giáo trình tự động hóa trong hệ thống điện

HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM ĐỀ ÁN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Tên đề án: BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH CHO MỘT SỐ MÔN HỌC CHÍNH TRONG BỘ KHUNG CHƯƠNG TRÌNH Ở CÁC CƠ SỞ ĐÀO TẠO THUỘC TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Chủ nhiệm đề tài: GS.VS TSKH Trần Đình Long Cơ quan chủ trì: Hội Điện Lực Việt Nam GIÁO TRÌNH MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chủ biên: Đồng tác giả: TS Lê Thành Doanh TS Vũ Thị Anh Thơ HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM BÁO CÁO HỢP ĐỒNG SỐ……./HĐ – VEEA TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CHỦ BIÊN KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỞNG KHOA TS TRẦN THANH SƠN TS LÊ THÀNH DOANH CƠ QUAN QUẢN LÝ CƠ QUAN CHỦ TRÌ TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM HỘI ĐIỆN LỰC VIỆT NAM Hà Nội – 2014 LỜI TỰA Giáo trình Tự động hóa Hệ thống điện biên soạn làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành Hệ thống điện học tập trường thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam Đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên trường khác, cho công nhân vận hành sửa chữa ngành điện Giáo trình cung cấp cho bạn đọc số vấn đề tự động hóa Hệ thống điện theo nội dung chương trình môn học ban hành Trong trình biên soạn, cố gắng tổng hợp ngắn gọn dễ hiểu vấn đề liên quan đến thiết bị điều khiển tự động hóa sử dụng trình điều khiển vận hành hệ thống điện sát với nội dung yêu cầu chương Lần biên soạn nên giáo trình số thiếu sót mặt nội dung bố cục Chúng mong nhận góp ý bổ sung bạn đọc để giáo trình hoàn thiện với chất lượng tốt LỜI CẢM ƠN Mục lục CHƯƠNG 1: 10 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HÓA 10 TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 10 1.1 TỔNG QUAN 10 1.2 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN 10 1.3 PHỐI HỢP CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỐNG NHẤT 12 CHƯƠNG 2: 15 TỰ ĐỘNG ĐÓNG NGUỒN DỰ PHÒNG (TĐD) 15 2.1 Ý NGHĨA CỦA TĐD 15 2.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI TĐD 16 2.3 PHÂN LOẠI TĐD 17 2.4 CÁC NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN TĐD 18 1.1.1 Khởi động TĐD 18 2.4.1 Đảm bảo TĐD tác động lần 23 2.5 Một số sơ đồ TĐD tiêu biểu 25 2.5.1 Sơ đồ thiết bị TĐD đường dây 25 2.5.2 Sơ đồ thiết bị TĐD máy biến áp 26 2.5.3 Sơ đồ thiết bị TĐD góp phân đoạn 27 2.5.4 Dự phòng cho phần tử quan trọng 28 2.6 Tính toán thông số khởi động TĐD 30 2.6.1 Độ dài xung đóng 30 2.6.2 Điện áp khởi động rơ le điện áp cực tiểu 31 2.6.3 Thời gian làm việc TĐD 31 2.6.4 Dòng điện khởi động rơ le dòng điện cực tiểu 32 2.6.5 Điện áp khởi động rơ le điện áp cực đại 32 CHƯƠNG 3: 33 TỰ ĐỘNG ĐÓNG TRỞ LẠI NGUỒN ĐIỆN (TĐL) 33 3.1 Ý NGHĨA CỦA TĐL, PHÂN LOẠI, CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI TĐL 33 3.1.1 Ý nghĩa TĐL 33 3.1.2 Phân loại TĐL 33 3.1.3 Yêu cầu thiết bị TĐL 35 3.2 NGUYÊN TẮC KHỞI ĐỘNG TĐL 36 3.2.1 Khởi động TĐL thiết bị bảo vệ rơ le 36 3.2.2 Khởi động phương pháp không tương ứng 36 3.3 Các thông số thời gian trình TĐL 37 3.4 TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶT CHO THIẾT BỊ TĐL BA PHA 39 3.4.1 Thời gian làm việc thiết bị TĐL lần 39 3.4.2 Thời gian làm việc TĐL hai lần 40 3.4.3 Thời gian trở TĐL 40 3.5 TĐL MỘT PHA 40 3.6 PHỐI HỢP TÁC ĐỘNG GIỮA THIẾT BỊ TĐL, BẢO VỆ RƠ LE VÀ CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG KHÁC TRONG HTĐ 45 3.6.1 Tăng tốc độ bảo vệ trước TĐL 45 3.6.2 Tăng tốc độ bảo vệ rơ le sau TĐL 47 3.6.3 TĐL theo thứ tự 48 3.6.4 Phối hợp TĐL bảo vệ khoảng cách 48 3.6.5 TĐL đường dây có phân nhánh 51 3.7 TĐL ĐƯỜNG DÂY CÓ HAI NGUỒN CUNG CẤP 52 3.8 GIỚI THIỆU CHỨC NĂNG TĐL TRONG RƠ LE KỸ THUẬT SỐ 53 CHƯƠNG 4: 55 TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ 55 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HÒA ĐỒNG BỘ 55 4.2 PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ CHÍNH XÁC 56 4.2.1 Điện áp phách dòng điện cân 56 4.2.2 Nguyên tắc chọn thời điểm gửi xung đóng máy cắt 61 4.2.3 Sơ đồ hòa điện có góc đóng trước không đổi 64 4.3 PHƯƠNG PHÁP TỰ ĐỒNG BÔ 66 4.3.1 Quy trình hòa tự đồng 66 4.3.2 Các momen tác động lên rô to máy phát điện trình tự đồng 67 4.3.3 Dòng điện cân phạm vi ứng dụng phương pháp tự đồng 70 CHƯƠNG 5: 72 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 72 5.