việc phát triển HT SCADA/DMS

Hiện tại hệ thống SCADA/DMS đã và đang được áp dụng trên nhiều nước

và đã có nhiều kết quả thực tế Tuy nhiên tại Việt Nam vẫn đang trong quá trình nghiên cứu triển khai và xây dựng Hệ thống SCADA/DMS lưới điện TP.HCM dự kiến hoàn tất đưa vào vận hành vào cuối năm 2019

Hệ thống SCADA lưới điện TP.HCM đã được đầu tư từ năm 1998, trải qua 17 năm hoạt động và 2 lần nâng cấp, hệ thống hiện đang vận hành nói chung ổn định

và đáp ứng được yêu cầu giám sát và điều khiển xa trên 50 trạm điện 110kV của Tổng công ty Điện lực TP.HCM

Hệ thống SCADA đã thu thập được từ xa các tín hiệu trạng thái của các thiết bị tại trạm như tình trạng đóng cắt của các máy cắt, dao cách ly, các tín hiệu báo động… các tín hiệu đo lường như dòng áp, công suất, nhiệt độ…và cung cấp cho các điều độ viên khả năng điều khiển thao tác các máy cắt, dao cách ly, bộ đổi nấc máy biến thế Hệ thống đã là một phương tiện hữu hiệu cho các Điều độ viên giám sát vận hành lưới điện an toàn, giảm thời gian mất điện

Tuy nhiên với việc lưới điện ngày càng mở rộng, khối lượng tín hiệu SCADA ngày càng lớn, việc giám sát điều khiển xa lưới điện không dừng ở các trạm điện

mà đòi hỏi phải đến các thiết bị điện trên lưới như các Recloser, các thiết bị LBS, các tủ RMU…đồng thời với yêu cầu hiện đại hóa lưới, nâng cao chất lượng cung

Trang 11

cấp điện nhằm hạn chế tối đa thời gian mất điện, điện áp ổn định, giảm tổn thất…thì

hệ thống SCADA hiện tại còn nhiều hạn chế cần phải tiếp tục nâng cấp một cách cơ bản để trở thành một hệ thống SCADA/DMS hiện đại – Hệ thống quản lý lưới điện phân phối trên nền tảng hệ thống SCADA

Khi này hệ thống SCADA phải có thêm khả năng tổng hợp, phân tích đánh giá trạng thái hệ thống điện, hỗ trợ các điều độ viên trong việc ngăn ngừa, xác định sự

cố cũng như đề xuất các trình tự khôi phục cung cấp điện một cách tối ưu…Đó là các sơ đồ Miniscada của HT SCADA/DMS

1.1.1 Hiện trạng lưới điện khu vực TP.HCM

Lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM có các cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV Tính đến cuối năm 2015, TP.HCM được cung cấp bởi 4 trạm biến áp 500

kV, 9 trạm 220kV và 52 trạm 110 kV với tổng dung lượng 5.978 MVA, cùng với hệ thống các đường dây cao thế và cáp ngầm kết nối các trạm điện với nhau, đảm bảo khả năng cung cấp điện an toàn tin cậy trong điều kiện bình thường cũng như khi

sự cố 1 đường dây hoặc 1 máy biến thế

Lưới điện phân phối khu vực TP.HCM hiện có 1 cấp điện áp trung thế là 22kV Đến cuối năm 2018 có tổng chiều dài đường dây 22kV là: 4.858 km và đường dây 0,4kV là: 11.750 km Trên lưới điện có khoảng 24.950 trạm biến thế tổng dung lượng 10.720 MVA, 1200 Recloser, 1148 LBS, 670 RMU.Trên 90% các tuyến trung thế có khả năng kết nối mạch vòng đảm bảo khả năng chuyển tải khi sự

cố hoặc khi cần cô lập 1 đoạn đường dây để công tác

Trong năm 2015, lưới điện khu vực TP.HCM có công suất tiêu thụ cực đại

là 3.575 MW và sản lượng cao nhất là 69,9 triệu kWh, chiếm khoảng 1/8 về tiêu thụ điện trên cả nước Thời gian mất điện trung bình của một khách hàng SAIDI là 730 phút/năm, và số lần mất điện trung bình SAIFI là 6,96 lần Cùng với sự phát triển của lưới điện Tổng Công ty đang nỗ lực nâng cao mọi mặt về chất lượng cung cấp điện

1.1.2 Quá trình phát triển HT SCADA

Từ những năm đầu thập niên 1980, cùng với sự ra đời của các máy tính, sự phát triển của công nghệ truyền dữ liệu và công nghệ thông tin, sự phát triển nhanh chóng của hệ thống điện về quy mô cũng như phải đảm bảo tính an toàn, liên tục,

Trang 12

tin cậy, chất lượng, kinh tế trong cung cấp điện… đã dẫn đến các nhu cầu phải giám sát, điểu khiển hệ thống điện trong thời gian thực và điều này đã đưa đến sự ra đời của hệ thống SCADA Cùng với sự phát triển của lưới điện theo thời gian khi số lượng và việc ứng dụng công nghệ thông tin vào các thiết bị, các lưới điện, các trạm điện, các nhà máy điện ngày càng tăng, khối lượng tin hiệu càng nhiều, thời gian yêu cầu các Điều độ viên phải xử lý càng ngắn và chính xác… đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống SCADA/EMS (Hệ thống SCADA quản lý nguồn và lưới truyền tải) và

hệ thống SCADA/DMS (Hệ thống SCADA quản lý lưới phân phối)

