Nghiên cứu thiết kế hệ thống scada cho TBA 110kv Hà nội

MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU

3

1. Lý do chọn đề tài

3

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

4

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4

4. Phương pháp nghiên cứu

4

5. Bố cục của luận văn

5

Chương 1: Hệ thống SCADA và các ứng dụng trong hệ thống điện

6

1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA

6

1.2. Cấu trúc chung của hệ thống SCADA

7

1.3. Các chức năng của hệ thống SCADA ứng dụng trong hệ thống điện

14

1.4. Kết luận

20

Chương 2: Mô hình hệ thống SCADA điều khiển giám sát các TBA
110kV

21

2.1. Tổng quan về thiết bị, tự động hóa và điều khiển trong lưới điện 110kV21
2.1.1. Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp 110kV

21

2.1.2. Tìm hiểu trang thiết bị bảo vệ TBA 110kV

23

2.1.3. Tìm hiểu về trang thiết bị đo lường

25

2.1.4. Tìm hiểu về thiết bị đầu cuối tại trạm

25

2.1.5. Tìm hiểu về phân cấp điều khiển trong hệ thống điện

27

2.1.6. Tìm hiểu về phân cấp điều khiển tại các trạm 110kV

29

1


2.2. Mô hình tổng thể hệ thống mini SCADA điều khiển giám sát các TBA
110kV TP Hà Nội

31

2.3. Mô hình hệ thống điều khiển giám sát tại 1 TBA 110kV điển hình

33

2.3.1 Mô hình tổng quan hệ thống điều khiển giám sát

33

2.3.2. Trao đổi thông tin giữa các thiết bị trong hệ thống tích hợp

35

2.3.3. Yêu cầu kỹ thuật chính của hệ thống tích hợp điều khiển trạm

40

2.3.4. Yêu cầu của hệ thống máy tính sử dụng tại trạm

41

Chương 3: Thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV- 40MVA

47

3.1. Tổng quan về TBA 110kV-40MVA

47

3.1.1. Sơ đồ nhất thứ TBA 110kV-40MVA

47

3.1.2. Hiện trạng hệ thống đo lường, bảo vệ cho TBA 110kV -40MVA 53

3.2. Các yêu cầu của hệ thống SCADA TBA 110kV- 40MVA

58

3.2.1 Yêu cầu chung về hệ thống điều khiển

58

3.2.2 Yêu cầu về các tín hiệu SCADA

58

3.2.3 Yêu cầu về các mức điều khiển trạm

59

3.3. Thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV-40MVA
3.3.1 Xây dựng kiến trúc hệ thống điều khiển SCADA

61
61

3.3.2. Phần thiết bị hệ thống điều khiển máy tính trạm 110kV- 40MVA 77
3.3.3 Hệ thống phần mềm và giao diện điều khiển

81

3.4 Kết luận

95

Chương 4: Đánh giá, kiến nghị, kết luận

47

4.1. Những hiệu quả mang lại từ hệ thống SCADA

96

4.2. Những khó khăn khi trển khai hệ thống SCADA

97

4.3. Kiến nghị

98

4.4. Kết luận

98

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

2


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Lưới điện 110kV TP Hà Nội do Công ty lưới điện cao thế TP Hà Nội trực
thuộc Tổng Công ty Điện lực TP Hà Nội quản lý. Đến nay Công ty đang quản
lý vận hành 28 trạm biến áp110kV với tổng công suất gần 3.000 MVA và hơn
600 km đường dây 110 kV.
Đối với các nhà máy và trạm biến áp của hệ thống điện quốc gia, hệ thống
điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA được ứng dụng từ đầu những
năm 2000 tại các trạm biến áp 220kV, 500kV và các nhà máy điện công suất
lớn, hiện nay đang từng bước thực hiện trên lưới điện 110kV. Ngày nay đa số
các TBA có cấp điện áp 110kV, 220kV và 500kV đều được đầu tư đồng bộ hệ
thống SCADA. Các trạm biến áp 500kV, 220kV mới và một số TBA 110kV
được đầu tư hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính để phục vụ việc giám
sát và điều hành lưới điện từ các Trung tâm điều độ Miền và Trung tâm điều
độ Quốc Gia.
Với mục tiêu triển khai lưới điện thông minh giai đoạn 2012-2016 và đẩy
nhanh tiến độ thực hiện nhiệm vụ phát triển lưới điện thông minh theo Quyết
định 1670/2012/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, Tổng Công ty Điện lực
TP Hà Nội đang triển khai dự án xây dựng hệ thống SCADA tại các TBA
110kV để phục vụ quản lý vận hành toàn bộ đường dây và TBA 110kV nhằm
mục đích cấp điện an toàn, ổn định và kinh tế, tiến tới mô hình điều khiển
giám sát các TBA 110kV từ xa và các TBA 110kV không người trực. Hệ
thống SCADA sẽ làm nhiệm vụ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu toàn
bộ các trạm 110kV trên địa bàn quản lý.
TBA 110kV-40MVA Trôi được Công ty Lưới điện cao thế TP Hà Nội
đầu tư xây dựng mới và đưa vào vận hành trong quý IV/2012 với mục đích
chống quá tải cho lưới điện trung thế thuộc hai huyện Hoài Đức và Đan
3