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 72 5.2 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ở MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ (TĐK) 75 5.2.1 Nhiệm vụ thiết bị TĐK 75 5.2.2 Các nguyên tắc thực TĐK 75 5.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TẠI CÁC TRẠM BIẾN ÁP 77 5.3.1 Nguyên lý 77 5.3.2 Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp 80 5.4 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI 84 5.4.1 Điều chỉnh điện áp đường dây truyền tải điện 84 5.4.2 Điều chỉnh điện áp lưới điện phân phối 97 CHƯƠNG 6: 105 TỰ ĐỘNG GIẢM TẢI THEO TẦN SỐ 105 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 105 6.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CẮT TẢI THEO TẦN SỐ 107 6.3 NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN TCT 108 6.3.1 Đại lượng đặt theo tần số thiết bị TCT I TCT II 108 6.3.2 Đại lượng đặt theo thời gian thiết bị TCT I TCT II 108 6.3.3 Lượng công suất cắt TCT I TCT II 108 6.3.4 Đặc tính thay đổi tần số HTĐ phát sinh thiếu hụt công suất tác động thiết bị TCT 109 6.3.5 Hợp giai đoạn cắt TCT I TCT II 111 6.4 CẮT TẢI BỔ SUNG 111 6.4.1 Ngăn chặn tần số giảm thấp 45Hz 112 6.4.2 Ngăn chặn tượng thác điện áp 113 6.5 ĐỀ PHÒNG TCT TÁC ĐỘNG NHẦM KHI TẦN SỐ GIẢM NGẮN HẠN 113 6.6 TỰ ĐỘNG ĐÓNG TRỞ LẠI SAU TCT (TĐLf) 114 CHƯƠNG 7: 117 ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 117 7.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 117 7.2 CÁC LOẠI MÁY ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY CỦA TUA BIN 118 7.2.1 Máy điều tốc kiểu ly tâm 119 7.2.2 Máy điều tốc kiểu điện thủy lực 120 7.3 MÁY TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CỦA TUA BIN 120 7.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG 123 7.4.1 Điều chỉnh với độ phụ thuộc dương 123 7.4.2 Điều chỉnh tổ máy với đặc tính điều chỉnh độc lập 124 7.4.3 Phương pháp máy phát điện chủ đạo 124 7.4.4 Phương pháp tỷ phần phụ thuộc 125 7.4.5 Phương pháp điều chỉnh theo độ lệch tích phân tần số 126 7.5 ĐIỀU KIỆN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HTĐ 126 7.6 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 128 7.7 ĐIỀU KHIỂN NHÓM CÁC TỔ MÁY Ở NHÀ MÁY ĐIỆN 129 7.8 PHÂN PHỐI PHỤ TẢI GIỮA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN 132 7.9 ĐIỀU CHỈNH TẨN SỐ VÀ CÔNG SUẤT TRAO ĐỔI GIỮA CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN 134 CHƯƠNG 8: 137 TỔ CHỨC HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN 137 8.1 PHÂN CẤP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN 137 8.1.1 Cấp điều độ trung ương (Quốc gia) 137 8.1.2 Cấp điều độ miền 138 8.1.3 Cấp điều độ khu vực phân phối 139 8.2 YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ VÀ VIỆC THU THẬP, TRAO ĐỐI THÔNG TIN DỮ LIỆU GIỮA CÁC CẤP ĐIỀU KHIỂN 140 8.2.1 Hệ thống bảo vệ 140 8.2.2 Thiết bị đo lường thị chỗ từ xa 140 8.2.3 Yêu cầu thiết bị đo 141 8.3 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN, ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HTĐ 143 8.3.1 Hệ thống giám sát, điều khiển, thu thâp xử lý liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition System) 143 8.3.2 Điều khiển trình lƣợng (Energy Management System-EMS) 144 8.3.3 Hệ thống quản lý thông tin liệu (Data Management System-DMS) 144 8.3.4 Quản lý kinh doanh (Business Management Systems-BMS 145 8.4 KÊNH THÔNG TIN ĐIỆN LỰC 146 8.4.1 Cáp thông tin 146 8.4.2 Kênh tải ba PLC-Power Line Carrier (Communication) 148 8.4.3 Kênh thông tin vô tuyến 149 8.4.4 Cáp sợi quang 150 Các ký hiệu viết tắt HTĐ: Hệ thống điện PCS (Plant control system): Hệ thống điều khiển nhà máy điện SCS (Substation control system): Hệ thống điều khiển trạm biến áp LMS (Load management system): Hệ thống quản lý phụ tải SCADA (Supervisory control and data acquisition system): Hệ thống thu thập xử lý liệu