Nghiên cứu giải pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố hà nội

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

PHẠM NGỌC HƢNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TỰ
ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ
THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG

HÀ NỘI, 2023


BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

PHẠM NGỌC HƢNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TỰ
ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Ngành : Quản lý năng lƣợng
Mã số
: 8510602

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Thành Doanh

HÀ NỘI, 2023

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn hai năm học tập và nghiên cứu, với sự động viên, giúp đỡ và
hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Thành Doanh, bản luận
văn đã được hồn thành.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Thành Doanh đã tận tình
chỉ dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tất cả thầy, cô Trường Đại học Điện lực và đặc biệt là
thầy, cô ở khoa Quản lý cơng nghiệp và Năng lượng và phịng Đào tạo Sau
đại học đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi hồn thành khố học. Đặc biệt là sự
quan tâm của Ban Giám hiệu Trường Đại học Điện lực đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi về cơ sở vật chất để tơi và các bạn cùng lớp có điều kiện học tập tốt.
Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu.
Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới các cơ quan ban ngành đã giúp đỡ, cung
cấp số liệu, phục vụ cho q trình nghiên cứu luận văn.
Kính chúc các thầy cô, các bạn bè đồng nghiệp và gia đình sức khoẻ, sự
thành đạt và hạnh phúc.
Tơi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023
Tác giả

Phạm Ngọc Hƣng


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các
nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham
khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình
Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính tốn được trình bày

trong luận văn là hồn tồn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá
trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, khơng sao chép và chưa được sử
dụng cho đề tài luận văn nào.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023
Tác giả

Phạm Ngọc Hƣng


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ vi
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ VÀ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ........4
1.1. Mơ hình và ngun lý làm việc của hệ thống tự động phân phối điện ................4
1.2. Các phƣơng pháp và các thiết bị tự động phân phối ............................................7
1.2.1. So sánh các phƣơng pháp tự động phân phối đƣờng dây nổi trên không .........7
1.2.2. So sánh các phƣơng pháp tự động phân phối lƣới điện ngầm (một vòng, nhiều
vòng…)......................................................................................................................10
1.2.3. So sánh các thiết bị đóng cắt cho đƣờng cáp ngầm ........................................11
1.2.4. So sánh giữa các hệ thống thông tin khác nhau ..............................................13
1.2.5. So sánh các hệ thống thông tin (thơng tin giữa TCM-TCR) ...........................14
1.2.6. Hệ thống máy tính ...........................................................................................15
1.3. Các thiết bị điện dùng đóng cắt trên lƣới ...........................................................16
1.3.1 Máy cắt tự động................................................................................................16

1.3.2. Thiết bị tự động ...............................................................................................16
1.3.3. Dao phân đoạn tự động ...................................................................................17
1.4. Cơ sở lý thuyết về chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện ..........................................18
1.4.1. Độ tin cậy cung cấp điện .................................................................................18
1.4.2. Các chỉ tiêu đánh giá của lƣới điện trung thế..................................................18
1.6. Kết luận chƣơng 1 ..............................................................................................29
CHƢƠNG 2 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH
PHỐ HÀ NỘI VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN HIỆN NAY ...............................31
2.1.

Tổng quan về Tổng công ty Điện lực thành phố Hà Nội ...............................31

2.1.1.

Ngành nghề hoạt động kinh doanh .............................................................31

2.1.2.

Cơ cấu tổ chức của Tổng Công ty ..............................................................32

2.2.

Đặc điểm lƣới điện trung thế Thành phố Hà Nội...........................................32

2.2.1. Đặc điểm nguồn và lƣới điện ..........................................................................32
2.2.2. Đặc điểm về thị trƣờng khách hàng ................................................................34
iii


2.3.

Tình hình tự động hóa lƣới điện trung thế hiện nay ......................................36

2.4. Kết luận chƣơng 2 ..............................................................................................40
CHƢƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NÂNG CAO TỰ ĐỘNG HOÁ LƢỚI
ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH PHỐ HÀ NỘI ...........................................................41
3.1 Giới thiệu dự án tự động hóa lƣới điện trung thế Thành Phố Hà Nội ................41
3.1.1. Vị trí thực hiện dự án đầu tƣ ...........................................................................41
3.1.2. Mục tiêu và quy mô dự án...............................................................................41
3.2 Giải pháp kỹ thuật đề xuất tự động hóa lƣới điện trung thế ...............................47
3.2.1 Vị trí các điểm đặt thiết bị ................................................................................47
3.2.2 Phƣơng án thi công lắp đặt ...............................................................................50
3.2.3 Giải pháp kết nối và điều khiển xa dao cách ly có tải ......................................52
3.2.4 Giải pháp thông tin viễn thông .........................................................................55
3.3. Đánh giá hiệu quả đầu tƣ của phƣơng án đề xuất ..............................................56
3.3.1. Triển khai và dự trù tổng mức đầu tƣ của dự án .............................................56
3.3.2. Hiệu quả của dự án đầu tƣ ...............................................................................58
3.4. Kết luận chƣơng 3 ..............................................................................................58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Nghĩa từ viết tắt

