Nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp 110KV
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.12 MB, 132 trang )
..
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HOÀNG HỮU HẬU
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 110kV
HOÀNG HỮU HẬU
2006 - 2008
Hà Nội
2008
HÀ NỘI 2008
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM 110kV
NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ:
HOÀNG HỮU HẬU
Người hướng dẫn khoa học: VS.GS.TSKH TRẦN ĐÌNH LONG
HÀ NỘI 2008
I
MỤC LỤC
MỤC LỤC …………………………………………………………..
I
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT …………………………….
II
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ……………………………………
III
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ……………………………………….
IV
LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………..
V
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM
1
BIẾN ÁP
1.1 Sự cần thiết tự động hoá trạm biến áp ………………
1
1.2 Tổng quan hiện trạng tự động hoá trên thế giới và Việt
7
Nam
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CẤU TRÚC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
13
CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
2.1 Giới thiệu chung ……………………………………..
13
2.2 Cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp …
26
2.3 So sánh chức năng giữa các thế hệ cấu trúc hệ thống
36
giám sát điều khiển trạm biến áp …………………….
CHƯƠNG 3 YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT
42
ĐIỀU KHIỂN TÍC HỢP TRẠM ………………………
3.1 Giới thiệu về hệ thống giám sát điều khiển tích hợp….
42
3.2 Các yêu cầu của hệ thống giám sát điều khiển tích hợp
45
trạm ………………………………………………….
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
94
I
TRẠM BIẾN ÁP 110kV KHƠNG NGƯỜI TRỰC
4.1 Mục đích ………………………………………………
95
4.2 Quy mô hệ thống ……………………………………...
95
4.3 Phương thức quản lý vận hành hệ thống ……………..
99
4.4 Cơ sở xây dựng hệ thống ……………………………..
99
4.5 Giải pháp kỹ thuật chính ……………………………..
100
CHƯƠNG 5 PHƯƠNG ÁN VÀ LỘ TRÌNH XÂY DỰNG HỆ
112
THƠNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM 110kV
KHÔNG NGƯỜI TRỰC TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC 1
5.1 Giới thiệu về Công ty Điện lực 1 ….…………………
112
5.2 Lựa chọn phương án triển khai tổng thể ….………….
113
5.3 Đánh giá hiệu quả sau khi thực hiện xây dựng .……..
115
5.4 Dự kiến lộ trình thực hiện …………………………..
116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI
117
TÀI LIỆU THAM KHẢO
119
I
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật
ngữ
Nghĩa tiếng Anh
Communication
Nghĩa tiếng Việt
Service Giao diện các dịch vụ truyền
thông trừu tượng
ACSI
Abstract
Interface
ASDU
Application Service Data Unit
Thiết bị dịch vụ ứng dụng
BCU
Bay Control Unit
Thiết bị điều khiển mức ngăn
CASM
Common Application Service Module
Dịch vụ ứng dụng chung
CSOM
Client Server Object Models
Mơ hình đối tượng khách chủ
CB
Circuit Breaker
Máy cắt
CC
Control Centre
Trung tâm điều khiển
ComU
Communications Unit
Thiết bị truyền thông tin
C/P
Control and Protection Unit
Thiết bị điều khiển và bảo vệ
CT
Current Transformer
Máy biến dòng
CU
Control Unit
Thiết bị điều khiển
EMS
Energy Management System
Hệ thống quản lý năng lượng
IEC
International Electrotechnical
Commission
Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
IED
Intelligent Electronic Device
Thiết bị điện tử thông minh
FTC
Function
Chức năng
I
Thuật
ngữ
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Giao thức truyền file
FTP
File Transfer Protocol
GOOSE
Generic Object Oriented Substation Loại trạm biến áp hướng đối
tượng phổ biến