Ngoài việc giám sát và điều khiển như hệ thống SCADA, hệ thống SCADA/DMS còn cho phép các kỹ sư và đều độ viên phân tích lưới điện và lên kế hoạch thực hiện các thao tác vận hành lưới điện

Với số lượng dữ liệu thu thập cực kỳ lớn của lưới điện trong thời gian thực, các kỹ sư Điều độ viên không thể dễ dàng giám sát được sự vận hành của lưới điện

Do đó một số chức năng phân tích lưới điện được sử dụng để phân tích các dữ liệu, đánh giá tình trạng lưới điện và trình bày các thông tin tổng hợp cho người vận hành ở cả hai chế độ: chế độ thời gian thực và chế độ nghiên cứu

Chế độ thời gian thực sử dụng các dữ liệu đo lường, trạng thái các thiết bị

để đánh giá tình trạng lưới điện Chế độ nghiên cứu sử dụng các dữ liệu hoặc một chế độ vận hành cụ thể của lưới điện được lưu trữ để giải các bài toán về phương thức chế độ vận hành

1.1.3 Hiện trạng hệ thống SCADA TP.HCM

Hệ thống SCADA lưới điện TP.HCM là HT SCADA đầu tiên tại Việt Nam,

do Công ty ABB Thụy điển cung cấp lắp đặt từ năm 1990 Bao gồm hệ thống SCADA trung tâm và hệ thống SCADA tại các trạm Hệ thống có đầy đủ các chức năng giám sát, thu thập số liệu trạng thái lưới điện và điều khiển xa các thiết bị đóng cắt tại trạm

Sau hơn 20 năm vận hành hệ thống SCADA này đã trở nên lạc hậu, không

đủ khả năng đáp ứng số lượng trạm ngày càng tăng và hoạt động thiếu tin cậy thường xuyên bị hư hỏng Vào cuối năm 2013 các kỹ sư SCADA tại Trung tâm Điều độ HTĐ đã nghiên cứu thay thế thành công hệ thống SCADA trung tâm của ABB bằng hệ thống SCADA của hãng Survalent (Canada)

Trang 13

Năm 2016 các kỹ sư SCADA tại Trung tâm Điều độ HTĐ cùng với các chuyên gia Alstom thay thế thành công hệ thống SCADA trung tâm của Survalent bằng hệ thống SCADA của hãng GE/Alstom (Pháp)

Hiện tại hệ thống SCADA đang thu thập và có khả năng điều khiển xa 54

trạm trung gian, 15 trạm ngắt và 1200 Recloser trên lưới điện

Hình 1.1: Mô hình hệ thống SCADA của Tổng Cty ĐL TP.HCM

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống SCADA Tổng Cty ĐL TP.HCM

1.1.4 Đánh giá hệ thống SCADA lưới điện khu vực TP.HCM

Hệ thống SCADA hiện nay đang vận hành tin cậy đáp ứng được yêu cầu vận hành lưới điện, đảm bảo việc vận hành của 10 trạm điện 110 kV không người

Trang 14

trực, điều khiển xa các thiết bị đóng cắt cho 31 trạm 110 kV và các Recloser trên lưới…

Trong thời gian tới hệ thống hoàn toàn có thể kết nối thêm với nhiều trạm điện và các thiết bị đóng cắt trên lưới, đáp ứng việc mở rộng các trạm không người trực cũng như thao tác từ xa các thiết bị đóng cắt trên lưới Tuy nhiên hệ thống mới dừng lại ở việc thu thập giám sát các tín hiệu trên lưới điện như U, I, P, Q, trạng thái máy cắt, dao cách ly… và ra các lệnh điều khiển từ xa

1.1.5 Sự cần thiết đầu tư HT SCADA/DMS

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, sự phát triển của công nghệ yêu cầu đặt ra về quy mô và chất lượng cung cấp điện ngày càng cao và phức tạp Các điều

độ viên lưới điện khu vực TP.HCM ngày càng rất cần các phương tiện hỗ trợ trong công tác điều hành như đánh giá lưới điện trong thời gian thực, các bước thao tác tối ưu về mặt tổn thất, về chất lượng điện do hệ thống máy tính đưa ra để lựa chọn, hoặc hỗ trợ trong việc phát hiện và cô lập sự cố… Đó là các tính năng của một hệ thống SCADA/DMS mà Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đang hướng tới đầu tư và

dự kiến sẽ đưa vào vận hành vào cuối năm 2016 và đó là công trình nâng cấp hệ thống SCADA trung tâm mà Tổng Công ty đang thực hiện với hãng Alstom (Pháp)

Đây là một hệ thống SCADA/DMS có nhiều tính năng nổi trội hơn so với

hệ thống SCADA hiện hữu

Hệ thống có một màn hình lớn kích thước 2x6m để có thể trình bày toàn cảnh hệ thống lưới điện TP.HCM

Hệ thống có khả năng kết nối với hệ thống thông tin địa lý (GIS) của Tổng công ty để thu thập các số liệu lưới điện và hiển thị các thông số vận hành lưới điện trên nền bản đồ

Hệ thống có khả năng kết nối với hệ thống quản lý mất điện (OMS) để bổ sung cung cấp các số liệu mất điện từ lưới trung thế, cho phép giám sát tình hình mất điện đến các khách hàng hạ thế Cho phép tính các chỉ số tin cậy cung cấp điện SAIDI, SAIFI trên lưới điện

Hệ thống có khả năng chia sẻ các HMI console để các Công ty Điện lực khu vực có thể cùng theo dõi giám sát lưới điện tại đơn vị mình và đồng thời có khả năng cung cấp một giao diện Web về tình hình vận hành lưới điện