Phượng TP Hà Nội, tuy nhiên TBA hiện vẫn chưa được trang bị hệ thống điều
khiển giám sát bằng máy tính để kết nối với hệ thống mini SCADA của Trung

tâm Điều độ HTĐ TP Hà Nội và Trung tâm điều độ HTĐ Miền Bắc.
Xuất phát từ thực tiễn nêu trên và sự gợi ý của thầy giáo TS.Võ Huy
Hoàn, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV- 40MVA
Trôi là lý do chọn đề tài của bài luận văn này.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu cơ bản của luận văn này là nghiên cứu thiết kế hệ thống điều
khiển giám sát bằng máy tính SCADA tại TBA 110kV - 40MVA Trôi.
Qua luận văn này, người viết cũng hy vọng sẽ tìm hiểu và nắm bắt được
một lĩnh vực công nghệ tiên tiến được ứng dụng trong hệ thống điện, các tiêu
chuẩn quy định, tiêu chuẩn mới được yêu cầu với các thiết bị trong trạm biến
áp của EVN và với kết quả từ việc xây dựng hệ thống SCADA sẽ có thêm
những kiến thức mới, đề ra các giải pháp cải tạo hệ thống tự động điều khiển,
giám sát và thu thập dữ liệu cho các trạm 110kV hiện nay.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Mô hình hệ thống SCADA điều khiển giám sát các TBA 110kV
- Sơ đồ nguyên lý và các thiết bị tại TBA 110kV-40MVA Trôi
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát bằng máy tính cho
TBA 110kV-40MVA Trôi
4. Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu hệ thống SCADA và các ứng dụng trong hệ thống điện
- Tìm hiểu về mô hình hệ thống SCADA áp dụng cho các TBA 110kV
- Tìm hiểu thực trạng thiết bị, hệ thống bảo vệ và điều khiển tại TBA
110kV-40MVA Trôi.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV-40MVA Trôi.

4

5. Bố cục của luận văn

Để thực hiện mục đích nghiên cứu như đã trình bày ở trên, bản luận văn
này được trình bày trong 4 chương chính và một phần phụ lục. Nội dung cụ
thể của mỗi phần này là:
Chương 1: “Hệ thống SCADA và các ứng dụng trong Hệ thống điện”
trình bày về cấu trúc chung của hệ thống SCADA và các ứng dụng trong Hệ
thống điện.
Chương 2: “Mô hình hệ thống SCADA áp dụng cho các trạm 110kV”.
Toàn bộ chương này trình bày mô hình SCADA cho các trạm 110kV và giải
pháp xây dựng hệ thống SCADA cho các TBA 110kV hiện nay.
Chương 3: “Thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV-40MVA”. Toàn
bộ chương này trình bày thiết kế hệ thống SCADA cho TBA 110kV-40MVA
Trôi.
Chương 4: “Đánh giá, kiến nghị, kết luận” – trong chương này phân tích
những lợi ích mang lại khi triển khai hệ thống SCADA tại trạm biến áp
110kV-40MVA Trôi, những khó khăn khi triển khai và kiến nghị thực hiện.
Phần tài liệu tham khảo
Phần phụ lục

5


CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG SCADA VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu
(Supervisory Control And Data Acquisition-SCADA). Hệ thống SCADA tích

hợp các hệ thống thu thập dữ liệu với các hệ thống truyền dữ liệu và các phần
mềm giao tiếp người máy HMI để tạo ra một hệ thống điều khiển và giám sát
cho các đầu vào và ra của quá trình. Hệ thống SCADA được thiết kế để thu
thập các thông tin tại hiện trường, truyền dữ liệu tới một máy tính trung tâm
và hiển thị các thông tin đó bằng hình ảnh hoặc văn bản, do đó cho phép
người vận hành giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống tại một vị trí trong
cùng một thời điểm.
Hệ thống SCADA được hình thành và phát triển cùng với sự phát triển
chung của các ngành công nghiệp khác như công nghiệp vi xử lý, viễn thông,
tin học ... Từ những năm đầu thập niên 70 nền công nghiệp các nước phát
triển đi vào xu hướng tự động hóa. Việc sản xuất thủ công được thay thế dần
ở các xí nghiệp công nghiệp. Bên cạnh đó ngành công nghệ thông tin, đặc
biệt sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực tin học - công nghệ phần mềm, các hệ
thống tự động hóa điều khiển bằng chương trình cũng ra đời. Với đặc điểm là
một công cụ tự động hóa nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ
việc quản lý điều khiển trong sản xuất công nghiệp, đến quản lý truyền tải và
phân phối điện năng trong hệ thống điện rộng lớn.
Đối với các nhà máy và trạm biến áp của hệ thống điện, hệ thống SCADA
được ứng dụng và triển khai từ đầu những năm 2000 tại các trạm biến áp
220kV, 500kV và các nhà máy điện công suất lớn.
Để đáp ứng với khả năng phát triển chung của nền kinh tế, hệ thống điện
đóng vai trò chủ đạo không những thúc đẩy nền kinh tế mà còn đảm bảo an
6