1

LĐPP

Lƣới điện phân phối

2

DCS

Distribution control system: Hệ thống điều
khiển phân tán

3

SAIFI

System Average Interruption Frequency
Index: Tần suất mất điện trung bình của hệ
thống

4

SAIDI

System Average Interruption Duration Index:
Thời gian mất điện trung bình của hệ thống

5

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

6

DAĐT

Dự án đầu tƣ

7

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition:
Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ
liệu

8

TBA

9

DAS

Trạm biến áp
Hệ thống tự động phân phối điện

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống tự động phân phối [6], [8] ..........................................................7
Hình 1.2: Cấu hình của hệ thống DAS [6] ...............................................................15
Hình 1.3: Máy cắt trung thế [7] ................................................................................16
Hình 1.4: Autorecloser trung thế [7] ........................................................................17
Hình 1.5: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố [9] ..................................................18
Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện hình tia khơng phân đoạn [4]..........................................21
Hình 1.7: Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng FCO [4] ...........23
Hình 1.8: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ
bằng FCO [4] ............................................................................................................24
Hình 1.9: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt ....................................25
Hình 1.10: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở .............................................................26
Hình 1.11: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly ..............................28
Hình 2.1: Sơ đồ tổ chức của Tổng Cơng ty Điện lực thành phố Hà Nội [5] ............32
...................................................................................................................................34
Hình 2.2: Đồ thị cơng suất điển hình ngày năm 2020-2021 [5] ...............................34
Hình 2.3: Đồ thị sản lượng ngày cao nhất trong năm 2020-2021 [5] .....................35
Hình 2.4: Số vụ sự cố 110kV trong năm 2020-2021 [5] ...........................................35
Hình 2.5: Số vụ sự cố trung thế trong năm 2020-2021 [5] ......................................35
Hình 2.6: Kết quả thực hiện các biện pháp kĩ thuật [5] ...........................................36
Hình 3.1: Sơ đồ hiện trạng hệ thống điều khiển xa lưới điện trung thế ...................55
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí lắp đặt cầu dao phụ tải .........................................................57

vi


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh hệ thống tự động đóng lại và hệ thống tự động phân phối (DAS)
[4] ................................................................................................................................8
Bảng 1.2: So sánh các hệ thống trung thế ngầm khác nhau [4], [6] ..........................9
Bảng 1.3: So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS) và cầu
dao chân không (VS) [3], [7] ....................................................................................11
Bảng 1.4: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV trên đường dây trung thế trên không
[3], [7] .......................................................................................................................12
Bảng 1.5: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV cho đường cáp ngầm [4], [7] ..........13
Bảng 1.6: So sánh đường dây thông tin [6] ..............................................................14
Bảng 1.7: So sánh các phương pháp thông tin [8] ...................................................15
Bảng 1.8: Thông số của hệ thống..............................................................................22
Bảng 1.9: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải .......................22
Bảng 1.10: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.6 .................22
Bảng 1.11: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.7 .................23
Bảng 1.12: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3.7 .................24
Bảng 1.13: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.9 ..................25
Bảng 1.14: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.8 trong
trường hợp khơng hạn chế công suất chuyển tải ......................................................27
Bảng 1.15: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.10 trong
trường hợp hạn chế cơng suất chuyển tải .................................................................28
Bảng 1.16: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ hình 1.6 đến hình
1.10 ............................................................................................................................29
...................................................................................................................................34
Bảng 3.1 Vị trí lắp đặt tại cơng ty Điện lực Thanh trì ..............................................47
Bảng 3.2 Vị trí lắp đặt tại cơng ty Điện lực Chương Mỹ ..........................................48
Bảng 3.3 Vị trí lắp đặt tại công ty Điện lực Mỹ Đức ................................................48
Bảng 3.4 Vị trí lắp đặt tại cơng ty Điện lực Quốc Oai .............................................49
Bảng 3.5: Bảng dự kiến khối lượng thiết bị vật tư chính ..........................................57
Bảng 3.6: Bảng kinh phí thực hiện dự án .................................................................57

