Giới thiệu các hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện

Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu
Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp
từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết
bị rất lớn. Sự phát triển một hệ thống thông tin trong hệ thống điện là rất cần
thiết. Những việc mà trước đây muốn thực hiện thì phải rất phức tạp và mất
nhiều công sức, cần đến sự làm việc của nhiều người thì với sự phát triển của
công nghệ thông tin nói chung và truyền thông trong hệ thống điện nói riêng đã
làm cho vấn đề được trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Các thiết bị ở cấp dưới
(chấp hành) được kết nối với cấp trên như máy tính điều khiển, thiết bị quan sát,
máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý
công ty. Chuẩn truyền thông là qui ước chung cho việc ghép nối các thiết bị với
nhau giúp cho việc giao tiếp được trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn. Ngoài các
chuẩn vật lý thường dùng như RS-232, RS-485 thì còn các chuẩn giao thức như
IEC 60870, 61850 chiếm vai trò quan trọng trong điều khiển giám sát trong hệ
thống điện.
1.2 Mục đích của đề tài
Đề tài này nghiên cứu các chuẩn truyền thông công nghiệp trong điều khiển
giám sát hệ thống điện, mục đích là làm rõ khả năng ứng dụng của các chuẩn
truyền thông quốc tế, sự phù hợp và các ưu nhược điểm của chúng trong các hệ
điều khiển và giám sát hệ thống điện. Làm rõ thực trạng của các giải pháp truyền
thông trong hệ thống điện Việt Nam.
1.3 Nội dung của đề tài
Nội dung của đề tài là nghiên cứu nhu cầu truyền thông trong hệ thống điện, giới
thiệu hệ thống (SCADA) và các hệ thống cấp cao hơn, nghiên cứu các chuẩn
1
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008

giao thức IEC 60870, 61850, OPC. Phân tích khả năng áp dụng các chuẩn
truyền thông trong điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.
1.4 Phương pháp nghiên cứu và các kết quả đạt được
Sử dụng các tài liệu về mạng truyền thông công nghiệp, các tài liệu của trung
tâm điều độ hệ thống điện quốc gia (chế độ vận hành, các chuẩn truyền thông
đang áp dụng ) cùng với đó là tài liệu của các hãng nước ngoài như ABB,
Siemens nhằm đạt được các kết quả sau:
- Nhận thấy được vai trò của truyền thông trong hệ thống điện
- Tổng quan về các hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống
điện
- Làm rõ việc áp dụng các chuẩn truyền thông trong điều khiển giám sát hệ
thống điện.
1.5 Bố cục của bài viết
Bố cục của bài viết được trình bày gồm có 5 chương
Chương 1: Mở đầu
Nội dung của chương là chỉ rõ mục đích của đề tài, nội dung của đề tài, phương
pháp nghiên cứu đề tài và các kết quả đạt được
Chương 2: Giới thiệu hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong HTĐ
Mục đích của chương nhằm giới thiệu các chức năng và tính năng chính của các
hệ thống điều khiển bảo vệ và giám sát trong hệ thống điện
Chương 3: Tổng quan về mạng truyền thông trong hệ thống điện
Nội dung của chương là nêu rõ việc liên kết thông tin trong ĐKGS hệ thống
điện từ trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia tới các điều độ khu vực và các
công trình, đường dây.
Chương 4: Chuẩn truyền thông áp dụng trong hệ thống điện
Chương này giới thiệu các chuẩn vật lý thông dụng, chuẩn giao thức IEC 60870,
61850, OPC và việc áp dụng các chuẩn này trong hệ thống điện.
2
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008

Chương 5: Tổng kết
Nêu ra những kết quả đã làm được của đề tài, những mặt hạn chế và đưa ra các
đề xuất giải pháp.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
BẢO VỆ VÀ GIÁM SÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Nội dung chính của chương là làm rõ chức năng và tính năng của hệ thống điều
khiển, giám sát và thu thập dữ liệu trong hệ thống điện, việc giao tiếp giữa các
thiết bị thu thập thông tin với trung tâm điều khiển. Giới thiệu các hệ thống cấp
cao hơn như EMS, DMS, BMS.
2.1 Hệ thống điều khiển bảo vệ trong HTĐ
2.1.1 Quá trình xây dựng và phát triển
Trước những năn 90, hệ thống điện Việt Nam thừa hưởng cơ sở hạ tầng lạc hậu,
nhỏ lẻ. Thiết bị điều khiển bảo vệ chủ yếu là thế hệ điện cơ, chưa có mặt hệ
thống thông tin số. Các khái niệm trong lĩnh vực điều khiển, giám sát như
SCADA, hệ thống đo xa… và hiểu biết về thế hệ thiết bị số còn khá mới mẻ xa
lạ với người thiết kế và quản lý HTĐ.
Đầu những năm 90, nền kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, đòi hỏi những bước
phát triển mới trong truyền tải và phân phối điện năng. Hệ thống đường dây siêu
cao áp 500kV thống nhất HTĐ toàn quốc, với thế hệ thiết bị số như: Rơ le, bộ
ghi sự cố và thông tin số. Hệ thống quản lý HTĐ phát triển, ra đời cấp điều độ
trung ương A0 quản lý giám sát vận hành hệ thống 500kV và nhà máy điện lớn
trong toàn quốc.
Một số thiết bị tiêu biểu cho thế hệ rơ le số có thể liệt kê như: Rơ le bảo vệ so
lệch dọc đường dây LFCB-102 (GEC- Alsthom sử dụng kệnh truyền thông tin
cáp quang riêng lắp đặt theo hệ thống dây chống sét dọc tuyến, rơ le tự động
đóng lại LFAA-102, rơ le bảo vệ đường dây 7SA513 V2.1- Siemens, bộ tự động
ghi sự cố… Bên cạnh đó, vẫn sử dụng thế hệ thiết bị bán dẫn như rơ le bảo vệ
3
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008