ninh, chính trị, quốc phòng. Vì vậy việc sử dụng SCADA trong hệ thống điện
Việt Nam để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục, vận hành, xử lý tình huống
một cách nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu của nền kinh tế phát triển.
1.2. Cấu trúc chung của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA bao gồm cả phần cứng và phần mềm. Phần cứng điển
hình bao gồm một máy chủ trung tâm MTU đặt tại trung tâm điều khiển, các
thiết bị truyền thông (ví dụ như thiết bị phát thanh, đường truyền điện thoại,
cáp, vệ tinh…) , và một hoặc nhiều các thiết bị giao tiếp dữ liệu trường, thông
thường là các RTU hoặc PLC để giao tiếp với các thiết bị cảm biến và các cơ
cấu chấp hành. Máy chủ trung tâm MTU lưu trữ và xử lý thông tin từ các tín
hiệu vào và ra của RTU/PLC trong khi RTU hoặc PLC điều khiển các quá
trình tại hiện trường. Khối truyền thông cho phép truyền thông tin và dữ liệu
qua lại giữa MTU và các RTU hoặc các PLC. Phần mềm được lập trình để
thông báo cho hệ thống giám sát cái gì và khi nào giám sát, dải thông số nào
là chấp nhận được, đáp ứng như thế nào khi các thông số vượt ra ngoài dải
cho phép. Một thiết bị thông minh IED, chẳng hạn như một rơle bảo vệ, nó có
thể truyền thông trực tiếp lên trạm chủ SCADA, hoặc một RTU có thể thông
qua các IED để thu thập dữ liệu và truyền lên trạm chủ SCADA. Các IED
cung cấp giao diện trực tiếp để điều khiển và giám sát thiết bị và các cảm
biến.

7


Hình 1-1. Cấu trúc chung hệ thống SCADA
Hình 1-1 chỉ ra các thành phần và cấu trúc chung của hệ thống SCADA.
Trung tâm điều khiển là nơi đặt máy chủ điều khiển MTU và các khối truyền
thông. Các thiết bị khác trong trung tâm điều khiển bao gồm màn hình giao
diện HMI, các máy tính lập trình EWS, máy tính lưu trữ dữ liệu HIS, tất cả
được kết nối với nhau bằng mạng LAN. Trung tâm điều khiển thu thập và ghi
lại thông tin được thu thập bởi các khu vực hiện trường, hiển thị thông tin trên
màn hình HMI, và có thể tạo ra những hành động dựa trên sự kiện được thu
thập. Trung tâm điều khiển cũng có trách nhiệm báo động, phân tích xu
hướng, và báo cáo. Các thiết bị tại hiện trường (RTU, PLC, IED) sẽ thực hiện

điều khiển tại chỗ các cơ cấu chấp hành và giám sát các cảm biến. Các thiết bị
tại hiện trường (RTU, PLC, IED) thường được trang bị khả năng truy cập từ
xa để cho phép nhân viên vận hành thường xuyên thực hiện chuẩn đoán và
sửa chữa từ xa thông qua kết nối điện thoại hoặc mạng diện rộng WAN. Các
giao thức truyền thông tiêu chuẩn và độc quyền chạy trên truyền thông nối
tiếp được sử dụng để truyền thông tin giữa trung tâm điều khiển và các thiết
bị tại hiện trường sử dụng công nghệ truyền đi xa như đường dây điện thoại,
cáp, sóng vô tuyến, sóng viba và vệ tinh.
8


Hình 1-2. Các cấu trúc truyền thông cơ bản hệ thống SCADA
Cấu trúc truyền thông MTU- RTU/PLC biến đổi khác nhau giữa các sự thi
hành. Hình 1-2 chỉ ra các cấu trúc khác nhau được sử dụng bao gồm cấu trúc
điểm tới điểm (point -to - point), cấu trúc nối tiếp (series), cấu trúc nối tiếp
sao (series- star), cấu trúc đa điểm (multi- drop). Cấu trúc kiểu điểm tới điểm
về mặt chức năng là đơn giản nhất tuy nhiên lại có chi phí tương đối tốn kém
do việc phải sử dụng một kênh truyền cũng như các thiết bị thông tin liên lạc
riêng biệt cho mỗi một đối tượng. Trong cấu trúc kiểu nối tiếp, các RTU/PLC
có thể chia sẻ cùng một kênh liên lạc. Nhưng điều đó sẽ làm ảnh hưởng đến
hiệu quả cũng như tính linh hoạt trong hoạt động của hệ thống SCADA, số
lượng đối tượng và phạm vi hoạt động bị hạn chế. Tương tự như nhau, cấu

9


trúc nối tiếp – sao và cấu trúc đa điểm sử dụng một kênh truyền trên thiết bị,
kết quả là làm giảm sự hiệu quả và tăng sự phức tạp của hệ thống.