vii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, lƣới điện trung thế (còn gọi là lƣới điện phân phối) của Việt
Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức chẳng hạn nhƣ: sự tăng lên quá
nhanh của nhu cầu phụ tải do sự phát triển nhanh về kinh tế, sự cạn kiệt về tài
nguyên thiên nhiên, nhiên liệu hóa thạch, thủy điện. Các áp lực về việc gìn giữ
mơi trƣờng cũng làm cho việc xây dựng thêm các nhà máy điện gặp nhiều khó
khăn. Dẫn đến là chúng ta đang thiếu nguồn điện;
Các lƣới điện trung thế phức tạp, nhiều nút, nhiều nhánh, có nhiều cấp
điện áp khác nhau, một số thiết bị đã xuống cấp. Bên cạnh đó, lƣới điện gặp
nhiều các sự cố, với các nguyên nhân từ tự nhiên, sự hƣ hỏng, già hoá thiết
thiết bị và cả các sai sót của con ngƣời trong vận hành. Chính vì vậy mà lƣới
điện trung thế ngày càng trở lên phức tạp trong quản lý, vận hành, đặc biệt là
có thể dẫn đến các sự cố mất điện trong thời gian dài, gây ra những tổn thất về
kinh tế.
Lƣới điện trung thế là khâu cuối trong hệ thống điện, là bộ phận quan
trọng để đƣa điện năng tới các phụ tải sử dụng điện. Có thể thấy rằng phân phối
điện là một yếu tố quan trọng quyết định đến chất lƣợng điện và độ tin cậy của
hệ thống cung cấp điện đối với khách hàng sử dụng điện.
Thời tiết ở Hà Nội chia làm 04 mùa, chịu nhiều diễn biến thay đổi khí
hậu phức tạp. Trong mùa hè lúc nắng nóng (>40 độ C), mùa đơng, nhiệt độ
xuống rất thấp, có lúc xuống dƣới 6 độ C, dẫn đến diễn biến phụ tải khá phức
tạp. Pmax/Pmin chênh lệch lớn. (Năm 2017 Pmax/Pmin = 3900/668 tƣơng
đƣơng 5,8 lần). Giao thông Hà Nội rất nhiều điểm ùn tắc, đặc biệt vào giờ cao
điểm, dẫn đến việc các đơn vị quản lý vận hành đi kiểm tra, thao tác trực tiếp
trên thiết bị điện là rất khó khăn. Với tốc độ đơ thị hóa nhanh, các nhƣợc điểm
kể trên chƣa thể xử lý đƣợc ảnh hƣởng rất lớn đến công tác Điều độ, vận hành

lƣới điện để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải thành phố Hà Nội.
Để phù hợp xu thế của cuộc cách mạng 4.0 và đồng thời ngày càng nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, việc ứng dụng các giải pháp tự
động hóa cho lƣới điện trung thế là điều tất yếu.
Hệ thống tự động hóa lƣới điện phân phối (Distribution Automation
System - DAS) với những tính năng hữu ích nhƣ: nhanh chóng phát hiện, cô
lập sự cố và khôi phục cung cấp điện nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hƣởng của sự
1


cố; đồng thời cung cấp công cụ giám sát thời gian thực và điều khiển từ xa... là
một trong những thành phần quan trọng trong mơ hình lƣới điện thơng minh.
Trong phạm vi khóa học thạc sĩ của mình, với nguyện vọng và lĩnh vực công
tác tại Tổng Công ty Điện lực Hà Nội, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải
pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố Hà Nội” làm đề tài
luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu đặt ra là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và khảo sát đánh
giá hiện trạng hệ thống lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội, đánh giá sự cần
thiết đầu tƣ để lựa chọn giải pháp ứng dụng thí điểm tự động hóa cho lƣới điện
trung thế Thành phố Hà Nội.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu đặt ra, đề tài dự kiến triển khai thực hiện các nội dung
sau:
Tổng quan về cơ sở pháp lý về xây dựng lƣới điện thông minh, việc ứng
dụng tự động hóa trên lƣới điện, đánh giá hiện trạng lƣới điện trung thế thành
phố Hà Nội.
Cập nhật dữ liệu hiện trạng lƣới điện trung thế, phân tích ƣu nhƣợc điểm
của lƣới điện phục vụ công tác nghiên cứu đề xuất giải pháp đƣa vào ứng dụng
tự động hóa lƣới điện.

Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả đầu tƣ dự án và tính tốn phân tích
hiệu quả áp dụng các giải pháp đề xuất cho dự án.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội
Phạm vi nghiên cứu: Tự động hóa lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội
Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2019 – 2021
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp thu thập, cập nhật, phân tích tổng hợp dữ liệu của dự án; Đánh
giá các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả đầu tƣ dự án;
Phƣơng pháp kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn lựa chọn quy mơ,
thơng số trong việc bố trí thiết bị tự động hóa lƣới điện trung thế
Căn cứ quy hoạch lƣới điện tƣơng lai, tính tốn hiệu quả phƣơng án áp
dụng, đề xuất mơ hình áp dụng có tính khả thi và hiệu quả trong quá trình thực
hiện dự án.
2


6. Nội dung luận văn
Luận văn bao gồm: Phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo và
nội dung của đề tài có 03 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về tự động hóa lƣới điện phân phối và cơ sở lý thuyết về
chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện
Chƣơng 2: Thực trạng hệ thống lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội và tự
động hóa lƣới điện hiện nay
Chƣơng 3: Đề xuất giải pháp nâng cao tự động hóa lƣới điện trung thế Thành
phố Hà Nội và đánh giá hiệu quả đầu tƣ dự án

3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ VÀ CƠ
SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống tự động phân phối điện (DAS) với những tính năng hữu ích
nhƣ nhanh chóng phát hiện, cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện nhằm
giảm thiểu tối đa ảnh hƣởng của sự cố; cung cấp công cụ giám sát thời gian
thực và điều khiển từ xa… là một thành phần quan trọng trong mơ hình lƣới
điện thơng minh mà các cơng ty điện lực đang xây dựng. Chƣơng 1 sẽ giới
thiệu mô hình, nguyên lý làm việc và một số thiết bị tự động hóa điển hình
đang đƣợc ứng dụng hiện nay vào hệ thống tự động hóa lƣới điện trung thế.
1.1. Mơ hình và ngun lý làm việc của hệ thống tự động phân phối điện
Lƣới điện trung thế của Mỹ, Canada và các nƣớc khác trên thế giới
(Brazil, Mexico, Australia, Nam Phi, Hàn Quốc, Nhật Bản…) có những khác
biệt quan trọng khi so sánh với lƣới điện trung thế của châu Âu. Tuy vậy, vẫn
có một số nƣớc châu Âu có lƣới điện trung thế theo kiểu Mỹ (Estonia, Latvia).
Lƣới điện trung thế trên không kiểu Mỹ bao gồm những trạm trung thế
với các thiết bị ngoài trời và đƣờng dây trung thế dài (có những trƣờng hợp
đƣờng dây này có thể dài hơn 150 dặm). Hậu quả là tổn thất trên đƣờng dây và
sụt áp trở thành những vấn đề quan trọng. Số lƣợng khách hàng đƣợc cung cấp
điện đối với đƣờng dây này là rất cao. Chính điều này dẫn đến việc khách hàng
bị ảnh hƣởng trong trƣờng hợp đƣờng dây bị mất điện cũng rất lớn. Đây cũng
là nguyên nhân dẫn đến việc giảm doanh thu cho các cơng ty điện lực và giảm
sự hài lịng của khách hàng. Để giải quyết những vấn đề trên thì các đƣờng dây
trung thế này đƣợc phân đoạn bởi các Reclosers và thiết bị phân đoạn. Một số
các thiết bị khác nhƣ bộ điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng, chỉ thị sự
cố… đƣợc sử dụng cho việc tối ƣu hóa vận hành và nhận diện cũng nhƣ xác
định vị trí sự cố.
Trong một thời gian dài, các thiết bị trung thế đƣợc đề cập ở trên đƣợc
vận hành tại chỗ. Tuy nhiên, ngày nay với sự ra đời của các thiết bị điện tử
thông minh (IEDs) và hạ tầng truyền tin, hệ thống tự động hóa lƣới phân phối

(DAS) đƣợc sử dụng cho việc phát hiện nhanh sự cố, cô lập, tái cấu trúc lƣới
điện đã trở thành một thành phần chính của Lƣới điện thơng minh (Smart
Grid).
Với sự thành cơng của hệ thống tự động hóa lƣới trung thế, các cơng ty
điện lực có thêm cơ hội để thiết lập nên mơ hình kinh doanh mới để tăng sự
4


