Luận văn thạc sĩ nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối sử dụng scada

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------o0o---------------

Nguyễn Đức Mùi

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG CHO
TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG SCADA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60520203

KHOA CHUYÊN MÔN

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

TS. Đào Huy Du

THÁI NGUYÊN – 2017

PHÕNG ĐÀO TẠO


I

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Đức Mùi.
Sinh ngày: 05 tháng 03 năm 1990
Học viên lớp cao học khóa 18 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: tự do.
Xin cam đoan luận văn: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN
THÔNG CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG SCADA” do thầy giáo TS.
Đào Huy Du hướng dẫn là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Tất cả các tài liệu tham
khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề
cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận
văn, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 12 năm 2017
Học viên

Nguyễn Đức Mùi


II

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương và được sự hướng dẫn tận tình giúp
đỡ của thầy giáo TS. Đào Huy Du, luận văn với luận văn “NGHIÊN CỨU,
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI
SỬ DỤNG SCADA” đã được hồn thành.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:
Thầy giáo hướng dẫn TS. Đào Huy Du đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành
luận văn.
Các thầy cơ giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên và
một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập để
hồn thành luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng hết sức, song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm thực tế của
bản thân cịn ít, cho nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tơi mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cơ giáo và các bạn bè đồng nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 22 tháng 12 năm 2017
Học viên

Nguyễn Đức Mùi


III

LỜI NĨI ĐẦU
Trạm điện phân phối đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống truyền tải điện
năng đến người sử dụng. Do sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống năng lượng điện quốc
gia và nhu cầu sử dụng điện trong xã hội ngày càng lớn đi cùng với sự phát triển về
kinh tế. Dẫn đến ngày càng xuất hiện nhiều nhà máy điện và trạm biến áp có công suất
lớn cùng với mạng lưới phân phối điện phức tạp. Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề
kinh tế – kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành chúng sẽ mang lại lợi ích
khơng nhỏ đối với nền kinh tế quốc dân nói chung và đối với ngành điện cơng nghiệp
nói riêng. Để đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt đòi hỏi phải xây dựng được
một hệ thống điện gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng hoạt động
một cách thống nhất với nhau. Trong đó trạm phân phối với biến áp trung gian đóng
vai trị rất quan trọng vì muốn truyền tải điện năng đi xa hoặc giảm điện áp xuống thấp
cho phù hợp nơi tiêu thụ ta dùng biến áp là kinh tế và thuận tiện nhất.
Việc điều hành và giám sát các trạm điện phân phối yêu cầu số lượng nhân công rất
lớn. Với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống tự động hóa, giám sát quá trình đã ứng
dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong cơng nghiệp, đời sống xã hội. Luận văn: “NGHIÊN
CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG CHO TRẠM ĐIỆN PHÂN
PHỐI
SỬ DỤNG SCADA”. Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng mạng SCADA thực
hiện điều khiển giám sát các thông số của trạm điện phân phối. Nâng cao tính tự động
hóa trong hoạt động vận hành, giám sát trạm điện phân phối. Giảm nhân cơng trong

q trình vận hành hoạt động trạm. Nội dung của bản thuyết minh được chia thành 04
chương:
 Chương 1: Tổng quan về trạm điện phân phối
 Chương 2: Mạng SCADA ứng dụng trong trạm điện phân phối
 Chương 3: Thiết bị logic khả trình PLC Siemen ứng dụng trong hệ SCADA
 Chương 4. Thiết kế - thi công tủ SCADA cho trạm phân phối


IV

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................... II
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... III
MỤC LỤC............................................................................................................. IV
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI........1
1.1. Giới thiệu về hệ thống điện Việt Nam............................................................ 1
1.2. Tổng quan về trạm biến áp............................................................................. 2
1.3. Trạm biến áp phân phối.................................................................................. 3
1.3.1. Đặc điểm của trạm phân phối.................................................................. 3
1.3.2. Cấu trúc của trạm phân phối.................................................................... 5
1.3.3. Hệ thống điều khiển trạm phân phối...................................................... 10
1.4. SCADA và tự động hóa trạm biến áp........................................................... 11
1.4.1. Các yêu cầu với hệ thống tự động hóa trạm biến áp..............................12
1.4.2. Một số ưu điểm của hệ thống TĐH và SCADA.................................... 13
1.4.3. Hiện trạng về tự động hoá trạm biến áp................................................. 15
1.5. Khái niệm chung.......................................................................................... 15
1.5.1. Cấu trúc hệ thống SCADA.................................................................... 16
1.5.2. Phân cấp chức năng trong hệ SCADA................................................... 16
1.5.3. Hệ thống quản lý năng lượng EMS....................................................... 19

1.5.4. Hệ thống DMS...................................................................................... 19
1.6. Sơ đồ khối hệ thống SCADA....................................................................... 20
1.7. Thiết bị đầu cuối ở xa RTU.......................................................................... 20
1.7.1. Các thành phần trong RTU.................................................................... 22
1.7.2. Phân hệ truyền thông............................................................................. 23
1.7.3. Phân hệ logic......................................................................................... 23
1.7.4. Phân hệ đầu cuối.................................................................................... 25
1.7.5. Phân hệ kiểm tra và giao diện người máy.............................................. 25
1.7.6. Các tính năng khác của RTU................................................................. 26
1.8. Thiết bị điện tử thông minh IED................................................................... 27


V
1.8.1. Sơ đồ chức năng IED............................................................................. 28
1.8.2. Cấu trúc của IED................................................................................... 28
1.8.3. Phân hệ truyền thơng............................................................................. 29
1.8.4. Các tính năng nâng cao của IED............................................................ 29
1.9. Hệ thống truyền thông SCADA.................................................................... 30
1.10. Giao diện người máy HMI......................................................................... 31
1.11. Các chức năng của SCADA trạm biến áp................................................... 31
1.12. Kết luận chương 1...................................................................................... 32
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG SCADA ĐIỆN LỰC...............33
2.1. Khái quát chung........................................................................................... 33
2.2. Các yêu cầu truyền thông SCADA trong hệ thống điện...............................33
2.2.1. Chất lượng dịch vụ (QoS)...................................................................... 35
2.2.2. Tính tương đồng.................................................................................... 35
2.2.3. Khả năng bảo mật.................................................................................. 35
2.2.4. Sự chuẩn hóa......................................................................................... 35
2.3. Các cấu trúc truyền thơng SCADA.............................................................. 35
2.3.1. Liên kết điểm – điểm và đa điểm........................................................... 36

