Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường, bảo vệ, điều khiển tự động

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan

3

Lời cảm ơn

4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

5

Danh mục các bảng biểu

6

Danh mục các hình vẽ

7

MỞ ĐẦU

9

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC VẬN HÀNH TRẠM BIẾN
ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

12

1.1. Tổng quan về tự động hóa trạm biến áp

12

1.2. Giới thiệu một vài cấu hình áp dụng trong tự động hóa trạm biến áp

17

1.3. Một số giải pháp điều khiển, bảo vệ trạm biến áp

18

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH CÁC TRẠM BIẾN ÁP 110KV
THƢỜNG GẶP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
2.1. Yêu cầu đối với thiết bị sơ cấp trong trạm biến áp 110kV

24
24

2.2. Giới thiệu một số cấu hình của trạm biến áp 110kV trong hệ thống
điện Việt Nam

28

2.3. Cấu trúc cơ bản của trạm tự động hóa

37

CHƢƠNG 3. CÁC YÊU CẦU VỀ ĐO LƢỜNG, BẢO VỆ, ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG VÀ THÔNG TIN ĐIỆN LỰC CỦA TRẠM BIẾN ÁP. GIỚI
THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ MỚI

44

3.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với công tơ đo đếm điện năng

44

3.2. Yêu cầu về hệ thống rơle bảo vệ

45

3.3. Yêu cầu của hệ thống điều khiển tích hợp

47

3.4. Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị SCADA tại trạm biến áp

49

3.5. Giới thiệu về RTU560-ABB

52

CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG, BẢO VỆ, ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ THÔNG TIN ĐIỆN LỰC CHO TRẠM BIẾN ÁP

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ

1

57


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

110KV KHÔNG NGƢỜI TRỰC
4.1. Lựa chọn thiết bị cho RTU560

57

4.2. Lựa chọn Transducer

63

4.3. Xác định số lƣợng các kênh ở RTU560

66

4.4. Ghép nối tín hiệu với RTU560

67

4.5. Các yêu cầu đối với thiết kế phần mềm HMI và lập trình điều khiển
RTU

70

4.6. Sơ đồ kết nối các module và phƣơng thức kết nối điều độ

78

CHƢƠNG 5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG HỆ THỐNG ĐƢỢC
THIẾT KẾ CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV KHÔNG NGƢỜI TRỰC
TRONG LƢỚI ĐIỆN VIỆT NAM

81

5.1. Những thuận lợi

81

5.2. Những khó khăn

82

5.3. Phác thảo lộ trình áp dụng

82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

84

TÀI LIỆU THAM KHẢO

85

PHỤ LỤC

87

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
2


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên cứu
và kết quả đƣợc trình bày trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ một bản luận văn nào trƣớc đây hoặc đƣợc ghi chú rõ ràng nếu trích từ
các công trình nghiên cứu của tác giả khác.
Tác giả luận văn
Vũ Ngọc Nguyên

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
3


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới toàn thể
các thầy giáo, cô giáo trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em
những kiến thức quý báu trong các năm học vừa qua.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo VS.GS.TSKH. Trần Đình
Long - Bộ môn Hệ thống điện, trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề

tài luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tìm hiểu, nghiên cứu luận văn.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
4


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
- CC: Trung tâm điều khiển (Control Center).
- CPU: Bộ xử lý trung tâm (Center Processing Unit).
- CSV: Chống sét van.
- DCS: Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System).
- DCL: Dao cách ly.
- DNĐ: Dao nối đất.
- HTĐ: Hệ thống điện.
- HMI: Giao diện ngƣời máy (Human Machine Interface).
- IED: Thiết bị điện tử thông minh (Intelligent Electronic Devices).
- KNT: Không ngƣời trực.
- NMĐ: Nhà máy điện.
- MBA: Máy biến áp.
- MC: Máy cắt.
- OLTC: Bộ điều áp dƣới tải (On Load Tap Changer).
- PC: Giao thức truyền tin (Communication Protocol).
- PLC: Bộ thu thập dữ liệu, điều khiển giám sát vạn năng (Programmable Logic
Controller).
- RTU: Thiết bị đầu cuối - điều khiển từ xa (Remote Terminal Unit).
- SCADA: Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu (Supervisory

Control and Data Acquisition).
- TC: Thanh cái.
- TBA: Trạm biến áp.
- TĐH: Tự động hoá.
- VT: Máy biến điện áp (Voltage Transformer).
- CT: Máy biến dòng điện (Current Transformer).

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
5


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng thống kê TBA do Công ty Lƣới điện cao thế miền Bắc quản lý.
Bảng 3.1. Giới thiệu IEC 60870-5-101.
Bảng 4.1. Số module sử dụng cho ngăn lộ 171, 172.
Bảng 4.2. Số module sử dụng cho ngăn lộ 131, 132, 112.
Bảng 4.3. Số module sử dụng cho phía 35kV.
Bảng 4.4. Số module sử dụng cho phía 22kV.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
6


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu hình hệ thống TĐH TBA (cấu hình 1).
Hình 1.2. Cấu hình hệ thống TĐH TBA (cấu hình 2).