EMS: Energy management system: Hệ thống điều khiển trình lượng DMS (Distribution management system): Hệ thống điều khiển phân phối điện BMS (Business management system): Hệ thống quản lý sản xuất kinh doanh RTU (Remote terminal unit): Thiết bị đầu cuối TĐL: Tự động đóng lại nguồn điện TDD: Tự động đóng nguồn dự phòng TCT: Tự động sa thải phụ thải theo tần số TĐLf: Tự động đóng trở lại phụ tải TĐK: Tự động điều chỉnh kích từ UPS (Uninterrupted power sypply): Nguồn cấp điện dự phòng HĐB: Hoà đồng SVC (Static var compensator): Máy bù tĩnh TĐCS: Tự động điều chỉnh công suất CCĐ: Cơ cấu đặt điều chỉnh tốc độ quay PLC (Power line carrier): Kênh tải ba UV (Ultraviolet): Tia cực tím CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 TỔNG QUAN Các hệ thống điện đại mang đầy đủ đặc điểm hệ thống lớn: rộng lớn mặt lãnh thổ, phức tạp cấu trúc, đa mục tiêu, chịu ảnh hưởng mạnh bất định thông tin Quá trình sản xuất, truyền tải phân phối điện xảy thời gian thực, thay đổi chế độ làm việc phần tử làm ảnh hưởng đến phần tử khác hệ thống Mối liên hệ chặt chẽ phần tử Hệ thống điện thể mặt cấu trúc, quan hệ lượng quan hệ thông tin, điều khiển Hệ thống điện thể dạng cấu trúc phân cấp, bao gồm nhiều hệ thống con, hệ thống bao gồm nhiều đối tượng, phần tử Hệ thống điện hoạt động theo quy luật xác định, thời điểm hệ thống trạng thái xác định với tập hợp tương ứng trạng thái phần tử hệ thống Số lượng phần tử hệ thống điện thường lớn, kéo theo số trạng thái phân biệt hệ thống lớn, để thực việc điều khiển hệ thống, thường sử dụng phương pháp chia cắt hệ thống lớn thành nhiều hệ thống Việc chia cắt thực theo lãnh thổ, theo cấp điện áp theo nhiệm vụ điều khiển (công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện ap, tần số…) Việc điều khiển chế độ làm việc bình thường xử lý tính cố sau cố thực mạng lưới điều độ hệ thống điện Các đơn vị điều độ phân cấp: quốc gia, khu vực, địa phương Việc liên hệ cấp điều độ thực hệ thống thông tin điện lực, cấp điều khiển xử lý liệu, xếp thông tin cần thiết cho cấp chuyển đến địa cần thiết Tín hiệu điều khiển (lệnh điều độ) truyền xuống cấp theo chiều ngược với chiều thông tin liệu, số trường hợp cần thiết truyền đồng thời đến nhiều đối tượng thực khác Hệ thống điện ngày phát triển, cấu trúc nhiệm vụ hệ thống điều khiển ngày phức tạp thêm lượng thông tin cần xử lý ngày tăng Đến giai đoạn phát triển có yêu cầu, nhiệm vụ điều khiển phát sinh cần ứng dụng phương tiện kỹ thuật mà đòi hỏi phương pháp điều khiển phần mềm ứng dụng 1.2 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Điều khiển hoạt động hệ thống điện bao gồm nhiệm vụ sau đây: 10 Đối với máy biến áp 110kV khách hàng mà cấp điện riêng cho khách hàng đó, cho phép cấp điều độ miền phân cấp quyền điều khiển văn cho khách hàng giữ quyền kiểm tra Công suất tác dụng tổ máy phát điện nhà máy điện có công suất 30MW đấu nối vào cấp điện áp 110kV trừ nhà máy thuộc quyền điều khiển cấp điều độ quốc gia Cấp điều độ miền điều khiển công suất tác dụng tổ máy phát điện dựa biểu đồ trung tâm điều độ HTĐ quốc gia tính toán sở quy định chung tối ưu toàn HTĐ quốc gia Trong trường hợp có lý hợp lý cho phép cấp điều độ miền phân cấp quyền điều khiển tổ máy số nhà máy cho cấp điều độ lưới phân phối phải giữ quyền kiểm tra - - Công suất phản kháng tổ máy nhà máy điện có công suất đặt từ 30MW trở lên trừ tổ máy mà cấp điều độ quốc gia giữ quyền điều khiển công suất phản kháng Điện áp nút 220kV, 110kV HTĐ miền trừ nút thuộc quyền điều khiển cấp điều độ quốc gia Cấp điều độ miền có quyền kiểm tra HTĐ miền đối với: - Công suất tác dụng phản kháng tổ máy nhà máy điện thuộc quyền điều khiển cấp điều độ phân phối Các trạm 110kV phân cấp cho khách hàng Các hộ sử dụng điện quan trọng lƣới điện phân phối 8.1.3 Cấp điều độ khu vực phân phối Cấp điều độ lưới phân phối trung tâm điều độ tổng công ty điện lực nhƣ thành phố Hà Nội, Hồ Chí Minh, phòng điều độ công ty điện lực tỉnh, thành phố thuộc Tổng công ty điện lực miền Bắc, miền Trung miền Nam đảm nhiệm Cấp điều độ phân phối có quyền điều khiển: - - Lưới điện phân phối Đối với lưới điện phân phối khách hàng cho phép cấp điều