2.3.2. Cấu trúc bus........................................................................................... 36
2.3.3. Cấu trúc mạch vòng (Ring)................................................................... 37
2.3.4. Cấu trúc hình sao (Star)......................................................................... 38
2.3.5. Cấu trúc lưới (Mesh)............................................................................. 38
2.3.6. Cấu trúc lai............................................................................................ 39
2.3.7. Luồng dữ liệu........................................................................................ 39
2.4. Các kỹ thuật truyền thông dữ liệu SCADA.................................................. 39
2.4.1. Chủ - tớ (Master – slave)....................................................................... 39
2.4.2. Peer – to – peer...................................................................................... 40
2.4.3. Multi – peer........................................................................................... 40
2.5. Truyền thông dữ liệu.................................................................................... 40
2.5.1. Các thành phần trong hệ thống truyền thông dữ liệu.............................41
2.5.2. Truyền dẫn các tín hiệu số..................................................................... 41
2.5.3. Các chế độ truyền thơng........................................................................ 42


VI
2.5.4. Các kỹ thuật phát hiện lỗi...................................................................... 43
2.5.5. Các kỹ thuật điều khiển truy nhập đường truyền................................... 44
2.6. Kiến trúc giao thức truyền thơng SCADA.................................................... 47
2.6.1. Mơ hình 7 tầng OSI............................................................................... 48
2.6.2. Mơ hình EPA......................................................................................... 51
2.6.3. Mơ hình TCP/IP.................................................................................... 53
2.7. Các giao thức SCADA và Smart Grid.......................................................... 54
2.7.1. Giao thức Modbus................................................................................. 54
2.7.2. Giao thức Profibus................................................................................. 55
2.7.3. Giao thức Profinet................................................................................. 56
2.7.4. IEC 60870-5-101................................................................................... 57
2.7.5. DNP3..................................................................................................... 60
2.7.6. ICCP...................................................................................................... 61

2.7.7. Ethernet................................................................................................. 62
2.7.8. IEC61850.............................................................................................. 63
2.7.9. Chuẩn đồng bộ pha IEEE C37.118........................................................ 65
2.8. Môi trường truyền thông SCADA và smart grid..........................................67
2.8.1. Cáp xoắn đôi.......................................................................................... 68
2.8.2. Cáp đồng trục........................................................................................ 68
2.8.3. Cáp sợi quang........................................................................................ 69
2.8.4. Truyền thông trên đường dây điện lực PLCC........................................ 69
2.8.5. Truyền thông trên nền điện thoại........................................................... 70
2.9. Truyền thông không dây............................................................................... 71
2.9.1. Thông tin vệ tinh................................................................................... 71
2.9.2. Radio (VHF, UHF)................................................................................ 72
2.9.3. Viba....................................................................................................... 72
2.10. Kết luận chương......................................................................................... 73
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRUYỀN THƠNG CHO TRẠM ĐIỆN
PHÂN PHỐI.......................................................................................................... 74
3.1. Mơ hình trạm biến áp phân phối................................................................... 74
3.2. Yêu cầu thiết kế với hệ thống truyền thông SCADA.................................... 76


VII
3.3. Mơ hình hệ thống truyền thơng SCADA...................................................... 77
3.3.1. Cấu trúc truyền thông............................................................................ 77
3.3.2. Đồng hồ đa năng Selec MFM – 384...................................................... 78
3.3.3. Bộ điều khiển S7 – 1200........................................................................ 82
3.3.4. Mô đun truyền thông CM 1241 RS422/RS485...................................... 88
3.4. Tủ điều khiển giám sát SCADA cho trạm điện phân phối............................91
3.5. Kết luận chương 3........................................................................................ 92
CHƢƠNG 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THƠNG SCADA TRẠM ĐIỆN PHÂN
PHỐI...................................................................................................................... 93

4.1. Giới thiệu phần mềm TIA Portal:................................................................. 93
4.2. Lập trình truyền thơng Modbus RTU với CM 1241..................................... 98
4.2.1. Cài đặt mô đun CM 1241 trong Project................................................. 98
4.2.2. Cấu hình mơ đun truyền thơng CM 1241.............................................. 99
4.2.3. Lập trình truyền thơng Modbus RTU.................................................... 99
4.3. Lập trình truyền thơng Ethernet.................................................................104
4.4. Lập trình cho bộ điều khiển PLC...............................................................106
4.4.1. Thuật tốn chương trình......................................................................106
4.4.2. Chương trình điều khiển......................................................................108
4.5. Lập trình giao diện điều khiển giám sát......................................................113
4.5.1. Màn hình chính...................................................................................113
4.5.2. Giao diện điều khiển, giám sát............................................................113
4.5.3. Giám sát các thông số theo thời gian...................................................115
4.5.4. Bản ghi nhật ký sự cố..........................................................................116
4.5.5. Cài đặt thông số...................................................................................117
4.6. Kết luận chương.........................................................................................117
KẾT LUẬN..........................................................................................................118
1. Kết luận......................................................................................................118
2. Hướng phát triển của luận văn....................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................119


1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA VÀ TRẠM ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1. Giới thiệu về hệ thống điện Việt Nam
Hệ thống điện Việt Nam hiện nay được quản lý và điều hành bởi Tập đồn Điện lực
Việt Nam (EVN). Mơ hình hệ thống điện có thể chia thành ba khâu chính gồm: Phát
điện, truyền tải và phân phối.
 Khâu phát điện: Bao gồm các nhà máy điện như thủy điện, nhiệt điện, phong