quá dòng như MCGG82,62,22. Hệ thống điều khiển đã được thiết kế theo mô
hình SCADA.
Nền kinh tế và khoa học kỹ thuật Việt Nam đang từng bước hòa nhập vào phát
triển mạnh mẽ của thế giới. Điện lực Việt Nam đòi hỏi sự phát triển toàn diện
các hệ thống nguồn truyền tải và phân phối. Tỷ lệ số hóa trong thiết bị điều
khiển tăng dần là một lựa chọn tất yếu trong thiết kế xây dựng công trình mới và
cải tạo nâng cấp hệ thống. Trong HTĐ Việt Nam đã có nhiều nhà sản xuất nổi
tiếng: ABB, SIEMENS, SEL- SCHWEITER, GEC- Alsthom, AEG… Nói
chung thiết bị bảo vệ và điều khiển tất cả các nhà sản xuất đều hướng quan điểm
thiết kế của riêng họ, nhưng đều hướng tới các đặc tính: Đa chức năng, bộ nhớ
ghi lại nhiều loại dữ liệu lớn hơn, giao diện, nói ghép thân thiện hơn và đặc biệt
ngày càng đáp ứng yêu cầu thông tin mạnh hơn. Ngoài ra còn thêm đặc điểm
mang tính kinh tế cạnh tranh: Trên một thiết bị có thể có những lựa chọn cấu
hình từ tối thiểu tới nâng cao tùy thuộc vào khả năng đầu tư và phạm vi ứng
dụng của người mua.
Đã có nhiều công trình trạm, đường dây phân phối mới hoàn toàn láp đặt rơ le
số, với một hệ thống thông tin mở. Ngoài ra còn đưa các thiết bị điều khiển tự
động quá trình (PLC trong môi trường điều khiển công nghiệp) vào HTĐ trong
thông tin, điều khiển trạm, tổ máy phát…
Công nghệ thông tin công nghiệp, văn phòng, cùng kiến trúc mạng LAN, WAN
đã có mặt trong mạng thông tin điện lực Việt Nam.
Kèm theo đó, khái niệm “ Máy tính hóa” điều khiển và bảo vệ đang là xu hướng
của tương lai, nâng cao và hoàn thiện vai trò của máy tính trong môi trường này.
Có thể kể tên nhưng trạm biến áp mới có điều khiển hoàn toàn trên màn hình
máy tính được thực thi trên hệ thống thông tin trạm như: Trạm 220kV Nhà Bè,
Sóc Sơn, Bắc Giang (ABB), 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Việt Trì, Phố nối
(Siemens), các nhà máy điện dùng hệ thống điều khiển quá trình tự động: Sông
4
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008

Hinh, Hàm Thuận – Đa My, Phả Lại 2, Phú Mỹ… Những công trình trên được
coi là đã sử dụng thế hệ thiết bị và thông tin mới và tiên tiến nhất trên thế giới
vào thời điểm xây dựng.
Ở mức độ nhỏ hơn, các trạm biến áp 110kV và các lộ Phụ tải trung áp mới đều
được thiết kế lắp đặt sử dụng hoàn toàn rơ le bảo vệ số.
So với thời kỳ đầu, đã có số lượng rất lớn, chủng loại khá đa dạng và rất nhiều
thế hệ thiết bị số đã có mặt trong HTĐ Việt Nam. Việc làm chủ sơ đồ thiết kế,
thí nghiệm, vận hành các thiết bị số của nhiều hãng đã trở thành quen thuộc với
cán bộ kỹ thuật.
Trong điều khiển hệ thống, SCADA đang được cải tạo và lắp mới ngày càng
hoàn thiện hơn. Hệ thống SCADA cấp điều độ trung ương A0 đã được lắp đặt
1999-2000 có khả năng điều khiển, tạo một cơ sơ dữ liệu trên hệ thống thông tin
mang tính mở và mạnh để áp dụng những ứng dụng ở mức cao trong HTĐ như
EMS, DSM…. Hệ thống SCADA cấp điều độ miền Bắc, Trung, Nam tạo nguồn
thông tin từ cấp thấp hơn: Trạm biến áp 110kV, tổ máy phát nhỏ…. Nối ghép
cung cấp dữ liệu đến hệ thống SCADA trung ương, và các ứng dụng văn phòng
khác trên toàn quốc gia hoặc toàn cầu.
Nhà sản xuất
Chức năng chính
SIEMENS ABB SEL Alstom
F87, F87N, F87BB,
F50/51, F50N/51N,
F49, F90
7UT512,513,
7SSV3.2x,
V4.1x
RET316
V4.5
RET 520
V2.

