Sử dụng hệ thống điều khiển bằng máy tính để nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp phân phối nghiên cứu trường hợp trạm biến áp 110KV nhà máy xi măng công thanh t

HOÀNG TRỌNG HƯNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

HOÀNG TRỌNG HƯNG

SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỂ NÂNG CẤP CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT
TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI: NGHIÊN CỨU TRƯỜNG
HỢP TRẠM BIẾN ÁP 110/6KV NHÀ MÁY XI MĂNG
CÔNG THANH – THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

2007-2009

HÀ NỘI - 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

HOÀNG TRỌNG HƯNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH ĐỂ NÂNG

CẤP CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TRẠM BIẾN ÁP
PHÂN PHỐI: NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP TRẠM BIẾN ÁP 110/6KV
NHÀ MÁY XI MĂNG CÔNG THANH – THANH HÓA

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐẶNG NGỌC DINH

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ĐOAN
Học viên: Hoàng Trọng Hưng
Lớp: Cao học kỹ thuật điện K79 2007-2009
Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả Luận Văn

Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 1 -

2010

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................6
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................................7
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ TỰ
ĐỘNG HÓA TRONG TRẠM BIẾN ÁP ..............................................................................8

1.1

Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam ............................................... 8

1.1.1

Hệ thống truyền tải điện tại Việt Nam ......................................... 8

1.1.2

Hệ thống lưới điện phân phối tại Việt Nam ................................. 9

1.2

Vấn đề tự động hoá trạm biến áp ...................................................... 10

1.2.1

Về phương diện kinh tế .............................................................. 11

1.2.2

Về phương diện kỹ thuật ............................................................ 15

CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TRẠM BIẾN ÁP ................................. 17

2.1

Đặc điểm của hệ thống tự động hoá trạm biến áp............................. 17

2.1.1

Các đặc điểm của hệ thống tự động hoá trạm biến áp................ 17

2.1.2

Bảo vệ trạm biến áp .................................................................... 18

2.1.3

Điều khiển................................................................................... 19

2.1.4

Đo đếm ....................................................................................... 20

2.1.5

Giám sát...................................................................................... 20

2.1.6

Phân tích và chẩn đoán các sự kiện ............................................ 20

2.1.7

Thuật toán thông minh cho vận hành và khôi phục trạm ........... 21

2.1.8

Tạo tài liệu tự động..................................................................... 22

2.1.9

Vận hành an toàn và bảo đảm .................................................... 23

2.1.10

Đa sử dụng dữ liệu.................................................................... 23

2.2

Cấu trúc của hệ thống tự động hoá trạm biến áp............................... 24

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 2 -

2010

2.2.1

Mức trạm .................................................................................... 25

2.2.2

Mức ngăn .................................................................................... 28

2.2.3

Mức xử lý ................................................................................... 30

2.2.4

Phân loại trạm theo không gian lắp đặt ...................................... 30

2.2.5

Phân loại trạm theo phương pháp thông tin ............................... 33

2.3

Các chức năng của hệ thống tự động hoá trạm biến áp .................... 34

2.3.1

Chức năng đấu nối cơ cấu chấp hành ......................................... 35

2.3.2

Chức năng vận hành ................................................................... 37

2.4 Các yêu cầu về kỹ thuật của hệ thống tự động hoá trạm biến áp .......... 56
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP
DỰA TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG...........................................60

3.1

Trạm biến áp theo phương pháp điều khiển thông thường ............... 60

3.2

Thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển cho trạm biến áp dựa trên hệ

thống điều khiển thông thường.................................................................... 62
3.2.1

Sơ đồ cấu trúc chung .................................................................. 62

3.2.2

Mô tả hệ thống............................................................................ 62

3.2.3

Xây dựng cơ sở dữ liệu............................................................... 67

CHƯƠNG 4 : ỨNG DỤNG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110KV/6KV NHÀ MÁY XI MĂNG
CÔNG THANH – THANH HÓA .......................................................................................70

4.1 Tổng quan trạm 110kV/6 kV nhà máy xi măng Công Thanh –
Thanh Hoá.................................................................................................... 70
4.2

Nâng cấp hệ thống giám sát và điều khiển trạm dựa trên hệ thống

điều khiển thông thường .............................................................................. 73
4.2.1

Cấu trúc xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển .................. 73

4.2.2

Phần cứng của hệ thống.............................................................. 74

4.2.3

Phần mềm ................................................................................... 79

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

4.3

- 3 -

2010

Kết quả mô phỏng thu được tại trạm 110/6kV nhà máy xi măng Công

Thanh – Thanh Hoá ..................................................................................... 86
4.3.1

kết quả thu được ......................................................................... 86