điện, thực hiện biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng. Các nhà
máy điện thuộc quyền quản lý của Tổng công ty phát điện 1, 2, 3, một số thuộc
EVN, một số khác thuộc các đơn vị ngồi ngành điện như Tập đồn dầu khí
Việt Nam, Tập đồn than khống sản Việt Nam.
 Khâu truyền tải: Bao gồm các hệ thống trạm biến áp 500 kV, 220 kV và hệ

thống lưới truyền tải, có chức năng truyền tải điện năng tới các vùng khác nhau.
 Khâu phân phối: Bao gồm các hệ thống điện các trạm 110 kV, 35 kV, 22 kV,

các trạm điện phân phối, khách hàng và hệ thống lưới phân phối. Đây là khâu
cuối cùng trong việc cung cấp điện tới người tiêu dùng. Các trạm phân phối
thuộc quyền quản lý của các Tổng Công ty Điện lực miền Bắc, Trung, Nam…
 Hệ thống truyền tải điện:
Hiện đang sử dụng 4 cấp điện áp đó là các cấp điện áp: 500kV, 220kV, 110kV và
66kV. Tuy nhiên chỉ cịn một số nơi rất ít sử dụng cấp điện áp 66kV và trong tương lai
gần cấp điện áp này sẽ không được sử dụng cho truyền tải điện ở Việt Nam. Công tác
vận hành và bảo dưỡng hệ thống truyền tải điện chủ yếu do 4 Công ty truyền tải điện
đảm nhiệm chủ yếu, tuy nhiên trong thực tế hiện nay vẫn có một số đường dây truyền
tải điện và TBA 110kV, 66kV do các Điện lực quản lý vận hành và bảo dưỡng.
Công ty truyền tải điện 1 có trụ sở đóng 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 110kV, TBA
110kV thuộc địa phận các tỉnh từ Hà Tĩnh trở ra. Các Điện lực ở Bắc Miền Trung và
Miền Bắc quản lý các đường dây và TBA 110kV trở xuống.
Cơng ty truyền tải điện 2 có trụ sở đóng tại Đà Nẵng, quản lý tồn bộ các đường dây
và TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV và hầu hết các đường dây và TBA có cấp điện
áp 110kV thuộc địa bàn các tỉnh từ Quảng Bình đến Quảng Ngãi và Kon Tum.
Cơng ty truyền tải điện 3 đóng tại Nha Trang, quản lý toàn bộ các đường dây và
TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV và đa số các đường dây và TBA có cấp điện áp
110kV từ Bình Định vào đến Cam Ranh và các tỉnh Gia Lai, Đăk Lăk, Đăk Nông.

Công ty truyền tải điện 4 có trụ sở tại thành phố Hồ Chí Minh, quản lý tồn bộ các
đường dây và TBA có cấp điện áp 500kV, 220kV khu vực Nam Trung bộ (Ninh Thuận
trở vào), Miền Nam và Lâm Đồng. Các Điện lực từ các tỉnh Ninh Thuận trở vào đa số
quản lý các đường dây và TBA110kV trở xuống.
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


2
 Hệ thống lƣới điện phân phối:

Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay, hệ thống lưới điện phân phối của Việt Nam bao
gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn, do bảy công ty điện lực
thuộc Tổng công ty điện lực Việt Nam quản lý. Nhằm nâng cao độ tin cậy trong việc
cung cấp điện, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng của khách hàng và giảm
tổn thất điện năng của tồn hệ thống, Tổng cơng ty điện lực Việt Nam thường xuyên
đầu tư mở rộng, nâng cấp và cải tạo lưới điện phân phối trên phạm vi cả nước. Các
công ty phân phối điện đã triển khai nhiều biện pháp quản lý nhằm giảm tối đa tổn thất
điện năng khu vực cũng như nâng cao chất lượng trong việc cung cấp điện cho khách
hàng.
Để nâng cao chất lượng và đảm bảo cung cấp điện, hệ thống điện Việt Nam đang
được đầu tư xây dựng và phát triển ngày càng nhiều các đường dây và TBA, cũng như
không ngừng mở rộng các TBA đã đầu tư xây dựng trước đây như đầu tư xây dựng các
MBA số 2 và các xuất tuyến trung áp nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện đảm bảo
sự tăng trưởng của phụ tải. Mặt khác hệ thống điện Việt Nam ngày càng được hiện đại
hóa bằng các thiết bị hiện đại, 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.
1.2. Tổng quan về trạm biến áp
Trạm biến áp (TBA, Substation) là một thành phần đóng vai trị rất quan trọng trong
hệ thống điện, được dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp

khác. Điện năng từ nhà máy điện tới các hộ tiêu thụ có thể đi qua nhiều TBA, biến đổi
qua nhiều mức điện áp khác nhau. Thành phần chính trong TBA là các máy biến áp
điện lực (MBA, Power Transformer).
 Phân loại trạm biến áp:
Các TBA có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, theo cấp điện áp người ta
phân thành:
 Trạm biến áp tăng áp: có điện áp phía thứ cấp lớn hơn điện áp phía sơ cấp.

Thường dùng ở các nhà máy điện, cung cấp năng lượng cho hệ thống điện và
phụ tải ở xa.
 Trạm biến áp hạ áp: có điện áp phía thứ cấp nhỏ hơn điện áp phía sơ cấp.

Trạm thường nhận điện năng từ hệ thống điện để phân phối cho phụ tải.
Theo chức năng nhiệm vụ, người ta phân thành hai loại:
 Trạm biến áp truyền tải: kết nối hai hoặc nhiều đường dây truyền tải. Trạm

thường có cơng suất lớn, cấp điện cho một vùng địa lý rộng ở nhiều mức điện
áp khác nhau, với một số lượng lớn các máy cắt, thiết bị bảo vệ, điều khiển
(BU, BI, rơ le, hệ thống SCADA, …).

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


3
 Trạm biến áp phân phối: truyền năng lượng từ lưới truyền tải tới hệ thống

phân phối. Trạm có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho các hộ sử dụng điện của
xí nghiệp, khu dân cư trường học … thường có cấp điện áp nhỏ (10, 6, 0.4 kV).
Theo hình thức và cấu trúc, người ta chia thành trạm ngoài trời và trạm trong nhà:
 Trạm biến áp ngoài trời: các thiết bị phía điện áp cao như: dao cách ly, máy

cắt, máy biến áp, thanh góp … đều đặt ngồi trời. Cịn phần phân phối điện áp
thấp thì đặt trong nhà, hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để
phân phối phần hạ thế. Thích hợp cho trạm có cơng suất lớn, có đủ khơng gian
cần thiết để đặt các thiết bị ngoài trời. Sử dụng loại trạm đặt ngoài trời sẽ tiết
kiệm được khá lớn về kinh phí xây dựng hơn trạm đặt trong nhà.
 Trạm biến áp trong nhà: ở đây các thiết bị đều được đặt trong nhà. Loại trạm

này hay thường gặp ở các trạm phân xưởng hoặc các trạm biến áp của các khu
vực trong thành phố.
1.3. Trạm biến áp phân phối
Các trạm phân phối (TPP, Distrubution Substation) được dùng để cung cấp điện áp
cho các hộ tiêu thụ, mà ở đó người ta có thể cho xuống 6,3 kV hoặc 0,4 kV cung cấp
tới các thiết bị điện.