SEL 387 P643, P141,
KBCH130
F50/51 &N 7SJ511 V3.3x
V4.1x
7SJ531
SPAJ140,1
41C
SEL351A.
SEL551
Micom
P127,P123,
P441KCGG
140
F67/67N 7SJ512V3,4 SPAA341
5
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
F21 7SA511,513 REL511
Bảng 2.1: Các nhà sản xuất và thế hệ rơ le bảo vệ
6
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
2.1.2 Đánh giá việc khai thác hệ thống điều khiển và bảo vệ trong HTĐ Việt
Nam.
Quá trình thâm nhập, ứng dụng thế hệ thiết bị mới (Rơ le bảo vệ, hệ thống điều
khiển, thông tin điện lực) được thực hiện theo từng bước, mang đặc điểm của
một nước đang phát triển và cũng theo sát với phát triển của những thế hệ mới
nhất.
Việt Nam có những mặt thuận lợi khi theo chiến lược đón đầu các kỹ thuật mới,
đưa vào ứng dụng những thiết bị, hệ thống tiên tiến nhất ngay trong giai đoạn

phát triển ban đầu không trải qua thời gian và chi phí thử nghiệm, có đội ngũ kỹ
thuật có năng lực nhạy bén, tránh được sai lầm từ những bài học và kinh nghiệm
của các nước đi trước.
Nhưng cũng có nhiều mặt hạn chế trong quá trình phát triển:
- Khả năng đầu tư hạn hẹp, phụ thuộc vào các nguồn vốn vay kèm theo
nhà cấp hàng có chỉ định
- Bị động mang nhiều tính chất giải quyết tình thế. HTĐ có khối lượng
tài sản lớn, xây dựng mang tính chất của một quá trình phát triển, kế thừa, trong
hệ thống tồn tại rất nhiều thế hệ, nhiều công nghệ sản xuất thiết bị là điều không
thể tránh khỏi. Đặc biệt tính tiên tiến hiện đại của thiết bị thông tin ngày nay có
vòng đời rất ngắn, do vậy nhiều thiết bị, hệ thống khi chọn trên dự án là hiện đại
và tiên tiến nhất, khi thực hiện xong dự án thì lại trở thành lạc hậu.
- Năng lực kỹ thuật thẩm định thiết kế khai thác ứng dụng trên hệ thống
hiện có còn hạn chế ….
Chẳng hạn, khi chọn thiết bị rơ le bảo vệ, thiết bị thông tin( bộ xử lý trung tâm,
thiết bị chuyển kênh, … hay mắc phải những thiếu sót sau:
+ Chọn những thiết bị không cùng một cấp (Cấp lộ phụ tải phân phối, cấp trung
tâm thông tin mức trạm)
- Nhiều nhà cung cấp khác nhau
7
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
- Hình thức, giao thức thông tin, năng lực và tốc độ thông tin khác nhau.
- Tùy chọn rơ le có kết nối EIA-232,…. Cáp quang khác nhau ( Mà
chuẩn nối này chỉ phục vụ tốt nhất riêng cho mỗi liên kết Star hoặc Bus ( Daisy-
Train/ Trunk-Drop)).
- Chọn những thiết bị có khả năng thông tin quá mạnh so với khả năng
của mạng thông tin tổng thể, dẫn đến sử dụng lãng phí thiết bị.
+ Ở mức độ trạm đã chọn những sơ đồ cấu trúc thông tin mà thiếu đánh giá về
độ tin cậy của hệ thống, ví dụ tại trạm 220kV Nam Định chỉ dựa vào hình máy

tính, không có hệ thống thông tin, mạng dự phòng. Do vậy, đã có một lần xảy ra
sự cố máy tính hoặc hư hỏng mạng cáp quang do chuột cắm làm tê liệt điều
khiển toàn trạm trong nhiều ngày thậm chí nhiều tuần.
+ Do đòi hỏi phải hiện đại hóa theo một chức năng nào đó, chẳng hạn giám sát
trạng thái máy cắt, hệ thống đo xa…. Nên những năm 95,96 chúng ta đã đầu tư
những hệ thống thông tin riêng lẻ, chỉ phục vụ đơn mục đích đặt ra. Sau một
thời gian ngắn vài năm, khi xuất hiện nhưng hệ thống thông tin mở có thể phát
triển khai thác đa ứng dụng theo hướng của người sử dụng, thì các hệ thống đã
lắp đặt trên chỉ là một chức năng nhỏ trong hệ thống mới, tồn tại của hệ thống
này chỉ làm phức tạp hệ thống và cồng kềnh trong công tác quản lý. Kết quả là
đã gây ra một lãng phí lớn trong đầu tư.
Trong hoàn cảnh kinh tế Việt Nam của thời kỳ đầu phát triển, chúng ta phải Tiết
kiệm và sử dụng hệu quả cao nhất nguồn vốn đầu tư. Như vậy, để xây dựng hệ
thống điều khiển và bảo vệ dựa trên hệ thống thông tin điện lực hay thực thi xu
hướng máy tính hóa trong điều khiển trạm điện, cần phải lưu ý một số vấn đề
sau:
- Phải co so sánh, đánh giá đúng những chỉ tiêu kỹ thuât: Độ tin cậy,
tính duy trì, ổn định hệ thống, chất lượng điện năng, thiệt hại khi có sự cố, tính
kinh tế…. khi lựa chọn xây dựng một hệ thống điều khiển với quy mô nào đó
8
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
trên cơ sở thông tin, hoặc mô hình điều khiển khác được tư vấn nhằm chọn ra
mô hình điều khiển phù hợp. Cũng cần phải lưu ý rằng có những công trình có
quy mô và vị trí địa lý nào đó không nhất thiết phải xây dựng dựa trên hệ thống
thông tin mạnh. Không thể trang bị hệ thống thông tin như một thứ “ Thời
Trang”.
- Phải có kiến thức nắm bắt và dự đoán đúng những phát triển trong
tương lai. Ví dụ có dự đoán đúng đắn, xu thế phát triển khoa học công nghệ
trong vòng 5,10 thậm chí 20 năm tiếp theo, theo đó là những cấu trúc, mô hình