Trang 15

Hình 1.3 Mô hình cấu trúc hệ thống SCADA/DMS Tổng Cty ĐL TP.HCM

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đang trong giai đoạn hiện đại hóa lưới điện, đẩy mạnh việc đưa các ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác vận hành lưới điện, xây dụng các trạm không người trực Với mục tiêu nâng cao chất lượng cung cấp điện với các chỉ số thời gian và số lần mất điện trung bình SAIDI, SAIFI đang

từ 1100 phút, 10.5 lần (năm 2014) đưa về 150 phút, 1.5 lần vào năm 2020 (tương đương với các nước phát triển trong khu vực Đông Nam Á) Đồng thời phải giảm lực lượng lao động trong bối cảnh lưới điện ngày càng phát triển

Để thực hiện mục tiêu trên thì việc hiện đại hóa lưới điện với hệ thống SCADA/ DMS là một thành phần và một công cụ cực kỳ quan trọng không thể thiếu được

Với hệ thống SCADA/DMS các điều độ viên có khả năng phát hiện nhanh chóng các sự cố, vị trí sự cố, đưa ra các phương án xử lý sự cố tối ưu, hoặc cô lập điểm sự cố, tái lập cung cấp điện… Khi không có hệ thống này thời gian cô lập và tái lập có thể tính bằng giờ nay có thể chỉ còn trong vài phút

Xây dựng hệ thống Miniscada nâng cao độ độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng phục vụ khách hàng của ngành điện, phản ánh thực chất và cụ thể hiệu quả công tác quản lý vận hành và kinh doanh của đơn vị phân phối điện Từ đó đưa ra các trường hợp xử

lý sự cố điện và xây dựng được quy trình vận hành hệ thống Miniscada trên lưới trung thế

Trang 16

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài

1.3.1 Mục tiêu đề tài:

- Xây dựng hệ thống Miniscada tổng thể lưới điện khu vực TP.Hồ Chí Minh để thu thập, giám sát và điều khiển các thiết bị đóng cắt trung thế 22 KV của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM

- Trình bày các lợi ích của sơ đồ lưới trung thế Miniscada có khả năng áp dụng trên lưới điện TP.HCM trong giai đoạn hiện nay

- Ứng dụng tính năng cô lập điểm sự cố khôi phục cung cấp điện trên một mạch vòng trung thế lưới điện TP.HCM

- Giảm đến mức tối thiểu khu vực mất điện bằng cách tăng số lượng lắp đặt thiết bị phân đoạn

- Nhanh chóng khoanh vùng sự cố bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm tự động phân vùng sự cố, khắc phục sự cố nhanh

- Xác định nhanh điểm sự cố bằng các thiết bị chuyên dùng để dò điểm sự cố như thiết bị chỉ thị sự cố FI (Fault indicator)

- Tăng cường công tác bồi dưỡng, huấn luyện nhân viên vận hành về trình độ

và kỹ năng xử lý sự cố

1.3.2 Nhiệm vụ của đề tài

- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ SCADA vào trong vận hành lưới điện của Tổng Công ty điện lực TP.HCM

- Nghiên cứu, tìm hiểu mô hình thử nghiệm tại phòng thí nghiệm và áp dụng các tính năng sơ đồ Miniscada ứng dụng trên lưới điện phân phối

- Nghiên cứu, tìm hiểu khả năng ứng dụng thực tế Miniscada trên lưới điện TP.HCM

- Nghiên cứu ứng dụng tính năng cô lập điểm sự cố và khôi phục cung cấp điện trên một mạch vòng lưới điện trung thế

1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Thu thập và tìm hiểu thông tin về HT SCADA trên mạng Internet hoặc từ nhà sản xuất uy tín trên thế giới

Trang 17

- Đưa ra các bước xây dựng hệ thống Miniscada trên thực tế.- Thu thập thông tin dữ liệu về hệ thống điện khu vực TP.HCM phục vụ cho hệ thống Miniscada

- Tìm hiểu bản chất của việc xây dựng ứng dụng tính năng Miniscada vào thực tiễn

- Tìm hiểu và phân tích về công tác vận hành lưới điện phân phối tại các Công

ty Điện lực khu vực và đưa ra quy trình phối hợp vận hành hệ thống Miniscada

1.5 Giới hạn:

Chưa thiết lập giải thuật cho các chương trình điều khiển các thiết bị đóng cắt tự động hóa trên lưới phân phối

Chỉ thu thập, giám sát điều khiển các thiết bị đóng cắt trung thế trên sơ đồ

đơn tuyến 22KV của từng Điện lực khu vực TP.HCM

1.6 Nội dung nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Xây dựng sơ đồ Miniscada trên một lưới điện trung thế

Chương 4: Xây dựng mô hình, quy trình, phương thức hoạt động của hệ thống để cô lập phần tử sự cố, tái lập cung cấp điện

Chuong 5: Tính toán ngắn mạch, kiểm chứng, phân tích và đánh giá bảo vệ rơle trên mạch vòng

Chương 6: Phân tích đánh giá kết quả thực hiện

Trang 18

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược về các phần tử chính trong lưới điện

2.1.1 Đường dây tải điện:

Có nhiệm vụ kết nối giữa nhà máy, trạm biến áp và phụ tải Đây là phần tử

có kích thước lớn nhất trong lưới điện từ vài chục đến vài trăm km, do đó đường dây là phần tử xảy ra sự cố nhiều nhất trong lưới điện Tuy nhiên đa số các sự cố là

sự cố thoáng qua Các thiệt hại vật chất do việc đóng điện vào đường dây bị sự cố là không lớn (đứt dây hoặc đứt lèo) Do đó khi xảy ra sự cố thì được phép đóng thử lại đường dây