Hình 1-3. Cấu trúc truyền thông hệ thống SCADA lớn

Bốn cấu trúc cơ bản thể hiện trong hình 1-2 có thể được mở rộng bằng
cách sử dụng các thiết bị truyền thông chuyên dụng để quản lý trao đổi thông
tin. Các hệ thống SCADA lớn bao gồm hàng trăm RTU/PLC, thường sử dụng
các MTU phụ để giảm tải cho MTU chính. Loại cấu trúc này được chỉ ra
trong hình 1-3.

10


Hình 1-4. Ví dụ về một hệ thống SCADA
Hình 1.4 giới thiệu một ví dụ hệ thống SCADA. Hệ thống SCADA này
bao gồm một trung tâm điều khiển chính và ba khu vực hiện trường. Một
trung tâm điều khiển sao lưu thứ hai cung cấp dự phòng trong trường hợp có
sự cố trung tâm điều khiển chính. Kết nối điểm tới điểm được sử dụng cho tất
cả các trung tâm điều khiển để truyền thông với khu vực hiện trường, với hai
kết nối sử dụng trạm thu phát sóng từ xa. Khu hực hiện trường thứ ba giao
tiếp với trung tâm điều khiển thông qua mạng truyền thông diện rộng WAN.
Một trung tâm điều khiển khu vực đặt trên trung tâm điều khiển chính cho
một mức độ cao hơn của điều khiển giám sát. Mạng công ty có quyền truy
cập vào tất cả các trung tâm điều khiển thông qua mạng WAN, và khu vực
hiện trường có thể được truy cập từ xa cho hoạt động xử lý sự cố và bảo
dưỡng. Trung tâm điều khiển chính thu thập dữ liệu thông qua các thiết bị
11


trường trong khoảng thời gian xác định (ví dụ như 5s, 60s,…) và có thể gửi
các giá trị đặt mới tới thiết bị trường.

Hình 1-5: Một số kênh liên lạc trong hệ thống SCADA
Kênh liên lạc chính là đường dẫn để hai đối tượng có thể trao đổi thông

tin và dữ liệu. Hình 1-5 mô tả một số kênh thông tin liên lạc sử dụng trong hệ
thống SCADA:
- Mạng điện thoại công cộng: Đây là mạng quay số được cung cấp bởi
các công ty điện thoại, có thể dùng truyền tải giọng nói và số liệu.
Kênh liên lạc này được sử dụng khi mà thời gian liên lạc thông tin
12


ngắn, không liên tục, hoặc đây là giải pháp thành lập đường truyền dự
phòng cho hệ thống.
- Kênh truyền chuyên dụng (Leased line): Leased line được cung cấp
bởi các công ty điện thoại. Đây là kênh truyền thuê bao riêng cho
mạng, có thể sử dụng 24/24 giờ trong ngày. Kênh truyền này chỉ có thể
truyền tín hiệu dưới dạng analog. Đường truyền tiêu chuẩn có tốc độ
28800 bps (bit per seconds).
- Sử dụng đường truyền số: Đây là giải pháp nâng cấp của kênh truyền
Leased line nói trên, được cải tiến với kỹ thuật truyền tải tín hiệu số.
Kênh truyền này được lựa chọn khi cần truyền một lượng rất lớn số
liệu. Tốc độ truyền có thể đạt 2,4 kbps; 4,8 kbps; 9,6 kbps; 19,2 kbps;
38,4 kbps và 57,6 kbps.
- Kênh viba (Microwave): Đường truyền này có thể truyền tín hiệu với
khoảng cách rất lớn với điều kiện nơi thu và phát phải không bị
chướng ngại vật cao ngăn cách. Tuy nhiên, kênh truyền này gặp nhiễu
lớn khi có thời tiết xấu (sương mù, mây, mưa...).
- Kênh truyền sóng Radio (VHF/UHF): Đường truyền này không cần
phải có ăngten đặc biệt, tuy nhiên khoảng cách truyền lại bị giới hạn.
- Kênh truyền vệ tinh địa tĩnh: Đường truyền này cho phép trao đổi
thông tin với khoảng cách rất rộng, tuy nhiên giá thành lại đắt.
- Kênh tải ba và cáp quang: Đây là các kênh truyền tín hiệu được dùng
rất phổ biến trong các hệ thống SCADA. Đặc biệt là cáp quang cho