điều khiển. Tránh tình trạng thiết kế mang tính tình thế và công trình có tuổi đời
sử dụng ngắn.
2.1.3 Giới thiệu một số hệ thống điều khiển SCADA, EMS hiện hữu
1.Hệ thống điều khiển trạm: LSA-SIEMENS
Trạm 220kV Nam Định, Tràng Bạch, Vật Cách, Việt Trì…: Lắp đặt những năm
98-99. Hiện hệ thống điều khiển này vẫn là những sản phẩm tiên tiến nhất của
hãng Siemens.
2.Hệ thống SCADA, EMS A0: Ranger ( Bailey-ABB)
Hệ thống được lắp đặt vào cuối năm 99, là hệ thống hiện đại nhất của nhà sản
xuất Bailey-USA thuộc tập đoàn hàng đầu ABB. Hiện hệ thống này đang được
khai thác, lấy nguồn dữ liệu từ các hệ thống SCADA trung tâm thuộc điều độ 3
miền Bắc, Trung, Nam. Trên hệ thống này, SCADA đã được khai thác hiệu quả,
EMS chưa được khai thác hết tính năng vì phụ thuộc vào kết cấu hệ thống thiết
bị: Máy phát, máy cắt, thông số lưới điện…. chưa đáp ứng hoàn toàn theo chức
năng này.
3.Thiết kế các hệ thống điều khiển
Quá trình cải tiến không ngừng của công nghệ sản xuất và cấu trúc sản phẩm,
đặc biệt liên tục ra đời các thế hệ rơ le số, thiết bị điều khiển tự động phần mềm
ứng dụng, và công nghệ thông tin phát triển với tốc độ nhanh, luôn đặt cho
9
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
người thết kế và sử dụng cần có kiến thức và dự đoán chính xác mức độ phát
triển trong tương lai.
Các yêu cầu được coi là nguyên tắc bất biến của thiết bị và hệ thống điều khiển
trong HTĐ:
- Tính tin cậy
- Tính chọn lọc
- Tính kinh tế
- Tính tác động nhanh

- Độ nhậy
Quan điểm xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển và bảo vệ HTĐ dựa trên hệ
thống thông tin ( Máy tính hóa theo hướng quản lý và điều khiển phân tán),
hướng tới các mục tiêu sau:
- Cải thiện chức năng điều khiển tự động: Được hiểu như tăng khả năng
an toàn trong thao tác vận hành, giảm thiểu các thời gian khắc phục sự cố và phục
hồi như xây dựng một trình tự thao tác hợp lý, hướng dẫn chuyên gia và giám sát cho
nhân viên vận hành phản ứng đúng và an toàn trong các chế độ này.
- Cải thiện tính năng trong quản lý, giám sát: Mở rộng phạm vi quản lý,
giám sát.
+ Đưa sự giám sát theo dõi từ nhiều cấp xuống các thiết bị, đến từng máy biến
áp, lộ phụ tải trung áp
+ Khả năng giám sát tại chỗ hoặc từ xa.(Từ xa được hiểu như từ các cấp điều độ
cao hơn). Tự động trong theo dõi, giám sát lập kế hoạch sửa chữa bảo dưỡng
định kỳ.
+ Nhiều đối tượng có thể khai thác nguồn dũ liệu để phục vụ cho nhiều mục
đích khác nhau thông qua việc mở rộng thông tin, ứng dụng các thông tin văn
phòng. Ví dụ: Đối tượng ở chế độ Online trên mạng Internet, và các trang
Web….
10
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
+ Một mục tiêu rất quan trọng nữa là tính kinh tế thể hiện trong việc giảm giá
thành tổng thể cho một HT được hiểu bao gồm cả giá thành thi công lắp đặt,
chuyển giao hướng dẫn sử dụng và bảo dưỡng thay thế định kỳ. Ví dụ: Khả năng
linh động lắp đặt có thể hiểu như việc lắp đặt các modul hay các trạm di động,
nối ghép và thí nghiệm đưa vào làm việc hệ thống điều khiển và bảo vệ (qua các
chỉ tiêu thời gian lắp đặt tính bằng ngày, bằng giờ), sẵn có các thiết bị thay thế
dự phòng tương thích…… Đặc biệt việc tiến hành thí nghiệm và cài đặt thông
số bảo vệ trước khi đưa vào làm việc có thể thực hiện từ xa qua hệ thống thông