Event
HIS
Historical Information Subsytem
Dữ kiện quá khứ trạm biến áp
HMI
Human Machine Interface
Giao diện người máy
HV
High Voltage
Điện áp cao
ICCP
Inter - Control Centre Communications Giao thức truyền tin cho trung
Protocol
tâm điều khiển
LN
Logical Node
Nút Logic
LV
Low Voltage
Điện áp thấp
MMS
Manufacturing Message Specification
Đặc tả cấu trúc bản tin
MU
Merging Unit
Thiết bị đo lường đa năng
MV
Medium Voltage
Điện áp trung bình
NCC
Network Control Centre
Trung tâm điều khiển mạng
PLC
Program Logic Component
Bộ điều khiển Logic khả trình
PU
Protection Unit
Thiết bị bảo vệ
RTU
Remote Terminal Unit
Thiết bị đầu cuối
SAS
Substation Automated System
Hệ thống tự động hoá trạm
SB
Station Bus
Bus trạm biến áp
SBO
Select – Before – Operate
Lựa chọn trước khi vận hành
SCADA
Supervisory Control and Data
Acquisition
Hệ thống giám sát điều khiển
và thu thập dữ liệu
SCL
Substation Configuration Language
Ngơn ngữ cấu hình trạm
I
Thuật
ngữ
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
SDM
Substation Data Mode
Kiểu dữ liệu trạm biến áp
SoE
Sequen Of Event
Bộ ghi sự kiện
SQL
Structured Query Language
Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc
SU
Station Unit
Thiết bị trạm biến áp
TCI
Tele Control Interface
Trung tâm điều khiển từ xa
TMI
Tele Monitoring Interface
Trung tâm giám sát từ xa
TCP/IP
Transmission
Control
Internet Protocol
Protocol/ Giao thức điều khiển truyền tin/
giao thức Internet
I
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 So sách chức năng các thế hệ cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển
trạm biến áp.
Bảng 5.1 Lộ trình dự kiến thực hiện xây dựng hệ thống trạm biến áp 110kV
không người trực.
I
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Minh hoạ sơ đồ chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện.
Hình 2.1 Minh hoạ mơ hình lớp giao thức thơng tin.
Hình 2.2 Mơ hình theo giao thức OSI.
Hình 2.3 Minh hoạ cấu trúc liên kết Bus.
Hình 2.4 Minh hoạ cấu trúc liên kết mạch vịng.
Hình 2.5 Minh hoạ cấu trúc liên kết hình sao.
Hình 2.6 Quá trình phát triển hệ thống giám sát điều khiển trạm.
Hình 2.7 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống giám sát điều khiển trạm truyền thống.
Hình 2.8 Mơ hình cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm truyền thống.
Hình 2.9 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống giám sát điều khiển trạm ngày nay.
Hình 2.10 Mơ hình cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm ngày nay.
Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm theo IEC 61850.
Hình 2.12 Mơ hình nút logic của máy cắt.
Hình 2.13 Cách nối thơng thường của bộ đấu nối.
Hình 2.14 Cách nối theo tiêu chuẩn IEC 61850 của bộ đấu nối.
Hình 2.15 Mơ phỏng q trình đọc trạng thái thực của máy cắt.
Hình 3.1 Sơ đồ kết nối các phần tử của hệ thống giám sát điều khiển tích hợp
trạm biến áp.
I
Hình 3.2 Mơ phỏng xử lý dữ liệu của hệ thống giám sát điều khiển.
Hình 3.3 Mơ hình giao diện và cac chức năng của hệ thống tích hợp trạm.
Hình 3.4 Các giao thức được lựa chọn trong trạm.
Hình 3.5 Các giao thức được lựa chọn ngồi trạm.
Hình 3.6 Minh hoạ cấu trúc logic của hệ thống tích hợp.
Hình 3.7 Câu trúc vận hành hệ thống giám sát điều khiển tích hợp trạm.
Hình 3.8 Mơ phỏng hiển thị và phân tích bản ghi sự cố.
Hình 4.1 Mơ hình kết nối hệ thống giám sát điều khiển tại trạm biến áp.
Hình 4.2 Mơ hình kết nối hệ thống giám sát điều khiển tại Trung tâm Vận hành
trạm biến áp.
Hình 4.2 Mơ hình kết nối hệ thống thơng tin từ trạm biến áp về Trung tâm Vận
hành trạm biến áp.
Hình 5.1 Mơ hình kêt nối theo phương án 1.