2.1.2 Thanh cái:

Có nhiệm vụ liên kết các đường dây và các Máy biến thế ở từng cấp điện áp khác nhau trong mỗi trạm Thanh cái có thể có hoặc không tùy theo từng trạm Kích thước tương đối nhỏ, cấu tạo đơn giản nên ít xảy ra sự cố thực sự, phần lớn các sự

cố là do tác động nhầm của các rơ le

2.1.3 Máy biến thế:

Có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng giữa các cấp điện áp với nhau Có kích thước nhỏ nhưng giá trị rất lớn Khó bị sự cố, nhưng khi bị sự cố thì thiệt hại về kinh tế lớn Hầu như không có sự cố thoáng qua (ngoại trừ nhầm lẫn do rơle)

Khả năng gây ra thiệt hại lớn về người và vật chất nếu đóng điện vào MBT đang bị sự cố Do đó cần phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình xử lý sự cố, khi đóng điện lại cho MBT bị sự cố

2.2 Khái quát về rơ le bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện

2.2.1 Bảo vệ đường dây:

-Đối với đường dây từ 220KV gồm có các bảo vệ chính: 87L, 21, bảo vệ

Trang 19

Đối với ường dây 15KV-23KV có nguồn diesel cần có thêm rơ le quá dòng

có hướng 67/67N

2.2.2 Bảo vệ thanh cái:

Bảo vệ thanh cái gồm bảo vệ chính: 87Bus, bảo vệ dự phòng: 50/51, 50/51N

2.2.3 Bảo vệ máy biến thế:

2.2.3.1 Bảo vệ chính:

Rơ le 87T

Rơ le 96 (Rơ le hơi): Rơ le này đặt ở ống nối giữa thùng dầu chính và thùng dầu phụ Khi có sự cố bên trong máy biến thế, một lượng hơi sinh ra đi qua rơ le này Tùy theo mức độ sự cố nặng hay nhẹ mà rơ le đi báo tín hiệu hay đưa tín hiệu

đi cắt máy cắt

Những sự cố nghiêm trọng sẽ gây ra một xung dầu về phía bình dầu phụ làm

rơ le tác động cắt máy cắt ngay tức thì

Ngoài các rơ le trên còn có các rơ le mức độ dầu thấp, rơ le nhiệt độ dầu, rơ

le nhiệt độ cuộn dây, rơ le áp lực (rơ le này đo tốc độ thay đổi áp lực trong dầu)

2.2.3.2 Bảo vệ dự phòng:

-Dự phòng cho các bảo vệ chính của máy biến thế là các bảo vệ quá dòng điện chạm pha, bảo vệ quá dòng điện chạm đất phía cao (51P, 51NP) và hạ (51S, 51NS) của máy biến thế, rơ le quá dòng thứ tự không lấy tín hiệu từ biến dòng điện

ở trung tính phía cao máy biến thế (51 GNP) hay ở trung tính phía hạ máy biến thế (51GNS)

Tóm lại: Các rơ le bảo vệ (về phần điện) trên lưới điện gồm có:

-Bảo vệ so lệch: 87L, 87Bus, 87T

-Bảo vệ khoảng cách: 21

-Bảo vệ quá dòng: 67/67N, 50/51, 50/51N…

-Bảo vệ quá dòng điện:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng

Trang 20

Nguyên tắc chung:

-Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện trong phần tử sự cố tăng lên Nhờ rơ le dòng điện mắc vào phần tử được bảo vệ, bảo vệ quá dòng điện được khởi động và tác động đi cắt phần tử bị sự cố

-Có thể chia bảo vệ quá dòng thành 02 loại: bảo vệ quá dòng có thời gian (51 hoặc 51N) và bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50 hoặc 50N)

+ Bảo vệ quá dòng có thời gian: gồm có 02 loại

Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến độc lập: đặc tuyến có dạng đường thẳng, khi dòng sự cố lớn hơn dòng đặt thì sau một thời gian trễ rơ le đưa tín hiệu cắt máy cắt, như vậy với rơ le này dù dòng điện sự cố lớn hay nhỏ (nhưng lớn hơn dòng đặt) thì

rơ le đều đưa tín hiệu cắt sau một thời gian trễ giống nhau

Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian phụ thuộc :

-Đặt tuyến có dạng đường cong, khi dòng sự cố càng lớn hơn dòng đặt nhiều lần thì thời gian trễ để rơ le đưa tín hiệu đi cắt máy cắt càng ngắn

-Có 03 dạng đặc tuyến thường được sử dụng: Standard inverse, Very inverse, Extremely inverse

-Từ dòng ngắn mạch Inm , tính tỉ số K=Inm /I set với I set là dòng khởi động của rơ le quá dòng

-Chọn đường cong đặc tuyến cần sử dụng (một trong 3 dạng đặc tuyến trên),

có thời gian tác động của bảo vệ ứng với dòng Inm mà người sử dụng mong muốn:

Trang 21

Công thức tính thời gian tác động của các đặc tuyến rơ le:

t : thời gian tác động của rơ le

K : hệ số

I : dòng qua rơ le

Is : dòng khởi động cài đặt trong rơ le

 : hệ số

TD : họ đặt tuyến (Tùy theo từng loại rơ le)

