Hệ thống scada cho hệ thống phân phối lưới điện 110220 KV

1.2 Hệ thống rơle trong bảo vệ lưới điện 1.2.1 Đặc điểm Rơle là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động hóa dùng trong ngành điện.. Trong quá trình sử dụng cá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

Lời cam đoan………

Lời nói đầu………

Danh mục các thuật ngữ………

Danh mục các bảng biểu………

Danh mục các hình vẽ………

Mở đầu………

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ -3-

1.1 Khái niệm về hệ thống điện -3-

1.2 Hệ thống rơle trong bảo vệ lưới điện -4-

1.2.1 Đặc điểm -4-

1.2.2 Nguyên lý làm việc của rơle số -5-

1.3 Các khái niệm và thuật ngữ trong hệ thống rơle bảo vệ -7-

1.3.1 Một số khái niệm và thuật ngữ -7-

1.3.2 Ký hiệu các chức năng -8-

1.4 Các loại bảo vệ trong hệ thống điện -11-

1.4.1 Bảo vệ đường dây -11-

1.4.2 Bảo vệ máy biến áp (MBA) -21-

1.4.3 Bảo vệ hệ thống thanh góp -25-

1.4.4 Bảo vệ dự phòng máy cắt hỏng (BREAKER FAILURE) -26-

1.5 Kết luận -26-

CHƯƠNG II HỆ THỐNG SCADA CỦA LƯỚI ĐIỆN MIỀN BẮC -27-

2.1 Hệ thống trạm 220kV trên lưới điện miền Bắc -27-

2.2 Hệ thống trạm 110 kV trên lưới điện Hà Nội -27-

2.2.1 Thực trạng lưới điện khu vực Hà Nội -27-

2.2.2 Các trạm biến áp 110 kV cấp điện cho khu vực Hà Nội -28-

2.2.3 Giới thiệu hệ thống rơle bảo vệ trạm 110 kV -29-

2.3 Tổng quan về hệ thống SCADA -31-

2.3.1 Khái niệm -31-

2.3.2 Các loại hình SCADA trong hệ thống điện -32-

2.3.3 Các loại hình viễn thông phục vụ SCADA điện lực -33-

2.3.4 Thiết bị đầu cuối RTU -34-

2.3.5 Chức năng của hệ thống SCADA -35-

2.3.6 Các tiêu chuẩn thông tin trong hệ thống điện -38-

2.4 Kết luận -46-

CHƯƠNG III HỆ THỐNG SCADA CỦA CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI -47-

3.1 Phần cứng trung tâm -47-

3.1.1 Thông số của máy tính chủ -48-

3.1.2 Thông số của các trạm thao tác -49-

3.2 Hệ thống phần mềm SCADA -49-

3.2.1 Phần mềm thu nhập số liệu DE 400 (Data Engineering) -49-

3.2.2 Giao diện người máy (HMI) và hoạt động của hệ thống SCADA -52-

3.3 Thiết bị đầu cuối RTU tại các trạm biến áp -56-

3.3.1 Cấu trúc của một RTU -56-

CHƯƠNG IV HỆ THỐNG SCADA CHO TRẠM 110KV TRẦN HƯNG ĐẠO -58- 4.1 Giới thiệu chung -58-

4.2 Thiết bị đầu cuối RTU -60-

4.2.1 Các yêu cầu cơ bản -60-

4.2.2 Các thiết bị ghép nối RTU với thiết bị của trạm -61-

4.2.3 Danh sách các tín hiệu cho RTU -62-

4.3 Phần cứng trung tâm -65-

4.4 Thiết kế phần mềm -65-

4.4.1 Xây dựng sơ đồ bằng chương trình đồ họa -65-

4.4.2 Xây dựng giao diện HMI -66-

4.4.3 Xây dựng phần mềm dữ liệu -68-

4.5 Hệ thống cấp nguồn cho SCADA -71-

4.6 Kết luận -72-

MỞ ĐẦU

Quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng của hệ thống điện Việt Nam được phân bố rộng khắp về mặt địa lý Do đó, để có thể vận hành an toàn, ổn định và kinh tế thì một phần không thể thiếu là thông tin và trao đổi thông tin Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với công tác điều độ và với các trung tâm điều độ hệ thống điện, trong đó có Trung tâm điều độ lưới điện miền Bắc và trung tâm điều độ thông tin Công

ty điện lực Hà Nội

Lưới điện Hà Nội (bao gồm lưới điện 110kV và lưới điện trung thế 6,10,22,35kV) nói riêng và lưới điện miền Bắc nói chung có một tầm quan trọng đặc biệt trong nhiều lĩnh vực như chính trị, an ninh, kinh tế,…Tuy nhiên cơ sở vật chất và các phương tiện phục vụ cho việc điều hành hiện nay còn khiêm tốn Việc tiếp nhận, phân tích xử lý cũng như lưu trữ thông tin dữ liệu cho đến nay chủ yếu vẫn được tiến hành chủ yếu bằng tay và tương đối thụ động Khi mà số lượng phụ tải của lưới điện cả nước ngày càng tăng, các trạm biến áp cũng như đường dây và các thiết bị điện khác, lượng thông tin cần thiết phục vụ cho việc vận hành do đó cũng tăng theo Nếu vẫn chỉ áp dụng phương thức vận hành cũ, phương tiện thông tin lạc cũ chắc chắn các kỹ sư điều hành

sẽ phải gặp khó khăn khi phải xử lý một lượng thông tin lớn và phức tạp như vậy Đây chính là lý do cho việc tìm hiểu và nghiên cứu xây dựng hệ thống SCADA phục vụ cho công tác Điều độ lưới điện

Trên thực tế, hệ thống SCADA không còn là một hệ thống quá mới trên thế giới

Nó đã được ra đời và áp dụng từ khá lâu không chỉ trong hệ thống điện mà còn ở nhiều lĩnh vực khác như công nghiệp dầu khí, hầm mỏ,… Những khái niệm và cách thức hoạt động của một hệ thống thì không còn mới, nhưng những công nghệ áp dụng cho các thành phần cấu thành hệ thống thì vẫn liên tục được cập nhật và đổi mới Ngày càng có nhiều thiết bị với nhiều tính năng ưu việt ra đời cả vệ phần cứng, giải pháp phần mềm hay chuẩn thông tin liên lạc để phục vụ cho SCADA, có thể tích hợp nhiều thiết bị của nhiều hãng khác nhau Một lý do nữa cho thấy việc lựa chọn này là có cơ sở thực tế đó

là việc các Trung tâm điều độ cấp trên của điện lực Hà Nội đều đã được áp dụng thành công hệ thống SCADA cho công tác điều hành hệ thống điện thuộc quyền quản lý của mình Nhưng thực tế, hệ thống phụ tải điện không ngừng phát triển, và kèm theo là hệ thống các thiết bị điều khiển, bảo vệ đi kèm cũng không ngừng tăng lên về số lượng, đa dạng về chủng loại

Nội dung của Luận văn được chia làm 4 chương và một phần phụ lục:

Chương I : “Giới thiệu chung về rơle kỹ thuật số” Phần đầu của chương sẽ trình

bày về một số khái niệm vể bảo vệ trong hệ thống điện Phần sau dành cho việc tìm hiểu những bảo vệ cơ bản trên lưới điện

Chương II : “Hệ thống rơle bảo vệ trên lưới điện miền Bắc” trình bày về các thành

phần cấu thành nên một hệ thống thông tin trong hệ thống điện Chương này cũng tìm hiểu về giao thức và các chuẩn thông tin liên lạc dùng trong Hệ thống điện