Hình 5.2 Mơ hình kêt nối theo phương án 2.
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC
1
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
3
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
5
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
6
LỜI NĨI ĐẦU
8
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU
9
KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP
1.1 Sự cần thiết xây dựng hệ thống giám sát điều khiển
9
trạm biến áp
1.2 Tổng quan hiện trạng hệ thống giám sát điều khiển
15
trên thế giới và Việt Nam
CHƯƠNG 2
TÌM HIỂU CẤU TRÚC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
21
CÁC HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
2.1 Giới thiệu chung
21
2.2 Cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp
34
2.3 So sánh chức năng giữa các thế hệ cấu trúc hệ thống
44
giám sát điều khiển trạm biến áp
CHƯƠNG 3
YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG GIÁM
50
SÁT ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP TRẠM BIẾN ÁP
3.1 Giới thiệu về hệ thống giám sát điều khiển tích hợp
50
3.2 Các yêu cầu của hệ thống giám sát điều khiển tích
53
2
hợp trạm biến áp
CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
92
TRẠM BIẾN ÁP 110kV KHÔNG NGƯỜI TRỰC
4.1 Mục đích
93
4.2 Quy mơ hệ thống
94
4.3 Phương thức quản lý vận hành hệ thống
97
4.4 Cơ sở xây dựng hệ thống
97
4.5 Giải pháp kỹ thuật chính
98
CHƯƠNG 5
LỘ TRÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
111
ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP 110kV KHÔNG
NGƯỜI TRỰC TẠI CƠNG TY ĐIỆN LỰC 1
5.1 Giới thiệu về Cơng ty Điện lực 1
111
5.2 Lựa chọn phương án triển khai tổng thể
113
5.3 Đánh giá sơ bộ hiệu quả sau khi thực hiện
114
5.4 Dự kiến lộ trình thực hiện
115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI
116
TÀI LIỆU THAM KHẢO
118
3
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
BCU
Bay Control Unit
Thiết bị điều khiển mức ngăn
CB
Circuit Breaker
Máy cắt
CC
Control Centre
Trung tâm điều khiển
ComU
Communications Unit
Thiết bị truyền thông tin
C/P
Control and Protection Unit
Thiết bị điều khiển và bảo vệ
CT
Current Transformer
Máy biến dòng
CU
Control Unit
Thiết bị điều khiển
EMS
Energy Management System
Hệ thống quản lý năng lượng
FTC
Function
Chức năng
FTP
File Transfer Protocol
Giao thức truyền file
GOOSE
Generic
Oriented Loại trạm biến áp hướng đối
Object
tượng phổ biến
Substation Event
HIS
Information Dữ kiện quá khứ trạm biến
Historical
Subsytem
áp
HMI
Human Machine Interface
Giao diện người máy
IEC
International Electrotechnical Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế
Commission
IED
Intelligent Electronic Device
ICCP
Inter
LN
-
Control
Thiết bị điện tử thông minh
Centre Giao thức truyền tin cho
Communications Protocol
Trung tâm điều khiển
Logical Node
Nút Logic
4
Thuật ngữ
MMS
Nghĩa tiếng Anh
Nghĩa tiếng Việt
Message Đặc tả cấu trúc bản tin
Manufacturing
Specification
MU
Merging Unit
Thiết bị đo lường đa năng
NCC
Network Control Centre
Trung tâm điều khiển mạng
PLC
Program Logic Component
Điều khiển Logic khả trình
PU
Protection Unit
Thiết bị bảo vệ
RTU
Remote Terminal Unit
Thiết bị đầu cuối
SAS
Substation Automated System
Hệ thống tự động hoá trạm
SB
Station Bus
Bus trạm biến áp
SBO
Select – Before – Operate
Lựa chọn trước khi vận hành
SCADA
Supervisory Control and Data Hệ thống giám sát điều khiển
và thu thập dữ liệu
Acquisition
SCL
Substation
Configuration Ngơn ngữ cấu hình trạm
Language
SoE