Hình 2.2: Các loại đặc tuyến rơ le

s

K TD

t

Is

Trang 22

-Dòng khởi động của rơ le quá dòng cực đại cần đảm bảo :

+Ikđ > Ilv max

+Rơ le dòng điện cần phải trở về một cách chắc chắn sau khi ngắn mạch xảy ra

-Độ nhạy của bảo vệ: Knh=Inm min/Ikđ

-Yêu cầu: Knh = 1.5 khi ngắn mạch cuối phần tử được bảo vệ

-Đối với bảo vệ quá dòng điện thứ tự không 51N:

-Dòng khởi động phải thỏa:

+ Ikđ< 3Io nm min: dòng 3Io nhỏ nhất khi sự cố chạm đất trên phần tử được bảo vệ +Ikđ > Ikcb max

-Ikcb max: dòng không cân bằng lớn nhất trong chế độ vận hành bình thưòng ứng với chế độ tải lớn nhất

Độ nhạy của bảo vệ: Knhạy 1.5

+ Bảo vệ quá dòng cắt nhanh: Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh chỉ bao gồm

một phần chứ không phải toàn bộ đường dây Do đó cần chọn dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh lớn hơn dòng cực đại đi qua bảo vệ khi ngắn mạch cuối vùng bảo

vệ đang xét

-Đối với rơ le quá dòng điện có hướng 67/67N: rơ le định hướng công suất làm nhiệm vụ của bộ phận định hướng công suất Rơ le này chỉ khởi động khi dòng qua rơ le lớn hơn dòng đặt và hướng của dòng phải cùng hướng đặt của rơ le

-Nguồn tín hiệu cung cấp cho rơ le quá dòng điện có hướng là tín hiệu dòng

từ biến dòng điện và tín hiệu áp từ biến điện áp

Trang 23

Hình 2.3: Đặc tuyến của một rơ le cơ loại MDP

Trang 26

Hình 2.4 Các họ đặt tuyến đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEC

Trang 27

Nhanh chóng khôi phục nguồn điện đối với những sự cố thoáng qua:

+ Theo thống kê các sự cố của đường dây trên không đa số là sự cố thoáng qua Do

đó cần tiến hành đóng điện tự động nhằm mục đích nhanh chóng khôi phục việc cung cấp điện cho các đường dây truyền tải trong trường hợp sự cố thoáng qua Rút ngắn thời gian gián đoạn điện:

+ Thông qua việc đóng điện tự động bằng rơ le ta đã rút ngắn rất nhiều thời gian gián đoạn cung cấp điện Thậm chí với những máy móc không quá nhạy cảm việc đóng điện tự động thành công không gây một cảm nhận nào cho hoạt động của máy móc

Chỉ áp dụng với đường dây trên không:

+ Theo thống kê chỉ có đường dây trên không mới có tỷ lệ sự cố thoáng qua cao nên chỉ áp dụng đóng điện tự động với đường dây trên không Các thiết bị khác như Máy biến thế, cáp ngầm… các sự cố xảy ra hầu như là sự cố vĩnh cửu Do đó không tiến hành đóng điện tự động cho các thiết bị này

Các đại lượng trong quá trình tự đóng lại:

Dead time: Bắt đầu từ khi máy cắt mở, đây là thời gian cần thiết để cô lập hoàn toàn sự cố, dead time 1 pha > dead time 3 pha Đây là thời gian cần thiết để vùng không khí xung quanh điểm sự cố de-ion hóa hoàn toàn, nhằm khôi phục cách điện cho đường dây

Reclaim time: Bắt đầu từ lúc máy cắt tự đóng lại, nhằm xác định còn tồn tại sự cố hay không và tạo thời gian đủ để tích lũy năng lượng cho một chu trình đóng cắt tiếp theo

+ Đây chính là thời gian giám sát nhằm đánh giá việc đóng điện lại có thành công hay không Trong thời gian này nếu xảy ra sự cố máy cắt bật ra thì rơ le sẽ

Trang 28

hiểu là việc tự đóng lại không thành công Rơ le sẽ khởi động quá trình tự đóng lại tiếp theo hoặc khóa tự đóng lại nếu là lần đóng cuối

+ Thời gian này còn là khoảng thời gian tối thiểu đảm bảo cho máy cắt nạp

đủ năng lượng hoặc điều kiện sẵn sàng cho chu trình O-C-O (cắt-đóng-cắt) mới

Rơ le kiểm soát đồng bộ 25

Trước khi đóng điện rơ le kiểm soát đồng bộ 25 kiểm soát mạch đóng và kiểm soát điều kiện đồng bộ bằng cách so sánh điện áp 2 phía của máy cắt

Kiểm soát mạch đóng lại:

Live Bus-dead line: Thanh cái có điện- đường dây không điện

Live line-dead bus: Đường dây có điện -thanh cái không điện

Dead Bus-dead line: Thanh cái không điện- đường dây không điện

Nếu rơi vào 3 trường hợp trên thì rơ le sẽ cho phép đóng lại ngay lập tức khi có lệnh đóng bằng tay hoặc đóng tự động

Trường hợp 2 phía máy cắt đều có điện (Live bus – Live line) thì rơ le tiến hành giám sát điều kiện đồng bộ Kể từ khi có lệnh đóng (bằng tay hoặc đóng tự động) trong một khoảng thời gian giám sát nếu xuất hiện điều kiện đồng bộ thì rơ le sẽ cho phép xuất lệnh đóng Trường hợp không xuất hiện điều kiện đồng bộ thì rơ le sẽ không xuất lệnh đóng