Hình 1.3. Hệ thống tự động hóa TBA của PACIS - AREVA.
Hình 1.4. Phƣơng án thay thế một số rơle.
Hình 1.6. Cấu hình hệ thống tự động hóa TBA sử dụng RTU.
Hình 2.1. Sơ đồ nối điện TBA có 1 MBA, phía 110kV không có TC.
Hình 2.2. Sơ đồ TBA có 2 MBA, phía 110kV nối điện theo sơ đồ cầu trong.
Hình 2.3. Sơ đồ TBA có 2 MBA, phía 110kV nối điện theo sơ đồ cầu ngoài.
Hình 2.4. Sơ đồ nối điện TBA có 2 MBA, phía 110kV có 2 TC.
Hình 2.5. Sơ đồ nối điện TBA có 2 MBA, phía 110kV gồm 2 TC chính và 1 TC
vòng.
Hình 2.6. Hình ảnh minh họa một cấu trúc của một trạm TĐH.
Hình 2.7. Đồng bộ thời gian thông qua bus liên kết ngăn.
Hình 2.8. Điều khiển mức ngăn thông qua màn hình LCD
Hình 3.1. Giao diện RS232 (V24), kênh 4W và kênh Modem.
Hình 3.2. Kênh RS232 (V24).
Hình 3.3. Các chức năng tích hợp trong RTU560.
Hình 3.4. Khả năng kết nối của RTU560.
Hình 3.5. Hình minh họa ghép nối RTU560 với trung tâm điều khiển.
Hình 3.6. Hình minh họa ghép nối RTU560 với các thiết bị trạm.
Hình 3.7. Hình minh họa ghép nối các mô-đun truyền tin của RTU560.
Hình 4.1. Giao diện và board nguồn 560PSU02.
Hình 4.2. Giao diện và sơ đồ các khối logic của 560CMU04.
Hình 4.3: Các khối logic của module 23BE21/23.
Hình 4.4: Các khối logic của module 23BA20.
Hình 4.5. Các khối logic của module 23AE21/23.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
7


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hình 4.6. AC Current & Voltage Transducer.
Hình 4.7. Sơ đồ đấu nối AC Current & Voltage Transducer.
Hình 4.8. Sơ đồ đấu nối Frequency Transducer.
Hình 4.9. Watt & Var Transducer.
Hình 4.10. Sơ đồ đấu nối Var Transducer..
Hình 4.11. Cách ghép nối tín hiệu AI.
Hình 4.12. Cách ghép nối tín hiệu BI.
Hình 4.13. Cách ghép nối tín hiệu BO.
Hình 4.14. Cầu hình hệ thống.
Hình 4.15. Màn hình overview.
Hình 4.16. Đồ thị giám sát.
Hình 4.17. Màn hình hiển thị trạng thái phía 35kV.
Hình 4.18. Màn hình hiển thị phía 22kV.
Hình 4.19. Điều khiển và giám sát ngăn lộ 171.
Hình 4.20. Điều khiển và giám sát ngăn lộ 172.
Hình 4.21. Điều khiển và giám sát ngăn lộ 112.
Hình 4.22. Điều khiển và giám sát MBA T1.
Hình 4.23. Cơ sở dữ liệu.
Hình 4.24. Cách ghép nối giữa các module và giao tiếp với trung tâm điều
khiển, điều độ cấp trên.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
8


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Cùng với quá trình phát triển và đổi mới của đất nƣớc, hệ thống điện Việt
Nam đang có bƣớc phát triển nhảy vọt cả về quy mô công suất và phạm vi lƣới cung
cấp điện. Sau hơn 20 năm mở cửa, đổi mới Việt Nam đã thu đƣợc nhiều thành tựu
to lớn trong công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc, đặc biệt về phát triển kinh tế, ổn
định chính trị. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu sử dụng điện của
nƣớc ta ngày càng tăng nhanh, việc đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, ổn định
và đảm bảo chất lƣợng điện năng cao là tiêu chí quan trọng hàng đầu của ngành
điện nƣớc ta.
Nâng cao hiệu quả vận hành HTĐ, hiện đại hóa, đồng bộ hoá thiết bị, nâng
cao hiệu quả vận hành, đảm bảo độ tin cậy và an toàn trong cung cấp điện là những
nội dung đƣợc quan tâm và nghiên cứu rộng rãi trong và ngoài nƣớc. Trong đó,
TĐH TBA là một khâu quan trọng, đóng góp lớn vào việc đảm bảo chất lƣợng điện
năng và tính ổn định của hệ thống. Việc tìm kiếm một giải pháp tối ƣu trong vấn đề
TĐH trạm đã và đang đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Trong đó, việc xây
dựng các TBA KNT là yêu cầu cần thiết trong quá trình hiện đại hóa, tăng cƣờng
khả năng truyền tải và độ an toàn, tin cậy cho HTĐ Quốc gia.
Từ năm 2008, Ban Kỹ thuật - Sản xuất, Tập đoàn Điện lực Việt Nam và một
số đơn vị thành viên nhƣ Công ty CP Điện lực Khánh Hòa (KHPC), Tổng công ty
Điện lực miền Nam (EVNSPC), Tổng công ty Điện lực TP Hồ Chí Minh
(EVNHCMC), Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (NPT) đã tích cực thực hiện
các nhiệm vụ đƣợc giao theo chỉ đạo của lãnh đạo Tập đoàn về dự án TBA KNT
hay còn gọi là TBA tích hợp.
Nhờ sự giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo VS.GS.TSKH Trần Đình
Long, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lường, bảo vệ, điều
khiển tự động và thông tin điện lực cho trạm biến áp 110kV không người trực”
làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành “Kỹ thuật