Sequen Of Event
Bộ ghi sự kiện
SQL
Structured Query Language
Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc
SU
Station Unit
Thiết bị trạm biến áp
TCI
Tele Control Interface
Trung tâm điều khiển từ xa
TMI
Tele Monitoring Interface
Trung tâm giám sát từ xa
TCP/IP
Transmission
Control Giao thức điều khiển truyền
Protocol/ Internet Protocol
tin/ giao thức Internet
5
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 So sách chức năng cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển TBA
Bảng 5.1 Lộ trình dự kiến thực hiện
6
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Minh hoạ sơ đồ chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện
Hình 2.1 Minh hoạ mơ hình lớp giao thức thơng tin
Hình 2.2 Mơ hình theo giao thức OSI
Hình 2.3 Minh hoạ cấu trúc liên kết Bus
Hình 2.4 Minh hoạ cấu trúc liên kết mạch vịng
Hình 2.5 Minh hoạ cấu trúc liên kết hình sao
Hình 2.6 Quá trình phát triển hệ thống giám sát điều khiển trạm
Hình 2.7 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp
truyền thống
Hình 2.8 Mơ hình cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm truyền thống
Hình 2.9 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống giám sát điều khiển trạm ngày nay
Hình 2.10 Mơ hình cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm ngày nay
Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển trạm theo IEC 61850
Hình 2.12 Mơ hình nút logic của máy cắt
Hình 2.13 Cách nối thơng thường của bộ đấu nối
Hình 2.14 Cách nối theo tiêu chuẩn IEC 61850 của bộ đấu nối
Hình 2.15 Mơ phỏng q trình đọc trạng thái thực của máy cắt
Hình 3.1
Sơ đồ kết nối các phần tử của hệ thống giám sát điều khiển tích
hợp trạm biến áp
Hình 3.2 Mơ phỏng xử lý dữ liệu của hệ thống giám sát điều khiển
Hình 3.3 Mơ hình giao diện và các chức năng của hệ thống tích hợp trạm
Hình 3.4 Các giao thức được lựa chọn trong trạm biến áp
Hình 3.5 Các giao thức được lựa chọn ngồi trạm biến áp
Hình 3.6 Minh hoạ cấu trúc logic của hệ thống tích hợp trạm
Hình 3.7 Cấu trúc vận hành hệ thống giám sát điều khiển tích hợp trạm
Hình 3.8 Mơ phỏng hiển thị và phân tích bản ghi sự cố
7
Hình 4.1 Mơ hình kết nối hệ thống giám sát điều khiển tại trạm biến áp
Hình 4.2
Mơ hình kết nối hệ thống giám sát điều khiển tại Trung tâm vận
hành trạm biến áp
Hình 4.2 Mơ hình kết nối hệ thống thông tin từ trạm biến áp về Trung tâm
vận hành trạm biến áp
Hình 5.1 Mơ hình kết nối hệ thống theo phương án 1
Hình 5.2 Mơ hình kết nối hệ thống theo phương án 2
8
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị điện tử thông minh và công nghệ
thông tin cùng với hạ tầng thông tin viễn thông ngày càng phát triển đã đem
đến những cơ hội và nhu cầu ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật
tiên tiến nhằm hiện đại hoá hệ thống điện. Để mở rộng khả năng thao tác,
nâng cao độ tin cậy và khai thác các thông tin từ cơ sở dữ liệu trạm biến áp
phục vụ việc phân tích sự cố cũng như cơng tác quản lý vận hành thì vấn đề
nghiên cứu hệ thống tích hợp trạm đang được rất nhiều chuyên gia quan tâm.
Mặt khác, khi chủ chương xã hội hoá ngành điện đã được triển khai tại tất
cả các Quốc gia, thì trong một tương lai khơng xa sẽ xuất hiện rất nhiều nhà
sản xuất điện năng với nhiều hình thức sở hữu khác nhau cùng tham gia vào
thị trường điện. Điều đó địi hỏi các doanh nghiệp kinh doanh điện năng cần
phải tìm ra được phương thức quản lý tối ưu hệ thống điện từ nhà máy điện
cho đến lưới điện phân phối nhằm mang lại lợi ích kinh tế tối đa.