Kiểm soát điện áp của MBT hoặc đường dây:

Rơ le điện áp thấp 27: tác động khi điện áp trên phần tử giám sát thấp hơn điện áp cài đặt trước Ur ≤ Us , t = ts

Rơ le điện áp cao 59: tác động khi điện áp trên phần tử giám sát cao hơn điện áp cài đặt trước Ur ≥ Us , t = ts

Rơ le tần số 81

Trang 29

Giám sát tần số lưới điện, thực hiện sa thải một số phụ tải định trước theo một chương trình tính toán sẵn nhằm mục đích tránh sự cố làm rã lưới khi một số nguồn

bị sự cố

Tác động theo tần số và độ dốc tần số f/t

Sa thải phụ tải theo chế độ ưu tiên

Trang 30

Chương 3 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MINISCADA TRÊN MỘT LƯỚI

ĐIỆN TRUNG THẾ 22KV

Lưới điện phân phối của Tổng công ty Điện lực TP.HCM hiện có trên 1200 thiết bị đống cắt như Recloser/LBS/RMU… Hiện nay đang được vận hành một cách thủ công do các nhân viên vận hành của các Công ty Điện lực trực tiếp di chuyển đến thiết bị để thao tác đóng cắt và báo về Đội vận hành cập nhật trạng thái của thiết bị trên các bảng sơ đồ treo trường hoặc trên các file định dạng PDF Nhân viên vận hành hoàn toàn không giám sát các thông số kỹ thuật của lưới điện khu vực mình quản lý như dòng tải, điện áp, trạng thái chuyển tải nên rất bị động trong việc chuyển tải khi có sự cố trên lưới Việc thao tác chuyển tải khi có sự cố mất thời gian làm tăng thời gian gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng

Trước nhu cầu của Tổng công ty là phải nghiên cứu và xây dựng một công cụ giúp cho các Công ty Điện lực khu vực, Công ty lưới điện Cao thế có thể giám sát

và thao tác nhanh chóng các thiết bị trên lưới phân phối do mình quản lý

Hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị trên lưới trung thế theo thời gian thực cung cấp các thống số kỹ thuật như dòng điện, điện áp, công suất, cảnh báo sự

cố và đặt biệt là thao tác tập trung từ xa nhằm giúp vận hành lưới điện trung thế tin cậy ổn định giảm thiểu tối đa thời gian ngưng cung cấp điện cho khách hàng là mục tiêu nghiên cứu của hệ thống Miniscada

MiniScada là một hệ thống SCADA, áp dụng trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng và có các thiết bị đóng cắt (Recloser/LBS/RMU), kết nối và truyền tín hiệu với trung tâm điều khiển bằng hệ thống công nghệ truyền thông (cáp quang hoặc 3G) Hệ thống này được giám sát, thu thập và điều khiển từ xa theo các kịch bản trung tâm nhằm cô lập phần tử sự cố và tái lập cung cấp điện cho các phần tử không bị sự cố

Để thực hiện tính năng này cần phải phối hợp hoạt động các thiết bị đóng cắt trên cùng một mạch vòng sơ đồ

Trang 31

Miniscada, để khi có sự cố trên một phân đoạn các thiết bị sẽ báo về trung tâm, kỹ sư vận hành sẽ cô lập phân đoạn sự cố và tái lập cung cấp điện

Các bước thực hiện tính năng Miniscada có thể tổng quát như sau:

1 Lựa chọn mạch vòng để áp dụng

2 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển xa

3 Lựa chọn phương thức truyền thông và thực hiện kết nối

4 Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập các dữ liệu và điều khiển thiết

bị từ xa

5 Xây dựng các giao diện HMI để giám sát vận hành hệ thống

6 Xây dựng chế độ vận hành từ xa của hệ thống Miniscada

7 Xây dựng các kịch bản sự cố mất điện và tái lập điện có thể xảy ra

8 Xây dựng mô hình thử nghiệm mạch vòng Miniscada (giả lập hệ thống tại phòng thí nghiệm, thử nghiệm tất cả trường hợp có thể xảy ra để hệ thống hoạt động đúng kịch bản)

9 Xây dựng phương thức vận hành của hệ thống để cô lập phần tử sự cố, tái lập cung cấp điện

10 Đưa các thiết bị ra lắp đặt trên lưới điện thực tế, thử nghiệm một vài trường hợp sự cố để kiểm tra hoạt động của hệ thống.Theo dõi sự vận hành của hệ thống, đánh giá các kết quả thực hiện và đưa ra các đề xuất

để nâng cao chất lượng, triển khai trên quy mô lớn hơn

3.1 Các tính năng vận hành dựa trên sơ đồ Miniscada

Chức năng thu thập và giám sát các thông số vận hành của các trạm 220/110/22KV cấp nguồn cho các pháp tuyến trung thế: thông số tải, điện áp, P,Q Chức năng chuyển tải khi có sự cố: giúp việc ra phương án chuyển tải và khôi phục lưới nhanh chóng hiệu quả nhờ vào việc phát hiện nhanh điểm sự cố

Kết nối và điều khiển đóng/cắt từ xa các thiết bị trung thế như: Reclose/LBS/RMU…Xây dựng được sơ đồ lưới điện Miniscada theo thực tế lưới điện tại các Công ty Điện lực khu vực

Công cụ hỗ trợ cho các kỹ sư vận hành tại các Công ty Điện lực vận hành lưới điện tường minh và khoa học Quản lý mất điện theo kế hoạch Có chức năng kết nối với các hệ thống khác: OMS quản lý mất điện