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
9

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

điện Hệ thống điện” với mong muốn đóng góp một phần sức lực nhỏ bé của mình
vào sự phát triển chung của ngành điện nƣớc nhà.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông
tin điện lực cho TBA 110kV KNT.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Loại TBA 110kV với cấu hình phổ biến trong HTĐ Việt Nam: có 2 MBA,
phía 110kV có 2 TC.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tổng quan về công tác vận hành TBA.
- Nghiên cứu cấu hình các TBA 110kV thƣờng gặp trong HTĐ Việt Nam.
- Các công nghệ mới trong hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và
thông tin điện lực của TBA.
- Thiết kế hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông tin điện lực
của TBA KNT và khả năng áp dụng thực tế trong HTĐ Việt Nam.
5. Giới hạn của đề tài
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông
tin điện lực cho TBA 110kV KNT dùng RTU560.
- Đánh giá khả năng áp dụng hệ thống đƣợc thiết kế cho TBA 110kV KNT
trong lƣới điện Việt Nam.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Áp dụng tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong việc nâng cao hiệu quả vận hành
HTĐ, hiện đại hóa, đồng bộ hoá thiết bị, nâng cao độ tin cậy và an toàn trong cung
cấp điện đối với TBA 110kV KNT.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận.
Phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu để xây

dựng cơ sở lý luận của đề tài.
7.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
10


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Tìm hiểu hiện trạng về TĐH trạm trên thế giới và Việt Nam, cấu hình áp dụng
trong TĐH TBA, một số phƣơng pháp điều khiển TBA.
Tìm hiểu yêu cầu về TĐH các TBA 110kV trong HTĐ Việt Nam.
So sánh các giải pháp TĐH TBA, xác định giải pháp phù hợp cho TBA
110kV.
Nghiên cứu thiết kế hệ thống TĐH cho một TBA 110kV cụ thể.
8. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và các danh mục tài liệu tham khảo,
các phụ lục của luận văn, nội dung của luận văn bao gồm 5 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về công tác vận hành trạm biến áp trong hệ thống điện.
Chƣơng 2: Nghiên cứu cấu hình các trạm biến áp 110kV thƣờng gặp trong hệ
thống điện Việt Nam.
Chƣơng 3: Các yêu cầu về đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông tin
điện lực của trạm biến áp. Giới thiệu các công nghệ mới.
Chƣơng 4: Thiết kế hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông tin
điện lực cho trạm biến áp 110kV không ngƣời trực.
Chƣơng 5: Đánh giá khả năng áp dụng hệ thống đƣợc thiết kế cho trạm biến
áp 110kV không ngƣời trực.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
11

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. Tổng quan về tự động hóa trạm biến áp
1.1.1. Giới thiệu chung
TĐH trạm đƣợc sử dụng để điều khiển, bảo vệ và giám sát TBA. TĐH trạm
bao gồm ba mức: Mức trạm với máy tính chủ, máy tính vận hành và cổng kết nối
với trung tâm điều khiển, mức ngăn gồm các rơle bảo vệ và các bộ điều khiển ngăn
lộ, mức trƣờng là phần giao diện với các thiết bị sơ cấp và thứ cấp.
1.1.2. Những yêu cầu của tự động hóa trạm biến áp [5]
Bộ xử lý chủ của TBA phải dựa trên các chuẩn công nghiệp và khả năng liên
kết mạng mạnh nhƣ Ethernet, TCP/IP, UNIX, Windows 2000 hoặc XP, Linux, v.v.
Nó cũng phải hỗ trợ cấu trúc mở, không có những giao tiếp hoặc sản phẩm độc
quyền. Cơ sở dữ liệu quan hệ (relational database - RDB) đƣợc công nghiệp tiếp
nhận với khả năng truy vấn ngôn ngữ (structured query language - SQL) và tính
toán trong toàn doanh nghiệp phải đƣợc hỗ trợ. Nhà cung cấp RDB phải có khả
năng tái tạo để hỗ trợ cơ sở dữ liệu dƣ thừa hoặc dự phòng.
Mạng LAN TBA phải đáp ứng các chuẩn công nghiệp để cho phép thao tác
giữa các phần và sử dụng thiết bị plug-and-play (cắm vào là chạy). Cần tuân theo
các nguyên lý cấu trúc mở bao gồm việc sử dụng các giao thức chuẩn. Công nghệ
mạng LAN sử dụng phải áp dụng đƣợc trong môi trƣờng TBA và tạo điều kiện dễ
dàng cho việc giao tiếp với thiết bị IED, PLC, đồng thời phải miễn nhiễm và cách ly
với tiếng ồn của trạm.
Giao diện ngƣời sử dụng trong TBA phải là thiết kế trực giác để đảm bảo sử
dụng hiệu quả và giảm thiểu nhầm lẫn. Phân cấp hiển thị hiệu quả sẽ cho phép thực
hiện tất cả các hoạt động chủ yếu từ một số không nhiều các hiển thị. Điều quan

trọng là phải giảm thiểu hoặc thậm chí không cần phải đánh chữ. Tất cả các hiển thị
nên có hình thức và cảm nhận chung. Cần sử dụng một thƣ viện các ký hiệu để thể