thỏa mãn của khách hàng, ví dụ nhƣ nâng cao mức độ sẵn sàng và độ tin cậy
cung cấp điện trong thời đại cơng nghiệp.
Nói một cách khác, cấu trúc lƣới điện trung thế với đƣờng dây trung thế
dài có thể còn gây nên những vấn đề nghiêm trọng khác, thậm chí ngay cả khi
điện vẫn sẵn sàng. Vào mùa hè, khi mà tất cả các khách hàng bật điều hòa, tải
của đƣờng dây trung thế tăng cao, dẫn đến quá nhiệt do quá tải một số thiết bị.
Đây là nguyên nhân quan trọng gây nên các vấn đề về ổn định điện áp và chất
lƣợng điện năng. Việc tích hợp điện kế điện tử có khả năng cắt tải là một giải
pháp quan trọng để dịch chuyển tải đỉnh.
Hệ thống điện trung thế của châu Âu dựa trên một quan điểm khác khi so
sánh với lƣới điện trung thế kiểu Mỹ. Xƣơng sống của cấu trúc này là hệ thống
mạng lƣới các trạm 110kV bao phủ hầu hết các khu vực cung cấp tải, cùng với
nó là một số lƣợng rất lớn các trạm điện trung thế. Kết quả là các đƣờng dây
trung thế ngắn lại (khoảng từ 5 đến 20 km) và số lƣợng khách hàng đƣợc cung
cấp điện từ một tuyến dây trung thế là thấp (dƣới 1.000 khách hàng). Thêm vào
đó, việc liên kết tải đƣợc thực hiện cùng với công tác quy hoạch tốt, đo đếm,
điều này dẫn đến việc mức độ cân bằng tải rất cao cho các trạm biến áp trung
thế.
Ở châu Âu, các trạm trung thế đƣợc tích hợp và tự động hóa sử dụng các
bộ vi xử lý trên nền tảng hệ thống rơle bảo vệ, điều khiển ngăn lộ, RTU… cho
phép điều khiển từ xa và giảm thời gian mất điện. Tuy nhiên, đối với các xuất
tuyến trung thế ngắn thì khơng đƣợc phân đoạn và các trạm hạ thế đƣợc vận

hành bằng tay. Cũng vì lý do cấu trúc hiện hữu hiện đại của châu Âu trong thời
điểm hiện tại nên các cơng ty điện lực khơng khuyến khích sử dụng hệ thống tự
động hóa lƣới phân phối (DAS). Trong trƣờng hợp mất điện của tuyến dây
trung thế thì số lƣợng khách hàng bị ảnh hƣởng thấp cũng nhƣ ảnh hƣởng đến
doanh thu của công ty điện lực cũng khơng nhiều.
Tuy nhiên, việc gia tăng tích hợp các nguồn năng lƣợng phân tán, ví dụ
nhƣ hệ thống pin năng lƣợng mặt trời ở cấp hạ áp, các máy phát điện gió ở cấp
trung áp gây nên các vấn đề về chất lƣợng điện áp. Với việc tích hợp các “máy
phát” này thì hệ thống trung thế khơng cịn là hệ thống hình tia, và khơng cịn
dễ dàng để có thể bảo vệ bởi hệ thống rơle q dịng vơ hƣớng. Trong tƣơng lai
thì việc áp dụng hệ thống rơle so lệch sẽ đƣợc thực hiện để đáp ứng đƣợc các
yêu cầu khi tích hợp các nguồn năng lƣợng phân tán.
5


Đối với hệ thống tự động hóa lƣới trung thế, việc giám sát và điều khiển
từ xa các trạm trung thế thứ cấp là vấn đề chủ chốt. Chính vì thế, việc trao đổi
thông tin giữa các thành phần và hệ thống DMS dựa trên các giao thức phổ
biến và đƣợc bảo mật. Quan điểm của truyền tin là phải linh động bởi các công
nghệ và môi trƣờng tuyền tin khác nhau để phù hợp với các điều kiện địa lý và
hạ tầng.
Xét về khía cạnh lịch sử, hệ thống tự động lƣới trung thế lần đầu tiên
đƣợc phát triển bởi Nhật Bản vào thập niên 70, 80 của thế kỷ 20. Sau khi hệ
thống DAS đầu tiên đƣợc áp dụng thành cơng thì hầu hết các cơng ty điện lực
của Nhật Bản nhân rộng và phát triển gần từ hơn 20 năm trở lại đây. Trung
Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc cũng giới thiệu mơ hình dựa trên kỹ thuật trên
của Nhật Bản.
Theo kinh nghiệm của Nhật Bản, dự án lắp đặt hệ thống tự động
hóa lƣới phân phối đƣợc phát triển qua 3 giai đoạn nhƣ sau:
- Giai đoạn 1

Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơle phát hiện sự cố cho các đƣờng
dây trung thế. Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm 110kV. Trong
giai đoạn 1, vùng bị sự cố đƣợc tự động cách ly bằng các thiết bị trên đƣờng dây
trung thế, khơng có các thiết bị giám sát quản lý tại trung tâm điều độ.
- Giai đoạn 2
Lắp bổ sung các thiết bị đầu cuối và đƣờng dây thông tin để tiếp nhận
thông tin tại các vị trí lắp cầu dao tự động ở các đƣờng dây trung thế. Tại trung
tâm điều độ lắp các bộ điều khiển từ xa, và hệ thống máy tính để hiển thị lƣới
trung thế dƣới dạng đơn giản.
Dựa trên các thông tin thu đƣợc từ xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều
độ sẽ điều khiển đóng cắt các cầu dao tự động để cách ly phần bị sự cố trên
máy tính.
- Giai đoạn 3
Giai đoạn 3 là giai đoạn nâng cấp các chức năng của Giai đoạn 2. Tại
trung tâm điều độ lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh để quản lý vận hành
lƣới trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính tốn tự động thao
tác. Các giai đoạn này và mối quan hệ giữa chúng đƣợc thể hiện trên hình 1-1.