Trang 32

3.2 Khả năng áp dụng các sơ đồ Miniscada trên lưới điện TP.Hồ Chí Minh

Tổng Công ty Điện lực TP.HCM đã có nhiều năm kinh nghiệm trong việc vận hành hệ thống SCADA để thu thập, giám sát và điệu khiển các thiết bị đóng cắt từ

xa lưới điện Tuy việc tự động hóa lưới điện đã được lãnh đạo Tổng Công ty nhiều lần đặt ra, nhưng đều gặp khó khăn vì phải đầu tư kinh phí nhiều triệu USD cho các nhà thầu nước ngoài thực hiện mà xem ra chưa tương xứng với hiệu quả mang lại nên đến nay chưa có một dự án nào được triển khai

Trong thời gian gần đây trên lưới điện khu vực TP.HCM đã được đầu tư nhiều thiết bị Recloser có khả năng điều khiển xa Ngoài ra, tại Trung tâm Điều độ, đội ngũ cán bộ kỹ thuật đã có khả năng làm chủ công nghệ hệ thống SCADA thông qua việc thuê một phần mềm lõi SCADA từ hãng Survalent (Canada) sau đó tự cấu hình

hệ thống các máy tính chủ trung tâm, thiết lập cơ sở dữ liệu và kết nối với hệ thống SCADA tại trạm Hệ thống SCADA này đã đủ khả năng thu thập điều khiển xa và đưa hàng loạt các trạm 110 kV vào vận hành trong chế độ không người trực

Sau đó, vận hành hệ thống SCADA của GE/Alstom có thể dùng để triển khai ứng dụng Miniscada trên lưới điện trung thế Dựa trên các cơ sở trên Trung tâm Điều độ

đã phối hợp với một số đơn vị đăng ký triển khai xây dựng thí điểm chức năng Miniscada trên lưới điện của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM nhằm thử nghiệm tính năng SCADA, thu thập các kinh nghiệm thực tiễn, tiến tới làm chủ công nghệ

để từ đó có thể triển khai ứng dụng trên diện rộng cho lưới điện TP.HCM

3.3 Lựa chọn mạch vòng để triển khai ứng dụng tính năng MiniScada

Do đây là một dự án thử nghiệm nên một mạch vòng trung thế trên lưới điện Công ty Điện lực với quy mô vừa phải gồm 5 Recloser và 6 phân đoạn đã được chọn để thực hiện sơ đồ Miniscada

Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng Miniscada

Trang 33

Mạch vòng Miniscada thử nghiệm, được cung cấp điện từ 2 trạm điện khác nhau: Tuyến dây thuộc trạm CB2 và tuyến dây thuộc trạm CB1

Phụ tải trên mỗi phát tuyến mạch vòng không quá 300A nên trong điều kiện bình thường 2 tuyến có thể đóng kết mạch vòng và dùng một máy cắt có thể cung cấp toàn bộ tải (dòng định mức của mỗi tuyến là 600A) Trong chế độ vận hành bình thường Recloser ở giữa vận hành thường mở

3.4 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt có khả năng điều khiển xa

Các thiết bị đóng cắt trên mạch vòng được chọn là các Recloser hiệu Cooper

có một tủ điều khiển mã hiệu F6, FXD Tủ hoạt động tương tự như một RTU thu thập các tín hiệu của Recloser và giao tiếp với trung tâm qua 1 modem GPRS/3G với giao thức IEC60870-5-101 Các RTU gửi các tín hiệu trạng thái, đo lường về Trung tâm và nhận các lệnh điều khiển từ Trung tâm Các hình ảnh của Tủ điều khiển và Recloser:

Hình 3.2: Hình ảnh của Tủ điều khiển Recloser

Hình 3.3: Recloser Cooper sử dụng trong dự án thử nghiệm

Trang 34

Hình 3.4: Bảng điều khiển trên tủ điều khiển Recloser

Các tín hiệu thu thập tại các Recloser để phục vụ cho việc điều khiển mạch vòng Miniscada gồm có:

Bảng 3.1: Tín hiệu trạng thái Recloser

Point Name – Tên tín hiệu

1 Recloser open/closed status Open/Closed Trạng thái Re

đóng hoặc cắt

2 Local/Remote Switch (supervisory status) Local/Remote

7 Alternative profile setting group On/Off

Trang 35

8 Detected Overcurrent status Normal/ Alarm

Tín hiệu báo vượt quá dòng khởi động Dùng làm điều kiện để lập trình cảnh báo vượt cấp

10 Any Control or System Alarm Normal/ Alarm

Bảng 3.2:Tín hiệu đo lường Recloser

1 Current Measurement (từng pha) Current Measurement

2 Voltage Measurement (từng pha) Voltage Measurement

3 Real Power measurement (kW) Real Power measurement

4 Reactive Power Measurement(kVAr) Reactive Power

Measurement

Bảng 3.3: Tín hiệu điều khiển Recloser

No Control Outputs: Tín hiệu điều khiển Digital Output/

Tín hiệu số Ghi chú

3 Alternate profile setting group select 1

Trang 36

Mỗi RTU, tủ điều khiển được cho 1 địa chỉ để kết nối và các tín hiệu thu thập, điều khiển cũng được đánh số theo các hàng port, channel trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho việc kết nối

3.5 Lựa chọn phương thức truyền thông và phương thức kết nối

Phương thức truyền thông được chọn ở đây là dựa trên mạng viễn thông 3G

do có đặc điểm là dễ lắp đặt, chi phí thấp và có khả năng thỏa mãn yêu cầu đặt ra