Hình 1-1: Hình ảnh một trạm biến áp phân
phối 1.3.1. Đặc điểm của trạm phân phối
Trạm biến áp phân phối được sử dụng nhiều trong các khu dân cư, các trạm cấp
nguồn cho các doanh nghiệp và xưởng sản xuất.

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


4

Hình 1-2: Vị trí của trạm phân phối trong hệ thống điện
Trạm gồm có một hay một số máy biến áp, thiết bị phân phối cao và hạ áp và các
thiết bị phụ khác. Trong một số trạm còn đặt thêm các máy bù đồng bộ, tụ tĩnh điện,
kháng điện. Điện năng từ máy phát đến nơi tiêu thụ thường phải biến đổi thành nhiều
cấp, vì thế tổng cơng suất các máy biến áp thường gấp 4 đến 5 lần tổng công suất đặt

của các máy phát điện. Số lượng và công suất máy biến áp trong một trạm chúng ta
cần chú ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải và tính chất quan trọng của
phụ tải về phương diện cung cấp điện.
Đối với các trạm cung cấp điện cho phụ tải loại 1 nên dùng hai máy biến áp. Ví dụ:
khi phụ tải loại 1 bé hơn 50% tổng cơng suất của phân xưởng đó thì ít nhất một máy
phải có dung lượng bằng 50% cơng suất của phân xưởng đó. Khi phụ tải loại 1 lớn hơn
50% tổng cơng suất của phân xưởng đó thì ít nhất một máy phải có dung lượng bằng
100% cơng suất của phân xưởng đó. Ở chế độ bình thường cả 2 máy biến áp làm việc,
còn trong trường hợp sự cố một máy thì ta sẽ chuyển tồn bộ phụ tải về máy khơng sự
cố; khi đó ta phải sử dụng khả năng quá tải của máy biến áp hoặc ta sẽ phải ngắt các
hộ tiêu thụ không quan trọng. Nếu chỉ có hộ tiêu thụ loại 3 hoặc loại 2 thì ta có thể
trang bị chỉ một máy biến áp cho trạm và sử dụng đường dây phụ nối hạ áp lấy từ một
trạm điện khác của xí nghiệp nếu thấy cần thiết.
Trạm được thiết kế theo điều kiện khí hậu và phụ tải của Việt Nam, làm việc ở chế
độ liên tục, cho phép quá tải theo quy trình. Thiết bị phân phối của trạm cần đảm bảo
làm việc tin cậy liên hệ với các đường dây, cắt đường dây có chọn lọc và độ tin cậy
cung cấp điện. Máy biến áp trong trạm có thể nối vào đường dây qua dao cách ly hoặc
qua máy cắt phụ tải và bảo vệ cùng với đường dây. Vận hành trạm khơng cho phép tác
động sai lầm vì như vậy sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


5

1.3.2. Cấu trúc của trạm phân phối

Hình 1-3: Sơ đồ 1 sợi các thành phần chính trong trạm phân phối
Ví dụ:
Hình 1-3 là sở đồ một sợi mơ tả các thành phần chính trong trạm điện phân phối. Ở sơ đồ

này, điện áp từ lưới đi qua máy cắt ngoài trời MCT đi xuống thanh cái 22 kV. Nếu xảy ra sự
cố tại thanh cái 22 kV thì MCT cắt nhờ tác động của Rơle bảo vệ. Từ thanh cái 22 kV chia ra
làm 2 lộ. Mỗi lộ qua 1 máy cắt ngoài trời MC1 và MC2, đưa vào sơ cấp của máy biến áp
ngoài trời 22/6.3 kV MBA1 và MBA2. Thứ cấp của máy biến áp đưa vào máy cắt hợp bộ
MC3, MC4 (trong nhà) thông qua cáp điện lực đến thanh cái 6.3 kV. Giữa 2 thanh cái 6.3 kV
là máy cắt nối hợp bộ MCN. Khi xảy ra sự cố tại máy biến áp thì máy cắt ngay trên nó sẽ cắt
nhờ Rơ le bảo vệ. Nếu xảy ra sự cố tại thanh cái 6.3 kV thì máy cắt MC3 hoặc MC4 sẽ cắt. Từ
mỗi thanh cái 6.3 kV, 1 nhánh cấp đến phụ tải 6.3 kV thông qua 1 máy cắt hợp bộ (MC5,
MC6) và cáp điện lực. Nhánh còn lại cấp đến máy biến áp 6.3/0.4 kV thông qua 1 máy cắt
hợp bộ nữa (MC7, MC8) để cấp đến phụ tải 0.4 kV. Khi xảy ra sự cố ở nhánh nào thì máy cắt
ở nhánh đó sẽ cắt.
Trong trường hợp máy cắt ở nhánh nào đó khơng hoạt động khi q dịng thì máy cắt cấp
cao hơn và gần nhất sẽ cắt. Yêu cầu này áp dụng cho toàn bộ trạm biến áp.
Yêu cầu liên động:
- Liên động giữa 3 máy cắt MC3, MC4 và MCN: (1) Trong cùng 1 thời điểm, chỉ có nhiều

nhất 2 trong 3 máy cắt được đóng. (2) Trong trường hợp làm việc bình thường thì MC3, MC4
đóng và MCN cắt. (3) Khi có sự cố 1 trong 2 máy biến áp MBA1 hoặc MBA2 thì MC3 hoặc
MC4 tương ứng sẽ cắt. Đồng thời MCN đóng (để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho thanh
cái 6.3 kV).

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


6
- Liên động giữa MC và dao cách ly: (1) Khi cắt mạch điện thì chỉ cho phép cắt máy cắt

trước và mở dao cách ly sau. (2) Khi đóng mạch điện, chỉ cho phép đóng dao cách ly trước và
đóng máy cắt sau.