6


Lƣợc đồ mơ hình hệ thống trung thế sử dụng dây trên khơng.

Hình 1.1: Hệ thống tự động phân phối [6], [8]
Chú thích trong hình vẽ:
CPU
LP
HC
G-CRT
FCB

SW
FDR
SPS
RTU
TCM
CD
CRT

Bộ xử lý trung tâm
Máy in kết dây
Sao lƣu ổ cứng
CRT đồ họa
Máy cắt đƣờng dây
Cầu dao
Rơ-le phát hiện sự cố
Cầu dao nguồn cấp
Thiết bị đầu cuối
Máy chủ điều khiển từ xa
Bàn điều khiển
Màn hình điện tử

1.2. Các phƣơng pháp và các thiết bị tự động phân phối
1.2.1. So sánh các phương pháp tự động phân phối đường dây nổi trên
không
7


Việc so sánh hệ thống tự đóng lại và DAS cho tự động phân phối hệ
thống trên đây không đƣợc mơ tả trong bảng 1-1. Cấu hình hệ thống đƣợc nêu
trong bảng, và vì phƣơng pháp tự đóng lại này chỉ có thể áp dụng cho hệ thống

hình tia nên nó chủ yếu áp dụng cho các hệ thống trung thế ở nông thôn tại Mỹ
và châu Âu. Trong khi đó ở Mỹ tại các khu vực tải cao đơng dân nhƣ New
York, hệ thống mạng phân bổ (SNW) hoặc mạng thông thƣờng (RNW) đƣợc
chấp nhận. Tại Nhật cũng vậy, phƣơng pháp tự đóng lại đƣợc áp dụng khoảng
30 năm trƣớc, nhƣng đến nay đã đƣợc thay thế bằng DAS. Sự khác biệt cơ bản
trong ứng dụng giữa hệ thống tự đóng lại DAS là trong hệ thống tự đóng lại do
có giới hạn đối với chỉnh định rơ-le nên rất khó chỉnh định phối hợp bảo vệ q
dịng khi số lƣợng các thiết bị đóng lại tăng lên (Điều này có thể khắc phục khi
tăng cao độ nhạy của các rơ le đi kèm recloser).
Hơn nữa, thời gian chỉnh định trở nên dài đối với hệ thống tự đóng lại.
Do đó, các dịng sự cố chạy trên đƣờng dây trung thế và các thiết bị. Khi sự cố
xảy ra ở phía phụ tải, việc mất điện sẽ kéo dài cho đến khi sự cố đƣợc loại trừ.
Với DAS độ tin cậy có cao hơn nhờ các cầu dao tự động (PVS) gắn trên đƣờng
dây trung thế, và do đó giảm thời gian mất điện và giới hạn phạm vi sự cố.
Trong trƣờng hợp dùng DAS, ngay sau khi cách ly phần bị sự cố bằng PVS,
việc phân phối điện có thể đƣợc tiếp tục từ xuất tuyến tại điểm nối vịng. Tuy
nhiên, DAS cũng có nhƣợc điểm là tần suất đóng cắt của các máy cắt trên
đƣờng dây là tƣơng đối nhiều.
Bảng 1.1: So sánh hệ thống tự động đóng lại và hệ thống tự động phân phối
(DAS) [4]

8


Bảng 1.2: So sánh các hệ thống trung thế ngầm khác nhau [4], [6]