Trong q trình cơng tác tại doanh nghiệp quản lý hệ thống điện, tác giả
nhận thấy trạm biến áp 110kV có rất nhiều khía cạnh cần nghiên cứu, đặc biệt
là phần thứ cấp của trạm biến áp, nên đã chọn đề tài “Nghiên cứu, xây dựng
hệ thống điều khiển tích hợp trạm biến áp 110kV” trên cơ sở tập hợp, đánh
giá một cách có hệ thống các tài liệu có liên quan nhằm xây dựng hệ thống
giám sát điều khiển trạm biến áp 110kV không người trực.
Do thời gian có hạn và năng lực cịn hạn chế nên luận văn chắc chắn
khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong được sự chỉ bảo của các thầy, cô
và đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo VS.GS.TSKH Trần Đình Long, các
thầy cô trong Bộ môn Hệ thống điện trường ĐH Bách Khoa Hà Nội và các
đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này!
Hà Nội, tháng 10 năm 2008
Tác giả
9
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TRẠM BIẾN ÁP
Chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện được thể hiện trong hình
vẽ 1.1. Điện năng được sản xuất từ các nhà máy điện được đưa qua các máy
biến áp tăng áp nhằm tăng điện áp lên mức cao, qua đường dây truyền tải
chuyển đến trung tâm phụ tải, tại đây các máy biến áp hạ áp thực hiện giảm
điện áp xuống mức thấp để cung cấp cho khách hàng. Do đó có thể nói trạm
biến áp là khâu rất quan trọng trong quá trình truyền tải năng lượng từ nhà sản
xuất đến người tiêu dùng và hiện đại hoá các trạm biến áp cũng là một nhiệm
vụ quan trọng trong việc hiện đại hoá hệ thống điện nói chung.
Hình 1.1 Minh hoạ sơ đồ chức năng của trạm biến áp trong hệ thống điện
1.1 Sự cần thiết xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm
Quá trình nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát điều khiển trạm biến áp
thực chất đây là quá trình thực hiện tự động hố trạm. Q trình nghiên cứu
này ln xét đến hai yếu tố đó là tính kinh tế và tính kỹ thuật.
1.1.1 Tính kinh tế
Nhu cầu thơng tin về hệ thống điện mang lại cho doanh nghiệp sức mạnh
để thành cơng hơn và có tính cạnh tranh cao trong một thị trường cạnh tranh
10
kinh doanh điện năng. Trong môi trường này, các thông tin trở thành nhu cầu
quan trọng giúp cho việc đưa ra các quyết định kịp thời và chính xác mà các
trạm biến áp truyền thống không thể thu thập thông tin đáp ứng sự đòi hỏi của
thị trường điện. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính kinh tế được thể hiện cụ thể
ở các vấn đề sau:
1.1.1.1 Những thay đổi khi có thị trường điện
Khi thị trường điện phát triển, sẽ dự báo ngày càng có nhiều thay đổi mơ
hình tổ chức quản lý hệ thống điện tương lai. Trong thị trường điện truyền
thống các trung tâm kiểm soát điện năng được điều chỉnh trong phạm vi hẹp
giữa các khu vực trong một quốc gia, năng lượng sẽ do một doanh nghiệp
đảm nhiệm đóng vai trị kiểm sốt và mua bán điện năng. Khi chủ trương xã
hội hoá ngành điện của các Quốc gia được xem là bắt buộc thì một thị trường
điện cạnh tranh được hình thành, dần dần vai trò một chủ thể doanh nghiệp
quản lý kinh doanh hệ thống điện biến mất và sẽ có nhiều doanh nghiệp cùng
tham gia cung cấp dịch vụ năng lượng trong tương lai.
1.1.1.2 Giảm chi phí trong q trình vận hành
Khi các trạm biến áp được trang bị các thiết bị có khả năng giám sát và điều
khiển từ xa thì việc giảm các chi phí liên quan đến cơng tác vận hành là yếu tố
chủ yếu có ảnh hưởng đến tồn bộ lợi ích kinh tế. Những yếu tố sau đây làm
giảm các khoản chi phí trong cơng tác vận hành:
- Giảm được số lượng nhân viên tham gia vào công tác vận hành trạm biến
áp tức là làm giảm được các chi phí liên quan đến chi phí tiền lương, tiền phụ
cấp, tiền trang bị trang bị bảo hộ lao động và các chi phí sinh hoạt khác.