Chương III : “Hệ thống SCADA của Công ty Điện lực Hà Nội” tập trung tìm hiểu về

môt hình hệ thống SCADA đang vận hành

Chương IV : “Hệ thống SCADA cho trạm 110kV Trần Hưng Đạo”

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ

1.1 Khái niệm về hệ thống điện

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tạo nên hệ thống bao gồm: hệ thống sản xuất, truyền tải, phân phối, các thiết bị đo lường, giám sát, điều khiển và bảo vệ hệ thống

điện Thuật ngữ “hệ thống điện” được dùng để chỉ tập hợp các thiết bị cấu tạo nên hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng, “I&C” (Instrumentation and

Control) được dùng để chỉ cho tập hợp các thiết bị giám sát, điều khiển và bảo vệ hệ

thống điện, còn “IEDs” (Intelligent Electronic Devices) dùng để chỉ các thiết bị điện tử

thông minh vẫn thường được dùng trong các mục đích bảo vệ, đo lường và lưu giữ sự kiện

Hệ thống điện Việt Nam là một hệ thống phức tạp bởi nó có một số đặc điểm cơ bản:

* Nhiều phần tử ghép nối với nhau tạo thành một hệ thống lớn và có kết cấu rất phức tạp

* Chiếm một phạm vi rộng khắp cả nước

* Có ảnh hưởng đến mọi hoạt động của nền kinh tế quốc dân

Trong hệ thống điện, hệ thống các nhà máy điện gọi là “nguồn”, phần còn lại là

“lưới” và “phụ tải” Đầu tiên, điện áp có điện áp cao (500KV, 220KV,…) được sản xuất

từ các nhà máy điện, sau đó thông qua lưới truyền tải điện cao áp tới các máy biến áp tại các trạm điện (trạm 500KV, 220KV, 110KV,…) để hạ áp xuống cấp điện áp thấp hơn (35KV, 22KV, 10KV, 6KV) Nguồn điện này lại thông qua lưới điện phân phối cung cấp trực tiếp cho khách hàng (các nhà máy, xưởng sản xuất,…) hoặc qua các MBA nhỏ hạ xuống điện áp 0,4KV để cung cấp cho mạng điện tiêu dùng

Như vậy, để đưa được điện từ nhà máy điện tới cung cấp cho phụ tải phải thông qua hệ thống truyền tải và các trạm biến áp Quãng đường truyền tải điện năng thường

xa, đi qua nhiều loại địa hình khác nhau như đồi núi, khu dân cư,… Thêm nữa, kết cấu

lưới tại các trạm lại tương đối phức tạp Do khách quan cũng như chủ quan, trên lưới thường xảy ra nhiều loại sự cố điện như: Cây đổ vào đường dây, con người vi phạm hành lang an toàn lưới điện, động vật xâm nhập vào các máy cắt điện,…Sự cố điện xảy

ra, nhẹ thì làm mất điện, gián đoạn sản xuất, nặng thì làm hư hỏng thiết bị, hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng của con người Nhiều trường hợp sự cố nặng nề, gây rã lưới, làm mất điện cả một vùng rộng, thiệt hại rất lớn về kinh tế, các thiết bị bảo vệ phải nhanh chóng tác động, loại trừ vùng bị sự cố mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động của các vùng khác Đó chính là nhiệm vụ của hệ thống rơle bảo vệ

1.2 Hệ thống rơle trong bảo vệ lưới điện

1.2.1 Đặc điểm

Rơle là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động hóa dùng trong ngành điện Rơle có nhiệm vụ bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc không bình thường bằng cách cô lập các sự cố một cách nhanh chóng thông qua các thiết bị đóng cắt Trước đây các rơle bảo vệ trong hệ thống điện nước ta chủ yếu do các nước XHCN sản xuất, thường là các loại rơle điện cơ Trong quá trình sử dụng các loại rơle này có một số nhược điểm sau:

Chi phí sử dụng cao: bao gồm chi phí để duy trì điều kiện làm việc (chiếm diện tích lớn,…), chi phí kiểm tra, chỉnh định lại các thông số bảo vệ với tần suất lớn, do vậy ảnh hưởng đến việc cung cấp điện gây thiệt hại về kinh tế (trong lưới điện do Công ty Điện Lực Hà Nội quản lý các hệ thống rơle điện cơ cũ phải tiến hành thí nghiệm, hiệu chỉnh định kì một năm một lần)

Độ nhạy và độ chính xác của bảo vệ chưa cao, dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu loạn bên ngoài do phương thức truyền và xử lý tín hiệu tương tự

Các phần tử bảo vệ được nối cứng nên khả năng thay đổi cấu hình cũng như các tham số bảo vệ không linh hoạt, kèm theo các chi phí lớn

Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống điện trong chế độ làm việc bình thường

và khi có sự cố chưa cao (không có bản ghi thông số sự cố, định vị sự cố,…) nên khó xác định được nguyên nhân và vị trí sự cố một cách chính xác

Tốc độ phát hiện và cách ly sự cố chưa cao, làm ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của hệ thống (hệ số trở về thấp, thời gian trễ lớn,…)

Để khắc các nhược điểm này, người ta đã sử dụng các rơle một cách đồng bộ được tích hợp nhiều chức năng thay thế các rơle kiểu cũ Rơle số có các ưu điểm sau:

Tích hợp được nhiều chức năng vào một bộ bảo vệ, kích thước gọn, giảm được diện tích phòng máy, tiết kiệm được kinh phí

Độ tin cậy, chính xác và độ sẵn sang cao, giảm được tần suất thí nghiệm định kỳ (thời gian để thí nghiệm định kỳ từ 03 đến 06 năm), do vậy cung cấp điện được ổn định

và liên tục

Công suất tiêu thụ bé: khoảng 0.2VA (rơle điện cơ có thể đến 10VA)

Thực hiện được chức năng đo lường, hiện thị các thông số của hệ thống ở chế độ làm việc bình thường và lưu giữ các dữ liệu cần thiết khi có sự cố giúp cho việc phân tích, tìm nguyên nhân và vị trí sự cố được chính xác

Dễ dàng lấy được các thông tin trong rơle và cài đặt thông qua cổng giao tiếp của rơle với máy vi tính

Dễ dàng liên kết với các thiết bị bảo vệ khác và với mạng thông tin đo lường, điều khiển toàn bộ hệ thống (kết nối hệ thống SCADA, hệ thống điều khiển trạm bằng máy tính,….)