4.3.2

Chỉ tiêu kinh tế khi nâng cấp trạm ............................................. 92

CHƯƠNG 5 .........................................................................................................................93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA TÁC GIẢ...................................................................93

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 4 -

2010

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của nền kinh tế ngày càng mạnh mẽ kéo theo đó là nhu
cầu về năng lượng ngày càng tăng cao và tất yếu sự phục vụ của ngành điện
nói riêng ngày càng đòi hỏi tốt hơn, đảm bảo hơn. Hoà nhịp cùng với sự phát
triển của công nghệ thông tin và ứng dụng những thành tựu khoa học công
nghệ và những thiết bị điện tử thông minh đã và đang trợ giúp trong ngành

điện rất nhiều. Sự hình thành về thị trường điện ở Việt Nam đang ở trong giai
đoạn đầu tiên… Tất cả những yếu tố đó hội tụ, đòi hỏi ngành điện phải có
những cải tiến và ứng dụng những thành tựu khoa học mới để đáp ứng được
nhu cầu ngày càng mở rộng và phát triển của ngành.
Luận văn được ra đời bởi cái nhìn thực tế của tác giả trong việc điều
khiển và vận hành trạm biến áp khá “thủ công” hiện nay cũng như sự cần thiết
của thông tin khi tham gia thị trường điện. Với chi phí đầu tư thêm là không
nhiều so với toàn bộ chi phí đầu tư trạm biến áp nhưng đã giải quyết được
phần nào vấn đề nâng cao chất lượng điều khiển và giám sát trạm biến áp phù
hợp với cơ sở hạ tầng của trạm hiện hữu.
Bản luận văn được trình bày trong 5 chương, với các hình minh hoạ đi
kèm.Trong khuôn khổ nhất định của bản luận văn chắc chắn sẽ còn nhiều
thiếu sót , tác giả hy vọng giới thiệu một giải pháp nhỏ nhưng có tính ứng
dụng trong thực tế.
Tôi xin được chân thành cảm ơn PGS.TS Đặng Ngọc Dinh - Người đã
trực tiêp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, động viên và định hướng cho tôi trong
suốt quá trình làm bản luận văn này.
Tôi xin được chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trường
ĐHBKHN nói chung và các thầy giáo, cô giáo trong khoa điện nói riêng đã
dạy dỗ, truyền thụ những kiến thức cho tôi để có được hành trang như ngày

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 5 -

2010

hôm nay; Các anh, chị của trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Bắc đã cung
cấp những tài liệu quý báu để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin được chân thành cảm ơn!
Hà Nội năm 2010
Tác giả

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 6 -

2010

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Minh hoạ cấu trúc của một trạm tự động hoá ......................................................25
Hình 2.2 Điều khiển mức ngăn thông qua màn hình LCD ...................................................30
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý trạm tự động hoá loại ngoài trời ...............................................31
Hình 2.4: Minh họa cấu trúc hệ thống tự động hóa cơ bản.................................................34
Hình 2.5 Trạng thái hệ thống với thanh cái được đánh màu...............................................39
Hình 2.6: Cấu hình hệ thống thực điển hình của trạm tự động hóa.....................................40
Hình 2.7: Màn hình hiển thi danh mục sự kiện điển hình...................................................41
Hình 2.8: Giao diện người máy cho việc điều khiển và giám sát trạm................................43
Hình 2.9 Các lệnh tác động từ giao diện người máy ở trạm ...............................................47
Hình 2.10 Nguyên lý điều khiển “Chọn” trước khi “Thực hiện” .....................................47
Hình 2.11: Chỉ báo khóa mức ngăn ....................................................................................51
Hình 2.12: Biểu đồ tự động sa thải phụ tải .........................................................................53
Hình 3.1: Nguyên lý cấu trúc của một trạm điều khiển thông thường ................................61
Hình 3.2 : Mô hình xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm .......................................62

Hình 4.1: Sơ đồ nối điện trạm 110kV/6kV nhà máy xi măng Công Thanh ........................71
Hình 4.2: Mô hình xây dựng máy tính giám sát điều khiển trạm ........................................73
Hình 4.3: Thiết lập các channel cho các ngăn lộ của nhà máy ............................................79
Hình 4.4 : Khai báo các kết nối ...........................................................................................80
Hình 4.5: Định nghĩa các Tag của OPC...............................................................................80
Hình 4.6: Cửa sổ dữ liệu khi khai báo .................................................................................81
Hình 4.7: Xác định tham số cho OPCLink ..........................................................................81
Hình 4.8 : Xác định thư mục chứa OPC Path ......................................................................82
Hình 4.9: Giao diện của phần mềm InTouch - Wonderware...............................................82
Hình 4.10: Xác định Acess Name.......................................................................................83
Hình 4.11: Thiết lập và tạo các Tag dùng trong Intouch .....................................................83
Hình 4.12: Định dạng cửa sổ giao diện ngăn 171................................................................84
Hình 4-13: Minh hoạ thiết lập cửa sổ giao diện ngăn 171...................................................84
Hình 4-14: Cửa sổ giao diện nguồn AC-DC........................................................................85
Hình 4.15: Tổng quan giao diện toàn trạm .........................................................................87
Hình 4.16: Giao diện sân phân phối 110kV.........................................................................88
Hình 4.17: Giao diện sân phân phối 6kV.............................................................................89