- Giảm được thời gian xử lý do hệ thống được trang bị là các rơ le kỹ thuật
số, thiết bị điện tử thơng minh sẽ thực hiện chính xác các chức năng phức tạp
hơn người vận hành.
1.1.1.3 Giảm chi phí bảo dưỡng
11
Giảm chi phí do hỏng hóc và khắc phục: Vấn đề xử lý hỏng hóc ở các
trạm biến áp truyền thống mất rất nhiều thời gian do hệ thống dây dẫn đấu nối
tại các tủ bảng điện của thiết bị bảo vệ và điều khiển rất phức tạp. Ở các trạm
biến áp đã có hệ thống giám sát điều khiển hiện đại, thì thời gian phát hiện
hỏng hóc và khắc phục được giảm thiểu bởi vì hệ thống dây dẫn được thiết kế
với cấu trúc ít phức tạp hơn và có thể xử lý trực tiếp tại các phần mềm chuyên
dụng mà không phải ngừng vận hành các thiết bị tại trạm biến áp.
Giảm chi phí bảo dưỡng thiết bị sơ cấp: Nhờ có các thơng tin dữ liệu
được cập nhật chính xác và kịp thời từ phần mềm hệ thống về tình trạng của
thiết bị trong suốt quá trình vận hành nên có thể tiến hành cơng tác bảo dưỡng
thiết bị sơ cấp ngay mà không cần phải xác định nguyên nhân như đối với
trạm biến áp truyền thống.
Giảm chi phí bảo dưỡng thiết bị bảo vệ và điều khiển: Các rơ le kỹ thuật
số, thiết bị điện tử thơng minh có khả năng tự kiểm tra phát hiện những hư
hỏng đồng thời cho phép sửa chữa thay thế mà khơng làm ảnh hưởng đến q
trình vận hành của trạm. Mặt khác, với hàng loạt các phần mềm công nghiệp
chuyên dụng được đưa vào sử dụng đã làm giảm đáng kể thời gian dành cho
cơng tác thí nghiệm và bảo dưỡng định kỳ các thiết bị điều khiển và bảo vệ so
với trạm sử dụng các rơ le truyền thống chỉ dùng bán dẫn thơng thường.
Giảm chi phí lắp đặt trạm: Các tính tốn cho thấy rằng với thiết bị mới
hiện đại có thể sẽ giảm được các chi phí lắp đặt trạm. Tuy nhiên trong trường
hợp này, cần phải tính tốn chi tiết để giảm các chi phí lắp đặt hệ thống giám
sát điều khiển trạm hiện đại so với hệ thống trạm truyền thống. Những vấn đề
sau đây được coi là những yếu tố góp phần làm giảm phần lớn chi phí:
• Giảm chi phí lắp đặt cáp điều khiển và bảo vệ: Việc lắp đặt cáp trong
các mương cáp từ các ngăn lộ cho tới phòng điều khiển trong trạm biến áp
kiểu truyền thống hiện nay chiếm rất nhiều diện tích xây dựng. Mặt khác cách
12
lắp cáp kiểu này sẽ phải chịu tác động của các yếu tố: Môi trường làm hư
hỏng, sự cố cáp hoặc bị nhiễu tín hiệu do hiện tượng cảm ứng... Đến khi có sự
cố về cáp địi hỏi phải có mặt tại hiện trường để tiến hành các các công việc
thay thế hoặc sửa chữa. Việc xây dựng hệ thống giám sát điểu khiển trạm hiện
đại sẽ khơng địi hỏi xây dựng hệ thống mương cáp quá lớn, mà chỉ cần hệ
thống mương nhỏ vừa đủ cho việc lắp đặt cáp chun dụng cho mục đích trao
đổi thơng tin liên lạc giữa các thiết bị sơ cấp, tủ điều khiển ngăn lộ tại chỗ
hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua một thiết bị trung gian. Điều này cũng
làm giảm đáng kể diện tích trạm biến áp mới so với trước đây.