Một trạm biến áp phân phối thường gồm các thành phần chính sau đây:
a) Máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến
đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện
xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.
Máy biến áp là thiết bị chính trong trạm phân phối. Số lượng MBA và công suất
định mức của chúng phải thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện và kinh tế. Các
trạm phân phối thường sử dụng máy biến áp 3 pha, nhưng cũng có thể sử dụng tổ máy
biến áp 1 pha.
Đối với các trạm sử dụng nhiều hơn một máy biến áp, điều kiện để vận hành song
song là các MBA phải có cùng cơng suất, cùng tổ nối dây, cùng tỷ số biến đổi điện áp,
cùng điện áp ngắn mạch phần trăm.
Các thơng số kỹ thuật chính của máy biến áp: Công suất định mức; Điện áp sơ cấp,
thứ cấp định mức; Điện áp ngắn mạch (%); Dòng điện không tải; Công suất không tải;
Công suất ngắn mạch; Tổ nối dây.

Hình 1-4: Các máy biến áp trong trạm

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


7

b) Máy cắt
Máy cắt điện là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện 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 dịng điện ngắn
mạch là chế độ làm việc nặng nề nhất.
 Các yêu cầu đối với máy cắt:
- Độ tin cậy cao trong mọi chế độ làm việc.
- Thời gian khi đóng và cắt nhanh.

- Khi đóng cắt khơng gây nổ hoặc cháy.
- Dễ bảo dưỡng kiểm tra và thay thế.
- Kích thước nhỏ gọn, tuổi thọ cao, có thể dùng cho chế độ đóng cắt lặp lại theo

chu trình.

Hình 1-5: Máy cắt dầu ngồi trời
 Phân loại:

Dựa vào mơi trường dập hồ quang người ta phân loại máy cắt như sau:
- Máy cắt nhiều dầu: dầu vừa là chất cách điện đồng thời sinh khí để dập hồ

quang.
- Máy cắt ít dầu: lượng dầu ít chỉ đủ sinh khí dập tắt hồ quang, còn cách điện là

chất rắn.
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


8
- Máy cắt khơng khí: dùng khí nén để dập tắt hồ quang.
- Máy cắt tự sinh khí: dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dưới tác

dụng nhiệt độ cao của hồ quang, khí tự sinh ra có áp suất cao dập tắt hồ quang.
- Máy cắt điện từ: hồ quang được dập trong khe hẹp bằng vật liệu rắn chịu được

hồ quang, lực điện từ đẩy hồ quang vào khe hẹp.
- Máy cắt chân không: hồ quang được dập trong môi trường chân không.
- Máy cắt SF6: dùng khí SF6 để dập hồ quang.

Theo kết cấu, người ta phân thành:
- Máy cắt hợp bộ: thường được ghép tổ hợp với các thiết bị điều khiển, đo lường,

bảo vệ hay cịn gọi là trạm đóng cắt hợp bộ.
- Máy cắt rời.
c) Dao cách ly và dao nối đất

Dao cách ly (DCL) là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp khơng có
dịng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần. Ở trạng thái cắt, DCL tạo
nên khoảng cách cách điện an tồn, có thể nhìn thấy được. Ở trạng thái đóng, DCL
phải chịu được dịng điện định mức dài hạn và dòng sự cố ngắn hạn như dòng ổn định
nhiệt, dịng xung kích.
Trong điều kiện nhất định có thể dùng dao cách ly đóng cắt đường dây hoặc máy
biến áp khơng mang tải cơng suất nhỏ, hoặc đóng cắt mạch điện đẳng thế để đổi nối sơ
đồ đấu dây. Vì dao cách ly khơng có bộ phận dập hồ quang cho nên nghiêm cấm dùng
dao cách ly đóng cắt mạch điện đang mang tải.
Trong trạm biến áp, dao cách lý thường có dao nối đất (DNĐ) đi kèm. DCL và DNĐ
được thiết kế liên động cả về cơ khí và điện: khi dao cách ly mở, dao nối đất liên động,
nối phần mạch cách ly để phóng điện áp dư cịn tồn tại trong mạch cắt đảm bảo an
tồn. Dao nối đất được sử dụng để nối đất và ngắn mạch các thành phần khơng mang
điện trong trạm, DNĐ có thể chịu đựng dòng trong thời gian 1s hoặc 3s dưới các điều
kiện khơng bình thường (Ví dụ: ngắn mạch), nhưng khơng u cầu mang dịng liên
tục.
 Các u cầu với dao cách ly:
- Các tiếp điểm cần phải đảm bảo cho dòng điện định mức lâu dài chạy qua và có

khả năng làm việc tốt ở nơi có điều kiện thiên nhiên khắc nghiệt.
- Các tiếp điểm và phần có dịng điện chạy qua phải bảo đảm ổn định động và ổn

định nhiệt.

- Dao cách ly và bộ truyền động phải đảm bảo tin cậy, cần giữ vững ở vị trí đóng

khi có dịng điện ngắn mạch chạy qua, khi ở vị trí cắt cần phải cố định chắc chắn.
- Dao cách ly phải đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các tiếp điểm khi cắt để

tránh hiện tượng phóng điện khi điện áp tăng cao.
- Cơ cấu cơ khí của dao cách ly phải được nối liên động với máy cắt để dao cách ly

được đóng cắt sau khi máy cắt đã cắt.
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


9

- Kết cấu đơn giản thuận tiện trong vận hành và sửa chữa.