Cấu hình mạng viễn thông thực hiện sơ đồ Miniscada:

Hình 3.5: Sơ đồ kết nối mạng viễn thông của hệ thống Miniscada

Tại mỗi Recloser được trang bị một Modem GPRS/3G gắn với 1 địa chỉ IP Internet Thông qua mạng Internet sẽ kết nối các RTU với HT SCADA Trung tâm Điều độ qua một cổng Internet Router để thực hiện truyền thông các dữ liệu RTU với máy tính chủ tại đây

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối tổng thể với mạng SCADA hiện hữu

Trang 37

Để các nhân viên vận hành tại các Công ty Điện lực khu vực có thể biết được tình trạng vận hành của mạch vòng, thực hiện việc thiết lập 1 bàn điều khiển đặt tại phòng Điều hành Điện lực, kết nối với HT SCADA Trung tâm Điều độ qua mạng MAN của Tổng Công ty

3.6 Sử dụng phần mềm SCADA để thu thập các dữ liệu và điều khiển

Phần mềm sử dụng tại Trung tâm Điều độ hệ thống điện TP.HCM là phần mềm SCADA_Alstom của hãng Alstom (Pháp) xây dựng cơ sở dữ liệu và phần mềm FG_Builder để xây dựng giao diện người dùng HMI Để thuận tiện cho việc vận hành HT SCADA sử dụng một máy chủ riêng tại Trung tâm SCADA để quản

lý vận hành sơ đồ Miniscada Máy tính chủ này chạy trên hệ điều hành Microsoft Window Server 2008, cài phần mềm SCADA Máy chủ này kết nối với các RTU tại các Recloser qua một Internet Router và kết nối với các máy tính chủ khác qua mạng LAN SCADA

3.7 Xây dựng các giao diện HMI để giám sát vận hành hệ thống

Phần mềm SCADA có một chương trình riêng gọi là FG Builder để xây dựng các giao diện HMI (Human Machine Interface) Yêu cầu xây dựng giao diện

là phải đầy đủ thông tin, rõ ràng, thân thiện, dễ sử dụng theo dõi vận hành cho các người sử dụng Một số giao diện HMI như sau:

Trang 38

Hình 3.7: Giao diện chung của hệ thống Miniscada/DMS

Trên giao diện này cho ta biết trạng thái vận hành của mạch vòng Miniscada Remote hay Local, trạng thái đóng hay cắt của từng Recloser, giá trị điện áp, dòng điện tứng pha qua các Recloser và dòng không cân bằng…Giao diện còn cho ta biết tình trạng có bật vượt cấp hay không trên mạch vòng cũng như các thanh công cụ

để vào các thông tin chi tiết hơn như vào thẳng từng Recloser, chế độ báo cáo

Trang 39

Giao diện của 1 recloser: Giao diện này cho ta biết các thông số điện áp, dòng điện 3 pha của từng Recloser, công suất P, Q, tình trạng Recloser đang đóng hoặc đang cắt, đang ở chế độ điều khiển từ xa (remote) hay điều khiển tại chỗ (Local) cùng các tín hiệu trạng thái, cảnh báo khác của Recloser

Hình 3.8: Giao diện HMI của 1 recloser

Giao diện thông tin cho biết tình trạng kết nối bình thường hoặc mất kết nối của hệ thống thông tin giữa Trung tâm với từng Recloser:

Hình 3.9: Giao diện trạng thái kết nối thông tin tất cả thiết bị recloser

Cấu hình chức năng xuất tín hiệu cảnh báo dạng Audio khi tại mỗi một điểm Recloser thay đổi trạng thái (OPEN/CLOSE) Cấu hình và xây dựng chức năng hiển thị sự kiện, cảnh báo cho hệ thống

Trang 40

Hình 3.10: Giao diện liệt kê các biến cố trạng thái 3.8 Xây dựng chế độ vận hành điều khiển từ xa qua hệ thống Miniscada

Chế độ hoạt động điều khiển tại chổ được sử dụng khi cần điều khiển riêng

rẽ từng recloser khi ta muốn cấu trúc lại mạch vòng, muốn cô lập phân đoạn Hoặc khi hệ thống không đủ các điều kiện để vận hành ở chế độ từ xa như lỗi đường truyền, có sự cố trên phân đoạn

Chế độ hoạt động từ xa tức hệ thống được điều khiển từ xa khi hội đủ các điều kiện như hệ thống thông tin hoạt động bình thường, các tủ điều khiển vận hành bình thường…

Khi hệ thống không đủ điều kiện vận hành từ xa nó phải được từ xa chuyển sang chế độ vận hành bằng tay Khóa Remote/Local là một khóa vật lý tại thiết bị, dùng để thay đổi chế độ làm việc được tác động do chủ ý của người vận hành

Điều độ viên có thể chuyển hệ thống từ chế độ từ xa sang chế độ bằng tay bất cứ lúc nào nhưng chỉ có thể chuyển từ chế độ bằng tay sang chế độ từ xa khi thỏa mãn tất cả các điều kiện đã xác định

Để chuyển trạng thái vận hành từ chế độ “Local” sang “Remote”, hệ thống cần thỏa mãn các điều kiện được liệt kê trong bảng bên dưới:

Bảng 3.4: Các điều kiện khi vận hành ở chế độ điều khiển từ xa

STT Tín hiệu Recloser

RE1

Recloser RE2

Recloser RE3

Recloser RE4

Recloser RE5

2 Local/Remote Remote Remote Remote Remote Remote

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	3,95 MB