1.2.2 Nguyên lý làm việc của rơle số

Nguyên lý làm việc của rơle số dựa trên nguyên tắc đo lường số Các giá trị của đại lượng tương tự dòng và áp được nhận từ thứ cấp máy biến dòng và biến điện áp là những biến đầu vào của rơle số Sau khi qua các bộ lọc tương tự, bộ lấy mẫu các tín hiệu này sẽ được chuyển thành các tín hiệu số Tùy theo yêu cầu của các loại bảo vệ, tần số lấy mẫu có thể thay đổi trong khoảng từ 12 đến 20 mẫu trong một chu kỳ của dòng điện công nghiệp (khoảng 0.02s)

Nguyên lý làm việc của rơle dựa trên giải thuật tính toán theo chu kỳ các đại lượng điện, từ trị số của dòng và áp đã lấy mẫu Trong quá trình tính toán này liên tục này sẽ phát hiện ra chế độ sự cố (bất bình thường) sau một vài phép tính nối tiếp nhau, khi đó

bộ phận bảo vệ sẽ khởi động, tác động (không thời gian hoặc có thời gian), bộ xử lý sẽ

gửi tớn hiệu đến cỏc rơle đầu ra để điều khiển cỏc thiết bị đúng cắt để khoanh vựng cụ lập sự cố

Rơle số cú thể thực hiện việc tự kiểm tra (self test) và cảnh bỏo trạng thỏi của từng khối chức năng trong rơle như: trị số của đại lượng tương tự đầu vào đến bộ chuyển đổi tương tự - số, bộ vi xử lý (phần cứng và phần mềm, kể cả bộ nhớ và bộ vi xử lý), rơle đầu ra, đốn thiết bị và mạch điều khiển thiết bị đúng cắt (mỏy cắt, contactor,…) Xem

sơ đồ hỡnh 1.1 và hỡnh 1.2:

Bàn phím Tín hiệu

đầu vào A

Chuyển đổi Tương tự / số

- a ~ b

nhị phân

Bộ nhớ RAM EEPROM EPROM

Bộ

Vi xử lý

Cổng vào ra

Rơle

đi báo tín hiệu

Rơle

đi cắt

Diod phát quang (LED)

Tương tự

100V,110V

Tương tự 10V

Lọc tín hiệu vào

Hỡnh 1.1: Sơ đồ khối của rơle số

A D

Mạch đo lường

Bộ chuyển đổi tương tự - số

Mạch rơle

Bộ vi xử lý

Mạch điều khiển máy cắt

Bộ vi xử lý

Rơ le

Hỡnh 1.2: Sơ đồ tự kiểm tra cỏc khối chức năng của rơle số

Các thông số chỉnh định được lưu giữ vào bộ nhớ EEPROMS để đề phòng khả năng mất số liệu chỉnh định khi mất nguồn cung cấp cho rơle Việc lưu giữ các số liệu

sự cố trong rơle được sắp xếp theo trình tự thời gian với độ chính xác cỡ miligiây Để tiết kiệm bộ nhớ các nhà chế tạo thường cho rơle lưu giữ từ 8 đến 30 bản ghi thông số

sự cố Khi vượt qua số lần thì bản ghi sự cố cũ nhất sẽ tự động bị xóa khỏi bộ nhớ để lưu sự cố mới

Các đèn tín hiệu LED chỉ thị các trạng thái cũng như các thao tác mà rơle đã tiến hành Các rơle số thường có các phần mềm rất thuận tiện cho việc cài đặt, chỉnh định,

lấy thông số sự cố,… bằng máy vi tính

Các cổng vào ra của các rơle số cho phép dễ dàng ghép nối với các thiết bị thông tin, đo lường, điều khiển và bảo vệ… bằng các cổng RS232, RS485 hoặc cổng quang…

1.3 Các khái niệm và thuật ngữ trong hệ thống rơle bảo vệ

1.3.1 Một số khái niệm và thuật ngữ

Bảo vệ chính (main protection): bảo vệ dự kiến sẽ tác động khi có sự cố trong vùng bảo vệ

Bảo vệ dự phòng (backup protection): bảo vệ dùng để thay thế hệ thống bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không làm việc hoặc để loại trừ các sự cố không nằm trong vùng tác động của bảo vệ chính

Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao (sensitive earth fault protection): bảo vệ quá dòng thứ tự không sử dụng biến dòng thứ tự không độ chính xác cao cho lưới có điểm trung tính cách đất hay nối đất qua tổng trở cao, hay còn gọi là bảo vệ thứ tự không cho lưới có dòng chạm đất bé

Bảo vệ hạn chế chống chạm đất (restricted earth fault protection): bảo vệ chống sự

cố chạm đất (chỉ hạn chế cho cuộn có điểm trung tính nối đất) dựa trên nguyên lý so lệch giữa dòng qua dây trung tính nối đất với dòng tổng 3 pha

Đầu vào nhị phân hay đầu vào số (binary input): các đầu vào tín hiệu áp một chiều của rơle, cung cấp thông tin trạng thái hoặc điều khiển từ đối tượng điều khiển, thiết bị đóng cắt hoặc các đối tượng khác

Đặc tuyến thời gian phụ thuộc có giới hạn hay đặc tuyến nghịch chuyển với thời gian cực tiểu xác định (inverse time with definite minimum time-IDMT): đặc tuyến thời gian tác động của rơle phụ thuộc nghịch chuyển với đại lượng điện đầu vào và có xu hướng đạt giá trị cực tiểu xác định khi đại lượng này tăng cao

Đường cong (thời gian tác động) dốc chuẩn (standard inverse time-SIT curve): dạng tuyến IDMT của rơle quá dòng theo tiêu chuẩn của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) có thời gian tác động phụ thuộc nghịch chuyển với bội số dòng đặt

Đường cong (thời gian tác động) rất dốc (very inverse time-VIT curve): dạng đặc tuyến IDMT của rơle quá dòng theo tiêu chuẩn của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC)

có thời gian tác động phụ thuộc nghich chuyển với bội số dòng đặt

Giá trị đặt hệ số thời gian: hệ số của rơle quá dòng với đặc tuyến IDMT để phân biệt các đường cong thời gian tác động trong cùng một họ đường cong với độ dốc xác định Trong cùng một họ đường cong, khi dòng ngắn mạch không đổi, thời gian tác động của rơle tỉ lệ thuận với giá trị đặt hệ số thời gian

Giao diện (Interface): phần giao (kết nối) của hai hệ thống thông tin khác nhau Giao thức (Protocol): qui định về cấu trúc và thông số của đơn vị thông tin được truyền cho phép ghép nối và quản lý các luồng thông tin trên đường truyền dữ liệu Thời gian chết của chức năng AR trong rơle số: thời gian tính từ lúc chức năng được kích hoạt cho đến khi tiếp điểm đầu ra rơle kích hoạt cuộn đóng của máy cắt

14 Chức năng đo tốc độ (tachometer)

19 Chức năng quá dòng do khởi động ở điện áp thấp

21 Chức năng bảo vệ khoảng cách

24 Chức năng bảo vệ quá kích từ

25 Chức năng kiểm tra đồng bộ

27 Chức năng bảo vệ điện áp cực tiểu (kém áp

30 Rơle tín hiệu

32 Chức năng cài đặt hướng của bảo vệ

32P Chức năng “dao động điện”

32Q Chức năng định hướng công suất thứ tự nghịch

37 Chức năng bảo vệ dòng điện thấp hoặc công suất cực tiểu

38 Chức năng đo nhiệt độ

39 Chức năng đo độ dung

40 Chức năng bảo vệ “mất từ trường” (thiếu dòng cảm kháng)

46 Chức năng bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch

46I Rơle quá dòng thứ tự nghịch tác động tức thời (không thời gian)