độ phân phối phân cấp quyền điều khiển văn cho khách hàng phải giữ nguyên quyền kiểm tra Công suất tác dụng tổ máy nhà máy điện đấu nối vào lưới điện 110kV trừ nhà máy thuộc quyền điều khiển điều độ quốc gia điều độ miền Công suất tác dụng tổ máy nhà máy cấp điều độ miền phân cấp Công suất phản kháng tổ máy nhà máy điện đấu nối vào lưới điện có cấp điện áp 110kV Cấp điều đố phân phối có quyền kiểm tra lưới điện thuộc địa bàn quản lý trạm, đường dây phân phối phân cấp quyền điều khiển cho khách hàng 139 Nhiệm vụ cấp điều độ phải xác định chế độ hệ thống điện : - - - Chế độ vận hành bình thường: nhiệm vụ cấp bảo vệ, điều khiển điều độ chế độ đảm bảo cấp điện liên tục với chi phí thấp (để phát, truyền tải phân phối) với chất lượng điện áp tần số nằm giới hạn cho phép Chế độ cố: nhiệm vụ cấp bảo vệ điều khiển cấp điều độ chế độ cố hạn chế đến mức thấp tác hại hư hỏng, cách ly loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống điện nhanh tốt Nhiệm vụ thường thiết bị bảo vệ cấp thấp (các lộ cấp điện) cấp công trình (như trạm, nhà máy điện) thực cách tự động Chế độ khôi phục lại hệ thống: nhằm nhanh chóng khôi phục lại việc cấp điện cho hộ tiêu thụ lộ phần hệ thống bị bảo vệ cắt chế độ cố Hiện phần nhỏ thiết bị tự động sử dụng chế độ Ngày hệ thống điện đại việc điều khiển giảm sát thực hệ thống máy tính nhờ ứng dụng phần mềm điều khiển linh hoạt 8.2 YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ VÀ VIỆC THU THẬP, TRAO ĐỐI THÔNG TIN DỮ LIỆU GIỮA CÁC CẤP ĐIỀU KHIỂN Để đảm bảo tin cậy việc liên lạc cần có hai đường thông tin liên lạc độc lập phòng điều khiển trung tâm nhà máy điện trung tâm điều độ khu vực trung tâm điều độ quốc gia Các đường dây liên lạc đàm thoại gắn liền với nhà máy điện dung cho mục đích vận hành Ngoài có máy fax với đường dây liên lạc độc lập với trung tâm điều độ 8.2.1 Hệ thống bảo vệ Để cắt nhanh cố xuất HTĐ thời gian làm việc thiết bị bảo vệ không lớn : - 80ms cấp 500kV 100ms cấp 220kV 140ms cấp 110kV Các bảo vệ dự phòng có thời gian loại trừ cố không chậm 300ms Các máy cắt có điện áp 110kV phải có bảo vệ chống hư hỏng máy cắt, thời gian làm việc chúng phải nhỏ 250ms sau máy cắt không cắt Phương thức bảo vệ phẩn tử nhà máy điện, trạm biến áp đường dây truyền tải chuẩn hóa chủng loại, cấp điện áp cỡ công suất 8.2.2 Thiết bị đo lường thị chỗ từ xa Tại nhà máy điện 140 Cần phải lắp đặt thiết bị RTU (Remote Terminal Unit) để gửi tín hiệu phục vụ giám sát tính toán điều khiển đến từ trung tâm điều độ quốc gia trung tâm điều độ khu vực bao gồm tín hiệu sau : - Tín hiệu điều khiển: đóng - cắt; tăng-giảm - Tín hiệu nhị phân: phản ánh trạng thái máy cắt, trạng thái khóa điều khiển từ xa/tại chỗ để điều khiển công suất tác dụng máy phát điện Trạng thái vận hành điều tốc “cố định/tự do” tuabin - Các tín hiệu tương tự (4-20mA) về:         Công suất tác dụng Công suất phản kháng Điện áp đầu cực máy phát Giới hạn công suất tác dụng Giới hạn công suất tác dụng Tốc độ tăng tải Tốc độ giảm tải Tần số Các trạm biến áp điểm đấu nối - Tín hiệu điều khiển đến từ trung tâm điều độ quốc gia khu vực Tín hiệu nhị phân trạng thái máy cắt (đóng-cắt), trạng thái dao nối đất đường dây trạm Tín hiệu tương tự (4-20mA) :  Điện áp  Tần số  Dòng công suất tác dụng qua đường dây máy biến áp  Dòng công suất phản kháng qua đường dây máy biến áp  Năng lượng đến di dùng cho mua bán trao đổi lượng  Cảnh báo điện 8.2.3 Yêu cầu thiết bị đo Hình 8.2 trình bày sơ đồ nguyên lý sợi thiết bị đo lường đường dây tải điện 141 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo đếm đặt đường dây tải điện Máy biến dòng điện máy biến điện áp Các máy biến đổi đo lường có nhiệm vụ biến đổi dòng điện cao điện áp cao dòng điện tiêu chuẩn điện áp tiêu chuẩn phục vụ cho thiết bị bảo vệ thiết bị đo lường Bên cạnh cho phép cách ly thiết bị bảo vệ phía thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp Để thiết bị bảo vệ làm việc tin cậy thiết bị cần phải đảm bảo yêu cầu sau : - Các biến dòng có cấp xác 0,2 công suất thứ cấp danh định ≥30VA Các máy biến điện áp có cấp xác 0,2 công suất thứ cấp danh định ≥75VA Đồng hồ đo điện (công tơ) tác