tin phổ thông.
Mô hình hệ thống thiết bị trạm đảm bảo những yêu cầu sau:
- Mô hình thiết kế điều khiển trạm phải cơ động gọn nhẹ trong cấu trúc,
thể hiện trong:
+ Kích thước của HTĐK trạm nhỏ gọn về không gian, dễ sửa chữa, giảm thiểu
việc đấu dây, cấu hình gọn nhẹ, mạch lạc, thuận tiện cho việc giám sát bảo
dưỡng định kỳ.
+ Quá trình từ thiết kế, lựa chọn thiết bị, lắp đặt nhanh chóng.
11
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Hình 2.1: Mô hình hệ thống điều khiển trạm nhỏ bằng máy tính
+ Thuận lợi cho việc mở rộng trong tương lai, tăng thích nghi ghép nối với hệ
thống cũ và mới.
- Máy tính hóa trong điều khiển trạm nhỏ
Tại các trạm nhỏ, cho phép tính trì hoãn điều khiển từ xa và thời gian phục hồi
sự cố do mất điều khiển không đòi hỏi cao như các trạm phân phối lớn (220kV),
12
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
chỉ thiết lập khả năng điều khiển sẽ tập trung trên một màn điều khiển hiển thị
của máy tính trung tâm. Do vậy không yêu cầu lắp đặt các panel điều khiển song
song dùng khóa chế độ nóng, cắt truyền thống trong phòng điều khiển(Indoor
Panel).
Có thể sử dụng các bộ nhớ của máy tính thương mại (PC), hoặc công nghiệp
(IPC) lập thành cơ sở dũ liệu ở mức trạm… với giá thành rẻ, dễ thay thế.
Mỗi thiết bị thành phần đều có khả năng giao tiếp máy tính ( xách tay) qua phần
mềm riêng.
- Đặc biệt, mục tiêu chung của hướng thiết kế là: Mở rộng và tăng khả
năng thông tin xuống cấp độ trạm, lộ phụ tải. Tăng tính liên kết của điều khiển

trạm trong hệ thống điện lớn.
Tính khả thi của thiết kế trên là hoàn toàn thực tế và sẽ phổ biến trong một
tương lai gần. Chính vì nó dựa trên các cơ sở hiện thực: Môi trường và hạ tầng
của công nghệ thông tin nói chung và thông tin điện lực nói riêng, mà thiết bị
điều khiển tự động công nghiệp, công nghệ máy tính hiện đại phát triển nhanh
chóng.
- Thành phần thiết bị
+ PC(IPC): Sử dụng các PC để bàn thông dụng(có thể sử dụng PC công nghiệp
nếu có yêu cầu cao hơn)
+ PLC: Sử dụng PLC của các hãng quen dùng: SIMACTIC-S7 (Siemens), GE-
Fanuc (General Electric-USA)… , cũng các modul thông tin nếu có yêu cầu
một hệ điều khiển từ xa qua thông tin tốc độ cao.
+ Bộ xử lý tín hiệu Analog chung và Rơ le số đa chức năng (nhiều Modul chức
năng), rơle số (với chức năng bảo vệ lộ đường dây trung áp) của tủ hợp bộ
đường dây phụ tải.
13
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
+ Mạng LAN hỗ trợ TCP/IP cho mạng nội bộ tốc độ cao (10MBs), cáp nối EIA-
232, 485, cáp quang: các mạng thông tin công nghiệp phổ thông, các giao thức
chuẩn phổ biến như đã giới thiệu ở trên.
+ Hệ thống nguồn tự dùng AC(UPS), DC.
Hình 2.2: Mô hình tủ điều khiển và đấu nối trong phòng điều khiển trạm nhỏ
+ Hệ thống các thiết bị thứ cấp có điều khiển: Biển đổi (CT,VT…), chấp hành
(Rơ le đầu ra, máy cắt, dao cách ly, quạt mát MBA, OLTC, thiết bị biến đổi
nhiệt độ, độ ẩm, áp suất … , tủ hợp bộ trung áp phân phối…. cùng với khóa
điều khiển bằng tay tại chỗ), hệ thống đo lường từ xa với độ chính xác cao, bảo
toàn và bảo mật trong kênh thông tin riêng.
- Mô tả vai trò của mỗi thiết bị trong sơ đồ trên:
DAUs: Data Acquistion Units

14
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Tạo một nguồn cung cấp thông số tương tự liên tục cho nhiều chức năng đến
nhiều modul rơ le bảo vệ, cung cấp cho thông tin đo lường trên màn hình hoặc
từ xa. Làm việc với các đầu vào là Digital Input và Analog Input. Thiết bị này
bao luôn cả chức năng cuẩ hệ Transmitter số.
Được hỗ trợ phần cứng: Có các CPU thực hiện nhiều xử lý và truyền dữ liệu tốc
độ cao.
Modul Rơle số
Thực hiện các chức năng bảo vệ truyền thống, thực hiện cài đặt qua máy tính
trung tâm, lưu lại dữ liệu sự cố và quá trình truyền cho máy tính, liên lạc trực
tiếp với DAU nhận các thông tin giá trị tức thời để xử lý nhanh theo chức năng
bảo vệ …
Hợp bộ rơ le số có Main CPU quản lý trao đổi giá trị tức thời với DAU, quản lý
cấu hình, và thực hiện giao tiếp với thiết bị ngoại vi khác như PC, máy in, lập
trình cầm tay… , đồng thời có màn hình và phím chức năng để có thể thực hiện
cài đặt bằng tay và theo dõi hoạt động của rơ le. Trên mỗi modul làm việc theo
chức năng bảo vệ riêng có hệ thống đèn LED tùy đặt để hiển thị tình trạng và tác
động theo chức năng trên. Ngoài ra còn có các modul I/O: Digital Input, Relay
Output hỗ trợ một số chức năng logic của rơ le và cách ly với thiết bị khác về
phương tiện điện áp làm việc.
Một số Rơ le thế hệ mới như (RET 512 V2xx-ABB) là ghép nối của DAU +
Modul bảo vệ + Modul thông tin (cáp quang + RS232, 485).
Hệ thống rơ le số lộ phân phối trung áp cũng được thiết kế cho chức năng điều
khiển đóng cắt như (7SJ531-Siemens), thích hợp cho kết nối sơ đồ BUS
(RS485) thuận tiện trong việc mở rộng thêm lộ đường dây và chỉ yêu cầu truyền
thông số ở tốc độ thấp hơn.
PLC
15

Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Các PLC với khả năng trung bình có thể đảm nhận chức năng thực hiện giám sát
điều khiển liên động, logic trong toàn trạm, nhận và thực hiện các lệnh điều
khiển từ xa qua đường thông tin hoặc từ màn hình máy tính đi đóng cắt hoặc
khởi động các thiết bị sơ cấp. Ngoài ra PLC nhận tín hiệu Digital Input từ trạng
thái của thiết bị và Analog Input, xử lý ở các cấp thấp hơn như nhiệt độ: dầu,
môi trường, áp suất……
Ngoài ra có thể chọn PLC – Master, với CPU có khả năng và tốc độ xử lý nhanh
hơn, cùng các modul thông tin, và bộ nhớ phục vụ cho mục đích thông tin tốc độ
cao trong điều khiển và truyền giá trị đo lường tức thời. Khi đó vai trò của nó
như là một RTU, bộ xử lý trung tâm và điều khiển ở mức trạm.
PC(IPC)
Có thể sử dụng các máy tính văn phòng để điều khiển trạm. Trên PC đơn bộ xử
lý, thực hiện đa chương trình bằng cách phân chia thời gian thực hiện giữa các
luồng hoạt động. Có những lớp chương trình phục vụ nhiều mục đích, chạy trên
hệ điều hành đa nhiệm như Microsoft Window NT/ 95/ Unix….Màn hình hiển
thị điều khiển dưới dạng cửa sổ có các Menu tổ chức ở dạng Pull-down Menu.
Hệ thống phần mềm phục vụ các đối tượng sau:
- Đối tượng DAU: Thu thập thông tin giá trị đo lường từ DAU.
- Đối tượng thu thập dữ liệu
- Đối tượng lập báo cáo hiển thị(Hiển thị và in ấn các báo cáo)
- Đối tượng truyền tin lên điều độ cấp trên theo kênh thông tin (Modem)
- Đối tượng quản lý các cơ sở số liệu quá trình vận hành, sự kiện, sự cố…
- Đối tượng lập các trang hiển thị và điều khiển giám sát( bao gồm các
trang Busbar, Trend, Loging….)
- Đối tượng lập báo cáo, kế hoạch bảo trì … tự động
- Ngoài ra còn một số chương trình phát triển ứng dụng khác.
Hệ thống thiết bị mạng thông tin LAN,WAN
16

Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Nguồn tự dùng DC, AC(UPS) cho hệ thống máy tính và tự dùng trạm.
Các thiết bị thi hành thứ cấp: Mỗi thiết bị có thể đóng cắt qua Relay Output
nhận lệnh từ PLC và rơ le bảo vệ. Ngoài ra theo cấu tạo, mỗi thiết bị đều có thể
thực hiện thao tác ngay tại chỗ trên thiết bị phục vụ cho đóng cắt thử nghiệm và
khẩn cấp.
Các thiết bị tùy chọn khác như: Máy tính xách tay, Modem, hệ thống đồng bộ
thời gian thực GPS cùng cổng đồng bộ thời gian IRGIB – Time, hệ thống đèn và
nút điều khiển giống với panel môi trường điều khiển truyền thông( thiết bị này
nối với Digital I/Os của PLC nếu yêu cầu )
Hệ thống công tơ đo lường có kênh thông tin riêng( hoặc thông qua PLC nhằm
có tính bảo toàn, liên tục và tin cậy trong đo đếm kinh doanh)
- Đặc điểm nổi bật của thiết kế
+ Giảm số thiết bị: Giảm modul Analog khi nhiều chức năng cùng khai thác
BUS số liệu (tức thời) làm số mạch CT, VT… giảm.
+ Đảm bảo tính tác động nhanh khi có sự cố, những chức năng này do Modules
rơ le bảo vệ thực hiện.
+ Thực hiện các sơ đồ logic tự động điều khiển đóng cắt bằng tay và từ xa thông
qua PLC, những chức năng này với một trạm điện nhỏ không đòi hỏi tính tức
thời cao như điều khiển từ xa của các trạm điện và nhà máy điện lớn trong ứng
dụng đóng cắt phục hồi hệ thống sau sự cố và điều chỉnh công suất tổ máy phát
(EMS)…
+ Mức độ quan trọng (vai trò phân phối của trạm nhỏ trong sơ đồ HTĐ lớn), tính
kinh tế và độ tin cậy yêu cầu nằm trong phạm vi chấp nhận được. Vì vậy không
cần thiết phải có những hệ thống điều khiển dự phòng (tự động chuyển song
song khi một hệ có sự cố với trường hợp hư hỏng bộ điều khiển PC, PLC, hoặc
hỏng mạng thông tin), vì nó không ảnh hưởng đến tính tác động nhanh của bảo
vệ.
17

Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
+ Thể hiện đầy đủ chức năng của một hệ điều khiển và quản lý phân tán, điểm
nút chuyên gia trong hệ thống lớn.
+ Đảm bảo được tính kinh tế trong: Giá thành lắp đặt, giảm thiểu được khối
lượng đấu dây, kích thước và thời gian thi công của công trình. Giảm tiêu thụ
điện năng tự dùng, không gian lắp đặt. Thuận tiện trong quản lý giám sát và vận
hành.
Đầy đủ các thiết bị dự phòng, thay thế và khả năng mở rộng trong tương lai.
+ So với một số mô hình thiết kế SCADA trạm nhỏ khác, mục đích chủ yếu chỉ
tạo và khai thác cơ sở dữ liệu để xây dựng một dạng hoạt động của HT SCADA
trạm, thực hiện trên cơ sở các Transmitters số thông minh kết hợp với máy tính,
Trong thiết kế này với sự có mặt của PLC sẽ hỗ trợ tối đa thực thi điều khiển
logic trạm tại chỗ và từ xa theo mạng thông tin tốc độ cao, nâng cao hoạt động,
tăng tính liên kết của trạm trong sơ đồ điều khiển một hệ thống điện lớn.
18
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Hình 2.3: Hệ thống điều khiển LSA- Siemens Trạm 220kV- Nam Định
1. Tổng quát
Hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm 220kV Nam Định được gọi là
SINAUTLSA, với hệ thống này ta có thể thực hiện được tất cả các chức năng
của 1 trạm phân phối điện năng như:
- Điều khiển từ xa – Telecontrol
- Điều khiển tại trạm
- Điều khiển tự động
- Giám sát các thiết bị tại trạm
- Đo lường các thông số
- Bảo vệ các thiết bị
19

Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Như vậy tất cả các chức năng của một trạm thông thường đã được tích hợp vào
trong một hệ thống duy nhất, điều này khiến cho công tác quản lý cũng như vận
hành trạm trở nên dễ dàng hơn, nhanh chóng hơn và chính xác hơn.
2. Cấu hình của hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm:
Để có thể tích hợp các chức năng vào một hệ thống duy nhất ta cần phải có
những cấu hình phù hợp cho từng trường hợp cụ thể, những thiết bị phần cứng
( Hardware) và các phần mềm tương ứng. Ta xét một sơ đồ khối của hệ thống
điều khiển trạm như sau:
Hình 2.4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển trạm
Các thiết bị phần cứng:
Trong hệ thống điều khiển trạm ta có những thành phần chính như sau:
- Master Unit: Là trung tâm xử lý tất cả các tín hiệu số, tín hiệu tương tự
20
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
- I/O Unit: Là thiết bị thu nhận và chuyển tất cả các tín hiệu giữa Master
Unit và các thiết bị chấp hành.
- Các rơ le bảo vệ số: Làm nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị trong trạm phân
phối đồng thời cũng truyền tín hiệu về cho các I/O Unit, thực hiện các
lệnh điều khiển.
- Các thiết bị chấp hành như: Máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, vv…
- Các thiết bị ngoại vi: Máy tính, máy in được kết nối với Master Unit. Đây
là các thiết bị để cho người vận hành giao diện với hệ thống Sinaut LSA
qua đó đưa ra các mệnh lệnh điều khiển thích hợp.
Các phần mềm:
LSACONTROL: Làm nhiệm vụ thực hiện các mệnh lệnh điều khiển của người
vận hành cũng như thực hiện các lệnh điều khiển tự động đã được lập trình trước
và giám sát tình trạng các thiết bị trong hệ thống.

LSATOOLS: Làm nhiệm vụ thiết lập các thông số của hệ thống
LSADIAG: Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống
LSATEST: Làm nhiệm vụ kiểm tra phần thông tin giữa các thiết bị trong hệ
thống và giữa hệ thống trạm với trung tâm điều độ ( Telecontrol)
LSAPROCESS: Làm nhiệm vụ phân tích hoạt động trong hệ thống
Nguyên tắc làm việc và cấu tạo của các phần tử chính
a. Master Unit
Nguyên tắc làm việc:
Là trung tâm điều khiển và xử lý tín hiệu được sử dụng trong các trạm điện để
thực hiện nhiệm vụ quản lý trạm theo những chức năng như:
- Giám sát điều khiển
- Truy nhập vào các phần tử trong trạm
- Làm một thiết bị đầu cuối cho Telecontrol System
- Điều khiển các thiết bị tuần tự theo các chức năng logic
21
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
- Thực hiện các sơ đồ khóa liên động
- Lưu trữ các dữ liệu của hệ thống
- Chỉ thị trạng thái của các thiết bị trong hệ thống
Các thiết bị khác cần để thực hiện những nhiệm vụ khác nhau trong hệ thống
( như các I/O Unit, rơ le số…) được nối với Master Unit theo sơ đồ hình tia.
Toàn bộ các số liệu, tín hiệu trao đổi giữa Master Unit và các thiết bị này được
thực hiện qua các cáp quang ( Fiber Optical Cable).
Hình 2.5: Khối Master Unit
Cấu tạo
Master Unit được cấu thành từ các Moduls gắn trên bus như:
Modul xử lý: Chứa CPU và bộ nhớ
- Kiểm soát bus truyền dữ liệu
- Tự động khởi động toàn bộ hệ thống