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
12


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

hiện các thiết bị công suất trong trạm trên hiển thị đồ họa. Trên thực tế, cần thiết lập
và sử dụng thƣ viện này trong tất cả các TBA và kết hợp với những hệ thống khác
nhƣ hệ thống SCADA, hệ thống quản lý năng lƣợng, hệ thống thông tin địa lý
(GIS), hệ thống quản lý cuộc gọi sự cố…
Nhƣ ta đã biết, hệ thống SCADA đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong
ngành điều độ HTĐ. Tại các NMĐ, TBA đều đƣợc lắp đặt các thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa (RTU). Các RTU đƣợc kết nối với CC thông qua mạng liên lạc
viễn thông.
Nhìn chung, các RTU có các chức năng sau: Thu thập các thông tin về hệ
thống điện và gửi về CC qua kênh truyền theo yêu cầu từ CC và nhận các thông tin
điều khiển, đồng bộ thời gian từ CC, thực hiện chúng và gửi kết quả về CC.
Đối với các quá trình công nghiệp sử dụng hệ DCS (Distributed Control
System - Hệ thống điều khiển phân tán) ngƣời ta thƣờng sử dụng PLC kết hợp với
một PC để điều khiển thông qua mạng LAN và các chuẩn kết nối nhƣ Profibus,
Fieldbus Foundation…
1.1.3. Những tiện ích trong tự động hóa trạm biến áp [19]
Các hệ thống TĐH trạm tích hợp cung cấp những tiện tích nâng cao về mặt
chức năng, thiết kế, vận hành, bảo dƣỡng và độ tin cậy của trạm. Cấu trúc của hầu
hết các hệ thống TĐH trạm khác nhau đáng kể, bao gồm các hệ thống thông minh,
các giải pháp độc quyền kiểu hộp đen, các giải pháp mạng WAN/LAN mở sử dụng
các tiện ích từ các máy tính và các PLC. Các tiện ích của một hệ thống TĐH trạm.
- Lợi ích về mặt thiết kế:

+ Tiêu chuẩn hóa giao diện ngƣời dùng.
+ Tiêu chuẩn hóa cấu trúc hệ thống cho việc đồng nhất vận hành và xây dựng
các hệ thống SA/DA.
+ Giới hạn các thiết bị dự phòng không cần thiết.
+ Cấu trúc trạm đƣợc giảm xuống bao gồm mƣơng cáp, không gian các tủ
bảng bảo vệ, điều khiển, kích thƣớc nhà điều khiển.
+ Nâng cấp dễ dàng.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
13


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

+ Giao thức độc lập với các nhà sản xuất.
- Những tiện ích trong vận hành:
+ Giao diện ngƣời – máy đồng nhất cho việc truy cập dữ liệu.
+ Khả năng liên kết làm việc giữa các IED.
+ Lƣu các cảnh báo tích hợp trong hệ thống và báo cáo trình tự sự kiện.
+ Khả năng hiển thị và báo cáo theo yêu cầu của khách hàng từ cơ sở dữ liệu
tích hợp.
+ Tự động lƣu các lần truy cập vào giao diện ngƣời máy và các thao tác vận
hành.
+ Thuật toán đã đƣợc lập trình cho việc tự động cấu hình lại các TC và các
xuất tuyến.
+ Trao đổi các thông tin trong mạng ngang cấp giữa các nút máy tính chủ của
các trạm và các nút mạng WAN khác.
- Những tiện ích trong công tác bảo dƣỡng:
+ Dữ liệu cho việc chuyển tiếp, đo đếm, thông tin sẵn có tại chỗ và từ xa.
+ Mỗi IED có thể truy cập tại chỗ thông qua giao diện ngƣời máy hoặc từ xa

thông qua modem để cấu hình, chỉnh định và chẩn đoán.
+ Có thể bảo dƣỡng định kỳ từ việc phân tích tự động lịch sử vận hành của
thiết bị.
+ Giám sát, quản lý các hoạt động của MBA, bộ điều chỉnh nấc phân áp, MC
để bảo dƣỡng sớm hay muộn.
- Những tiện ích về độ tin cậy
+ Giảm thiểu những rủi ro trong thao tác do tính đồng nhất của giao diện
ngƣời máy.
+ Cơ sở dữ liệu theo thời gian đƣợc tích hợp do đó cung cấp thông tin chính
xác cho việc phân tích sự cố và bảo dƣỡng.
+ Giám sát tất cả các thiết bị trong trạm, do đó các thiết bị hỏng sẽ đƣợc tách
ra khỏi hệ thống trƣớc khi nó gây nhiễu loạn hệ thống.
+ Giảm thiểu thời gian mất điện do đó chỉ số độ tin cậy đƣợc tăng lên.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
14