Hình 1-6: Hình ảnh dao cách ly
d) Nối đất

Nối đất là biện pháp an toàn trong trạm biến áp. Nếu cách điện hư hỏng thì các vỏ
thiết bị điện sẽ mang điện áp và dòng rò chạy từ vỏ thiết bị xuống thiết bị nối đất. Khi
có trang bị nối đất, dòng ngắn mạch xuất hiện do cách điện của thiết bị điện với vỏ bị
hư hỏng sẽ chạy qua vỏ thiết bị theo dây dẫn nối xuống.
Có ba loại nối đất: nối đất an toàn (thiết bị nối đất được nối vào vỏ thiết bị điện), nối
đất làm việc (thiết bị nối đất được nối vào trung tính MBA), nối đất chống sét (thiết bị
nối đất được nối vào kim thu lôi).
e) Chống sét
Thiết bị chống sét là khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện, tránh được hỏng
hóc cách điện do quá điện áp cao từ khí quyển (thường do sét) tác động.
Muốn dẫn được xung 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, khơng
có dịng dịng 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 dịng điện do điện áp định mức chạy xuống đất.
Dựa vào nguyên lý làm việc ta có: khe hở phóng điện, chống sét ống, chống sét van và
chống sét oxit kim loại.
 Yêu cầu thiết bị chống sét:
- Đặc tính bảo vệ V – S của thiết bị chống sét phải nằm dưới đặc tính bảo vệ của

cách điện.
- Thiết bị chống sét không được tác động nhầm khi có quá điện áp nội bộ.

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


10
- Điện áp dư sau khi chống sét tác động phải thấp, không gây nguy hiểm cho cách

điện của thiết bị được bảo vệ.
- Nhanh chóng hạn chế và dập tắt hồ quang điện do dòng điện ngắn mạch chạm

đất.
- Có tuổi thọ cao.
f) Máy biến điện áp và máy biến dòng

Máy biến áp đo lường (TU) làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp
(thường là 100V) để cung cấp cho các thiết bị đo lường, bảo vệ Rơle và tự động hóa.
Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an tồn cho
người. Cũng vì an tồn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải được nối
đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của TU có điện trở rất lớn nên có thể coi TU làm việc ở

chế độ khơng tải.
Máy biến dịng điện (TI) dùng để biến đổi dòng từ trị số lớn hơn xuống trị số thích
hợp (thường là 5A hoặc 1A) với các dụng cụ đo và rơle, tự động hóa. Cuộn dây sơ cấp
của biến dịng có số vịng rất nhỏ, có khi chỉ một vài vịng, cịn cuộn thứ cấp có số
vịng nhiều hơn và ln được nối đất đề phòng khi cách điện giữa sơ và thứ cấp bị
chọc thủng thì khơng nguy hiểm cho dụng cụ phía thứ cấp và người phục vụ. Phụ tải
thứ cấp của biến dịng điện rất nhỏ vì vậy có thể coi biến dịng ln làm việc ở trạng
thái ngắn mạch. Trong trường hợp khơng có tải phải nối đất cuộn thứ cấp để tránh quá
điện áp cho nó.
g) Rơle bảo vệ

Để đảm bảo tính ổn định cho nhà máy và hệ thống cũng như an toàn cho thiết bị lắp
đặt, trạm phân phối sử dụng hệ thống bảo vệ rơ le.
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: tách rời phần sự cố khỏi hệ thống với hư hỏng tối thiểu
duy trì trạng thái vận hành an tồn cho các phần cịn lại của hệ thống hạn chế tối đa
thiệt hại về người, thiết bị hay gián đoạn cung cấp điện.
Thiết bị rơle bảo vệ cần đảm bảo các yếu tố sau: thời gian tác động ngắn, đủ độ
nhạy và độ tin cậy khi làm việc với mọi dạng sự cố. Hiện nay trong trạm phân phối
thường sử dụng các rơ le số.
1.3.3. Hệ thống điều khiển trạm phân phối
Việc điều khiển trạm biến áp có thể thực hiện điều khiển từ 4 mức:
 Mức 1: Mức điều khiển giám sát tại Trung tâm điều độ Hệ thống điện quốc gia và

Trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc thông qua hệ thống kết nối SCADA.
 Mức 2: Mức toàn trạm được thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm của trạm với
trang bị một máy tính chủ, trạm thao tác, mạng LAN. Tại trạm thao tác có thể thực
hiện các chức năng điều khiển và giám sát hoạt động các thiết bị lắp đặt trong trạm.
Mức điều khiển tồn trạm có giao tiếp với cấp điều khiển cao hơn (SCADA).
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối

11
 Mức 3: Điều khiển tại mức ngăn. Mức ngăn trang bị các bộ I/O thực hiện việc thu

thập, xử lý các tín hiệu số, tín hiệu tương tự trong một ngăn. Bộ I/O của ngăn được
lắp trên các tủ điều khiển, bảo vệ và được đấu nối tới mạng LAN của trạm. Bộ I/O
của ngăn có trang bị chức năng điều khiển đóng cắt các máy cắt, dao cách ly có
động cơ và điều chỉnh tăng giảm điện áp máy biến áp (đối với ngăn MBA). Trên
màn hình của bộ điều khiển ngăn có sơ đồ 1 sợi của ngăn thể hiện vị trí của các
máy cắt, dao cách ly, dao nối đất và các thông số đo lường...
Để dự phịng cho hệ thống máy tính, 1 bộ điều khiển truyền thống sẽ được trang bị
cho mỗi ngăn lắp tại tủ điều khiển-bảo vệ của các ngăn, bao gồm:
 Các khoá và nút bấm điều khiển bằng tay thực hiện đóng/cắt máy cắt, dao cách

ly, các đèn chỉ thị vị trí thiết bị, sơ đồ mimic của ngăn.
 Thiết bị chỉ thị số đa chức năng, có khả năng lập trình, đo lường các thơng số
chính: U, I, P, Q, Wh, Varh... có cổng giao tiếp với hệ thống điều khiển.
Ngoài ra, việc đo lường điện năng thương mại Wh, Varh cho mỗi ngăn sẽ được bố
trí riêng trong các tủ đo lường. Đồng hồ đo đếm điện năng này có khả năng lập trình
với ít nhất 3 mức giá với cấp chính xác phù hợp.
 Mức 4: Mức điều khiển tại thiết bị thực hiện thông qua các khoá điều khiển, nút bấm,

dụng cụ đo lắp tại thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly...).