46T Rơle quá dòng thứ tự nghịch tác động có thời gian

47 Chức năng bảo vệ kém áp thứ tự thuận

49 Chức năng bảo vệ quá nhiệt

49W Chức năng bảo vệ quá nhiệt cho cuộn dây

50 Chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh

50BF Chức năng bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

50G Bảo vệ quá dòng chạm đất tức thời

51 Bảo vệ quá dòng thời gian phụ thuộc

51G Bảo vệ quá dòng chạm đất thời gian phụ thuộc

51N Bảo vệ quá dòng tổng ba pha (3I0) thời gian phụ thuộc

51P Bảo vệ quá dòng pha thời gian phụ thuộc

51V Bảo vệ quá dòng thời gian phụ thuộc có hãm điện áp

52 Máy cắt (CB) dòng xoay chiều

52a Tiếp điểm phụ thường mở của CB

52b Tiếp điểm phụ thường đóng của CB

55 Rơle hệ số công suất

59 Chức năng bảo vệ điện áp cực tiểu

60 Rơle cân bằng áp hoặc dòng

63 Bảo vệ cắt nhanh chống hồ quan hay bảo vệ Buchholz (ga) cho

MBA

64 Bảo vệ chống chạm đất (quá áp thứ tự không độ nhạy cao)

64R Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn rotor

64G Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn stator

66 Chức năng đếm số lần trong một giờ

67 Bảo vệ quá dòng có hướng

74 Rơle báo động (tín hiệu)

76 Bảo vệ quá dòng điện một chiều

78 Chức năng đo góc pha hoặc bảo vệ mất đồng bộ

79 Chức năng tự động đóng lặp lại

81 Chức năng bảo vệ tần số

81O Chức năng bảo vệ quá tần

81U Chức năng bảo vệ kém tần

87TG Bảo vệ so lệch hạn chế MBA chống chạm đất (chỉ giới hạn cho

các cuộn đấu sao có nối đất)

90 Chức năng tự động điều chỉnh điện áp

91 Rơle cắt (trùn gian đầu ra)

1.4 Các loại bảo vệ trong hệ thống điện

1.4.1 Bảo vệ đường dây

a Các vấn đề chung

Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các đường dây tải điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: đường dây trên không hay dây cáp, chiều dài đường dây, phương thức nối đất của hệ thống, công suất truyền tải và tầm quan trọng của đường dây, số mạch truyền tải và vị trí của đường dây trong cấu hình của hệ thống, cấp điện áp của đường dây…

Theo cấp điện áp người ta phân biệt:

U < 1 kV : đường dây hạ áp (LV)

1 kV ≤U≤ 35 kV : đường dây trung áp (MV)

66 kV ≤U≤ 220 kV : đường dây cao áp (HV)

330 kV ≤U≤ 1000 kV : đường dây siêu cao áp (EHV)

U > 1000 kV : đường dây cực cao áp (UHV)

Đường dây cấp điện danh định từ 220kV trở lên được gọi là đường dây truyền tải

và từ 110kV trở xuống được gọi là đường dây phân phối

Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện là ngắn mạch (nhiều pha hoặc một pha), chạm đất 1 pha (trong lưới điện có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn Petersen), quá điện áp, đứt dây và quá tải

Để bảo vệ các đường dây trung áp chống ngắn mạch, người ta dùng các loại bảo vệ:

- Quá dòng điện vô hướng

- Quá dòng điện có hướng

- So sánh tín hiệu (Signal Comparison)

- So sánh pha

- So sánh hướng (công suất hoặc dòng điện)

b Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất

• Bảo vệ quá dòng pha:

Nguyên tắc hoạt động:

Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ (rơle bảo vệ quá dòng) tăng quá giá trị định trước (giá trị đặt của bảo vệ quá dòng)

Rơle bảo vệ quá dòng thường dùng là rơle trực tiếp hoặc gián tiếp, dùng dòng điện

sơ cấp hoặc thứ cấp

Bảo vệ dùng rơle tác động trực tiếp có ưu điểm là rẻ tiền và đơn giản vì không cần phải dùng nguồn dòng điện thao tác riêng Khuyết điểm chính của bảo vệ này là khó kiểm tra và điều chỉnh, độ chính xác thấp, công suất tiêu thụ lớn, do đó chỉ dùng trong các mạng phân phối điện áp thấp

Trong các mạng có công suất lớn và điện áp cao thường dùng rơle thứ cấp tác động gián tiếp

Các loại rơle thứ cấp tác động gián tiếp làm việc độc lập với các máy cắt điện và mạch sơ cấp, vì vậy có thể kiểm tra và điều chỉnh rơle không động chạm đến mạch sơ cấp Những rơle này có thế chế tạo rất chính xác, độ nhạy cao, công suất tiêu thụ nhỏ Nối rơle qua các máy biến dòng điện cho phép cách ly mạch thứ cấp khỏi điện áp cao bên mạch sơ cấp và giảm nhẹ các tác động cơ và nhiệt trong mạch thứ cấp khi ngắn mạch

Hiện nay, các rơle bảo vệ quá dòng thường dùng là loại rơle thứ cấp tác động gián tiếp Các loại rơle này đã được số hóa hoàn toàn, tác động rất chính xác, ghi sự cố đầy

đủ

• Bảo vệ quá dòng chạm đất:

Đối với lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp, dòng chạm đất chạy qua điểm trung tính rất lớn Do đó rất dễ dàng xác định dòng chạm đất Đối với lưới điện loại

này, bảo vệ chạm đất có thể không dùng riêng một biến dòng mà tổ hợp từ 3 biến dòng điện pha để lấy dòng chạm đất

Trong lưới điện có trung tính không nối đất trực tiếp (còn gọi là lưới điện có dòng chạm đất nhỏ), dòng điện chạm đất rất nhỏ Có thể phát hiện chạm đất thông qua tín hiệu dòng chạy qua điểm trung tính hoặc tín hiệu điện áp thứ tự không xuất hiện ở trung điểm của hệ thống Những tín hiệu này còn có thể được sử dung để xác định điểm chạm đất trong hệ thống

Các loại bảo vệ chống chạm đất trong lưới điện có trung tính không nối đất trực tiếp thường được sử dụng bao gồm:

Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không, có hướng hoặc vô hướng

Bảo vệ để phát hiện chạm đất không ổn định

Bảo vệ thứ tự không có hướng phản ứng theo hài bậc cao

Nguyên tắc hoạt động:

Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không thường được sử dụng cho lưới điện hình tia được cấp điện từ một phía với dòng điện chạm đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt quá giá trị chỉnh định

Dòng điện chạm đất được xác định theo công thức (ở đây các thành phần dòng điện đều có dạng vectơ):

được bảo vệ Nếu dòng điện chạm đất có trị số lớn, người ta thường lắp đặt vào trung điểm của hệ thống các cuộn dập hồ quang (cuộn Petersen) để cải thiện điều kiện vận hành của lưới điện

Có hai loại bộ lọc của dòng điện thứ tự không thường dùng: loại dùng 3 máy biến dòng và loại dùng 1 máy biến dòng có lõi từ chung cho ca 3 pha

Loại dùng 1 máy biến dòng có lõi từ chung cho cả 3 pha có sai số thấp hơn, độ nhạy cao hơn, vì vậy thích hợp với nhiệm vụ phát hiện dòng điện chạm đất bé có trung tính không nối đất trực tiếp Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng thứ tự không này thường bằng 25/1 A hoặc 50/1 A, khi có chạm đất dòng điện thứ cấp của biến dòng có thể đo được từ vài chục đến vài trăm mA Để có thể tác động với dòng điện bé như vậy thường phải sử dụng những rơ le dòng điện đặc biệt có độ nhạy cao Thời gian làm việc của các bảo vệ trong lưới điện thường được phối hợp theo nguyên tắc giống như đối với bảo vệ quá điện thông thường

• Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng điện:

Các bảo vệ quá dòng điện làm việc có thời gian được chia làm 2 loại: loại có đặc tính độc lập và loại có đặc tính phụ thuộc

- Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập được cho theo nguyên tắc từng cấp, làm thế nào bảo vệ đoạn sau có thời gian lớn hơn thời gian làm việc cực đại của các bảo vệ đoạn trước một khoảng ∆t:

max ) 1 ( −

Giá trị ∆t cần phải đủ lớn để đảm bảo được tính chọn lọc

- Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc:

Ví dụ về họ đường cong đặt cho bảo vệ quá dòng thời gian phụ thuộc:

Tiêu chuẩn họ đường cong: I.E.C

Họ đường cong: C1

Hệ số đường cong: 1

Có 2 cách xác định thời gian cắt cho bảo vệ:

Cách 1: Căn cứ vào họ đường cong (các họ đường cong có trong tài liệu hướng dẫn sử dụng của từng loại rơle)

Cách 2: Căn cứ vào công thức:

Với họ đường cong trên, công thức để xác định thời gian cắt cho bảo vệ là:

)]

1 /(

14 0 [

có số lượng nguồn cung cấp tùy ý với một thời gian tương đối nhỏ

Từ khi ra đời cho đến nay, bảo vệ khoảng cách luôn được xem như bảo vệ hoàn hảo nhất để bảo vệ đường dây tải điện Các thế hệ rơle bảo vệ khoảng cách không ngừng được cải tiến, từ rơle điện cơ, rơle tĩnh đến các rơle số ngày nay Tính năng của rơle khoảng cách, nhất là những hợp bộ bảo vệ khoảng cách sử dụng kỹ thuật số hiện đại đã được mở rộng và đa dạng hơn nhiều so với các rơle trước đây

• Chọn tổng trở khởi động và thời gian làm việc của các cấp bảo vệ khác nhau

của rơle bảo vệ khoảng cách:

Rơle khoảng cách dùng để bảo vệ các đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động, chẳng hạn 3 vùng cho phía trước và 1 vùng cho phía sau (ở đây ta hiểu vùng phía trước là vùng có hướng tác động từ thanh cái vào đường dây tại nơi đặt rơle khoảng cách)

Các vùng tác động về phía trước làm nhiệm vụ dự phòng cho nhau và cho bảo vệ đoạn liền kề

Vùng thứ nhất của bảo vệ với thời gian làm việc t1=0(s)bao trùm khoảng 80-90% chiều dài của đường dây được bảo vệ, nghĩa là tổng trở khởi động 1

A

Z của vùng thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu A trên đường dây AB được chọn theo biểu thức: Z A1 =K at.Z AB Ở đây, hệ số an toàn K at<1 có xét đến sai số của các mạch đo lường (dòng điện, điện áp) của bản thân rơle khoảng cách và của việc xác định thông số của tổng trở đường dây được bảo vệ Z AB

t B I

t C I

t B II

t B III

t A

t A III

t C II

Z = K Z A I

b, Phối hợp tổng trở khởi động và thời gian làm việc giữa các vùng

Hỡnh 1.3: Phối hợp tổng trở khởi động và đặc tớnh thời gian

giữa 3 vựng tỏc động của bảo vệ khoảng cỏch

Với cỏc rơ le điện cơ cú thể lấy Kat = 0.8, với cỏc rơle số cú độ chớnh xỏc cao hơn

cú thể lấy Kat = 0.85 Nếu tổng trở đường dõy được đo trực tiếp (thay vỡ lấy cỏc trị số ở tài liệu tra cứu) và sử dụng rơle thỡ hệ số an toàn cú thể lấy đến Kat = 0.9

Tổng trở khởi động của vựng thứ II của bảo vệ đầu A cần được phối hợp với vựng thứ II của bảo vệ đoạn tiếp theo (đầu B) theo biểu thức:

Trong đú:

A

Z - tổng trở khởi động vùng thứ II của bảo vệ đặt ở đầu B đường dây tiếp theo

Hệ số an toàn Kat được chọn như trên nhằm phối hợp chọn lọc giữa hai vùng thứ II của hai bảo vệ A và B liền kề

Tương tự như vậy có thể tính tổng trở khởi động vùng thứ III:

Vùng khởi động thứ III thường bao lấy toàn bộ chiều dài đường dây dài nhất tiếp theo để làm bảo vệ dự phòng cho đường dây này

Khả năng dự phòng cho nhau giữa các vùng bảo vệ và giữa các bảo vệ khoản cách liền kề có thể thấy rõ qua hình 1.3b Khi ngắn mạch trên đường dây AB (điểm N1) trong vùng I của rơle khoảng cách RZA, bảo vệ sẽ cắt máy cắt MCA với thời gian cấp I

là t1A ≈0 Nếu vùng I từ chối tác động, vùng II sẽ cắt MCA với thời gian tIIA, và nếu vùng II cũng lại từ chối thì vùng III sẽ cắt MCA với thời gian tIIA

Khi ngắn mạch ở cuối đường dây BC (điểm N2) trong vùng II của rơle khoảng cách RZB, bảo vệ sẽ cắt máy cắt MCB với thời gian cấp II là tIIB Như vậy rơle RZA làm nhiệm vụ dự phòng cho rơle RZB

hình vẽ sơ đồ nguyên lý (hình 1.4a):

Hình 1.4: Bảo vệ so lệch dòng điện a/ Sơ đồ nguyên lý

b/ Đồ thị vectơ của dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ làm việc bình thường

Nếu nguồn cung cấp chỉ ở một phía (SB = 0) thì:

T1

I I

∆ =

Bảo vệ sẽ tác động khi ∆ = I Ikd

Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng nên trong chế độ làm việc bình thường

và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp của hai tổ máy biến dòng CT1 và CT2 sẽ khác nhau, và: ∆ = I IT1− IT2 = Ikcb

Hư hỏng bán duy trì có thể do vật lạ (cây cối, dây diều…) vắt qua đường dây ngắn mạch và sẽ được loại trừ sau khi tia lửa điện (hồ quang) đã đốt cháy vật lạ Hư hỏng duy trì có thể do đứt dây dẫn rơi chạm đất, hư hỏng cách điện đường dây hoặc quên gỡ dây nối đất khi đóng điện trở lại sau khi sửa chữa

Như vậy, đa số trường hợp hỏng hóc trên đường dây tải điện là thoáng qua, nghĩa

là sau khi cắt máy cắt một khoảng thời gian đủ để cho môi trường chỗ hư hỏng khôi phục lại tính chất cách điện, ta đóng trở lại đường dây thì đường dây có thể tiếp tục làm việc bình thường, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, giữ vững chế

độ đồng bộ và ổn định cho hệ thống

Quan hệ giữa các đại lượng thời gian trong quá trình tự động đóng lại nguồn điện được trình bày như hình 1.5:

Đầu tiếp xúc chạm nhau

Thời gian mất điện (Dead time) Thời gian dao động của hệ thống (System disturbance time)

Hồ quang đ−ợc dập tắt

Cuộn đóng đ−ợc cấp điện

Cuộn cắt đ−ợc cấp điện

Đầu tiếp xúc ở

vị trí cuối cùng

Tác động Tác động

Bảo vệ

Máy cắt

Hỡnh 1.5: Quan hệ giữa cỏc đại lượng thời gian trong quỏ trỡnh tự động đúng lại nguồn điện

1.4.2 Bảo vệ mỏy biến ỏp (MBA)

a Cỏc dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dựng

Những hư hỏng thường xảy ra đối với MBA cú thể phõn ra thành hai nhúm:

Hư hỏng bờn trong và hư hỏng bờn ngoài

- Hư hỏng bờn trong MBA bao gồm:

+ Chạm chập giữa cỏc vũng dõy

+ Ngắn mạch giữa cỏc cuộn dõy

+ Chạm đất và ngắn mạch chạm đất

+ Hư hỏng bộ chuyển đổi đầu phõn ỏp

+ Thựng dầu bị thủng hoặc rũ dầu

- Những hư hỏng và chế độ làm việc khụng bỡnh thường bờn ngoài MBA bao gồm: + Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha trong hệ thống

+ Quỏ tải

Tuỳ theo cụng suất của MBA, vị trớ và vai trũ của MBA trong hệ thống mà người

ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho MBA Những loại bảo vệ thường dùng

để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA được giới thiệu trong bảng 1.1:

Loại hư hỏng Loại bảo vệ

Ngắn mạch hoặc chạm đất So lệch có hãm (DIFFERENTIAL

PROTECTION RELAY-bảo vệ chính) Quá dòng (OVERCURRENT)

Hạn chế chạm đất (RESTRAINT EARTH FAULT)

Chạm chập các vòng dây,

thùng dầu thủng hoặc rò dầu

Rơle khí (BUCHHOLZ) Rơle áp lực (RELIEF PRESSURE)

Hư hỏng bộ chuyển đổi đầu

phân áp

Rơle dòng dầu (OILFLOW)

Quá tải Rơle bảo vệ quá tải (OVERLOAD

TEMPRATURE) Rơle nhiệt độ cuộn dây (WINDING TEMPRATURE)

Rơle nhiệt độ dầu (OIL TEMPRATURE)

Bảng 1.1: Các loại sự cố trong bảo vệ MBA

b Bảo vệ so lệch MBA

Trên thực tế, dòng điện sơ cấp các phía MBA thường khác nhau về trị số (theo tỷ

số biến giữa điện áp các phía) và về góc pha (theo tố đấu dây: YN, YO, d11; YN, Y0, d5…)

Với các loại rơle bảo vệ so lệch kiểu điện từ, để cân bằng dòng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường, người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG (hình 1.6) có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của MBA và tỷ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau Hiện nay, rơle kỹ thuật số có thể tự động bù góc và tổ đấu dây các phía MBA bên trong rơle mà không cần các biến dòng điện trung gian

Một đặc điểm nữa của bảo vệ so lệch MBA là dòng điện từ hóa của MBA sẽ tạo nên dòng điện không cân bằng chạy qua rơle Trị số quá độ của dòng điện không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ dòng MBA không tải hoặc sa thải phụ tải Vì vậy

để hãm bảo vệ so lệch của MBA người ta sử dụng dòng điện từ hóa của MBA

Ngoài ra, tuỳ theo tổ đấu dây của MBA được bảo vệ cần sử dụng biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây MBA nối đất và có ngắn mạch chạm đất xảy ra trong hệ thống

CTG CT1

YN, d11

I

CT2

I s2

CTG1 CT1

YN,YO,d11

Hình 1.6: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ

MBA 2 và 3 cuộn dây bằng biến dòng trung gian CTG

H1

H2

I H2

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây HM -

Hãm theo thành phân hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa MBA

Xét bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây:

Giả sử phía cuộn dây 1 của MBA nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2 và 3 nối với phụ tải

Trong chế độ làm việc bình thường ta có:

Trong đó: KH ≤ 0, 5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch

Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng MBA không tải và khi sa thải phụ thải, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa IHM

Hiện nay, các rơle so lệch thường dùng là các loại rơle đã được số hoá hoàn toàn Người sử dụng phải nhập vào rơle các thông số về tỷ số biến dòng các phía, dòng định mức đầu vào rơle (nếu rơle yêu cầu), tổ đấu dây của MBA, hướng điểm đấu sao của các biến dòng Việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của MBA sẽ được thực hiện hoàn toàn tự động bên trong rơle

1.4.3 Bảo vệ hệ thống thanh góp

Nhiệm vụ của bảo vệ hệ thống thanh góp nhằm loại trừ sự cố xảy ra trên bản thân các thanh góp, cũng như trên các đoạn thanh dẫn nối thanh góp đến máy cắt của các phần tử liên hệ trực tiếp với thanh góp

Khi xảy ra ngắn mạch duy trì trong vùng tác động của bảo vệ thanh góp, bảo vệ gửi tín hiệu đi cắt tất cả các MC nối với thanh góp bị hư hỏng

So với máy phát điện, MBA và các thiết bị khác thì xác suất hư hỏng của thanh góp bé hơn nhiều Tuy nhiên do thanh góp là đầu mối liên hệ của nhiều phần tử trong

hệ thống, sự cố trên thanh góp nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và tin cậy thì có thể dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng và làm tan rã hệ thống

Vì vậy bảo vệ thanh góp cần thoả mãn những đòi hỏi rất cao về chọn lọc, độc tác động nhanh, tin cậy và thích ứng với mọi cấu hình của thanh góp

Để thực hiện bảo vệ thanh góp người ta thường sử dụng nguyên lý so lệch dòng điện có hãm Nguyên lý này ta đã trình bày, ở đây chỉ xét thêm một số đặc điểm khi áp dụng nguyên lý này để thực hiện bảo vệ thanh góp

Dòng điện làm việc ILV bằng tổng véctơ dòng điện thứ cấp của tất cả n phần tử nối vào thanh góp:

Dòng điện hãm tỷ lệ với tổng đại số của các thành phần dòng điện trên:

1.4.4 Bảo vệ dự phòng máy cắt hỏng (BREAKER FAILURE)

Máy cắt (MC) là phần tử cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cách ly phần hư hỏng ra khỏi hệ thống Vì máy cắt khá đắt tiền nên không thể tăng cường độ tin cậy bằng cách đặt thêm MC dự phòng làm việc song song với MC chính được Nếu MC

từ chối tác động thì hệ thống bảo vệ dự phòng phải tác động cắt tất cả những MC lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch đến chỗ sự cố Hệ thống bảo vệ này

là bảo vệ dự phòng hư hỏng máy cắt

Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ ở phần tử bị hư hỏng đã gửi tín hiệu đi cắt máy, nhưng sau một khoảng thời gian nào đó dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại, có nghĩa là

CHƯƠNG II

HỆ THỐNG SCADA CỦA LƯỚI ĐIỆN MIỀN BẮC

2.1 Hệ thống trạm 220kV trên lưới điện miền Bắc

Hiện nay, bên cạnh hệ thống các nhà máy phát điện, lưới điện phân phối và truyền tải điện miền Bắc bao gồm 03 trạm 500 kV, 21 trạm 220 kV và nhiều trạm

110 kV (xem bảng 2.1) Các trạm 220 kV đều là các trạm "nút" Các trạm này đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc truyền tải điện, cung cấp điện Số lượng thiết bị điện trong một trạm tương đối lớn, phương thức vận hành phức tạp (xem hình 2.1)

Vì vậy, hệ thống rơle bảo vệ tại các trạm trên cũng khá lớn, chiếm một vị trí rất quan trọng

2.2 Hệ thống trạm 110 kV trên lưới điện Hà Nội

2.2.1 Thực trạng lưới điện khu vực Hà Nội

Lưới điện cao, trung và hạ thế Hà Nội do Công ty Điện lực TP Hà Nội quản lý trải rộng trên địa bàn thành phố bao gồm 10 quận nội thành: Hoàn Kiếm, Hai Bà