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

+ Giảm thiểu những sai sót do ngƣời vận hành trong việc thao tác đóng cắt.
+ Cách ly nhanh chóng các điểm sự cố và phục hồi nhanh các đoạn không bị
sự cố.
- Những tiện ích do giảm chi phí
+ Giảm chi phí cho cấu trúc mới.
+ Giảm số lần cắt điện không cần thiết để đọc các cảnh báo, và những dữ liệu
ghi trong rơle và trong trạm.
+ Có thể truy cập thông tin vận hành trong rơle, các thông tin về cảnh báo,
định vị sự cố một cách nhanh chóng cho ngƣời vận hành do đó giảm thời gian đi
kiểm tra tuyến và tìm kiếm sự cố vì vậy giảm thời gian mất điện.

+ Giảm chi phí đào tạo do cơ sở dữ liệu đồng nhất, giao diện ngƣời máy, khổ
màn hình phù hợp theo nhu cầu do đó dễ dàng sử dụng.
+ Kế hoạch bảo dƣỡng đƣợc tổ chức tốt hơn và đƣợc tối ƣu hóa do sử dụng
các tài liệu hỗ trợ .
+ Việc truy cập đƣợc chia đến tất cả các mạng WAN tham gia vào hoạt động
kinh doanh bởi hệ thống TĐH trạm và các thiết bị TĐH đƣợc phân bố.
1.1.4. Hiện trạng về tự động hoá trạm trên thế giới và Việt Nam
a. Trên thế giới [18]
TĐH trạm là một lĩnh vực phát triển mạnh trong quá trình TĐH HTĐ trên thế
giới. Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, bảo vệ và điểu khiển TBA theo công
nghệ số đã phát triển rộng rãi trên khắp thế giới. Hiện nay, hàng trăm nghìn rơle kỹ
thuật số và hàng nghìn TBA đƣợc TĐH đã đƣợc đƣa vào khai thác. Đã có rất nhiều
dự án nghiên cứu mang lại lợi ích, rõ ràng nhất là:
- Nhờ có việc cung cấp điện ổn định, nhà cung cấp dịch vụ đƣợc hƣởng những
khoản tiền thƣởng theo quy định hoặc không phải trả khoản tiền phạt do sự cố xảy
ra;
- Tận dụng triệt để năng lực của các trang thiết bị hiện có, loại bỏ các thiết bị
không cần thiết;

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
15


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Giảm chi phí hoạt động và bảo dƣỡng, dễ dàng nâng cấp các phần mềm và
phần cứng chuyên dụng;
- Nâng cao năng suất lao động, giảm tối đa nhân lực lao động;
- Hiện đại hóa, tạo điều kiện thuận lợi và hiệu quả cho việc mở rộng trạm
trong tƣơng lai;

- Giảm thiểu sự cố do thao tác nhầm của ngƣời vận hành, nâng cao mức độ an
toàn cho ngƣời vận hành;
- Đáp ứng các yêu cầu của vận hành thị trƣờng điện.
b. Trong nƣớc
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, đặc biệt là sự lớn
mạnh vựợt bậc của công nghệ thông tin đã cho phép ngành Điện Việt Nam có
những giải pháp kỹ thuật linh hoạt, tối ƣu, an toàn và TĐH trong việc điều khiển,
giám sát hoạt động của không chỉ một TBA mà còn cả với HTĐ.
Song song với các thiết bị sơ cấp, các rơle bảo vệ, hệ thống điều khiển TBA
cũng đã đƣợc ứng dụng công nghệ mới là sử dụng máy tính thay thế cho hệ thống
điều khiển bằng các bảng vặn khóa truyền thống. Hiện nay các TBA đƣợc lắp đặt hệ
thống TĐH tại Việt Nam đang đƣợc thực hiện trên tất cả các miền của đất nƣớc.
Việc xây dựng các TBA 110kV, 220kV, 500kV KNT là yêu cầu cần thiết
trong quá trình hiện đại hóa, tăng cƣờng khả năng truyền tải và độ an toàn, tin cậy
cho HTĐ Quốc gia. Do vậy, từ năm 2008, Ban Kỹ thuật - Sản xuất thuộc Tập đoàn
Điện lực Việt Nam và một số đơn vị thành viên nhƣ Công ty cổ phần Điện lực
Khánh Hòa (KHPC), Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC), Tổng công ty
Điện lực thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC), Tổng công ty Truyền tải điện Quốc
gia (NPT) đã tích cực thực hiện các nhiệm vụ đƣợc giao theo chỉ đạo của lãnh đạo
Tập đoàn về dự án TBA tích hợp, trong đó có TBA KNT.
Dự án triển khai thí điểm trạm KNT của Tập đoàn Điện lực Việt Nam:
- Công ty Truyền tải điện 1: Trạm 500kV Thƣờng Tín; Trạm 220kV Bắc Ninh.
- Công ty Truyền tải điện 4: Trạm 220kV Thủ Đức.
- Công ty CP Điện lực Khánh Hòa: Trạm 110kV Bình Tân.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
16