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 7 -

2010

Hình 4.18: Giao diện chi tiết ngăn lộ...................................................................................89
Hình 4.19: Giao diện chi tiết ngăn máy biến áp ..................................................................90
Hình 4.20: Giao diện các bước điều khiển thiết bị ..............................................................91

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng khối lượng lưới điện phân phối của Việt Nam .........................................10
Bảng 1.2 : Hệ thống lưới điện phân phối theo phạm vi quản lý của các công ty điện lực ... 10

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 8 -

2010

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
VÀ VẤN ĐỀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG TRẠM BIẾN ÁP

1.1

Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam

1.1.1

Hệ thống truyền tải điện tại Việt Nam

Lưới điện truyền tải Việt Nam hiện đang sử dụng chủ yếu ở các cấp điện
áp: 500kV, 220kV và 110kV. Việc vận hành và bảo dưỡng lưới điện truyền
tải chủ yếu do 4 công ty truyền tải điện đảm nhiệm, đó là: Công ty truyền tải
điện 1, công ty truyền tải điện 2, công ty truyền tải điện 3 và công ty truyền

tải điện 4.
Công ty truyền tải điện 1 tại Hà Nội: Quản lý vận hành và bảo dưỡng
toàn bộ lưới điện có cấp điện áp 500kV, 220kV và một số đường dây, trạm
biến áp 110kV thuộc địa phận Bắc miền trung (từ Hà Tĩnh trở ra) và miền bắc
Việt Nam.
Công ty truyền tải điện 2 tại Đà Nẵng: Quản lý vận hành và bảo dưỡng
toàn bộ lưới điện có cấp điện áp 500kV, 220kV và hầu hết đường dây, trạm
biến áp 110kV thuộc địa phận từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi và Kontum.
Công ty truyền tải điện 3 tại Nha Trang: Quản lý vận hành và bảo dưỡng
lưới điện có cấp điện áp: 500kV, 220kV và đa số các đường dây và trạm biến
áp 110kV từ Bình Định vào đến Cam Ranh và các tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk
Nông.
Công ty truyền tải điện 4 tại Thành Phố Hồ Chí Minh: Quản lý, vận hành
và bảo dưỡng lưới điện có cấp điện áp: 500kV, 220kV khu vực Nam Trung
Bộ (Ninh Thuận trở vào), Miền Nam và Lâm Đồng.

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 9 -

2010

Các đường dây và trạm biến áp 110kV còn lại không chịu sự quản lý của
các công ty truyền tải điện trên thì sẽ do điện lực các tỉnh tương ứng trực tiếp
quản lý.
Theo sự phát triển của nền kinh tế và nhu cầu của thị trường điện, hệ
thống điện Việt Nam ngày càng được mở rộng và hiện đại hoá, các thiết bị

lạc hậu trước đây dần được thay thế bằng các thiết bị hiện đại, được sản xuất
theo công nghệ mới có chất lượng và độ tin cậy cao hơn.
Hiện nay đa số các trạm biến áp 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 trạm biến áp 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 lưới điện truyền tải như ngày nay, việc vận hành lưới điện sẽ ngày
càng khó khăn hơn khi mật độ các trạm biến áp ngày càng nhiều hơn, việc
đảm bảo tính ổn định hệ thống khó hơn, mặt khác do nhu cầu của phụ tải đòi
hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao. Do đó việc đầu tư nâng cấp các Hệ
thống SCADA/EMS cũng như các trạm điện được trang bị hệ thống tự động
hóa là rất cần thiết.
1.1.2

Hệ thống lưới điện phân phối tại Việt Nam

Hệ thống lưới điện phân phối của Việt Nam hiện nay bao gồm nhiều cấp
điện áp khác nhau, tổn thất trong lưới phân phối cũng khá lớn, ngành điện
đang đầu tư và nâng cấp, mở rộng mạng lưới phân phối để đáp ứng nhu cầu và
chất lượng điện năng. Hiện tại, hệ thống lưới điện phân phối của Việt Nam do
bảy công ty điện lực thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam quản lý. Dưới đây
là bảng thống kê lưới điện phân phối của Việt Nam