dụng (kWh) Đồng hồ đo pha, pha nhiều biểu giá, kiều ghi hai chiều (mua bán) ; cấp xác 0.2, trang bị thiết bị xung để chuyển trị số đo đến thiết bị đếm xa vạn (Universal Telecounting Instrument –UTI) Đồng hồ đo điện (công tơ) phản kháng (kVAh) Đồng hồ pha, biểu giá, ghi hai chiều (mua bán), cấp xác 0.5, kết nối với UTI để giám sát từ xa Thiết bị đếm vạn (UTI) cần đảm bảo - Số đầu vào đếm xa ≥24 Số đầu vào điều khiển ≥8 142 - Số cổng ≥8 mô đun liên lạc mô đun phiếu liệu có SRAM lô giấy in nhiệt Bộ chuyển đổi công suất tác dụng/công suất phản kháng Phải lắp đặt hộp, kiểu pha, dây, có khả đo đếm giảm sát từ xa Rơ le cảnh báo điện áp Cần trang bị rơ le điện áp để kiểm tra độ tin cậy cung cấp điện cho công tơ đo đếm Các mạch thử nghiệm : Các công tơ phải lắp đặt riêng rẽ với mạch thử nghiệm từ nguồn lượng bên từ máy biến dòng, máy biến áp thông qua cổng đa cực với mục đích thử nghiệm Bộ nghịch lưu tính (Static Inverter) - - - Thiết bị sử dụng làm nguồn điện xoay chiều dự phòng cho thiết bị đếm xa vạn số thiết bị tự động điều khiển khác Nó chuyển đổi lượng chiều từ acqui thành dòng xoay chiều Thiết bị phải chịu dòng ngắn mạch đầu khoảng thời gian quy định trang bị bảo vệ chống ngắn mạch áp, không gây nhiễu cho mạch thiết bị điều khiển Các thiết bị phải có thông số kĩ thuật: điện áp vào ra, công suất, tần số, giới hạn điều chỉnh điện áp, biên độ sóng hài phải đảm bảo quy định 8.3 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN, ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HTĐ 8.3.1 Hệ thống giám sát, điều khiển, thu thâp xử lý liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition System) Hệ thống SCADA hoạt động thông qua thiết bị thông tin đầu cuối (Remote Terminal Unit – RTU) cung cấp liệu dòng điện, điện áp, công suất, tần số, trạng thái máy cắt, dao cách ly… đến trung tâm điều khiển Các dự liệu nhân viên phòng điều độ phân tích, tính toán sở phần mềm chuyên dụng để đưa định gửi lệnh đến đối tượng khác HTĐ Các thông tin đdợc hiển thị trực tiếp máy tính bảng điều khiển 143 BMS DMS Hình 3: Các giai đoạn phát triển hệ thống thông tin, đo lường điều khiển 8.3.2 Điều khiển trình lƣợng (Energy Management System-EMS) Quá trình điều khiển tiến hành hai nội dung: - Giải tích lưới điện: Tiến hành phân tích tính toán thông số chế độ vận hành thực tế, xác định trào lưu công suất lưới điện tổ máy, điện áp nút, tổn thất điện áp công suất lưới, tính toán lượng bù công suất phản kháng nút tải, tính toán ngắn mạch… - Tối ưu hóa chế độ vận hành HTĐ : tìm giải pháp huy động vốn tối ưu theo tiêu kinh tế, phương án đảm bảo độ tin cậy tăng cường mức độ dự phòng thay đổi cấu hình hệ thống phù hợp với chế độ vận hành cụ thể Quá trình phát triển từ hệ thống SCADA sang EMS đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có bước tiến lớn công nghệ điều khiển lẫn phần mềm điều khiển tính toán Các thiết bị thừa hành đối tượng điều khiển (các điều tốc đặt nhà máy điện, thiết bị bù, điều chỉnh điện áp…) phải tương thích với thông số điều khiển Để đảm bảo điều này, phải thay hệ thống cũ hệ thống với công nghệ đại cho phép xử lý tính toán nhanh chế độ vận hành hệ thống điện để đảm bảo giữ độ tin cậy cho lưới điện Hệ thống EMS nước giới từ năm 70÷80, Việt Nam triển khai số công trình 8.3.3 Hệ thống quản lý thông tin liệu (Data Management System-DMS) Tiếp sau hệ thống EMS hệ thống DMS phát triển đưa vào áp dụng HTĐ, hệ thống cho phép dự báo nhu cầu điều khiển phụ tải điện, giái đáp tình xảy HTĐ, lập trình sửa chữa thiết bị, hệ thống thông tin địa lý Để việc thu thập quản lý thông tin cách hiệu xu hế ngày 144 tổ chức hệ thống quản lý liệu theo kiều phân tán trình bày Hình 8.4, hệ thống gửi nhận thông tin từ hệ thống khác, lần trao đổi thay đổi thông tin lưu giữ lại hệ thống sử dụng liệu Hình 4: Sơ đồ phân bố chức điều khiển Các ưu điểm hệ thống phân tán : - Mỗi sở liệu thuộc hệ thống Mỗi hệ thống chịu trách nhiệm liệu thuộc lĩnh vực quản lý Các hệ thống sử dụng liệu song song Việc đổi hệ thống không ảnh hưởng đến sở liệu chung hệ thống 8.3.4 Quản lý kinh doanh (Business Management Systems-BMS Hệ thống điện lực toàn giới nhìn chung