9


1.2.2. So sánh các phương pháp tự động phân phối lưới điện ngầm (một

vòng, nhiều vòng…)
Các phƣơng pháp tự động phân phối cho các hệ thống ngầm đƣợc mô tả
trong Bảng 1.2. Bảng này mô tả việc so sánh 5 phƣơng pháp, đó là hệ thống
một mạch vịng, hệ thống nhiều mạch vịng, hệ thống lƣới thơng thƣờng, hệ
thống lƣới phân bổ và hệ thống dự phòng.
Các hệ thống mạch vòng chủ yếu đƣợc sử dụng ở châu Âu và Nhật, cịn
hệ thống lƣới thơng thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ đƣợc chấp nhận ở Mỹ và
Nhật. Trong hệ thống mạch vòng và dự phòng, hệ số phụ tải (tải đỉnh/tải định
mức %) chỉ thấp ở mức 50%. Con số này là 70-80% trong hệ thống nhiều mạch
vòng và 80% trong các hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ.
Về mặt linh hoạt trong kết nối phụ tải, hệ thống mạch vịng và hệ thống có dự
phòng là hệ thống thƣờng xuyên đƣợc ứng dụng. Trong khi đó, với hệ thống
lƣới thơng thƣờng và lƣới phân bổ có độ tin cậy cao, hệ thống phụ tải ln
đƣợc liên kết với nhau. Hệ thống một mạch vịng có độ tin cậy thấp nhất: việc
cấp điện trên tồn lƣới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ đƣợc sự cố, và việc
loại trừ sự cố đòi hỏi thời gian. Trong hệ thống nhiều mạch vòng, việc mất điện
kéo dài cho đến khi phần mất điện đƣợc xác định, tuy nhiên một khi đã xác
định đƣợc vấn đề thì có thể cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng.
Trong hệ thống dự phòng, mất điện xảy ra trong khoảng 1-2s trong lúc đƣờng
dây cấp điện đang đƣợc chuyển đổi. Hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân
bổ có độ tin cậy cao nhất do việc mất điện trên ngun tắc là khơng xảy ra
ngay cả khi có sự cố trên đƣờng dây trung thế 22kV. Chi phí hệ thống tỷ lệ
thuận với độ tin cậy, do đó các hệ thống mạch vòng là rẻ nhất và các hệ thống
lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ là đắt nhất còn hệ thống dự phòng
là ở chi phí mức trung bình. Xem xét các hệ thống này dƣới góc độ phạm vi áp
dụng, các hệ thống mạch vòng (cả một vòng và nhiều vòng) đƣợc sử dụng
trong các khu vực phân phối ngầm. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng cho các
khu vực phụ tải quan trọng nhƣ cơ quan chính phủ, bệnh viện v.v… hệ thống
lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan
trọng với mật độ dân cƣ cao: ví dụ nhƣ các khu vực đơ thị đông đúc nhƣ New

York ở Mỹ và quận Ginza ở Tokyo, v.v…
Tại Tổng Công ty Điện lực Hà Nội, hệ thống cáp ngầm trung thế đã và
đang đƣợc tiếp tục nâng cấp cải tạo theo nhiều dự án khác nhau. Cho đến nay,
phần lớn lƣới trung thế ngầm đều thực hiện nối vịng liên thơng giữa các lộ với
10


nhau. Kiểu nối vòng chủ yếu là nối 2 lộ với nhau; một số nhỏ nối vòng nhiều lộ
với nhau. Xu hƣớng đến năm 2018, số điểm nối mạch vòng trên mỗi lộ cáp
ngầm sẽ tăng lên 2 điểm (Ln=2). Việc áp dụng DAS sẽ chủ yếu đƣợc áp dụng
trên mơ hình kết nối này.
Bảng 1.3: So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS) và
cầu dao chân không (VS) [3], [7]

Hiện tại, các tủ RMU trong các trạm xây trong nhà của lƣới trung thế
ngầm của Các công ty thuộc Tổng Công ty Điện lực Hà Nội chủ yếu là loại
cách điện SF6 và đều mới áp dụng các năm gần đây. Các tủ sử dụng cầu dao
chân khơng chiếm số lƣợng rất ít.
Cho nên, dù các thiết bị sử dung tiếp điểm đóng cắt trong chân khơng có
nhiều đặc tính kỹ thuật ƣu việt hơn nhiều nhƣng việc thay thế các thiết bị đóng
cắt trong mơi trƣờng SF6 cũng cần phải cân nhắc nhiều về mặt kinh tế.
1.2.3. So sánh các thiết bị đóng cắt cho đường cáp ngầm
So sánh các cầu dao cho đƣờng dây trung thế ngầm đƣợc nêu trong Bảng
1.5. Hiện tại ở Việt Nam, DS và LBS khơng khí đang đƣợc sử dụng. Tuy vậy,
khi tính đến việc các hệ thống phân phối ngầm sẽ trở nên quan trọng hơn nhiều
ở Việt Nam trong tƣơng lai, sẽ nảy sinh các vấn đề với các DS và RMU thao
tác bằng tay vì cần nhiều thời gian để phát hiện sự cố và thời gian mất điện là
dài. Dẫn đến 2 hƣớng cải tại:
- Trang bị hệ thống điều khiển động cơ cho các thiết bị đóng cắt hiện có.
- Cần phải áp dụng các tủ RMS tự động mới thích hợp cho việc rút ngắn

thời gian mất điện và cách ly phần bị sự cố.