Để bảo đảm an toàn trong khi thực hiện các thao tác điều khiển sẽ trang bị mạch
khoá thao tác máy cắt, dao cách ly và dao nối đất ở tất cả các mức điều khiển.
1.4. SCADA và tự động hóa trạm biến áp
Cơng nghệ tự động hóa và các hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau: cơng nghiệp dầu khí, tự động hóa hệ thống điện, tự động

hóa tịa nhà, tự động hóa trong các nhà máy sản xuất.
SCADA (Supervisory control and data acquisition) là một hệ thống điều khiển giám
sát, bao gồm tổ hợp các thiết bị thực hiện việc thu thập dữ liệu (Data acquisition) của
các khâu trong quá trình sản xuất, gửi tới người vận hành ở xa, đồng thời thực hiện
chức năng điều khiển giám sát (Supervisory control) đưa ra các lệnh để điều khiển hệ
thống.
SCADA được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp khác nhau cho mục
đích giám sát và điều khiển, đặc biệt là các quá trình sản xuất có sự phân bố địa lý
rộng. Chẳng hạn, trong cơng nghiệp hóa dầu, các hệ SCADA được sử dụng ở các giàn
khoan, trạm bơm, hay các nhà máy lọc dầu. Lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, … và các
thông số cơ bản khác của các đường ống dẫn khí hoặc dầu đều được giám sát và điều
khiển bởi các hệ SCADA. Trong các quá trình xử lý, phân phối nước, hệ thống quản lý
nước thải để giám sát và điều khiển mức nước, các trạm bơm, các quá trình hóa học.
Hệ thống SCADA điều khiển nhiệt độ, thơng gió, điều hịa khơng khí ở các tịa nhà:
sân bay, khách sạn, trung tâm hội nghị, … hoặc trong nhiều ngành công nghiệp khác
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


12
như sản xuất thép, công nghiệp giấy, khai mỏ, … đều ứng dụng hệ SCADA cho năng
suất và chất lượng sản phẩm tốt hơn.

Hình 1-7: Các quá trình xảy ra trong SCADA
Trong ngành điện, các hệ SCADA được sử dụng rộng rãi ở tất cả các khâu, từ phát
điện, truyền tải cho tới phân phối điện năng.
Đối với trạm biến áp nói chung, các trạm phân phối nói riêng, SCADA và tự động
hóa được 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 trường là
phần giao diện với các thiết bị sơ cấp và thứ cấp.

1.4.1. Các yêu cầu với hệ thống tự động hóa trạm biến áp
Bộ xử lý chủ của TBA phải dựa trên các chuẩn công nghiệp và khả năng truyền
thông mạnh như Ethernet, TCP/IP, v.v…
Mạng LAN trong TBA phải đáp ứng các chuẩn công nghiệp, cho phép thao tác giữa
các phần, sử dụng thiết bị plug-and-play (cắm – 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 được trong môi trường TBA và tạo điều kiện dễ dàng cho việc giao
tiếp với thiết bị IED, PLC, đồng thời phải có khả năng lại các nhiễu điện từ tốt.
Giao diện người dùng 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 khơng cần phải đánh chữ. Tất cả các hiển thị nên có hình
thức và cảm nhận chung. Cần sử dụng một thư viện các ký hiệu để thể hiện các thiết bị
công suất trong trạm trên hiển thị đồ họa. Trên thực tế, cần thiết lập và sử dụng thư
viện này trong tất cả các TBA và kết hợp với những hệ thống khác như hệ thống hệ
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


13
thống quản lý năng lượng, hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống quản lý cuộc gọi
sự cố …
1.4.2. Một số ƣu điểm của hệ thống TĐH và SCADA
Tự động hóa một hệ thống cơng nghiệp mang lại những lợi ích to lớn, đối với hệ
thống điện nói chung và các trạm biến áp nói riêng cũng khơng phải là trường hợp
ngoại lệ.
Các hệ thống TĐH trạm tích hợp cung cấp những tiện tích nâng cao về mặt chức
năng, thiết kế, vận hành, bảo dưỡng và độ tin cậy của trạm. Có thể kế tới một số ưu
điểm như sau:
 Tăng độ tin cậy của hệ thống, giảm thiểu sự cố xảy ra. Điện năng cũng được

cấp lại nhanh hơn trong trường hợp lưới điện gặp sự cố, do các nguyên nhân có
thể được xác định nhanh chóng.
 Chi phí cho việc vận hành trạm thấp hơn, do cần ít nhân công hơn.
 Quản lý năng lượng tốt hơn, nhờ các đo đạc chính xác trong hệ thống tự động,

và đưa ra phương án thích hợp.
 Giảm giá thành bảo dưỡng, việc bảo dưỡng tiến hành hiệu quả hơn (chuyển từ

bảo dưỡng định kỳ theo thời gian sang bảo dưỡng theo điều kiện) nhờ việc theo
dõi liên tục tình trạng của các thiết bị.
 Giảm thiểu nguy cơ xảy ra các lỗi do người vận hành.
 Ra quyết định nhanh hơn: thơng tin về tình trạng của hệ thống được đưa tới

người vận hành một cách đầy đủ, giúp việc ra các quyết định được chính xác và
phù hợp.
 Tối ưu hóa hoạt động của trạm.
 …

Cụ thể hơn, một số ưu điểm quan trọng của việc tự động hóa trạm biến áp.
 Về mặt thiết kế:
- Tiêu chuẩn hóa giao diện người 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 phịng khơng cần thiết.
- Cấu trúc trạm được giảm xuống bao gồm mương cáp, không gian các tủ bảng bảo

vệ, điều khiển, kích thước nhà điều khiển.
- Nâng cấp dễ dàng.
- Giao thức độc lập với các nhà sản xuất.

 Những tiện ích trong vận hành:
- Giao diện người – máy đồng nhất cho việc truy cập dữ liệu.
- Khả năng liên kết làm việc giữa các IED.

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


14
- Lưu 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 lưu các lần truy cập vào giao diện người máy và các thao tác vận hành.
- Thuật tốn đã được lập trình cho việc tự động cấu hình lại các thanh cái và các

xuất tuyến.
- Trao đổi các thông tin trong mạng ngang cấp giữa các nút máy tính chủ với các

trạm và các nút mạng WAN khác.
 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 thơng qua giao diện người máy hoặc từ xa thơng
qua modem để cấu hình, chỉnh định và chẩn đốn.
- Có thể bảo dưỡng 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, máy cắt để

bảo dưỡng sớm hay muộn.
 Ƣu điểm về độ tin cậy
- Giảm thiểu những rủi ro trong thao tác do tính đồng nhất của giao diện người
máy.