có xu cạnh tranh, đa dạng hoá sở hữu giảm độc quyền, tạo thành thị trường điện lực tự nhiều thành phần Việc mua bán điện nước có thị trường điện lực phát triển thực theo kiểu thị trường chứng khoán cho giờ, chí nửa ngày Trong điều kiện việc quản lý kinh doanh phần quản lý kỹ thuật phải đảm nhận lượng thông tin thương mại khổng lồ, để điều hành 145 thị trường động, đa dạng nhằm đảm bảo cho khách hàng dùng điện có biểu giá thấp nhất, chất lượng phục vụ cao HTĐ phát triển cách liên tục bền vững Quá trình phát triển hệ thống điều khiển HTĐ qua giai đoạn SCADAEMS-DMS-BMS đỏi hỏi khối lượng thông tin lớn, tốc độ xử lý tính toàn ngày cao Để thực điều thiết bị phải cập nhật với công nghệ 8.4 KÊNH THÔNG TIN ĐIỆN LỰC Để phục vụ cho việc truyền liệu tín hiệu điều khiển lưới điện trung tâm điều khiển (điều độ quốc gia, điều độ miền, điều độ khu vực) HTĐ ngày thường dùng kênh truyền tín hiệu sau : - Dây dẫn phụ cáp thông tin viễn thông Kênh tải ba (PLC-Power Line Carrier) tải tần số cao dây dẫn đường dây tải điện Kênh vô tuyến siêu cao tần - Cáp quang 8.4.1 Cáp thông tin Cáp đồng trục (Coaxial cable) : Cáp gồm lớp : - Lớp lõi trung tâm (thƣờng dây đồng cứng) Lớp cách ly (PE) Lớp bọc kim (dây kim bện kim loại hai) để chống nhiễu Lớp PVC Điện trở cáp đồng trục thường 50Ω, dùng cho cá truyền tín hiệu tương tự tín hiệu số Ưu điểm cáp : - Giảm tổn hao đƣờng truyền sử dụng cáp có đường kính lớn Tốc độ truyền tín hiệu cao (300Mbit/s) Khoảng cách truyền lớn (vài nghìn mét) không cần lặp Các loại cáp thường dùng thực tế : - RG-8 : R=50Ω, dùng cho mạng thick Ethernet RG-58 : R=50 Ω, dùng cho mạng thin Ethernet RG-59 : R=75 Ω, dùng cho mạng truyền hình cáp RG-62 : R=93 Ω, dùng cho mạng ARC net Các mạng cục sử dụng cáp đồng trục có độ dải thông từ 2,5Mbit/s (ARC net) tới 10Mbit/s (Ethernet) 146 Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair-cable) Cáp phát minh năm 1881 A Grahm Bell, phát minh xem phương tiện kỹ thuật kinh điển ngành công nghiệp điện thoại Cáp gồm dây dẫn đồng cách điện, ôm vào nhau, nhờ trường điện từ trung hòa lẫn nhau, giảm ảnh hưởng nhiễu xuyên âm từ môi trường bên Hiện tượng nhiễu xuyên âm (cross talk) xuất giao thoa trường điện từ hai dây dẫn làm méo tiếng nói tác động qua lại dây dẫn Nếu kích thước độ xoắn thiết kế thích hợp cho phép triệt tiêu trường điện từ chúng gây nhờ không làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Tùy theo cách che chắn mà người ta phân thành loại cáp: cáp có bọc kim (STP-Shielded Twisted Pair) cáp không bọc kim (UTP-Unshielded Twisted Pair) Sự khác STP UTP vỏ bên STP có thêm lớp che chắn riêng cho dây Điện trở đặc trưng cáp xoắn đôi 120Ω Ưu điểm cáp đôi dây xoắn STP : - Chống nhiễu điện từ cao (đặc biệt cáp STP) tỏa nhiễu môi trƣờng Tốc độ truyền tương đối cao, với STP tốc độ truyền >1Mbit/s Chiều dài đường truyền tối đa không cần lặp 3000m Một số dạng cáp STP theo quy chuẩn Mỹ (AWG- American Wire Gauge) cho Bảng 8.1 Bảng 1: Một số kiểu cáp STP theo tiêu chuẩn Mỹ AWG 28 26 24 22 20 Tiết diện (mm ) 0,08 0,13 0,2 0,32 0,5 Đường kính (mm) 0,32 0,4 0,51 0,64 0,8 Điện trở (/m) 0,436 0,28 0,178 0,106 0,07 Cáp UTP : Tính giống STP, khả chống nhiễu vỏ bọc kim loại Có loại cáp UTP : - - UTP loại loại : dùng cho truyền thoại truyền liệu tốc độ thấp ( 10000m (f < 30kHz) Dải : λ=10000m ÷ 1000m (f=30kHz-300kHz) Trung : λ=1000m ÷ 100m (f=300kHz-3MHz) Ngắn : λ=100m ÷ 10m (f=3MHz-30MHz) Cực ngắn : λ=10m ÷ 1m (f=30MHz-300GHz) Các sóng vô tuyến điện truyền lan gần mặt đất theo đường thẳng bị phản xạ từ mặt đất, bị uốn cong theo độ cong mặt đất tượng nhiễu xạ gọi sóng đất Ngoài ảnh hưởng sóng mặt đất, sóng chịu ảnh hưởng tầng khí bao quanh trái đất Hai miền ảnh hưởng mạnh đến trình truyền tầng điện ly tầng đối lưu Sóng vô tuyến sử dụng rộng rãi thông tin điện lực sóng cực ngắn (viba-microwave) có bước sóng ngắn 10m (ứng với tần số cao 30MHz) 149 Sóng cực ngắn khó nhiễu xạ quanh mặt đất cầu quanh chướng ngại vật khác Khi cự ly vượt tầm nhìn thẳng cường độ trường suy giảm mạnh Với cự ly lớn việc truyền dựa vào tượng khúc xạ khuyếch tán sóng từ miền không đồng tầng đối lưu 8.4.4 Cáp sợi quang So