Trưng, Đống Đa, Thanh Xuân, Ba Đình, Tây Hồ, Hà Đông, Long Biên, Cầu Giấy, Hoàng Mai và 18 quận huyện ngoại thành là: Gia Lâm, Ba Vì, Chương Mỹ, Đan Phượng, Hoài Đức, Mê Linh, Mỹ Đức, Phú Xuyên, Phúc Thọ, Quốc Oai, Thanh Oai, Thạch Thất, Thường Tín, Ứng Hòa, Từ Liêm, Thanh Trì, Đông Anh, Sóc Sơn Hiện nay Hà Nội được cấp điện từ hệ thống điện quốc gia Nguồn điện cung cấp chủ yếu cho Hà Nội là nhà máy thuỷ điện Hòa Bình và nhiệt điện Phả Lại Theo tổng sơ đồ phát triển năng lượng Việt Nam năm 2002, lưới điện phân phối Hà Nội nhận diện thông qua 4 trạm nút 220 kV là Hà Đông (2 x 250 MVA), Chèm (2x250 MVA), Mai Động (2x250 MVA), và Sóc Sơn (1x125 MVA) Nguồn điện 110 kV từ các trạm này cung cấp cho các trạm 110 kV và các trạm 35-22-10-6 nằm trong địa bàn các quận, huyện của thành phố

2.2.2 Các trạm biến áp 110 kV cấp điện cho khu vực Hà Nội

Công ty Điện lực TP Hà Nội quản lý 18 trạm 110 kV (xem bảng 2.2) và nhiều trạm trung gian 35kV Từ ngày 01/08/2008, Công ty tiếp nhận thêm 07 trạm 110 kV

và hơn 20 trạm 35 kV từ điện lực Hà Tây cũ Các trạm 110kV đều là các trạm "cụt", chỉ có trạm 110 kV Đông Anh là trạm "nút" Trạm "cụt" có nghĩa là đường dây 110

kV chỉ cấp cho MBA trong trạm để hạ áp xuống cấp điện áp thấp hơn, không có đường dây truyền tải 110 kV đi qua Tuy nhiên, các trạm này lại đóng vai trò hết sức quan trọng vì là nguồn năng lượng cấp điện cho toàn bộ các phụ tải quan trọng trên địa bàn Thủ đô Chính vì vậy, hệ thống rơle bảo vệ các thiết bị trong trạm cũng rất quan trọng

STT Trạm 110 kV Tên gọi

tắt

Cấp điện áp trung áp (kV)

Số lượng MBA

Công suất đặt (MVA)

8 Nghĩa Đô E1.9 22, 10, 6 3 40/25/40

2.2.3 Giới thiệu hệ thống rơle bảo vệ trạm 110 kV

Hình 2.2 là sơ đồ một sợi và sơ đồ nguyên lý bảo vệ trạm 110 kV Trần Hưng Đạo Các rơle bảo vệ trong Trạm bao gồm:

* Rơle bảo vệ so lệch MBA:

Loại rơle: SEL 387S

* Rơle bảo vệ quá dòng, chạm đất 110 kV và quá dòng, chạm đất 22kV:

Loại rơle: SEL 351

171-76 171-74 171-7

131 131-1

112-1 112-14 112-15 112-25

112-2

112-24 CS0T1 CS0T2

172-76 172-7 172-74 132-2 132 131-0 132-0

T2 T1

484 482 480

432 - TU42 -24

472 474

478 476

sơ đồ trạm BIếN áP 110kv trần h−ng đạo

Hỡnh 2.1: Sơ đồ một sợi trạm E12 - Trần Hưng Đạo

2.3 Tổng quan về hệ thống SCADA

2.3.1 Khái niệm

SCADA - Supervising Control and Data Acquisition đây là hệ điều khiển giám sát

và thu thập dữ liệu, được tự động hóa trong công nghiệp dựa trên các kỹ thuật công nghệ tiên tiến đó là viễn thông, kỹ thuật đo lường điều khiển - tự động hóa, công nghệ thông tin

SCADA được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau như trong tự động hóa nhà máy, dầu khí, xăng dầu, giấy, môi trường… Đặc biệt là trong hệ thống điện SCADA đang được ứng dụng khá phổ biến

SCADA sẽ giúp người vận hành nhanh chóng khắc phục sự cố và phòng ngừa các

sự cố về hệ thống điện cũng như an toàn, chính xác và tin cậy trong công tác điều độ hoặc công tác vận hành trạm như giám sát, điều khiển, thu thập về tình trạng hoạt động các thiết bị điện trong hệ thống như MBA, MC,… theo từng cấp

Hình 2.2: Mô hình SCADA đơn giản trong hệ thống điện

* Các thiết bị điện: Trong hệ thống điện có rất nhiều thiết bị điện cần giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu, như MBA, MC, IEDs… để đảm bảo vận hành liên tục,

an toàn, tin cậy

* SCADA trạm sẽ giúp người vận hành trạm không phải trực tiếp ra thao tác tại từng thiết bị điện, mà còn có thể giám sát toàn bộ các thiết bị điện trong trạm, dễ dàng

Trung tâm điều

khiển

RTU/PLC hoặc SCADA trạm

Các thiết bị điện, cần thu thập, điều khiển và giám sát, như MC, MBA

Viễn thông

giám sát và điều khiển được các thiết bị quan trọng trong trạm Như vậy, vận hành an toàn của hệ thống được cải thiện đó là tính tin cậy, chính xác và nhiều ưu việt khác cho người vận hành

* RTU/PLC là các thiết bị đầu cuối, nơi tập hợp các tín hiệu của các thiết bị ở trạm, phục vụ cho công tác điều khiển giám sát

* Hệ thống viễn thông có nhiệm vụ truyền tải các thông tin được thu thập từ các thiết bị đầu cuối từ trạm điện hay nhà máy điện… gửi về trung tâm điều khiển

* Hệ thống trung tâm, có chức năng giám sát, điều khiển, thu thập số liệu và kiết xuất các báo cáo theo yêu cầu, cũng như có thể liên kết liên với trung tâm khác để chia

sẽ thông tin và tính toán các bài toán về hệ thống điện

2.3.2 Các loại hình SCADA trong hệ thống điện

a SCADA trạm

Mục tiêu là giám sát, điều khiển, thu thập, xử lý các thông số kỹ thuật của các đối tượng trong hệ thống điện của một trạm hoặc nhà máy Ví dụ, như máy biến áp cần quan tâm đến nấc phân áp, P, Q, U, I nhiệt độ dầu, mức dầu, van cứu hỏa, hệ thống quạt làm mát…

Cho nên có thể hiểu rằng SCADA trạm, nhà máy điện được coi như tự động hóa các đối tượng trong trạm chi khác biệt ở chỗ có sự tham gia của máy tính để hỗ trợ việc giám sát từ tổng thể đến chi tiết, tính toán và điều khiển bằng phần mềm máy tính… tất

cả các thông số kỹ thuật của một đối tượng nào đó nếu được thu thập nó sẽ được hiện thị trạng thái của nó để trả lời các câu hỏi của người vận hành về tình trạng hoạt động của nó Vì vậy nó sẽ là công cụ hữu hiệu trợ giúp cho nhân viên trực trạm giám sát một cách trực quan, thao tác điều khiển thu thập số liệu chính xác và tin cậy