phép truyền với tốc độ cao và độ tin cậy lớn.
Một hệ thống SCADA có thể sử dụng hai (hoặc nhiều hơn nữa) kênh
thông tin liên lạc nhằm mục đích cung cấp khả năng dự phòng trong trường
hợp kênh liên lạc chính bị hỏng. Đối với hệ thống SCADA lớn áp dụng cho
lưới điện 220kV, 500kV sử dụng cả cấu trúc dự phòng (redundant) đối với
13


trung tâm điều khiển. Trong trường hợp trung tâm điều khiển chính gặp hỏng
hóc, trung tâm dự phòng sẽ nắm quyền kiểm soát hệ thống bởi nó vẫn luôn
cập nhật thông tin về các đối tượng song song với trung tâm chính. Khi trung
tâm dự phòng hoạt động ở chế độ “lắng nghe” (listen), nó sẽ tiếp nhận tất cả
các thông tin trao đổi theo cả hai chiều. Nếu không tự động nhận được lượng
thông tin này, nó sẽ phải thực hiện các lệnh quét để cập nhật cơ sở dữ liệu của
các đối tượng trạm (nhà máy điện, trạm biến áp...).
1.3. Các chức năng của hệ thống SCADA ứng dụng trong hệ thống điện

Hệ thống SCADA thực hiện chức năng thu thập dữ liệu từ xa, các số liệu
về sản lượng, các thông số vận hành ở các trạm biến áp thông qua đường
truyền số liệu được truyền về trung tâm, lưu trữ ở hệ thống máy tính chủ và
dùng các cơ sở số liệu đó để cung cấp những dịch vụ về điều khiển giám sát
hệ thống điện. Thông thường một hệ thống SCADA trong hệ thống điện có
các chức năng tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của một dự án và lĩnh vực hoạt
động. Phần sau đây chỉ trình bày những chức năng cơ bản và mang tính phổ
biến được áp dụng đối với hệ thống điện.
 Chức năng thu nhập dữ liệu (Data acquisition)

Hình 1-6: Chức năng thu thập dữ liệu
14

Với SCADA, những thông tin cơ bản của hệ thống tại các khâu sản xuất,
truyền tải và phân phối điện năng được thu nhập tự động bởi các thiết bị đặt
tại hiện trường và các thiết bị điều khiển được đặt tại các trung tâm điều khiển
hoặc dữ liệu cũng có thể là truy nhập thủ công bởi nhân viên vận hành thu
thập qua hệ thống máy fax, điện thoại, cũng có thể là dữ liệu được tính toán.
Dữ liệu thu thập từ các trạm biến áp và các nhà máy điện được chia làm
ba loại chính:
- Dữ liệu trạng thái: trạng thái các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, các
khoá điều khiển từ xa/tại chỗ v.v... Các cảnh báo của các bảo vệ.
- Dữ liệu tương tự: Công suất tác dụng MW, phản kháng MVAr, điện áp,
dòng điện, vị trí nấc biến áp v.v...
- Dữ liệu tích luỹ theo thời gian: Điện năng kWh, kVArh v.v...
Các dữ liệu trạng thái từ các rơle trung gian được đưa vào các đầu vào số
của RTU/PLC, còn các dữ liệu tương tự từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng
điện và điện áp được đưa vào các bộ biến đổi (tranducer), đầu ra của bộ biến
đổi được đưa vào các cổng đầu vào tương tự của RTU/PLC. Tại RTU/PLC
dữ liệu được số hoá và thông qua kênh truyền (giao thức) gửi về hệ thống
máy tính chủ tại các trung tâm điều độ, trung tâm quản lý phục vụ công tác
quản lý, vận hành.
 Chức năng chỉ thị trạng thái (Status indications)

Hình 1-7: Chức năng chỉ thị trạng thái
15


Trạng thái của các thiết bị tại hiện trường, tín hiệu cảnh báo và các loại tín
hiệu khác được gọi là các chỉ thị trạng thái. Các trạng thái của thiết bị có thể
được hiển thị trực quan trên sơ đồ nhất thứ: các thông tin chỉ trạng thái của
các thiết bị chuyển mạch, các cảnh báo nếu có trên các thiết bị, tình trạng làm

việc của thiết bị (mang điện, không mang điện, tiếp đất, quá tải v.v.).
Các tín hiệu chỉ thị trạng thái này được kết nối đến các board kỹ thuật số
đầu vào (digital input) của các RTU. Thông thường có cả loại tín hiệu một bit
(single bit) và tín hiệu 2 bit (double bit)
 Chức năng đo lường

Hình 1-8: Đo lường giá trị tương tự
Các giá trị đo lường của các loại tín hiệu đầu vào khác nhau được thu
nhập bởi các RTU. Thường có hai loại giá trị đo lường chủ yếu là:
- Giá trị tương tự (analog), được biến đổi thông qua các bộ biến đổi
Tương tự/ Số (A/D) để chuyển đổi thành dạng số.
- Giá trị đo lường dạng số.
Các giá trị dạng số sẽ được truyền về trung tâm điều khiển trong mỗi một
chu kì quét của RTU đối với các board analog đầu vào.
Các giá trị đo lường được sử dụng để thiết lập các báo dưới dạng các đồ
thị. Ví dụ như biểu đồ công suất, dòng điện của các lộ đường dây trong
ngày... Ngoài ra, các giá trị đo lường cũng thường được kết hợp với các thuật