- Nạp các thông số chứa trong EPROM cho các modul khác và các I/O Unit
cũng như các rơ le số
- Phối hợp và giám sát tất cả các chức năng trong Master Unit
22
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
- Kiểm soát các thông số về ngày, tháng, thời gian trong toàn bộ hệ thống.
Modul giao tiếp SK-A
Modul này được dùng để giao tiếp với các I/O Unit khác trong hệ thống. Một
modul có thể kết nối tới 64 Unit
Modul giao tiếp SK-G
Modul dùng để nối với máy tính và máy in, ta có thể nối được 2 máy tính vào
Master Unit thông qua các modul này.
Modul giao tiếp với Telecontrol LK
Dùng cho việc giao tiếp giữa Master Unit với hệ thống Telecontrol, modul này
có bộ xử lý độc lập để thực hiện những nghi thức truyền khác nhau.
Modul chứa các đĩa mềm FL
Các thống số trong hệ thống được lưu lại trên các đĩa mềm và thông qua một
modem và phần mềm LSAMAAS ta có thể tiến hành phân tích các thông tin lưu
trên đĩa.
Modul nguồn
Modul cung cấp các nguồn nuôi cho toàn bộ Master Unit
b. I/O Unit
Nguyên tắc làm việc
Các I/O Unit là các thiết bị trung gian giữa Master Unit và các phần chấp hành
trong hệ thống. Thông thường mỗi một đối tượng cần được bảo vệ và điều khiển
sẽ có một hoặc một số I/O Unit đi kèm theo ví dụ như là một ngăn lộ đường dây,
Máy biến áp trong trạm và do đó các I/O Unit được gắn ngay cạnh các rơ le bảo
vệ.
Các I/O Unit làm nhiệm vụ thu nhận xử lý các tín hiệu số, tương tự gửi các lệnh

điều khiển.
Để thực hiện được nhiệm vụ này một mặt I/O Unit được kết nối với Master Unit
qua cáp quang mặt khác nó được nối với các CT, VT, tranducer, Rơ le
23
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
Các tín hiệu mà I/O Unit thu thập được sẽ được gửi đến Master Unit để xử lý
sau đó Master Unit sẽ gửi lại lệnh điều khiển tới I/O Unit rồi tới các đối tượng
điều khiển tương ứng.
Hình 2.6: Khối I/O Unit
I/O Unit có các thành phần chính như sau:
- Các đầu vào số: Dùng để nhận các tín hiệu số như là các tiếp điểm chỉ
trạng thái của máy cắt, dao cách ly, vị trí nấc của máy biến áp vv…
- Các đầu ra số: Dùng để truyền lệnh tới các máy cắt, dao cách ly, máy
biến áp vv…. Tương ứng.
- Các đầu vào tương tự: Dùng để nhận tín hiệu tương tự từ CT,VT,
tranducer…. Sử dụng cho mục đích đo lường.
- Các cổng giao diện bằng cáp quang: Để nối với Master Unit và các rơ
le số.
- Ngoài ra I/O Unit cũng có màn hình để thể hiện các thông số đo được
và HT đèn LED chỉ trạng thái tín hiệu số tương ứng với vị trí đóng hay mở của
các thiết bị.
24
Khương Văn Hải
CH-HTĐ 2006-2008
2.1.4 Giới thiệu hệ thống điều khiển của trung tâm điều độ hệ thống điện
quốc gia
Thiết bị phần cứng:
- Server ứng dụng RANGER-RAS
- Server thu thập dữ liệu RANGER-RDAS

- Server thông tin máy tính RANGER-ICCP
- Server dũ liệu quá trình
- Server mô phỏng thực thi DTS ( Dispatcher’s Training Simulator )
RANGER-DTS
- Server màn hình người/ máy – MMC
- Màn hình làm việc – WC
- Màn hình cho mô phỏng hệ thống DTS
- Màn hình phục vụ nhiệm vụ bảo dưỡng, phát triển ứng dụng.
- Màn hình phục vụ tác vụ văn phòng, quản lý mạng WAN
- Hệ thống mạng LAN hỗ trợ bởi giao thức TCP/IP
- Các cổng WAN phục vụ phát triển mở rộng trong tương lai.
Hệ thống này được xây dựng trên cấu trúc có hệ thống có dự phòng song
song( Primary và backup) đảm bảo độ tin cậy và an toàn cao.
Mô tả chức năng các thiết bị:
Server ứng dụng RANGER-RAS
Là trái tim của hệ thống RANGER
- Trạm duy trì CSDL: Đảm bảo đồng bộ dữ liệu đến hệ thống
- Hỗ trợ các hình thức SCADA và chức năng ứng dụng phát triển trong
HTĐ
- Quản lý, điều khiển cấu hình và khởi động lại hệ thống
- Hỗ trợ các chức năng quản lý cấu hình với 2 hệ thống: Hệ thống chính và
hệ thống dự phòng với chế độ làm việc “Miroring” – dự phòng song song.
25