11


Bảng 1.4: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV trên đƣờng dây trung thế trên
không [3], [7]

12


Bảng 1.5: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV cho đƣờng cáp ngầm [4], [7]

1.2.4. So sánh giữa các hệ thống thông tin khác nhau
Hai dạng hệ thống thông tin có thể sử dụng là hữu tuyến và vơ tuyến. Hệ thống
hữu tuyến đƣợc phân chia tiếp thành hệ thống cáp kim loại và cáp quang. Vì mỗi hệ
thống có ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng của nó, cần sử dụng tùy theo mục đích. Việc
so sánh đƣợc nêu trong bảng 1.6. Các hệ thống vơ tuyến: Có chi phí đầu tƣ thấp, dễ
lắp đặt. Tuy nhiên có nguy cơ tín hiệu radio bị nhiễu do điều kiện thời tiết và các tịa
nhà cao tầng ở đơ thị.
Các hệ thống hữu tuyến: Địi hỏi chi phí dây dẫn và lắp đặt khá cao nhƣng độ
tin cậy của hệ thống phân phối thì cao hơn so với phƣơng pháp truyền vô tuyến. Hệ
thống này vẫn chắc chắn thực hiện đƣợc việc thơng tin ngay cả khi có sự cố nhƣ mất
điện và cho phép điều khiển từ xa. Ở các vùng đô thị với đƣờng dây trung thế ngắn,
13


hệ thống thông tin hữu tuyến nên đƣợc áp dụng do có thể tận dụng đi trên các cột hạ
thế, chiếu sáng có sẵn.

Bảng 1.6: So sánh đƣờng dây thơng tin [6]

1.2.5. So sánh các hệ thống thông tin (thông tin giữa TCM-TCR)
Hệ thống hữu tuyến nên đƣợc áp dụng cho các trạm trung thế trung tâm
(CDS) và các trung tâm điều độ khu vực (ADC) vì lƣợng thơng tin trao đổi lớn
và đòi hỏi độ tin cậy cao. Trƣớc mắt dây kim loại có thể đáp ứng đƣợc các
chức năng, song nên áp dụng cáp quang khi tính đến việc mở rộng công nghệ
thông tin trong tƣơng lai gần. Các phƣơng pháp thông tin cáp quang đƣợc chia
thành các hệ thống FDDI, SDH và ATM nhƣ mô tả trong bảng 1.7, nhƣng nên
sử dụng phƣơng pháp ATM do tính linh hoạt thông tin.

14


Bảng 1.7: So sánh các phƣơng pháp thông tin [8]

1.2.6. Hệ thống máy tính
Hệ thống mạng máy tính đặt tại trung tâm điều độ theo cấu hình gồm 2 mạng Lan:
+ LAN HMI dùng trong trung tâm điều khiển dùng cho giao tiếp ngƣời - máy.
+ LAN control dùng cho giao tiếp với các thiết bị RTU. Toàn bộ cấu trúc hệ
thống DAS đƣợc mơ tả tại hình 1.2.

Hình 1.2: Cấu hình của hệ thống DAS [6]

15


1.3. Các thiết bị điện dùng đóng cắt trên lƣới
1.3.1 Máy cắt tự động
Máy cắt điện dùng để đóng, cắt mạch khi có dịng phụ tải và cả khi có

dịng ngắn mạch. Thiết bị này chỉ tự động cắt khi có sự cố trên đƣờng dây.
Máy cắt cao áp là cơ cấu đóng mở cơ khí có khả năng đóng, dẫn liên tục
và cắt dịng điện trong điều kiện bình thƣờng và cả trong thời gian giới hạn khi
xảy ra điều kiện bất thƣờng trong mạch (ví dụ nhƣ ngắn mạch). Máy cắt đƣợc sử
dụng để đóng mở đƣờng dây trên không, các nhánh cáp, máy biến áp, cuộn
kháng điện và tụ điện.
Yêu cầu với chúng phải cắt nhanh, khi đóng/cắt khơng gây nổ hoặc cháy.
Phân loại máy cắt ngƣời ta thƣờng dùng cách phân biệt phƣơng pháp dập hồ
quang.

Hình 1.3: Máy cắt trung thế [7]
1.3.2. Thiết bị tự động
Để có thể đảm bảo tính kinh tế và vẫn cung cấp điện ổn định cho khách
hàng, sử dụng máy cắt ngƣời ta sử dụng máy cắt tự đóng lại (Recloser).
Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ điều khiển cho
phép ngƣời ta lập trình số lần đóng cắt lặp lại lại theo trị số đặt trƣớc. Ngoài ra,
đại lƣợng cần thiết nhƣ: U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch.
Nguyên lý làm việc:
Trong trƣờng hợp khi đƣờng dây vận hành bình thƣờng. Recloser ở vị trí
đóng. Khi xuất hiện sự cố trên đƣờng dây vì do lý nào đó thì Recloser sẽ tác
động mở tiếp điểm.
16