16


toán khác nhau để thực hiện các phép ngoại suy, ví dụ phục vụ cho việc dự
báo phụ tải cho công tác điều độ.
 Chức năng giao tiếp người máy
Các sơ đồ một sợi hệ thống, nhất thứ của nhà máy hay trạm biến áp, sơ đồ
hệ thống một chiều, các tín hiệu trạng thái online … được thể hiện rõ ràng
trên màn hình đồ họa giúp nhân viên vận hành dễ dàng thực hiện các thao tác
phục vụ điều hành lưới điện hoặc truy suất các dữ liệu cần thiết.
 Chức năng giám sát và báo cáo (Monitoring and event reporting)

Hình 1-9: Cơ sở dữ liệu phục vụ cho tính toán
Với SCADA, các dữ liệu quá trình thu nhập được sẽ thường xuyên được
giám sát tự động để đảm bảo các thông số hệ thống như điện áp, dòng điện…
nằm trong phạm vi cho phép. Các giá trị đo lường được giám sát để phục vụ
cho việc báo cáo cũng như thiết lập các bản ghi phục vụ cho việc phân tích sự
cố. Còn các giá trị chỉ thị trạng thái được giám sát để theo dõi kịp mọi sự thay
đổi của hệ thống, đôi khi chúng được gán nhãn thời gian bởi các RTU. Các sự
thay đổi trạng thái và giá trị đo lường này sẽ được tổng hợp thành các báo cáo
để phục vụ cho việc điều hành hệ thống điện.
17


Các báo cáo được lập theo định kỳ hoặc theo yêu cầu. Thông thường có
các loại báo cáo như sau:
- Báo cáo dữ liệu quá khứ (Historical data report)
- Báo cáo in ra các đồ thị (Plotting of curver).
- Báo cáo về trạng thái (Status report).
- Báo cáo về đo lường (Measurement report)
Giám sát trạng thái và cảnh báo
Mỗi một trạng thái chỉ thị của các phần tử sẽ được so sánh với các giá trị
trước đó đã được lưu trong cơ sở dữ liệu (của hệ thống SCADA). Các trạng
thái này thường được đối chiếu với trạng thái chuẩn hay là trạng thái thông
thường, từ đó có thể cung cấp cho các kỹ sư điều hành các cảnh báo về trạng
thái bất bình thường của hệ thống.
Giám sát giới hạn đo lường
Mỗi giá trị đo lường thường được giám sát và so sánh với giá trị giới hạn.
Các giá trị giới hạn này có thể được xác định theo các cách khác nhau tuỳ
thuộc vào các điểm đo và có thể được thay đổi bởi người điều hành hệ thống
thông qua các giao diện người- máy. Khi các giá trị giới hạn được thay đổi từ
xa, các giá trị mới sẽ được truyền đến các RTU tại trạm thông qua các kênh

liên lạc SCADA.
 Chức năng điều khiển
Chức năng điều khiển được phân ra làm bốn nhóm chính: Điều khiển các
thiết bị riêng biệt; Thông báo điều khiển; Dãy điều khiển; Điều khiển tự động.
Điều khiển các thiết bị riêng biệt
Chức năng này thực hiện các lệnh ON/OFF, START/STOP hoặc
TRIP/CLOSE để điều khiển các thiết bị như máy phát điện, máy cắt, dao cách
ly, dao tiếp địa…

18


Thông báo điều khiển
Việc truyền các thông báo để điều khiển các thiết bị bao gồm có chức
năng TĂNG/GIẢM và điều chỉnh các giá trị đặt (Set point).
Ví dụ như kỹ sư vận hành có thể phát ra các lệnh tăng hoặc giảm nấc của
các máy biến áp. Còn với chức năng điều chỉnh giá trị đặt, kỹ sư vận hành có
thể gửi một giá trị đặt mới đến RTU. Giá trị mới này sẽ được kiểm tra với giới
hạn đã được định trước để tránh trường hợp nhập vào một giá trị bất bình
thường. Sau khi đã được chấp nhận, các RTU sẽ có các phản hồi đối với các
thông báo điều chỉnh đã được phát ra.
Chuỗi điều khiển
Chuỗi điều khiển là chức năng thực hiện một loạt các lệnh điều khiển
riêng biệt có tương quan với nhau. Chức năng chuỗi điều khiển được thiết kế
nhằm cho phép thực hiện các lệnh điều khiển theo một nhiệm vụ nào đó đã
được định trước, bao gồm có cả việc kiểm tra logic và độ trễ về thời gian.
Thông thường, kỹ sư vận hành chỉ cần phát ra một lệnh điều khiển để khởi
động cho một chuỗi điều khiển.
Chuỗi điều khiển có thể được dùng trong các trường hợp:
- Đóng/Cắt một lộ đường dây với một chuỗi các lệnh điều khiển đối với

máy cắt và dao cách ly.
- Khôi phục phương thức của một thanh cái.
- Một loạt các lệnh Đóng/Cắt đối với máy cắt để điều khiển san tải hoặc
khôi phục phụ tải sau sự cố …
Tự động điều khiển
Chức năng tự động điều khiển của hệ thống SCADA thường được thực
hiện dưới dạng một vòng lặp khép kín.