• Giảm chi phí mua thiết bị chun dụng cho từng chức năng: Khi xây
dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại sẽ cắt giảm được chi phí nhờ công
nghệ mới và tiết kiệm được một khoản kinh phí lớn khi nâng cấp, bảo dưỡng
các thiết bị như SCADA, RTU, bộ ghi sự kiện, tủ bảng điều khiển...
• Giảm chi phí khi mở rộng trạm biến áp: Đối với các trạm truyền
thống, khi có yêu cầu: tăng số lộ xuất tuyến thì cần có sự thay đổi về diện tích
để lắp đặt cáp, đặt tủ bảng điện...phục vụ tính năng mới. Trong khi đó, hệ
thống giám sát điều khiển trạm hiện đại không cần những thay đổi trên, chúng
chỉ cần bổ sung tính năng, thiết kế lại giao diện tại phần mềm của hệ thống.
Để nhìn nhận rõ hơn yếu tố các lợi ích kinh tế trên mang lại, ta xem xét một
ví dụ cụ thể khi Cơng ty Omaha Public Power District(OPPD) thực hiện xây
dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại cho thấy: Chỉ cần đầu tư 27.000
USD để xây dựng cho một trạm biến áp, khoản chi phí này là khơng đáng kể
so với lợi ích thu được. Hơn thế nữa Cơng ty OPPD còn tiết kiệm rất nhiều
các hạng mục đầu tư và chi phí khi mua tủ bảng điện điều khiển và bảo vệ,
các rơ le, dây dẫn, giảm kính thước phịng điều khiển ... và chi phí nhân cơng.
Kết quả tổng ước tính chi phí giảm khi xây dựng một trạm biến áp phân phối
cỡ nhỏ thu được ghi trong bảng 1.2 dưới đây[7]
13
Bảng 1.1 Ước tính giảm chi phí xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hiện đại
T
T
Mục lục
Giảm bớt
1 số tủ bảng
điều khiển
Giảm bớt
2 số tủ bảng
bảo vệ
Giảm số
3
rơle
Giảm số
4
rơle các
Giảm số
5
lượng cáp
Giảm đi
6
dây
Giảm kích
thước
7
phịng
điều khiển
Giảm
8
RTU
Giảm số
9 bộ ghi sự
cố
Giảm số
10 bộ ghi sự
kiện
Giảm
bảng tín
11
hiệu chỉ
thị
Ước tính
chi phí
giảm
Đơn
Số
Đơn
giá
lượng vị
/đơn vị
Chi phí
vật liệu
Giờ
LV Chi phí
/đơn nhân lực
vị
Tổng
cộng
5
Cái
$8000
$48000
50
$12000
$60000
4
Cái
$5000
$20000
50
$8000
$28000
2
Cái
$3500
$7000
20
$1600
$8600
10
Cái
$2500
$25000
20
$8000
$33000
660
m
$3.03
$2000
0.2
$16000
$18000
1980
m
$12.12
$24000
0.1
$24000
$48000
15
m2
$160
$2400
5
$32000
$34000
1
Cái
$18000
$18000
750
$30000
$48000
1
Cái
$25000
$25000
100
$4000
$29000
1
Cái
$18000
$18000
100
$4000
$22000
2
Cái
$3000
$6000
20
$1600
$7600
$195.400
$141.200 $336.600
14
1.1.2 Kỹ thuật
Việc kinh doanh trong thị trường điện đòi hỏi các doanh nghiệp tham gia
vào thị trường điện phải có nhiều thơng tin hơn, đó là các thơng tin cần thiết
về nội bộ ngành cũng như các đòi hỏi của khách hàng. Ví dụ như: dự báo về
phụ tải, chỉ số đo đếm kinh doanh và tính tốn quản lý năng lượng ...