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 10 -

2010

Bảng 1.1: Bảng khối lượng lưới điện phân phối của Việt Nam

Bảng 1.2 : Hệ thống lưới điện phân phối theo phạm vi quản lý của các
công ty điện lực

1.2

Vấn đề tự động hoá trạm biến áp

Ngày nay, với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, nhất là lĩnh vực
công nghệ thông tin đã trợ giúp con người rất nhiều trong cuộc sống. Từ chỗ
con người tham gia trực tiếp nhiều vào công việc, kéo theo nhiều lao động và
hiệu quả công việc không cao đã dần thay thế bằng những máy móc thiết bị
hiện đại tự động mà ít có sự tham gia trực tiếp của con người. Và ngành điện
cũng không ngoại lệ trong xu hướng tất yếu này, ngành điện đang đứng trước
những thử thách là làm thế nào để nâng cao được chất lượng điện năng, đảm
bảo độ tin cậy cao, với giá thành cạnh tranh, trong khi thị trường điện đang
ngày hình thành với sự tham gia nhiều cuả tư nhân.
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 11 -

2010

Do đó sự cần thiết phải tự động hoá các trạm biến áp xây dựng mới cũng
như hiện hữu phải được xem xét và đánh giá đúng mực nhằm đạt được những
yêu cầu mong muốn của thị trường điện trong tương lai.
Tự động hoá trạm biến áp với việc đưa ra các phản ứng tức thời thích
hợp đối với các sự kiện xảy trong thời gian thực nhằm đảm bảo duy trì việc
cung cấp điện không bị gián đoạn, do đó trong vận hành các trạm biến áp
ngày càng được giám sát và điều khiển một cách hợp lý và hiệu quả để người
vận hành nắm bắt được một cách chính xác các nguy cơ có thể xảy ra các sự
cố gây ngừng cung cấp điện hay không. Đồng thời với sự phát triển gần đây
trong công nghệ thông tin cho phép thực hiện hiệu quả các hệ thống điều
khiển giám sát từ xa với khả năng giám sát điều kiện vận hành các thiết bị
trong thời gian thực tại các trạm biến áp.
Hiện nay trên thế giới, do nhu cầu của thị trường và xu hướng phát triển
cũng như sự mở rộng không ngừng mạng điện của các nước, các công ty điện
lực đang dần trang bị hệ thống tự động hoá đối với các trạm biến áp trong lưới
điện của họ ở tất cả các cấp truyền tải và phân phối. Để thực hiện được công
việc trên, các công ty điện lực phải có được những kiến thức đầy đủ về sự cần
thiết của họ đối với vấn đề tự động hoá và lợi ích của nó. Vấn đề quyết định
trong những lựa chọn là xem xét tới yếu tố kinh tế và kỹ thuật của phương án
1.2.1

Về phương diện kinh tế

Việt Nam đang hình thành và phát triển thị trường điện lực, sự cạnh
tranh ngày càng mạnh trong thị trường đòi hỏi phải có những thông tin khi
cần thiết phải quyết định nhanh. Trong tương lai, các công ty dịch vụ năng
lượng sẽ thay thế các công ty điện lực, các nhà bán lẻ điện năng đang xuất
hiện trên thị trường điện lực. Đồng thời, sự tư nhân hoá phi điều tiết của các
mạng lưới điện quốc gia đã hình thành các công ty phi quốc gia trong thị
trường làm xuất hiện ngày càng nhiều các nhà sản xuất và buôn bán điện

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 12 -

2010

năng. Trong thị trường mở này hộ tiêu thụ trở thành một khách hàng - người
có thể chọn hợp đồng cung cấp cho mình. Điều này làm tăng sự cạnh tranh
giữa các nhà cung cấp, và dẫn đến một thị trường với giá điện biến đổi. Các
nhà cung cấp đưa ra thông tin hàng ngày về khả năng truyền tải công suất và
các nhà bán buôn nhận thông tin tiêu thụ. Các yêu cầu này được trao đổi
nhanh thông tin giá cả và nguồn cấp chính xác. Hơn thế nữa, các khách hàng
cũng cần phải biết chi phí vận hành hàng ngày của họ nhằm lập kế hoạch sản
xuất phù hợp để tối thiểu hoá chi phí và tăng lợi nhuận của họ. Các công ty
truyền tải điện và phân phối điện phải tách biệt công việc điều tiết (truyền tải
và phân phối) và phi điều tiết (thị trường điện năng) để tham gia vào một thị
trường mở. Trong kinh doanh thị trường điện có các chức năng mới yêu cầu
để “chạy” các công việc này. Trong khi ở kinh doanh có điều tiết không có
yêu cầu thay đổi cơ bản, mà chỉ có sự cần thiết cung cấp thông tin cần thiết
nhằm hỗ trợ các quyết định thị trường điện năng.
Để có thể hỗ trợ các quá trình ra quyết định trong thị trường điện, trạm
biến áp phải được nâng cấp để có thể cung cấp thông tin cần thiết theo thời
gian thực. Trong tự động hoá trạm biến áp, phương diện kinh tế được xem xét
ở các khía cạnh:
1.2.1.1 Giảm chi phí lắp đặt trạm biến áp
* Giảm cáp và không gian lắp đặt cho điều khiểu và bảo vệ trong
công nghệ điều khiển truyền thống