19


 Chức năng tính toán
Hệ thống SCADA thường có các chức năng tính toán các thông số cần
thiết trên cơ sở các thông số đo được như:
- Công suất (tác dụng và phản kháng).
- Dòng điện.
- Hệ số công suất.
Công việc tính toán được thực hiện theo thời gian thực và theo chu kỳ.
1.4. Kết luận

Những phần đã trình bày ở trên đã giới thiệu một cách tổng quan về hệ
thống giám sát điều khiển và thu nhập dữ liệu SCADA, bao gồm có:
• Cấu trúc chung của hệ thống SCADA.
• Các chức năng cơ bản của một hệ thống SCADA ứng dụng trong hệ
thống điện.
Qua chương này ta có thể định hình được mô hình tổng quát của hệ thống
SCADA được áp dụng trên mô hình Hệ thống điện diện rộng, mà tại đó mỗi
trạm biến áp (Station) là một nút mà hệ thống này thu thập dữ liệu tại đó để
xử lý tại Trung tâm. Các chức năng cơ bản mà hệ thống SCADA đáp ứng sẽ
phục vụ đắc lực cho công tác quản lý vận hành.

20


CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH HỆ THỐNG SCADA ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
CÁC TBA 110kV
2.1. Tổng quan về thiết bị, tự động hóa và điều khiển trong lưới điện 110kV
2.1.1. Tìm hiểu chung về các thiết bị điện trong trạm biến áp 110kV

 Máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng
điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành hệ
thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.
 Dao cách ly
Dao cách ly là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp không có
dòng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần và tạo nên
khoảng cách cách điện an toàn, có thể nhìn thấy được. Dao cách ly có thể
đóng cắt dòng điện dung của đường dây hoặc cáp không tải, dòng điện không
tải của máy biến áp. Dao cách ly ở trạng thái đóng phải chịu dòng điện định
mức dài hạn và dòng sự cố ngắn mạch như dòng ổn định nhiệt, dòng xung
kích.
 Máy cắt
Máy cắt điện cao áp là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện có điện
áp từ 1000V trở nên ở mọi chế độ vận hành: chế độ không tải, chế độ tải định
mức, chế độ sự cố, trong đó chế độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là chế độ
nặng nề nhất.
 Thanh cái
Là thiết bị nhận điện năng từ các nguồn cấp điến và phân phối cho các cấp
điện áp khác. Đây là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối trong hệ thống

điện.

21


 Máy biến dòng điện
Máy biến dòng điện (TI) là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện ở các cấp
điện áp khác nhau về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (có trị số 1A hay 5A) để
cung cấp cho các thiết bị đo lường, rơle, tự động hóa.
 Máy biến điện áp
Máy biến điện áp (TU) là thiết bị dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện
áp thấp tiêu chuẩn, an toàn, dùng cho đo lường và bảo vệ rơle. Trị số điện áp
tiêu chuẩn thường là 100V hoặc 100 3 V.
 Rơle bảo vệ
Rơle bảo vệ là thiết bị điện tự động mà tín hiệu ra thay đổi nhảy cấp khi
tín hiệu vào đạt đến độ xác định.
Mục đích của bảo vệ: tách rời phần sự cố khỏi hệ thống với hư hỏng tối
thiểu duy trì trạng thái vận hành an toàn cho các phần tử còn lại của hệ thống
hạn chế tối đa thiệt hại về người, thiết bị hay gián đoạn cung cấp điện.
 Các thiết bị chống sét
Thiết bị chống sét là khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện, tránh
được hỏng hóc các điện do quá điện áp cao từ khí quyển ( thường là do sét)
tác động.
Muốn dẫn được xung điện điện áp cao do sét gây ra xuống đất, một đầu
của thiết bị chống sét được nối với đường dây, đầu kia nối đất. Vì vậy ở điện
áp định mức, không có dòng điện đi qua thiết bị chống sét. Khi có quá điện áp
cao, thiết bị chống sét phải nhanh chóng dẫn điện áp này xuống đất, để điện
áp cao không chạy vào thiết bị, sau đó phải ngăn được dong điện do điện áp
định mức chạy xuống đất.