với loại cáp khác cáp sợi quang có nhiều điểm sử dụng rộng rãi hệ thống truyền liệu ngày Theo phổ điện từ xạ quang chia thành vùng: cực tím (ultraviolet-UV), vùng ánh sáng nhìn thấy vùng hồng ngoại (infrarouge-IR) Các xạ UV IR lại chia thành vùng A, B, C với dải sóng sau: - UV-C : λ=100nm ÷ 280nm - UV-B : λ=280nm ÷ 315nm - UV-A : λ=315nm ÷ 380nm - Vùng ánh sáng nhìn thấy : λ=780nm ÷ 1400nm - IR-A : Vùng hồng ngoại gần λ=100nm ÷ 280nm - IR -B : Vùng hồng ngoại λ=1,4 μm ÷ μm - IR -C : vùng hồng ngoại xa λ=6 μm-1μm Cấu trúc hệ thống cáp thông tin trình bày Hình 8.6, bao gồm phần tử sau: quang Hình 6: Sơ đồ cấu trúc hệ thống cáp quang - Nguồn tín hiệu: tiếng nói, liệu, hình ảnh Phần điện tử: tín hiệu đầu vào biến thành tín hiệu điện Analog digital đưa đến biến đổi điện quang Bộ biến đổi điện quang E/O: biến đổi tín hiệu điện thành cường độ xạ quang để truyền Cáp sợi quang: đề truyền dẫn ánh sáng nguồn xạ Bộ biến đổi quang điện O/E: tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang đưa đến biến đổi trở lại thành tín hiệu điện, sau đưa đến phần điện tử để khôi phục lại dạng tín hiệu nguồn phát 150 Hình 7: Cấu trúc lặp tín hiệu quang đường truyền Trong trình truyền tín hiệu cáp quang, tín hiệu bị tiêu hao nên cần phải trang bị thêm trạm lặp để khuyếch đại tín hiệu (analog) tái sinh (tín hiệu Digital) Hiện chưa thể khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang nên tín hiệu trạm phải chuyển thành tín hiệu điện sau khuếch đại chuyển lại thành tín hiệu quang để truyền tiếp Hình 8.7 mô tả cấu trúc hệ thống lặp tín hiệu quang đường truyền Cấu trúc cáp quang Hình 8.8 (a) Mỗi sợi quang thường gồm phần : lõi (core), vỏ lớp bảo vệ - - Lõi: làm thủy tinh chất dẻo suốt nằm sợi quang để truyền hầu hết lượng ánh sáng qua Vỏ: vùng bao quanh lõi làm thủy tinh chất dẻo suốt có nhiệm vụ làm cho ánh sáng truyền theo sợi quang, không cho thoát Ngoài vỏ bảo vệ lõi khỏi tác động môi trường làm tăng kích thước độ bền sợi quang Lớp bảo vệ: số sợi quang có thêm lớp bảo vệ để chống lại tác động hóa từ bên Hình 8: Kết cấu lớp sợi quang (a); Bề mặt tiếp xúc vật liệu sợi quang (b) Cáp quang làm việc dựa tượng phản xạ toàn phần ánh sáng bề mặt tiếp xúc hai vật liệu có hệ số khúc xạ khác (chiết suất) n1, n2 khác thỏa mãn điều kiện:  ≥ arctg(n1/n2) 151 Với α góc lệch tia tới so với đường trực giao (Hình 8.8 (b)) Thông thường n1 chọn lớn n2 khoảng 1% Trong thực tế sợi quang có nhiều cách phân loại khác : - Theo vật liệu điện môi: thạch anh, thủy tinh đa vật liệu, nhựa Theo đặc tính truyền dẫn: đơn mốt (Single Mode-SM), đa mốt (Multi ModeMM) Theo phân bố chiết suất khúc xạ: chiết suất bậc (Step Index-SI), chiết suất biến đổi (Graded Index-GI) Vật liệu dùng chế tạo sợi quang có nhiều dạng khác nhau, nhiên vật liệu thường gặp công nghệ viễn thông thủy tinh thạch anh (SiO2) có chiết suất n ≈ 1.5 Bộ phận thu tín hiệu quang thường dùng photođiốt với yêu cầu kĩ thuật sau: - Có độ nhạy cao bước sóng tiếp nhận Hiệu suất chuyển đổi cao Tiêu hao Phản ứng nhanh với mức thay đổi ánh sáng Điện dung bé Đáp ứng tần số phẳng Cáp quang dùng cho điện lực thường chế tạo chung (lõi cùng) với cáp dây dẫn không, kết hợp làm dây pha dây chống sét đường dây Cáp quang không kết hợp với cáp dây tải điện, mắc cột quấn quanh dây dẫn dây chống sét Phương án cho phép thi công nhanh, chí phí thấp, trọng lượng thêm vào dây dẫn cột không lớn Tuy nhiên quấn quanh dây chống sét, cáp quang bị hỏng có sét đánh Trong HTĐ Việt Nam, cáp quang sử dụng đường dây 500kV (1994) kết hợp với dây chống sét (OPGW) với trạm rẽ nhánh trạm 500kV 20 trạm lặp trung gian rải toàn tuyến đường dây Phần lõi cáp gồm 10 sợi sợi dùng cho mục đích thông tin điện lực lõi dùng cho bưu viễn thông ngành khác 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.VS Trần Đình Long, Tự động hóa hệ thống điện, Đại học bách khoa Hà Nộ 2004 Lê Kim Hùng, Đoàn Ngọc Minh Tú, Bảo vệ rơ le tự động hóa, Nhà xuất Giáo dục, 1998 Nguyễn Đức Châu, Phạm Thị Mý, Bảo vệ rơ le tự động hóa, Trƣờng trung học Điện 1, 2000 Nguyễn Hồng Thái, Phần tử tự động hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2000 153 [...]