- Cơ sở dữ liệu theo thời gian được tích hợp do đó cung cấp thơng tin chính xá cho

việc phân tích sự cố và bảo dưỡng.
- Giám sát tất cả các thiết bị trong trạm, do đó các thiết bị hỏng sẽ được tách ra

khỏi hệ thống trước khi nó gây nhiễu loạn hệ thống.
- Giảm thiểu thời gian mất điện do đó chỉ số độ tin cậy được tăng lên.
- Giảm thiểu những sai sót do người 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.
 Tiết 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 thơng tin vận hành trong rơle, các thông tin về cảnh báo, định vị

sự cố một cách nhanh chóng cho người 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 người máy, khổ màn

hình phù hợp theo nhu cầu do đó dễ dàng sử dụng.
- Kế hoạch bảo dưỡng được tổ chức tốt hơn và được tối ưu hóa do sử dụng các tài

liệu hỗ trợ.

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối


15
1.4.3. Hiện trạng về tự động hoá trạm biến áp

Tự động hóa trạm là một lĩnh vực phát triển mạnh trên thế giới. Sau nhiều năm
nghiên cứu phát triển, bảo vệ và điểu khiển trạm biến áp theo công nghệ số đã phát
triển vượt bậc. Hàng trăm nghìn rơle kỹ thuật số, hàng nghìn TBA được tự động hóa
đã được đưa vào khai thác.
Ở Việt Nam, ngành điện cũng đã có những giải pháp kỹ thuật linh hoạt, tối ưu, an

toàn trong việc điều khiển, giám sát hoạt động của khơng chỉ một TBA mà cịn cả với
hệ thống điện. Song song với các thiết bị sơ cấp, các rơle bảo vệ, hệ thống điều khiển
TBA cũng đã được ứng dụng cơng nghệ mới, sử dụng máy tính thay thế cho hệ thống
điều khiển bằng các bảng khóa truyền thống.
Hiện nay các TBA được lắp đặt hệ thống tự động hóa tại Việt Nam đang được thực
hiện trên tất cả các miền của đất nước, tiến tới việc xây dựng các trạm biến áp không
người trực. Đây là yêu cầu cần thiết trong q trình hiện đại hóa, tăng cường khả năng
truyền tải và độ an toàn, tin cậy cho hệ thống điện Quốc gia.
1.5. Khái niệm chung
SCADA (Supervisory control and data acquisition) là một hệ thống điều khiển giám
sát và thu thập dữ liệu, nói cách khác, đó là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám
sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường.
Với khả năng vận hành trạm từ trung tâm điều hành ở xa mà không cần nhân viên
kỹ thuật, đảm bảo cho các hoạt động đó được thực hiện đúng yêu cầu có thể tiết kiệm
được nhiều chi phí trong vận hành hệ thống điện. Ở một số hệ thống, đôi khi cần phải
thực hiện các thao tác như mở/đóng máy cắt, nhưng chi phí để duy trì nhân viên vận
hành tại chỗ là khơng hợp lý. Ngoài ra việc chậm trễ khi gửi nhân viên kỹ thuật đến
địa bàn đó có thể làm kéo dài thời gian khắc phục sự cố và làm giảm chất lượng phục
vụ khách hàng. Hơn nữa, chi phí duy trì nhân viên vận hành tại chỗ sẽ càng làm tăng
cao khi thực hiện các đóng cắt liên tục.
Đây là những lý do chính làm cho các hệ thống SCADA có điều kiện phát triển.
Thiết bị điều khiển từ xa các trang bị điện đó được dựng trong nhiều năm nay, và nhu
cầu về thông tin cũng như điều khiển từ xa đó dẫn đến sự phát triển các hệ thống thiết
bị có khả năng thực hiện các thao tác, kiểm soát chúng và báo cáo lại với trung tâm

điều hành rằng thao tác điều khiển được yêu cầu đó thực hiện có kết quả. Đồng thời
nhiều khi cũng cần thơng báo các thông tin quan trọng khác như tải và điện áp thanh
cái tới trung tâm điều hành. Ban đầu một hệ thống như vậy phụ thuộc nhiều vào đường
dây thơng tin liên lạc truyền tín hiệu điều khiển và giám sát. Thực hiện nhiều hơn một
hai thao tác là quá khả năng đối với một hệ thống như vậy của thế hệ đầu. Sự phát triển
của kỹ thuật gọi số có chọn lọc trong cơng nghiệp điện thoại chẳng bao lâu được áp
dụng trong thiết bị điều khiển giám sát hệ thống điện, nhờ vậy một hệ thống thông tin
cũng như đo lường từ xa các thông tin hoạt động gửi về trung tâm điều hành.
Hầu hết các trung tâm điều hành và phân phối ngành điện lực hiện nay được trang bị
ít nhất một vài thiết bị của hệ thống SCADA. Các thiết bị loại này đó tỏ ra có hiệu
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thơng cho trạm điện phân phối


16
quả và có tính kinh tế trong các thao tác vận hành. Chúng tỏ ra là trợ thủ đắc lực cho
các nhân viên vận hành trạm, giúp họ duy trì tương đối tốt sự hiểu biết về tình trạng
làm việc của các bộ phận hệ thống điện mà họ có trách nhiệm vận hành.
1.5.1. Cấu trúc hệ thống SCADA
Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trị là
giao diện giữa thiết bị điều khiển với q trình sản xuất. Cịn hệ thống điều khiển giám
sát đóng vai trị là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và các bộ phận của hệ
thống được ghép nối qua các kênh truyền thông.
Các thành phần chính trong hệ thống SCADA:
 Q trình sản xuất: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các cơ






cấu chấp hành.
Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ điều
khiển khả trình PLC (Programmable logic controller), các thiết bị điều chỉnh số
đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) hoặc máy tính PC với các phần mềm
điều khiển tương ứng.
Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI,
các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường,
bus hệ thống.
Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
Hệ thống SCADA

Thiết bị điều khiển tự động

Cảm biến

Chấp hành

Quá trình sản xuất

Hình 1-8: Cấu trúc hệ thống SCADA
1.5.2. Phân cấp chức năng trong hệ SCADA
Để sắp xếp, phân loại các chức năng tự động hoá của một hệ thống điều khiển và
giám sát người ta thường sử dụng mơ hình như Hình 1-9. Với loại mơ hình này các
chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên. Càng ở những cấp
dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ
nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các
Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền thông cho trạm điện phân phối