22


2.1.2. Tìm hiểu trang thiết bị bảo vệ TBA 110kV

TBA 110kV được bảo vệ bằng hệ thống rơle. Hệ thống rơle rất đa dạng
gồm các rơle cơ và rơle kỹ thuật số, các rơle cơ chủ yếu xuất xứ từ các nước
thuộc khối CNXH, các rơle số gồm nhiều chủng loại thuộc nhiều hãng sản
xuất khác nhau như: ABB, SIEMENS, ALSTHOM (AREVA), SEL,
MERLIN GERIN, SCHNEIDER, ...
-

Đối với các đường dây 110kV:
+ Bảo vệ khoảng cách dùng các rơle như 7SA522, SEL 311C, MiCOM
P441.
+ Bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất dùng các rơle như SPAJ 140,
KCGG-140, 7SJ622, SEL351A, MiCOM P443.
+ Bảo vệ tần số: dùng rơle UFD-14.

-

Đối với các máy biến áp 110kV:
+ Bảo vệ chính: hợp bộ rơle bảo vệ so lệch dùng các rơle số như
KBCH130, 7UT513, 7UT613, MICOM P633,...
+ Bảo vệ dự phòng:
 Chức năng quá dòng, quá dòng chạm đất trong hợp bộ bảo vệ so
lệch
 Hợp bộ rơle bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất các phía dùng các
rơle như SPAJ140C, KCGG130, KCGG142, MiCOM P122, P123,
7SJ600...

 Rơle quá dòng, quá dòng chạm đất các phía dùng các rơle cơ như
PT, KZ, ..
 Điều chỉnh điện áp dùng các rơle như KVGC, MVGC, VC-100BU,
TAPCON 230,…

-

Đối với các lộ đường dây trung áp:

23


+ Bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm đất dùng chủ yếu các hợp bộ rơle
như SPAA341C2, 7SJ61, 7SJ62, Sepam 2000, Sepam1000+S20 MES
114, MiCOM P122.
+ Sa thải phụ tải theo tần số và tự động đóng lại dùng rơle riêng hoặc sử
dụng chức năng có sẵn trong các hợp bộ bảo vệ quá dòng.
Danh sách chung các tín hiệu rơle bảo vệ tại TBA 110kV:
TT

Tín hiệu

Chú thích

1

CB

Tín hiệu trạng thái máy cắt

2

ISOL

Tín hiệu trạng thái dao cách ly

3

DC

Tín hiệu nguồn 1 chiều của trạm

4

AC

Tín hiệu nguồn xoay chiều của trạm

5

Communication

Tín hiệu về thông tin của trạm

6

Buchholz

Tín hiệu bảo vệ dòng dầu

7

Temp

Tín hiệu nhiệt độ dầu máy biến áp

8

Differential Prot

Tín hiệu bảo vệ so lệch

9

TC Fault

Tín hiệu bộ điều chỉnh điện áp bị hỏng

10

Earth Fault

Tín hiệu bảo vệ chạm đất

11

Over Current

Tín hiệu bảo vệ quá dòng

12

C.B. Not Ready

Tín hiệu máy cắt bị đưa ra khỏi vị trí làm việc

13

Protection Fault

Tín hiệu rơle bảo vệ bị hỏng

14

Local/Remote

Tín hiệu chế độ điều khiển máy cắt tại trạm
hay tại trung tâm

24


2.1.3. Tìm hiểu về trang thiết bị đo lường

Danh sách các tín hiệu đo lường:
TT

Tín hiệu đo

Chú thích

lường ( analog)

1

P

Đo công suất tác dụng của các ngăn lộ

2

Q

Đo công suất phản kháng của các ngăn lộ

3

I

Đo dòng điện của các ngăn lộ

4

U

Đo điện áp của thanh cái

2.1.4. Tìm hiểu về thiết bị đầu cuối tại trạm (RTU).

Hiện nay một số trạm biến áp 110kV đã được trang bị các RTU (Remote

Terminal Unit) để thu thập các thông số vận hành về Trung tâm điều độ Hệ
thống điện miền Bắc (A1) và Trung tâm điều độ hệ thống điện TP Hà Nội
(B1), tuy nhiên hầu hết các RTU này chưa được khai thác sử dụng.
Thiết bị đầu cuối tại trạm có thể là thiết bị RTU hoặc một hệ thống tư
động hóa trạm hoặc có thể là một máy tính công nghiệp thu thập dữ liệu và
điều khiển toàn bộ các thông số vận hành của trạm.
Trong trường hợp sử dụng thiết bị đầu cuối RTU, tại mỗi trạm gồm các
thiết bị chính như sau:
-

Tủ thiết bị đầu cuối RTU, chứa các đầu vào số, đầu ra số, đầu vào tương
tự, các cổng giao diện tín hiệu nối tiếp để kết nối đến các IED (rơle số
hoặc các thiết bị điện tử thông minh khác).

-

Tủ giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubicle), chủ yếu lắp
đặt các bộ biến đổi trung gian (các transducer để biến đổi các giá trị điện
áp, dòng điện từ các biến điện áp, biến dòng, bộ chỉ báo vị trí nấc phân áp
25