Với trạm biến áp kiểu truyền thống, việc kéo dài cáp là yêu cầu không
thể tránh khỏi giữa các ngăn trong một trạm, việc đi cáp này chịu ảnh hưởng
của môi trường cũng như sự ăn mòn, cảm ứng, tổn hao tín hiệu, hư hỏng cáp.
Tự động hoá trạm biến áp sử dụng quá trình xử lý tín hiệu số không đòi
hỏi việc đi cáp kéo dài. Chỉ cần đi cáp cho thông tin liên lạc giữa thiết bị

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 13 -

2010

chính và tủ điều khiển ngăn tại chỗ của nó, hoặc là trực tiếp hoặc qua một bus
xử lý.
Hơn nữa, không gian yêu cầu xây dựng của các trạm tự động hoá mới
cũng sẽ được giảm, góp phần vào việc giảm chi phí chung cho việc lắp đặt
trạm.
* Giảm thiết bị chuyên dụng cho mỗi chức năng
Trong tự động hoá trạm biến áp hiện đại, vì các chức năng được tổ hợp
và cấu trúc gọn nên kèm theo đó sẽ giảm được chi phí khi nâng cấp, lắp đặt,
và bảo dưỡng thiết bị tự động trong trạm biến áp.
1.2.1.2 Giảm tổng chi phí vận hành
Hiện nay, theo thống kê hàng năm, chi phí cho vận hành hệ thống điện
của Việt Nam là rất lớn, do đó có ảnh hưởng đáng kể đến toàn bộ hoạt động
kinh tế của công ty điện lực. Tự động hoá trạm biến áp với những thông tin
chính xác là yếu tố cần thiết để giảm chi phí vận hành, từ đó giảm được các
chi phí như:

Giảm nhân viên vận hành trạm, đội ngũ công tác tại hiện trường do việc
thực hiện khả năng điều khiển từ xa các trạm biến áp, kết hợp và chỉ dẫn với
các thông tin về tình trạng hiện tại nhận được từ xa từ các trạm biến áp và lưới
điện, từ đó:
- Định vị và loại trừ sự cố, do đó giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện.
Thời gian gián đoạn cung cấp điện ngắn hơn liên quan trực tiếp đến chi phí.
- Trình tự thao tác và các hệ thống chuyên gia, các hệ thống này thực
hiện các chức năng phức tạp nhanh hơn và chính xác hơn so với người vận
hành.

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 14 -

2010

- Các chức năng điều khiển lưới điện tốt hơn và phối hợp được nhiều
hơn như điều khiển điện áp VAR, thay đổi cấu hình lưới, phục hồi cung cấp
điện sau các sự cố.
1.2.1.3 Giảm chi phí trong bảo dưỡng
- Giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành của thiết bị điều khiển và bảo vệ:
Công nghệ phần mềm mới, ứng dụng thông tin liên lạc kỹ thuật số, các rơ le
số, và thiết bị điều khiển số đã làm giảm đáng kể nhân công tiêu tốn trong vận
hành, thí nghiệm định kỳ, và bảo dưỡng các rơ le thông thường và các thiết bị
điều khiển.
- Giảm trục trặc trong các trạm biến áp: Trạm biến áp là bộ phận rất quan
trọng trong mạng điện, mỗi khi trục trặc trong trạm biến áp thì gây ra rất