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

1.2. Giới thiệu một vài cấu hình áp dụng trong tự động hóa trạm biến áp [5]
1.2.1. Cấu hình 1
- Cấu hình 1 gồm bốn lớp:
+ HOST COMPUTER: Lớp điều khiển gồm máy tính điều khiển, các server,
máy tính cho cấu hình.
+ MASTER CONTROLLER:
Các khối NIM (Network Interface Modules) để kết nối dữ liệu giữa các IED
với mạng LAN và máy tính.
Chuyển đổi các giao thức truyền tin khác nhau về giao thức chuẩn (IEC
61850/UCA2; IEC 870-5-104; ModbusTCP; DNP3.0…)
GPS: Đồng bộ thời gian.
WAN: kết nối các trạm qua mạng LAN qua giao thức truyền tin IEC870-5-101
+ BAY CONTROLLER: Các tủ điều khiển, bảo vệ rơle.
+ BAY DEVICES: Thiết bị sơ cấp (MBA, MC, DCL…)
- Để liên kết giữa lớp điều khiển và khối NIM, sử dụng mạng LAN kép.

Hình 1.1. Cấu hình hệ thống TĐH TBA (cấu hình 1).
Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
17


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Cấu hình 1 áp dụng cho các trạm cũ nâng cấp (rơle bảo vệ không có khả năng
kết nối trực tiếp với giao thức truyền tin chuẩn).
1.2.2. Cấu hình 2
Cấu hình 2 chia hệ thống thành ba lớp:
Khác với cấu hình 1, cấu hình 2 không có khối NIM
Cấu hình 2 áp dụng cho các trạm mới xây dựng đáp ứng đƣợc yêu cầu đối với

các IED: Phải có 2 cổng truyền tin (cổng quang), có chuẩn giao thức để có thể kết
nối trực tiếp với máy tính giám sát, điều khiển.

Hình 1.2. Cấu hình hệ thống TĐH TBA (cấu hình 2).
1.3. Một số giải pháp điều khiển, bảo vệ trạm biến áp [8]
Phát triển và ứng dụng khoa học công nghệ, từng bƣớc TĐH và hiện đại hoá
công tác vận hành và quản lý hệ thống là một đòi hỏi cấp thiết của ngành điện. Hiện
nay các TBA phần lớn đƣợc xây dựng dựa trên các thiết bị có nhiều thế hệ, nhiều
chủng lọai, chƣa theo chuẩn chung nào do hạn chế về vốn đầu tƣ ban đầu. Việc xây
dựng các TBA chỉ với mục tiêu đáp ứng nhu cầu phụ tải của từng khu vực theo từng
giai đoạn khác nhau, cho nên để ứng dụng công nghệ máy tính vào điều khiển TBA

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
18


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

sẽ có chi phí đầu tƣ rất cao do phải thay thế hầu hết các thiết bị bảo vệ rơle để đảm
bảo tính đồng bộ và các yêu cầu liên kết truyền thông trao đổi thông tin...Vấn đề
này cần có một giải pháp mang tính khả thi với chi phí thấp và hiệu quả cao, phù
hợp hơn với điều kiện cụ thể cho từng TBA trong nƣớc. Sau đây sẽ giới thiệu một
số phƣơng án điều khiển TBA.
1.3.1. Phƣơng án thay thế toàn bộ hệ thống điều khiển, bảo vệ
Do đặc thù riêng của các thiết bị bảo vệ rơle trong các TBA, nên giải pháp
TĐH TBA thuận lợi và chắc chắn nhất là thay thế toàn bộ hệ thống rơle bảo vệ cũ
bằng hệ thống mới do một hãng cung cấp, có tính đồng bộ cao, các giải pháp kỹ
thuật đƣa ra đã đƣợc chuẩn hóa theo từng nhà sản xuất từ công nghệ sản xuất thiết
bị rơle bảo vệ, thiết bị điều khiển đến các giao thức trao đổi thông tin, cũng nhƣ các
phần mềm xử lý dữ liệu, phần mềm giao diện ngƣời sử dụng...

Hình 1.3. Hệ thống tự động hóa TBA của PACIS- AREVA.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
19


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Đây là phƣơng án thực hiện đơn giản, phù hợp nhất trong trƣờng hợp nâng cấp
các TBA. Trong thực tế phƣơng án đã đƣợc thực hiện ở một số TBA tại Việt Nam
khi nâng cấp mở rộng TBA nhƣ tăng số ngăn lộ vào/ ra, nâng công suất MBA có bổ
sung và thay thế một phần hoặc toàn bộ các thiết bị sơ cấp tại trạm.
Hệ thống này họat động dựa trên thiết bị điều khiển mức ngăn C264, thiết bị
này kết nối với hệ thống rơle bảo vệ, thực hiện việc điều khiển, thu thập các thông
tin đầu vào của thiết bị mức ngăn lộ nhƣ: trạng thái thiết bị, thông số dòng điện,
điện áp... và kết nối với hệ thống BUS trạm.
Máy tính HMI thực hiện việc điều khiển, giám sát, thu thập dữ liệu thiết bị
toàn trạm thông qua thiết bị C264. Đây là hệ thống điều khiển tự động phân tán,
đƣợc modul hóa, tiêu chuẩn hóa và hỗ trợ khả năng mở rộng, các thiết bị điện tử
thông minh (IED) có thể đƣợc tích hợp trong cùng một hoặc nhiều Panel.
Các chức năng chính của C264: Điều khiển mức ngăn, RTU, kết nối IED,
PLC, ghi sự kiện, đo lƣờng, lƣu dữ liệu, giám sát chất lƣợng điện năng. Hỗ trợ các
giao thức truyền thông nhƣ:
- UCA2, Ethernet IEC60870-5-104, IEC60870-5-101.
- DNP3, MODBUS...
1.3.2. Phƣơng án thay thế một phần các rơle bảo vệ
Thực hiện phƣơng án thay thế một phần rơle bảo vệ, yêu cầu nhà cung cấp
phải khảo sát rất kỹ TBA cần trang bị hệ thống TĐH, để có thể đƣa ra phƣơng án
phù hợp nhất cho từng TBA. Nhìn chung giải pháp kỹ thuật tƣơng đối phức tạp do