... CHỨC NĂNG BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỐNG NHẤT Cấu trúc “truyền thống của các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống điện thường bảo gồm nhiều chủng loại thiết bị riêng lẻ với chức năng và nguyên lý chế tạo khác nhau, từ các thiết bị điện cơ, thiết bị điện tử tĩnh đến các dụng cụ kỹ thuật số và máy tính Những thiết bị riêng lẻ này hợp thành nhiều hệ thống con theo chức... tác động điều khiển Các nhiệm vụ 1 ÷ 3 được thực hiện bởi hệ thống thiết bị bảo vệ, các nhiệm vụ 4 ÷ 10 trong những hệ thống điện hiện đại được thực hiện bởi nhiều thiết bị khác nhau trong một hệ thống điều khiển (hoặc quản lý) cho một đối tượng cụ thể của hệ thống điện Hình 1 1: Điều khiển hệ thống điện Tùy theo yêu cầu điều khiển và đối tượng được điều khiển, người ta có thể sử dụng những hợp bộ (hệ. .. quan trọng Các hệ thống cung cấp điện cho khu vực công nghiệp, thương mại, hành chính, cơ sở nghiên cứu khoa học, y tế… đều có những phụ tải rất quan trọng mà nguồn cấp điện phải được duy trì trong trường hợp có sự cố trong hệ thống điện quốc gia, ví dụ như: - - Các hệ thống an toàn (chiếu sáng sự cố, thiết bị phòng chống cháy, hệ thống báo động và tín hiệu…) Các mạch điện quan trọng cấp điện cho những... có điện áp hoặc điện áp thấp hơn mức để các động cơ điện có thể tự khởi động được Một số phương án khởi động TĐD được đề xuất Rơ le thời gian RT được dùng để chỉnh định tránh khởi động TĐD khi có ngắn mạch ngoài, không dẫn đến cắt nguồn điện làm việc Rơ le quá điện áp 3RU> được sử dụng để kiểm tra điện áp ở nguồn điện dự phòng, đảm bảo TĐD không tác động khi nguồn dự phòng không có điện áp hoặc điện. .. được tập trung vào một hệ thống điều khiển phối hợp đảm bảo điều hành toàn bộ hệ thống điện rộng lớn một cách thông minh và hiệu quả nhất 14 CHƯƠNG 2: TỰ ĐỘNG ĐÓNG NGUỒN DỰ PHÒNG (TĐD) 2.1 Ý NGHĨA CỦA TĐD Một trong các yêu cầu đối với Hệ thống điện là đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Các hộ tiêu thụ điện có thể được cấp điện từ một nguồn hoặc nhiều nguồn Việc cấp điện từ một nguồn (qua... điện áp kết hợp với dòng điện và tần số Rơ le dòng điện cực tiểu được dùng để ngăn chặn TĐD khởi động nhầm khi đứt cầu chì trong mạch điện áp Rơ le tần số thấp đôi khi được sử dụng (Hình 2.8) vì khi động theo điện áp có thể sẽ bị chậm do khi mất điện áp, các động cơ còn duy trì một sức điện động tàn dư làm cho rơ le điện áp cực tiểu không thể tác động ngay, đặc biệt khi có các động cơ không đồng bộ hoặc... 2.18) 2.6.5 Điện áp khởi động của rơ le điện áp cực đại Rơ le điện áp cực đại làm nhiệm vụ kiểm điện áp trên phần tử dự phòng có điện áp khởi động được chọn theo điều kiện trở về khi điện áp vận hành tối thiểu cho phép U kd  Trong đó: U vh min k v k at (2 - 7) Uvhmin – điện áp vận hành tối thiểu cho phép; kv = 0,85 – 0,95 – Hệ số trở về; kat = 1,1 – 1,2 – Hệ số an toàn 32 CHƯƠNG 3: TỰ ĐỘNG ĐÓNG TRỞ... tải, đặc biệt đường dây nối hai hệ thống lớn với nhau, việc tách rời hai hệ thống có thể gây mất ổn định Trong một số trường hợp, việc cắt rời hai hệ thống sẽ gây ra tình trạng một bên thì thiếu hụt công suất trầm trọng, một bên lại dư thừa công suất Trong trường hợp này, việc đóng trở lại kịp thời (trong một khoảng thời gian giới hạn nào đó) sẽ cho phép hệ thống điện tự động cân bằng trở lại Đây là một... áp, động cơ… Theo cách tác động lên bộ truyền động của máy cắt điện : truyền động cơ khí (lò xo, quả tạ…), truyền động điện, truyền động thủy lực… Ngoài ra còn một nhóm thiết bị TĐL đặc biệt làm nhiệm vụ tự động đóng trở lại các đường dây và phụ tải sau khi bị cắt vì thiết bị tự động cắt phụ tải theo tần số sau khi tần số đã được khôi phục lại gần trị số bình thường 34 Nhiệm vụ của nhóm thiết bị tự động. .. việc của thiết bị TĐL đặt ở đầu đường dây ở nguồn điện làm việc 31 2.6.4 Dòng điện khởi động của rơ le dòng điện cực tiểu Dòng điện khởi động của rơ le dòng điện cực tiểu trong sơ đồ khởi động TĐD (Hình 2 8) được chọn bé hơn dòng điện phụ tải bé nhất đi qua phần tử làm việc: Ikd  Ipt min / k at Trong đó: (2 - 6) Iptmin – dòng điện phụ tải bé nhất kat – hệ số an toàn Thời gian làm việc của sơ đồ Hình