nhiều khó khăn và phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến lưới điện phía sau.
Trong các trạm biến áp được tự động hoá, trục trặc có thể được tối thiểu hoá
do việc đi dây ít phức tạp hơn và bị giới hạn ở khoảng cách nhất định. Hầu hết
khắc phục trục trặc sẽ được thực hiện bằng phần mềm trong đó sức người và
thiết bị thí nghiệm được hạn chế.
- Giảm chi phí sửa chữa thiết bị nhất thứ: Trong hệ thống tự động hoá,
nhờ việc ghi nhận chính xác và theo thời gian các dữ liệu về hoạt động của
thiết bị nên đã giảm đáng kể được thiết bị dự phòng và nhân công bảo dưỡng.
Ví dụ các rơ le bảo vệ xuất tuyến lưới điện phân phối mới có các tính năng
cung cấp thông tin về bao nhiêu lần máy cắt xuất tuyến tác động trong các
điều kiện sự cố hơn là việc đếm đơn giản là đếm tổng số lần máy cắt tác động.
Dữ liệu này không thể nhận được từ trạm biến áp loại cổ điển.
Một hệ thống tự động hoá trạm cung cấp khả năng giám sát liên tục hàng
loạt các tín hiệu và các phần tử. Theo dõi liên tục và chẩn đoán toàn bộ các
thiết bị lắp đặt trong khi vận hành cho phép lập kế hoạch bảo dưỡng khi cần
thiết hơn là dựa trên cơ sở kiểm tra định kỳ.
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

1.2.2

- 15 -

2010

Về phương diện kỹ thuật

Với tốc độ phát triển của các nền kinh tế như hiện nay, đồng thời mạng

lưới điện giữa các quốc gia cũng ngày càng trở lên gắn kết. Sự điều tiết, vận
hành, và chất lượng điện năng ngày càng đòi hỏi cao hơn, các thông số, các sự
kiện được tìm kiếm một cách dễ dàng hơn khi có nhu cầu của người vận hành.
Những chi tiết về nhật ký vận hành được trơn hơn chứ không gián đoạn như
mô hình truyền thống. Những thông tin, trên cơ sở dữ liệu trạm, chiếm vai trò
cốt yếu trong quản lý tối ưu một hệ thống điện. Một công ty điện lực sẽ không
có khả năng cạnh tranh nếu họ không có thông tin chính xác kịp thời và tất cả
các phần tử của hệ thống điện. Dữ liệu truyền về các trạm điều khiển chính từ
các trạm được tự động hoá cần phải liên tục. Dữ liệu, như các cảnh báo, trạng
thái máy cắt, lấy mẫu công suất W, Var, vôn, am-pe trong thời gian thực,
được sử dụng bởi các chương trình quản lý năng lượng nhằm cung cấp thông
tin liên quan đến khả năng nguồn và đo đếm điện năng. Các dữ liệu này cần
thiết trong nền công nghiệp điện lực hiện đại. Các trung tâm điều khiển điện
lực tương lai sẽ trở thành các trung tâm công nghệ thông tin. Điều này đòi hỏi
trạm hiện tại được nâng cấp như trạm tự động hoá để có khả năng cung cấp
dữ liệu chính xác và kịp thời nhất.
1.2.2.1 Về tài liệu
Với hầu hết các mạng điện ngày nay, Các công ty điện lực phải đối mặt
với những khó khăn trong thiết lập tài liệu tất cả những thay đổi và nâng cấp
trong lưới điện, sự cập nhật các điều kiện thực tế tại hiện trường của thiết bị
nhị thứ là việc làm rất khó khăn. Thời gian đáng kể bị lãng phí khi phải tiến
hành kiểm tra hiện trạng lắp đặt trước khi bắt đầu việc nâng cấp hoặc thay đổi
một một yêu cầu nào đó là rất lớn.
Trong khi đối với các hệ thống số mới hiện nay sẽ đảm bảo cung cấp khả
năng tự động hoá tài liệu cấu hình hệ thống trong khi lắp đặt. Phần mềm được
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 16 -

2010

cập nhật theo mỗi sửa đổi trước khi đưa hệ thống mới vào vị trí vận hành, do
đó có được cập nhật liên tục về hệ thống. Điều này cho phép thay đổi hệ
thống của tất cả thiết bị nhị thứ đơn giản hơn và đỡ mất thời gian hơn.
1.2.2.2 Về chức năng hoá
Đối với hệ thống truyền thống hiện có, khi thêm các chức năng mới, hệ
thống yêu cầu rất nhiều thay đổi ở thiết bị nhị thứ, nhưng đối với một hệ
thống hiện đại mới, khả năng thêm các chức năng vào thiết bị hiện đại hiện có
là đơn giản và ít đòi hỏi hơn. Điều này cung cấp khả năng lựa chọn một chức
năng từ các thiết bị phần cứng khác nhau và cung cấp qua hệ thống thông tin
liên lạc dữ liệu cần thiết bởi phần mềm trạm chủ.
1.2.2.3 Về độ tin cậy
Khả năng chẩn đoán các vấn đề thời gian thực trong hệ thống, và cung
cấp thông tin chính xác về hệ thống điện trong thời gian ngắn phục vụ yêu cầu
chẩn đoán và tăng độ tin cậy của trạm, từ đó sẽ phục hồi nhanh hơn các trạm
biến áp thông thường.

Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 17 -

2010

CHƯƠNG 2

ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ
CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
TRẠM BIẾN ÁP
2.1

Đặc điểm của hệ thống tự động hoá trạm biến áp

Hệ thống tự động hoá trạm biến áp bao gồm các thiết bị nhị thứ được nối
liên kết nối tiếp với nhau trong một hệ thống thông tin chuẩn. Trong đó hệ
thống nhị thứ của một trạm biến áp bao gồm tất cả các thiết bị cho điều khiển
bảo vệ, giám sát, đo lường và thông tin liên lạc.
2.1.1

Các đặc điểm của hệ thống tự động hoá trạm biến áp

Việc sử dụng hệ thống thông tin liên lạc để thực hiện việc tự động hoá
trạm biến áp, tính tự động hoá được thể hiện ở các khả năng:
−Toàn bộ hệ thống bảo vệ của trạm biến áp.
−Điều khiển thiết bị theo các vị trí tại chỗ và từ xa.
−Tự động dự phòng hệ thống điều khiển và hệ thống thông tin
−Điều khiển giàn tụ bù: Dọc hoặc ngang.
−Tự động đóng lặp lại.
−Ghi các sự kiện theo thời gian thực.
−Thực hiện các cảnh báo.
−Chỉ thị sự cố.
−Hiển thị hoạt động trên các rơ le số
−Các thông số đo lường và điện năng.
−Có thể đưa bảo vệ vào hoặc tách ra một cách mềm và linh hoạt.
−Giám sát liên động, điều khiển quá trình, có thể thực hiện được các liên
động mềm theo các phép toán logic nhằm mục đích giảm thiểu các liên động

cứng bằng các cáp.
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 18 -

2010

−Tự động thu thập và phân tích các sự kiện và đưa ra các cảnh báo về
thiết bị: Thời gian định kỳ, số lần đóng cắt bình thường hoặc sự cố …
−Ghi biểu đồ phụ tải
−Giám sát chất lượng điện năng.
−SCADA trạm hay HMI.
−SCADA trạm từ xa – Các trung tâm điều độ.
−Thời gian của IEDs được đồng bộ theo 1 hệ thời gian chuẩn. IED –
Intelligent Electronic Device: Là các thiết bị điện tử thông minh, các rơle số.
−Hiển thị sơ đồ MIMIC điều khiển
−Hiển thị được các điều kiện làm việc của thiết bị.
−Các chỉ thị và hư hỏng và khả năng giải trừ.
−Truy cập vào/ra.
−Lưu trữ dữ liệu trong trạm
−Phân tích và chẩn đoán
−Mở rộng hệ thống.
−Chia sẻ dữ liệu và thực hiện điều khiển giám sát trên WEB.
2.1.2

Bảo vệ trạm biến áp

Trong trạm biến áp, các chức năng bảo vệ trạm biến áp thông thường
gồm: bảo vệ đường dây, máy biến áp, máy phát, thanh cái… được thực hiện
trong các thiết bị bảo vệ.
Ví dụ cho các bảo vệ mức ngăn là:
−Bảo vệ khoảng cách
−Bảo vệ quá dòng điện (O/C)
−Bảo vệ so lệch
−Bảo vệ quá tải nhiệt
−Bảo vệ thanh cái
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 19 -

2010

−Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt
2.1.3

Điều khiển

* Các chức năng điều khiển cơ bản, điển hình trong trạm biến áp
thông thường gồm:
−Điều khiển máy cắt (CB)
−Điều khiển dao cách ly (IS)
−Điều khiển dao tiếp địa (ES)
−Điều khiển nấc biến áp
−Khoá liên động

−Kiểm tra đồng bộ (SC) trước khi đóng
−Kết nối với trung tâm điều độ
* Các chức năng điều khiển nâng cao điển hình trong trạm biến áp
thường gồm:
−Trình tự đóng cắt
−Tự động cô lập bộ phận bị sự cố
−Tự động thay đổi các thanh cái
−Tự động đóng lại thông minh (AR)
−Chuyển đổi phụ tải giữa các đường dây
−Sa thải phụ tải thông minh
−Phục hồi nguồn điện thông minh
−Tối ưu hoá trao đổi công suất giữa các công ty điện lực
* Các chức năng điều khiển mức trạm:
Các chức năng điều khiển mức trạm điển hình là:
−Khoá liên động trong phạm vi trạm
−Đồng bộ thời gian trong phạm vi trạm
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 20 -

2010

−Lưu trữ dữ liệu trong trạm
−Thu thập các file ghi nhiễu loạn (sự cố)
−Phân tích và chẩn đoán
2.1.4