thực tế các trạm thƣờng dùng nhiều chủng loại thiết bị, nhiều giao thức truyền thông
khác nhau nên việc liên kết trao đổi thông tin khó thực hiện đƣợc triệt để. Phƣơng
án này phải thực hiện các hạng mục nhƣ sau:
- Thay thế một số rơle bảo vệ tại trạm không đủ điều kiện kết nối trao đổi
thông tin bằng các rơle thế hệ mới.
- Giữ lại một số rơle bảo vệ có (hoặc không có) chức năng điều khiển nhƣng
có hổ trợ truyền thông và bổ sung các thiết bị điều khiển mức ngăn (BCU).

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
20


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Trang bị hệ thống mạng nội bộ, các thiết bị chuyển đổi giao thức truyền
thông, liên kết mạng...
- Thiết kế phần mềm giao diện, thực hiện điều khiển thiết bị, thu thập thông tin
và truy xuất các dữ liệu từ các rơle bảo vệ.
Điều độ

Bổ sung các thiết
bị điều khiển
mức ngăn (BCU)

Rơle thế hệ mới có
cổng quang hổ trợ
IEC 61850

Rơle có hổ trợ
IEC 60870-5103 đƣợc giữ lại

Nhóm rơle thế hệ
cũ, không hổ trợ
truyền thông cần
thay thế

Hình 1.4. Phương án thay thế một số rơle.
1.3.3. Phƣơng án bổ sung thiết bị xử lý trung tâm, giữ nguyên hệ thống bảo vệ,
điều khiển hiện có tại trạm biến áp
Với mục tiêu nhanh chóng ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào
TĐH TBA nhằm đơn giản hoá các thao tác trong vận hành thiết bị, nâng cao tính an
toàn, tin cậy và linh hoạt trong quản lý vận hành, cần thiết lắp đặt hệ thống điều

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
21


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

khiển trạm bằng máy tính nhƣng vẫn duy trì hệ thống bảo vệ hiện hữu để tránh các
lãng phí, nâng cao hiệu quả đầu tƣ. Phƣơng án này cần:
Bổ sung các thiết bị xử lý trung tâm để điều khiển, thu nhận các thông tin thiết
bị. Bổ sung thiết bị biến đổi thực hiện chức năng đo lƣờng, giám sát hệ thống.
Xây dựng phần mềm giám sát, điều khiển thu thập và lƣu trữ thông tin.
Điều độ

Trung tâm
điều khiển

RTU

Tín hiệu điều khiển, tín hiệu trạng thái, tín hiệu đo lƣờng

Hình 1.5. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển TBA.

Hình 1.6. Cấu hình hệ thống tự động hóa TBA sử dụng RTU.
1.3.4. So sánh các phƣơng án
- Phƣơng án 1.3.1- thay thế toàn hệ thống rơle bảo vệ: có ƣu điểm là tính đồng
bộ và độ ổn định hệ thống tƣơng đối cao, tuy nhiên với giá thành chi phí cao trong
khi hệ thống rơle bảo vệ hiện hữu vẫn còn sử dụng tốt.
Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
22


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

- Phƣơng án 1.3.2- thay thế một số rơle bảo vệ, khả năng kết nối các chủng
loại rơle khác nhau sẽ khó thực hiện, đặc biệt với những TBA có rơle của nhiều nhà
cung cấp do các giao thức truyền tin khác nhau và độ ổn định hệ thống sau khi tích
hợp không cao. Mặc dù các nhà cung cấp thiết bị đều cam kết có thể thực hiện TĐH
TBA theo yêu cầu trên, tuy nhiên thực tế chƣa thể thực hiện đƣợc việc kết nối thiết
bị các hãng sản xuất khác nhau.
- Phƣơng án 1.3.3- bổ sung thiết bị xử lý trung tâm, đƣợc xem là phù hợp với
điều kiện thiết bị thực tế của các TBA 110kV của Việt Nam. Do vậy trong luận văn
này sẽ thiết kế hệ thống đo lƣờng, bảo vệ, điều khiển tự động và thông tin điện lực
cho TBA 110kV KNT theo phƣơng án này.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
23