Các thông tin được cung cấp một cách tin cậy, chính xác và kịp thời đến các
doanh nghiệp tiêu thụ điện năng và các nhà thương mại có nhu cầu. Các
doanh nghiệp cần nắm bắt thơng tin về hệ thống điện để tính tốn giảm các
chi phí đầu ra của sản phẩm, tạo cơ hội cạnh tranh trong lĩnh vực mà doanh
nghiệp có thế mạnh. Sau đây là các vấn đề kỹ thuật chính địi hỏi phải nâng
cấp tại các trạm biến áp truyền thống hiện nay.
1.1.2.1 Yêu cầu dữ liệu
Thông tin cơ bản dữ liệu trạm có vai trị chủ yếu trong việc tối ưu hố quản
lý hệ thống điện năng. Doanh nghiệp sẽ không thể cạnh tranh được nếu khơng
có các thơng tin chính xác và kịp thời về toàn bộ hệ thống điện. Dữ liệu
truyền từ các trạm biến áp đến các Trung tâm Điều khiển cần phải liên tục.
Các chương trình quản lý năng lượng để cung cấp thông tin về lượng điện sẵn
sàng cung cấp và đo đếm năng lượng sử dụng các dữ liệu như: tình trạng máy
cắt, lấy mẫu thời gian thực của Watts, Volts, Amps…
Trên đây là các các dữ liệu cần có trong hệ thống điện hiện đại. Trong
tương lai, các tín hiệu giám sát, bảo vệ... tại các trạm được truyền về Trung
tâm điều khiển điện năng. Tại đây Trung tâm sẽ thực hiện các quyền điều
khiển thay cho việc thao tác tại trạm như hiện nay. Điều này đòi hỏi các trạm
hiện nay cần phải được nâng cấp thành các trạm tự động hố hồn tồn mà có
khả năng cung cấp các dữ liệu chính xác và kịp thời.
1.1.2.2 Lưu hồ sơ tài liệu
Ngày nay, các doanh nghiệp gặp nhiều khó khăn trong việc lưu trữ hồ sơ
15
tài liệu về tất cả những thay đổi khi nâng cấp và sửa chữa trạm. Nói cách
khác, khơng có các hồ sơ tài liệu phản ánh các dữ liệu thực đã diễn ra của
thiết bị sơ cấp, dẫn đến lãng phí một khoảng thời gian đáng kể để kiểm tra lại
phương thức lắp đặt hiện tại trước khi bắt đầu triển khai nâng cấp hoặc thay
đổi phương thức lắp đặt mới.
Tại các trạm biến áp được xây dựng hệ thống giám sát điểu khiển hiện đại
thì hệ thống ln có tính năng tự động lập hồ sơ tài liệu và cấu hình hệ thống
ngay cả trong khi triển khai lắp đặt. Trạng thái của thiết bị được cập nhật liên
tục trước và sau khi hệ thống mới vào vận hành. Điều này giúp cho việc nâng
cấp, sửa chữa thiết bị sơ cấp trong trạm đơn giản hơn và mất ít thời gian hơn.
1.1.2.3 Tính năng
Khơng giống như hệ thống trạm truyền thống đòi hỏi phải thay đổi về thiết
bị sơ cấp trước khi tiến hành bổ sung thêm các chức năng mới, trong khi đó
hệ thống giám sát điểu khiển trạm hiện đại cho phép bổ sung các chức năng
mà không cần phải thay thế thiết bị sơ cấp trước. Điều này cho phép hệ thống
có khả năng lựa chọn chức năng từ các phần cứng khác nhau và cung cấp dữ
liệu yêu cầu bởi phần mềm ở trạm chủ thông qua đường truyền thông tin.
1.1.2.4 Độ tin cậy
Hệ thống giám sát điều khiển trạm hiện đại có khả năng xác định chính xác
thơng tin về hệ thống điện sẽ rút ngắn thời gian xác định các nguyên nhân sự
cố, từ đó giúp cho việc phục hồi các sự cố trong trạm được nhanh hơn[21]
1.2 Tổng quan hiện trạng hệ thống giám sát điều khiển tích hợp trạm
trên Thế giới và Việt Nam
1.2.1 Trên Thế giới:
Sau nhiều giai đoạn nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật vào việc cải
thiện và khai thác các chức năng trạm biến áp, các nhà khoa học trên Thế giới