Đo đếm

Đo đếm là bộ phận quan trọng để vận hành hệ thống điện, các thiết bị đo
đếm được nối đến cuộn dây các máy biến dòng điện đo lường và các cuộn dây
máy biến điện áp đo lường. Dữ liệu đo đếm có thể được tiền xử lý ở trạm và
sau đó được truyền đến phòng đo đếm điện năng.
2.1.5

Giám sát

* Các chức năng giám sát cơ bản thông thường gồm:
−Chỉ thị trạng thái đóng cắt
−Các đo lường
−Danh sách sự kiện
−Danh sách cảnh báo
* Các chức năng giám sát nâng cao thông thường gồm:
−Ghi sự cố
−Ghi nhiễu loạn
−Các đường đồ thị xu hướng
−Tính toán đo lường
−Theo dõi điều kiện
2.1.6

Phân tích và chẩn đoán các sự kiện

Hệ thống tự động hoá trạm biến áp có khả năng phân tích hoặc chẩn
đoán các thiết bị trạm là rất tốt, ví như:
−Ngăn chặn các cảnh báo không đúng
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng

Luận văn cao học

- 21 -

2010

−Phân tích hỏng hóc
−Tự động tạo báo cáo sự cố
−Phân tích trình tự sự kiện
−Thống kê cảnh báo (chẳng hạn của một xuất tuyến)
−Tự động đánh giá nhiễu loạn
2.1.7

Thuật toán thông minh cho vận hành và khôi phục trạm

Trong các thiết bị trạm có tất cả các thời gian của trạm, những dữ liệu
này luôn có sẵn và nhanh chóng được sử dụng cho vận hành và khôi phục (tự
động) thông minh của trạm.
* Những tiến bộ điển hình đạt được với các hệ thống tự động hoá là:
− Giải trừ chỉ thị trạng thái trạm (trạm đang bình thường, bắt đầu hỏng
hóc, xuất hiện sự cố v.v...) chỉ thị rõ ràng trạng thái trạm (trạm đang tốt, chớm
hỏng hóc, sự cố xuất hiện, v.v...)
− Hệ thống có thể được làm việc gần với các giới hạn
− Phát hiện các sự kiện, các cảnh báo, các sự cố
− Phát hiện các dấu hiệu sự cố
− Đo lường ngăn chặn sớm
− Dự đoán bảo dưỡng khi có yêu cầu
− Đặc tính làm việc dựa trên bảo dưỡng
− Giảm thời gian dừng cho sửa chữa

− Giảm chi phí sửa chữa
* Ví dụ về các chức năng trợ giúp cho vận hành thông minh
− Tích hợp các chẩn đoán trạm biến áp
− Tích hợp các theo dõi điều kiện
− Kiểm tra tính hợp lý
− Giám sát giới hạn (giá trị)
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng


Luận văn cao học

- 22 -

2010

− Phân loại cảnh báo (loại 1, loại 2, loại 3)
− Tự động thông báo các vấn đề
− Dự đoán bảo dưỡng (tức thời, tuần tiếp theo)
− Tự động sa thải phụ tải
* Ví dụ các chức năng hỗ trợ cho khôi phục thông minh
−Giải trừ chỉ thị thiết bị, bộ phận hỏng hóc
−Đánh giá tin cậy của dữ liệu quá khứ về sự cố
−Hướng dẫn vận hành
−Tự động chuyển xuất tuyến từ thanh cái bị sự cố sang thanh cái vận
hành tốt
−Các chương trình tự động khôi phục nguồn
2.1.8

Tạo tài liệu tự động

Tài liệu tự động là rất quan trọng và cần thiết khi thay đổi, nâng cấp và
sửa đổi trạm, và các thao tác dẫn đến từ tất cả các hoạt động.
2.1.8.1 Các thay đổi, nâng cấp, và sửa đổi trạm
Trong trạm biến áp và hệ thống điện. các hệ thống tự động cũng cần thay
đổi, sửa đổi, nâng cấp hoặc mở rộng. Các thao tác như thế được thực hiện ở
mức trạm trong các hệ thống hiện đại, dữ liệu được tải xuống từ đây đến IED.
Tất cả các thay đổi thực hiện ở mức trạm có thể do đó được tài liệu hoá tự
động.
2.1.8.2 Các thao tác trạm
Các hệ thống tự động hiện đại ghi lại tất cả các công việc vận hành, đóng
cắt, và các thay đổi thực hiện trong một trạm biến áp.
* Ví dụ về các thao tác được theo dõi, điều khiển, giám sát hoặc lưu trữ
tự động là:
−Trạng thái
Nâng cấp chất lượng điều khiển, giám sát trạm biến áp...............Hoàng Trọng Hưng