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU CẤU HÌNH CÁC TRẠM BIẾN ÁP 110KV
THƢỜNG GẶP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Trong TBA, các thiết bị sơ cấp đƣợc nối với nhau theo một sơ đồ nhất định,
gọi là sơ đồ nối điện chính.
Việc lựa chọn sơ đồ nối điện là khâu rất quan trọng khi thiết kế TBA. Chọn sơ
đồ nối điện phụ thuộc vào sự làm việc tin cậy của các thiết bị, tính kinh tế của
chúng, sự linh hoạt về thao tác hoặc khả năng thay đổi điều kiện làm việc, sự thuận
tiện, đơn giản trong vận hành, khả năng mở rộng…
Các TBA 110kV trong HTĐ Việt Nam hiện nay đƣợc xây dựng chỉ với mục
tiêu đáp ứng nhu cầu phụ tải của từng khu vực theo từng giai đoạn khác nhau do đó
có cấu trúc không thống nhất. Các thiết bị có nhiều thế hệ, nhiều chủng loại, chƣa
theo chuẩn chung nào do hạn chế về vốn đầu tƣ ban đầu.
Một số thiết bị sơ cấp tại các TBA 110kV hiện nay cần đƣợc thay thế:
- Máy cắt: Các MC công nghệ cũ có thời gian đóng/ cắt lớn, tuổi thọ vận hành
ngắn… (MC dầu, MC khí) đã đƣợc thay thế bằng máy cắt khí SF6 hoặc MC chân
không đáp ứng đƣợc yêu cầu về TĐH TBA.
- Dao cách ly: Các TBA 110kV hiện nay đang sử dụng nhiều loại DCL khác
nhau.
+ Các DCL 110kV đƣợc trang bị động cơ điều khiển, có thể thực hiện thao tác
tại chỗ hoặc điều khiển từ xa.
+ Các DCL điện áp đến 35kV trong rất nhiều trạm chƣa đƣợc trang bị động cơ
điều khiển, chỉ có thể thực hiện thao tác đóng/ cắt tại chỗ.
- Dao nối đất: Toàn bộ các DNĐ trong TBA 110kV hiện nay chƣa đƣợc trang
bị động cơ điều khiển, chỉ có thể thao tác đóng/ cắt tại chỗ.
Mục đích của chƣơng này là nêu những yêu cầu cần thiết đối với thiết bị sơ
cấp, chuẩn hóa cấu trúc TBA 110kV nhằm đáp ứng yêu cầu TĐH.
2.1. Yêu cầu đối với thiết bị sơ cấp trong trạm biến áp 110kV

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
24


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Thiết bị sơ cấp trong một trạm TĐH cũng phải tuân theo những nguyên tắc
thiết kế chung của một trạm thông thƣờng, gồm các thiết bị chính nhƣ sau: MBA,
MC, DCL, DNĐ, CSV, VT, CT.
2.1.1. Máy cắt điện
MC là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện ở điện áp cao trong mọi chế độ vận
hành: Chế độ vận hành không tải, chế độ tải định mức, chế độ sự cố, trong đó chế
độ đóng cắt dòng điện ngắn mạch là nặng nề nhất.
Các thông số kỹ thuật chính của MC gồm có: Điện áp định mức, dòng điện
định mức, dòng điện ổn định nhiệt ứng với thời gian tƣơng ứng, dòng điện ổn định
động, dòng điện cắt định mức, công suất cắt định mức, thời gian đóng/ cắt.
Yêu cầu chung đối với máy cắt:
- MC phải đƣợc đánh số theo đúng quy định.
- MC và các hệ thống bảo vệ, điều khiển, đo lƣờng đi kèm phải có đủ khả năng
đóng/ cắt dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại điểm đấu nối.
- Hai phía MC cần đƣợc trang bị DCL kèm các phƣơng tiện khoá liên động để
đảm bảo an toàn khi bảo dƣỡng, sửa chữa thiết bị.
Những yêu cầu về điều khiển của máy cắt:
- MC phải có thiết bị giám sát không đồng pha: Đối với các MC có bộ truyền
động một pha, phải trang bị thiết bị giám sát không đồng pha để đảm bảo 3 pha đều
đóng/ cắt tốt khi thực hiện thao tác.
- Điều khiển chống giã giò: Cho phép MC chỉ có thể thực hiện đóng một lần
cho mỗi lệnh đóng.
- Giám sát khí SF6 (đối với MC khí SF6): Khả năng đóng/ cắt của MC khí

SF6 phụ thuộc vào mật độ khí SF6 trong buồng cắt. Mật độ khí SF6 đƣợc đo bởi
một đồng hồ đo áp lực đƣợc bù nhiệt độ. Nếu áp lực khí giảm xuống dƣới giá trị đã
chỉ ra, một tín hiệu cảnh báo đƣợc kích hoạt và nếu nó tiếp tục rơi xuống giá trị thứ
hai thì MC tự khóa.
- Điều khiển tại chỗ/ từ xa: Dùng khóa chuyển mạch cho phép điều khiển MC
tại chỗ hoặc từ xa.

Vũ Ngọc Nguyên - Lớp 11B KTĐHTĐ
25