Hơn nữa SCADA trạm có thể giao tiếp với SCADA điều độ, thực hiện các lệnh của SCADA điều độ gửi xuống Việc thao tác có thể từ xa không người trực, hoặc bằng thoại qua người trực trạm (Nếu chúng ta có thể đảm bảo tin cậy của các thiết bị tự động hóa và truyền tin, thì lúc đó SCADA trạm sẽ hoạt động hoàn toàn tự động, trạm sẽ không có người trực)

Hình 2.3: Mô hình của SCADA trạm điện

b SCADA điều độ

Mục tiêu là giám sát, điều khiển, thu thập, xử lý các đối tượng trong hệ thống điện của nhiều trạm điện, nhà máy điện Ví dụ, đối với máy biến áp đối với cấp SCADA điều độ thường không quan tâm các thông số kỹ thuật của máy biến áp mà chỉ quan tâm đến các đặc tính đầu vào và đầu ra của máy biến áp đó và khả năng liên đới của thiết bị trên toàn hệ thống

- Thực hiện thu thập các giá trị, trạng thái của các đối tượng ở các trạm Các số liệu này được truyền từ các trạm lên qua các đường truyền tin (radio, tải ba, vi ba, cáp quang) Các số liệu đó tốt nhất là từ SCADA trạm gửi lên nhưng cũng có thể lấy trực tiếp từ các RTU

- Tiến hành những tính toán về phân tích, nhận dạng, điều khiển tối ưu về dự báo các trào lưu, phân bố điện áp và dự phòng ổn định

- Thực hiện các lệnh từ trung tâm gửi xuống như cắt máy cắt, chuyển đổi nấc phân áp…

2.3.3 Các loại hình viễn thông phục vụ SCADA điện lực

Hệ thống viễn thông bao gồm nhiều thiết bị phức tạp và có các cấu hình đường

truyền khác nhau với các cách thức truyền tin khác nhau, điều đó gây ảnh hưởng rất lớn đến việc đảm bảo truyền dữ liệu cho SCADA Độ tin cậy của đường truyền là yếu tố then chốt để vận hành ổn định một hệ thống SCADA có hiệu quả và tin cậy

* Một số dạng đường truyền phục vụ cho SCADA

- Hệ thống thông tin quang

Hình 2.4: Mô hình truyền tin đơn giản trong hệ thống SCADA

2.3.4 Thiết bị đầu cuối RTU

RTU: là một thiết bị đầu cuối có nhiệm vụ thu thập các dạng tín hiệu khác nhau

tuỳ thuộc vào thực tế yêu cầu của người sử dụng Bao gồm các tín hiệu số (trạng thái

Trạm

điện

Trạm điện

Trạm điện

Trạm điện

Trung tâm điều khiển 1

Trung tâm điều khiển 1

Trạm

Trạm điện

Trạm điện

máy cắt, dao cách ly…), các tín hiệu tương tự (điện áp, dòng điện, công suất) Sau khi được xử lý RTU sẽ gửi chúng về trung tâm điều khiển

Ngược lại, RTU sẽ nhận các lệnh từ trung tâm điều khiển và truyền các lệnh đó đi điều khiển các đối tượng bên ngoài (đóng cắt các máy cắt, tăng giảm nấc phân áp) hay

là trả lời các yêu cầu khác RTU là một thiết bị có tính mở cao, nó có thể dễ dàng mở rộng, sử dụng nhiều dạng giao thức truyền tin khác nhau, có thể nối vào các hệ thống khác, có thể hiển thị và in báo cáo tại chỗ

PLC: cũng là một thiết bị đầu cuối có nhiệm vụ thu thập các dạng tín hiệu khác

nhau tuỳ thuộc vào thực tế yêu cầu của người sử dụng, tuy nhiên PCL có nhiều modul khác nhau và cần lập trình cho các modul đó, để thu thập, điều khiển và giám sát được các đối tượng hệ thống điện như tín hiệu số (trạng thái máy cắt, dao cách ly…) các tín hiệu tương tự (điện áp, dòng điện, công suất…) Sau khi bộ vi xử lý trung tâm của PLC

xử lý các tín hiệu sẽ gửi chúng về trung tâm điều khiển

Ngược lại, PLC sẽ nhận các lệnh từ trung tâm điều khiển và truyền các lệnh đó đến các rard modul tương ứng để điều khiển các đối tượng bên ngoài như (đóng cắt các máy cắt, tăng giảm nấc phân áp…) hay là trả lời các yêu cầu khác

Mỗi loại PLC đều có 1 loại phần mềm chuyên dụng của hãng sản xuất Viết chương trình điều khiển sử dụng việc lập giản đồ thang, dễ dàng, mềm dẻo cho sự thay đổi cả phần cứng và phần mềm, giá thành rẻ rất phù hợp cho các xí nghiệp, các dự án nhỏ, thậm chí có thể thiết kế cả 1 công tơ điện tử thông minh

2.3.5 Chức năng của hệ thống SCADA

* Tổng quát

Hệ thống thu thập dữ liệu được thiết kế để thu thập dữ liệu từ các nhà máy, trạm…

Nó có thể thu thập tự động hoặc bằng tay, sau đó được xử lý và lưu trong cơ sở dữ liệu (CSDL) như mô tả trong hình 2.6

Hình 2.5: Quá trình thu thập dữ liệu

* Thu thập tự động

Các RTU lắp đặt trong các trạm sẽ thu thập dữ liệu trong hệ thống điện Dữ liệu thu thập bao gồm:

Indication: được thu thập khi đóng công tắc ở các bo mạch đầu vào digital trong

RTU RTU sẽ đọc trạng thái của indication và lưu vào trong CSDL của RTU Indication

có hai kiểu là single point và double point Nó có thể là trạng thái đóng mở của máy cắt, đóng mở dao cách ly, cảnh báo

Mỗi khi thay đổi trạng thái, indication sẽ được tự động truyền từ RTU về trung tâm hoặc khi có yêu cầu từ trạm Master

Giá trị đo lường: gồm hai loại:

- Giá trị analog: qua bộ chuyển đổi A/D → định dạng nhị phân

- Giá trị digital

Cả hai giá trị này được quét theo chu kỳ và lưu vào trong CSDL RTU Mỗi khi lưu giá trị mới thì nó sẽ ghi đè lên giá trị cũ

Giá trị cộng dồn: lấy từ các xung sinh ra trong một process và được cộng dồn vào

các bộ đếm xung trong RTU Dữ liệu truyền về trạm Master trong các trường hợp sau:

- End OfPeriod (EOP) read-off: thực hiện tại cuối chu kỳ

- Intermediate (INT) read-off: thực hiện vài lần trong một chu kỳ

Kiểm tra trạng thái/dữ liệu (SC)

SC có thể thực hiện trong toàn bộ hệ thống hoặc chỉ một trạm trong hệ thống Mỗi khi yêu cầu kiểm tra trạng thái ở một trạm thì:

SCI - message được truyền tới từng RTU

Thu thập tất cả các indication, giá trị đo lường và giá trị cộng dồn cho RTU ở những điểm không thu thập thì sẽ sinh ra cảnh báo

* Nhập dữ liệu bằng tay

Nhập dữ liệu bằng tay trong các trường hợp sau:

- Dữ liệu ở trạm không sử dụng hệ thống thu thập tự động

- Dữ liệu không được cập nhật do lỗi ở hệ thống thu thập dữ liệu

- Dữ liệu bị cập nhật sai do lỗi transducer

Trên màn hình hiển thị, dữ liệu nhập bằng tay hiển thị bằng màu xanh sáng và ký